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Sonde zur Niveau-Kontrolle von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten in einem Behälter
Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Niveau-Kontrolle von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten in einem Behälter. Die Sonde soll in Zusammenarbeit mit der zu überwachenden Flüssigkeit einen elektri- schenStromkreis steuern, der geschlossen wird, wenn das Niveau der Flüssigkeit die Sonde übersteigt, und geöffnet wird, wenn das Flüssigkeits-Niveau sich unterhalb der Sonde befindet.
Zu diesem Zweck sind bereits elektrische Sonden bekannt, die einen Isolierkörper mit Befestigungs- mitteln zum Anbringen der Sonde in einer Bohrung einer Behälterwand und eine in den Isolierkörper dicht eingesetztestromdurchführung aufweisen, die an ihrem einen Ende Anschlussmittel für einen elektrischen Leiter trägt und mit ihrem andern Ende eine aus dem Isolierkörper herausragende Elektrode bildet. Die bisher bekannten Ausführungen der beschriebenen Sonden haben den Nachteil, oft keine exakte und trägheitslose Unterbrechung des angeschlossenen Stromkreises beim Absinken des Flüssigkeits-Niveaus zu ergeben.
Der Grund hiefür liegt in der Tatsache, dass sich an der Oberfläche des Isolierkörpers meistens eine Flüssigkeitshaut bildet, die elektrisch leitend ist und oft noch längere Zeit den Stromkreis geschlossen hält, nachdem das zu überwachende Flüssigkeits-Niveau schon bis unter die Sonde gesunken ist. Die erwähnte Flüssigkeitshaut verschwindet nur allmählich durch Abtropfen oder Verdunsten, wobei sie einen zunehmend grösser werdenden Widerstand im Stromkreis bildet. Der Zeitpunkt der Steuerung im Sinne 'einer Unterbrechung des Stromkreises ist daher einigermassen ungewiss.
Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrischen Sonden der beschriebenen Art zu verbessern, um eine rasche, eindeutige Unterbrechung des angeschlossenen Stromkreises beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels zu ermöglichen.
Dieses Ziel wird in überraschend einfacher Weise im wesentlichen dadurch erreicht, dass zumindest an der nach unten zugekehrten Seite des Isolierkörpers Rillen vorhanden sind, die quer zur Richtung der kürzesten Oberflächenlinien zwischen der Elektrode und den Befestigungsmitteln verlaufen.
Die Rillen an der Unterseite der montierten Sonde bewirken, dass beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels unter die Sonde die am Isolierkörper noch anhaftende Flüssigkeitsschicht rasch abreisst, damit der Stromfluss von der Elektrode zu den Befestigungsmitteln der Sonde eindeutig unterbrochen wird. Dadurch wird eine sichere und flackerfreie Schaltung des Stromkreises und der daran angeschlossenen Signalgeber oder Regelorgane erzielt.
'Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in welcher rein beispielsweise eine bevorzugteAusführungsformdesErfin- dungsgegenstandes veranschaulicht ist.
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Schema einer elektrischen Schaltung, die an die Sonde und den Flüssigkeitsbehälter angeschlossen ist.
Gemäss Fig. l weist eine Behälterwand 11 eine Gewindebohrung 12 mit waagrechter Achse auf. In diese Bohrung ist ein entsprechender Gewindeteil eines Isolierkörpers 13 von aussen her dicht eingeschraubt.
Der Isolierkörper 13 hat die Gestalt eines torsions-symmetrischen Zapfens, der sich in montiertem Zustand teils ausserhalb und teils innerhalb des Gefässes mit der Wandung 11 befindet. Koaxial im Isolierkörper befindet sich ein Metallstab 14, dessen eines Ende innerhalb des Behälters eine aus dem Isoler-
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körper herausragende Elektrode 15 bildet. Das andere Ende des Stabes 14 ist in einem ebenfalls aus Metall bestehenden Gewindezapfen 16 befestigt, welcher in eine passendeGewindebohrung des Isolierkörpers 13 eingeschraubt ist. Zur Erzielung eines flüssigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem Gewindezapfen 16 und demlsolierkörper 13 weisen die genannten Teile Kegelflächen 17 auf, die durch dasEinschrauben des Zapfens 16 dicht aufeinander gepresst werden.
Der Stab 14 und der Gewindezapfen 16 bilden zusammen eine Stromdurchführung im Isolierkörper 13. Der Gewindezapfen 16 ist von der Aussenseite des Behälters 11 zugänglich und weist Anschlussmittel 18 und 19 für einen elektrischen Leiter 20 auf.
Zwischen dem mit der Elektrode 15 versehenen Ende des Isolierkörpers 13 und seinem Gewindeteil weist der Isolierkörper mehrere Umfangsrillen 22 mit gewölbeförmigem Querschnitt auf. Zwischen diesen Rillen sind bedeutend schmälere Rippen 23 vorhanden. Eine analoge Rippe 24 befindet sich an dem die Elektrode 15 tragenden Ende des Isolierkörpers 13. An der Behälterwand 11, die aus Metall besteht, ist ein zweiter elektrischer Leiter 25 angeschlossen, beispielsweise durch einen Kabelschuh 26, der gemäss Fig. 1 mit Hilfe des Isolierkörpers 13 an die Behälterwand 11 angepresst wird.
Gemäss Fig. 4 sind die beiden elektrischen Leiter 20 und 25 an eine Schaltung angeschlossen, die zur Hauptsache aus einem Gleichstromverstärker mit zwei Transistoren T1 und T und einem durch diesen Ver- stärker gespeisten Relais RE besteht. Der Verstärker weist ferner mehrere elektrische Widerstände R-R und eine Diode D auf. Die Speisung des Verstärkers erfolgt aus einer Stromquelle B über einen Widerstand R, dem eine Zener-Diode Z zur Spannungsbegrenzung nachgeschaltet ist. Eine weitere Diode D2 sichert die Schaltung vor Schäden, wenn irrtümlicherweise die Stromquelle B mit umgekehrter Polarität angeschlossen werden sollte. Das Relais RE steuert den Stromkreis einer Signallampe L und kann mittels zusätzlicher Kontakte zur Steuerung anderer, nicht dargestellter Einrichtungen herangezogen werden.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Sonde und der angeschlossenen Schaltung sind wie folgt :
Befindet sich der Spiegel der Flüssigkeit im Behälter 11 unterhalb der Sonde und insbesondere deren Elektrode 15, sind die beiden Leiter 20 und 25 nicht miteinander verbunden. Die Basis des Transistors T liegt daher über dem Widerstand R am Pluspol der Stromquelle B. Steigt das Niveau der Flüssigkeit bis zur Elektrode 15 oder höher, so ist ein Stromfluss vom Leiter 25 durch die Behälterwand 11, die Flüssigkeit und dieStromdurchführung 14,16 zum Leiter 20 möglich. Daher wird die Basis des Transistors T über den Widerstand R mit dem Minuspol der Stromquelle B verbunden, was eine Änderung des Potentials an der Basis des Transistors T zur Folge hat.
Diese Änderung teilt sich in verstärktem Masse der Basis des Transistors T mit, wodurch das im Ruhezustand erregte Relais RE'abfällt und die Signallampe L eingeschaltet wird. Diese meldet durch ihr Aufleuchten, dass das Niveau der Flüssigkeit die vorgeschriebene Höhe erreicht oder überstiegen hat.
Senkt sich anschliessend der Flüssigkeitsspiegel bis unter die Sonde, so wird der Stromfluss zwischen den Leitern 25 und 20 wieder unterbrochen und dadurch das Relais RE wieder erregt und damit die Signallampe L ausgeschaltet.
Hätte der Isolierkörper 13 zwischen der Elektrode 15 und dem Gewindeteil zylindrische Gestalt, so würde beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels noch längere Zeit eine leitende Flüssigkeitsschicht an der Unterseite des Isolierkörpers haften bleiben, so dass ein Schleichstrom weiterhin zwischen den Leitern 25 und 20 fliessen und das saubere Arbeiten des Relais RE beeinträchtigen könnte. Die Rillen 22 des Isolierkörpers 13 gewährleisten, dass der geschilderte nachteilige Effekt bei der erfindungsgemässen Sonde nicht in Erscheinung tritt. An den Stellen 27 der Rillen reisst nämlich der Flüssigkeitsfilm beim Absinken des Niveaus unter diese Stellen sofort entzwei, weil die Flüssigkeit nach den beidenRändern jeder Rille wandert. Dadurch wird der Schleichstrompfad rasch unterbrochen.
Die Rippen 23 und 24 beschleunigen das Abtropfen der Flüssigkeit vom Isolierkörper 13, so dass in kurzer Zeit der nötige Isolationswiderstand zwischen den Leitern 25 und 20 erreicht wird.
Wie bereits angedeutet, können mit Hilfe des Relais RE ausser der Signallampe L noch andere Apparate und Einrichtungen gesteuert werden, so dass es beispielsweise möglich ist, das Niveau der Flüssigkeit ständig annähernd auf die Höhenlage der Sonde automatisch einzuregulieren, was durch Ein- und Ausschalten einer Pumpe oder durch Öffnen und Schliessen eines Ablaufventiles möglich ist.
Die beschriebene und inFig. 4 dargestellte Schaltung hat den Vorteil, dass sie von Spannungsschwan- kungen der Stromquelle B weitgehend unabhängig ist. Diese Spannung darf z. B. zwischen 14 und 30 V variieren. Durch die Zener-Diode Z werden sogar Spannungsspitzen bis zu 60 V einwandfrei eliminiert.