DE2024911B2 - Einrichtung zum messen eines fluessigkeitspegels - Google Patents

Description

Messen eines Flüssigkeitspegels sind die negativen Schenkel der Thermoelemente an durch Widerstände miteinander verbundene Kontakte e^:uer Ümschalteinrichtung angeschlossen, deren Schleifer ebenso wie die positiven Schenkel der Thermoelemente mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden ist, an dessen Ausgang ein den Schleifer stellender Motor angeschlossen ist. An einem in der Leitung vom Schleifer zum Verstärker angeordneten Widerstand wird ein Spannungsabfall erzeugt, der kleiner als die an den Thermoelementen in Höhe des Flüssigkeitspegels auftretende Spannung und außerdem der am Verstärkereingang liegenden Thermospannung entgegengerichtet ist, so daß der von der Spannungsrichtung abhängige Drehmomente erzeugende Stellmotor den Schleifer zum Nullabgleich durch Links- oder Rechtsdrehung auf dem kürzesten Stellweg bewegt.

Dabei wird also auch das bekannte Prinzip des selbsttätigen Nullabgleichs angewendet, bei dem mit einem Stellmotor ein Schleifer bewegt wird, der an einem Widerstand eine Differenzspannung Δ U abgreift, welche zum Antrieb des Motors genutzt wird und bei Λ U < 0 Rechtslauf, Δ U = 0 Stillstand und A U < 0 Linkslauf bewirkt

Bei diesen Meßeinrichtungen sind die Thermoelemente innerhalb der Wand des Behälters angeordnet, dessen Flüssigkeitspegel überwacht werden soll. Diese Wand muß jedoch aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen, wenn eine ausreichende Thermospannung erzeugt werden soll. Diese notwendige hohe Wärmeleitfähigkeit setzt jedoch die Genauigkeit der Messung gerade im Bereich des Flüssigkeitspegels wesentlich herab.

Ein anderer bekannter Flüssigkeitsstandmesser besteht aus einer Vielzahl innerhalb mindestens eines Stapels in Reihenschaltung angeordneter Temperaturfühler, deren Gesamtausgangsspannung sich jeweils beim Eintauchen eines weiteren Temperaturfühlers in die Flüssigkeit wechselweise zwischen zwei Werten ändert, weil innerhalb eines Stapels jeweils aufeinanderfolgende Fühler eine elektrische Spannung gleicher Größe jedoch entgegengesetzter Polarität abgeben. Diese digitalen Signale werden mit einem Rechner ausgewertet oder in der Diagonale einer aus Stapeln von Fühlern gebildeten Brückenschaltung abgenommen.

Dieser Vorschlag erfordert nicht nur einen erheblichen Aufwand an Meßfühlern sondern auch in bezug auf die Meßwertverarbeitung und ist deshalb in seiner Betriebssicherheit erheblich eingeschränkt und mit hohen Kosten belastet, so daß der Einsatz dieser Einrichtung als Betriebsmeßgerät nicht möglich wäre.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeitspegels zu schaffen, welche die den bekannten Vorschlägen anhaftenden Mängel weitgehend beseitigt und insbesondere mit einem begrenzten Aufwand an Bauelementen eine höhere Meßgenauigkeit und eine gesteigerte Betriebssicherheit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Relais bei Differenzspannung Null zwischen Bezugselcment und Meßeleinent an Spannung liegt und mit einem Kontakt des Relais einen Impulsgeber einschaltet und dadurch die Erregerspule des Schrittschaltwerkes mit Steuerimpulsen beaufschlagt und nacheinander über die Kontakte des Schriltschaltwerkes die Steuerrelais erregt und durch diesen zugeordnete Kontakte das im Gasraum dem Flüssigkeitspegel am nächsten liegende Meßelement zusammen mit dem Bezugselement auf den Eingang des Meß Verstärkers schaltet.

Dabei werden zweckmäßigerweise die positiven Schenkel der Thermoelemente miteinander verbunden und/oder geerdet und der negative Schenkel des Bezugseiementes direkt und die negativen Schenkel der Meßelemente über je einen Arbeitskontakt der Steuerrelais, die über das Schrittschaltwerk an Span-

nung gelegt werden, zeitlich nacheinander auf dert Eingang des Meßverstärkers geschaltet, wobei in die Leitung des dem Bezugselement unmittelbar benachbarten Meßelementes zwei Arbeitskontakte parallel geschaltet sind, die zu dem vom Schrittschaltwerk gesteuerten Relais gehören.

Die Ausgangsspannung des Meßverstärkers wird mit einem Millivoltmeter mit in Skalenmitte liegendem Nullpunkt gemessen.

Bei negativem Zeigerausschlag infolge Absinkens

des Flüssigkeitspegels wird das Schrittschaltwerk über einen Minimalkontakt des Millivoltmeters in seine Ausgangsstellung gesteuert. Dadurch wird erreicht, daß auch beim Absinken des Flüssigkeitspegels die Meßelemente in der Reihenfolge von unten

nach oben abgefragt werden, bis sich zwischen Bezugs- und Meßelement eine Differenzspannung ungleich NuIi einstellt.

Jedem Thermoelement ist eine Signallampe zugeordnet. Dabei wird bei betriebsbereiter Meßein-

richtung die Signallampe des Bezugselementes ständig und über Relaiskontakte die Signallampe des jeweils auf den Eingang des Meßverstärkers geschalteten Meßelementes an Spannung gelegt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere

darin, daß durch die Verwendung von Mantelthermoelementen als Meßfühler elektrische Durchführungen mit offener Isolation durch Behälterwände überflüssig werden. Dadurch wird der störungsfreie Betrieb der Meßeinrichtung auch bei metallischen Flüs-

sigkciten möglich. Auch stark radioaktive Flüssigkeiten, beispielsweise in Kernreaktoren und Aufbereitungsanlagen für Kernbrennstoffe können mit edelstahlummantelten Thermoelementen sicher Überwacht werden. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Meßgenauigkeit im wesentlichen nur begrenzt wird durch den vertikalen Abstand des jeweiligen Meßeiementes von der Flüssigkeitsoberfläche, bei dem noch eine meßbare Temperaturdifferenz zwischen Gas und Flüssigkeit auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden näher erläutert:

In einem Behälter 1 sind sechs Thermoelemente 2 bis 7 in vertikalen Abständen von 24 mm angeordnet. Ist der Behälter mit flüssigem Natrium 8 und mit einem Inertgas 9 gefüllt und ist bei einem bestimmten Füllstand das Thermoelement 2 (Bezugselement) von flüssigem Natrium benetzt und das Thermoelement 3 (Meßeleinent) in dem oberhalb des Natriumpegcls befindlichen Inertgasraum, so bildet sich zwischen den negativen Schenkeln dieser Thermoelemente (die positiven Schenkel aller Thermoelemente sind miteinander verbunden und an Masse gelegt) eine Differenzspannung aus. Steigt der Natriumpegel, so wird beim Benetzen des Thermoelementes 3 die Differenzspannung auf eine Reslspannung < 40 μN-' reduziert, die bei NiCr-Ni-Thermoelcmcnten einer Temperatur von etwa 1 C entspricht und durch Unsym metrien der zu vergleichenden Thermoelemente und

Temperaturcradienten im Grenzbereich des Natriumvolumens verursacht sind.

Die gemessene Differenzspannung wird mit einem Meßverstärkcr 10, der die Restspannung eliminiert, verstärkt und einem Schaltverstärker 11 zugeführt. dessen Relais 12 über eine Transistorschaltung nur dann an Spannung gelegt wird, wenn die Differenzspannung am Ausgang des Verstärkers 10 gegen Null geht, also z. B. wenn der Natriumpegel das Thermoelement 3 erreicht. In diesem Fall wird der Impulsgeber 13 über den Arbeitskontakt 14 des Relais 12 an Spannung gelegt und eine einstellbare Impulsfolge erzeugt, mit der ein Schrittschaltwerk 15 gesteuert wird.

Bevor die Erregerspule 16 des Schrittschaltwerkes mit Impulsen beaufschlagt wird, ist der Kontakt 17 geschlossen und die Kontakte 18 bis 24 sind offen, so daß die Relais 26 bis 32 abgeschaltet sind und das Relais 25 an Spannung liegt, über dessen geschlossenen Kontakt 33 das Thermoelement 3 auf den Verstärker 10 geschaltet ist. »o

Sobald das Thermoelement 3 in das Natrium eintaucht, gibt der Impulsgeber einen Impuls auf die Schaltspule 16 des Schrittschaltwerkes 15, der Kontakt 17 fällt ab und damit auch der Kontakt 33 des Thermoelementes 3. Gleichzeitig schließt der Kontakt 18, legt das Relais 26 an Spannung und hält über den Kontakt 34 das Thermoelement 3 am Eingang des Verstärkers 10. Der Schaltzustand des Relais 12 mit dem Kontakt 14 besteht unverändert, so daß der Impulsgeber 13 mit einem weiteren Impuls den Kontakt 19 schließt (18 fällt ab) und nun über den Kontakt 35 das Thermoelement 4 auf den Meßverstärker 10 schaltet. Falls das Thermoelement 4 nicht von Flüssigkeit benetzt ist, besteht zwischen den auf dem Meßverstärker 10 geschalteten negativen Schenkeln der Thermoelemente 2 und 4 eine Differenzspannung, durch die letztlich das Relais 12 im Schaltverstärker 11 abgeschaltet und der Impulsgeber 13 stillgelegt wird. Die Relais 25 bis 32 schalten über weitere Arbeitskontakte jeweils den einzelnen Thermoelementen zugeordnete Kontrollampen 39 bis 44 ein, so daß der Füllstand angezeigt wird. Dabei wird durch eine Kombination von Kontakten die dem Thermoelement 2 zugeordnete Lampe 39 ständig an Spannung gehalten.

Erreicht der z. B. von Thermoelement 4 nach 5 an steigende Natriumpegel das Thermoelement 5. so geht die negative Differenzspannung gegen Null (Spannungsanstieg in bezug auf Erdpotential), fällt dagegen der Natriumpegel von Thermoelement 5 nach 4 ab, ergibt sich eine negative Differenzspannung (Spannungsrückgang in bezug auf Erdpotential).

Diese Sparmungsänderungen werden mit einem Millivoltmeter 45 mit in Skalenmitte liegendem Nullpunkt am Ausgang des Meßverstärkers 10 gemessen, so daß bei Anstieg des Natriumpegels ein positiver, bei Abfall desselben ein negativer Ausschlag auftritt.

Bei negativem Ausschlag wird der Minimal-Kontakt 46 des Millivoltmeters geschlossen und alle Kontakte 17 bis 24 des Schrittschaltwerkes 15 in Ausgangsstellung gebracht, so daß zunächst die Thermoelemente 2 und 3 auf den Meßverstärker 10 geschaltet sind und die am Verstärkerausgang auftretende Differenzspannung Null ist.

Sinkt der Flüssigmetallpegel z. B. vom Thermoelement 5 aus ab, so wird der Impulsgeber eingeschaltet und steuert das Schrittschaltwerk, bis schließlich die Thermoelemente 2 und 5 am Meßverstärker liegen und infolge der nun auftretenden Differenzspannung der Impulsgeber abgeschaltet wird.

Die Messung erfolgt in einem mit dem zu überwachenden Behälter in Verbindung stehenden Gefäß 1, das geheizt wird. Beim Einschalten der Spannungsversorgung der Meßeinrichtung wird der Kontakt 47 des Relais 25 geschlossen und die Heizung eingeschaltet. Wird das Thermoelement 7 vom Flüssigmetall erreicht, so wird der Ruhekontakt 48 des Relais 31 geöffnet und die Flüssigmetallpumpe abgeschaltet und/oder ein Ventil zum Ablassen des Natriums betätigt, um ein weiteres Ansteigen des Flüssigmetallpegels zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

eingeschaltet ist, deren Meßelement am Eingang Patentansprüche: des Meßverstärkers (10) liegt. 5. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren

1. Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeits- der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

pegels in einem teilweise mit Gas gefüllten Behäl- 5 daß ein Ruhekontakt (48) des dem obersten Meßter und einer meßbaren Temperaturdifferenz zwi- element (7) zugeordneten Relais (31) beim Ansehen Flüssigkeit und Gas, wobei in dem Behälter steigen der Flüssigkeit bis zu diesem Meßelement

mehrere Thermoelemente in vorbestimmten verti- öffnet und dadurch Mittel zum Absenken des

kalen Abständen so angeordnet sind, daß ein Flüssigkeitsspiegels betätigt werden.

Thermoelement die Temperatur der Flüssigkeit io

und ein anderes Thermoelement die Temperatur

des Gases mißt und die Thermoelemente durch

eine Auswahlschaltung so geschaltet sind, daß je- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Mes-

weils das dem Flüssigkeitspegel im Gasraum am sen eines Flüssigkeitspegels in einem teilweise mit nächsten liegende Thermoelement (Meßelement) i₅ Gas gefüllten Behälter und einer meßbaren Tempera- und ein anderes in die Flüssigkeit eingetauchtes turdifferenz zwischen Flüssigkeit und Gas, wobei in Thermoelement (Bezugselement) eine Differenz- dem Behälter mehrere Thermoelemente in vorbespannung bilden, wobei die durch Bezugselement stimmten vertikalen Abständen so angeordnet sind, und Meßelement erzeugte und durch einen Meß- daß ein Thermoelement die Temperatur der Flüssigverstärker verstärkte Differenzspannung einem 20 keit und ein anderes Thermoelement die Temperatur Schaltverstärker zugeführt und mit dessen Aus- des Gases mißt und die Thermoelemente durch eine gangsgröße ein Schrittschaltwerk zur Auswahl Auswahlschaltung so geschaltet sind, daß jeweils das vorbestimmter Thermoelemente betätigt wird, dem Flüssigkeitspegel am nächsten liegende Therdadurch gekennzeichnet, daß ein Relais moelement (Meßelement) und ein anderes in die (12) bei Differenzspannung Null zwischen Bezugs- 25 Flüssigkeit eingetauchtes Thermoelement (Bezugseleelement(2) und Meßelement an Spannung liegt _ment) eine Differenzspannung bilden, wobei die und mit einem Kontakt (14) des Relais (12) einen durch Bezugselement und Meßelement erzeugte und Impulsgeber (13) einschaltet und dadurch die Er- durch einen Meßverstärker verstärkte Differenzspanregerspule (16) des Schrittschaltwerkes (15) mit nung einem Schaltverstärker zugeführt und mit desSteuerimpulsen beaufschlagt und nacheinander 30 sen Ausgangsgröße ein Schrittschaltwerk zur Ausüber die Kontakte (17 bis 23) des Schrittschalt- _wahl vorbestimmter Thermoelemente betätigt wird, werkes die Steuerrelais (25 bis 32) erregt und Füllstandsmessungen finden in allen Bereichen der

durch diesen zugeordnete Kontakte (33 bis 38) Verfahrenstechnik Anwendung und sind unerläßliche das im Gasraum dem Flüssigkeitspegel am nach- Voraussetzung für einen störungsfreien Betriebssten liegende Meßelement zusammen mit dem Be- ₃₅ ablauf technischer Anlagen. Dabei werden infolge zugselement (2) auf den Eingang des Meßverstär- unterschiedlicher Betriebsbedingungen und Stoffeikers (10) schaltet. genschaften des zu überwachenden Mediums vielfäl-

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch tige Anforderungen an Meßeinrichtungen der gegekennzeichnet, daß die positiven Schenkel der nannten Art gestellt. So werden z. B. in wärmetechni-Thermoelemente miteinander verbunden und/ ₄₀ sehen Einrichtungen als Wärmetransportmittel insbe- oder geerdet sind, der negative Schenkel des Be- sondere bei hohen Leistungsdichten in zunehmendem zugselementes (2) direkt und die negativen Sehen- Maße Flüssigmetalle, wie z. B. Natrium, verwendet, kel der Meßelemente über je einen Arbeitskon- Kreisläufe dieser Art müssen wegen des hohen chetakt (33 bis 38) der Steuerrelais (25 bis 32) zeit- mischen Reaktionsvermögens der Flüssigmetalle mit lieh nacheinander auf den Eingang des Meßver- _4S einer Schutzgasatmosphäre ζ. B. Argon gesichert werstärkers geschaltet werden, wobei in die Leitung den.

des Meßelementes (3) parallel zu dem Arbeits- D_er Einbau und Betrieb von Meßeinrichtungen in

kontakt (34) ein Arbeitskontakt (33) geschaltet _soi_che Kreisläufe ist mit erheblichen Schwierigkeiten

'^st· verbunden und erfordert besondere Maßnahmen. Das

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, da- _5o gilt insbesondere auch für Füllstandsmessungen, weil durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspan- hier ein empfindlicher Detektor bei Temperaturen nung des Meßverstärkers (10) mit einem Milli- von etwa 400 bis 800° C in einem aggressiven Mevoltmeter (45) mit in Skalenmitte liegendem Null- diuni während längerer Zeit ohne Wartung einwandpunkt gemessen wird und bei negativem Zeiger- frei arbeiten soll und dabei weitgehend unempfindausschlag infolge Absinkens des Flüssigkeitspe- 55 Hch gegen Temperaturschocks und Druckschwankungels über einen Minimalkontakt (46) des Milli- gen sein muß.

voltmeters (45) das Schrittschaltwerk (15) in Es ist eine Vorrichtung zum Anzeigen des Flüssigseine Ausgangsstellung steuert. keitspegels in einem Behälter bekannt, mit der das

4. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren Temperaturprofil an einer Behälterwand mit mehre-(Jcr Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 60 ren Thermoelementen gemessen wird, deren Schenkel daß jedem Thermoelement eine Signallampe zu- einseitig über als Schleifdraht ausgebildete Widergeordnet ist und die Signallampe (39) dos Bezugs- stände miteinander verbunden sind. Über zwei Schlcielementes (2) über eine Kombination vein Ar- fei wird die Differenzspannung zweier vertikal bebeitskontakten ständig an Spannung gelegt ist, nachbartsr Thermoelemente einem Verstärker zugewährend die Signallampen (40 bis 44) der Meß- 65 führt, mit dessen Ausgangsspannung ein Stellmotor elemente abgeschaltet sind und jeweils nur die Si- beaufschlagt wird, der die Schleifer so verstellt, daß gnallampe über einen Arbeitskontakt der vom dieses Ausgangssignal gegen Null geht. Schrittschaltwerk gesteuerten Relais (25 bis 30) Bei einer anderen bekannten Einrichtung zum