DE1265444B

DE1265444B - Electrical level monitor

Info

Publication number: DE1265444B
Application number: DE1965S0099717
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Stoll; Dipl-Ing Karl Pfister; Dipl-Ing Herbert Ramsauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-28
Filing date: 1965-09-28
Publication date: 1968-04-04

Description

Elektrischer Niveauwächter Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Flüssigkeitsstandsüberwachung auf elektrischem Wege. Dabei wird eine Meßsonde mit mindestens einem beheizten Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert verwendet und dabei das Prinzip ausgenutzt, daß einem solchen aufgeheizten Widerstand innerhalb der Flüssigkeit laufend Wärme entzogen und bei Austauchen aus der Flüssigkeit weniger Wärme entzogen wird, so daß der Widerstand dann eine höhere Temperatur annimmt. Auf diese Weise kann die Änderung des Ohmschen Widerstandswertes dieses Widerstandes als Kriterium für das Austauchen aus dem Flüssigkeitsspiegel herangezogen werden.Electrical level monitor The invention relates to an arrangement for liquid level monitoring by electrical means. A measuring probe is used with at least one heated resistor with a temperature-dependent resistance value used and thereby exploited the principle that such a heated resistor heat is continuously withdrawn within the liquid and from the liquid when it is submerged Less heat is extracted, so that the resistor then assumes a higher temperature. In this way, the change in the ohmic resistance value of this resistor can be used as a criterion for emerging from the liquid level.

Weiterhin kann man bei derartigen Anordnungen auch eine Temperaturkompensation vornehmen, was insbesondere dort von Bedeutung ist, wo das Niveau von heißen Flüssigkeiten überwacht werden soll. Temperature compensation can also be used in such arrangements make what is particularly important where the level of hot liquids should be monitored.

Dies ist insbesondere bei Dampfkraftanlagen der Fall, in denen das Arbeitsmittel unter hohem Druck und hoher Temperatur in Behältern einen Flüssigkeitsstand ausbildet, oberhalb dessen Dampf vorhanden ist.This is particularly the case with steam power plants in which the Working medium under high pressure and high temperature in containers a liquid level forms, above which steam is present.

Bei einer bekannten Anordnung enthält die Meßsonde eine Drahtwendel, die in Abschnitte unterteilt ist, von denen einer den eigentlichen Meßwiderstand und andere Abschnitte einen Kompensationswiderstand bilden. Aus Gründen der mechanischen Festigkeit besteht dabei die Wendel aus verhältnismäßig dickem Widerstandsdraht. Damit ergibt sich aber für diesen Widerstand ein niedriger Ohmscher Widerstandswert. Wenn jetzt ein solcher Widerstand elektrisch beheizt und die Temperatur durch direkte oder indirekte Messung des Ohmschen Widerstandes ermittelt wird, so verlangt der niedrige Widerstandswert hohe Heizströme bei niedrigen Spannungen. In a known arrangement, the measuring probe contains a wire helix, which is divided into sections, one of which is the actual measuring resistor and other portions form a compensation resistor. For the sake of mechanical The coil consists of a relatively thick resistance wire. However, this results in a low ohmic resistance value for this resistor. If now such a resistor is heated electrically and the temperature by direct or indirect measurement of the ohmic resistance is determined, the low resistance value high heating currents at low voltages.

Demzufolge ist auch das Meßsignal sehr klein und bedarf zu seiner Auswertung eines relativ großen Aufwandes, um die kleine Signalspannung auf technisch brauchbare Werte anzuheben. Der niedrige Ohmsche Widerstand bedeutet auch insofern noch einen Nachteil, daß eine wirtschaftliche Beheizung nur mit Wechselstrom vorgenommen werden kann, was aber wiederum für den Meßkreis eine Erhöhung des erforderlichen Aufwandes bedeutet.As a result, the measurement signal is also very small and requires it Evaluation of a relatively large effort to get the small signal voltage on technically to raise useful values. The low ohmic resistance means insofar as well Another disadvantage is that economical heating is only carried out with alternating current can be, which in turn increases the required for the measuring circuit Effort means.

Diese Nachteile haften auch einer bekannten Vorrichtung zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes in Behältern an. Dort befinden sich elektrische Meßdrähte aus Material mit geeignetem Widerstandskoeffizienten innerhalb eines Rohres, das an dem in die Flüssigkeit tauchende Ende geschlossen ist, wobei der beheizte Stab und der oder die Meßdrähte zwar elektrisch isoliert, aber wärmeleitend verbunden sind. Die Bildung des Meßwiderstandes durch einen Drahtwiderstand verbietet auch dort eine Bemessung des Ohmschein Widerstandswertes über einen verhältnismäßig niedrig liegenden Höchstbetrag hinaus. These disadvantages are also inherent in a known display device the liquid level in containers. There are electrical measuring wires there of material with a suitable coefficient of resistance within a pipe that is closed at the end immersed in the liquid, with the heated rod and the measuring wire or wires, although electrically insulated, but connected in a thermally conductive manner are. The formation of the measuring resistor by a wire resistor is also forbidden there a rating of the ohmic resistance value over a relatively low lying maximum amount.

Demgegenüber werden erst durch die Erfindung die geschilderten Nachteile beseitigt. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Anordnung der geschilderten Art als Meß- und/oder Kompensationswiderstand ein Widerstand von hohem Ohmschen Widerstandswert vorgesehen ist, der-in an sich bekannter Weise indirekt beheizbar ist. On the other hand, the described disadvantages only become apparent through the invention eliminated. The invention consists in that with an arrangement of the described Type as measuring and / or compensation resistor a resistance of high ohmic Resistance value is provided, which can be indirectly heated in a manner known per se is.

Im einfachsten Fall kann man also, von der bekannten Anordnung ausgehend, den dort verwendeten, wendelförmig gestalteten Massivdraht als Rohrleiter ausbilden, der dann bei stark vergrößertem Ohmschen Widerstandswert praktisch die gleiche mechanische Festigkeit aufweist. Ein weiterer Schritt führt zur Verwendung eines Schichtleiters, bei dem ein aus nicht oder schlecht leitendem Material bestehender Körper mit einer Widerstandsschicht versehen ist. Auch eine derartige-Widerstandsanordnung kann wendelförmig gestaltet sein. Da aber die Widerstandsschicht beliebig dünn gestaltet werden kann und auch hinsichtlich der Verwendung des Widerstandsmaterials ein weiter Spielraum gegeben ist, besteht durchaus die Möglichkeit, von der Wendelform abzugehen und eine andere Gestaltung, z.B. eine geeignete Stabform zu wählen. In the simplest case, based on the known arrangement, one can therefore form the helically designed solid wire used there as a pipe conductor, which is then practically the same mechanical with a greatly increased ohmic resistance value Has strength. Another step leads to the use of a shift supervisor, in which a body made of non-conductive or poorly conductive material with a Resistance layer is provided. Such a resistor arrangement can also be helical be designed. But since the resistance layer can be made as thin as desired and also a wide margin with regard to the use of the resistance material is given, there is definitely the possibility of departing from the helical shape and another design, e.g. choosing a suitable rod shape.

Umgekehrt kann man auch, ebenfalls von der bekannten Anordnung ausgehend, innerhalb eines geeigneten Mantels oder anderen mechanisch festen Trägers bzw. an demselben eine mechanisch schwache Widerstandsanordnung mit höherem Ohmschen Widerstandswert anbringen. Auf diese Weise ergibt sich ein Mantelleiter, der noch die Möglichkeit bietet, Heizkreis und Meßkreis galvanisch voneinander zu trennen. Der Mantel übt dabei zunächst nur die Funktion einer Bildung der erforderlichen Stabilität und der Wärmeübertragung aus. Er schützt die empfindliche Widerstandsanordnung und kann auch selbst oder zusammen mit einer Isolierschicht, z. B. aus Aluminiumoxyd, eine elektrische Isolation des Meßkreises herbeiführen. Schließlich kann aber auch ein Teil des Widerstandssystems durch einen als Widerstand ausgebildeten Mantel selbst und ein anderer Teil desselben durch im Innern befindliche Widerstandsanordnungen gebildet werden. Conversely, also proceeding from the known arrangement, one can also within a suitable jacket or other mechanically strong support or on the same a mechanically weak resistor arrangement with a higher ohmic resistance value attach. This results in a sheathed conductor that still has the option offers, Galvanic separation of the heating circuit and the measuring circuit. The coat initially only exercises the function of forming the necessary Stability and heat transfer. It protects the sensitive resistor arrangement and can also by itself or together with an insulating layer, e.g. B. made of aluminum oxide, bring about an electrical isolation of the measuring circuit. Finally, however, can part of the resistance system through a jacket designed as a resistance itself and another part of it by means of resistor assemblies located inside are formed.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. The figures show exemplary embodiments in their essentials for the invention Parts in a greatly simplified, partly schematic representation. Same or Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Meßsonde 1 mit einem Flansch 2 versehen, der in geeigneter Weise mit der Behälterwand so befestigt ist, daß der stabförmige Teil 3 der Sonde in das Behälterinnere hineinragen kann und dort in waagerechter Lage in den Flüssigkeitsspiegel eintaucht. Auf einem als Voll- oder Rohrkörper ausgebildeten Träger aus nicht oder schlecht leitendem Material befindet sich ein Schichtwiderstand 4 als Meßwiderstand in Verbindung mit einem großflächigen Schichtwiderstand 5 als Kompensationswiderstand. Die Endkappe 6 ist leitend ausgebildet und steht mit der Zuleitung 7 in Verbindung. Ein Ring 8 zwischen den Widerständen 4 und 5 steht mit beiden Widerstandsflächen in elektrischer Verbindung und ist weiterhin mit der Zuleitung 9 verbunden, so daß die Spannungsquelle 11 des Meßsystems mit der Leitung 12 auf ein neutrales Potential gelegt werden kann. Die Widerstände 13 und 14 ergänzen die Widerstandsanordnung zu einer Brückenschaltung, wobei in der Brückendiagonale ein Meßsignal, durch das Anzeigegerät 15 versinnbildlicht, auftritt. In the embodiment shown in Fig. 1 is a measuring probe 1 provided with a flange 2, which in a suitable manner with the container wall so is attached that the rod-shaped part 3 of the probe protrude into the interior of the container can and immersed there in a horizontal position in the liquid level. On one designed as a solid or tubular body made of non-conductive or poorly conductive Material is a sheet resistor 4 as a measuring resistor in connection with a large-area sheet resistor 5 as a compensation resistor. The end cap 6 is designed to be conductive and is connected to the supply line 7. A ring 8 between the resistors 4 and 5 is electrical with both resistance surfaces Connection and is still connected to the lead 9, so that the voltage source 11 of the measuring system with the line 12 can be placed on a neutral potential. The resistors 13 and 14 complete the resistor arrangement to form a bridge circuit, whereby in the bridge diagonal a measuring signal, symbolized by the display device 15, occurs.

Die Widerstände 4 und 5 sind hinsichtlich ihres Ohmschen Widerstandswertes so bemessen, daß sie einander gleiche oder nahezu gleiche Werte aufweisen. Hinsichtlich ihrer Oberflächen sind sie aber stark unterschiedlich. Der Meßwiderstand 4 hat eine um ein Vielfaches kleinere wirksame Oberfläche als der Widerstand 5. Wenn jetzt in eingetauchtem Zustand der Sonde der Meßstrom die beiden Widerstünde 4 und 5 durchsetzt, so kann bei geeigneter Bemessung der Anordnung die Wärmeabfuhr durch das flüssige Medium so stark gehalten werden, daß kein nennenswerter Unterschied der Aufwärmung der beiden Widerstände 4 und 5 auftritt. Die Widerstände nehmen also praktisch die gleiche Temperatur an, so daß auch bei verschiedenen Temperaturen des flüssigen Arbeitsmittels selbst kein wesentlicher Unterschied des Widerstandswertes von Widerstand4 und Widerstand 5 festzustellen ist. The resistors 4 and 5 are in terms of their ohmic resistance value dimensioned so that they have the same or almost the same values. Regarding However, their surfaces are very different. The measuring resistor 4 has a effective surface area many times smaller than the resistance 5. If now When the probe is immersed, the measuring current passes through the two resistors 4 and 5, so, with a suitable dimensioning of the arrangement, the heat dissipation through the liquid Medium must be kept so strong that there is no appreciable difference in warming up of the two resistors 4 and 5 occurs. So the resistors practically take that same temperature, so that even at different temperatures of the liquid Working medium itself no significant difference in the resistance value of resistor4 and resistance 5 is to be determined.

Sinkt nun der Flüssigkeitsspiegel und die Sonde wird jetzt nur noch von Dampf umspült, so wird der Meßsonde erheblich weniger Wärme entzogen als zuvor innerhalb der Flüssigkeit. Der großfiächige Widerstand 5 erfährt jedoch wegen seiner großen Abkühlungsfläche nur eine beschränkte Temperaturerhöhung, während der kleinflächige Widerstand 4 nunmehr eine weitaus höhere Temperatur annimmt, da die Wärmeabfuhr nur außerordentlich gering ist. Now the liquid level sinks and the probe is now only Washed around by steam, the measuring probe is withdrawn considerably less heat than before within the liquid. However, the large-area resistance 5 experiences because of it large cooling area only a limited temperature increase, while the small area Resistor 4 now assumes a much higher temperature, since the heat dissipation is only extremely small.

Jetzt entsteht durch den starken Temperaturunterschied zwischen den beiden Widerständen ein entsprechend der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes mehr oder weniger großer Unterschied des Ohmschen Widerstandes, so daß sich eine entsprechend hohe Signalspannung an der Brückeuschaltung ergibt.Now, due to the strong temperature difference between the two resistors according to the temperature dependence of the resistance value more or less large difference in ohmic resistance, so that a correspondingly high signal voltage at the bridge circuit results.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind, von der bekannten Meßanordnung ausgehend, die Widerstände als Mantelleiter ausgebildet. In the embodiment shown in Fig. 2, of the known measuring arrangement based on the resistors designed as sheathed conductors.

Der Widerstand Ra ist hier, wie durch die strichpunktierten Linien 23 versinnbildlicht, mit einem Mantel umgeben. In entsprechender Weise sind auch die Widerstände Rb t und R02 mit Mänteln 26 und 31 versehen. Die Bemessung der Widerstandswerte kann dabei so gewählt werden, daß Rbt und Rbe etwa doppelt so groß sind als Ra, so daß bei Parallelschaltung von Rbl und Rb2 der Gesamtwiderstand Rb etwa den Wert von Ra aufweist.The resistance Ra is here, as indicated by the dash-dotted lines 23 symbolized, surrounded by a coat. In a corresponding manner are also the resistors Rb t and R02 are provided with jackets 26 and 31. The dimensioning of the resistance values can be chosen so that Rbt and Rbe are about twice as large as Ra, so that when Rbl and Rb2 are connected in parallel, the total resistance Rb is approximately equal to of Ra.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für den WiderstandRb zwei Leiter in einem gemeinsamen Mantel eingebettet, der mit 32 bezeichnet ist. Auch hier ist wieder der Widerstands, wert Ra ungefähr so groß wie Rb gewählt. In the case of the one shown in FIG. 3 illustrated embodiment are for the Resistor Rb two conductors embedded in a common sheath, denoted by 32 is. Here, too, the resistance, value Ra, is chosen to be about as large as Rb.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für den Widerstand Ra zwei Leiter 33 und 34 in einem gemeinsamen Mantel 35 eingebettet. In the embodiment shown in Fig. 4 are for Resistance Ra two conductors 33 and 34 embedded in a common jacket 35.

Der wirksame Widerstand Ra, der mit 33 bezeichnet ist, wird durch den Paralleleiter 34 aufgeheizt.The effective resistance Ra, which is denoted by 33, is given by the parallel conductor 34 is heated.

Wiederum sind die Widerstandswerte Ra und Rb etwa gleich. Der Leiter 34 wird von der Sekundärwicklung 36 eines Transformators 37 gespeist, dessen Primärwicklung 38 an eine Wechselspannungsquelle 39 gelegt ist.Again, the resistance values Ra and Rb are about the same. The head 34 is fed from the secondary winding 36 of a transformer 37, the primary winding of which 38 is connected to an AC voltage source 39.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel wird von einer indirekten Beheizung Gebrauch gemacht. Die beiden Schichtwiderstände 4 und 5 sind hier auf der Außenseite eines Röhrchens 16 angebracht, in dessen Innern sich der Heizer 17 befindet. Der Heizer kann nach Art der Kathodenheizer bei elektrischen Entladungsröhren als Bifilar-Heizkörper ausgebildet sein. Gegebenenfalls können die Widerstandsschichten 4 und 5 noch mit einer Isolierschicht versehen sein. In the embodiment shown in FIG. 5, one indirect heating made use of. The two film resistors 4 and 5 are attached here on the outside of a tube 16, inside of which the Heater 17 is located. The heater can be like the cathode heater in the case of electric Discharge tubes be designed as bifilar heating elements. If necessary, can the resistance layers 4 and 5 can also be provided with an insulating layer.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich ein als Widerstand wirksamer Mantel25 auf der Außenseite eines Röhrchensl8 und umschließt einen Heizer 19, der wiederum auf einem den Widerstand 24 umschließenden Tragrohr 20 angebracht ist. Die Zuleitungen zu den Widerständen 24 und 25 sind mit 22, 27 und 29 bezeichnet. In the embodiment shown in Fig. 6 is a jacket 25 acting as a resistance on the outside of a tube 18 and enclosing it a heater 19, which in turn is on a support tube surrounding the resistor 24 20 is attached. The leads to the resistors 24 and 25 are marked with 22, 27 and 29 denotes.

An die Zuleitungen 28 und 30 des Heizers kann eine Wechselspannung angelegt werden.An alternating voltage can be applied to the leads 28 and 30 of the heater be created.

Es besteht also die Möglichkeit, bei Verwendung eines Mantelleiters beim Meßwiderstand oder auch beim Kompensationswiderstand zwei Leiter in einem gemeinsamen Mantel einzubetten. Die andere Möglichkeit ist, sowohl für den Meßwiderstand als auch für den Kompensationswiderstand eine solche Anordnung zu wählen. Meßwiderstand oder Kompensationswiderstand bzw. Meßwiderstand und Kompensationswiderstand werden dann vom Heizer, der galvanisch getrennt ist, aufgeheizt, wobei man hinsichtlich Strom arzt und Spannung sowohl für den Heizer nicht beschränkt ist, als auch für den Meßkreis sich die geschilderten Vorteile einer Widerstandsanordnung mit verhältnismäßig hohem Widerstandswert zunutze machen kann. Die Schichtwiderstände können tibrigens auch durch Wicklungen entsprechend dünnen Drahtes gebildet werden, der gegebenenfalls bereits zuvor mit einer Isolierung versehen oder auch nach Aufbringen isoliert werden kann. So there is the possibility of using a sheathed conductor in the case of the measuring resistor or the compensation resistor, two conductors in one joint Embed coat. The other possibility is for the measuring resistor as well to choose such an arrangement for the compensation resistor as well. Measuring resistor or compensation resistor or measuring resistor and compensation resistor then heated by the heater, which is galvanically separated, with regard to Current doctor and voltage is not limited for both the heater and for the measuring circuit itself the described advantages of a resistor arrangement with relatively high resistance value. The sheet resistors can also be used even be formed by windings correspondingly thin wire, which may be already provided with insulation beforehand or also isolated after application can.

Claims

Claims: 1. Arrangement for the electrical monitoring of liquid levels with a probe that has at least one heated resistor with temperature-dependent Contains resistance value from which heat is continuously withdrawn within the liquid and when emerging from the liquid less heat is extracted, and then that assumes a higher temperature, so that the change in the ohmic resistance value of Resistance serves as a criterion for emerging from the liquid level, d a d u r c h that as a measuring and / or compensation resistor Resistance of high ohmic resistance is provided, which is known per se Way is indirectly heated.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring and / or compensation resistor as a pipe or sheet resistor or as a sheathed conductor is formed and at least two isolated from each other and from the jacket Head wraps.

Publications considered: German Patent No. 595 691