DE2027947A1 - Indicator for a fluid pipe line - for inductive flow measurement - and radioactive measurement of density - Google Patents

Description

• Zustandsanzeigevorrichtung Bei Messungen verschiedener Größen an in Rohrleitungen oder dergleichen fliessenden Flüssigkeiten ist es zumeist wichtig zu wissen, ob die Rohrleitung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist und ferner ob sich an der Innenwand der Rohrleitung ein Belag gebildet hat, unter Umständen auch wie dick dieser belag ist. beispielsweise tauchen solche Probleme bei der induktiven Durchflußmessung und bei Dichtemessung mittels Durchstrahlung der Rohrleitung (radioaktive Dichtemessung) auf, Im ersten Fall kann bei einer nicht vollständig gefüllten Rohrleitung ein falsches Meßergebnis zustandekommen, es kann auch bei vollständig leerer Rohrleitung infolge von elektrischen Einstreuungen ein Durchfluß vorgetäuscht werden, ferner kann bei der Bildung schlecht oder gar nicht isolierender beläge auf den Meßelektroden des Durchflußmessers das Meßresultat grob verfälscht werden.
• bei der Dichtemessung wiederum kann ein Belag an der Rohrinnenwand, besonders wenn er eine bestimmte Dicke überschreitet, das Meßergebnis gleichfalls -verfälschen0 Um diese Fehlerquellen auszuschalten, ist es wünschenswert, eine Anzeigevorrichtung für den Zustand der Rohrleitung zu haben, die Auskunft darüber gibt, ob die Rohrleitung vollständig gefüllt ist und andererseits ob sich ein Belag an der Rohrinnenwand gebildet hat bzwO wie dick dieser belag ist0 Das Wesen der Erfindung ist, durch Messung des Widerstandes zwischen einer in die Rohrleitung isoliert eingebrachten Elektrode und einem Referenzp1luk-t eine Information über den in der Rohrleitung herrschenden Zustand ab zuleiten. Als Referenzpunkt kann entweder eine zweite, ebenfalls isoliert in der Rohrwand eingebrachte Elektrode oder - bei Rohrleitungen aus leitendem Material -die Rohrleitung selbst verwendet werden. Die an die erwähnte erste Elektrode angeschlossene elektronische Anordnung wirkt entweder als Schaltverstärker, der beim Uber- oder Unterschreiten eines bestimmten Widerstandswertes ein Ausgangssignal abgibt oder es wird der Widerstandswert in eine proportionale elekJrische Gröfie umgesetzt, Eine solche Anordnung spricht an, wenn die Elektrode durch Absinken des Flüssigkeitsspiegels keinen Kontakt mehr mit der Flüssigkeit hat bzwO wenn sich ein so dicker Belag an der Elektrode gebildet hat, daß der eingestellte Grenzwiderstandswert überschritten wird0 Das Ausgangssignal der Anordnung kann dazu benutzt werden, um entweder die Zustandsveränderung anzuzeigen oder zum Auslösen die Zustandsänderung rückgängig machender Vorgänge (z.B0 automatische Elektrodenreinigung, verstellung von Ventilen etc.) bzwo zum Unterdrücken der ansonsten verursachten Fehler (zog0 Abschalten des Ausganges des Durchflußmesser-verstärkers)0 In Fig. 1 ist anhand eines Schaltschemas die Wirku-ngsweise der Erfindung bei bildung eines schlecht leitenden belages an der Elektrodenoberfläche skizziert Die Rohrleitung 1 ist aus isolierendem Material oder zumindestens mit einem solchen 12 ausgekleidet, eine isoliert angebrachte Elektrode 2 ist mit der Steuerelektrode 3 eines spannungsgesteuerten elektronischen Bauelementes (Z.B.
• Elektronenröhre, Feldeffekttransistor etc.) 4 verbunden.
• Ein Ableitwiderstand 5 ist einerseits mit der Elektrode 2 und andererseits mit einer Gleichspannungsquelle 6 verbunden, Mit dem anderen Pol der Spannungsquelle ist eine zwei te Elektrode 7 verbunden, die in einer bestimmten EDtfernung von der Elektrode 2 ebenfalls isoliert in der Rohrleitung angebracht ist. Diese Elektrode ist gleichzeitig mit dem Erdpunkt der elektronischen Schaltung 8 verbunden.
• Bei vollständig gefülltem Rohr und Abwesenheit eines Belages an den Elektroden ist der Widerstand zwischen beiden Elektroden nur durch den Flüssigkeitsinnenwiderstand gegeben, wobei vorausgesetzt ist, daß dieser Plüssigkeitsinnenwiderstand klein gegenüber dem Ableitwiderstand ist.
• In diesem Fall ist das Potential der Elektrode 2 und damit der SteueXiektrode des elektronischen Bauteiles praktisch gleich dem ullpotential, bei Entleerung des Gebers oder bei derartigem Absinken des Flüssigkeitsspiegels, daß eine der beiden Elektroden nicht mehr von Flüssigkeit bedeckt ist sowie bei Bildung einer völlig isolierenden Schicht auf einer oder beiden Elektroden ändert sich die Spannung an der Steuerelektrode von 0 zu U0 Bei allmählichem Aufbau einer schlecht isolierenden Schicht wird sich der Widerstand zwischen beiden Elektroden allmählich erhöhen, so daß das Potenttial der Elektrode 2 allmählich von 0 in Richtung U wandert, Da das bauelement spannungsgesteuert ist, bewirkt die Spannungsänderung an seiner Steuerelektrode eine entsprechende Änderung der Ausgangsgröße des Bauelementes0 Diese snderung kann benutzt werden, um direkt ein Schaltelement bei ÜMer- oder Unterschreiten eines bestimmten Wertes dieser Ausgangsgröße zu schalten,oder es kann diese Anderung auch derart verstärkt werden, daß ein lineares Maß für die Widerstandsänderung resultiert0 Eine solche Anordnung kann nit einer Meßanordnung für eine bestimmte Größe (z0B. Durchfluß) derart kombiniert werden, daß eine oder beide Elektroden der Anzeigevorrichtung für den Zustand der Rohrleitung identisch mit Elektroden der Meßvorrichtung sind.
• Nach Fig.2 kann bei induktiven Durchflußmessern beispielsweise die Elektrode 2 identisch mit einer Meßelektrode des induktiven Durchfiußmessers sein, Das Sullpotential ist entweder identisch mit dem Potential der Rohrleitung oder es wird mittels spezieller Elektroden 7 oder andere Erdungsvorrichtungen in bekannter Weise auf die Flüssigkeit an einem oder mehreren Punkten der Rohrleitung übertragen0 Bei der Ablichen Montage eines solchen Durehflußmessers mit waagerechter Elektrodenachse 10 wird dabei eine Anderung des Füllgrades der Rohrleitung nur dann angezeigt, wenn die Meßelektroden nicht mehr von Flüssigkeit bedeckt sind, doh. also, wenn die Rohrleitung nur zur Hälfte oder noch weniger gefüllt ist0 Dies kann dadurch vermieden werden, daß der Durchflußmesser derart montiert wird, daß die Elektrodenachse 10 vertikal verläuft oder es kann für die Zustandsanzeigevorrichtung eine getrennte um 9o0 zu den Meßelektroden versetzte Elektrode benutzt werden.
• Die Wahl des Ableitwiderstandes 5 bestimmt in verbindung mit der Ansprechschwelle bzwo verstärkung der nachgeschalteten elektronischen Schaltung das Ansprechverhalten der ganzen Anordnung0 Dementsprechend kann durch die Wahl dieses Widerstandes das verhalten der Anordnung den unterschiedlichen Anwendungsproblemen angepaßt werden (Leitfähigkeit der Plüssigkeit, Leitfähigkeit des Belages, Entfernung zur Referenzelektrode usw)0 Es kann bei Wahl eines zu hohen Widerstandswertes z.X0 vorkommen, daß erst nach einer allmåhlichen Ab trocknung eines verbleibenden Flüssigkeitsfilmes an der Innenwand des Rohres bei Leerlaufen desselben ein Ansprechen erfolgt, so daß unter Umständen zu große verzögerungen auftretend Andererseits ist bei bestimmten Meßproblemen (im speziellen bei induktiven Durchfiußmessern) ein hoher Eingangswiderstand der den Meßelektroden nachgeordneten elektronischen Schaltung wesentlich0 Der Eingangswiderstand der Anzeigevorrichtung kann für mit Wechselspannung arbeitende induktive Durchflußmesser dadurch erhöht werden, daß mittels geeigneter Rückkopplungsmaßnahmen ohne Veränderung des Gleichspannungswiderstandes der Wechselspannungswiderstand stark heraufgesetzt wird.
• Eine solche Anordnung zeigt Fig. 3, der Ableitwiderstand ist hier in zwei Widerstände 5a und 5b aufgeteilt, deren gemeinsamer verbindungspunkt mit dem Ausgang eines an die Elektrode 2 angeschlossenen Wechselspannungsverstärkers angeschlossen ist. Die verstärkung des verstärkers 11 liegt nahe bei 1, so daß der Fußpunkt des Widerstandes 5a mit der Eingangsspannung mitgeführt wird ("bootstrap"-Schaltung)0 Wenn die verstärkung exakt 1 wäre, so würde sich ein unendlicher Wechselspannungseingangswiderstand ergeben, ist die verstärkung kleiner 1, so ergibt sich eine je nach Annäherung an den Idealwert 1 kleinere oder größere Erhöhung des WechselspannungseingangswiderstandesO Auf diese Weise kann die Höhe des Wechselspannungseingangswiderstandes praktisch unabhängig von der Größe des durch den Einsatzfall erforderlichen Gleichspannungsableitwider standes 5a und 5b gewählt werden.
• Fig0 4 zeigt die Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung für einen induktiven Durchflußmesser0 In einem Rohr 1 mit isolierender Auskleidung i2 sind twei Elektroden eingebracht, wovon die eine 13 mit der leitenden Rohraußenwand in verbindung steht, während die andere 2 isoliert in der Rohrleitung montiert ist. Die Elektrode-2 ist einerseits mit der Steuerelektrode 3 eines Feldeffekttransistors 4 und andererseits mit dem Eingang eines 1:1 verstärkers 11 verbunden. Ferner ist die Elektrode 2 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 5a, Sb mit einem negativen Potential 6 bzw. -U in verbindung. An das gleiche Potential ist über einen weiteren Widerstand 14 die Source-Elektrode 15 des Feldeffekttransistoi;s angeschlossen, während die Drain-Elektrode 16 über die Spule 17 eines Relais mit einem positiven Potential 18 bzw. +U in Verbindung steht.
• Der Mittelpunkt der beiden Widerstände 5a, 5b ist mit dem Ausgang des 1:1 verstärkers in Verbindung0 Der Gleichspannungsaingangswiderstand der Schaltung ist somit' durch die Summe der Widerstände 5a und 5b gegeben, während der Wechselspannungseingangswiderstand wesentlich höher ist und durch den genauen Verstärkungsfaktor des 1:1 verstärkers definiert wird0 bei gefülltem Rohr und fehlender Ablagerung an den Elektroden ist die Elektrode 2 praktisch auf Nullpotential, so daß der Feldeffekttransistor über den Widerstand trog zieht, der gleiche Strom fließt durch die Er-1? regerspuleßes Relais, so daß dieses anspricht. Bei Leerlaufen des Gebers erhöht sich der Widerstand zwischen den beiden Elektroden sehr stark und die Spannung an der Elektrode 2 sinkt bis auf -U0 Demgemäß reduziert sich der Strom des Peldeffekttransistors auf nahe 0 und das Relais fällt abO An die Kontakte des Relais können Anzeigevorrichtungen 20 oder die Steuerstromkreise von Stellvorrichtungen uOäO angeschlossen werden.

Claims (1)

1. PatenXansprüche

   vorrichtung zum Messen des Zustandes einer Flüssigkeits-Rohrleitung, gekennzeichnet durch eine gegenüber der Rohrleitung isolierte, mit der Flflssigkeit in Kontakt stehende Elektrode und einen Referenzpunkt (ZweitelektrodYCohrleitung) sowie eine Meßvorrichtung für den jeweiligen Widerstand zwischen Elektrode und Referenzpunkt, deren Meßwert als Anzeige- oder Auslöseinformation für Korrekturvorgänge dient.

   2o vorrichtung zur Anzeige des Zustandes einer Flüssigkeits-Rohrleitung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit der Flüssigkeit in Kontakt stehende Elektrode (2) isoliert in die Rohrleitung montiert ist, daß diese Elektrode mit der Steuerelektrode (3) eines spannungsgesteuerten elektronischen Bauelementes (4) verbunden ist, daß die Elektrode ferner über mindestens einen Widerstand &Ableitwiderstand) (5) mit einem Pol einer Spannungs-oder Stromquelle (6) in Verbindung steht, daß der zweite Pol der erwähnten Spannungs- oder Stromquelle ebenfalls mit der Plüssigkeit in Verbindung steht (Referenzpotential) (7), wobei die durch eine Änderung des Widerstandes zwischen der erwähnten Elektrode (2) und dem Referenzpotential (7) bewirkte Potentialänderung an der erwähnten Steuc-elektrode des elektronischen Bauelementes (4) die Ausgangsgröße dieses bauelementes verändert und daß diese Anderung der Ausgangsgröße als Maß für die Änderung des Zustandes (Füll'ungsgrad, Absetzungen) in der Rohrleitung dient, 3 e vorrichtung nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeich i net, daß das elektronische Bauelement ein Feldeffekttransistor ist und daß als Steuerelektrode die Gateelektrode dient.

   4o vorrichtung nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzpotential auf die Blüssigkeit mittels einer oder mehreren Elektroden übertragen wird.

   5. vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung zumindest in einiger Entfernung von der Elektrode nicht isoliert ist und daß das Referenzpotential mit diesem (nicht isolierten) Teil der Rohrleitung in verbindung steht.

   6o vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode gleichzeitig eine der Meßelektroden eines induktiven Durchflußmessers ist0 7o vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in solcher Höhe über dem Grund der Rohrleitung montiert ist, daß sich bei einer durch die Lage der Elektrode bestimmten Teilfüllung des Rohres ein Ansprechen ergibt, 8o vorrichtung nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitwiderstand so gewählt ist, daß die Anordnung bei Erreichen einer bestimmten Dicke einer Ablagerung an der Rohrinnenwand anspricht.

   9. vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode gleichzeitig mit einer Impedanzwandler-verstärkerstufe mit einer Verstärkung nahe-oder gleich 1 verbunden ist, daß der Ableitwiderstand in mindestens zwei Widerstände aufgeteilt ist und daß das Ausgangssignal der erwähnten Verstärkerstufe zwecks Erhöhung des Wechselspannungswiderstandes an dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände eingekoppelt wird.

   10. vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die dem spannungsgesteuerten elektronischen Bauelement nachgeschaltete Stufe erst bei einem bestimmten Wert der Ausgangsgröße des Mauelementes auspricht, 11. vorrichtung nach Anspruch 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die dem spannungsgesteuerten elektronischen Bauelement nachgeschalteten Stufen so ausgebildet sind, daß deren Ausgangsgröße eine bestimmte (z.B.

   lineare) Funktion der Zustandsänderung in der Rohrleitung ist0