DD236591A1

DD236591A1 - Vorrichtung zur elektronischen bestimmung von druck oder volumen

Info

Publication number: DD236591A1
Application number: DD27565585A
Authority: DD
Inventors: Klaus Friese; Ute Friese
Original assignee: Halbleiterwerk Veb
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1986-06-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der pneumatischen Messtechnik in der Geologie, der Medizin, der Chemie und anderen Zweigen der Technik. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer einfachen Schaltungsanordnung pneumatische Widerstaende, Druck und Volumen von Fluessigkeiten oder Gasen in Behaeltern beliebiger geometrischer Formen zu messen, wobei die Messwerte auch reziprok angezeigt werden koennen. Die Erfindung beinhaltet im wesentlichen eine Oszillatorschaltung, einen elektrodynamischen Schall- bzw. Druckwandler und eine Brueckenschaltung. Der elektrodynamische Wandler ist pneumatisch an einen Hohlkoerper gekoppelt. Druck und Volumen des Mediums im Hohlkoerper (Gefaess) daempfen die Amplitude der Membrane des Wandlers. In der Diagonale der Brueckenschaltung werden entweder die Summe oder die Differenz von der im Wandler induzierten Spannung und der rueckgekoppelten Spannung vom Ausgang des Oszillators gebildet. Je nach eingestellter Phasenlage zwischen rueckgekoppelten und im Wandler induzierten Signal ist die Amplitude am Ausgang des Oszillators direkt oder indirekt proportional der Daempfung der Membrane.

Description

Frankfurt (Oder), den J(t.W-

Erfinder: Friese, Klaus, Dipl.-Ing

Friese, Ute

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur elektronischen Bestimmung von Druck oder Volumen

Anwendungsgebiet der Erfindung -' ' ·

Besonders geeignet ist sie zur elektronischen Anzeige des Füllstandes von Behältern mit Flüssigkeiten und zur Bestimmung des Volumens in Hohlkörpern, die vollständig oder teilweise mit Gasen oder Flüssigkeiten gefüllt sind. Diese Erfindung kann auch in der Medizintechnik bei der Bestimmung des Atemwiderstandes oder in anderen Gebieten der Technik angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Füllstand von Behältern mit Flüssigkeiten wird nach den unterschiedlichsten Methoden gemessen und angezeigt. Bekannt sind optische Anzeigen mit Sichtröhren oder Tauchstäben oder elektromechanische Geber mit Schwimmern und Potentio ~ metern. Im DD-WP 41 515 ist ein Füllstandsmeßgerät mit Schwimmer und magnetischer Kupplung für kontinuierliche Flüssigkeitsfüllstandsmessungen angegeben

Bekannt sind auch Lösungen unter der Ausnutzung, von elektrischer

Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, Absorption oder Reflektion von Strahlen oder Schallwellen in Flüssigkeiten. In DD-WP .215 1.63 ist eine Pegelmeßeinrichtung aufgezeigt, bei der der Pegelmesser mit Lichtleitkabel ausgerüstet ist, wobei der Schwimmer eine Blende aufweist, welche den Lichtstrahl zwischen zwei Spiegeln je nach Wasserstand -bzw. -druck unterbricht.

In modernen Verfahren werden Schallwellensender und Schalldruckempfänger verwendet. Für die Messung des Druckes in Flüssigkeiten und Gasen gibt es viele bekannte Lösungen.

Drucksensoren (DE-OS 31 15 233) arbeit-en z. B. elektromechanisch, piezoelektrisch, elektrodynamisch oder thermoelektrisch. Sie nutzen die Druckabhängigkeit von Widerständen (Dehnungsmeßstreifen) oder die druckabhängige Wärmeleitfähigkeit der Gase oder Flüssigkeiten aus.

Der Nachteil all dieser bekannten technischen Lösungen ist, daß die jeweilige Messung nur bei bekannten geometrischen Behälterformen möglich ist. Zusätzliche Eichungen sind erforderlich.

Ziel der Erfindung ' '

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur elektronischen Bestimmung von Druck oder Volumen in Gasen und Flüssigkeiten zu .... realisieren, die es erlaubt, bei einem geringen Bauelementeaufwand verschiedene Meßgrößen unkompliziert und billig zu messen. Der Schaltungsaufbau ist in einem kleinen,leicht tragbaren Gerät untergebracht und kann besonders leicht durch den geringen Stromverbrauch bzw. Batteriebetrieb gehandhabt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer einfachen Vorrichtung pneumatische Widerstände, Druck und Volumen von Flüssigkeiten oder Gasen in Behältern beliebiger geo. metrischer Formen -zu messen, wobei die Meßwerte auch reziprok aufgezeigt werden kön-

Wahlweise sollen folgende Meßgrößen ermittelt v/erden:

1. Ermittlung des Volumens von Gasen bei bekanntem Druck

2. Ermittlung der Differenz des Volumens von Gasen bei bekanntem Druck

3. Ermittlung des Volumens von Flüssigkeiten bei bekanntem Druck

4. Ermittlung der Differenz des Volumens von Flüssigkeiten ' bei bekanntem Druck

5. Ermittlung des Produktes aus Volumen und Druck bei Gasen

6. Ermittlung der Differenz des Produktes aus Volumen und Druck bei Gasen

7. Ermittlung des Produktes aus Volumen und Druck bei Flüssigkeiten

8. Ermittlung der Differenz des Produktes aus Volumen und Druck bei Flüssigkeiten

9. Ermittlung des Druckes von Gasen bei bekanntem Volumen

10. Ermittlung der Differenz des Druckes von Gasen bei bekanntem Volumen

11. Ermittlung des Druckes von Flüssigkeiten bei bekanntem Volumen

12. Ermittlung der Differenz des Druckes von Flüssigkeiten bei bekanntem Volumen

Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß ein bidirektionaler Wandler in Abhängigkeit von Druck, Dichte und Volumen des umgebenden Mediums gedämpft wird und gleichzeitig die erzeugte gegenelektromotorische Kraft ein Maß für die Dämpfung ist. Der bidirektionale Wandler ist gleichermaßen Geber und Meßwertaufnehmer. Die spezielle Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Oszillatorschaltung. Die Gegeninduktionsspannung des bidirektionalen Wandlers beeinflußt den Rückkopplungsfaktor des Oszillators. Die gegenelektromotorische Kraft des Wandlers wird ineiner Brückenschaltung gewonnen. Die Brücke kann in der Phase so abgeglichen v/erden, daß entweder der Rückkopplungsfaktor des Oszillators bei mechanischer Dämpfung verkleinert oder vergrößert v/ird. Die erzeugte Amplitude des Oszillators ist deshalb proportional oder umgekehrt proportional der Dämpfung. Die Amplitude des Oszillators ist außerdem abhängig von der Größe

der Brückenverstimmung. Hierdurch kann die Brücke so abgestimmt v/erden, daß sowohl Absolutwerte als auch Differenzen der Meßwerte auf einen Bezugswert bezogen angezeigt werden können. Die Wechselspannung des Oszillators wird gleichgerichtet und anschließend mit gewünschter Zeitkonstante integriert.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer von vielen möglichen Aufgabenstellungen wird ein Ausführungsbeispiel angegeben.

In der Erde befindet sich ein eingegrabener Behälter mit unbekannten Abmessungen und unbekannter Form. Eer Behälter dient als Speicher für eine Flüssigkeit.

Das maximale Volumen ist bekannt. Ermittelt werden soll der jeweilige Rauminhalt der gespeicherten Flüssigkeit. Im oberen Teil des Behälters befindet sich eine verschließbare Öffnung zum Auffüllen und Entleeren des Behälters. Eine zweite Öffnung an der höchsten Stelle des Behälters beherbergt den bidirektionalen Wandler 1. Wenn er nicht mit Flüssigkeit in Berührung kommt, kann ein entsprechend präparierter Lautsprecher verwendet v/erden. Die Widerstände 2, 3, 4 und der bidirektionale Wandler sind Bestandteil einer Brückenschaltung. Der Abgleich der Brückenschaltung bestimmt, wann die Spannungsamplitude am Ausgang des Operationsverstärkers 5 oder des Operationsverstärkers 7 0 Volt beträgt und der Gleichspannungswert am Analogausgang 11 proportional oder umgekehrt proportional zum Volumen der "Flüssigkeit ist. Mit dem Widerstand 6 kann die Größe des Rückkopplungsfaktors und damit die Amplitude zusätzlich eingestellt werden. Die Wahl der Oszillatorfrequenz ist unkritisch und von der Größe des Volumens des Behälters und des verwendeten elektrodynamischen Wandlers abhängig. Reale Werte liegen zwischen 0.1 und 10 KHz. Die optimale Frequenz' ist an der maximalen Empfindlichkeit des Gerätes erkennbar. Die Frequenz des Sperrfilters 8 bestimmt die Oszillatorfrequenz. Gut geeignet sind RC-Filter, die zusammen mit dem Operationsverstärker 7 einen aktiven Bandpaß bilden

Alle Ums ehaltvorgänge im Gerät für.verschiedene Meßgrößen dürfen

lediglich die Eichung beeinflussen, nicht aber die Schaltungsanordnung. Flüssigkeiten und Gase dürfen nicht von elektrischen Strahlen oder Strömen durchflossen werden.

Die Brückenschaltung, der Operationsverstärker 5, der justierbare Widerstand 6,' der Operationsverstärker 7 und die elektronische Bandsperre 8 bilden eine Oszillatorschaltung, die sich auf der Resonanzfrequenz der Bandsperre erregt.

Die Membrane des bidirektionalen Wandlers erzeugt Schallwellen. Die Schwingungen der Membrane werden durch das Medium im abgeschlossenen Hohlkörper 0 gedämpft. Dabei verstimmt die dämpfungsabhängige gegenelektromotorische Kraft den Abgleich der Brückenschaltung und damit den Rückkopplungsfaktor der Oszillatorschaltung.

Damit wird die Amplitude der Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 7 proportional zur Dämpfung.

Claims

to Erfindungsanspruch

1. Vorrichtung zur elektronischen Bestimmung von Druck oder Volumen, des Produktes aus Druck und Volumen sowie der Differenzen der Meßwerte, bezogen auf vorgegebene Werte entsprechend der Sichung, gekennzeichnet dadurch, daß ein bidirektionaler elektronischer Wandler 1 auf die Öffnung eines abgeschlossenen Hohlkörpers 0 gesetzt ist und daß der bidirektionale elektronische Wandler mit den elektrischen Wider-' ständen 2, 3 und 4 als Brücke geschaltet ist, mit de^vn Eingängen des Operationsverstärkers 5 verbunden ist und daß der Ausgang des Operationsverstärkers 5 mit dem justierbaren Widerstand verbunden ist, daß der justierbare Widerstand 6 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 7 angeschlossen ist und daß im Gegenkopplungszweig des Operationsverstärkers eine elektronische Bandsperre 8 liegt, der Ausgang des Operationsverstärkers mit einem elektronischen Gleichrichter 9 und dieser mit einem elektronischen Tiefpaß : 10 verbunden ist und daß der justierbare Widerstand so eingestellt ist, daß der Rückkopplungsfaktor der Schaltungsanordnung, bestehend aus 1, 2, 3,4, 5, 6, 7 und 8, von der Dämpfung des mechanisch schwingenden bidirektionalen Wandlers 1 über die gegenelektromotorische Kraft so gesteuert ist, daß die elektronische Amplitude am Ausgang von 7 proportional oder wahlweise umgekehrt proportional zur Dämpfung des bidirektionalen Wandlers ist.

2. Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß der bidirektionale elektronische Wandler 1 und die Widerstände 2, 3 und 4 beliebig untereinander in der Anordnung vertauscht sind.

3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß die Bandsperre 8 entfällt und statt dessen ein Widerstand eingefügt ist und daß sich zwischen 5 und 6 ein Bandpaß befindet, oder daß sich in der Rückführung zwischen Ausgang von 7 und den beiden Brückenwiderständen 2 und 3 ein Bandpaß' befindet.

4. Vorrichtung nach Punkt 1, 2 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß der elektronische Gleichrichter 9 nicht am Ausgang von 7, sondern am Ausgang von 5 angeschlossen ist.