DE1959041C3 - Höhenstandsmesser für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

der Füllstandsanzeige nicht mehr ohne weiteres 65 Meßsonde, bedingt durch die geringere Wärmeabfuhr, lokalisieren. eine höhere Temperatur an. Treffen Tropfen, die beim

Die Höhenstandmessung mittels Schwimmer oder Durchtreten der Gasblasen durch die Phasengrenz-Auftriebskörper, Schau- oder Standgläser, kapazitiver schicht, in den Dampfraum geschleudert werden, auf die

heiße Staboberfläche auf. so werden sie dort verdampft, was eine schlagartige lokale Temperaturabsenkung an der Oberfläche zur Folge hat Durch die konstruktiv erreichte, kurze Ansprechzeit der Thermoelemente werden diese Vorgänge erfaßt und ermöglichen eine • quantitative Aussage über die Austragungshöhc der Tropfen. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Sonde ist daher besonders gut für die Bestimmung der Füllstandhöhe bzw. der Phasengrenzschicht bei begasten Flüssigkeiten wie z. B. bei mit Heizdampf >o betriebenen Direktverdampfern (Löffler-Kessel) geeignet. Durch entsprechende bewegliche Anordnung der Sonde ist es außerdem möglich, das Profil des Flüssigkeitsspiegels bzw. der Phasengrenzschicht auszumessen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt ein von einem Gas- oder Dampfraum aus in eine Flüssigkeit hineinragenden Heizstab;

Fig.2 ein Diagramm über den Temperaturverlauf entlang der Heizstaboberfläche.

Der elektrisch beheizte Stab besteht im wesentlichen aus einem metallischen Heizleiterträger 1, der auf seinem Außenmantel ein doppeigängiges Gewinde trägt. In den Gewinderillen 2 ist ein elektrischer Heizleiter 3 eingelegt, dessen Zuleitungen gasdicht aus dem Behälter 4 herausgeführt sind. Der Heizleiterträger weist eine zentrale Längsbohrung 5 sowie mehrere radiale Bohrungen 6 auf, die zwischen den Rillen 2 an der Oberfläche 7 des Heizleiterträgers 1 münden.

Die Thermoelemente 8 sind auf Höhe der Oberfläche 7 mit den Mündungsrandern der Bohrungen 6 gasdicht verschweißt; ihre Zuleitungen 9 führen durch die Bohrungen 6 zum Kanal 5 und von hier aus zu einem außerhalb des Behälters 4 vorgesehenen Anzeigegerät (nicht dargestellt). Die Meßgenauigkeit hängt im wesentlichen von dem gewählten Abstand der Thermoelemente ab.

In F i g. 2 ist der typische von den Thermoelementen angezeigte Temperaturverlauf # in Abhängigkeit von der Behälterhöhe h dargestellt. Im Rüssigkeitsbereich des unteren Behälterteils (Zweiphasenbereich) liegt die Temperatur am niedrigsten, sie zeigt im Bereich des Wasserspiegels bzw. der Phasengrenzschicht 10 sprunghaften Verlauf an, um im oberen, nur noch Gas oder Dampf enthaltenden Behälterteil wieder eine gleichmäßig hohe Temperatur anzunehmen.

An Stelle eines durchgehend und gleichmäßig beheizten Stabes ist es auch möglich, im Bedarfsfalle nur diejenigen Stellen zu beheizen, an denen die Temperaturfühler angebracht sind. Ebenso ist es möglich, an Stelle von elektrischem Strom eine andere von außen zuzuführende Energieart zu verwenden, wie z. B. eine die Sonde durchströmende Rüssigkeit oder ein Gas, die eine höhere Temperatur haben, als die Flüssigkeit bzw. das Zweiphasengemisch, dessen Füllstandhöhe bestimmt werden soll. Bei Direktverdair.pfern kann man z. B. ein für die Verdampfung des Kondensats vorgesehenes, Heißdampf führendes Rohr verwenden, an dessen Außenmantel die Temperaturfühler angebracht sind und das die Gas- und die Flüssigkeitszone des Verdampfers durchsetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

oder ohmscher Meßanzeiger versagt entweder gänzlich Patentansprüche: oder liefert zumindest ungenaue Meßwerte bei den aufgezeigten Problemen.

1. Höhenstandsmesser für Flüssigkeiten unter Eine Kombination von Heizwicklungen und Tempe-Verwendung von Thermoelementen in der Behälter- 5 raturfühlern in Form von Thermomeßwiderständen wand zwecks Standanzeige in Kombination mit zwecks Flüssigkeitsstandsanzeige in einem Behälter .st Heizwicklungen, dadurch gekennzeichnet. bekannt Die Messung erfolgt jedoch über einen daß auf und entlang der Oberfläche einer langge- Widerstandsdraht und ist somit mit einem hohen «treckten, den Flüssigkeitsspiegel (10) durchsetzen- apparativen Aufwand verbunden. Darüber hinaus ist den Wärmequelle in vorgegebenem axialen Abstand "> diese Einrichtung für Zweiphasengemische ungeeignet voneinander mehrere, Meßsignale liefernde Ther- da durch eine unterschiedliche Phasenverteilung Verfälmoelemente (8) angeordnet sind, daß die Wärme- schungen über die Gesamtlänge des Drahtes auftreten quelle aus einem elektrisch beheizten Stab (1, 3) können. Mit einer solchen Einrichtung ist es unmöglich, besteht und die elektrischen Heizleiter (3) in die ein hydrodynamisch, thermodynamisch und hydromegewindeförmigen Rillen (2) eines Heizleiterträgers »5 chanisch überaus verwickeltes Zweiphasenströmungs-(I) eingelegt sind, daß der Heizleiterträger (1) eine system zufriedenstellen in ein meßtechnisch eichfähiges zentrale Längsbohrung (5) aufweist und von dieser System überzuführen.

Längsbohrung aus weitere, an die Staboherfiäche (7) Ausgehend von dieser Problematik hat die vorliegenführende Bohrungen (6) verlaufen, die die Zuteitun- de Erfindung zur Aufgabe, einen auch bei hohen gen (9) zu den Thermoelementen (8) aufnehmen. *° Temperaturen und Drücken betriebssicheren und

2. Höhenstandsmesser nach Anspruch U dadurch robusten Höhenstandsmesser mit einem Minimum an gekennzeichnet daß die Thermoelemente (8) gas- apparativem Aufwand zu schaffen, der insbesondere dicht mit den an der Staboberfläche (7) mündenden eine genaue Bestimmung der Lage von Zweiphasen-Rändern der Bohrungen (6) verschweißt sind. grenzschichten gestattet.

3. Höhenstandsmesser nach Anspruch 1, gekenn- *5 Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die zeichnet durch ein gas- oder dampfbeheiztes Rohr Erfindung bei einem Höhenstandsmesser der eingangs als Wärmequelle, an dessen Außenmantel die beschriebenen Art vor, daß auf und entlang der Temperaturfühler angebracht sind. Oberfläche einer langgestreckten, dtn Flüssigkeitsspie-

4. Höhenstandsmesser nach Anspruch 1, dadurch gel durchsetzenden Wärmequelle in vorgegebenem gekennzeichnet, daß die Meßsonde quer zu ihrer 3o axialen Abstand voneinander mehrere. Meßsignale Längsachse beweglich angeordnet ist liefernde Thermoelemente angeordnet sind, daß die

5. Verwendung einer Meßsonde nach Anspruch 1 Wärmequelle aus einem elektrisch beheizten Stab oder einem der vorstehenden Ansprüche zum besteht und die elektrischen Heizleiter in die gewinde-Bestimmen der Phasengrenzschicht bzw. des Dichte förmigen Rillen eines Heizleiterträgers eingelegt sind, profils einer begasten Flüssigkeit. 35 daß der Heizleiterträger eine zentrale Längsbohrung

aufweist und von dieser Längsbohrung aus weitere, an die Staboberfläche führende Bohrungen verlaufen, die

die Zuleitunger, zu den Thermoelementen aufnehmen.

Dabei ist von Vorteil, daß die Thermoelemente 40 gasdicht mit den an der Staboberfläche mündenden

Die Erfindung betrifft einen Höhenstandsmesser für Rändern der Bohrungen verschweißt sind. Sehr flüssigkeiten unter Verwendung von Thermoelementen zweckmäßig ist es weiterhin, ein gas- oder dampfbeheizin der Behälterwand zwecks Standanzeige in Kombina- tes Rohr als Wärmequelle vorzusehen, an dessen tion mit Heizwicklungen. Außenmantel die Temperaturfühler angebracht sind

Beim Begasen von Flüssigkeiten oder beim Sieden 45 und die Meßsonde quer zu ihrer Längsachse beweglich von Flüssigkeiten ist ein bestimmter Gasanteil in Form anzuordnen. Auf diese Weise werden besonders kurze von Blasen in der Flüssigkeit dispergiert Häufig kommt Ansprechzeiten erreicht

es vor, daß die Dichte eines solchen Zweiphasengemi- Bei diesem Meßprinzip werden die unterschiedlichen

sches wegen der Unkenntnis von Form, Temperatur und Wärmeübergangsverhältnisse von einem festen Körper, Druck der Blasen und der Blasenaufstiegsgeschwindig- 5° z. B. einem Metall, zu einer Flüssigkeit einem Gas oder keit nicht bestimmbar ist, ganz abgesehen von dem sich einem zwischen beiden liegenden Schaumbett (Phasenim allgemeinen stark ändernden Gasblasengehalt der grenzschicht) als charakteristische Größen für die Mischung in Abhängigkeit von der Beaufschlagung. Messung ausgenutzt Da der Wärmeübergang zur Auch ist fast immer, insbesondere bei hohen Blasenan- Flüssigkeit größer ist als zum Gas, stellt sich innerhalb teilen in solchen sogenannten Zweiphasenströmungs- 55 der Flüssigkeit oder des Zweiphasengemisches eine betten die begrenzende Oberfläche durch eine Zone niedrigere Temperatur an der Wärme abgebenden verstärkten Gasanteils, eine sogenannte Schaumzone Heizstaboberfläche ein als im Gasraum, während in der gekennzeichnet, die sehr stark bewegt ist (Brodeln). Ein Phasengrenzschicht Temperatursprünge zu erwarten solchermaßen nicht genau definierter und stark sind. Dadurch läßt sich die Lage dieser Grenzschicht auf bewegter Flüssigkeitsspiegel eines Zweiphasengemi- 60 einfache Weise mittels der dort angebrachten Thermosches unbekannter Dichte läßt sich, bei Bedingungen, elemente bestimmen, auch wenn, wie bei einem bei denen die direkte visuelle Beobachtung auszuschlie- Sattdampferzeuger-Flüssigkeit und Dampf dieselbe ßen ist, wie z. B. hohe Drücke und/oder Temperaturen, Temperatur aufweisen.

sowie Radioaktivitäten, mit den bekannten Methoden Im Gasraum nimmt die Oberfläche der beheizten