DE1548920C - Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall mit gekoppelten Induktivitäten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Niveauanzeigegerät für kennzeichnet ist, daß es mindestens eine Hauptanord-

flüssiges Metall mit in einer unmagnetischen Hülse ent- nung gekoppelter Induktivitäten besitzt und die Aus-

haltenen Induktivitäten und mit einem temperatur- gangswicklung dieser gekoppelten Induktivitäten mit

abhängigen Korrekturelement. einem Rückkopplungsverstärker der von dem Korrek-

Derartige Geräte nutzen die elektrischen Eigen- 5 turelement, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit schäften des betreffenden Metalls. Je nach der Ein- von der Temperatur linear verändert, erzeugten tauchtiefe der Hülse in das Metall verändert sich die Spannung verbundin ist und sich daran ein Gleich-Kopplung der Induktivitäten. Infolgedessen liefert bei richter anschließt, der ein Meßgerät speist.
Einspeisung eines Wechselstroms in die Eingangs- Genauer gesagt verwendet der Rückkopplungsverinduktivität die Ausgangsinduktivität eine von der ge- ίο stärker eine Vorrichtung mit positiver Rückkopplung suchten Flüssigkeitshöhe abhängige Spannung. oder eine mit Gegenkopplung (negativer Rückkopp-

Die Anwendung eines solchen Geräts stößt auf lung), je nachdem die Ableitung aU,jdN der von der mehrere Schwierigkeiten, wie im folgenden erläutert. Wicklung der Ausgangsindüktivität gelieferten Span-Die Behebung einiger dieser Schwierigkeiten ist bereits nung U, nach der gemessenen Niveauhöhe N des bekannt; so lassen sich die auf die Veränderung der 15 flüssigen Metalls im algebraischen Sinn des Ausdrucks Widerstände der gekoppelten Induktivitäten mit der zunimmt oder abnimmt, wenn die Temperatur Temperatur zurückzuführenden Meßfehler leicht ver- steigt.

meiden, indem man die Stromversorgung der Sonde Erfindungsgemäß wird ferner vorzugsweise eine stabilisiert und eine Meßeinrichtung mit starker Impe- Hilfsanordnung verwendet, die auf einfache Weise die danz im Vergleich mit der Ausgangsimpedanz der ge- ao bei einer Temperaturveränderung auftretende Verkoppelten Induktivitäten verwendet. änderung der von der Sonde bei einem Niveau 0 erWenn die Länge der gekoppelten Induktivitäten ver- zeugten Spannung kompensiert. Es genügt erfindungshältnismäßig groß im Vergleich zu ihrem Durchmesser gemäß, den Gleichrichter mit dem Meßgerät über eine . _ ist, verändert sich die Ausgangsspannung U» der Sonde Widerstandsbrücke zu verbinden, die von einer Be- (\? praktisch linear in Abhängigkeit vom Niveau N des as zugsspannungsquelle gespeist wird. Der eine Zweig der flüssigen Metalls. Die Schar von verschiedenen Tempe- Brücke, der mit einem Pol der Bezugsspannungsquelle raturen entsprechenden Kurven U₃ = f(N) stellt ein verbunden ist, besteht aus einem in der Hülse ange-Geradenbündel analog dem in F i g. 1 gjzeigten dar. ordneten Widerstand, dessen Wert sich linear mit der Man kann sagen, daß der Einfluß der Temperatur Θ Temperatur des Metalls verändert, während der andere auf die Spannung U, zu einer Veränderung der bei 30 Zweig aus einem Widerstand besteht, der bei einer N — 0 (wenn das Niveau des Metalls bis zum unteren Bezugstemperatur, auf die er gebracht wird, den Teil der Sonde heranreicht) auftretenden Ausgangs- gleichen Widerstandswert wie der vorige besitzt. Die spannung U_i0 und zu einer Veränderung des Anstiegs beiden mit dem anderen Pol der Bezugsspannungsd U,JaN der Geraden U, = / (N) führt. Es sei bemerkt, quelle verbundenen Zweige bestehen aus zwei gleichen daß die Steigung dUjdN in Abhängigkeit von der 35 Widerständen mit hohem Widerstandswert im VerTemperatur Θ entsprechend den Gesetzen zu- oder ab- gleich mit den Widerstandswerten der beiden anderen nimmt, die für die Veränderungen der spezifischen Brückenwiderstände.

Widerstände des die Hülse bildenden Materials und Als Abwandlung kann man in Verbindung mitein-

des flüssigen Metalls gelten. ander einen Rückkopplungsverstärker und eine Hilfs-

In erster Annäherung kann man sagen, daß die Ver- 40 anordnung von gekoppelten Induktivitäten verwenden,

änderungen der Ordinaten für ein gegebenes Niveau wobei die Verwendung dieser letztgenannten Anord-

sowie die Veränderungen der Steigung d£/,/dJV linear nung bereits bekannt ist.

in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen. Die Erfindung und ihre verschiedenen technischen

Man hat vorgeschlagen, die in Abhängigkeit von der Vorteile werden im folgenden an Hand eines Ausfüh-

Temperatur erfolgende Veränderung der von der 45 rungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren erläutert.

Sonde für ein Niveau 0 gelieferten Spannung zu korn- Es zeigt

pensieren, indem man eine zweite Anordnung von ge- Fig. 1, wie bereits beschrieben, eine Schar von koppelten Induktivitäten, die der Hauptanordnung Kurven U₁ = f(N), also der von der Sonde in Abvöllig gleicht und auf die gleiche Temperatur wie diese hängigkeit vom Niveau N des flüssigen Metalls gegebracht, jedoch außerhalb des flüssigen Metalls ge- 50 lieferten Spannung U,, für verschiedene Temperahalten wird, verwendet. Zur Erreichung der Kompen- türen Θ_ο, Q₁,0₇ und Θ_η,

sationswirkung muß man die Eingangsinduktivitäten F i g. 2 und 3 Schaltbilder für die Verwendung eines

der beiden Anordnungen in Reihe, ihre Ausgangs- Rückkopplungsverstärkers mit positiver bzw. nega-

induktivitäten dagegen gegeneinanderschalten. " tiver Rückkopplung,

Ferner wurde für den gleichen Zweck bereits vorge- 55 F i g. 4 das Schaltbild einer Ausführungsform des

schlagen, in den Kreis der Primär- oder Sekundärspule erfindungsgemäßen Geräts.

der gekoppelten Induktivitäten einen temperaturab- Bezugszeichen, die sich innerhalb des damit behängigen Widerstand einzufügen. zeichneten Teils (Blocks) befinden, sind unterstrichen.

Alle verschiedenen beschriebenen Verbesserungen Entsprechend den bereits gegebenen Erläuterungen

gestatten jedoch nicht eine Ausschaltung der bei Tem- 60 soll das erfindungsgemäße Gerät vor allem die Schwie-

peraturveränderung auftretenden Veränderungen der rigkeiten beseitigen, die sich aus den temperatur-

Steigung der Geraden U₁ = / (N). abhängigen Veränderungen der Steigung der Kurven

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ergeben, die die Veränderungen der von der Ausalle angegebenen Temperatureffekte auszuschalten und gangswicklung der gekoppelten Induktivitäten in Abgenaue Messungen für verschiedenste flüssige Metalle 65 hängigkeit vom gemessenen Niveau N des flüssigen zu ermöglichen. Metalls gelieferten Spannung U, wiedergeben. Zu

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Niveauanzeige- diesem Zweck legt man diese Spannung U, an einen

gerät der eingangs angegebenen Art, das dadurch ge- Rückkopplungsverstärker (F i g. 2 oder 3), der selbst

mit einem vor dem nicht gezeigten Meßgerät 6 liegenden Detektor bzw. Gleichrichter 4 v^ibunden ist.

Der Geräteteil 2 umfaßt zwei Verstärkerstufen 8, mit denen eire Spannurgsrückkopplungsanordnung 10 bzw. 100 (F i g. 2 oder 3) verbunden ist, wobei diese Rückkopplung von einem Element her erzeugt wird, dessen Widerstand sich linear in Abhängigkeit von der Temperatur, bsi der es sich befindet, verändert. Offensichtlich muß der Rückkopplungsfaktor unter Berücksichtigung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von den Kennzeichen der gekoppelten Induktivitäten sorgfältig bestimmt werden.

Infolgedessen benutzt man verschiedene Schaltungen, je nachdem die Ableitung dUs/dN der von der Wicklung der Ausgangsindukfivität in Abhängigkeit vom Niveau des flüssigen Metalls abgegebene Spannung Us 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 Widerstand 14 geschaltet ist, wobei die Ge- § samtanordnung 14-12 die Ausgangsklemmen des Verstärkers 8 überbrückt. Dabei ist das eine Ende der Ausgangswicklung der gekuppelten Induktivitäten direkt mit einer Eingangsklemme des Verstärkers 8 und das andere Ende der Ausgangswicklung über den Widerstand 12 mit der zweiten Eingangsklemme des Verstärkers 8, und zwar direkt mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 14-12 verbunden.

Wenn im Gegensatz dazu die Ableitung df7_s/diVmit wachsender Temperatur abnimmt, wird das zweite Ende des Ausgangselements der gekuppelten Induktivitäten mit der einen Ausgangsklemme des Verstärkers 8, dagegen der gemeinsame Punkt der Widerstände 14-12 mit der zweiten Eingangsklemme des Verstärkers verbunden (F i g. 3).

F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wodurch gleichzeitig die in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der Ableitung dUs/dN und der Spannung U_s für ein Niveau Null des Metalls beseitigt werden.

Die gekoppelten Induktivitäten 11 setzen sich zu-

fsammen aus einer Eingangsinduktivitätswicklung 15 und einer Ausgangswicklung 16, die in einer unmagnetischen Hülse 18 angeordnet sind.

Diese induktivitäten müssen offensichtlich die Temperaturen aushalten, auf die das Metall erwärmt wird, dessen Niveau man messen will.

Es sei bemerkt, daß man bis zu einer Temperatur von 550° C einen anodisch oxydierten 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 Wechselschalter 20 gleichen Wechselschalter 23 mit dem Geräteteil 2, einem Rückkopplungsverstärker, verbunden ist. Das Rückkopplungselement, von dem die Rückkopplungsspannung geliefert wird, ist ein in der Hülse 18 angeordneter Widerstand 12, der mit dem im Apparateteil 44 enthaltenen Widerstand 14 gemäß Fig. 2 bzw. 3 verbunden ist.

Die Anordnung 2, 4 liefert eine Meßspannung, die von den in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der Ableitung dU_sjdN unabhängig ist.

Um diese Spannung auch von den in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgenden Veränderungen der von der Wicklung 16 bei einem Niveau Null des Metalls gelieferten Spannung unabhängig zu machen, verbindet man den Gleichrichter 4 mit dem Meßgerät 6 über eine Widerstandsbrücke A, deren einer Zweig aus einem Widerstand 27 besteht, dessen Wert sich in Abhängigkeit von der Temperatur linear verändert und der in der Hülse 18 angeordnet ist. Diese Brücke dient

ίο 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 wird, den gleichten Wert wie der vorherige 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, 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 des Verstärkers gewählt sind.

Der Betriebszustand des Geräts kann verifiziert werden, indem man mittels der Wechselschalter 20 und 23 an Stelle der gekoppelten Induktivitäten 11 den festen Widerstand 30 einschaltet. Außerdem muß bei einer beliebigen bestimmten Temperatur der Widerstände 12 und 27 das Meßgeräte stets den gleichen Wert anzeigen.

Als Beispiel seien verschiedene Merkmale eines erfindungsgemäßen,. der F i g. 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 Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig ein erfindungsgemäßes rückgekoppeltes Gerät zur Kompensation der Veränderung der Steigung der Kurven U_s = f (N) und eine Anordnung von Hilfsinduktivitäten zur Kompensation der Veränderung der Spannung Us bei einem Niveau Null des flüssigen Metalls benutzen kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall mit in einer unmagnetischen Hülse enthaltenen gekoppelten Induktivitäten und mit einem temperaturabhängigen Korrekturelement, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Hauptanordnung gekoppelter Induktivitäten besitzt und die Ausgangswicklung dieser gekoppelten Induktivitäten mit einem Rückkopplungsverstärker (2 in F i g. 2) der von dem Korrekturelement (12, 14 in F i g. 2 oder 3), dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur linear verändert, erzeugten Spannung verbunden ist und sich daran ein Gleichrichter (4) anschließt, der ein Meßgerät (16) speist.

2. Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 1, bei dem die Ableitung dUs/dN der von der Ausgangswicklung der gekoppelten Induktivitäten gelieferten Spannung U_s nach dem gemessenen Niveau N des flüssigen Metalls mit wachsender Temperatur zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Rückkopplungsverstärker eine Anordnung (10) mit positiver Rückkopplung (F i g. 2) aufweist.

3. Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 1, bei dem die Ableitung di/_s/diV der von der Ausgangswicklung der gekoppelten Induktivitäten gelieferten Spannung U_s nach dem gemessenen Niveau N des flüssigen Metalls mit wachsender Temperatur abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Rückkopplungsverstärker eine Anordnung (100 in F i g. 3) mit Gegenkopplung oder negativer Rückkopplung aufweist.

4. Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (4 in F i g. 4) mit dem Meßgerät (6) über eine Widerstandsbrücke (A) verbunden ist, die von einer Bezugsspannungsquelle (25) gespeist wird, und daß der eine mit einen Pol der Bezugsspannungsquelle verbundene Zweig aus einem in der Hülse angeordneten Widerstand (27) mit einem sich mit der Temperatur des Metalls linear veränderndem Widerstandswert besteht, während der andere Zweig (24) aus einem Widerstand von gleichem Wert wie der vorige Widerstand bei einer Bezugstemperatur, auf die er gebracht wird, besteht und die beiden mit dem anderen Pol der Bezugsspannungsquelle verbundenen Zweige (26, 28) aus zwei gleichen Widerständen mit hohem Widerstandswert im Vergleich mit den Widsrstandswerten der beiden anderen Brückenwiderstände bestehen.

5. Niveauanzeigegerät für flüssiges Metall nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Hauptanordnung gekoppelter Induktivitäten eine Hilfsanordnung gekoppelter Induktivitäten, die der Hauptanordnung (16) gleicht, in an sich bekannter Weise so verbunden ist, daß die Eingangswicklungen dieser beiden Anordnungen in Reihe und ihre Ausgangswicklungen gegeneinandergesc'ialtet sind, und die Hilfsanordnung sich bei der g'eichen Temperatur wie die Hauptanordnung, jedoch außerhalb des flüssigen Metalls befindet.

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