DE1548920A1

DE1548920A1 - Niveauanzeigegeraet mit gekoppelten Induktivitaeten fuer fluessige Metalle

Info

Publication number: DE1548920A1
Application number: DE19661548920
Authority: DE
Inventors: Etienne Cambillard; Jean-Paul Le Frere; Jacques Lelong; Roger Morisset
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1965-11-04
Filing date: 1966-11-03
Publication date: 1969-08-21
Also published as: DE1548920B2; BE688007A; FR1462430A; IL26733A; ES333053A1; US3402607A; SE333645B; GB1106730A; CH464555A; NL6615516A; LU52273A1

Description

PATENTANWALT | D^f nicht .jeandert werden ) '/} ^_ DR. HAN8 ULRIOH MAY

β MDNOHEN β, OTTOSTRASSE1a 1548920

TELiFON COeiO OB 3O SS

B.1697.3 Hünchen, 3. llovember 1966

.__ · Dr.M./Eh

C~1~P~137/417

Commissariat k 1'Energie Atomare in Paris / Frankreich

Nivea.uaniseigegerät mit gekoppelten Induktivitäten für

flüsalge Metalle

Bie Erfindung betrifft die Kompensation von !Temperatureinflüssen auf Hlveauanzeigegeräte mit gekoppelten Induktivitäten für riüaaige.Metalle.

Pur derartige Geräte benutzt man die elektriochen Eigenschaften des betreffenden Metalls, indem raaiy das Metall teilweise

eine Sonde eintaucht, die auo zwei miteinander gekoppelten und durch eine amagnetische Hülse geschützten Induktivitäten besteht. Je nach der Eintauchtiefe dieser Sonde verändert eich die Kopplung der Induktivitäten. Infolgedessen liefert bei Ein« apeisung eines Wechselstroms in die Eingangsinduktivität die Ausgangainduktivität eine von der gesuchten Flüssigkeitshöhe abhängige Spannung.

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Die Anwendung eines solchen Geräts stößt auf mehrere Schwierigkeiten» wie im folgenden erläutert. Einige dieser Schwierigkeiten wurden bereits beseitigt; so lassen sich die auf die Veränderungen der Widerstände der gekoppelten Induktivitäten mit der Temperatur zurückzuführenden Meßfehler leicht vermeiden, indem man die Stromversorgung der Sonde stabilisiert und eine Meßeinrichtung mit starker Impedanz im Vergleioh mit der Ausgangsimpedanz der gekoppelten Induktivitäten verwendet·

P Wenn die Länge der gekoppelten Induktivitäten verhältnismäßig groß im Vergleich zu ihrem Durchmesser ist, verändert sich die Ausgangsspannung U_n der Sonde praktisch linear in Abhängigkeit vom Niveau N des flüssigen Metalls. Sie Schar von verschiedenen Temperaturen entsprechenden Kurven U_n =■ f (N) stellt ein (fadenbündel analog dem in Fig. 1 gezeigten dar. Man kann sagen, daß der Einfluß der Temperatur Q auf die Spannung U zu einer Veränderung der bei N=O (wenn das Niveau des Metalle bis zum ' unteren Teil der Sonde heranreicht) auftretanden Ausgangsspannung

»ϋ__Λ und zu einer Veränderung des Anstiegs dUVdN der Geraden BO S

U_e» f (N) führt. Es sei bemerkt, daß die Steigung dü/dN in Abhängigkeit von der Temperatur 9 entsprechend den Gesetzen zu- oder abnimmt, die für die Veränderungen der spezifischen Widerstände des die Hülse bildenden Materials und des flüssigen Metalls gelten.

In erster Annäherung kann man sagen, daß die Veränderungen der Ordinaten für ein gegebenes Niveau sowie die Veränderungen der Steigung dU₈/dN linear in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen. ' . '

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Man bat vorgeschlagen, die in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgende Veränderung der von der Sonde für ein Niveau O gelieferten Spannung zu kompensieren, indem man eine zweite Anordnung von gekoppelten Induktivitäten, die der Hauptanordnung völlig gleicht und auf die gleiche Temperatur wie diese gebracht, jedoch außerhalb dee flüssigen Metalls gehalten wird, verwendet« Zur Erreichung der Kompensationswirkung muß man die Eingangsinduktivitäten der beiden Anordnungen in Reihe, ihre Ausgangsinduktivitäten dagegen gegeneinander schalten. Die verschiedenen beschriebenen Verbesserungen gestatten jedoch nicht eine Aus- M schaltung der bei Temperaturveränderung auftretenden Veränderungen (Lbt Steigung der Geraden U_ ** f (N).

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, alle angegebenen Temperatureffekte auszuschalten und. zwar ohne Verwendung einer zweiten Anordnung gekoppelter Induktivitäten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Niveauanzeigegerät mit gekoppelten induktivitäten für flüssige. Metalle die Ausgangswicklung dieser gekoppelten Induktivitäten mit einem rückgekoppelten Verstärker der Spannung verbunden ist, die von einem Element erzeugt wird, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur, auf die es gebracht wird, linear! verändert, woran sich ein Gleichrichter anschließt, der auf ein ; Meßgerät geschaltet ist. .

Genauer gesagt verwendet der Eückkopplungsverstärker eine Vorrichtung mit positiver Rückkopplung oder eine mit Gegenkopplung (negativer Rückkopplung), je nachdem die Ableitung aCL/dV der

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von der Wicklung der Auegangsinduktivität gelieferten Spannung

U nach der gemessenen Niveauhöhe N des flüssigen Metalls im s

algebraischen Sinn des Ausdrucke zunimmt oder abnimmt, wenn die !temperatur steigt.

Erfindungsgemäß wird eine Hilfsanordnung verwendet_t um auf einfache Weise die "bei einer Temperaturveränderung auftretende Veränderung der von dor Sonde bei einem Niveau O erzeugten Spannung au kompensieren. Es genügt, den Gleichrichter mit dem Meßgerät über eine Widerstandsbrücke zu verbinden, die von einer Bezugs* spannungequelle gespeist wird. Der eine Zweig der Brücke, der mit einem Pol der Bezugsspannungsquelle verbunden ist, besteht

-ι

aus einem in der Hülse angeordneten Widerstand^ dessen Wert sich linear mit der Temperatur des Metalls verändert, während der andere Zweig aus einem Widerstand besteht, der bei einer Bezugstemperatur, bei der er sich befindet, den gleichen Widerstand wie der vorige besitzt. Die beiden mit dem anderen Pol der Bezugsspannungsquelle verbundenen Zweige bestehen aus zwei gleichen Widerständen von erheblich größerem Wert als .die Widerstands werte der beiden anderen Brückenwiderstände.

Als Abwandlung kann man in Verbindung miteinander einen Rück« kopplungsverstärker und eine Hilfsanordnung von gekoppelten Induktivitäten verwenden, wobei die Verwendung dieser letzt« genanrfcen Anordnung bereite bekannt ist.

Abgesehen von diesen Hauptmerkmalen umfaßt die Erfindung verschiedene Nebenmerkmale_β die im folgenden erwähnt sind und besonders eine Aueführungsform des erfindungsgemäßen Geräte betref-

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Die Erfindung und ihre verschiedenen technischen Vorteile werden imiblgenden anhand βineβ Aueführungebeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Ee zeigen

Fig. 1, wie bereite beschrieben, eine Schar von Kurven U₈«f (W), also der von der Sonde in Abhängigkeit vom Niveau H des flüssigen Metalls gelieferten Spannung U_a, für versohiedene Temperaturen Q , Q , $ und 0 5

Fig. 2 und 3 Sohaltbilder für die Verwendung eines Rüokkopplunge-. Verstärkers mit positiver bzw. negativer Rückkopplung;

Fig. 4 das Schaltbild einer Ausführungsform des erfindunge« gemäßen Geräts.

Entsprechend den bereits gegebenen Erläuterungen soll das er- \ findungsgemäSe Gerät vor allem die Schwierigkeiten beseitigen, die aus den Veränderungen der Steigung der Kurven folgen, die die Veränderungen der von der Ausgangswioklung der gekoppelten Induktivitäten in Abhängigkeit vom gemessenen Niveau N des flüssigen Metalle gelieferteft Spannung U₀ bei Veränderung der Temperatur wiedergeben. Zu diesem Zweck legt man diese Spannung U₀ an einen Rüokkopplungeverstärker (Fig. 2 oder 3)t der selbst mit einem vor dem nioht gezeigten Meßgerät 6 liegenden Detektor bzw. Gleichrichter 4 verbunden ist.

Der Geräteteil 2 umfaßt zwei Verstärkerstufen 8, mit denen ein Spannungerückkopplungsorgan 10 bzw* 100 (Fig. 2 oder 3) verbunden ist, wobei diese Rückkopplung von einem Element her erzeugt wird, dessen Widerstand sich linear in Abhängigkeit von der Temperatur, bei der es sioh befindet, verändert. Offenaioht-

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lieh muß der Rückkopplungsfaktor unter Berücksichtigung dee Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von den Kennzeichen der gekoppelten Induktivitäten sorgfältig bestimmt werden.

Infolgedessen benutzt man verschiedene Schaltungen» je nachdem die Ableitung dU_a/dN der von der Wicklung der Ausgangelnduktivität in Abhängigkeit vom Niveau dee flüssigen Metalle abgegebene Spannung U_a mit wachsender Temperatur zunimmt oder abnimmt»

Im ersten Fall benutzt man die Schaltung der Fig. 2, bei der das die Rückkopplung bewirkende Element ein Widerstand 12 ist» der in Reihe mit einem weiteren Wideretand 14 geschaltet ist, wobei die Gesamtanordnung 14-12 die Ausgangsklemmen des Verstärkers 8 überbrückt. Dabei ist das eine Ende der Ausgangs» wicklung der gekuppelten Induktivitäten direkt mit einer Eingangsklemme des Verstärkers 6 und das andere Ende der Ausgangs» wicklung Über den Widerstand 12 mit der zweiten Eingangeklemme des Verstärkers 8 und zwar direkt mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 14-12 verbunden.

Wenn im Gegensatz dazu die Ableitung dU/dN mit wachsender

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Temperatur abnimmt» wird das zweite Ende dee Auegangeelemente · der gekuppelten Induktivitäten mit der einen Auegangeklevme dee < Verstärkers 8» dagegen der gemeinsame Punkt der Widerstände 14-12-mit der zweiten Singangsklemme des Verstärkers verbunden (Fig. 3).

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Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wodurch gleichzeitig die in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der Ableitung dü_g/dN und der Spannung U für ein Niveau Null des Metalle beseitigt werden.

Die gekoppelten Induktivitäten 11 setzen sioh zusammen aus eir.ar Eingangsinduktivitätswicklung 15 und einer Auegangswioklung 16, die in einer unmagnetiechen Hülse 18 angeordnet sind.

Diese Induktivitäten müssen offensichtlich die Temperaturen aus- i halten, auf die das Metall erwärmt wird, dessen Niveau man messen will·

Bs sei bemerkt, daß man bis su einer Temperatur von 550° C einen anodisch oxidierten und auf einen Träger aus einem isolierenden Material aufgewickelten Aluminiumdraht verwenden kann.

Die Eingangsinduktivität wird über einen Wechselschalter 20 mit einem stabilisierten Wechselstrom liefernden Generator 21 verbunden» während die Ausgangswicklung 16 über einen dem Wechsel? schalter 20 gleichen Weohselscha.lt er 23 mit einem Rückkopplungen ' verstärker 2 verbunden ist. Das Rückkopplungeelement, von dem ' die Rückkopplungsspannung geliefert wird, ist ein in der Hülse 18 angeordneter Widerstand 12.

Die Anordnung 2, 4 liefert eine MeSspannung, die von den in ' Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der Ableitung dü_s/dN unabhängig ist.

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Um diese Spannung auch von den in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der von der Wicklung 16 "bei einem Niveau Full dee Metalle gelieferten Spannung unabhängig zu machen, verbindet man den Gleichrichter 4 mit dem Meßgerät 6 über eine WiderBtandsbrttcke A, deren einer Zweig aus einem Widerstand 27 besteht, dessen Wert eich in Abhängigkeit von der Temperatur linear verändert und der in der Hülse 18 angeordnet ist. Biese Brücke dient dazu, der vom Gleichrichter 4 gelieferten Spannung eine Korrektionsspannungskomponente hinzuzufügen oder davon abzuziehen. Die Brücke wird von einer stabilisierten Spannungsquelle 25 gespeist, die gemäß einer Diagonalen der Brücke verbunden ist. Der mit dem gleichen Pol der Quelle 25 wie der Widerstand 27 verbundene Zweig besteht aus einem Widerstand 24» der bei einer Bezugstemperatur« auf die er gebracht wirdι den gleichen Wert wie der vorige Widerstand besitzt. Die beiden mit dem anderen Pol der Quelle 25 verbundenen Zweige bestehen aus zwei gleichen Widerständen 26,28 von hohem Wert im Vergleich mit den Werten der Widerstände 24 und 27. Während der den Widerständen 24»26 gemeinsame Punkt mit dem Gleichrichter 4 verbunden ist ι ist der den Widerständen 27 und 28 gemeinsame Punkt mit dem Meßgerät 6 verbunden.

Es sei bemerkt, daß die Kennzeichen des Widerstands 27 und der Quelle 25 unter Berücksichtigung der Kennzeichen der gekoppelten Induktivitäten 11 und des Verstärkungsfaktors dee Verstärkers gewählt sind.

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Der Betriebszustand des Geräte kann verifiziert werden, indem man mittels der Weohselschalter 20 und 23 anstelle der gekoppelten Induktivitäten 11 den festen Widerstand 30 einschaltet. Außerdem muß bei einer beliebigen bestimmten Temperatur der Widerstände 12 und 27 das Meßgerät 6 stets den gleichen Wert anzeigen.

Als Beispiel seien verschiedene Merkmale eines erfindungsgemäßen, der Fig. 4 vergleichbaren Geräts angegeben:

Die Hülse 18 besteht aus rostfreiem Stahl; Der Generator 25 liefert einen Strom mit einer Frequenz von einigen kHz.

Es sei bemerkt, daß man gemäß einer abgewandelten.Ausführungen form der Erfindung gleichzeitig ein erfindungsgemäßes rückgekoppeltes Gerät zur Kompensation der Veränderung der Steigung der Kurven TJ » f (U) und eine Anordnung von Hilfeinduktivitäten

zur Kompensation der Veränderung der Spannung TJ bei einem

Hivsau Hull des flüssigen Metalls benutzen kann.

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Claims

Patentansprüche

1.) Niveauanseigegei-ät für flüssiges Metall mit in einer unmagnetischen Hülse enthaltenen gekoppelten Irvduktivitäten, dadurch gekennzeichnet, daß die Äuegangewioklung dieser gekoppelten Induktivitäten mit einem Rückkopplungoverstürker der von einem Element (12,14)(Fig. 2 oder 5), dessen Widerstand sioh in Abhängigkeit von der !Temperatur, bei der es eich befindet, linear verändert, erzeugten Spannung verbunden ist und sioh daran ein Oleich.· richter (4) anschließt, dor ein Heßgerät (6) speist.

2.) Niveauanzoigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Rückkopplungsverstärker eine Anordnung (10) mit poaitiver Rückkopplung (Fig. 2) umfaßt, wenn die Ableitung dUVdN der von der Ausgangswioklung der ge-

koppelten Induktivitäten gelieferten Spannung U_ nach dem ge» messenen Niveau N des flüssigen Metalls mit wachsender Temperatur annimmt.

3.) NiveauanssGigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 1» äaüurch gekennzeichnet, daß der verwendete Bückkopplungsverstärker eine Anordnung (100)(Fig. 3) mit Gegenkopplung oder negativer Rückkopplung aufvfoist, wenn die Ableitung düVdN der von der Auegangswicklung der gekoppelten Induktivitäten gelieferten Span« nung U₈ naoh dem gemessen Niveau N des flüssigen Metalls mit wachsender (Temperatur abnimmt.

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4.) Niveauanzeige gerät für flüssiges Metall nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (4)

verbunden ist,,

(Fig. 4) mit dem Meßgerät (6) über eine Wideretandsbrtioke (Ay₉ die von einer Beeugsepannungequelle (25) gespeist wird« wobei

eine
der/mit dem einen Pol der Beaugsopannungsquelle verbundene Zweig aus einem in der Hülse abgeordneten Wideretand (27) mit einem eich mit der Temperatur des Metalls linear veränderndem Widerstandsvrert besteht, während der andere Zweig (24) aus einem Widerstand von gleichem Wert wie der vorige Wideretand bei einer Bezugstemperatur, auf die er gebracht wird, besteht und die beiden mit dem anderen Pol der DeBUgsspannungsquelle verbundenen Zweige (26,28) aus ewei gleichen Widerständen mit hohem Widex'ötaadewert im Vergleich mit dem Widerstandswerten der beiden anderen Brüokenwiderotände bestehen,

5.) Nlveauanzaigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Anordnung gekoppelter Induktivitäten eine zweite Hilfsanordnung gekoppelter Induktivitäten, die der ersten Anordnung gleichen, in der Weise verbunden i$£, daß die Eingangawioklungen dieser beiden Anordnungen in Reihe und ihre Ausgangswicklungen gegeneinander geschaltet sind, wobei die Anordnung der Hilfsinduktivitäten auf die gleiche Temperatur wie die Hauptanordnung gebracht» jedoch außerhalb des flüssigen Metalls gehalten wird*

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