DD274757A3

DD274757A3 - LEVEL SENSOR FOR DEEP-EFFECTIVE FLUIDS

Info

Publication number: DD274757A3
Application number: DD30706987A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Fritzsche; Hilmar Lukas; Gerhard Stresow
Original assignee: Hochvakuum Dresden Veb
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1987-09-21
Publication date: 1990-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Niveaufuehler fuer tiefsiedende Fluessigkeiten, wie sie insbesondere fuer Nachfuelleinrichtungen und zur Pegelueberwachung an Tiefkuehlfallen bzw. Kuehlmittelnachfuelleinrichtungen verwendet werden. Die Aufgabe, auch geringe Niveauunterschiede des Fluessigkeitsspiegels sicher zu kontrollieren, wird dem Niveaufuehler erreicht, bei dem ein keramikummantelter Platinmesswiderstand mittels eines elastomeren Dichtungsmaterials isolierend in ein schlecht waermeleitendes Schutzrohr eingegossen und mittels eines zusaetzlichen Heizstromes betrieben wird.The invention relates to a level sensor for low-boiling liquids, as used in particular for Nachfuelleinrichtungen and level monitoring of Tiefkuehlfallen or Kuehlmittelnachfuelleinrichtungen. The task of reliably controlling even small differences in level of the liquid level is achieved in the level sensor, in which a ceramic-coated platinum measuring resistor is poured by means of an elastomeric sealing material insulating in a poorly thermally conductive protective tube and operated by means of an additional heating current.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Niveaufühler für tiefsiedende Flüssigkeiten, wie er insbesondere für Kühlfallen bzw. Kältemittelnachfüllvorrichtung verwendet wird.The invention relates to a level sensor for low-boiling liquids, as used in particular for cold traps or Kältemittelnachfüllvorrichtung.

Characteristic of the known technical solutions

Es eind Meßfühler und Meßsonden zum Messen von hohen bzw. tiefen Temperaturen bekannt, die aber zur Niveaumessung oder Niveauregelung, insbesondere relativ geringer Pegelunterschiede bei tiefsiedenden Flüssigkeiten, nicht geeignet sind.It is known Meßsensor probes for measuring high and low temperatures, but for level measurement or level control, in particular relatively low level differences in low-boiling liquids, are not suitable.

So sind Niveauregelungen bekannt, welche mit zwei Meßfühlern oder Meßsensoron arbeiten und dadurch nur eine größere Pegeldifferenz überwachen können.Thus, level controls are known which work with two sensors or Meßsensoron and thus can monitor only a larger level difference.

Auch sind Lösungen bekannt, die mit Schwimmern oder optischen Einrichtungen arbeiten, welche aber durch Festfrieren oder Vereisen bei tiefsiedenden Flüssigkeiten eine exakte Pegelmessung, insbesondere in relativ kleinen Vorratsbehältern nicht ermöglichen, da in diesen nur geringe Pegeldifferenzen auftreten. So ist ei.i Schwimmerschalter vorgeschlagen worden (DE-OS 3437 705) dessen Mikroschalter in einem flüssigkeitsgedichteten Gehäuse eingesetzt ist. Bei dieser Lösung müssen abor die elektrischen Zuleitungen leicht beweglich durch die zu messende Flüssigkeit geführt werden, was aber bei tiefsiedenden Flüssigkeiten zu Problemen führt.Also solutions are known that work with floats or optical devices, but which do not allow by freezing or icing in low-boiling liquids an exact level measurement, especially in relatively small reservoirs, as occur in these only small level differences. So ei.i float switch has been proposed (DE-OS 3437 705) whose micro-switch is inserted in a liquid-sealed housing. In this solution Abor the electrical leads must be easily moved through the liquid to be measured, but this leads to problems with low-boiling liquids.

Auch sind Meßfühler auf der Basis von Widerstandsthermometern oder Thermoelementen vorgeschlagen worden (DE-OS 3012789; 3047696; 3241147; 3300733), die aber zur Niveauregelung bzw. Niveaumessung von tiefsiodenden Flüssigkeiten nicht eingesetzt werden können, da sie nicht in der Lage sind, die Flüssigkeitsphase von der Dampfphase zu unterscheiden, weil die Flüssigkeitsoberfläche die gleiche Temperatur wie die darüberliegende Dampfphase besitzt. Des weiteren wird beim Einfüllen der Flüssigkeit diese durch den relativ wärmeren Vorratsbehälter in Bewegung versetzt, so daß Flüssigkeitsbewegungen und Spritzer sofort eine Widerstandsänderung eines Meßfühlers zur Folge haben und somit ungewollte bzw. falsche Informationen über den Pegelstand signalisieren.Also, probes based on resistance thermometers or thermocouples have been proposed (DE-OS 3012789; 3047696; 3241147; 3300733), but can not be used for level control or level measurement of low-order liquids, since they are not able to the liquid phase to distinguish from the vapor phase, because the liquid surface has the same temperature as the vapor phase above. Furthermore, when the liquid is introduced, it is set in motion by the relatively warmer reservoir so that fluid movements and splashes immediately result in a change in the resistance of a sensor and thus signal unwanted or incorrect information about the water level.

Dieser N&chteil tritt um so stärker auf, je geringer die Zeitkonstante des betreffenden Fühlers ist (DE-OS 3047696).This N & ch part occurs all the more, the smaller the time constant of the respective sensor is (DE-OS 3047696).

Auch wurde vorgeschlagen (DD-WP 233717), einen elektrischen Temperaturmeßfühler zur Füllstandserfassung einzusetzen.It has also been proposed (DD-WP 233717) to use an electrical temperature sensor for level detection.

Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil, daß der Temperaturfühler den Pegelstand nicht im Vorratsbehälter direkt überwacht, sondern die Dampftemperatur in einem an der Kühlfalle angeflanschten Hohlzylinder in einer muldenförmigen Vertiefung mißt und zur Auswertung weiterleitet. Dadurch ist es jedoch nicht möglich, geringe Niveauunterschiede des Flüssigkeitsspiegels zu erfassen bzw. zu realisieren.However, this solution has the disadvantage that the temperature sensor does not monitor the water level directly in the reservoir, but measures the steam temperature in a flanged to the cold trap hollow cylinder in a trough-shaped depression and forwards evaluation. However, this does not make it possible to detect or realize small level differences of the liquid level.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Nachteile bei der Niveaumessung tiefsiedender Flüssigkeiten zu beseitigen und einen Niveaufühler hoher Sicherheit und langer Lebensdauer zu schaffen.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of level measurement of low boiling liquids and to provide a level sensor of high safety and long life.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niveaufühler für tiefsiedende Flüssigkeiten zu entwickeln, der in der Lage ist, geringe Pegeldifferenzen zu erkennen und zu signalisieren sowie den Nachfüllvorgang auszulösen und dadurch den Pegel der tiefsiedenden Flüssigkeit im Behälter konstant zu halten.The invention has for its object to develop a level sensor for low-boiling liquids, which is able to detect and signal low level differences and trigger the refilling process, thereby keeping the level of the low-boiling liquid in the container constant.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Niveaufühler ein keramikummantelter Platinmeßwiderstand mittels eines elastomeren Dichtungsmaterials isolierend in einem Schutzrohr aus schlecht wärmeleitendem Material, vorzugsweiseAccording to the invention the object is achieved in that as a level sensor a ceramic-coated Platinmeßwiderstand by means of an elastomeric sealing material insulating in a protective tube of poor thermal conductivity material, preferably

ca I Edelstahl mit einem Wärmeleitwert von 0,035 —- derart eingegossen ist, daß der bündig mit dem Schutzrohrca I Stainless steel with a thermal conductivity of 0.035 - is poured in such a way that it is flush with the protective tube

abschließende Meßwiderstand vom Dichtungsmaterial bailig überdeckt wird, und auf der Gegenseite die Anschlußdrähte fest mit eingegossen sind. Das Dichtungsmaterial muß für einen Temperaturbereich bis mindestens -200⁰C ausgelegt sein.final measuring resistor is bailig covered by the sealing material, and on the opposite side, the connecting wires are firmly cast with. The sealing material must be designed for a temperature range up to at least -200 ⁰ C.

Die Verbindung zwischen dem Meßwiderstand und der mit Kupferschlauch ummantelten Zuleitung zur Zuführung eines konstanten Heizstromes von 6OmA und gleichzeitigen Abführung des Widerstandswertes ist vorzugsweise durch WIG-Schwelßen hergestellt, da Verbindungen mit Lotmaterial auf Zinnbasis bei diesen extremen Temperaturen zur Zersetzung neigen und die Meßergebnisse verfälschenThe connection between the measuring resistor and the copper tube sheathed supply line for supplying a constant heating current of 6OmA and simultaneously dissipating the resistance value is preferably made by TIG Schwelßen, since compounds with tin-based solder material at these extreme temperatures tend to decompose and distort the measurement results

Die Wirkungsweise des Niveaufühlers ist wie folgt: The operation of the level sensor is as follows:

Durch den in eine Widerstandsmeßbrücke geschalteten Platinmeßwiderstand des Niveaufühlers fließt bei einer Umgebungstemperatur von 2O⁰C, ebenso wie durch die Widerstandsmeßbrücke, ein Querstrom von 5OmA. Dieser für den Platinmeßwiderstand hohe Strom bewirkt ein Aufheizen desselben und eine Wärmeabgabe an die Umgebung sowie eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes und des Spannungsabfalis am Meßieil der Wiüersiändsbrücke. Dadurch wird im negativen Bereich ein Brückenungleichgewicht, bezogen auf den Kornperatoreingang einer Auswerteschaltung erzeugt. Dieses Brückenungleichgewicht wird auch beibehalten, wenn der Niveaufühler mit dem Sticketoffdampf in Berührung kommt, wobei sich der Innenwiderstand des Platinmeßfühlers dabei sehr rasch auf etwa 900hm verringert.By connected in a resistance bridge Platinmeßwiderstand the level sensor flows at an ambient temperature of 2O ⁰ C, as well as through the Widerstandsmeßbrücke, a cross-flow of 5OmA. This high current for the Platinmeßwiderstand causes heating of the same and a heat transfer to the environment and an increase in electrical resistance and Spannungsabfalis on Meßieil the Wiüersiändsbrücke. As a result, a bridge imbalance, based on the Kornperatoreingang an evaluation circuit is generated in the negative region. This bridge imbalance is also maintained when the level sensor contacts the nitrogen vapor, with the internal resistance of the platinum sensor rapidly decreasing to about 900hm.

Sobald aber der Niveaufühler in die tiefsiedende Flüssigkeit eintaucht, was eine schlagartiQO Abkühlung unter -180X an der , Oberfläche des Niveaufühlers bewirkt, sinkt der Innenwiderstand des Platinmeßfühlers auf etwa 270hm und das Potential am variablen Teil der Meßbrücke der Auswerteschaltung wird positiv. Damit schaltet der Komparator seinen Ausgang ab bzw. schaltet auf Ue-Potential.But as soon as the level sensor dips into the low-boiling liquid, causing a schlagartiQO cooling below -180X at the surface of the level sensor, the internal resistance of the Platinmeßfühlers drops to about 270hm and the potential at the variable part of the measuring bridge of the evaluation becomes positive. The comparator switches off its output or switches to Ue potential.

Der Brückenquerstrom im ungekühlten Zustand des Fühlers beträgt etwa 9OmA. Durch diesen hohen Brückenstrom, welcher auch durch den Meßfühler fließt, ist dieser in der Lage, die Flüssigkeitsoberflöchc und die darüber liegende Dampfatmosphäre von der Flüssigkeit zu unterscheiden.The bridge cross-current in the uncooled state of the probe is about 9OmA. This high bridge current, which also flows through the probe, this is able to distinguish the Flüssigkeitsoberflöchc and the overlying vapor atmosphere of the liquid.

Die Änderung des Spannungsabfalls am Meßfühler im ungekühlten Zustand bewegt sich im Milliohmbereich. Es ist also ein thermisch stabil arbeitender Komperator notwendig.The change in the voltage drop at the sensor in the uncooled state is in the milliohm range. So it is a thermally stable working comparator necessary.

Mit diesem erfindungsgemäßen Niveaufühler ist es möglich, Pegeldifferenzen von S 5 mm sicher zu realisieren, sodaß auch Vorratsbehälter mit geringem Kühlflüssigkeitslnhalt damit überwacht und betrieben werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Kühlmittel im Vorratsbehälter auf ungewollt extreme Worte sinkt oder steigt.With this level sensor according to the invention, it is possible to reliably realize level differences of S 5 mm, so that also reservoirs with low Kühlflüssigkeitslnhalt so monitored and can be operated without the risk that the coolant in the reservoir falls on unintentionally extreme words or increases.

embodiment In one embodiment, the invention will be explained in more detail.

Ein Platinmeßwiderstand mit einer Länge von 60mm und einem Durchmesser von 5 mm wird an eine flexible 2adrige elektrische Cu-Leitung mit max. 0,5 mm² Querschnitt derart angeschlossen, daß die Anschlußenden des Platinmeßwiderstaadcs (Platindriht) mit den Anschlußenden der Cu-Leitung verschweißt werden. Die Schweißstellen werden mit Hartgewebcschlauch isoliert und mit Silikonkautschukpaste NG3&X) vergossen. Der mit der elektrischen Zuleitung versehene Platinmeßwiderstand wird in ein Rohr X8CrNiTi 18.10 mit den Maßen 8x1 und einer Länge von 100mm geschoben, wobei die Spitze des Meßwiderstandes mit der vorderen Rohröffnung abschließt. Seitlich im Rohr sind im Abstand zur Spitze von 15 mm zwei Bohrungen von 4mm Durchmesser vorhanden, um die zu messende Flüssigkeit in das Rohr einströmen zu lassen. An der Spitze und am oberen Ende des Rohres wird der Meßfühler mit Silikonkautschukpaste in der Weise vergossen, daß der glasierte Teil des Platinmeßwiderstandes nicht mit der Paste benetzt wird. Das Rohr des Meßwiderstandes besitzt am oberen Ende einen Bund, um eine definierte Lage des Meßwiderstandes reproduzierbar zu garantieren und eine Zugentlastung für die elektrische Zuleitung zu erhalten.A platinum measuring resistor with a length of 60mm and a diameter of 5 mm is connected to a flexible 2-wire electrical Cu line with max. 0.5 mm ² cross-section connected so that the terminal ends of Platinmeßwiderstaadcs (Platindrihtcs) are welded to the terminal ends of the Cu line. The welds are insulated with hard tissue tubing and potted with silicone rubber paste NG3 & X). The platinum measuring resistor provided with the electrical lead is pushed into a tube X8CrNiTi 18.10 with the dimensions 8x1 and a length of 100 mm, wherein the tip of the measuring resistor terminates with the front tube opening. At the side of the pipe, there are two 4mm diameter holes spaced from the 15mm tip to allow the liquid to be measured to flow into the pipe. At the top and at the top of the tube, the probe is potted with silicone rubber paste in such a way that the glazed portion of the platinum sensing resistor is not wetted with the paste. The tube of the measuring resistor has a collar at the upper end in order to reproducibly guarantee a defined position of the measuring resistor and to obtain a strain relief for the electrical supply line.

Claims

Level sensor for low-boiling liquids, characterized in that a ceramic-coated platinum measuring resistor by means of an at least -20O ⁰ C-resistant elastometer) sealing material insulating in a protective tube of poor thermal conductivity material,

it! preferably stainless steel with a thermal conductivity of 0.035 - ⁵ ^ - τ- is poured so that the flush with the protective tube final Platinmeßwiderstand is covered by the sealing material crowned; that the connection between the Platinmeßwiderstand and the sheathed with copper hose supply line is preferably made by TIG welding and that the platinum is a heating current between 50 ... 9OmAan.