DE1964139A1 - Fuellstandsgeber - Google Patents
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Description
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POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 0113S
BANKKONTO:
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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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Ί f -j ο η
I vJU-f loo
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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Ibi . Ί 3
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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-H-
sc ..is la den Beuriiter oder, zur Steuerung
3er £εΛμι::·:.«2 von Flüssigkeit 'iu£ dem B3uSlter.
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Claims (11)
19641S0
- 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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