DE1964139A1 - Fuellstandsgeber - Google Patents

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BANKHAU8 H. AUFHÄUSER

β MONOHEN S.

THE STATE OF ISRAEL, ATOM EN ERGIEKOMMISSION BEER-SHEBA, ISRAEL

Füllstandsgeber

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllstandsgeber für elektrisch betätigte Füllstandsanzeiger und/oder servogesteuerte Flüssigkeits-Versorgungseinrichtungen.

Bei bekannten Füllstandsgebern dieser Art werden Sonden verwendet, die' ins -Innere des Behälters reichen, in dem der Flüssigkeitsspiegel tiberwacht werden soll. Dabei wird durch die Sonden und die Flüssigkeit ein elektrischer Strom zu einer externen Anzeigeeinrichtung-und/oder einer Servo-Einrichtung geschickt. Die Verwendung derartiger Sonden ist Jedoch folgenden Einschränkungen unterworfen und besitzt folgende Nachteile. Erstens ist die Verwendung der-

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artiger Sonden auf elektrisch leitende Flüssigkeiten beschränkt. Bei völlig isolierenden Flüssigkeiten können derartige Sonden überhaupt nicht verwendet werden und bei Flüssigkeiten mit verhältnismäßig niedriger Leitfähigkeit werden durch derartige Sonden teure elektronische Verstärker schaltungen notwendig. Da ferner bei derartigen Sonden der Strom durch die Flüssigkeit geleitet wird, ist dieses Verfahren für stark entflammbare oder explosive Flüssigkeiten völlig ungeeignet.

Werden derartige Sonden ferner in einer stark sauren Atmosphäre angeordnet, beispielsweise wenn die Flüssigkeit eine kochende Säure ist, so werden sie stark angegriffen und es kann zu Kurzschlüssen der Sonden untereinander und/oder mit dem Behälteroaterial kommen, was zu Fehlanzeigen führt. Ferner kann es zur Elektrolyse der Flüssigkeit kommen, was zum Kurzschluß der Sonden und zu Ungenauigkeiten in der Messung führt. Unter diesen Umständen ist es oft notwendig, die Sonden aus dem Behälter zu entfernen, um sie zu reinigen und nachzueichen. Derartige Arbeiten sind, beispielsweise bei radioaktiven oder giftigen Flüssigkeiten besonders schwierig und unerwünscht.

Ziel der vorliegenden Erfindung i3t es daher, einen Füllstandsgeber für Flüssigkeiten zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermieden sind, d. h., die einzelnen Gebereinrichtungen nicht mit der Flüssigkeit in Berührung stehen und bei dem die Gebereinrichtungen ohne direkte Berührung der Flüssigkeit zugänglich sind.

Bin erfindungsgemäßer Füllstandgeber weist ein nichtmagnetlsches verschlossenes Tauchrohr auf, das in seiner Längsrichtung in eiaan Flüssigkeitsbehälter eingesetzt werden kann, sowie ferner Sehalteinrichtungen mit mehreren magnetischen Reed-Sehaltern, die über die Länge des Tauchrohrs

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an vorherbeatiuiaten Steiler, angeordnet sind. Dabei können die Schaltelnrichtungen an externe Anzeigegeräte und/oder servo-gesteuerte Einrichtungen und/oder Relais angeschlossen .sein. Ferner ist ein ringförmiger magnetischer Schwimmer vorgesehen, durch den sich das Tauchrohr erstreckt.

Der magnetische Reed-Dchalter, der ein Grund-Schaltelement des erf indungsgeriäßen FUllstandsgebers bildet, besteht in seiner Grundausführung aus zwei in einem nichtmagnetischen Rohr, beispielsweise einem Glasrohr hermetisch abgeschlos- λ senen dür.nen Mutallzungen, deren Enden zueinander fluchten, und die sich um ein kurzes Stück überlappen. Die Zungen bestehon aui> einem ftjrro-r.agnetisehen Material, so da3 ihre Enden beim Vorhandensein eines äußeren magnetischen Feldes entgegengehet;: te magnetische Polaritäten annehmen. Ist das Magnetfeld ausreichend .itark, so ziehen sich die Enden der Zungen gegenseitig an und berühren einander. Die Enden der Zungen bleiben solange miteinander in Berührung, wie das Magnetfeld aufrechterhalten wird. Wird dieses jedoch entfernt oder seine Stärke um ein ausreichende MaS verringert, so springen die Zungen aufgrund ihrer Elastizität auseinander. Ein derariger Reed-Schalter ist normalerweise offen, d. h. es handelt sich dabei uc einen Arbeitskontakt. Bei i

einer anderen Ausführungsform 1st der Schalter normalerweise geschlossen, d. h. es handelt sich dabei um einen Ruhekontakt. Bei dieser Ausführungsform berühren sich normalerweise die Zungen, unter dem Einfluß eines Magnetfeldes springen sie jedoch auseinander.

Die Reed-Schalter sind in einer Schaltung miteinander verbunden und längs der Länge des nichtmagnetischen Tauohrohrs in voneinander in einem Abstand liegenden Stellungen angeordnet, die den zu überwachenden einzelnen Flüssigkeitsniveaus entsprechen. Fällt oder hebt sich der magnetische

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Schwimmer mit dem Flüssigkeitsspiegel, so wird an unterschiedliche Reed-Schalter ein Magnetfeld angelegt, so daß diese sich öffnen bzw. schließen. Auf diese Weise können bestimmte elektronische Schaltungen geschlossen oder geöffnet werden, so daß eine Anzeige des Flüssigkeitsspiegels möglich 1st und gegebenenfalls eine Servo-Einrichtung zur Zu- oder Abfuhr der Flüssigkeit in Tätigkeit gesetzt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen FUllstandsgeber werden keine Ströme durch die zu überwachende Flüssigkeit geleitet, so daß die damit verbundenen Nachteile, Einschränkungen und Gefahren vermieden werden. Ferner werden die Beuteile des FUllstandsgebers nicht durch die Flüssigkeit angegriffen. Die einzigen£lemente, die in direkter Berührung mit der Flüssigkeit stehen, sind der Schwimmer und das Rohr, deren. Material jedoch so gewählt werden kann, daß sie gegenüber der Flüssigkeit beständig sind.

Sollen die einzelnen zu überwachenden Flüssigkeitsniveaus geändert werden, so ist dies ohne Berührung der Flüssigkeit möglich. Dazu brauchen lediglich die Reed-Schalter im Tauchrohr herausgenommen oder in ihrer Höhe verändert zu werden.

Bs ist bereits ein Füllstands geber vorgeschlagen worden, der einen einzelnen magnetischen Reed-Schalter besitzt, der in einer bestimmten Stellung gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter angeordnet werden kann. Dabei umgibt den Schalter ein ringförmiger Schwimmer mit einem Permanentmagneten. Im Betrieb hebt oder senkt sich der Schwimmer mit dem Ifagneten bei Änderungen der Flüssigkeitshöhe gegenüber dem Schalter und betätigt die Kontakte desselben. Eine derartige Vorrichtung ergibt jedoch nur dann eine

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Anzeige, wenn sich der Flüssigkeitspegel in einer einzigen Höhe ändert. Eine mehr oder weniger kontinuierliche Anzeige wie beim erfindungsgemäßen Füllstandsgeber ist nicht möglich. Hier sind mehrere Reed-Schalter in einer Schaltung miteinander verbunden und in Abständen über die Länge des Tauchrohrs verteilt. Ihre Stellungen entsprechen den einzelnen zu überwachenden Flüssigkeitsniveaus. Dabei ist ein einzelner magnetischer Schwimmer über die Länge des Tauchrohrs frei beweglich.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung, dargestellten bei- I spielsweisen Ausführungsformen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Füllstandsgebers in einem Flüssigkeitsbehälter,

Fig. 1a eine abgewandelte Einzelheit des in Fig.1 gezeigten Füllstandsgebers.

Figuren 2 bis 7 die Schaltungen verschiedener mit dem erfindungsgemäßen Geber verbundener Füllstands-Anzeigeeinrichtungen.

Die in Fig. 1 gezeigte Füllstandsgeber-Einheit weist ein nichtmagnetisches Tauchrohr 1 auf, das mit einer Befestigungsplatte 2 versehen ist. Das Tauchrohr 1 geht durch eine Öffnung in einem Behälterdeckel 3 hindurch, an dem die Platte 2 mit Hilfe von Schrauben 4 hermetisch abschließend befestigt werden kenn. Innerhalb des Tauchrohrs 1 und längs dessen Länge in Abständen voneinander sind mehrere magnetische Reed-Schalter 5 angebracht.Ihre Schaltung wird im folgenden noch anhand der Figuren 2 bis 7 beschrieben. Das untere Ende des Tauchrohrs 1 ist mittels einer Abdichtmutter 6 abgedichtet und mit einem unteren, Anschlag 7 versehen. Das obere Ende des Tauchrohrs 1, das außerhalb des

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Behälters liegt, weist einen Stiftsockel 8 auf,in den ein Verbindungsstecker 9 eingesetzt werden kann, über ien die Reed-Schalter im Tauchrohr 1 mit dem (nichtgeze5gten) Anzeigegerät verbunden werden können.

Das Tauchrohr 1 umgibt ein ringförmiger Schwimmer 10, der aus einem nichtmagnetischen Material besteht, beispielsweise aus Polyvinylchlorid. In diesem Schwimmer 10 ist ein zylindrischer Magnet 11 untergebracht.

Wie Fig. 1 zeigt, schwimmt der Schwimmer/.uf der Oberfläche 12 einer Flüssigkeit 13 und fällt oder steigt zusammen mit dem Flüssigkeitsniveau. Die unterste Bewegungsgrenze des Schwimmers 10 wird durch den Anschlag 7 bestimmt, die oberste Grenze durch eine einstellbare Anschlagscheibe 14, die mit Hilfe einer Madenschraube 14a in einer belie- " bigen Stellung am Tauchrohr 1 befestigt werden kann.

Die in Fig. la dargestellte abgewandelte Ausführungsform ist für die Verwendung von sogenannten verklinkenden oder Haft-ßeed-Sehaltern 15 ausgelegt. Ein Haft-Reed-Schalter ist ein magnetischer Reed-Schalter der oben bestimmt en Art, dem ständig ein Permanentmagnet von verhältnismäßig geringer Feldstärke zugeordnet ist, d. h. einer magnetischen Feldstärke, die selbst nicht ausreicht, den normalerweise offenen Schalter zu schließen. Bei der Annäherung eines externen magnetischen Feldes jedoch schließt der normalerweise offene Schalter und die Stärke des kleinen Permanentmagneten reicht aus, den Reed-Schalter nach Entfernung des äußeren magnetischen Feldes geschlossen oder verklinkt zu halten. Um den verklinkten Reed-Schalter wieder zu öffnen muß wiederum ein äußeres magnetisches Feld in die Hähe des Schalters gebracht werden, jedoch jetzt in

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der entgegengesetzten magnetischen Richtung. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist ein ring- und scheibenförmiger Magnet 11a in einen Schwimmer 10a untergebracht.

Verschiedene Ausführungsformen von Reed-Schaltern und Schaltungen von Füllstands-Anzeigegeräten werden nunmehr anhand der Figuren 2 bis 7 beschrieben.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung enthält mehrere verklinkende Reed-Schalter 15t die über die Länge eines nichtmagnetischen Tauehrohrs in Abständen zueinander angeordnet sind.

Jeweils eine Klemme der in der Zeichnung gezeigten Reed-Schalter 15 ist an eine Stromversorgungsleitung angeschlossen, während die andere Klemme jedes Schalters über eine Verbindung 16 an getrennte Indikatorlampen 17 und/oder Relais, die der Füllstands-Anzeigevorrichtung zugeordnet sind, geführt ist.

Wenn im Betrieb der Flüssigkeitspegel im Behälter ansteigt, so bewegt sich der Schwimmer nach oben. Geht dieser an einem Klink-Sehalter vorbei, so schließt dieser Schalter und die diesem zugeordnete Lampe (und/oder Relais) wird gespeist, solange der Flüssigkeitsstand nicht unter die Höhe fällt, die der Stellung des einzelnen Schalters entspricht. Fällt die Flüssigkeitshöhe unter diesen Pegel, so wird der entsprechende Schalter infolge der umgekehrten Bewegung des magnetischen Schwimmers entklinkt und die Lampe und/oder das Relais wird gelöscht.

.Verändert sich der Flüssigkeitspegel während eines Ausfalles der Spannungszufuhr zum Füllstandsgeber, so werden die Klink-Reedschalter durch die Bewegung des Schwimmers geöffnet oder geschlossen und es ergibt sich unmittelbar nach Wiederkehr der Spannung die richtige Anzeige des

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Flüssigkeitspegels.

Die beschriebene Schaltung ist überaus einfach und ergibt eine leicht sichtbare Anzeige einzelner Flüssigkeitspegel. Jedoch muß jeder Schalter getrennt an eine spezielle Indikatorlampe und/oder ein Relais angeschlossen werden, wobei sämtliche Verbindungsleitungen aus den viichtmagnetischen Tauchrohr herausgeführt werden müssen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung liegen die Klink-Schalter 15 in den erforderlichen Stellungen im Tauchrohr. Sie sind in Reihenschaltung über einen geeigneten Widerstand 19 mit einem Strom-Meßgerät 18 verbunden. Parallel zu den Reed-Schaltern I5 liegen mehrere in Reihe geschaltete Widerstände 19a, die die in Reihe geschalteten Schalter 15 überbrücken. Die Höhe des durch das Strom-Meßgerät 18 fließenden Stromes ist direkt abhängig von der Anzahl der geschlossenen Schalter. Der Strom stsigt al3o umso mehr an, je mehr Schalter geschlossen sind, d. h. wenn der Flüssigkeitspegel im Behälter ansteigt und demzufolge der magnetische Schwimmer in die Nähe der aufeinanderfolgenden Schalter gelangt. Das Strom-Meßserät kann selbstverständlich auf die Flüssigkeitshöhe geeicht werden, so daß das Meßgerät eine direkte Anzeige der Flüssigkeitshöhe im geschlossenen Behälter ergibt.

Flg. 4 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Schaltung, wo anstelle des Strom-Meßgerätes 18 ein Spannungs-Meßgerät 20 vorgesehen ist. Dieses liegt in Reihe mit den Nebenwiderständen und den parallel dazu liegenden Schaltern.

Die Schaltungen der Figuren 3 und 4 besitzen den Vorteil, daß lediglich zwei Leiter aus dem sonst abgedichteten nichtmagnetischen Tauchrohr herausgeführt zu werden brau-

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oben. Kann jedoch der Flüssigkeitsbehälter selbst als Leiter verwendet werden, so kann auf einen dieser Leiter yeralohtet werden.

Es ist ferner möglich, eine Einheit vorzusehen, bei der eine Müßanzeige und eine ■ Lampen- und/oder Relaisanzeige kombiniert sind, beispielsweise in dem Pail» wo Alarm gegeben werden soll, wenn der Behälter voll oder leer ist.

Bei der in Pig. 5 gezeigten Schaltung werden einfache Reed-Schalter 21 in Form von Arbeitskontakten verwendet, ä die je mit einer eigenen impulsformenden Widerstands-Kapaaitäts-Schaltung 22 verbunden sind. Die Reed-Schalter mit den zugehörigen Widerstands-Kapazitäts-Sohaltungen sind parallel zu einer externen Anzeigeschaltung geschaltet, die einen Impuls-Diskriminator 23 und mehrere Indikatorlampen 24 und/öder Relais enthält.

Im Betrieb wird beim Schließen eines bestimmten Reed-Schalters ein Stromimpuls erzeugt, dessen Größe charakteristisch ist für den einzelnen Reed-Schalter und damit für diejenige Höhe, in der der Reed-Schalter angeordnet ist. Diese Stromimpulse werden zum Diskriminator 23 geleitet, der zwischen Impulsen unterschiedlicher Größe unterscheidet. Demzufolge wird diejenige Indikatorlampe 24 und/oder dasjenige Relais gespeist, das einem Impuls bestimmter Größe und damit einem bestimmten Pegel der Flüssigkeit zugeordnet ist. Auf diese Weise ist eine leichte visuelle Anzeige des erreichten Flüssigkeitspegels möglich, wobei das Endergebnis etwa demjenigen der in Fig. 2 gezeigten Schaltung gleicht, jedoch mit dem zusätzlichen Vorteil, daß lediglich zwei Leiter aus dem Tauchrohr herausgeführt zu werden brauchen, oder Ie-

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diglich einer, wenn der Bob-älter als Leiter diener

Bei der in Fig. β gezeigten Schaltung .-sind mohrer-j Kl ink-Reedschalter 15 parallel zueinander ^eschal&et, Ii^ jeweils in Reihe mit einer.: Kondensator 25 liegen.. Die so la Tauchrohr gebildete Schaltung ist an einen Oszillator 26 angeschlossen, deacon Ausrang vriedoruiri an ο ine Pre'iuenzanzeige-Einrichtung 27 geführt ist. Es izt leiohs einzusehen, daß beim Öffnen und Sohlieüör: auf einander i'ol--ende r Reed-3ohalter 15 die Frequenz i-33 Oszillators geändert wird, unl da3 diese, von der Fre-iuenzanzaige-Bip.riDhtung 27 gemessene .Fre^unezär-ierang ein Καώ für ler. FlUasigkeitspegel gibt.

Bei der in Pig. 7 gezeigten Schaltung sind mehrere parallel geschaltete, als Arbeitakontakte arbeitende Reed-Schalter (nicht gezeigt) im Tauchrohr in den erforderlichen Stellungen angeordnet. Die Schalter werden nacheinander geschlossen, wenn sich der l-Iagnetsohwimnier in Behälter hebt. Demzufolge wird an jedeia Schalter ein Spannungsimpuls erzeugt und diese Impulse werden an eine externe Diodenmatrix 2B übertragen, die so aufgebaut ist, daß sie dezimal gezählte Impulse in binäre Zählirapulse umsetzt. Diese Matrix 28 speist eine bistabile Zählschaltung 29. Der Ausgang der binären Zählschaltung 29 ist an eine Diodenmatrix 23* geführt, die die einlaufende Binärinformation in eine Dezimalinformation umsetzt. Der Ausgang dieser Matrix ist an die verschiedenen Anzeigelampen 30 und/oder Relais geführt.

In sämtlichen Schaltungen brauchen die Reed-Schalter nicht notwendigerweise nur zur Betätigung von Anzeige-Einrichtungen dienen, sondern ebenfalls zur Betätigung von Servo-Einrichtungen, beispielsweise zum Starten oder Unterbrechen

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sc ..is la den Beuriiter oder, zur Steuerung 3er £εΛμι::·:.«2 von Flüssigkeit 'iu£ dem B3uSlter.

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Claims (11)

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- 12 PATENTANSPRÜCHE

Füllstandsgeber, gekennzeichnet durch ein nichtmagnetisches geschlossenes Tauchrohr (1), das in Längsrichtung in einen Flüssigkeitsbehälter (13) eingesetzt ist, durch eine Schaltung mit mehreren magnetischen Reed-Schaltern (15), die in vorherbestimmten Bereichen innerhalb des Tauchrohrs längs dessen Länge verteilt sind, wobei die Schaltung an externe Anzeige-Einrichtungen und/oder servo-gesteuerte Einrichtungen und/ oder Relais angeschlossen werden kann und durch einen ringförmigen Magnet-Schwimmer (10), durch den hindurch sich das Tauchrohr (1) erstreckt.

2. Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reed-Schalter (15) aus Klink-Reedschaltern bestehen.

3. FUllstandsgeber nach Anspruch 2,-dadurch gekennzeichnet , daß jeder Schalter in Reihe mit einer Anzeige-Einrichtung und/oder einem Relais verbunden ist.

4. Füllstandsgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e kennzeichn et , daß die Schalter sämtlich mit einem Strom-Meßgerät in Reihe geschaltet sind, wobei Jeder Schalter mit einem Parallelwiderstand (19a) versehen ist.

5. Füllstandsgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalter miteinander in Reihe und parallel zu einem Spannungs-Meßgerät (20) geschaltet sind, wobei Jeder Schalter mit einem Parallelwiderstand versehen ist.

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6. Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter jeweils mit Impulsgeber schaltungen (22) parallelgeschaltet sind, wobei die Impulsgeberschaltungen ;jeweils Impulse unterschiedlicher Größe erzeugen, und die Anzeige-Einrichtungen (24) Jeweils über eine Impuls-Diskriminatorschaltung (23) mit den Impulsgeberschaltungen (22) verbunden sind.

7. Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalter an einen Oszillator (26) angeschlossen sind, der wiederum an eine Frequenz-Anzeigeeinrichtung (27) angeschlossen ist, wobei sich beim Öffnen und Schließen der Schalter die Oszillatorfrequenz ändert.

8. Füllstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalter über eine Dezimal/ Binär-Diodenmatrix (28), eine Binärzählschaltung (29)

. und eine Binär/Dezimal-Diodenmatrix (28') an Anzeige-Einrichtungen (30) angeschlossen sind.

9. Füllstandsgeber nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der magnetische Schwimmer aus einem ringförmigen nichtmagnetischen Gehäuse (10} besteht, in welchem ein ringförmiger Magnet (11) angeordnet ist.

10. Füllstands'geber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet zylindrische Form besitzt.

11. Füllstandsgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet ring- und scheibenförmig ist.

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