Y#rfahren zum Kontrollieren von Flüssigkeitshöhen in Behältern. Die einfachsten Vorrichtungen, welche Flüssigkeitshöhen in Behältern zu erkennen gestatten, sind Schaugläser. Je nach dem Drucke und der Temperatur, welche in dem Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise einem Dampfkessel, herrschen, müssen dieselben widerstandsfähig genug gegen mechanische Temperaturbeanspruchungen ausgebildet sein.
Für moderne Hochdruckbehälter mit Drucken bis zu<B>100</B> Atm. und mehr und Tem peraturen bis zu<B>500 '</B> ist es bisher nicht ge- iungen, genügend haltbare Gläser herzustel len. Infolgedessen ist die Bestimmung der Flüssigkeitshölie in einem solchen Hoch druckbehälter bis heute eine nicht oder mir niangelhaft gelöste Aufgabe.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zum Kontrollieren von Flüssigkeits höhen in Behältern, dessen Hauptvorteil darin besteht, bis zu den höchsten Drucken und Temperaturen anwendbar zu sein. Infolge seiner besonderen Eigenart ist es weiterhin leicht möglich, es zur Fernübertragung der Anzeige der Flüssigkeitshöhe zur Registrie rung derselben und insbesondere auch zur Impulsgabe an Einrichtungen, welche die Konstanterhaltung einer gewissen Fliissig- keitshöhe bewirken, auszugestalten.
Der Grundgedanke des neuen Verfahrens ist der, dass Schwingungen des Behälters oder eines mit demselben elastisch verbundenen kommunizierenden Hilfsbehälters zur Er- kennbarmachung der Flüssigkeitshöhe heran gezogen werden, und zwar sind für den Zweck des Verfahrens sowohl freie oder Eigenschwingungen. wie auch erzwungene Schwingungen verwendbar.
Die Verwendbarkeit der Eigenschwingun gen zur Anzeige von Flüssigkeitshöhen be ruht dabei auf folgenden Überlegungen: Die Eigenschwingungszahl eines elastisch gelagerten Körpers hängt bekanntlich ab von seiner Masse. Ist der Körper ein Flüssigkeits behälter, dessen Flüssigkeitshöhe sich verän- dert, so wird hierdurch auch eine Verände rung der Eigenschwingungszahl des dutch den Körper mit seiner elastischen Lagerung dargestellten scliwingungsfähigen Systems bewirkt.
Man kann also umgekehrt eine Ver änderung im Flüssigkeitssfande an einer Ver änderung der Eigenschwingungszahl erken nen, das heisst, bei geeigneter Anordnung kann die Eigenschwingungszahl als Mass für die Höhe des Flüssigkeitsstandes in dem elastisch gelagerten Behälter dienen.
Im Falle von erzwungenen Schwingungen beeinflusst, wie bekannt, die schwingende Masse die Grösse der sich ausbildenden Am plitude, so dass die Messung der Amplituden- grösse umgekehrt zur Bestimmung der vor handenen Masse, das heisst in diesem Falle des Flüssigkeitsstandes, dienen kann.
Eine einfache Anwendung des Verfahrens zur Anzeige des Wasserstandes in einem Dampfkessel ist in Fig. <B>1</B> beispielsweise dar- gestellt: Mit dem Dampfkessel<B>1</B> ist durch die Rohre 2 und<B>3</B> ein kommunizierender Hilfsbehälter 4 von beliebiger Form elastisch verbunden.
Werden durch irgendwelche Ur- ##achen, etwa durch einen Stoss oder durch<B><U>die</U></B> im Kesselhaus stets vorhandenen Erschütte rungen die Eigenschwingungen des sc'hwin- gungsfähigen Systems 2,<B>3,</B> 4 erregt, so zeigt ein Scliwingungsmesser <B>5,</B> zweckmässig ein Zungenfrequenzmesser, die Eigenschwin- ,u ngszahl an, welche, wie oben ausgeführ t,
als Mass für die Höhe des V#7asserstandes in dem Hilfsbehälter 4 dienen kann. Jede Ver änderung des Wasserstaiides in dem Behälter <B>1</B> und dem mit ihm kommunizierenden Hilfs behälter 4 bewirkt also eine Veränderung in der Anzeige des Zungenfrequenzmessers.
Ist der Behälter<B>1</B> selbst elastisch ge lagert oder aufgehängt, so kann auch seine Eigeiischwingungszahl zur Bestimmung der Flüssigkeitshöhe in ihm benutzt werden. In diesem Falle kann der Hilfsbehälter 4 in ffegfall kommen.
Die Erregung der Schwingungen des Behäl ters oder des Hilfsbehälters kann in verschie denster Weise erfolgen. In vielen Fällen wer- den bereits die in der Umgebung vorhandenen Erschütterungen hierzu ausreichend sein. Will man jedoch alle Möglichkeiten einer Täuschung ausschalten bezw. wird eine be sonders genaue Anzeige der Flüssigkeitshöhe ae <B>"</B> fordert, so erweist es sich als zweckmässig, besondere Mechanismen zur Seliwingungs- erregung anzubringen. Unter den Möglichkei ten, welche sich hierbei bieten, seien folgende erwähnt: <B>1.</B> Erregung durch Stösse oder Schläge vermittelst einfacher Schlagmechanismen, welche von Hand oder automatisch betätigt werden.
Zweckmässig i s-t damit gleichzeitig eine Dämpfungsvorrich'miig verbunden, wel che die Zungen des Erequenzmessers im ge wünschten Augenblick zur Ruhe bringt.
2. Erregung im Rhythmus der mit der Flüssigkeitshöhe veränderlichen Eigenschwin gungszahl durch rotierende oder hin- und hergehende Schwingungserzeugung, deren Periodenzahl automatisch auf Synchronismus mit den Eigenschwingungen gesteuert wird. Es kann dies beispielsweise unt'er Benutzung geeignet abgestimmter elektrischer Schwin gungskreise, deren Selbstinduktion oder Ka pazität veränderlich gemacht ist. erreicht werden.
<B>3.</B> Erregung mit gleichbleibender Fre quenz bezw. einer Anzahl gleichbleibender Frequenzen, zum Beispiel durch einen oder mehrere mit konstanter Drehzahl laufende Motoren oder Oszillatoren, wobei sich dann die oben bereits erwähnten erzwungenen Schwingungen ausbilden, deren Amplituden- grösse als Massstab für die Flüssigkeitshöhe benutzt werden kann.
Liegt die Aufgabe vor, die Anzeige der Flüssigkeitshöhe nach irgendeiner räumlich von dem Behälter entfernten Stelle zu Übe,- tragen., so ist dies auf verschiedenen Wegen möglich. Es kann zum Beispiel in einfacher Weise die Anzeige des Zungenfrequenzmes- sers <B>5</B> in Fig. <B>1</B> räumlich übertragen werden durch Lichtstrahlen, welche an der ge wünschten Stelle ein vergrössertes Bild der Anzeige entwerfen, Für Übertragung auf grössere.
Entfernung kann das dem Telephon zz zugrunde liegende Prinzip nutzbar gemacht werden, indem man durch die Schwingungen der Zungen des Frequenzmessers <B>5</B> in einem Magnetfeld Induktionsströme hervorbringen lässt, welche entsprechende Zungen eines räumlich entfernten zweiten Frequenzmessers zum Schwingen bringen.
Eine andere Möglichkeit der räumlichen Übertragung von Impulsen, die von den Schwingungen des Behälters oder des Hilfs behälters herrühren, besteht darin, dass, wie in Fig. 2 beispielsweise schematisch skizziert, vermittelst Lichtstrahlen, die durch den von der Flüssigkeitshöl <B>-</B> direkt beeinflussten Zungenfrequenzmesser <B>5</B> gesteuert werden, Selenzellen <B>9</B> und<B>10</B> belichtet werden, wel che in einer Wheatstonschen Brückenschal tung angeordnet sind.
Je nachdem, ob die Zunge<B>6</B> oder die Zunge<B>8</B> die grössere Ai#, plitude hat, wird Selenzelle <B>9</B> oder Selenzelle <B>10</B> stärker belichtet. Es ist dabei angenom men, dass die Flüssigkeit auf der Höhe, wie sie s durch die Zunge <B>7</B> gekennzeichnet ist, ge- halten werden soll.
Wenn der Flüssigkeits stand hiervon abweicht, geht die maximale Amplitude über auf eine der anliegenden Zungen<B>6</B> oder<B>8,</B> wobei vorgesehen ist, dass die Frequenzen der Zungen so dicht beiein ander liegen, dass stets mindestens zwei Zun gen zu gleicher Zeit schwingen, so dass eine kontinuierliche Regelung gesichert ist.
Jede Änderung des Brückengleichgewich tes ruft einen Strom in der Diagonalen<B>11</B> hervor, welcher ein Relais 12 im einen oder andern Sinne betätigt. Dieses Relais 12 steuert. Ströme, welche auf Anzeige- oder Relgistriervorriehtungen oder, was hierbei von besonderer Wichtigkeit ist, auf Regel vorrichtungen für die in dem Behälter ge speiste Flüssigkeitsmengen einwirken. Be- einflusst die Regeleinrichtung etwa die Dreh zahl einer Speisepumpe.
so kann zur Rück führung der durch den Primärimpuls hervor- mzebrachten Drehzahländerun", ein Drehzahl- .messer dienen, welcher das Brückengleic'h- gewicht durch einen sekundären Impuls im umgekehrten Sinne zu verschieben trachtet.
In Fig. 2 ist angenommen, dass die Dreh zahländerung der Speisepumpe auf einen Zungenfrequenzmesser lä wirkt, dessen Zun gen 14 und<B>16</B> Lichtstrahlen steuern, welche durch Einwirkung auf die Selenzellen <B>10</B> bezw. <B>9</B> das Brückengleichgewicht im Sinne der Rückführung beeinflussen. [Trn. eine An passung der Regelgeschwindigkeit an<B>die</B> Träglieiten der bewegten Steuerorgane zu er zielen, ist es zweckmässig, die von dem Re lais 12 ausgehenden Steuerimpulse in regel baren Zeitabständen aufeinander folgen züi lassen.
Es hat sieh gezeigt, dass ein sehr aus- siclitsreiches Mittel zur Übertragung von Im pulsen, welche von den Schwingungen des Behälters oder des Hilfsbehälters. insbeson dere von den Zungensehwingungen des da durch beeinflussten Frequenzmessers, oder sonstiger beeinflusster Federpendel, herrüh ren, in der Erzeugung der Beeinflussun.- elektrischer Schwingungen gegeben ist.
Da bei brauchen dieselben nicht, wie bereits oben ausgeführt, unter Benutzung des dem Tele- phon zugrunde liegenden Prinzips, also durch Induktion, gewonnen zu sein. Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung bezw, Beeinflus sung elektrischer Schwingungen besteht in der Veränderung elektrischer Kapazitäten oder Induktionen durch die mechanischen Schwingungen des Hilfsbehälters.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die eine Platte eines Kondensators bezw. eine Spule oder der Eisenanker einer Selbstinduk tion mit dem schwingenden Hilfsbehälter verbunden ist, so dass sich in einem Falle die Kapazität des Kondensators im andern Falle die Selbstinduktion im Rhythmus der Schwingungen des Hilfsbehälters verändert.
Durch geeignete Anordnung der Kapazität oder der Selbstinduktion in elektrischen Schwingungskreisen ist es unter Anwendung von Elektronenröhren usw. als Verstärker oder Schwingungserzeuger möglich, von der Flüssigkeitshöhe des Behälters abhängige<B>Im-</B> pulse zu erhalten, welche stark genug sind, um entfernt stehende Anzeige- oder Re- ,i er striergeräte oder insbesondere Einrichtun- tuen <B>zur</B> Regelung der in dem Behälter ge speisten Flüssigkeitsmengen züi betätigen.
Die Regelung der zugespeisten FlÜssigkeits- mengen erfolgt durch Veränderung der Speisepumpendrehzahl oder durch Verstel lung geeigneter Drossel- oder Überström- organe in der Speiseleitung. Die Püekfüh- rung kann prinzipiell in ähnlicher Weise wie in Fig. -2 dargestellt, ausgebildet sein.
Y # move to check the liquid level in containers. The simplest devices that allow the levels of liquid in containers to be recognized are sight glasses. Depending on the pressure and temperature prevailing in the liquid container, for example a steam boiler, the same must be designed to be sufficiently resistant to mechanical temperature loads.
For modern high pressure vessels with pressures up to <B> 100 </B> Atm. and more and temperatures of up to <B> 500 '</B> it has so far not been possible to produce glasses that are sufficiently durable. As a result, the determination of the level of liquid in such a high-pressure container is still a problem that has not been solved or has been insufficiently solved for me.
The invention is a process for controlling liquid levels in containers, the main advantage of which is to be applicable up to the highest pressures and temperatures. As a result of its special nature, it is furthermore easily possible to design it for remote transmission of the display of the liquid level for recording the same and in particular also for giving impulses to devices which effect the maintenance of a certain liquid level.
The basic idea of the new method is that vibrations of the container or of a communicating auxiliary container elastically connected to it are used to make the liquid level recognizable, and for the purpose of the method are both free and natural vibrations. as well as forced vibrations can be used.
The usability of the natural vibrations to display liquid levels be based on the following considerations: The natural frequency of an elastically mounted body is known to depend on its mass. If the body is a liquid container, the liquid level of which changes, this also results in a change in the natural oscillation number of the oscillatory system shown by the body with its elastic mounting.
Conversely, a change in the liquid level can be recognized by a change in the natural frequency, that is, with a suitable arrangement, the natural frequency can serve as a measure of the height of the liquid level in the elastically mounted container.
In the case of forced vibrations, as is well known, the vibrating mass influences the size of the amplitude that is formed, so that the measurement of the amplitude variable can, conversely, be used to determine the existing mass, i.e. in this case the liquid level.
A simple application of the method for displaying the water level in a steam boiler is shown in FIG. 1, for example: With the steam boiler 1 is through the pipes 2 and 3 A communicating auxiliary container 4 of any shape elastically connected.
Will the natural vibrations of the vibratory system 2, <B>, become the natural vibrations of the vibratory system 2, <B>, through any cause, for example through a shock or through <B> <U> the </U> </B> vibrations that are always present in the boiler house 3, </B> 4 excited, a vibration meter <B> 5, </B> usefully a reed frequency meter, shows the natural frequency, which, as explained above,
can serve as a measure for the height of the V # 7 water level in the auxiliary container 4. Any change in the water level in the container <B> 1 </B> and the auxiliary container 4 communicating with it therefore causes a change in the display of the tongue rate meter.
If the container <B> 1 </B> itself is elastically supported or suspended, its natural vibration number can also be used to determine the level of the liquid in it. In this case, the auxiliary container 4 can come off.
The excitation of the vibrations of the Behäl age or the auxiliary container can be done in different ways. In many cases the vibrations in the vicinity will be sufficient for this. However, if you want to turn off all possibilities of deception or If a particularly precise display of the liquid level ae <B> "</B> is required, it proves to be expedient to install special mechanisms for vibrational excitation. Among the possibilities that are offered here, the following are mentioned: <B > 1. </B> Excitation through bumps or blows by means of simple impact mechanisms that are operated manually or automatically.
At the same time, a damping device is expediently connected to this, which brings the tongues of the frequency meter to rest at the desired moment.
2. Excitation in the rhythm of the natural oscillation number, which changes with the liquid level, by rotating or reciprocating oscillation generation, the number of periods of which is automatically controlled to synchronism with the natural oscillations. This can be done, for example, using suitably tuned electrical oscillation circuits, the self-induction or capacitance of which is made variable. can be achieved.
<B> 3. </B> excitation with constant Fre quency respectively. a number of constant frequencies, for example by one or more motors or oscillators running at constant speed, in which case the above-mentioned forced vibrations are formed, the amplitude of which can be used as a measure of the liquid level.
If the task at hand is to carry the display of the liquid level to any point spatially distant from the container, then this is possible in various ways. For example, the display of the reed rate meter <B> 5 </B> in FIG. 1 can be spatially transmitted in a simple manner by means of light beams which create an enlarged image of the display at the desired location , For transfer to larger ones.
Distance, the principle on which the telephone is based can be made usable by allowing induction currents to be produced by the vibrations of the tongues of the frequency meter in a magnetic field, which cause the corresponding tongues of a spatially distant second frequency meter to vibrate.
Another possibility for the spatial transmission of pulses that originate from the vibrations of the container or the auxiliary container is that, as schematically sketched in FIG. 2, for example, light rays are conveyed through the by the liquid oil <B> - </ B> directly influenced reed frequency meter <B> 5 </B> are controlled, selenium cells <B> 9 </B> and <B> 10 </B> are exposed, which are arranged in a Wheatstone bridge circuit.
Depending on whether the tongue <B> 6 </B> or the tongue <B> 8 </B> has the larger Ai #, plitude, selenium cell <B> 9 </B> or selenium cell <B> 10 < / B> more exposed. It is assumed here that the liquid should be kept at the level as it is indicated by the tongue <B> 7 </B>.
If the liquid level deviates from this, the maximum amplitude is transferred to one of the adjacent tongues <B> 6 </B> or <B> 8, </B> whereby it is provided that the frequencies of the tongues are so close together, that at least two tongues always swing at the same time, so that continuous control is ensured.
Every change in the bridge equilibrium causes a current in the diagonal <B> 11 </B>, which actuates a relay 12 in one sense or the other. This relay 12 controls. Currents which act on display or Relgistriervorriehtungen or, what is of particular importance here, on control devices for the amount of liquid fed into the container. Does the control device influence the speed of a feed pump, for example.
For example, a tachometer can serve to return the speed change brought about by the primary pulse, which tends to shift the bridge balance in the opposite direction by means of a secondary pulse.
In Fig. 2 it is assumed that the speed change of the feed pump acts on a reed frequency meter, whose tongues 14 and 16 control light beams, which by acting on the selenium cells 10 or . <B> 9 </B> influence the bridge equilibrium in terms of feedback. [Trn. To achieve an adaptation of the control speed to the inertia of the moving control elements, it is expedient to allow the control pulses emanating from the relay 12 to follow one another at regular intervals.
It has shown that a very effective means of transmitting pulses caused by the vibrations of the container or the auxiliary container. in particular from the tongue vibrations of the frequency meter influenced by it, or other influenced spring pendulum, in which the influencing electrical vibrations are generated.
As already explained above, they do not need to be obtained using the principle on which the telephone is based, i.e. by induction. Another possibility for generating or influencing electrical vibrations consists in changing electrical capacitances or inductions through the mechanical vibrations of the auxiliary container.
This can be done, for example, that one plate of a capacitor BEZW. a coil or the iron armature of a self-induction is connected to the oscillating auxiliary container, so that in one case the capacitance of the capacitor changes in the other case the self-induction changes to the rhythm of the oscillations of the auxiliary container.
By suitable arrangement of the capacitance or the self-induction in electrical oscillation circuits, using electron tubes etc. as amplifiers or oscillation generators, it is possible to obtain pulses that are dependent on the liquid level in the container and that are strong enough to Remote display or control devices or, in particular, facilities for regulating the quantities of liquid fed into the container are actuated.
The amount of liquid fed in is regulated by changing the feed pump speed or by adjusting suitable throttle or overflow devices in the feed line. The track guide can in principle be designed in a manner similar to that shown in FIG.