DE1133140B

DE1133140B - Einrichtung zum kontinuierlichen oder stufigen Messen der Fuellhoehe eines elektrisch leitenden Stoffes in einem Silo

Info

Publication number: DE1133140B
Application number: DEP21878A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Rudolf Ludwig
Original assignee: Portland Zementwerke Heidelberg AG
Current assignee: Heidelberg Materials AG
Priority date: 1958-12-12
Filing date: 1958-12-12
Publication date: 1962-07-12

Description

Einrichtung zum kontinuierlichen oder stufigen Messen der Füllhöhe eines elektrisch leitenden Stoffes in einem Silo Mit der Erfindung wird eine Einrichtung angegeben, die es gestattet, in einem Silo die Füllhöhe eines elektrisch leitenden Stoffes kontinuierlich oder in Stufen elektrisch zu messen.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Einrichtung einen mit Spannungsquellen und Meßelektroden in Reihe geschalteten Außenwiderstand enthält, an dem eine Spannung abfällt, die von der Füllhöhe abhängig ist. Dieser Spannungsabfall wird dadurch erreicht, daß durch den Außenwiderstand ein Strom geschickt wird, dessen Stärke von der Füllhöhe des Silos abhängig ist. Um die Proportionalität des Spannungsabfalles zu erreichen, sind die Elektroden besonders gestaltet. Bei gleichbleibender elektrischer Leitfähigkeit des Stoffes im Silo ist der Außenwiderstand ein Festwiderstand, und bei wechselnder Leitfähigkeit des Stoffes ist ein Widerstand zu wählen, der sich im Sinne der Leitfähigkeiten mitverändert. Daher ist in diesem letzteren Falle der Außenwiderstand eine elektrische Leitfähigkeitszelle, die mit der Flüssigkeit im Silo gefüllt ist oder von ihr durchströmt wird.
Vorzugsweise wird eine Meßelektrode und eine Gegenelektrode in das Silo eingesetzt, wobei der in der Füllhöhe zu messende Stoff zwischen diesen beiden Elektroden Parallelwiderstände bildet, deren Größe von der Leitfähigkeit des Stoffes und der Länge der blanken Stellen auf den Elektroden abhängt. Diese durch die Leitfähigkeit des Stoffes bestimmten Leitwiderstände werden so gewählt, daß sie von unten nach oben so abnehmen, daß der Spannungsabfall am Außenwiderstand proportional der Füllhöhe ist. Die Größe jedes Leitfähigkeitsteilwiderstandes wird zweckmäßig durch die Länge der ihm zugeordneten Kontaktstelle oder blanken Stelle auf der Meßelektrode festgelegt.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die vereinfachte Schnittansicht durch einen Teil eines Silos mit einer Meßelektrode, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht mit zwei Elektroden, Fig. 3 den vereinfachten Schnitt durch ein Silo mit der vereinfachten Darstellung eines sich mit der Leitfähigkeit des Stoffes ändernden Außenwiderstandes, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht einer Abwandlungsform, Fig. 5 ein Schaltbild einer elektrischen Anzeigevorrichtung, Fig. 6 ein Zeitdiagramm der an den Anzeige- elementen in Fig. 5 auftretenden Spannungen bei leerem und Fig. 7 bei vollem Silo.
Wie Fig. 5 zeigt, liegt der Außenwiderstand Ra mit dem durch die Elektroden und den Behälterinhalt bestimmten Widerstand% in Reihe. Um die Proportionalität des Spannungsabfalles an Ra bei konstanter Spannung an der Spannungsquelle Us zu erreichen, ist in dem Silo 10 in Fig. 1 die Elektrode 12, die in das Silo eingehängt ist, auf ihrem Umfang bei 14 isoliert, während zwischen den Isolationen von unten nach oben in der Länge zunehmende blanke Stellen 16 vorgesehen sind. Als Gegenelektrode wird die Wand 18 des Silos verwendet. Zwischen den an die Meßelektrode 12 und die Wand 18 geführten Leitungen 20 und 21 liegt der von der Füllhöhe abhängige Widerstand Rs.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind Meßelektroden 12 und Gegenelektrode 18' einander gleich.
Die einzelnen Teilwiderstände zwischen den einander gegenüberliegenden blanken Stellen der Elektroden 12 und 18' sind bei vollem Silo im unteren Teil des Silos größer, da die blanken Stellen nur über ein kurzes Stück der Länge der Elektroden gehen, und nehmen nach oben hin von blanker Stelle zu blanker Stelle ab, denn der Leitwert wird durch die länger werdenden blanken Stellen erhöht. Auf diese Weise läßt sich bei vorgegebenem Siloinhalt nahezu eine beliebige Abhängigkeit des durch den Kreis fließenden Stromes. und des damit verbundenen Spannungsabfalles am Außenwiderstand von der Füllhöhe des Silos festlegen.
Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, den Außenwiderstand R8 abhängig von dem in das Silo eingeführten Stoff zu machen. Hier sind zwei Elektroden in festem Abstand voneinander angeordnet, so daß die Größe des zwischen ihnen auftretenden Widerstandes allein von der Leitfähigkeit des eingefüllten Mediums abhängt.
In Fig. 4 wird die Gegenelektrode für die Meßelektrode und die zweite Elektrode des Außenwiderstandes durch die Silowand 18 gebildet.
Die wesentlichen Elemente der Schaltung nach Fig. 5 bestehen in einer Spannungsquelle Us, die im allgemeinen eine Wechselspannungsquelle sein wird, dem selbsttätig mit dem Füllstoff und der Füllhöhe veränderlichen Silowiderstand Rs und einem festen oder im gleichen Sinn wie der Silowiderstand veränderlichen Außenwiderstand Ra. Diese Elemente sind in Reihe geschaltet. Die an Ra abfallende Spannung Ua hängt von der Stromstärke in diesem Kreis ab, die ihrerseits eine Funktion der Leitfähigkeit und der Füllhöhe des Siloinhaltes und der Elektrodengestaltung ist. Der Spannungsabfall ist also ein unmittelbares Maß für die Füllhöhe im Silo.
Es empfiehlt sich, die an Ra abfallende Spannung Ua proportional zur Füllhöhe zu machen. Dies wird erreicht, wenn bei geringer Füllhöhe Ra sehr klein gegen Rs, bei halber Füllhöhe Ra = Rs und bei vollem Silo Ra sehr groß gegen Rs ist. Mit einfachen glatten Elektrodenstäben sind diese Bedingungen nur bei geringer Silohöhe näherungsweise gegeben. Bei großer Füllhöhe werden in der Schaltung nach Fig. 5 Stabelektroden verwendet, die gegen die Flüssigkeit isoliert sind. In bestimmten Abständen, etwa von 1 m, wird die Isolation durch blanke Kontaktstellen unterbrochen, so daß die Spannung Ua mit steigender Füllhöhe stufenweise ansteigt, da der Gesamtwiderstand Rs infolge der Parallelschaltung weiterer Teilwiderstände abnimmt, die Stromstärke also ansteigt.
Um die Linearität von Füllhöhe und Spannung Ua zu erreichen, werden die blanken Kantaktstellen von unten nach oben im Silo immer länger. Die Größe der erforderlichen Teilwiderstände errechnet sich in bekannter Weise aus der Bedingung, daß Füllhöhe und Spannungsabfall am Widerstand Ra proportional sein sollen.
Nachfolgend wird ein Beispiel für eine solche Schaltung gegeben: Bei einem Außenwiderstand Ra = 100 Ohm, einem Silowiderstand Rs = 11,11 Ohm bei gefülltem Silo und einer Gesamtspannung Uns = Volt ist die MaximaIspannung G = 45 Volt bei gefülltem Silo Der Spannungssprung von Kontaktmarke zu Kontaktmarke ist bei zehn Marken 21 Ua = 4,5 Volt, und die Teilwiderstände müssen 1011, 820..., 59 und 21 Ohm betragen. Diese Werte werden durch entsprechende Länge der blanken-Kontaktstellen der Elektroden erreicht.
Es ist auch möglich, an Stelle zweier mit Kontaktmarken versehener Elektroden eine blanke Elektrode zu verwenden, mit der die metallische Silowand zusammenwirkt. An Stelle der Anordnung des vom Siloinhalt abhängigen Widerstandes Ra im Silo nach den Fig. 3 und 4 kann dieser Widerstand auch in einem Zuleitungsrohr, in einem Vorsilo od. dgl. liegen.
In Fig. 5 sind als Füllstandanzeiger einmal ein Spannungsmesser g und zum anderen Anzeigelampen hl bis h4 vorgesehen. Die gleichen Lampen hl, h2, h3 und h4, die in Reihe mit ihren Vorwiderständen liegen, sind durch Spannungsquellen U7 bzw. U6 so vorgespannt, daß ihre Zündspannung allein von dem durch den Widerstand Ra fließenden Strom bestimmt wird. Diese Spannungen U6 und U7 wirken in Richtung der eingezeichneten Pfeile. Die Spannungsquellen U5 bis U7 werden im allgemeinen die Sekundärwicklungen von Transformatoren sein.
Die Spannung U7 ist gegenüber der Spannung U5 um 1800 phasenverschoben, so daß an hl die Spannung U5 + U7 liegt. hl leuchtet also, wenn die Anlage durch den Schalter C eingeschaltet worden ist. An h2 liegt diese Spannung U5 + U7 nur an, wenn durch den Widerstand Rs kein Strom fließt und daher an Ra keine Spannung abfällt. Nur bei diesem Zustand, in dem das Silo leer ist, reicht die an h2 liegende Spannung zur Zündung, so daß k die Leeranzeige gibt.
Die Spannung U5 wird durch die Spannung U6 nicht nur vermindert, sondern sogar überkompensiert, da der Absolutbetrag von U6 größer als der Absolutbetrag von U5 gewählt ist, so daß bei leerem Silo die an den Glimmlampenh3 und h4 liegende Spannung gleich 1u6 l - l U5 ist. U6 ist so groß, daß die Zündspannung von h3 und h4 in diesem Betriebszustand nicht erreicht wird.
Wenn bei gefülltem Silo und fließendem Strom ein Teil der Spannung US schon an Ra abfällt, wird die an h3 und h4 liegende Spannungsdifferenz dem Absolutbetrag nach größer und verursacht das Nacheinanderzünden der Glimmlampen h3 und h4.
Dadurch wird angezeigt: »Silo voll« oder »Silo halbvoll«. Es gilt dabei die Gleichung lU3l=lU6J-(IU5I-JRa).
Die Spannungsverhältnisse bei leerem und vollem Silo während einer Halbperiode des Wechselstromes lassen sich den Fig. 6 und 7 entnehmen.
Ein besonderer Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß an das Silo nur ein zweiadriges Kabel angeschlossen zu werden braucht.

Claims

PATENTANSPRÜcHE: 1. Einrichtung zum kontinuierlichen oder stufenweisen Messen der Füllhöhe eines elektrisch leitenden Stoffes in einem Silo, gekennzeichnet durch einen mit Spannungsquellen (U5, U6, U7) und Meßelektroden (12, 18, 18/) in Reihe geschaltetem Außenwiderstand (Ra), an dem eine von der Füllhöhe abhängige Spannung (Ua) abfällt.
2 Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall (Ua) am Außenwiderstand (Ra) proportional der Füllhöhe ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Stoff zwischen einer Meßelektrode (12) und einer Gegenelektrode (18) eine Anzahl von parallelen Leitfähigkeits-Teilwiderständen bildet, deren größe von unten nach oben abnimmt.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe jedes Leitfähigkeits-Teilwiderstandes durch die Länge der ihm zugeordneten Kontaktstelle auf der Meßelektrode festgelegt ist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenwiderstand (Ra) ein von dem gleichen elektrisch leitenden Stoff wie dem Stoff im Silo gebildeter Elektrolytwiderstand ist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (18/) der Meßelektrode (12) gleich ist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Silowand die Gegenelektrode bildet.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode eine blanke Elektrode von etwa gleicher Länge wie die Meßelektrode ist.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode eine blanke Elektrode ist.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden von der Füllhöhe durch unterschiedlich viele oder unterschiedlich lange Kontaktstellen auf den Elektroden herstellbar ist.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die Endpunkte bzw. an Abgriffe des Außenwiderstandes (Ra) Spannungsanzeiger (hl, h2, h3, h4) angeschlossen sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsanzeiger Glimmlampen (h2, h3, h4) mit Vorspannungen (U6, U7) angeordnet sind, die infolge des Spannungsabfalls (Ua) am Außenwiderstand (Ra) bei Erreichen der ihnen zugeordneten Füllhöhe zünden oder erlöschen.