DE2649075B2

DE2649075B2 - Verfahren und Anordnung zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf einem Lagerplatz

Info

Publication number: DE2649075B2
Application number: DE2649075A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: G H ENDRESS and CO BASEL (SCHWEIZ)
Current assignee: G H ENDRESS and CO BASEL (SCHWEIZ)
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1980-07-24
Also published as: GB1587617A; DK253477A; BE855486A; CA1102441A; JPS584971B2; NL7702729A; FR2354542A1; DE2649075C3; FR2354542B1; NO145739C; US4114441A; JPS52151051A; NO145739B; IT1065592B; FI771725A; DD131671A5; DE2649075A1; CH607002A5; SE7702915L; FI63636C

Description

ClIlC V CI Mai

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß solche Echolot-Meßverfahren sowohl für die Füllstandsmessung in offenen und geschlossenen Behältern als auch für die Messung der Schüttguthöhe auf Lagerplätzen Verwendung finden. Der Einfachheit halber wird nachfolgend stets beispielshalber von der Füllstandsmessung in einem Behälter die Rede sein.

Wie beispielsweise aus der FR-PS 1514156 bekannt ist, wird das eingangs angegebene Verfahren gewöhnlich mit Anordnungen durchgeführt, die einen von einem elektrischen Impulsgenerator erregten elektro-akustischen Sendewandler und einem mit einer elektronischen Zeitmeßanordnung verbundenen akusto-elektrischen Empfangswandler enthalten, wobei der Sendewandler und der Empfangswandler oberhalb des Füllgutes in dem Behälter montiert sind. Der Sendewandler und der Empfangswandler können auch zusammenfallen. Der Sendewandler sendet einen Schall- oder Ultraschallimpuls aus, dessen Dauer möglichst kurz gegen die kürzeste vorkommende Gesamtlaufzeit ist (die dem höchsten Füllstand im Behälter entspricht). Der Sendeimpuls trifft auf die Oberfläche des Füllgutes, von der ein Bruchteil der ausgesendete-. Energie als Echoimpuls reflektiert wird, der zum Empfangswandler zurückkehrt. Eine Zeitmeßanordnung mißt die Zeitspanne zwischen dem Beginn der Aussendung des Sendeimpulses und dem Beginn des Empfangs des Echoimpulses. Diese Zeitspanne entspricht der Gesamt'.aufzeit der Impulse vom Sendewandler zur Oberfläche des Füllgutes und zurück zum Empfangswandler und ist ein Maß für die von den Impulsen zurückgelegte Strecke, da die Schallgeschwindigkeit bekannt ist. Wenn sich die beiden Wandler auf der gleichen Höhe befinden (oder zu einem einzigen Wandler zusammengefaßt sind), ist diese Gesamtstrecke gleich dem doppelten Abstand zwischen den Wandlern und der Oberfläche des Füll-

i gutes. Da andererseits der Abstand der Wandler vom Boden des Behälters bekannt ist, kann daraus der Füllstand im Behälter berechnet werden.

Bei diesen bekannten Verfahren und Anordnungen besteht eine erhebliche Gefahr für Fehlmessungen,

i wenn im Behälter Störimpulse auftreten können, die zum Empfangswandler gelangen und von diesem als Echoinipulse ausgewertet werden. Wenn nach der Aussendung eines Sendeimpulses ein solcher Störimpuls am Empfangswandler eintrifft, bevor der richtige

ι Echoimpuls ankommt, wird eine zu kurze Zeitspanne gemessen und demzufolge ein zu hoher Füllstand angezeigt. Die Gefahr des Auftretens solcher Störimpulse ist besonders dann groß, wenn die Messung des Füllstandes während der Befüllung oder der IZntlee-

, rung des Behälters durchgeführt wird. Dies ist insbesondere für die Steuerung von automatischen Befüllungs- und Entleerungsvorgängen notwendig, um die Befüüup." beim Erreichen eines bestimmten maxima-

len Füllstandes zu beenden oder während der Entleerung beim Erreichen eines bestimmten minimalen Füllstandes wieder einzuleiten. Bei diesen Vorgängen entsteht gewöhnlich ein beträchtlicher Lärmpegel, der Störimpulse verursachen kann, welche zu der zuvor geschilderten Fehlmessung führen. Da die Fehlmessung stets einen zu hohen Füllstand anzeigt, hat dies zur Folge, daß die Beschickung des Behälters vorzeitig beendet wird, bevor der gewünschte maximale Füllstand erreicht ist, oder daß beim Entleeren die Beschickung nicht wieder in Gang gesetzt wird, obwohl bereits der zulässige minimale Füllstand unterschritten ist.

Die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens von Störimpulsen am Empfangswandler ist offensichtlich um so größer, je größer die Zeitspanne zwischen dem Sende- und dem Empfangsimpuls ist, je niedriger also der Füllstand ist. Andererseits ist aber auch der beim Füllvorgang erzeugte Lärmpegel um so größer, je niedriger der Füllstand ist, weil dann das Füllgut eine größere Fallhöhe hat. Somit besteht gerade bei niedrigem Füllstand eine erhöhte Gefahr von Fehlmessungen, welche die Anzeige eines zu hohen Füllstandes zur Folge haben.

Diese Erscheinung wird um so stärker wirksam, je größer die Höhe des Behälters ist. Der am Empfangswandler ankommende Bruchteil der Senck energie ist nämlich um so kleiner, je größer die vom Sendeimpuls und vom Echoimpuls zurückgelegte Strecke ist. Die Empfindlichkeit des Empfangswandlers und de: daran angeschlossenen Schaltungen muß so bemessen sein, daß auch bei der größten vorkommenden Laufzeit, d. h. beim niedrigsten vorkommenden Füllstand, der Echoimpuls noch mit Sicherheit ausgewertet werden kann. Je größer diese Empfindlichkeit ist, um so größer ist aber auch die Gefahr des Ansprechens auf Störimpulse Um eine zu große Empfindlichkeit auf der Empfangsseite zu vermeiden, wendet man eine möglichst große Impulsenergie auf der Sendeseite an. Wegen der kurzen Dauer der Sendeimpulse bedeutet dies, daß sie eine große Energiedichte pro Zeiteinheit aufweisen. Die Aussendung von Schallimpulsen großer Energiedichte erfordert wiederum einen beträchtlichen Aufwand auf der Sendeseite.

In der FR-PS 1514156 ist eine zusätzliche Maßnahme beschrieber, mit welcher die Meßfehler beseitigt werden sollen, die sich daraus ergeben, daß die Echoimpulse gegenüber den Sendeimpulsen verschliffen sind. Zu diesem Zweck werden entweder durch Verzögerung oder durch Aussendung von zwei Sendeimpulsen in jeder Sendeperiode zwei in einem vorbestimmten Zeitabstand aufeinanderfolgende Echoimpulse erzeugt, von denen der erste zur Ermittlung eines der halben Impulsamplitude entsprechenden Schwellenwertes dient, während der zweite Echoimpuls beim Erreichen dieses Schwellenwertes die Zeitmessung beendet. Die zuvor geschilderten Erscheinungen werden aber durch diese Maßnahme nicht beseitigt; sie setzt im übrigen die Aussendung sehr kurzer Sendeimpulse voraus, die auf jeden Fall beendet sein müssen, bevor der Echoimpuls bei der kürzesten vorkommenden Laufzeit beendet ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf Lagerplätzen nach dem Echolotprinzip, bei dem die Gefahr von Fehlmessungen infolge von durch den Lärmpegel verursachten Störimpulsen weitgehend ausgeschaltet ist und die Messung mit verhältnismäßig geringer Energiedichte der Sendeimpulse durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden ■ Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird mit verhältnismäßig langen Impulsen gearbeitet, deren Dauer so groß ist, daß auch bei der größten vorkommenden Gesamtlaufzeit, d. h. dem niedrigsten vorkommenden Füllstand, der Empfang des Echcimpulses beginnt, bevor die Aussendung des Sendeimpulses beendet ist. Der Echoimpuls hat die gleiche Dauer wie der Sendeimpuls, er kommt aber am Empfangswandler mit einer zeitlichen Versetzung an, die der > za messenden Gesamtlaufzeit entspricht. Demzufolge ist auch der Zeitabstand zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Ende des Echoimpuises gleich der Gesamtlaufzeit, die ein Maß für den Füllstand im Behälter bzw. für die Schüttguthöhe auf dem Lagerplatz bildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Zeitspanne gemessen, in welcher der Echoimpuls nach dem Ende des Sendeimpulses fortbesteht.

Es ist unmittelbar zu erkennen, daß Störimpulse, die während der Aussendung des Sendeimpulses auftreten, keinen Einfluß auf die Messung haben, da während dieser Zeit noch keine Zeitmessung erfolgt. Es können aber auch Störimpulse, die während der Durchführung der Zeitmessung auftreten, das Meßergebnis nicht verfälschen, denn diese Störimpulse überlagern sich dann dem noch bestehenden Echoimpuls, können aber nicht das Ende des Echoimpulses vortäuschen, das allein für das Ende der Zeitmessung bestimmend ist. Somit sind die durch Störimpulse verursachten Fehlmessungen praktisch vollständig ausgeschaltet, und das Verfahren eignet sich insbesondere für die Durchführung von Füllstandsmessungen beim Bestehen eines beträchtlichen Lärmpegels, wie er insbesondere während der Befüllung und Entleerung eines Behälters auftritt.

Infolge der Unempfindlichkeit gegenüber Störimpulsen kann mit wesentlich geringeren Energiepegeln gearbeitet werden. Da sich ferner die Impulsenergie über eine wesentlich größere Impulsdauer verteilt, weisen die Sendeimpulse eine kleine Energiedichte auf. Die Aussendung von Impulsen größerer Dauer mit verhältnismäßig kleiner Energiedichte ist durch wesentlich einfachere und billigere Vorrichtungen möglich als die Aussendung von sehr kurzen Impulsen großer Energiedichte.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß der verhältnismäßig lange Sendeimpuls auf einfache Weise moduliert werden kann. Wenn die empfangsseitig zur Auswertung des Echoimpulses verwendete Anordnung so ausgebildet ist, daß sie selektiv auf die Modulation anspricht, ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit zur Ausschaltung von unerwünschten Störsignalen.

Schließlich ist es möglich, die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anordnung leicht an Behälter bzw. Lagerplätze sehr unterschiedlicher Höhe anzupassen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Dauer des Sendeimpulses entsprechend dem Abstand zwischen den Wandlern und dem Boden des Behälters bzw. des Lagerplatzes einzustellen. Im Gegensatz dazu müssen bei den mit kurzen Impulsen arbeitenden bekannten Verfahren für Höhenunterschiede von etwa 10 bis 15 m jeweils verschiedene Wandler angewendet werden, die entsprechend aheestimmt sind.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schernatische Darstellung der Messung des Füllstandes in einem Behälter nach dem Echolotprinzip,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der bekannten Füllstandsmessung mit kurzen Impulsen und der Füllstandsmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und

Fig. 3 das Blockschema einer Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittansicht einen geschlossenen Behälter 1, der ein Füllgut 2 enthält, von dem als Beispiel angenommen ist, daß es sich um ein körniges Schüttgut handelt. Das Füllgut kann durch einen am Deckel des Behälters 1 angebrachten Einfüllstutzen 3 in den Behälter eingefüllt und durch einen am tiefsten Punkt des Behälters angebrachten Entleerungsstutzen 4 aus dem Behälter entnommen werden.

Zur Messung des Füllstandes im Behälter ist am höchsten Punkt ein elektro-akustischer Wandler 5 angeordnet, der bei Erregung durch einen nicht dargestellten elektrischen Impulsgenerator einen Sendeimpuls 5 in Form einer Schall- oder Ultraschallwelle erzeugt, der sich vom Wandler S zur Oberfläche des Füllgutes 2 ausbreitet. An der Füllgutoberfläche wird ein Bruchteil der Energie des Sendeimpulses reflektiert und als Echoimpuls E zum Wandler 5 zurückgeschickt. Eine an den Wandler S angeschlossene, nicht dargestellte Zeitmeßanordnung mißt die Gesamtlaufzeit vom Beginn der Aussendung des Sendeimpulses 5 bis zum Beginn des Empfangs des Echoimpulses E. Diese Gesamtlaufzeit ist offensichtlich doppelt so groß wie die einfache Laufzeit des Sendeimpulses 5 vom Wandler 5 bis zur Oberfläche des Füllgutes 2. Die Schallgeschwindigkeit in dem oberhalb des Füllgutes 2 befindlichen Raum, der mit Gas gefüllt ist, ist bekannt. Aus der gemessenen Zeit kann somit die vom Sendeimpuls bis zur Oberfläche des Füllgutes zurückgelegte Strecke L_x ermittelt werden. Andererseits ist der Abstand L_M zwischen dem Wandler 5 und der dem Füllstand Null entsprechenden Bezugsebene 6 (z. B. Behälterboden) bekannt. Demzufolge ist auch der zu messende Füllstand H_x nach der folgenden Beziehung zu ermitteln:

K = Lm-K
In den Diagrammen α und b von Fig. 2 sind die

Verhältnisse dargestellt, die sich ergeben, wenn die in Fig. 1 gezeigte Füllstandsmessung mit Sendeimpulsen durchgeführt wird, deren Dauer kurz gegen die zu messende Laufzeit ist. Wie das Diagramm α von Fig. 2 zeigt, beginnt im Zeitpunkt t_o die Aussendung des Sendeimpulses S, und im Zeitpunkt t_x beginnt das Eintreten des Echoimpulses E am Wandler 5. Die Zeitmeßanordnung soll die Zeitspanne 7^ messen, die der Strecke L_x proportional ist. Sie wird zu diesem Zweck durch den Beginn des Sendeimpulses S in Gang gesetzt und soll durch den Beginn des Echoimpulses E stillgesetzt werden.

Da der Benutzer jedoch nicht die Strecke L_x , sondern den Füllstand H_x messen will, wird die Zeitmeßanordnung vor dem Beginn der Messung auf einen

dem Abstand L_M entsprechenden Wert voreingestellt; die Zeitmeßanordnung ist so ausgebildet, daß sie nach dem Ingangsetzen die Anzeige von diesem Anfangswert an linear mit einer Geschwindigkeit verringert, die so bemessen ist, daß nach einer dem Abstand Lw entsprechenden Gesamtlaufzeit T_M (im Zeitpunkt fj) der Anzeigewert Null erreicht würde. Dies ist im Diagramm b von Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Wenn die Zeitmeßanordnung im Zeitpunkt t durch den Echoimpuls E stillgesetzt wird, hat sich die Anzeige um einen der Strecke L_x entsprechenden Betrag verringert; es wird also direkt der Füllstand H angezeigt.

Diese Wirkung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß als Zeitmeßanordnung ein digitaler Rückwärtszähler verwendet wird, der vor dem Beginn der Messung auf einen der Strecke L_M entsprechenden Anfangszählerstand eingestellt wird und nach dem Ingangsetzen seinen Zählerstand durch Zählung von Taktimpulsen mit konstanter Frequenz verringert. Die gleiche Wirkung kann auch mit einem Analogspeicher erreicht werden, der beispielsweise einen Kondensator enthält, der vor Beginn der Messung auf eine Anfangsspannung geladen wird und nach dem Ingangsetzen der Zeitmeßanordnung linear entladen wird.

Wenn bei diesem Verfahren zwischen der Aussendung des Sendeimpulses S und dem Empfang des Echoimpulses E am Empfangswandler Störimpulse P von solcher Stärke und Beschaffenheit eintreffen, daß sie als Echoimpulse verarbeitet werden, wird die Zeitmeßanordnung im Zeitpunkt t_y beim Eintreffen des ersten Störimpulses P stillgesetzt. Sie hat dann nur eine Gesamtlaufzeit T gemessen, die einer Strecke L entspricht, und sie zeigt demzufolge einen falschen Füllstand H_y an.

Diese Fehlerquelle wird mit dem in den Diagrammen c bis / von Fig. 2 dargestellten Verfahren ausgeschaltet. Das Diagramm c zeigt den bei diesem Verfahren ausgesendeten Sendeimpuls S. Die Dauer T₅ dieses Sendeimpulses ist größer als die größte vorkommende Gesamtlaufzeit T_M. Der Sendeimpuls endet somit in einem Zeitpunkt t_s , der hinter dem Zeitpunkt t_M liegt.

Der Empfang des entsprechenden Echoimpulses E, der im Diagramm rf dargestellt ist, beginnt nach der dem betreffenden Füllstand entsprechenden Gesamtlaufzeit T_x im Zeitpunkt t_x. Der Echoimpuls hai natürlich die gleiche Dauer T₅ wie der Sendeimpuls, und er endet in einem Zeitpunkt t_t, der um eine Zeitspanne T_x' nach dem Zeitpunkt t_s liegt, der dem Ende des Sendeimpulses entspricht.

Es ist unmittelbar zu erkennen, daß die Zeitspanne T_x genau gleich der Zeitspanne T_x ist.

Die Zeitmeßanordnung ist wieder so ausgebildet daß sie von einem der Strecke L_M entsprechender Anfangszustand aus ihre Anzeige linear venringen (Diagramm /). Sie wird aber in diesem Fall beim Ende des Sendeimpulses im Zeitpunkt t_s in Gang gesetzi und im Zeitpunkt t_e beim Ende des Echoimpulse« stillgesetzt. Der beim Stillsetzen erreichte Endsianc entspricht dann genau dem zu messenden Füllstanc

Zur Steuerung der Zeitmeßanordnung ist vorzugsweise eine Steueranordnung vorgesehen, die einer b5 Sendeimpuls C erzeugt (Diagramm e), der mit derr Ende des Sendeimpulses S beginnt und mit dem Ende des Echoimpulses E endet. Der Steuerimpuls C hai somit die Dauer T.

Es ist unmittelbar zu erkennen, daß Störimpulse, die während der Dauer des Sendeimpulses S auftreten, überhaupt keinen Einfluß auf die Messung haben, weil während dieser Zeit noch keine Zeitmessung erfolgt.

Störimpulsc, die während der Zeitmessung /.wischen den Zeitpunkten /₍ und /. auftreten, können das Meßergebnis nicht verfälschen, weil sie sich nur dem Echoimpuls E überlagern, aber nicht das Ende des Echoimpulses vortäuschen können, das allein für die Beendigung der Zeitmessung maßgeblich ist.

Störimpulse, die nach der Beendigung der Zeitmessung auftreten, können leicht dadurch unwirksam gemacht werden, daß Maßnahmer! getroffen werden, die ein erneutes Ingangsetzen der Zeitmessung verhindern.

Die einzige Fehlerquelle, die bei diesem Verfahren besteht, ist eine Verlängerung der Zeitmessung durch einen Störimpuls, der am Ende des Echoimpulses überlagert ist. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen Störimpulses ist jedoch verhältnismäßig gering. Ferner ist der dadurch verursachte Fehler nur klein, weil die Dauer der Störimpulse gewöhnlich sehr kurz ist. Schließlich kann bei dem beschriebenen Verfahren auch diese Fehlerquelle noch dadurch vollständig ausgeschaltet werden, daß dem Sendeimpuls eine Modulation erteilt wird und die Empfangseinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie nur auf Signale ansprechen, welche diese Modulation aufweisen.

Fig. 3 zeigt das Blockschema einer Schaltungsanordnung für die Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens.

In dieser Figur ist wieder schematisch der Behälter 1 mit dem Füllgut 2 und einer Wandleranordnung 5 dargestellt. Ein elektrischer Generator 10 erzeugt Impulse mit der gewünschten Frequenz der Schall- oder Ultraschallwelle. Die Dauer dieser Impulse wird durch einen einstellbaren Zeitgeber 11 bestimmt. Der Ausgang des Impulsgenerators 10 ist über einen Verstärker 12 mit dem Sendewandler in der Wandleranordnung 5 verbunden, der somit in den Behälter 1 einen Schall- oder Ultraschallimpuls aussendet, der die im Diagramm c von Fig. 2 dargestellte Dauer T_s hat.

Der vom Empfangswandler der Wandleranordnung 5 empfangene Echoimpuls E wird einem Verstärker 13 mit steuerbarer Verstärkung zugeführt, an dessen Ausgang ein Rechteckimpulsformer 14 angeschlossen ist. Der Verstärkungssteuereingang des steuerbaren Verstärkers 13 ist an eine Verstärkungssteuerschaltung 15 angeschlossen, die einerseits über einen Rechteckimpulsformer 16 mit dem Ausgang des Impulsgenerators 10 und andererseits mit dem Rechteckimpulsformer 14 verbunden ist.

Die Verstärkungssteuerschaltung 15 ist so ausgebildet, daß sie während der Dauer des vom Rechteckimpulsformer 16 abgegebenen Rechteckimpulses, also während der Dauer des Sendeimpulses S, die Verstärkung des Verstärkers 13 auf dem Wert Null < oder auf einem sehr kleinen Wert hält, so daß während dieser Dauer der Verstärker 13 praktisch kein Ausgangssignal liefert. Nach dem Ende des Sendeimpulses S (d. h. im Zeitpunkt t_s von Fig. 2) bringt die Verstärkungssteuerschaltung 15 die Verstärkung des t Verstärkers 13 auf einen für die Verarbeitung der Echoimpulse ausreichenden Wert, so daß der Verstärker 13 nunmehr während der Dauer des Echoimpulses /·." ein Ausgangssignal liefert, das vom Rechteckimpulsformer 14 in die Form eines Rechteckimpulses gebracht wird. Dieser Rechteckimpuls endet mit dem Ende des Echoimpulses und entspricht somit

• dem Steuerimpuls C, der im Diagramm e von Fig. 2 dargestellt ist.

Der von dem Rechteckimpulsformer 14 abgegebene Rechteckimpuls steuert einen digitalen Rückwärtszähler 17, der vor jeder Messung durch eine

Vorcinstellschaltung 18 auf einen Anfangszählerstand eingestellt wird und während der Dauer des Rechteckimpulses die von einem Taktgeber 19 abgegebenen Taktimpulse mit konstanter Folgefrequenz rückwärts zählt.

An die Stufenausgänge des Rückwärtszählers 17 ist ein Decodierer 20 angeschlossen, der ein dem jeweiligen Zählerstand entsprechendes Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal kann in einer digitalen Anzeigevorrichtung 21 oder in einer Analoganzeige-

vorrichtung 22 angezeigt werden und gibt nach dem Stillsetzen des Rückwärtszählers 17 unmittelbar den zu messenden Füllstand H_x an, wie aus dem Diagramm/ von Fig. 2 hervorgeht.

Zur Anpassung dieser Schaltung an Behälter 1 unterschiedlicher Höhe braucht nur die Dauer des Sendeimpulses im Zeitgeber 11 und der Anfangszählerstand in der Voreinstellschaltung 18 entsprechend der größten vorkommenden Laufzeit eingestellt zu werden.

Eine Abänderung dieser Schaltung kann darin bestehen, daß der digitale Rückwärtszähler 17 durch einen Analogspeicher ersetzt wird, der einen Kondensator enthält, auf den vor Beginn der Messung eine Anfangsladung gebracht wird und der während der Dauer des von dem Rechteckimpulsformer 14 abgegebenen Rechteckimpulses linear entladen wird. Die am Ende der Zeitmessung erreichte Kondensatorspannung kann direkt in einer Analog-Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Wenn eine digitale Anzeige erwünscht ist, wird an den Analogspeicher ein Analog-Digital-Umsetzer angeschlossen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung von Fig. 3 besteht darin, daß den Sendeimpulsen eine Modulation erteilt wird und daß die Empfangsanordnung so ausgebildet wird, daß sie nur auf Empfangssignale anspricht, welche diese Modulation aufweisen. Zu diesem Zweck kann der Impulsgenerator 10 durch eine in Fig. 3 gestrichelt angedeutete Modulationssignalquelle 23 gesteuert werden, und dem Verstärker 13 kann ein gestrichelt angedeuteter Demodulator 24 vorgeschaltet sein. Die Modulation kann eine Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation sein.

Die Anwendung einer Frequenzmodulation bietet zusätzliche Möglichkeiten. So kann man beispielsweise das Ende des Sendeimpulses durch eine Modulationsänderung markieren, damit dadurch das unvermeidliche Nachschwingen des Wandlers bei der Messung unberücksichtigt bleibt. Auch eine genaue Erkennung der Dauer des Sendeimpulses und der Dauer des Echoimpulses ist durch eine Frequenzmodulation eines langandauernden Wellenimpulses dieser Art möglich. Dies wiederum bedeutet, daß man durch eine geeignete Elektronik den analogen Zwischenschritt der Auswertung übergehen kann und direkt zu einer digitalen Auswertung kommt, was wiederum eine Abnahme der Störempfindlichkeit einer beispielsweisen Vorrichtung nach diesem Arbeitsver-

fahren bedeutet. Auch ergibt sich durch eine solche direkte digitale Zählung automatisch die Angabe von Durchschnittswerten.

Ein weiterer Vorteil einer solchen Modulation des Wellenimpulses ist darin zu sehen, daß man mit einer einfachen Phasenerkennung die grobe Messung in digitale Einzelabschnitte feiner aufteilen kann.

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Ferner ermöglicht die Aussendung eines langen Wellenimpulses die Ausnutzung des Dopplereffektes durch Erkennung der Frequenzverschiebung von Echos, die von dem fallenden Füllgut als Störiirpulse zurückgeworfen werden; dadurch ist es möglich, das von der Oberfläche des Füllgutes zurückkehrende Nutzecho von den Störechos zu unterscheiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung des Füllstandes in einem Behälter bzw. der Schüttguthöhe auf einem Lagerplatz

a) nach dem Echolotprinzip und

b) durch Messung der Zeitspanne zwischen einander entsprechenden Impulsflanken eines auf die Oberfläche des Füllgutes gerichteten Schall- oder Ultraschallimpulses und des von der Oberfläche des Füllgutes reflektierten Echoimpulses,

gekennzeichnet durch Kombination folgender Merkmale:

c) die Schall- oder Ulrraschallsend-iimpulsdauer ist wenigstens gleich der größten zu messenden Zeitspanne;

d) die Zeitspanne zwischen dem Ende des Sendeimpulses und dem Ende des Echoimpulses wird gemessen.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

a) mit einem von einem elektrischen Impulsgenerator erregten elektro-akustischen Sendewandler und mit einem akusto-elektrischen Empfangswandler, deren gemeinsamer Ausgang mit einer elektronischen Zeitmeßanordnung verbunden ist, und

b) Sendewandler und Empfangswandler oberhalb des Füllgutes in dem Behälter bzw. oberhalb des Schüttgutes auf dem Lagerplatz montiert sind,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

c) ein Zeitgeber (11) und der elektrische Impulsgenerator (10) beaufschlagen den Ultraschallwandler (5) mit Sendeimpulsen, deren Dauer wenigstens gleich der größten zu messenden Zeitspanne ist;

d) eine Verstärkungssteuerschaltung mit einem Verstärker (13), einem Rechteckimpulsformer (14) und einer Steuerschaltung (15), die einerseits an den Impulssender (10), den Rechteckimpulsformer (16) und den Verstärker (13), andererseits an den Rechteckimpulsformer (14) angeschlossen ist, ist vorgesehen;

e) der Rechteckimpulsformer (14) beaufschlagt die Zeitmeßanordnung (17, 18, 19, 20, 21, 22) beim Ende des Sendeimpulses und beim Ende des Echoimpulses.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung (17,18, 19, 20, 21, 22) einen digitalen Rückwärtszähler (17) enthält, der vor jeder Messung auf einen Anfangszählerstand eingestellt wird und dessen Rückwärtszählung durch die Steuerschaltung (13, 14, 15, 16) eingeleitet und beendet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung (17,18, 19,20,21,22) einen Analogspeicher (17) in Form eines Kondensators enthält.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13, 14, 15, 16) einen an den Empfangswandler angeschlossenen Verstärker (13) mit steuerbarem Verstärkungsfaktor enthält, sowie

Ul MC\ AA

Verstärkungsfaktor des Verstärkers (J 3) während der Dauer des Sendeimpulses auf dem Wert Null oder auf einem sehr kleinen Wert und während der Dauer des Echoimpulses auf einem größeren Wert hält.