DE1864504U - Vorrichtung zur messung der standhoehe einer flussigkeit, insbesondere eines verfluessigten gases. - Google Patents

Vorrichtung zur messung der standhoehe einer flussigkeit, insbesondere eines verfluessigten gases.

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DE1864504U DE1962C0009859 DEC0009859U DE1864504U DE 1864504 U DE1864504 U DE 1864504U DE 1962C0009859 DE1962C0009859 DE 1962C0009859 DE C0009859 U DEC0009859 U DE C0009859U DE 1864504 U DE1864504 U DE 1864504U
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Description

COMMISSARIAT A L1SEERGIE ATOMIQUE, Paris 7Sme (Frankr.)
Vorrichtung zur Messung der Standhöhe einer Flüssigkeit, insbesondere eines verflüssigten Gases
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Starbt höhe einer Flüssigkeit; ein Hauptanwendungsgebiet dieser Torrichtung ist die Messung und/oder Regelung der Standhöhe eines verflüssigten Gases, das sich in einem offenen Behälter befindet, auf konstanter Temperatur gehalten wird und mit seiner gasförmigen Phase in dem Behälter in Gleichgewicht steht.
Es gibt mehrere Methoden, die es gestatten, die Standhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter zu messen und gegebenenfalls entsprechend dem Verbrauch diese Höhe durch Steuern der Zufuhr zusätzlicher Flüssigkeit einzuregeln. Für diesen Zweck verwendet man insbesondere entweder Schwimmer oder elektrische Sonden, die in die Flüssigkeiten eintauchen und deren Kapazitäts- oder Widerstandsänderungen usw» gemessen werden.
Die Standhöhenregelung eines verflüssigten Gases, dessen Siedetemperatur in der Größenordnung von - 2000C liegt, bringt besondere Schwierigkeiten mit sich, die die Anwendungsmöglichkeiten der üblichen Einrichtungen beschränken. Zur Zeit benutzt
man meist für die Regelung der. Standhöhen verflüssigter Gase Schwimmer, die Kontakte "betätigen, welche ihrerseits das,Öffnen oder Schließen eines elektrisch betätigten Ventils für die Speisung bzw. den Zufluß zu dem Behälter bewirken, in dem die Standhöhe eingeregelt wird. Diese Einrichtungen haben sich als unsicher erwiesen, da der meist als Führungsstange ausgebildete Übertragungsmechanismus für die Sehwimmerbewegungen leicht durch Beif oder Eis blockiert werden kann, das sich aus vorhandenem Wasserdampf niederschlägt.
Man hat auch bereits zur Einregelung der Standhöhe einer !Flüssigkeit, deren Temperatur von der Umgebungstemperatur abweicht, Einrichtungen vorgeschlagen, in denen ein Temperatur-Element benutzt wird, das normalerweise ganz in die flüssigkeit eintaucht und beim Absenken des Flüssigkeitsspiegels aus der
Flüssigkeit heraustritt,, -wodurch in oder an ihm eine Tesperaturänderung auftritt. Die Messung dieser Temperaturänderungen wird ausgenutzt, um die Zufuhr der Flüssigkeit in den Be.hälter zu veranlassen und dadurch ein Ansteigen der Spiegelhöhe zu bewirken» Diese Lösung hat mehrere Jtfachteile, die insbesondere durch das abwechselnde Eintauchen und Herausragen des Temperatur-Elementes und durch Schwierigkeiten bei der Einregelung der Standhöhe innerhalb eines relativ engen, bestimmten Niveauhöhenbereiches bedingt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Machteile dei bekannten Einrichtungen zu vermeiden und eine Einrichtung zur Messung und/oder Einregelung der Standhöhe einer Flüssigkeit
zu schaffen, die innerhalb des Behälters kein bewegliches Organ enthält und die den Temperatur-Gradienten oberhalb des Flüssigkeits&piegels ausnutzt.
Die Anwendung dieser Methode setzt natürlich voraus, daß die !Flüssigkeit konstante Temperatur hat, was entweder dadurch erreicht werden kann, daß man die Flüssigkeit in einem offenen Behälter, 'auf ihrer Siedetemperatur hält oder durch eine thermostatische Eegelung. ------ -.,:....
Die erfindungsgemäße EaÄrichtung zur Messung und/oder Eegelung der Standhöhe einer Flüssigkeit* insbesondere eines verflüssigten Gases, die sich in einem offenen Behälter befindet und auf "konstanter Temperatur gehalten wird, wobei die Vorrichtung ein Gasthermometer-Element enthält, das aus einem Temperaturfühler-Element und einem auf den Gasdruck in dem Fühler-Element ansprechenden Meßorgan besteht, ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturfühler-Element im wesentlichen parallel zu dem Flüssigkeitsspiegel oberhalb dieses" Spiegels angeordnet und dadurch dem über dem Spiegel vorhandenen Temperatur-Gradienten ausgesetzt ist.
Da sieh der innere Gasdruck des Temperaturfühler-Elementes bei Änderungen der Höhe des Flüssigkeitsspiegels ebenfalls ändert, liefert das auf diesen Gasdruck ansprechende Meßorgan eine Meßwert, der von der Standhöhe abhängig ist.
Die Erfindung umfaßt ferner weitere Maßnahmen oder Vorrichtungen, die zweckmäßigerweise in Verbindung mit der Meßvor-
■ . - 4 - ■■ -
richtung benutzt werden können und die in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels geschildert werden, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
Pig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Standhöhe von verflüssigtem Stickstoff, der sich in einem offenen Behälter befindet}
Pig, 2 ein Diagramm, das zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Pig. I dient.
Die in der Pig» 1 dargestellte Vorrichtung A dient zur Rege lung der Standhöhe 10 eines verflüssigten Gases in einem Behälter B zwischen einer unteren Grenze 11 und einer oberen Grenze 12. Der dargestellte Behälter B ist ein offenes doppelwandiges Gefäß, wie es üblicherweise für verflüssigte Gase tiefer Temperatur, beispielsweise verflüssigten Stickstoff, benutzt wird.
Die Speisung des Behälters B entsprechend dem Verbrauch an Stickstoff erfolgt aus einer flüssigen Stickstoff enthaltenden Plasche C. Der mit Gas gefüllte obere Raum der Plasche C ist über eine Leitung 13» in der ein normalerweise geschlossenes Elektroventil V1 liegt, mit einer nicht dargestellten Druckgasquelle verbunden und kann über eine zweite Leitung 14, in der ein zweites, ebenfalls normalerweise geschlossenes Elektroventi3 Vp liegt, mit der Atmosphäre verbunden werden. Eine Speiseoder Überführungsleitung 15 verbindet die beiden flüssigen Phasen in dem Behälter B und der Plasche 0.
Die erfindungsgemäße Meß- und Regelvorrichtung-enthält ein Gasthermometer 16, dessen Temperaturfühler 17 aus einem Rohr besteht,das mit einem Gas gefüllt ist (allgemein mit Helium), dessen Siedepunkt niedriger liegt als der des verflüssigten Gases im Behälter B. Dieser Temperaturfühler ist in dem Behälter B im wesentlichen parallel zu dem Flüssigkeitsspiegel und oberhalb dieses Spiegels des verflüssigten Gases angeordnet. Um das Volumen des Temperaturfühlers zu vergrößern und dadurch das Gasthermometer empfindlicher zu machen, gibt man dem Temperaturfühler zweckmäßigerweise die Form einer Schlange, die kranzartig an der Innenwand des Gefäßes C angeordnet ist» Zur Verringerung des Wärmeüberganges zwischen dem Temperaturfühler und der Gefäßwand wird das Rohr 16 mit an ihm festgelegten, z.B. angeschweißten Zapfen versehen, die es im Abstand von der Wand halten. Diese Zapfen bestehen zweckmäßigerweise aus einem Metall, das ein relativ schlechter Wärmeleiter ist, beispielsweise aus rostfreiem.Stahl* ■■·-
Das Temperaturfühler-Rohr 17 ist über eine Kapillare 18 mit der das Meßorgan bildenden Druckdose 19 eines Kontakt-Manometers verbunden. Das Volumen der Kapillare muß selbstverständlich klein gegenüber dem des Temperaturfühlers 17 sein, was dazu führt, daß das Volumen dieses Fühlers groß gemacht wird.
Die Druckdose 19 betätigt den beweglichen Kontakt 20 eines zweiseitig wirkenden Unterbrechers 21, der zwei feste Kontakte 22 und 23 enthält. Dem Druck in der Druckdose 1.9, der diese Dose zu de/nen sucht, wodurch die Kontakte 20 und 23
verbunden werden, wirkt ein elastisches Element entgegen, das in Fcrrm einer leder 24 dargestellt ist und im Sinne eines Zusammenziehens der Druckdose 19 und demgemäß einer Verbindung der ■ Kontakte 20 und 22 wirkt. Die leder 24 wird derart eingestellt, daß der bewegliche Kontakt keinen der beiden festen Kontakte 22 und 23 berührt, wenn der Spiegel 10 der Flüssigkeit im Behälter B zwischen den Standhöhengrenzen 11 und 12 liegt.
Das Schließen des Stromkreises, in dem die Kontakte 20 und 23 liegen, bewirkt die Speisung einer ersten Wicklung eines Relais E, das dann die Spule des Elektroventils V1 erregt und so das Ventil Öffnet, wodurch die Hasche C unter Druck gesetzt und verflüssigtes Gas in das Gefäß B gefördert wird. Das Schließen des Stromkreises, der die Kontakte 20 und 22 enthält, bewirkt die Speisung einer zweiten Wicklung des Relais, das dann die Spule des llektroventils Vp erregt, so die Hasche ö mit der Atmosphäre verbindet und sie wieder drucklos macht»
Da der Temperaturfühler 17 des Gasthermometers in dem ein Temperaturfeld mit ansteigender Temperatur bildenden Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet ist, hängt der Gasdruck in der Druckdose 19 von der Höhenlage der Flüssigkeitsoberflache ab.
Die Pig«. 2 zeigt - als ein Beispiel - Kennlinien, welche den Druck in der Dose 19 und die Temperatur in dem Temperaturfühler 17 in Abhängigkeit von der Höhe des Stickstoff-Flüssig- ,„ keitsspiegels in einem Behälter wiedergegeben. Man sieht, daß die Änderung der Temperatur in einem Efiveauhöhenbereich, der
tiefer liegt als dasjenige Niveau, "bei dem die flüssigkeit den Temperaturfühler berührt, sich praktisch linear mit der ETiveauverlagerung ändert. Der senkrechte Strich am oberen Ende der Kurvendarstellung stellt den Punkt dar, an dem die flüssigkeit den Temperaturfühler berührt.
Die in der fig» 2 dargestellten Kurven wurden mit einem Gasthermometer gemessen, das mit Helium unter einem absoluten Druck von 3»5 kg/cm bei 20 C gefüllt war und dessen Temperaturfühler aus einem Kupferrohr mit einem Innendurchmesser von 6 mm bestand, das über eine Kapillare mit einem Innendurchmesser von 1 -mm mit der Manometer-Dose verbunden war. Der Gasdruck in dem Temperaturfühler ging auf etwa 2,5 kg/cm bei der Betriebstemperatur 2urüok.r:T3s ist verhältnismäßig leicht, das Schließen der Kontakte 22 und 23 bei Drücken zu erreichen, deren Differenz
in der Größenordnung von 100 g/cm liegt und die einer Niv^audifferenz in der Größenordnung von 2 cm entspricht«
Die Wirkungsweise der Torrichtung gemäß fig. T ergibt sich wie folgt:
Solange sich der flüssigkeitsspiegel 10 zwischen den Niveau grenzen 11 und 12 befindet, sind die beiden Stromkreise des Relais R offen und die Elektroventlle Y1 und Vp halten die Leitungen 13 und 14 geschlossen. Das Verdampfen des verflüssigten Gases in der geschlossenen flasche 0 erzeugt einen Überdruck und führt zu einer Speisung des Behälters B, in dem sich der flüssigkeitsspiegel durch Verdampfen oder durch flüssigkeit entnahme absenken kann«,
Wenn der Stickstoffverbrauch in oder aus dem Behälter B größer ist als der Zufluß, senkt sich der Flüssigkeitsspiegel; der Fühler 17 erwärmt sich, der Druck des in ihm enthaltenen Heliums steigt und die Druckdose 19 dehnt sich aus. Wenn der Spiegel 10 die untere Mveaugrenze 11 erreicht (die die untere Grenze des Regelbereiches darstellt), berührt der bewegliche Kontakt 20 den festen Eontakt 23» die erste Wicklung des Relais R erhält Spannung und das Elektroventil V^ wird geöffnet. Druckgas strömt in die Flasche C und drückt verflüssigtes Gas in den Behälter B« Dadurch steigt der Spiegel 10 und der !Temperaturfühler 17 kühlt sich wieder ab, wodurch der Eontakt 20 von dem Kontakt 23 abgehoben und das Elektroventil Y^ geschlossen wird.
Wenn der Verbrauch kleiner ist als der Zufluß, der sich durch den Druck in der Flasche C ergibt, steigt der Flüssigkeits spiegel im Behälter B. Wenn der Spiegel TO die obere Grenze 12 erreicht, trifft der Kontakt 20 auf den Kontakt 22, das Relais 12 legt die Spule des Elektroventils V2 an Spannung=-und der Überdruck in der Flasche G verschwindet.
Die Betriebssicherheit der Anordnung ist besonders gut, weil im wesentlichen Teile niemals — außer dem Fall eines unglücklichen Zufalls - unmittelbar mit dem verflüssigten Gas in Berührung kommen oder der direkten Einwirkung des verflüssigten Gases ausgesetzt sind.
• Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf das Messen oder die Regelung der Standhöhe eines verflüssigten Gases Die Erfindung ist auch bei Flüssigkeiten beliebiger Art anwend-
"bar, die eine konstante Temperatur aufweisen, welche weit genug von der Umgebungstemperatur entfernt liegt, so daß sich in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels mit genügender Genauigkeit ein Temperaturgradient "abfühlen"'läßt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Torrichtung "bei Flüssigkeiten, deren Temperaturen höher liegen als die der Umgebung, wesentlich schwieriger ist. Die Umkehr des Temperatur gradienten - verglichen mit dem vorher beschriebenen Beispiel kann im Bereich des !Flüssigkeitsspiegels zum Auftreten von ungleichmäßigen Auftriebs-Strömungen führen, wodurch das Temperaturgefälle oberhalb der Flüssigkeit nicht mehr linear verläuft.
Die Erfindung ist.-nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt} es dürfte selbstverständlich sein, daß sie auch äquivalente Maßnahmen und Ausführungen umfaßt.

Claims (4)

Schutzansprüche
1. Vorrichtung zur Messung und/oder Regelung der Standhöhe einer Flüssigkeit, insbesondere eines verflüssigten Gases, die sich in einem offenen Behälter befindet und auf konstanter Temperatur gehalten wird, wobei die Vorrichtung ein Gasthermometer-Element enthält, das aus einem Temperaturfühler-Element und einem auf den Gasdruck in dem Fühler-Element ansprechenden Meßorgan besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturfühler-Element im wesentlichen parallel zu dem.Flüssigkeitsspiegel oberhalb dieses Spiegels angeordnet und dadurch dem über dem Spiegel vorhandenen Temperatur-Gradienten ausgesetzt ist,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan ein Manometer-Element ist und der Fülldruck des Temperaturfühler-Elementes derart bemessen ist, daß er im Meß- und/od Regelungsbereich über dem atmosphärischen Druck liegt»
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein durch das Meßorgan gesteuertes Relais enthält und die Flüssigkeitszufuhr in den behälter steuernde Vorrichtungen aufweist, die durch das Relais derart betätigbar sind, daß sie die Zufuhr der Flüssigkeit bei vorbestimmten Höchst- und Kleinst werten des inneren Druckes in dem Temperaturfühler-Element bewirken oder sperren.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen geschlossenen, verflüssigtes G-as enthaltenden Speisebehälter, eine die flüssigen Phasen in dem offenen und dem geschlossenen Behälter verbindende Speiseleitung sowie zwei leitungen, die den geschlossenen Behälter einerseits mit der Atmosphäre und anderseits mit einer Druckgasquelle verbinden und die normalerweise durch je ein in diese Leitungen eingefügtes Ventil geschlossen sind, wobei das Meßorgan das Ventil in der die Verbindung mit der Atmosphäre gestattenden leitung betätigt, wenn der an dem Meßorgan herrsehende Druck unter einen bestimmten Wert zurückgeht und das andere Ventil, wenn der Druck einen anderen bestimmten, über dem zuerst genannten Druck liegenden Druckwert übersteigt.
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