Vorrichtung zur elektrischen Überwachung des Niveaus von Flüssigkeiten, insbesondere von Schwerölen
Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur elektrischen Überwachung des Niveaus von Flüssigkeiten, insbesondere von Schwerölen, zum Gegenstand.
Die Mehrzahl der bisher bekannten Vorrichtungen zur Niveau-Überwachung weisen einen Schwimmer auf, der auf mechanischem Weg ein Ventil zur Regelung der Flüssigkeitszufuhr steuert. Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen der Schwimmer über einen schwenkbaren Hebel einen elektrischen Schaltkontakt betätigt, der seinerseits auf elektrischem Wege das Ventil und/oder den Signalgeber steuert.
Diese Art der Niveau-Überwachung hat bei Schwer ölen den Nachteil, dass die Lager der drehbaren und angelenkten Teile verharzen, was die Zuverlässigkeit solcher Vorrichtungen in Frage stellt oder deren Funktionieren derart beeinträchtigt, dass ein Überlaufen der Ölbehälter nicht sicher verhütet ist, wodurch grosse Schäden entstehen können. Die Reparaturanfälligkeit der mit einem Schwimmer versehenen Vorrichtungen ist offensichtlich und die Wiederinstandstellung zeitraubend und umständlich.
Es sind auch Vorrichtungen zur elektrischen Überwachung des Niveaus von Flüssigkeiten ohne mechanisch bewegliche Teile bekannt. Solche Vorrichtungen arbeiten z.B. auf dem lichtelektrischen Prinzip, und zwar derart, dass die Lichtübertragung von einer Lichtquelle zu einem photoelektrischen Wandler durch die Anwesenheit der zu überwachenden Flüssigkeit geändert und dann mittels des genannten Wandlers ein elektrischer Stromkreis zur Steuerung eines Ventils und/oder von Signalgebern beeinflusst wird.
Bekannte derartige Vorrichtungen weisen zwischen der Lichtquelle und dem photoelektrischen Wandler einen als Lichtleiter ausgebildeten, durchsichtigen Körper auf, der so ausgebildet ist, dass das von der Lichtquelle in den Körper gesandte Licht durch ein- oder mehrmalige Totalreflexion an Begrenzungsflächen des Körpers zum photoelektrischen Wandler geworfen wird, solange die Reflexionsflächen an die Atmosphäre angrenzen. Sobald jedoch diese Reflexionsflächen mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, ändert das Verhältnis der optischen Brechungsindizes beiderseits der Reflexionsflächen dermassen, dass ein grosser Teil des Lichtstromes an den benetzten Flächen aus dem Körper austritt und somit nicht mehr zum photoelektrischen Wandler gelangt.
Wenn die zu überwachende Flüssigkeit an den von ihr benetzten Flächen Rückstände hinterlässt, wie das beispielsweise bei Schwerölen der Fall ist, funktionieren die bekannten lichtelektrischen Vorrichtungen jedesmal dann nicht mehr, wenn das Flüssigkeitsniveau die Vorrichtung einmal zum Ansprechen gebracht hat, weil nach dem Absinken des Flüssigkeitsniveaus ein die Arbeitsweise der Vorrichtung störender, teerartiger Rückstand aus der Flüssigkeit an den Aussenflächen des als Lichtleiter dienenden Körpers haften bleibt. Dieser Rückstand müsste durch Ausbauen und Reinigen der Vorrichtung erst wieder entfernt werden, was natürlich umständlich ist und bei Unterlassung die ganze Sicherheitseinrichtung illusorisch machen würde.
Auch wenn kein Lichtleiter zwischen der Lichtquelle und dem photoelektrischen Wandler vorhanden ist und der Lichtstrom unmittelbar durch die dazwischentretende Flüssigkeit beeinflusst wird, machen sich die nach einer Überflutung zurückbleibenden Rückstände aus der Flüssigkeit in ähnlicher Weise störend bemerkbar, indem sie die Schutzgläser vor der Lichtquelle und/oder den photoelektrischen Wandler weitgehend undurchsichtig werden lassen.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer insbesondere für die elektrische Niveau-Überwachung von Schwerölen oder dgl. Flüssigkeiten geeigneten Vorrichtung, welche die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, bei welcher in bekannter Weise die Übertragung von Energie von einer Energiequelle zu einem Energieempfänger durch die Anwesenheit der zu überwachenden Flüssigkeit gestört und dann mittels des Energieempfängers ein elektrischer Stromkreis beeinflusst wird, ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zur Ablösung von Flüssigkeitsrückständen aus einer vorangehenden Überflutung eine elektrische Wärmequelle vorgesehen ist, die die Oberfläche der Energiequelle oder eine dieselbe umschliessende Schutzhülle erhitzt. Zweckmässig kann die elektrische Wärmequelle zugleich die Energiequelle sein, die entweder Licht und Wärme gleichzeitig oder nur Wärme erzeugt. Im ersten Fall kann der Energieempfänger ein lichtelektrischer Wandler sein, wogegen er im zweiten Fall ein thermoelektrischer Wandler sein muss.
Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in welcher drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine auf dem lichtelektrischen Prinzip arbeitende Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung im senkrechten Schnitt;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante der lichtelektrischen Vorrichtung nach Fig. 1, ebenfalls im senkrechten Schnitt;
Fig. 3 eine auf dem thermoelektrischen Prinzip arbeitende Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, im senkrechten Schnitt;
Fig. 4 ein elektrisches Schaltungsschema der Vorrichtung nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein Gehäuse 4 dargestellt, das vorteilhaft aus einer Giessharzmasse gefertigt ist und einen Hohlraum 7 aufweist. Der Hohlraum 7 hat unten einen Zugang 8, in den eine Licht- und Wärmequelle 2, beispielsweise eine Glühlampe, eingebaut ist. Die Energiequelle 2 ist zu ihrem Schutz von einem für Licht und Wärme durchlässigen Hohlzylinder 3, z.B. aus Glas, umschlossen. Ein möglicher Zwischenraum 6 zwischen der Energiequelle 2 und dem Hohlzylinder 3 ist mit Vorteil mit einem wärmeleitenden, lichtdurchlässigen Medium, beispielsweise mit einem Silikonfett, ausgefüllt. Ein photoelektrischer Wandler 1, beispielsweise ein Photowiderstand, ist die Energiequelle 2 gegenüber am geschlossenen oberen Ende des Hohlraumes 7 als Lichtstrahlenempfänger angebracht.
Zwischen dem photo elektrischen Wandler 1 und der Energiequelle 2, und zwar näher bei letzterem, sind in der Wandung des Gehäuses 4 seitlich in den Hohlraum 7 führende Öffnungen 5 ausgespart.
Im Gehäuse 4 endet eine mehradrige elektrische Leitung 9, an die der photoelektrische Wandler 1 und die Energiequelle 2 angeschlossen sind. Der photoelektrische Wandler 1 ist über die elektrische Leitung 9 mit nicht dargestellten Steuerstromkreisen verbunden, an die nicht gezeichnete Signalgeber und/oder Steuerorgane elektrisch angeschlossen sind. Die Energiequelle 2 steht über die Leitung 9 mit einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle in Verbindung.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 1 ist wie folgt:
Zum Gebrauch wird die Vorrichtung in einen nicht dargestellten Schwerölbehälter derart eingebaut, dass die Energiequelle 2 sich auf den höchstzulässigen Flüssigkeitsniveau befindet. Es wird angenommen, dass der photoelektrische Wandler 1 und die Energiequelle 2 in der beschriebenen Weise elektrisch angeschlossen sind.
Die Energiequelle 2 sendet gleichzeitig Wärme- und Lichtstrahlen gegen den Hohlzylinder 3, wodurch dessen Temperatur auf beispielsweise etwa 100 C erhöht wird.
Die den Hohlzylinder 3 durchdringenden Lichtstrahlen treffen auf den photoelektrischen Wandler 1, wodurch die von den elektrischen Steuerstromkreisen betätigten, nicht gezeichneten Signalgeber und/oder Steuerorgane ausser Betrieb bleiben.
Wenn beim Füllen des Schwerölbehälters das Flüssigkeitsniveau bis zur Vorrichtung nach Fig. 1 steigt, wird der Hohlzylinder 3 vom Schweröl überflutet. Das Aufsteigen des Schwerölniveaus durch den Zugang 8 bis über den Hohlzylinder 3 wird durch die Aussparungen 5 in der Wandung des Gehäuses 4 ermöglicht, welche das Entweichen von Luft aus dem Hohlraum 7 gestattet.
Zwischen der Oberkante der Aussparungen 5 und dem photoelektrischen Wandler 1 bleibt jedoch im Hohlraum 7 des Gehäuses 4 in der Art einer Taucherglocke ein Luftpolster gefangen, welches den Zutritt des Schweröles zum Wandler 1 verhindert und diesen vor der Berührung mit dem Schweröl schützt, wodurch eine den Wandler 1 ausser Betrieb setzende Beschlagung seiner Oberfläche mit einem lichtabsorbierenden Rückstand vermieden wird.
Wenn der Hohlzylinder 3 vollständig mit Schweröl umgeben ist, werden die von der Energiequelle 2 ausgesandten Lichtstrahlen vom Öl dermassen absorbiert, dass auf den photoelektrischen Wandler 1 praktisch kein Licht mehr fällt. Dadurch werden die an die elektrischen Steuerstromkreise angeschlossenen Signalgeber und/oder Steuerorgane in Funktion gesetzt, die somit das Erreichen des höchstzulässigen Flüssigkeitsniveaus anzeigen und gegebenenfalls den weiteren Zufluss von Schweröl in den Behälter automatisch sperren.
Sinkt das Schwerölniveau bis unter den Hohlzylinder 3, so verbleibt zunächst noch ein lichtundurchlässiger Rückstand auf dem Hohlzylinder 3. Durch die Wärmestrahlung der Energiequelle 2 wird aber die Temperatur des Hohlzylinders 3 rasch so weit erhöht (bis etwa 1000C), dass sich der genannte Rückstand von selbst weitgehend ablöst. Nach dem Ablösen des Ölrückstandes auf dem Hohlzylinder 3 treffen die Lichtstrahlen der Energiequelle 2 wieder auf den photo elektrischen Wand ler 1, und die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet erneut in der oben beschriebenen Weise.
In der Praxis genügt als Energiequelle 2 eine Glühlampe von 1,5 Watt, um die beschriebene Wirkungsweise selbst bei einer Umgebungstemperatur von - 100 C zu gewährleisten.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 zur Hauptsache nur durch einen lichtdurchlässigen, elektrischen beheizbaren Schutzschirm 10, der zwischen den Aussparungen 5 und dem photo elektrischen Wandler 1 in den Hohlraum 7 eingebaut ist. Zweckmässig ist der Schutzschirm 10 durch eine elektrische Glühlampe gebildet, deren Glaskolben der den Wandler 1 enthaltenden Hohlraum 7'luft-und flüssigkeitsdicht abschliesst. Die Glühlampe 10 ist über die elektrische Leitung 9 und einen nicht dargestellten Ein-Aus-Schalter an eine Stromquelle angeschlossen.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 wird mit Vorteil zur Niveau-Überwachung von Schwerölprodukten verwendet, die nebelartige Dämpfe entwickeln, welche bei der Kondensation einen Rückstand in der Form eines lichtundurchlässigen Belages, z.B. aus Teer, bilden.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 ist wie folgt:
Zum Gebrauch wird die Vorrichtung gleich wie die Vorrichtung nach Fig. 1 in den Schwerölbehälter eingebaut und elektrisch angeschlossen.
Wenn oberhalb des ölniveaus im Behälter eine Atmosphäre mit nebelartigen Dämpfen vorhanden ist, werden alle freien Oberflächen der Vorrichtung allmählich mit einem teerähnlichen Belag beschlagen, der für Lichtstrahlen praktisch undurchlässig wird. Der Glaskolben der als Schutzschirm dienenden Glühlampe 10 verhütet das Beschlagen des photoelektrischen Wandlers 1 und sichert somit seine Funktionsfähigkeit. Aber der Gang der Lichtstrahlen von der Energiequelle 2 zum photoelektrischen Wandler 1 wird durch den Niederschlag der Schweröldämpfe auf dem Hohlzylinder 3 und auf der vom Wandler 1 abgekehrten Seite der Glühlampe 10 unterbrochen. Bevor eine Niveau-Überwachung stattfinden kann, müssen daher die Energiequelle 2 und die Glühlampe 10 in Betrieb gesetzt werden.
Die dabei entstehende Wärmestrahlung erhöht die Temperatur des Hohlzylinders 3 und des Glaskolbens der Glühlampe 10 so weit dass auf den Oberflächen der genannten Teile der niedergeschlagene Belag sich durch Verdampfung ablöst und dann der Lichtstrahlengang zwischen der Energiequelle 2 und dem Wandler 1 nicht mehr beeinträchtigt ist. Einige Minuten vor der eigentlichen Überwachung des Schwerölniveaus wird die Stromzufuhr zur Glühlampe 10 unterbrochen, damit deren Licht den Wandler 1 nicht beeinflusst, wonach die Vorrichtung nach Fig. 2 auf die gleiche bereits beschriebene Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet und beim Überfluten des Hohlzylinders 3 mit dem Schweröl den gewünschten Alarm auslöst und/oder den weiteren Zufluss von Öl in den Behälter automatisch sperrt.
Die Vorrichtung gemäss der Fig. 3 weist einen flachstabförmigen Halter 11 auf, dessen eines Ende gemeinsam mit dem Ende einer mehradrigen elektrischen Leitung 15 in einem Sockel 16 befestigt ist. An seinem anderen Ende trägt der Halter 11 einen thermisch isolierenden Körper 19, z.B. aus Keramik, an dem eine Energiequelle 12, beispielsweise ein elektrischer Heizwiderstand, und ein als Energieempfänger dienender thermoelektrischer Wandler 13, z.B. ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, befestigt sind. Die Energiequelle 12 und der Energieempfänger 13 sind durch einen wärmeleitenden Körper 17, z.B. aus Kupfer, miteinander thermisch verbunden. Der Körper 17 durchsetzt den Isolierkörper 19 und ist durch diesen vom Halter 11 thermisch isoliert.
An der Mittelpartie des Halters 11 ist mittels eines thermisch isolierenden Körpers 20 ein zweiter temperaturabhängiger elektrischer Widerstand 14 befestigt, der analog dem als Energieempfänger dienenden Widerstand 13 ausgebildet ist und ebenfalls einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Der Widerstand 14 ist mit einer Verschalung 18 umgeben, die nur gegen unten offen ist und zusammen mit einem Teil des Flachstabes 11 eine Taucherglocke bildet, in welcher der Widerstand 14 auf jeden Fall gegen Benetzung durch die zu überwachende Flüssigkeit geschützt ist. Der Widerstand 14 ist als Kompensator zum Ausschalten der Wirkung von Schwankungen der Umgebungstemperatur vorgesehen und zusammen mit dem als Energieempfänger dienenden Widerstand 13 in einer elektrischen Brückenschaltung angeordnet, wie beispielsweise das Schaltschema nach Fig. 4 zeigt.
In der einen Brückendiagonalen liegt eine elektrische Spannungsquelle 21 und in der andern eine Steuerschaltung 22 zur Betätigung von nicht dargestellten Signalgebern und/oder Steuerorganen.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 ist wie folgt:
Der in Fig. 3 gezeigte Teil der Vorrichtung wird in einen Behälter, beispielsweise einen öItank, derart eingebaut, dass die Energie- oder Wärmequelle 12 und der Energieempfänger 13 auf dem höchstzulässigen Flüssigkeitsniveau liegen. Sodann werden die elektrischen Verbindungen gemäss Fig. 4 hergestellt und wird die Wärmequelle 12 an eine Speisestromquelle angeschlossen.
Im Betrieb wird die Wärmequelle 12 auf eine beträchtlich höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur aufgeheizt. Der als Energieempfänger dienende temperaturempfindliche elektrische Widerstand 13 nimmt wegen der wärmeleitenden Verbindung mit der Wärme quelle 12 durch den Körper 17 annähernd die gleiche Temperatur an wie die Wärmequelle 12, sofern das Flüssigkeitsniveau unterhalb der Vorrichtung ist. Ein Abfliessen der Wärmeenergie von der Wärmequelle 12 und vom Energieempfänger 13 in den Halter 11 wird durch den thermisch isolierenden Körper 19 verhindert.
Da der Energieempfänger 13 ein elektrischer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten ist, so ist sein Widerstandswert bedeutend kleiner als der Widerstandswert des Kompensationswiderstandes 14, dessen Temperatur der Umgebungstemperatur entspricht.
Wenn bei ansteigendem Flüssigkeitsniveau die Energiequelle 12 mit der Energieempfänger 13 in die Flüssigkeit eintauchen, so nimmt der Strahlenempfänger 13 praktisch unverzüglich annähernd die Temperatur der Flüssigkeit an, weil die Wärme in die Flüssigkeit abgeleitet wird. Dadurch nimmt der Widerstandswert des Energieempfängers 13 erheblich zu, was eine Veränderung des Zustandes der elektrischen Brückenschaltung und das Betätigen der Signalgeber und gegebenenfalls der automatischen Steuerorgane zur Folge hat.
Wenn der Flüssigkeitsspiegel wieder bis unter die Vorrichtung nach Fig. 3 absinkt, tritt der ursprüngliche Zustand wieder ein, d.h. die Energiequelle 12 und der Energieempfänger 13 nehmen wieder eine weit über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur an. Allenfalls an den vorher benetzten Oberflächen der Teile 12 und 13 verbleibende Rückstände, z.B. von Schweröl, ebenso Niederschläge von Schweröldämpfen, werden bei der verhältnismässig hohen Temperatur dieser Teile seibsttätig abgelöst und haben somit keine die Funktions tüchtigkeit der Vorrichtung beeinträchtigende Wirkung.