DD231119A1 - Verfahren und steuervorrichtung zur kontrolle des vorhandenseins einer fluessigkeit aufgrund deren elektrischer leitfaehigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Vorhandenseins einer Fluessigkeit aufgrund ihrer elektrischen Leitfaehigkeit und eine zur Durchfuehrung des erfindungsgemaessen Verfahrens geeignete Vorrichtung. Die Eingaenge der Vorrichtung liegen an einer Messsonde und einer Hilfssonde. Bei der erfindungsgemaessen Vorrichtung ist die Messsonde 1 an den ersten Eingang eines Widerstands-Impulsumwandlers 3 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit der Hilfssonde 2 verbunden ist, wobei der erste Ausgang des Widerstands-Impulsumwandlers am Eingang eines Phasendetektors 4, der zweite Ausgang am Eingang eines Ueberwachungsstromkreises 5 liegt. Der zweite Eingang des Ueberwachungsstromkreises ist mit der Hilfssonde verbunden. Die Ausgaenge des Phasendetektors und des Ueberwachungsstromkreises sind an den Eingang einer Auswerteeinheit 6 angeschlossen deren Ausgang ueber einen Leistungsverstaerker mit einem Schalter verbunden ist. Zur Selbstueberwachung sind jeweils zwei Phasendetektoren, Ueberwachungsstromkreise usw. vorgesehen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur Kontrolle des Vorhandenseins einer Flüssigkeit aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit, wobei das Verfahren und die Vorrichtung zweckmäßig zur Kontrolle des Flüssigkeitsstandes in Behältern verwendet werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zahlreiche technologische Prozesse können dadurch charakterisiert werden, daß die Änderung irgendeines Parameters des Prozesses über einen vorbestimmten zulässigen Wert eine Betriebsstörung, einen Unfall, ja sogar das Schadhaftwerden und die völlige Zerstörung der Anlage bzw. einer an die Anlage angeschlossenen sonstigen technologischen Anlage hervorrufen kann. Sowohl vom Standpunkt der Lebens-, als auch der Sachwertsicherheit muß eine derartige Änderung der Parameter eindeutig verhindert werden, des weiteren muß man für entsprechende Kontroll- und Steuervorrichtungen sorgen, mit denen die infolge der Parameteränderung auftretenden schädlichen Einflüsse vermieden werden können. Bei Vorrichtungen der erwähnten Art muß eine erhöhte Aufmerksamkeit auf die Zuverlässigkeit und die entsprechende Lebensdauer gerichtet werden. Demnach — im Gegensatz zu den herkömmlichen Meß- und Regelvorrichtungen — müssen diese Kontroll- und Steuervorrichtungen einen solchen Aufbau und eine solche Wirkungsweise aufweisen, daß sie nur die ausgewählte Charakteristik wahrnehmen und falls an den eigenen Teileinheiten und Bauelementenein Defekt auftritt, z. B. bei einer Störung der äußeren Bedingungen der Inbetriebhaltung, wie Ausfall der Netzspannung, ebenfalls ein Warnsignal über die Betriebsstörung und ein entsprechendes Befehlssignal abgegeben werden, und zwar genau so als wenn der gegebene Parameter selbst von einem vorgegebenen Wert abgewichen wäre. Unter diese Vorrichtungen fallen alle mit erhöhter Sicherheit und Selbstkontrolle.

Zu den Vorrichtungen, bei denen erhöhte Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden müssen, zählen z. B. die verschiedenen zur Wassererwärmung und Dampferzeugung dienenden Anlagen, insbesondere Kessel, bei denen die Temperatur der Heizfläche von dem die Oberfläche umschließenden Wasser unter einem vorbestimmten Niveau gehalten wird. Wenn nun die Heizfläche infolge des absinkenden Wasserstandes teilweise oder völlig nicht mehr vom Wasser umschlossen sind, überhitzt sich das Heizelement, es wird schadhaft und in einem extremen Fall kann es zu einer Dampfexplosion kommen, wenn nämlich Wasser in den Feuerraum gelangt. Um derartige Fälle zu vermeiden, müssen die einwandfreie Anzeige und Kontrolle des Wasserstandes fortlaufend sichergestellt werden.

Bei den bekannten Anlagen erfolgt die kontinuierliche Kontrolle des Wasserstandes durch das Bedienungspersonal der Anlage, häufig enthalten diese Anlagen auch eine Vorrichtung, die den zu schlechten Wasserstand automatisch anzeigt. Da die Kontinuität der Kontrolle nicht einmal in gut organisierten Betrieben gesichert werden kann und auch die ergänzende automatische Vorrichtung defekt werden kann, kommen in Betrieben des erwähnten Charakters häufig mit einem großen Schäden verbundene Betriebsstörungen vor.

Die Wirkungsweise der bekannten Vorrichtungen beruht darauf, daß im Behälter zwei Sonden, eine Meßsonde und eine Hilfssonde, angeordnet werden. Beide Sonden sind gegeneinander und gegen den Behälter elektrisch isoliert. Ein Abfall des Flüssigkeitsstandes unter einen gegebenen Wasserpegel wird gemessen, indem zwischen der von dem Metallbehälter isoliert eingesetzten und elektrisch leitenden Meßsonde und der Behälterwand unter dem Einfluß der elektrischen Spannung Strom durch das Wasser fließt. Wenn nun der Wasserstand unter einen vorgegebenen Wert sinkt, d. h. wenn zwischen dem Wasser und der Sonde kein Kontakt mehr zustandekommt, hört der elektrische Strom auf. Die Verwendung der Meßsonde an sich erfüllt jedoch keineswegs die gestellten Sicherheitsanforderungen, wenn nämlich die Isolierung der Sonde schadhaft wird oder sich Wasserdampf auf der Sondenfläche niederschlägt, erhält man plötzlich ein Signal, das dem Signal bei ausreichend im Behälter vorhandenen Wasser entspricht. Die Hilfssonde dient nun dazu, daß sie unter Betriebsverhältnissen nicht in das Wasser eintaucht, d. h. daß zwischen der Hilfssonde und der Behälterwand kein elektrischer Strom fließt. Wenn aber infolge eines Schadhaftwerdens der Sonde oder des Niederschlages von Dampf eine Stromleitung zustandekommt, wird auch zwischen der Hilfssonde und der Behälterwand ein elektrischer Strom fließen.

Im wesentlichen werden bei den bekannten Vorrichtungen die Signale von zwei Sonden mit Hilfe einer Brückenschaltung verarbeitet. Diese Brückenschaltung ist so ausgestaltet, daß sie erst dann ein auswertbares Ausgangssignal abgibt, wenn weder die Meßsonde, noch die Hilfssonde kein Signal abgibt. Das Ausgangssignal der Brücke gelangt über einen Komparator an ein elektromechanisches Relais. Aus Sicherheitsgründen werden im allgemeinen zwei parallel geschaltete Schaltungen anstelle einer verwendet. Falls an der einen ein Defekt auftritt, ist die Funktionfähigkeit der anderen immer noch gegeben. Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß beim Schadhaftwerden der Hilfssonde, z. B. bei einer Leitungsunterbrechung, kein Fehlersignal abgegeben wird. Dann kann es vorkommen, daß das System mit Wasser überfüllt oder anstelle von Dampf dem technologischen Prozeß Wasser zugeführt wird. Auch kann es vorkommen, daß sich Dampf

zwischen der Hilfssonde und der Meßsonde so niederschlägt, daß zwischen diesen eine elektrisch leitende Verbindung auftritt, und dann entsteht zwischen den Sonden und der Behälterwand ein Kurzschluß. Bei einem Wassermangel zeigt die Vorrichtung das Vorhandensein der gewünschten Wassermenge an, wodurch der Kessel eventuell sogar explodieren kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für ein aus einer Meßsonde und einer Hilfssonde bestehendem Fühlerelement zu schaffen, die gleichzeitig das Schadhaftwerden der Hilfssonde anzeigt, so daß bei jeglichem Defekt an irgendeiner Sonde, die mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung versehene Vorrichtung das Heizsystem abschaltet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Demnach bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Kontrolle des Vorhandenseins einer Flüssigkeit aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit innerhalb eines geheizten Behälters, bei dem erfindungsgemäß das Vorhandensein der Flüssigkeit mit zwei Fühlern, nämlich einer Meßsonde und einer Hilfssonde, wahrgenommen wird, wobei der Zustand der beiden Fühler kontinuierlich überwacht wird und beim Schadhaftwerden eines der Fühler die Heizung abgeschaltet wird. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entwickelte, das Vorhandensein der Flüssigkeit aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit wahrnehmende selbstkontrollierende Steuereinheit ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Sie liegt an den Eingängen der Meßsonde und der Hilfssonde.

Das Wesentliche der erfindungsgemäßen Steuereinheit liegt darin, daß sie einen Widerstands-Impuisformer enthält, an dessen ersten Eigang die Meßsonde angeschlossen ist, während am zweiten Eingang die Hilfssonde liegt, wobei der erste Ausgang des Widerstands-Impulsumformers mit dem Eingang des Phasendetektors und der zweite Ausgang mit dem Eingang eines Überwachungsstromkreises verbunden ist. Der zweite Eingang der Überwachungsstromkreise ist mit der Hilfssonde verbunden und die Ausgänge des Phasendetektors und des Überwachungsstromkreises {-) am Eingang einer Auswerteeinheit (liegen), wobei der Ausgang der Auswerteeinheit über einen Leistungsverstärker mit mindestens einem Schalter verbunden ist.

Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird anhand eines.vorteilhaften Ausführungsbeispieles nachfolgend erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuereinheit,

Fig.2: einen Schnitt durch die an die Steuereinheit angeschlossene Sonde,

Fig. 3: die verschiedenen Meßstellungen der an die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossenen Sonde.

Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer vorteilhaften Ausführungsform der Steuereinheit dar. Die beiden Sonden, d. h. die Meßsonde 1 und die Hilfssonde 2 sind an die Eingänge eines Widerstands-Impulsformers 3 angeschlossen, der phasenverschobene Impulse erzeugt. Die Phasenabweichung des Ausgangsimpulses von der Phase des Referenzimpulses hängt davon ab, ob die Meßsonde 1 bzw. die Hilfssonde 2 mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Dementsprechend entspricht die Phase des Ausgangsimpulses entweder der Phase des Referenzimpulses oder es entsteht eine Phasendifferenz von 180°. Der eine Ausgang des Widerstands-Impulsformers 3, an dem der Referenzimpuls und der Ausgangsimpuls erscheinen, ist an jeweils einen Phasendetektor 4a;4b angeschlossen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Phasenlage geben die Phasendetektoren 4a;4b entweder einen zulassenden Impuls für die Auswerteeinheiten 6a;6b ab, oder es erfolgt keine Impulsabgabe. Die zweiten Eingänge der der Auswerteeinheiten 6a;6b sind über die Überwachungsstromkreise 5a;5b an den zweiten Ausgang des Widerstands-Impulsumwandlers 3 angeschlossen, wobei jeweils ein weiterer Eingang der Überwachungsstromkreise 5a;5b mit der Hilfssonde 2 verbundenjst.

Die Überwachungsstromkreise 5a;5b sind für die erfindungsgemäße Vorrichtung von großer Bedeutung, da mit ihnen die Unversehrtheit, ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung festgestellt wird. Die Auswerteeinheiten 6a;6b geben erst dann ein Verbotssignal für die Leistungsverstärker 7a;7b, deren Schalter 8a;8b das Heizsystem ein- und ausschalten, ab, wenn die Meßsonde nicht in die Flüssigkeit (Wasser) hineinreicht oder die Hilfssonde kurzgeschlossen ist, oder eine zu den Sonden führenden Leitungen unterbrochen ist. Unter der Einwirkung des Verbotssignals schalten z. B. die Leistungsverstärker 7a;7b die Heizung des Kessels ab. Die Ausgänge der Leistungsverstärker 7a;7b sind an je einen Schalter 8a;8b angeschlossen, deren in Serien geschaltete Arbeitskontakte den Ausgang der Vorrichtung bilden. Die Verdoppelung der Einheiten 4; 5; 6; 7 dient zur Selbstkontrolle der Vorrichtung.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch eine bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete kombinierte Sonde dar. Die Sonde kann z. B. in der Kesselwand angeordnet werden. In der Wand 13 ist eine Bohrung vorgesehen, in die eine elektrisch isolierende Dichtung 11 eingesetzt wird. Diese Dichtung hält die elektrisch leitende Hilfssonde 2, die von der Meßsonde durch die elektrisch isolierende Dichtung 12 getrennt ist.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Sonden im Innern des Kessels. In der ersten Lage der Sonden verläuft der Betrieb ordnungsgemäß, die Meßsonde 1 berührt die Flüssigkeit, der Widerstand der Hilfssonde ist gegenüber dem der Meßsonde ausreichend hoch, d. h.

es besteht keine elektrische Leitung zwischen den beiden.

In der zweiten Lage besteht noch Kontakt zwischen der Meßsonde 1 und der Flüssigkeit, jedoch ist die Leitung der Hilfssonde 2 unterbrochen. Daher schalten die in Serie geschalteten Arbeitskontakte, die den Ausgang der Vorrichtung bilden, die Heizung des Kessels ab.

In der dritten Lage, spricht infolge irgendeines Dampfniederschlages die Vorrichtung an, weil der Widerstand zwischen der Meßsonde 1 und der Hilfssonde 2 unter dem zulässigen Wert liegt. Auch jetzt wird die Heizung des Kessels abgeschaltet.

In der folgenden Lage berührtauch die Hilfssonde 2 infolge einer Überfüllung die Flüssigkeit. Auch jetzt wird die Heizung des Kessels abgeschaltet, da in dem System ein Fehler aufgetreten ist.

Im letzten Fall ist ein Bruch in der Meßsonde 1 entstanden, der Wasserstand im Kessel ist so weit abgesunken, daß die Meßsonde nicht mehr hineinreicht. Die Vorrichtung schaltet auch jetzt ab.

Über den Zustand der Schalter liefern auch die Lichtanzeiger die erforderliche Information.

Bei selbstkontrollierenden Systemen — wo die Stromkreise an sich keine Selbstkontrolle ausüben — müssen im Sinne der Sicherheitsvorschriften die Stromkreise verdoppelt werden. Aus diesem Grunde sind der Phasendetektor 4, der Überwachungsstromkreis 5, die Auswerteeinheit 6 und der Leistungsverstärker 7 zweifach vorgesehen.

Die Arbeitskontakte der Relais 7a;7b sind in Serie geschaltet. Wenn einer der beiden Kanäle schadhaft wird, schaltet der signalgebende Stromkreis trotzdem aus, d.h. die Heizung wird abgestellt.

Claims (3)

-2- 261 052 Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Kontrolle des Vorhandenseins einer Flüssigkeit aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit in geheizten Behältern,gekennzeichnet dadurch, daß das Vorhandensein der Flüssigkeit mit zwei Fühlern, nämlich mit einer Meßsonde und einer Hilfssonde kontinuierlich wahrgenommen wird, daß der Zustand beider Fühler ständig überwacht wird und daß beim Schadhaftwerden eines beliebigen Fühlers und/oder der angeschlossenen Leitungen die Heizung des Behälters abgeschaltet wird.

2. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, deren Eingänge an eine Meßsonde bzw. eine Hilfssonde angeschlossen sind und die aktive und passive elektrische Elemente enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßsonde (1) an den ersten Eingang eines Widerstands-Impulsumwandlers (3) angeschlossen ist, an dessen zweitem Eingang die Hilfssonde (2) liegt, daß der erste Ausgang des Widerstands-Impulsumwandlers (3) mit dem Eingang eines Phasendetektors (4a) und der zweite Ausgang mit dem Eingang eines Überwachungsstromkreises (5a) verbunden ist, wobei der zweite Eingang des Überwachungsstromkreises (5a) an die Hilfssonde (2) angeschlossen ist, und daß die Ausgänge des Phasendetektors (4a) und des Überwachungsstromkreises (5a) an den Eingang eine Auswerteeinheit (6a) angeschlossen sind und der Ausgang der Auswerteeinheit (6a) zumindest über einen Leistungsverstärker (7a) mit mindestens einem Schalter (8a) verbunden ist.

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3 Seiten Zeichnungen