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Einrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes Zur Überwachung
des Flüssigkeitsstandes in Behältern wurden bereits verschiedene Wege eingeschlagen.
So hat man beispielsweise in dem Behälter zwei Elektroden angeordnet und in einen
Stromkreis gelegt, in dem ein Strom fließen kann, sobald beide Elektroden in die
Flüssigkeit eintauchen. Diese Überwachung ist jedoch sehr stark von der Leitfähigkeit
der Flüssigkeit abhängig.
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Es ist auch schon bekannt, zwei Thermoelemente zu verwenden, von
denen eines beheizt wird. Diese liefern unterschiedliche Spannungen, solange sie
sich außerhalb der Flüssigkeit befinden. Die Unterschiede verschwinden jedoch beim
Eintauchen in die Flüssigkeit nahezu vollständig. Bei derartigen Anordnungen muß
der Flüssigkeitsbehälter - sehr oft ein unter hohem Druck stehender Kessel - mit
zwei Durchführungen versehen werden, sofern man nicht die Anzeigeträgheit in Kauf
nehmen will, die sich ergibt, wenn man die Thermoelemente außen an dem Kessel befestigt.
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Es wurde daher bereits eine Anordnung vorgeschlagen, die diese Nachteile
vermeidet. Sie arbeitet nahezu trägheitslos und benötigt lediglich zwei Durchführungen
in den Kessel. Auch bei dieser Anordnung wird die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit
von Wasser einerseits und Luft bzw. Dampf andererseits ausgewertet. In dem Kessel
werden nämlich zwei Drahtwiderstände mit gleichem Widerstandswert, aber unterschiedlicher
Oberfläche angeordnet, die konstant beheizt werden. Sie bilden zusammen mit zwei
weiteren, außerhalb des Kessels angeordneten Widerständen eine Brücke, der einerseits
eine Hilfsspannung zugeführt wird, die zugleich zur Beheizung der im Kessel befindlichen
Drahtwiderstände dient. Die Brücke liefert eine Ausgangsspannung, die ein Maß für
die Differenz der Werte der beiden Drahtwiderstände im Kessel und damit für die
Abkühlungsverhältnisse ist. Bei üblicher Brückeneinstellung wird die Ausgangsspannung
einen sehr kleinen, nahe bei Null liegenden Wert annehmen, wenn beide Drahtwiderstände
im Wasser liegen, da sie dann praktisch den gleichen Widerstandswert aufweisen.
Zur Auswertung wird diese Ausgangsspannung der Brücke beispielsweise einem Gerät
mit einem Schwellwert zugeführt, das dann anspricht, wenn die Ausgangsspannung der
Brücke diesen Schwellwert unterschreitet, d. h. wenn die Differenz zwischen den
Widerstandswerten der beiden Drahtwiderstände unter einen kritischen Wert fällt.
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Solange sich die beiden Drahtwiderstände jedoch noch nicht im Wasser
befinden, weisen sie sehr stark unterschiedliche Widerstandswerte auf.
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Die Drahtwiderstände ragen bei den bekannten Ausführungen dieser
Art ohne jeden Schutz unmittelbar in den Behälter hinein. Sie sind daher verschiedenen
Störeinflüssen ausgesetzt, durch die eine Fehlauslösung hervorgerufen werden kann.
Zum Beispiel kann sich die Wärmeübergangszahl durch Anblasen der Spirale mit Dampf
oder durch Bespritzen der Spirale oder auch durch »Nebelbildung« im Dampfraum bei
plötzlichen Änderungen des Betriebszustandes in dem Behälter stark erhöhen, so daß
sie in die Nähe der im Wasser vorhandenen Werte kommt.
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Das läßt sich bei einer Einrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes
in einem Behälter mit einer Widerstandsbrücke, von der zwei Zweige mit unterschiedlichem
Verhältnis von Kühlfläche zur zugeführten Heizleistung in dem Behälter angeordnet
sind, erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß der Brückenzweig mit der kleineren
Kühlfläche in einer Kapsel untergebracht ist, die lediglich kleine Öffnungen für
den Zutritt der Flüssigkeit aufweist.
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Zweckmäßigerweise wird man den gesamten Fühler mit beiden Brückenzweigen
in einem gemeinsamen Rohr unterbringen, in dem die Brückenzweige, meist Widerstandsspiralen,
in Längsrichtung des Rohres hintereinander so angeordnet sind, daß der Brückenzweig
mit der kleinen Kühlfläche in das äußerste Ende dieses Rohres zu liegen kommt. Die
die beiden Brückenzweige aufnehmenden Räume des Rohres können durch eine Querwand
voneinander getrennt sein, die nicht dicht abzuschließen braucht.
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In diesem Fall wird man das Rohr dort, wo es den Brückenzweig mit
der größeren Kühlfläche umgibt, mit möglichst großen Öffnungen für den Wasserzutritt,
dort, wo es jedoch den Brückenzweig mit der kleineren Kühlfläche umschließt, nur
mit kleine Öffnungen für den Flüssigkeitszutritt versehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
Das Rohr des Fühlers ist dort mit 1 bezeichnet. Es weist einen Flansch 2 auf, mit
dem der Fühler an einer Behälterwand 3 befestigt ist. Der eine Brückenzweig mit
der größeren Kühlfläche wird von zwei parallelgeschalteten Spiralen 4 und 4' gebildet,
die zwischen den Anschlüssen 51 und 52 liegen.
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Rechts davon, in einem durch eine Querwand 6 abgetrennten Raum befindet
sich der die kleinere Kühlfläche aufweisende Brückenzweig 7, der zwischen den Anschlüssen
52 und 53 liegt. Dieser Brükkenzweig liegt somit in einer Kapsel, die mit der den
Fühler umgebenden Atmosphäre nur über Bohrungen 8 und über die Schlitze 8' zwischen
dem Rohr 1 und der Querwand 6 in Verbindung steht. In dieser Kapsel kann sich somit
ein eigenes Klima ausbilden, das von der Umgebung praktisch unabhängig ist. Die
Abkühlungsverhältnisse werden erst dann grundlegend geändert, wenn das Wasser den
Fühler erreicht und durch die Öffnungen 8 und 8' in die Kapsel eindringt.
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Der Brückenzweig mit der größeren Kühlfläche braucht nicht besonders
gegen eine störende äußere Abkühlung geschützt zu werden. Das Rohrl weist daher
in der Umgebung dieses Brückenzweiges große Längsschlitze 9 auf.
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Der vorliegenden Erfindung kommt besondere Bedeutung zu, wenn man
den Speisestrom der Brücke so regelt, daß die Ausgangsspannung der Brücke bei allen
praktisch vorkommenden Dampfzuständen in dem Behälter nahezu konstant bleibt und
wenn man den Brückenstrom auf einen Maximalwert begrenzt, der so gewählt ist, daß
die Ausgangsspannung der Brücke unter den Ansprechwert einer der Signalisierung
dienenden Kippstufe fällt, wenn die Brückenzweige im Behälter in die Flüssigkeit
eintauchen. Bei Verwendung einer solchen Steuerung des Brückenstromes kann der erfindungsgemäße
Fühler praktisch in allen vorkommenden Fällen ohne Rücksicht auf besondere, extreme
Betriebsbedingungen verwendet werden, da eine zuverlässige Signalisierung auch bei
Störungen
durch Spritzwasser u. dgl. sowie bei sehr hohen Dampfdrücken gewährleistet ist.
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Wegen der Begrenzung des Heizstromes ist es besonders zweckmäßig,
das Volumen der Kapsel möglichst klein zu wählen. Eine plötzliche Veränderung, z.
B. Erhöhung des Sättigungsgrades, hat - bei gleicher Heizleistung - eine Abnahme
der Temperatur der Spirale zur Folge, deren Geschwindigkeit von der thermischen
Zeitkonstante des Widerstandes abhängt. Durch die abgegebene Wärme wird das in der
Kapsel vorhandene Dampfvolumen getrocknet, und zwar um so schneller, je kleiner
das Volumen der Kapsel ist. Wenn daher die thermische Zeitkonstante der Spirale
in der Kapsel gleich oder größer als die Zeit ist, die bei der zugeführten Heizleistung
notwendig ist, um die in der Kapsel vorhandene Sattdampfmenge zu trocknen bzw. zu
überhitzen, dann sind Falschmeldungen auch bei extremen Zustandsänderungen ausgeschlossen.