DE1119531B

DE1119531B - Electric sensor with follow-up control for measuring fluid levels

Info

Publication number: DE1119531B
Application number: DEM32219A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ferdinand V Grundherr
Original assignee: Metrawatt AG
Current assignee: Metrawatt AG
Priority date: 1956-10-30
Filing date: 1956-10-30
Publication date: 1961-12-14

Description

Elektrischer Abtastgeber mit Nachlaufsteuerung zur Messung von Flüssigkeitsständen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Flüssigkeitsständen, insbesondere zum Messen von Pegelständen in Stauseen und fließenden Gewässern durch Abtastung von Druckhöhen, die mittels einer veränderlichen leitenden Flüssigkeitssäule, z. B. Wasser oder Quecksilber, dargestellt sind.Electric sensor with follow-up control for measuring liquid levels The invention relates to a device for measuring liquid levels, in particular for measuring water levels in reservoirs and flowing waters by scanning of pressure levels generated by means of a variable conductive liquid column, e.g. B. water or mercury are shown.

Besonders vorteilhaft ist eine solche Meßeinrichtung dort anwendbar, wo die üblichen Schwimmer entweder wegen der großen zu überwindenden Höhenunterschiede oder wegen der Schwierigkeit ihrer Unterbringung nicht brauchbar sind, wogegen die mit sehr kleinem Durchmesser ausführbaren Abtastelektroden bedeutende Vorteile bieten. Such a measuring device can be used particularly advantageously where where the usual swimmers either because of the large differences in altitude to be overcome or are not useful because of the difficulty of their placement, whereas the Scanning electrodes that can be implemented with very small diameters offer significant advantages.

Flüssigkeitsstandanzeiger mit Nachlaufsteuerung, die mit Elektroden den Spiegel von Flüssigkeiten abtasten, sind an sich bekannt. So arbeitet z. B. ein elektrischer Flüssigkeitsstandanzeiger mit einem Fernanzeigegeber zusammen, der in Abhängigkeit von einer Nachlaufeinrichtung eingestellt wird, die sich wiederum mit Hilfe einer an einem Seil hängenden Kontakteinrichtung in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand einstellt. Der Kontaktkörper der Abtast einrichtung ist dabei mit zwei an ihm fest angeordneten, verschieden langen und der Flüssigkeitsoberfläche zugewendeten Kontaktstücken versehen, die wechselweise mit der Flüssigkeit in Kontakt treten. Liquid level indicators with follow-up control, those with electrodes Scanning the level of liquids are known per se. So z. B. an electrical liquid level indicator together with a remote indicator, which is set as a function of a follow-up device, which in turn with the help of a contact device hanging on a rope depending on the liquid level adjusts. The contact body of the scanning device is fixed to him with two arranged contact pieces of different lengths and facing the liquid surface which alternately come into contact with the liquid.

Bei Berührung des längeren Kontaktstückes mit der Flüssigkeit wird ein Verstellmotor stillgesetzt, während beim Eintauchen beider Kontaktstücke, etwa infolge eines Flüssigkeitsanstieges, der Kontaktkörper durch den Verstellmotor angehoben wird. Beim Sinken des Flüssigkeitsstandes fehlt jede Berührung der Kontaktstücke, so daß der Kontaktkörper, über Relais gesteuert, abgesenkt wird. Bei dieser bekannten Anordnung wird die dritte Elektrode dadurch gebildet, daß das Schutzrohr, in dem sich der Kontaktkörper auf- und abwärts bewegt, aus leitendem Material hergestellt ist. Dies ist insoweit von Nachteil, als das als Elektrode dienende Rohr entweder aus hochwertigem, korrosionsfestem Material hergestellt sein muß, oder es wird im Laufe der Zeit durch Oxydation oder durch elektrolytische Zersetzung unbrauchbar. Letzteres tritt um so eher dann ein, wenn die Elektroden mit Gleichstrom beschickt werden.When the longer contact piece comes into contact with the liquid an adjusting motor stopped while immersing both contact pieces, for example as a result of an increase in liquid, the contact body is lifted by the adjustment motor will. When the liquid level drops, there is no contact with the contact pieces, so that the contact body, controlled by relays, is lowered. With this well-known Arrangement, the third electrode is formed in that the protective tube in which the contact body moves up and down, made of conductive material is. This is disadvantageous in that the tube serving as an electrode is either must be made of high quality, corrosion-resistant material, or it will be im Over time, due to oxidation or electrolytic decomposition, unusable. The latter occurs all the sooner when the electrodes are supplied with direct current will.

Soll nun eine Flüssigkeitsstandanzeigevorrichtung für große Niveauschwankungen vorgesehen sein, hat sich bislang besonders der Einfluß der Außentemperatur auf die Länge des Halteseiles, an dem der Kontaktkörper hängt, nachteilig ausgewirkt. Mit einem Oberflächenabtastgeber können nämlich iiblicherweise recht befriedigende Genauigkeiten bei der Niveaumessung erzielt werden, die jedoch bei großen Seillängen infolge der Temperaturschwankungen bei den bisherigen Ausführungen nicht ausgenutzt werden können. Als weiterer Nachteil ist der Ausfall der gesamten Anlage zu werten, falls nämlich in der kalten Jahreszeit die Flüssigkeit innerhalb des Schutzrohres einfriert, so daß entweder die Abtastelektroden festsitzen oder kontaktlos auf der Eisoberfläche aufliegen. Diesen Nachteil hat man zwar dadurch zu beseitigen versucht, daß man die Flüssigkeitssäule innerhalb des Führungsrohres beheizt hat, jedoch ist dazu ein erheblicher Energieaufwand notwendig. Should now a liquid level indicator for large level fluctuations be provided, has so far been particularly the influence of the outside temperature the length of the tether on which the contact body hangs, has a disadvantageous effect. With a surface scanner it is usually quite satisfactory Accuracies in the level measurement can be achieved, but with large Pitches not used due to the temperature fluctuations in the previous versions can be. Another disadvantage is the failure of the entire system, if namely in the cold season the liquid inside the protective tube freezes, so that either the scanning electrodes are stuck or contactless on the Rest on the surface of the ice. Attempts have been made to eliminate this disadvantage by that one has heated the liquid column within the guide tube, but is this requires a considerable amount of energy.

Weiterhin ist ein Abtastgeber nach der bekannten Anordnung, bei der sich zwei Elektroden halbkreisförmig gegenüberstehen, deshalb störanfällig, weil vagabundierende Ströme das Meßergebnis beeinflussen können. Schließlich ist auch bei der Speisung der Elektroden mittels Gleichstrom die Gefahr der elektrolytischen Zersetzung und Knallgasbildung gegeben, Die nachfolgend näher beschriebene Erfindungvermeidet diese Nachteile bei einer Einrichtung zum Messen des Flüssigkeitsstandes der vorbeschriebenen Art im wesentlichen dadurch, daß zumindest eine der zu den Elektroden führenden Leitungen als heizbare Leitungsschleife ausgebildet ist. Der in dieser Leitungsschleife fließende Heizstrom wird durch die Verwendung einer bekannten Reglerschaltung so bemessen, daß ein konstanter Widerstand der Heizschleife trotz veränderlicher Umgebungstemperatur erreicht wird. Einem konstanten Leitungswiderstand entspricht jedoch auch eine konstante Leitungstemperatur, die ihrerseits praktisch einer konstanten Seillänge entspricht. Furthermore, a scanner according to the known arrangement in which two electrodes face each other in a semicircle, therefore prone to failure because stray currents can influence the measurement result. Finally is too when feeding the electrodes with direct current there is a risk of electrolytic Given decomposition and oxyhydrogen formation, the invention, which is described in more detail below, is avoided these disadvantages in a device for measuring the liquid level as described above Type essentially in that at least one of the leading to the electrodes Lines is designed as a heatable line loop. The one in this line loop flowing Heating current is measured by using a known regulator circuit in such a way that that a constant resistance of the heating loop despite the changing ambient temperature is achieved. However, a constant line resistance also corresponds to a constant one Line temperature, which in turn corresponds practically to a constant rope length.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß für die Abtastung des Flüssigkeitsspiegels drei verschieden lange Elektroden mit verschiedenem Durchmesser verwendet werden, die vorzugsweise konzentrisch ineinander angeordnet und in an sich bekannter Weise von einem Wechselstrom gespeist sind. Another feature of the invention is that for scanning three electrodes of different lengths with different diameters of the liquid level are used, which are preferably arranged concentrically one inside the other and in on are known to be fed by an alternating current.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Abtastkopf so ausgebildet, daß eine der konzentrischen Elektroden, vorzugsweise die äußere, nach Art eines Tauchsieders ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine Behinderung der Nachlaufsteuerung in offenen Gewässern während der Frostperiode ausgeschlossen. In a further embodiment of the invention, the scanning head is designed so that one of the concentric electrodes, preferably the outer, in the manner of a Immersion heater is trained. In this way it becomes a hindrance to the follow-up control excluded in open waters during the frosty season.

Die Funktion der beschriebenen Anlage wird weiterhin dadurch verbessert, daß die Nachlaufsteuerung in Abhängigkeit von der Größe der Niveauschwankungen mit verschiedener Geschwindigkeit arbeitet. The function of the system described is further improved by that the follow-up control depending on the size of the level fluctuations with different speed works.

Eine solche Nachlaufsteuerung ist an sich bekannt.Such a follow-up control is known per se.

Bei ihr erhält man die verschiedenen Drehzahlen des Nachstellmotors dadurch, daß durch den mehr oder weniger schnell steigenden Flüssigkeitsspiegel ein oder mehrere hintereinander geschaltete Widerstände durch die Flüssigkeit selbst überbrückt werden, so daß der Motor infolge stärkerer Felderregung oder infolge Verminderung des Vorwiderstandes des Ankerstromkreises schneller läuft. Eine solche bekannte Einrichtung ist aber deshalb von Nachteil, weil ein großer Teil des Motorstromes bis zu den Abtastelektroden geleitet werden muß, weshalb zusätzliche Adern mit einem größeren Kabeiquerschnitt notwendig sind, was wiederum die Gefahr von Störungsursachen in sich birgt. Demgegenüber wird in die neue Anlage zu diesem Zwecke ein Verzögerungsrelais eingeschaltet, das bei längerer Dauer eines Steuerimpulses zumindest Teile des Vorwiderstandes zum Motorstromkreis kurzschließt, wodurch eine Erhöhung der Nachlaufgeschwindigkeit bewirkt wird.With it you get the different speeds of the adjustment motor by the fact that the liquid level rises more or less rapidly one or more resistances connected in series through the liquid itself be bridged, so that the motor as a result of stronger field excitation or as a result Reduction of the series resistance of the armature circuit runs faster. Such known device is disadvantageous because a large part of the motor current must be passed to the scanning electrodes, which is why additional wires with a larger cable cross-sections are necessary, which in turn increases the risk of malfunctions holds in itself. In contrast, a delay relay is used in the new system for this purpose switched on, the at least parts of the series resistor for a longer duration of a control pulse short-circuits to the motor circuit, thereby increasing the follow-up speed is effected.

Die beigefügte Schaltzeichnung zeigt im Schema ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. The attached circuit diagram shows an exemplary embodiment in a schematic the device according to the invention.

Mit 1 ist das Wechselstromnetz bezeichnet, das die Abtastelektroden 2, 3, 4, die Heizschleife 5 und den Temperaturregler 6 mit dem zugehörigen Parallel widerstand 7 und die Steuerrelais 8,9 mit denMeldelampen 10,11 über den Transformator 12 speist. Von dem Gleichstromnetzl3 wird der Antriebsmotorl4 für die Nachlaufsteuerung angetrieben. 15 ist die Feldwicklung des Motors und 16 ist ein Beschleunigungsrelais, mit dem ein in Reihe zum Ankerstromkreis liegender Vorwiderstand 17 überbrückt werden kann. 1 with the alternating current network is referred to, which the scanning electrodes 2, 3, 4, the heating loop 5 and the temperature controller 6 with the associated parallel resistance 7 and the control relays 8,9 with the signal lamps 10,11 via the transformer 12 feeds. The drive motor 14 for the follow-up control is supplied by the direct current network 13 driven. 15 is the field winding of the motor and 16 is an accelerator relay, with which a series resistor 17 lying in series with the armature circuit can be bridged can.

Die Arbeitsweise der Abtasteinrichtung ist folgende: Drei Abtastelektroden 2, 3, 4, die zweckmäßigerweise konzentrisch angeordnet sind, damit sie eine weitgehende Abschirmung des Elektrodensatzes vor vagabundierenden Strömen innerhalb der Flüssigkeit bilden, werden derart in einem mit Wechselstrom beschickten Stromkreis eingeschaltet, daß eine Elektrode als Stromzuführung dient, die zweite einen Ruhestromkreis und die dritte einen Arbeitsstromkreis mit den entsprechenden Relais 8, 9 steuert. Die Elektroden sind gemeinsam in einem isolierenden Elektrodenkopf befestigt, der an einem zweckmäßigerweise zugleich als Halteseil dienenden Kabel hängt. The operation of the scanning device is as follows: Three scanning electrodes 2, 3, 4, which are expediently arranged concentrically so that they have an extensive Shielding of the electrode set from stray currents within the liquid are switched on in a circuit charged with alternating current, that one electrode serves as a power supply, the second one Closed circuit and the third controls a working circuit with the corresponding relays 8, 9. the Electrodes are attached together in an insulating electrode head that is attached to an expediently at the same time serving as a tether cable hangs.

Die Elektroden werden mit der zu messenden Ob erfläche so in Verbindung gebracht, daß normalerweise zwei Elektroden benetzt sind, während die dritte Elektrode sich unmittelbar über der bewachten Oberfläche befindet. Beim Steigen des Flüssigkeitsspiegels 18 wird die dritte Elektrode 4 stromführend und steuert die Nachlaufsteuerung in dem Sinne, daß das Kabel so lange aufgewunden wird, bis die zugehörige Elektrode wieder auftaucht. Beim Fallen des Flüssigkeitsspiegels wird die zweite Elektrode 3 stromlos und steuert die Nachlaufsteuerung in umgekehrtem Sinne.The electrodes are connected to the surface to be measured brought that normally two electrodes are wetted, while the third electrode is immediately above the guarded surface. When the liquid level rises 18, the third electrode 4 is energized and controls the follow-up control in in the sense that the cable is wound up until the associated electrode reappears. When the liquid level falls, the second electrode 3 de-energized and controls the follow-up control in the opposite direction.

Um eine möglichst genaue Abtastung innerhalb geringster Toleranzen zu erreichen, sind die Elektroden mit scharfen Kanten oder Spitzen versehen, die das Hochziehen der Flüssigkeit durch Kapillarwirkung vermindern. Die Kapillarwirkung wird noch mehr eingeschränkt, wenn die eigentlichen Elektroden an der Unterseite mit einem sich nach unten erstreckenden Fortsatzstück aus nicht leitendem Material von gleicher Affinität wie das Elektrodenmaterial selbst versehen sind. Damit wird praktisch die Kapillarwirkung vollständig ausgeschaltet. To get the most accurate scanning possible within the smallest of tolerances To achieve this, the electrodes are provided with sharp edges or points that reduce the drawing up of the liquid by capillary action. The capillary action becomes even more restricted when the actual electrodes are on the underside with a downwardly extending extension piece made of non-conductive material are provided with the same affinity as the electrode material itself. So that will practically completely switched off the capillary action.

Es gibt Anwendungsgebiete für derartige Anlagen, bei denen zeitweilig größere Schwankungen des zu überwachenden Flüssigkeitsspiegels in relativ kurzen Zeitabschnitten auftreten, so daß es zweckmäßig ist, die Nachlaufsteuerung mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu betreiben. There are areas of application for such systems in which temporarily larger fluctuations in the liquid level to be monitored in relatively short periods Periods of time occur, so that it is useful to use the follow-up control with different Operate speeds.

Gemäß der Erfindung wird die Drehzahl des Nachlaufmotors dadurch verändert, daß einVerzögerungsrelais vorgesehen ist, welches bei längerem Anhalten eines Steuerimpulses Teile des Vorwiderstandes zum Motorstromkreis überbrückt. According to the invention, the speed of the follower motor is thereby changed so that a delay relay is provided, which can be used in the event of a longer stop a control pulse bridges parts of the series resistor to the motor circuit.

Durch zweckmäßige Ausbildung der beiden Steuerrelais 8, 9 mit den zugehörigen Umschaltkontakten 8 a, 9 a kann auch erreicht werden, daß bei ständiger Felderregung im Ruhezustand der Ankerstromkreis des Motors kurzgeschlossen und hierdurch nach erfolgtem Rücklauf der Motor scharf abgebremst wird. Appropriate design of the two control relays 8, 9 with the associated changeover contacts 8 a, 9 a can also be achieved that with constant Field excitation in the idle state of the armature circuit of the motor short-circuited and thereby the motor is braked sharply after the return has taken place.

Auf diese Weise wird eine Übersteuerung zumindest bei der normalen Verstellgeschwindigkeit sicher vermieden.This way there will be an overdrive at least with the normal one Adjustment speed safely avoided.

Bei größeren Höhenunterschieden sind besondere Maßnahmen zur Eliminierung ungleicher Längen des Steuer- bzw. Halteseiles zweckmäßig. Einerseits können in gewissen Grenzen die Längenunterschiede der Seile durch mechanische Vorbelastung, beispielsweise durch Beschweren des Elektrodensatzes, ausgeglichen werden, so daß die Seilbelastung bei veränderlicher Höhenlage des Elektrodenkopfes durch das veränderliche Seilgewicht nur mehr im eingeschränkten Maße variiert. Andererseits wird die temperaturbedingte Längenänderung des Seiles dadurch ausgeglichen, daß für die drei Abtastelektroden 2, 3, 4 insgesamt vier Adern 5 a, 5 b, 3 a, 4 a verwendet werden, wobei die Adern 5 a und 5 b als Leitungsschleife ausgebildet und mit einem Heizstrom beschickt sind. Durch Anwendung einer bekannten Reglerschaltung ist es möglich, den durch die HeizschleifeS fließenden Heizstrom so zu steuern, daß sich trotz veränderlicher Umgebungstemperatur eine konstante Leitungstemperatur ergibt. Damit ist auch die Länge des Kabels weitgehend temperaturunabhängig. In the case of greater height differences, special measures are required to eliminate them unequal lengths of the control or tether is useful. On the one hand, in the differences in length of the ropes due to mechanical pre-load to certain limits, for example by weighing down the set of electrodes, compensated so that the rope load when the height of the electrode head changes due to the changeable Rope weight only varies to a limited extent. On the other hand, the temperature-related Change in length of the rope compensated for that for the three scanning electrodes 2, 3, 4 a total of four wires 5 a, 5 b, 3 a, 4 a are used, whereby the wires 5 a and 5 b are designed as a line loop and charged with a heating current. By using a known regulator circuit, it is possible to control the heating loop S to control flowing heating current so that despite changing ambient temperature results in a constant line temperature. This means that the length of the cable is also largely temperature independent.

In Verbindung mit der neuen Nachlaufsteuerung können Widerstandsgeber der bekannten Art mit oder ohne Meßbereichunterteilung betrieben werden, weiche die der Abtastmethode innewohnende außerordentlich hohe Meßgenauigkeit auch für die Fernübertragung nutzbar macht. In connection with the new follow-up control, resistance sensors of the known type are operated with or without subdivision of the measuring range, soft the extraordinarily high measurement accuracy inherent in the scanning method also for makes remote transmission usable.

PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zum Messen des Flüssigkeitsstandes, insbesondere von Pegelständen in Stauseen und fließenden Gewässern, durch Abtastung des Flüssigkeitsspiegels mittels mehrerer Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der zu den Elektroden (2, 3, 4) führenden Leitungen als heizbare Leitungsschleife (usa, 5b) ausgebildet ist. PATENT CLAIM: 1. Device for measuring the liquid level, in particular of water levels in reservoirs and flowing waters, by scanning of the liquid level by means of several electrodes, characterized in that at least one of the lines leading to the electrodes (2, 3, 4) as heatable Line loop (usa, 5b) is formed.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that the loop-shaped formed line (5a, 5b) is traversed by a heating current, which is from a the usual control devices (6) is controlled so that a practically constant Line temperature results.

3. Device for measuring the liquid level, in particular of Water levels in reservoirs and flowing waters, by scanning the liquid level by means of several electrodes which can be tracked to the mirror, characterized in that three electrodes of different lengths for scanning the liquid level (18) (2, 3, 4) with different diameters can be used, which are preferably concentric arranged one inside the other and fed by an alternating current in a manner known per se are.

4. Device according to claim 3, characterized in that one of the three concentrically arranged scanning electrodes (2, 3, 4), preferably the outer, is designed in the manner of an immersion heater.

5. Device according to claim 3, characterized in that the lower The sides of the electrodes will leak into sharp edges or points.

6. Device according to claim 3, characterized in that at rest two electrodes (2, 3) are constantly wetted, one of which (2) serves as a power supply serves and the second (3) closes a closed circuit (12, 5 a, 2, 3, 3 a, 8, 12), while the third, unwetted electrode (4) has a working circuit (13, 9 a, 14, 8 a, 17, 13) controls.

7. Device according to claim 4, characterized by such Formation of the two control relays (8, 9) and their changeover contacts (8a, 9a) that with constant field excitation, preferably with direct current, in the idle state the armature circuit of the motor is short-circuited.

8. Device according to claim 1 to 7, characterized in that a delay relay (16) is provided, the longer duration of a control pulse short-circuits at least parts of the series resistor (17) to the motor circuit.

9. Device according to claim 5, characterized in that the in sharp edges or tips tapering off undersides of the actual electrodes (2, 3, 4) with a downwardly extending extension piece made of non-conductive Material of the same affinity as the electrode material itself are provided.