JPH0830663B2 - 容器における所定の充填レベルを検出および／または監視する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、容器における所定の充填レベルを検出およ
び／または監視する装置に関する。この装置には、セン
サと励振装置と評価回路とが設けられており、前記セン
サは、充填物が所定の充填レベルに達すると当該センサ
が充填物と接触するように、監視すべき充填レベルの高
さで容器に配置されており、前記励振装置は、センサを
その固有共振周波数で機械振動させるために励振させ、
前記評価回路は、センサの機械振動周波数が切替周波数
を上回るか下回るかに依存して表示過程および／または
切替過程をトリガするように構成されている。

この形式の装置は、たとえばドイツ連邦共和国特許第
3336991号公報により公知である。この公知の装置の場
合、センサは２つの振動ロッドを有している。これらの
振動ロッドは、互いに間隔をおいて並置されて振動板に
取り付けられており、励振装置によりそれらの長手方向
を横切る方向で互いに逆向きに振動させられる。しかし
ながら、上記の形式において次のように構成された装置
も公知である。すなわちこの場合、センサはただ１つの
振動ロッドしか有しておらず、あるいはこれとは全く異
なりセンサは振動ロッドなしで構成されている。すべて
の事例において装置の動作は、センサが充填物に接触す
るとセンサの固有共振周波数が変化することに基づくも
のである。センサが充填物に覆われている場合、センサ
の固有共振周波数はこれが充填物に覆われていないとき
よりも小さい。切替周波数は、センサが覆われていると
きの低い方の固有共振周波数とセンサが覆われていない
ときの高い方の固有共振周波数との間に位置するよう選
定される。センサの振動周波数が切替周波数よりも低い
ことを評価回路が検出した場合、このことは、センサが
充填物に覆われつまり容器内の充填レベルが監視すべき
高さを越えたことの判定尺度ないし指標である。これに
対し、センサの振動周波数が切替周波数よりも高いこと
を評価回路が検出した場合、このことは、センサが充填
物で覆われておらずつまり容器内の充填レベルが監視す
べき高さよりも低いことの指標である。このような形式
のセンサは、液体の充填レベルの監視にとりわけ適して
いる。それというのは、覆われていない状態から覆われ
た状態へ、およびこれとは逆に変化した際の固有共振周
波数の変化は、液体の場合には常に明確に検出できるか
らである。

製造要因に基づき、センサの共振周波数はそれぞれ異
なっている。他方、低濃度の液体の場合には殊に、覆わ
れたセンサと覆わていないセンサの固有共振周波数は互
いにかなり近づいている可能性があるので、各センサご
とに切替周波数を設定しなければならない。したがっ
て、評価回路は不可避的にセンサと対結合されている。
つまり評価回路を他のセンサとともに用いようとするな
らば、評価回路をこの別のセンサに合わせて新たに調整
する必要があり、このためにはこの別のセンサの固有周
波数が既知でなければならない。このような調整は通
常、装置の使用場所でそのまま行うことはできない。こ
のことは装置の修理および保守作業の実施を困難にして
いる。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の装置
において、評価回路を個々のセンサに合わせてそれぞれ
別個に調整する必要なく、どのような評価回路でもあら
ゆる任意のセンサとともに使用できるようにすることに
ある。

本発明によればこの課題は、センサに電気回路素子が
配属されており、該回路素子は、前記センサの固有共振
周波数と一義的な関係にある値をもつ特性量を有してお
り、該電気回路素子の特性量の値に依存して評価回路に
おいて切替周波数が設定調整されることにより解決され
る。

本発明による装置を製造する際、あらゆる評価回路は
等しく構成される。各センサごとにその固有共振周波数
が自由な状態で測定され、測定された固有共振周波数に
依存して電気回路素子の特性量の値が設定調整される。
この回路素子はセンサに永続的に配属され、たとえばセ
ンサの螺合部内に収容される。回路素子の特性量の値を
表わす電気信号が評価回路へ供給されるように、この回
路素子は評価回路と接続されている。各評価回路は、個
々のセンサに個別に割り当てられている切替周波数を回
路素子の特性量の値に依存して設定調整する装置を有し
ている。

このようにして、評価回路をセンサに適合させるため
の特別な設定調整を行う必要なく、いずれの評価回路も
あらゆるセンサと組み合わせることができる。さらに、
１つの評価回路を複数個のセンサと連携させて用いるこ
とができ、これらのセンサは評価回路により順番に走査
検出される。したがって走査検出されるたびに、評価回
路において切替周波数が目下走査検出されているセンサ
に自動的に整合される。

従属請求項には、本発明の有利な実施形態が示されて
いる。

本発明のその他の特徴ならびに利点は、図面に基づく
以下の実施例の説明に示されている。

第１図は、本発明による装置のブロック図である。

第２、３、４図は、センサに配属された回路素子なら
びにセンサと評価回路との接続に関する種々異なる実施
例を示す図である。

第５図は、第１図の評価回路に含まれる遅延回路の実
施例を示す図である。

第６図は、第５図の遅延回路の動作を説明するダイア
グラムである。

図面には、螺合部11により支持された互いに平行な２
つの振動ロッド12および13を備えたセンサ10が示されて
いる。螺合部11はねじ部分14と六角ヘッド15とを有して
いる。ねじ部分14は、振動ロッド12と13が容器内部へ突
入するように、雌ねじの設けられた容器壁の開口部に螺
入される。六角ヘッド15は、螺合部11を容器壁に対して
しっかりと締め付け可能なレンチを当てるために用いら
れる。開口部は容器壁に次のような高さで設けられてい
る。すなわち、容器内の充填レベルが所定の高さを越え
ると、容器内の充填物により振動ロッド12、13が覆わ
れ、他方、充填レベルが所定の高さを下回ると、充填物
によってもこれらの振動ロッドが覆われないような高さ
に設けられている。装置の組み込み位置は任意であっ
て、つまり開口部が容器壁上方に設けられていれば振動
ロッドを垂直に位置させることができるし、あるいは開
口部が容器の側壁に設けられているならば振動ロッドを
水平に位置させることができる。

螺合部11は中空であって内部に変換装置を有してお
り、交流電圧が供給されるとこの変換装置により、振動
ロッド12、13はそれらの長手方向を横切る方向で互いに
逆向きに振動させられる。交流電圧は、線路17を介して
変換装置と接続されている励振回路16から供給され、こ
の励振回路は、振動ロッド12、13および変換装置から成
る機械振動系がその固有共振周波数で振動するよう励振
する。このように構成されたセンサはたとえばドイツ連
邦共和国特許第3336991号公報から公知であって、この
場合、変換装置は圧電素子により構成されている。した
がって変換装置については、ここではこれ以上詳細には
説明しない。

励振回路16の出力側は、線路18を介して評価回路20の
入力側と接続されている。励振回路はこの出力側から、
センサ10の振動周波数を有する信号を送出する。この周
波数−以下ではセンサ周波数と称する−は、200〜500Hz
までのオーダにある。評価回路20は、センサ周波数が所
定の切替周波数を上回っているか下回っているかを検査
し、このことによりセンサ10の振動ロッド12、13が充填
物に覆われているか否かを検出できる。つまり、振動ロ
ッド12および13が振動する固有共振周波数は、振動ロッ
ドが空気中で振動していれば比較的高く、振動ロッドが
充填物に覆われていれば比較的低い。

評価回路20はカウンタ21を有しており、このカウンタ
は制御入力側において、励振回路16から供給されるセン
サ周波数を有する信号を受信する。カウンタ21のクロッ
ク入力側は、クロック発生器22から供給されるクロック
パルスを受信する。このクロックパルスの周波数はセン
サ周波数よりも著しく高く、これはたとえば500kHzのオ
ーダにある。カウンタ21は、線路18を介してその制御入
力側に加えられる信号により、この信号の１周期中にク
ロック発生器22から供給されるクロックパルスをそのつ
ど計数するように制御される。１周期の終わりに到達し
た計数状態はメモリ23へ伝送され、そのあとでカウンタ
21はゼロにリセットされ、センサ信号の１周期中のクロ
ックパルスを新たに計数する。したがって、メモリ23中
のディジタル数値はセンサ信号の周期期間に常に比例し
ており、このためセンサ周波数の尺度となる。

メモリ23中のディジタル数値は比較器24の入力側24a
へ供給され、この比較器は第２の入力側24bで、同じよ
うに切替周波数の周期期間を表わすディジタル数値を受
信する。比較器24はその出力側から２進信号を送出す
る。この信号は、入力側24aへ供給されたディジタル数
値が入力側24bへ供給されたディジタル数値よりも小さ
ければ一方の信号値（たとえば信号値"H"）を有し、入
力側24aへ供給されたディジタル数値が入力側24bへ供給
されたディジタル数値よりも大きければ他方の信号値
（本実施例では信号値"L"）を有する。

したがって、選択された実施例では比較器24の出力信
号の信号値"H"は、センサ周波数が切替周波数よりも高
いことを表わし、信号値"L"は、センサ周波数が切替周
波数よりも低いことを表わす。このため、接続されたセ
ンサ10に対し切替周波数が適切に設定調整されていれ
ば、信号値"H"は、センサ10の振動ロッドが空気中で振
動しており、つまり監視すべき充填レベルに達していな
いことを表わし、信号値"L"は、センサの振動ロッドが
充填物で覆われており、つまり監視すべき充填レベルに
達しているかまたはそれを越えていることを表わす。

切替周波数を特定のセンサに対して適正値に固定的に
設定してしまうと、そのセンサを製造要因に基づき異な
る固有共振周波数を有する別のセンサに交換した場合に
は、評価回路はもはや正しく機能しなくなるおそれがあ
る。たとえば、振動ロッドが覆われていないときの固有
共振周波数が切替周波数を下回るほど低いと、比較器の
出力信号は”覆われた”状態を常に表わすことになって
しまうし、振動ロッドが覆われていてもセンサの固有共
振周波数が切替周波数をさらに上回るほど高ければ、比
較器の出力信号は”覆われていない”状態を常に表わす
ことになってしまう。

図面に示された装置では、そのつど接続されているセ
ンサへの切替周波数の自動整合が行われる。この目的
で、センサ10に電気回路素子25が配属されており、この
回路素子は、センサ10の固有共振周波数と一義的な関係
にある特性量を有する。回路素子25は、図面にシンボリ
ックに表わされているように、有利にはセンサ10の螺合
部11内に収容されており、線路26を介して評価回路20の
第２の入力側と接続されている。評価回路20は線路26を
介して、回路素子25の特性量の値を表わす電気信号を受
信する。この電気信号がアナログ信号であれば、評価回
路20においてアナログ／ディジタル変換器27へ供給さ
れ、この変換器はアナログ信号をディジタル数値へ変換
し、たとえば8bitの数値へ変換する。このディジタル数
値は加算器28の入力側28aへ供給され、この加算器はそ
の第２の入力側28bで固定的に設定されたディジタルの
基本数値を受信する。加算器28はこれら両方の入力側へ
供給された数値の和を形成し、その出力側からこの和を
表わすディジタル数値を送出する。このディジタル数値
は比較器24の第２の入力側24bへ供給され、これは切替
周波数を表わすものであり、この周波数とメモリ23の内
容により表わされているセンサ周波数とが比較される。

入力側28bへ供給されるディジタル基本数値により、
切替周波数とセンサの固有共振周波数との間の間隔が定
められ、つまりは装置の応答感度が定められる。この数
値はたとえば水および類似の密度の液体に対しては、セ
ンサが覆われていない状態で振動する固有共振周波数よ
りも切替周波数が11％下回るように設定調整される。ス
イッチ29を閉じることにより、加算器28において加えら
れるべき数値を変更する信号を、加算器28の制御入力側
28cへ供給することができる。このことにより、別の密
度の充填物に対し装置の応答感度を整合させるために、
センサの固有共振周波数と切替周波数との間の間隔が変
えられる。上述のように、入力側28bへ供給されるディ
ジタル基本数値が、スイッチ29の開放時に覆われていな
いセンサの固有共振周波数よりも切替周波数が11％下回
るように選定されている場合、いっそう低い密度の液体
の充填レベルの監視に際して、覆われているセンサの振
動周波数が覆われていないセンサの振動周波数よりも11
％低くはならないことが起こり得る。この場合、比較器
24は、監視すべき充填レベルへの到達を表わす信号を送
出しないことになってしまう。この場合にはスイッチ29
を閉じることによりたとえば、覆われていないセンサの
固有共振周波数よりも切替周波数が５％だけしか低くな
らないように作用する。

電気回路素子25に対して有利には、センサ内で固有の
電流供給の不要な受動的な回路素子が用いられる。第
２、３、４図には、適切な回路素子のいくつかの実例が
示されている。これらの図面にはそれぞれ評価回路20の
一部分も表わされており、さらには回路素子25と評価回
路20との間の接続線路26も表わされている。

通常、評価回路20は励振回路16とともに電子ケーシン
グ内に収容されており、このケーシングはセンサ10の螺
合部11上へ直接載置可能である。載置したときに、一方
では励振回路16と螺合部11内に配置された電気機械的変
換装置との間の接続が形成され、他方では評価回路20と
回路素子25との間の接続が形成される。このことは有利
には、一方では螺合部11に他方では電子ケーシングに取
り付けられている差し込み接続部材により行われる。し
かしながら、組み込み条件または周囲条件に応じて、電
子装置をセンサ11から著しく隔てて配置することが必要
となる場合もある。この場合、線路17および26は相応に
長くされた長さを有するが、この場合にも差し込み接続
部材または類似の接続手段が設けられており、これらに
よって容易かつ迅速な接続形成および切離しが可能とな
る。これら両事例の場合に有利であるのは、たとえば障
害時に、センサをそのために分解する必要なく、電子装
置を簡単かつ迅速に交換できることである。接続手段と
して、第２図〜第４図では差し込み接続部30が示されて
いる。

第２図には有利な実施形態が示されており、この場
合、電気回路素子25は固定抵抗31であり、センサの固有
共振周波数と一義的な関係にある特性量はこの固定抵抗
31の抵抗値である。この場合、線路26は二重線路であっ
て、これらのうち一方の導線はアースに接続されてお
り、他方の導線は前置抵抗32を介して基準電圧U_Rにおか
れている。この場合、特性量の値を表わす電気信号はア
ナログ電圧U_Kであり、つまり固定抵抗31における電圧降
下である。このアナログ電圧U_Kは評価回路20におけるア
ナログ／ディジタル変換器27へ供給され、この変換器に
より既述のようにディジタル数値へ変換される。

したがっていかなるセンサを製造する場合でも、その
固有共振周波数を自由な状態で測定し、次のような抵抗
値を有する固定抵抗31を選ぶ必要がある。すなわち、こ
の抵抗値が線路26を介して伝送されるアナログ信号に変
えられ、このアナログ信号がディジタル数値へ変換さ
れ、さらにこのディジタル数値が固定的に設定された基
本数値と加算された後、メモリ23に記憶された数値がカ
ウンタ21での捕捉後にはセンサ周波数を表わすのと同じ
ように、切替周波数を表わすディジタル数値が得られる
ような抵抗値を有する固定抵抗を選ぶ必要がある。これ
らのことはすべて精確に定められており知られているの
で、適切な抵抗値を有する固定抵抗の選択は当業者にと
って困難ではない。抵抗値が十分に細かく段階づけられ
ている固定抵抗は市販されている。有利には、精度が高
く温度依存性が低い点で優れている金属被覆膜抵抗が用
いられる。

第２図には、固定抵抗31の代わりに可調整抵抗33も使
用できることが示されている。この可調整抵抗33は、タ
ップを旋回させることにより抵抗値を調整できるトリマ
抵抗とすることができるし、あるいは抵抗層の加工処理
により抵抗値を調整できる膜抵抗とすることもできる。
これらの可能な構成は当業者によく知られている。

第３図には、電気回路素子25の別の実施例としてツェ
ナダイオード34を使用することが示されている。この場
合、センサの固有共振周波数と一義的な関係にある特性
量は、ツェナダイオードのツェナ電圧である。やはりツ
ェナダイオードも、ツェナ電圧が十分に細かく段階づけ
られて市販されている。ツェナダイオードを使用した場
合も線路26は２重線路であって、それらのうち一方の導
線はアースに接続されており、他方の導線は前置抵抗35
を介して基準電圧U_Rにおかれている。ツェナダイオード
34に対して並列に、抵抗36と37から成る分圧器が設けら
れている。特性量を表わす電気信号はやはりアナログ電
圧U_Kであって、この電圧はアナログ／ディジタル変換器
27の入力側へ供給される。このアナログ電圧U_Kは、分圧
器36−37の分圧比で低減されたツェナダイオード34のツ
ェナ電圧に相応する。固定抵抗の代わりにツェナダイオ
ードを用いることにより得られる利点とは、アナログ電
圧U_Kが基準電圧U_Rの変動には依存しないことである。

前述の各実施例の場合、特性量を表わす電気信号はア
ナログ信号であったのに対し、第４図には、線路26を介
して評価回路20へ伝送される固有共振周波数を表わす電
気信号がディジタル信号である場合の実施例が示されて
いる。回路素子25はこの実施例の場合、設定調整すべき
ディジタル数値のビット数に相応する個数のスイッチ接
点を備えた多重スイッチ38である。第４図では、スイッ
チ38は８つのスイッチ接点を有するものとしており、こ
のことにより８桁の２進数の設定調整が可能となる。こ
のようなスイッチは微小化設計ではいわゆるデュアル・
イン・ライン・スイッチとして市販されている。この場
合、線路26はスイッチ38の各スイッチ接点ごとに１つの
固有の導線を有しており、つまりこの実施例では８つの
導線を有する。各導線は、抵抗39を介して基準電圧U_Rに
おかれている。簡単にするため第４図には、最初と最後
の導線の抵抗39しか示されていない。ある導線に配属さ
れたスイッチ接点が開放されている場合、この導線は基
準電圧U_Rの電位を供給する。スイッチ接点が閉成される
と、この導線はアース電位を供給する。この実施例の場
合、評価回路20内のアナログ／ディジタル変換器27は省
略されており、線路26の導線は加算器28の入力側28aと
直接接続されている。第２、３図の実施例ではこの入力
側にはアナログ／ディジタル変換器27の出力側が接続さ
れていた。スイッチ38のスイッチ接点は次のように設定
調整される。すなわちこれらのスイッチ接点により、ア
ナログ／ディジタル変換器27によるアナログ電圧U_Kの変
換の結果として送出されるものと等しいディジタル数値
で、センサの固有共振周波数が表わされるように設定調
整される。この場合、センサの固有共振周波数と一義的
な関係にある回路素子25の特性量は、スイッチ38のスイ
ッチ接点の設定調整結果である。

既述のようにそれぞれ１つの回路素子25を備えたいず
れのセンサ10も、同じ評価回路20と組み合わせることが
でき、その際、センサ固有の切替周波数は自動的に設定
調整される。特定のセンサに整合させるために工場側で
電子装置をチューニングする必要はない。

比較器24の出力信号は遅延されていないセンサ状態信
号を表わしており、これによりセンサが”覆われていな
い”かまたは”覆われている”かが示される。このセン
サ状態信号は遅延回路40の入力側40aへ供給され、この
遅延回路の出力側40bには終段制御回路50が接続されて
いる。終段制御回路50は、遅延されたセンサ状態信号に
よって種々異なる終段を制御することができる。たとえ
ば、終段制御回路50の出力側50aにより、センサ状態信
号に依存する交流電圧信号を供給する交流電圧終段を制
御でき、出力側50bにより直流電圧終段を制御可能であ
って、出力側50cによりパルス周波数変調終段を、さら
に出力側50dにより、センサ状態信号に依存してリレー
を操作するリレー終段を制御することができる。終段制
御回路50の制御入力側50eへ供給される動作モード制御
信号により、これらの終段のいずれを制御するかが定め
られる。

遅延回路40におけるセンサ状態信号の遅延により達せ
られることは、終段制御回路50がセンサ状態信号の状態
変化にただちに応動するのではなく、センサ状態信号が
所定の期間、その状態を保持してはじめて応動すること
である。このことにより、、散発性の障害による切替過
程または指示のトリガが阻止される。

スイッチ41を介して遅延回路40の制御入力側へ供給さ
れる制御信号により、装置の機能を最高充填レベルの監
視から最低充填レベルの監視へと切り換えることができ
る。最高充填レベルを監視する場合、以前は覆われてい
なかったセンサが充填物により覆われたときに、つまり
センサ周波数が切り換え周波数を下回ったときに、指示
または切替過程をトリガしなければならない。これに対
して最低充填レベルを監視する場合には、以前は覆われ
ていたセンサがもはや充填物によって覆われなくなった
ときに、つまりセンサ周波数が切り換え周波数を越えた
ときに、指示または切替過程をトリガしなければならな
い。

第５図には遅延回路40の実施例が示されており、この
場合、遅延時間はアップ／ダウンカウンタ42により定め
られる。この構成により、評価回路20の他のディジタル
回路と両立性のあるディジタル回路だけで遅延回路を構
築できる。さらにこの実施形態により非対称な遅延時間
を簡単に実現できこれはたとえば、センサ状態信号が”
覆われていない”状態に相応する値をとるときには１秒
となり、センサ状態信号が”覆われた”状態に相応する
状態をとるときには0.4秒となる。このような非対称な
遅延時間は、充填物が表面に波の生じる可能性のある液
体のときに好適である。このような波が対称な遅延時間
と一致した周期を有すると、不安定な装置動作特性の生
じるおそれがある。この種の不安定性は、非対称な遅延
時間によって回避される。

比較器24の出力側から到来する遅延されていないセン
サ状態信号は、カウンタ制御回路43の入力側43aへ供給
される。カウンタ制御回路43はさらに別の２つの入力側
43bおよび43cにおいて、異なる２つのクロック周波数を
有するクロックパルスをクロック発生器44から受信す
る。たとえば、入力側43bへ供給されるクロックパルス
の周波数F₁は400Hzであり、入力側43cへ供給されるクロ
ックパルスの周波数F₂は1kHzであって、したがってこれ
ら両方のクロック周波数は互いに係数2.5だけ異なる。
カウンタ制御回路43は入力側43aに加わるセンサ状態信
号の信号値に依存して周波数F₁のクロックパルスかまた
は周波数F₂のクロックパルスを、アップ／ダウンカウン
タ42のクロック入力側42aと接続された出力側から伝送
する。アップ／ダウンカウンタ42の計数方向制御入力側
42bと接続されている第２の出力側には、遅延されてい
ないセンサ状態信号が発生する。このセンサ状態信号
が”覆われていない”センサ状態に相応する高い信号
値"H"を有するならば、この信号によりアップ／ダウン
カウンタ42はカウントアップに切り換えられ、これによ
り低いクロック周波数F₁を有するクロックパルスをアッ
プ／ダウンカウンタ42のクロック入力側42aへ伝送でき
る。これに対してセンサ状態信号が低い信号値"L"を有
するならば、この信号によりアップ／ダウンカウンタ42
はカウントダウンに切り換えられ、これにより高いクロ
ック周波数F₂を有するクロックパルスをアップ／ダウン
カウンタ42のクロック入力側42aへ伝送できる。

アップ／ダウンカウンタ42は２つの出力側42cと42dを
有しており、これらはメモリ45の２つの入力側ならびに
カウンタ制御回路43の２つの制御入力側43dおよび43eと
接続されている。アップ／ダウンカウンタ42は、カウン
トダウン時に下限計数状態Z₁に達すると出力側42cから
信号を送出し、カウントアップ時に上限計数状態Z₂に達
すると出力側42dから信号を送出する。有利には、下限
計数状態Z₁は計数状態０であり、上限計数状態Z₂は最大
計数状態つまりたとえば12bitカウンタであれば計数状
態4095である。

メモリ45は、２つの状態のうちの一方または他方をと
ることができる。アップ／ダウンカウンタ42の出力側42
cから供給される信号により、メモリ45は一方の状態た
とえば状態"0"にされ、アップ／ダウンカウンタ42の出
力側42dから供給される信号により、メモリ45は他方の
状態つまり本実施例では状態"1"にされる。メモリ45
は、出力側45aからメモリ状態に対応する信号値を有す
る信号を送出し、出力側45bからこれと相補的な信号を
送出する。したがってメモリ45をたとえば簡単なフリッ
プフロップにより構成できる。

メモリ45の両出力側45aおよび45bはマルチプレクサ46
の２つの入力側と接続されている。マルチプレクサ46の
制御入力側はスイッチ41と接続されている。スイッチ41
の位置に応じてマルチプレクサ46は、出力側45aから供
給される信号または出力側45bから供給される信号を終
段制御回路50へ伝送する。つまりマルチプレクサは簡単
な切替スイッチとして機能する。さらにスイッチ41は、
カウンタ制御回路43の制御入力側43fと接続されてい
る。

次に、第６図のダイアグラムに基づいて第５図の遅延
回路40の動作を説明する。その際まずはじめは、スイッ
チ41は開放されており、マルチプレクサ46はこの場合に
は出力側45aからの信号を終段制御回路50へ伝送するも
のとする。第６図のダイアグラムＡは比較器24から供給
されるセンサ状態信号を表わし、ダイアグラムＢは、両
方の限界計数状態Z₁とZ₂との間でのアップ／ダウンカウ
ンタ42における計数状態の変化を表わし、ダイヤグラム
Ｃは、終段制御回路50へ供給されるマルチプレクサ46の
出力信号を表わしている。

ダイアグラムＡの場合、高い信号値"H"は”覆われて
いない”センサ状態に相応し、低い信号値"L"は”覆わ
れている”センサ状態に相応する。ダイアグラムＢの場
合、アップ／ダウンカウンタ42は時点t₀において両方の
限界計数状態Z₁とZ₂のちょうど中央の計数状態を有する
ものとする。センサ状態信号は時点t₀では信号"H"を有
しているので、アップ／ダウンカウンタ42はカウントア
ップへ切り換えられており、したがって計数状態は低い
クロック周波数F₁で上昇する。

時点t₁でセンサ状態信号は信号値"H"から信号値"L"へ
移行し、その結果、カウンタ制御回路43はアップ／ダウ
ンカウンタ42をカウントダウンへ切り換え、同時にクロ
ック入力側42aへ高いクロック周波数F₂を有するクロッ
クパルスが供給される。したがってアップ／ダウンカウ
ンタ42の計数状態はカウントアップ時よりも速い速度で
低減する。計数状態が下限値Z₁へ達する前に、時点t₂に
おいてセンサ状態信号は再び信号値"H"をとるので、時
点t₂とt₃の間で再び低い周波数F₁でのカウントアップが
行われる。時点t₃において再びクロック周波数F₂による
カウントダウンが始まり、この経過中に時点t₄において
下限計数状態Z₁に達する。

時点t₄において下限計数状態Z₁に達すると、アップ／
ダウンカウンタ42は出力側42cから信号を送出し、これ
はメモリ45へ供給される。第６図のダイアグラムＣにお
いて実線で示されているように、メモリ45は時点t₄の前
にすでに状態"0"を有していたので、この状態が保持さ
れる。これに対して、ダイアグラムＣにおいて破線で示
されているように、メモリ45が時点t₄の前には状態"1"
を有していた場合には、メモリ45は状態"1"から状態"0"
へ移行し、これに応じてマルチプレクサ46から終段制御
回路50へ伝送される出力側45aにおける信号も変化す
る。これによりセンサはいまや充填物で覆われているこ
とが表わされる。

アップ／ダウンカウンタ42の出力側42cから送出され
る信号は、カウンタ制御回路43の制御入力側43dへも供
給される。このことによってカウンタ制御回路43はアッ
プ／ダウンカウンタ42へ計数パルスを供給しないように
なり、さもないとこの計数パルスによって引き続きカウ
ントダウンが行われてしまうことになる。したがってア
ップ／ダウンカウンタ42は、時点t₅において再びカウン
トアップが始められるまで停止されたままである。この
カウントアップさらにはこれに続くカウントダウンの
後、時点t₆で再び下限計数状態に達すると、アップ／ダ
ウンカウンタ42は出力側42cから新たに信号を送出する
が、この信号はメモリ45の状態へ作用を及ぼさない。そ
れというのはメモリは以前からすでに状態"0"であった
からである。これに対してこの信号はやはりカウンタ制
御回路43を介して、時点t₇で再びカウントアップが始め
られるまでアップ／ダウンカウンタ42において引き続き
カウントダウンが行われるのを阻止する。

さらに第６図のダイアグラムＢには、カウントダウン
による短い中断を伴うが時点t₇で始められたカウントア
ップによって最後には時点t₈で上限計数状態Z₂に達する
ことが示されている。このため時点t₈において、アップ
／ダウンカウンタ42は出力側42dからメモリ45を状態"1"
へ切り換える信号を送出する。これに応じて出力側45a
における出力信号も変化し、さらにこの信号は、センサ
が再び自由に振動しつまり充填物によってもはや覆われ
ていないことを指示する目的で、マルチプレクサ56から
終段制御回路50へ伝送される。そしてこの信号は、再び
カウントダウンが始められるまでアップ／ダウンカウン
タ42において引き続きカウントアップが行われるのを阻
止するために、カウンタ制御回路43の制御入力側43eへ
も供給される。

スイッチ41が閉じられると、カウンタ制御回路の制御
入力側43fへ供給される信号により、アップ／ダウンカ
ウンタ42の計数方向に対するセンサ状態信号の作用が逆
にされる。つまり、センサ状態信号が信号値"L"を有し
ているならば、アップ／ダウンカウンタ42はカウントア
ップするようになり、センサ状態信号が信号値"H"を有
しているならば、アップ／ダウンカウンタはカウントダ
ウンするようになる。スイッチ41を閉じることによりマ
ルチプレクサ46において、メモリ45の出力側45aに生じ
ている信号の代わりに出力側45bに生じる相補的な信号
が終段制御回路50へ伝送されるようになる。

第６図のダイアグラムからわかることは、センサ状態
信号の変化は終段制御回路50へただちに伝送されるので
はなく、該当する計数方向で有効なクロック周波数での
両方の限界計数状態Z₁とZ₂との間の計数範囲の経過期間
に少なくとも等しい遅延時間で、場合によっては計数方
向の一時的な変化で延長されて伝送されることである。
このようにしてセンサ状態信号の散発的な変化が抑圧さ
れ、所定の期間にわたり持続的な変化が認められて始め
てその変化が指示される。

センサ10が部分的に充填物に覆われていると、センサ
の固有共振周波数が切替周波数に極めて近い値をとる場
合もあり、その結果、充填レベルが実質的に同じままで
あっても頻繁に変化して切替周波数を上回ったり下回っ
たりする可能性がある。このような場合に明確な充填レ
ベル指示を実現するために、遅延回路40から供給される
遅延されたセンサ状態信号は加算器28の制御入力側28d
へも供給される。このことによりその信号値に依存して
付加的なディジタル数値の加算ないし減算が行われ、こ
れにより切替周波数を表わすディジタル数値は切替ヒス
テリシスが得られるように変えられる。

さらに評価回路20はセンサパラメータ監視回路51も有
しており、この回路は一方では、センサ周波数を表わす
ものであってメモリ23から供給されるディジタル数値を
受信し、他方ではアナログ／ディジタル変換器27から供
給されるディジタル数値を受信する。この数値に基づ
き、センサパラメータ監視回路51はセンサ振動範囲およ
び特性量範囲ならびにセンサと評価回路との間の線路を
監視する。これらのディジタル数値のうちの１つがあら
かじめ定められた範囲の外にあるかまたは、これらの数
値のうちの１つの欠落により線路の断線が示されると、
センサパラメータ監視回路は終段制御回路へ警報信号を
送信し、この信号は終段制御回路から選択された終段へ
転送され、エラーの発生していることがそこにおいて表
示される。

評価回路20の主要な利点は、この回路がディジタル回
路によってのみ構成されている点にある。したがってこ
の回路を集積化されたコンポーネントとして製造でき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プフェンドラー，マルティン ドイツ連邦共和国 79689 マオルブルク フェリックス―プラッターヴェーク６ (56)参考文献 実開 昭63−58715（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−15259（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−26431（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平２−60245（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センサと励振装置と評価回路とが設けられ
   ており、前記センサは、充填物が所定の充填レベルに達
   すると当該センサが充填物と接触するように、監視すべ
   き充填レベルの高さで容器に配置されており、 前記励振装置は、センサをその固有共振周波数で機械振
   動させるために励振させ、 前記評価回路は、センサの機械振動周波数が切替周波数
   を上回るか下回るかに依存して表示過程および／または
   切替過程をトリガするように構成されている、 容器における所定の充填レベルを検出および／または監
   視する装置において、 前記センサに電気回路素子が配属されており、該回路素
   子は、前記センサの固有共振周波数と一義的な関係性を
   有する値をもつ特性量を有しており、 該電気回路素子の特性量の値に依存して前記評価回路に
   おいて切替周波数が設定調整されることを特徴とする、 容器における所定の充填レベルを検出および／または監
   視する装置。
2. 【請求項２】前記回路素子は抵抗であり前記特性量は該
   抵抗の抵抗値である、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記回路素子はツェナダイオードであり前
   記特性量は該ツェナダイオードのツェナ電圧である、請
   求項１記載の装置。
4. 【請求項４】前記回路素子はディジタル数値設定用の多
   数の切替接点を備えたスイッチであり、前記特性量は該
   スイッチの切替接点の設定状態である、請求項１記載の
   装置。
5. 【請求項５】前記回路素子はセンサに配置されており、
   該センサから評価回路へ当該回路素子の特性量の値を表
   わす電気信号が伝送される、請求項１〜４のいずれか１
   項記載の装置。
6. 【請求項６】前記評価回路は、センサの機械振動周波数
   を第１のディジタル数値へ変換する装置と、前記回路素
   子の特性量の値を第２のディジタル数値へ変換する装置
   と、加算回路とを有しており、該加算回路は、固定的な
   基本数値を前記の第２のディジタル数値と加算すること
   により切替周波数を表わす和を形成する、請求項１〜５
   のいずれか１項記載の装置。
7. 【請求項７】前記評価回路は比較器を有しており、該比
   較器は一方の入力側で前記の第１のディジタル数値を受
   信し、第２の入力側で前記の第２のディジタル数値を受
   信し、その出力側から遅延されていないセンサ状態信号
   を供給し、該センサ状態信号は、両ディジタル数値の比
   較結果に依存して２つの信号値のうちの一方または他方
   の値をとる、請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】前記比較器に遅延回路が後置接続されてお
   り、該遅延回路は、比較器から供給された遅延されてい
   ないセンサ状態信号に所定の遅延を与え、出力側から遅
   延されたセンサ状態信号を供給し、該信号は表示過程お
   よび／または切替過程のトリガに用いられる、請求項７
   記載の装置。
9. 【請求項９】遅延回路により与えられる遅延は、遅延さ
   れていないセンサ状態信号が一方の信号値を有するか他
   方の信号値を有するかに依存して異なる大きさである、
   請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】前記遅延回路はアップ／ダウンカウンタ
    により構成されており、該カウンタの計数方向は遅延さ
    れていないセンサ信号により制御され、該カウンタは計
    数方向に依存してそれぞれ異なるクロック周波数で駆動
    される、請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】前記評価回路はセンサパラメータ監視回
    路を有しており、該センサパラメーター監視回路は第１
    および第２のディジタル数値を受信し、該ディジタル数
    値のうちの１つが所定の範囲外にあれば警報信号を供給
    する、請求項６〜10のいずれか１項記載の装置。