Sonde zur Niveau-Kontrolle von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten in einem Behälter
Die vorliegende 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 elektrischen Stromkreis steuern, der geschlossen wird, wenn das Niveau der Flüssigkeit die Sonde übersteigt und geöffnet wird, wenn das Flüssigkeits Niveau sich unterhalb der Sonde befindet.
Die erfindungsgemässe Sonde ist im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Isolierkörper mit Befestigungsmitteln zum Anbringen der Sonde in einer Bohrung einer Behälterwand, durch eine in den Isolierkörper dicht eingesetzte Stromdurchführung, die an ihrem einen Ende Anschlussmittel für einen elektrischen Leiter aufweist und mit ihrem anderen Ende eine aus dem Isolierkörper herausragende Elektrode bildet, und durch zumindest an der nach unten zu kehrenden Seite des Isolierkörpers vorhandene Rillen, 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 ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in welcher rein beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht ist.
Fig. 1 zeigt eine an einer Behälterwand befestigte Sonde im vertikalen Längsschnitt.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 stellt eine Ansicht von links in Fig. 1 dar.
Fig. 4 zeigt ein Schema einer elektrischen Schaltung, die an die Sonde und den Flüssigkeitsbehälter angeschlossen ist.
Gemäss Fig. 1 weist eine Behälterwand 11 eine Gewindebohrung 12 mit waagrechter Axe 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 Isolierkörper herausragende Elektrode 15 bildet. Das andere Ende des Stabes 14 ist in einem ebenfalls aus Metall bestehenden Gewindezapfen 16 befestigt, welcher in eine passende Gewindebohrung des Isolierkörpers 13 eingeschraubt ist.
Zur Erzielung eines flüssigkeitsdichten Abschlusses zwischen dem Gewindezapfen 16 und dem Isolierkörper 13 weisen die genannten Teile Kegelflächen 17 auf, die durch das Einschrauben 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 schmalere Rippen 23 vorhanhen. 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 ge mäss 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 T2 und einem durch diesen Verstärker gespeisten Relais RE besteht. Der Verstärker weist ferner mehrere elektrische Widerstände R, bis R7 und eine Diode D1 auf. Die Speisung des Verstärkers erfolgt aus einer Stromquelle B über einen Widerstand R8, dem eine Zener-Diode Z zur Spannungsbegrenzung nachgeschaltet ist. Eine weitere Diode D2 sichert die Schaltung vor Schäden, wenn irrtümiicherweise 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 angeschIossenen 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 T1 liegt daher über dem Widerstand R2 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 die Stromdurchführung 14, 16 zum Leiter 20 möglich. Daher wird die Basis des Transistors T, über den Widerstand Rt mit dem Minuspol der Stromquelle B verbunden, was eine änderung des Potentials an der Basis des Transistors T1 zur Folge hat.
Diese Änderung teilt sich in verstärktem Masse der Basis des Transistors T2 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 haftenbleiben, 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 beiden Rändern 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 Einund Ausschalten einer Pumpe oder durch Öffnen und Schliessen eines Ablaufventils möglich ist.
Die beschriebene und in Fig. 4 dargestellte Schaltung hat den Vorteil, dass sie von Spannungsschwankungen der Stromquelle B weitgehend unabhängig ist. Diese Spannung darf z. B. zwischen 14 und 30 Volt variieren. Durch die Zener-Diode Z werden sogar Spannungsspitzen bis zu 60 Volt einwandfrei eliminiert.