DE2224166A1

DE2224166A1 - Einrichtung zum Anzeigen einer möglichen Vereisung

Info

Publication number: DE2224166A1
Application number: DE19722224166
Authority: DE
Inventors: John Anderson Penicuik Midlothian Irvine (Grossbritannien)
Original assignee: Findlay Irvine Ltd
Current assignee: Findlay Irvine Ltd
Priority date: 1971-05-20
Filing date: 1972-05-18
Publication date: 1972-11-30
Also published as: US3782130A; GB1320251A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Relabel
Dipl-jag. Woligong Roicliel

6 Fiankiuri a. M. 1

Parksiraße 13 7068

FINDLAY, IRVINE LIMITED, Penicuik, Midlothian, Schottland

Einrichtung zum Anzeigen einer möglichen Vereisung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Anzeigen einer möglichen Vereisung. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Einrichtung, die anzeigt, daß sich eine Lösung nahe bei ihrer Gefriertemperatur befindet. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise in der GB-PS 1 185 827 und in der GB-PS 1 228 889 beschrieben. Die Erfindung findet zwar nicht ausschließlich, jedoch insbesondere bei Start- und Landebahnen für Flugzeuge und andere Oberflächen Anwendung, die mit Chemikalien, beispielsweise Urea oder Konsin, besprüht werden, um die Gefriertemperatur des Oberflächenwassers herabzusetzen.

Diese Chemikalien, die in Abhängigkeit von ihrer Konzentration die Gefriertemperatur von V/asser herabsetzen, haben keinen großen Einfluß auf die Leitfähigkeit des Wassers, wie es beispielsweise bei der Zugabe von Salz der Fall ist. Bei der Verwendung von derartigen Chemikalien ist es daher nicht ohne weiteres möglich, die tatsächliche Konzentration der Chemikalien auf der Oberfläche anzugeben. Es ist daher üblich, die Rollbahnen wiederholt mit hinreichenden Mengen der Chemikalien zu besprühen, um die maximal mögliche Herabsetzung der Gefriertemperatur sicherzustellen. Eine derartige Vorgehensweise ist zwar im Hinblick auf die Sicherheit erwünscht, jedoch mit hohen Kosten und unter Umständen mit schädlichen Einwirkungen auf die Umwelt

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Eine Einrichtung zum Anzeigen einer möglichen Vereisung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde an die komplementären Eingänge eines ersten Differentialverstärkers angeschlossen sind, daß eine erste und eine zweite Temperaturfühlerschaltung an die komplementären Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers angeschlossen sind, daß eine der ersten Leitfähigkeitssonde und der ersten Temperaturfühlerschaltung zugeordnete Kühlanlage an den Ausgang des einen Differentialverstärkers angeschlossen ist, wobei diese Anordnung derart getroffen ist, daß die Kühlanlage unter der Steuerung des betreffenden Differentialverstärkers die erste Leitfähigkeitssonde und die erste Temperaturfühlerschaltung kühlt, und daß der andere Differentialverstärker an seinem Ausgang eine Anzeige über die mögliche Vereisung liefert.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde an die komplementären Eingänge eines ersten Differentialverstärkers angeschlossen sind, daß eine erste und eine zweite Temperaturfühlerschaltung an die komplementären Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers angeschlossen sind, daß eine der ersten Leitfähigkeitssonde und der ersten Temperaturfühlerschaltung zugeordnete Kühlanlage an den Ausgang des zweiten Differentialverstärkers angeschlossen ist, wobei diese Anordnung derart getroffen ist, daß die Kühlanlage unter der Steuerung des zweiten Differentialverstärkers die erste Leitfähigkeitssonde und die erste Temperaturfühlerschaltung in einer solchen Weise kühlt, daß die erste Leitfähigkeitssonde und die erste Temperaturfühlerschaltung auf einer vorgegebenen Temperatur unter der Temperatur der zweiten Temperaturfühlerschaltung gehalten werden, und daß der erste Differentialverstärker an seinem Ausgang eine Anzeige über die mögliche Vereisung liefert. Bei dieser Ausführungsform zeigt der erste Differentialverstärker eine Gefriergefahr an, wenn die Leitfähigkeit der zweiten Leitfähigkeitssonde hoch ist, was das Vorhandensein von Wasser bedeutet, und wenn die Leitfähigkeit der ersten Leitfähigkeitssonde gering ist,

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was bedeutet, daß das Wasser bei der vorgegebenen Temperatur unter der Temperatur der zweiten Temperaturfühlerschaltung gefroren ist.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde an die komplementären Eingänge eines ersten Differentialverstärkers abgeschlossen sind, daß eine erste und eine zweite Temperaturfühlerschaltung an die komplementären Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers angeschlossen sind, daß eine der ersten Leitfähigkeitssonde und der ersten Temperaturfühlerschaltung zugeordnete Kühlanlage an den Ausgang des ersten Differentialverstärkers angeschlossen ist, wobei diese Anordnung derart getroffen ist, daß die Kühlanlage unter der Steuerung des Ausgangssignals des ersten Differentialverstärkers die erste Leit·» fähigkeitssonde und die erste Temperaturfühlerschaltung in einer solchen Weise kühlt, daß die erste Leitfähigkeitssonde und die erste Temperaturfühlerschaltung auf dem Gefrierpunkt einer Lösung gehalten werden, in die diese Teile eingetaucht sind, und daß der zweite Differentialverstärker an seinem Ausgang eine Anzeige über die mögliche Vereisung liefert» Bei dieser' Ausführungsform kann der zweite Differentialverstärker beispielsweise anzeigen, um wieviel Grad sich die Umgebungstemperatur der Oberfläche über der Gefriertemperatur der auf der Oberfläch© vorhandenen Lösung befindet.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist mit einer Ubersteuerschaltung ausgerüstet, die die Anzeigeeinrichtung außer Betrieb setzt, wenn die Oberflächentemperatur über einem vorgegebenem absoluten Temperaturwert liegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfiactaag werden aa Hand von Figuren beschrieben.

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Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtung.

Die Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßeri Ausführungsbeispiels .

Bei dem Blockschaltbild nach der Fig. 1 sind zwei Differentialverstärker 10 und 11 mit ihren komplementären Eingängen in zwei voneinander getrennten Flächenbereichen 12 und 13 einer Start- und Landebahn angeschlossen. Eine Kühlmaschine 19 ist über eine Rohrleitung, in der sich ein Kühlmittel befindet, mit einem Verdampfer 18 und einer Zirkulationspumpe 20 verbunden. Der Verdampfer 18 ist derart angeordnet, daß er den Bahnflächenbereich 12 kühlt. Die Zirkulationspumpe 20 wird von dem Ausgangssignal des Differentialverstärkers 11 angesteuert. Der Ausgang des Differentialverstärkers 10 ist mit einem Anzeigegerät 21 verbunden.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung stellen die Kreise 1 4 und 15 eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde dar und der Differentialverstärker 10 bildet den ersten Differentialverstärker. Die Kreise 16 und 17 stellen in diesem Fall einen ersten und einen zweiten Temperaturfühler dar und der Differentialverstärker 11 bildet den zweiten Differentialverstärker, Bei dieser Ausführungsform ist der Differentialverstärker 11 derart vorgespannt, daß" er, wenn die Temperatur des Temperaturfühlers 16 nicht um eine vorgegebene Temperatur unter der Temperatur des Temperaturfühlers 17 liegt, ein Ausgangssignal mit der Bedeutung "Keine Temperatürdifferenz" abgibt. Durch an sich bekannte Mitkopplungseinrichtungen wird erreicht, daß das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 11 vom Aus-Zustand ind den Ein-Zustand und umgekehrt äußerst schnell übergeht, wenn die tatsächliche Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturfühlern 16 und 17 den vorgegebenen Temperaturdifferenzwert durchschneidet. Die gesamte Anordnung ist derart getroffen, daß das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 11 die Pumpe 20 einschaltet, wenn der Temperaturfühler 16 wärmer ist als die

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vorgegebene, auf den Temperaturfühler 17 bezogene Temperatur, und die Pumpe 20 ausschaltet, wenn der Temperaturfühler 16 kalter ist als die vorgegebene, auf den Temperaturfühler 17 bezogene Temperatur, Auf diese Weise wird der Flächenbereich 12 der Start- und Landebahn stets um einen vorgegebenen Temperaturwert unter der Temperatur des Flächenbereichs 13 gehalten. Der vorgegebene Temperaturwert liegt im allgemeinen in einem Bereich zwischen 2 und 5 ⁰C. Wenn an dem Flächenbereich 13 TemperaturSchwankungen auftreten, verändert sich somit in entsprechender Weise die Temperatur des Flächenbereichs 12, so daß die Temperatur des Flächenbereichs 12 stets um einen vorgegebenen Temperaturwert unter der Temperatur des Flächenbereichs 13 liegt. Der Flächenbereich 12 erreicht daher vor dem Flächenbereich 13 die Gefriertemperatur der Lösung auf der Start- und Landebahn. Da die Leitfähigkeit der gefrorenen Lösung um ein Mehrfaches geringer ist als die Leitfähigkeit der flüssigen Lösung, tritt am Ausgang des an die Leitfähigkeitssonden 14 und 15 angeschlossenen Differentialverstärkers 10 eine große Signalveränderung auf, wenn die Lösung in der Umgebung der Leitfähigkeitssonde 14 gefriert. Diese Veränderung im Ausgangssignal des Differentialverstärkers 10 veranlaßt, daß das Anzeigegerät 21 von einem Zustand "Keine Gefahr" in einen Zustand "Gefriergefahr" umschaltet. Die Anzeigeeinrichtung 21 kann aus zwei unterschiedlichen Lampen bestehen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungszweck können aber auch andere Einrichtungen vorgesehen sein. So ist es beispielsweise auch möglich, mit dem Ausgangssignal des Differentialverstärkers 10 direkt eine Einrichtung anzusteuern, die der Gefriergefahr entgegenwirkt. So kann man beispielsweise die Start- und Landebahn beheizen oder mit einem chemischen Mittel besprühen.

Wenn Gefriergefahr angezeigt wird, genügt es im allgemeinen, die Start- und Landebahn mit einer gewissen Menge eines Chemikals zu besprühen. Diese Besprühung stellt in den meisten Fällen ein sicheres Starten und Landen über einen größeren Zeitraum sicher. Falls die Temperatur weiter abfällt und dadurch eine höhere Konzentration des Chemikals erforderlich wird oder

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durch Regen die aufgesprühte Lösung zu stark verdünnt wird, gibt die beschriebene Vorrichtung rechtzeitig Warnsignale ab, so daß die Start- und Landebahn mit weiteren Chemikalien besprüht werden kann.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung stellen die Kreise 14 und 15 einen ersten und einen zweiten Temperaturfühler dar und der Differentialverstärker 10 bildet den zweiten Differentialverstärker. Die Kreise 16 und 17 stellen dann eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde dar und der Differentialverstärker 11 bildet den ersten Differentialverstärker. In diesem Fall ist der Differentialverstärker 11 derart ausgelegt, daß er die Pumpe 20 so lange einschaltet, bis die,Leitfähigkeit an der Leitfähigkeitssonde 16 unter die Leitfähigkeit an der Sonde 17 absinkt. Die Pumpe 20 bleibt dann abgeschaltet, bis sich die beiden Leitfähigkeiten einander näher kommen. Der Differentialverstärker 11 steuert somit die Gefrieranlage derart, daß der Flächenbereich 12 auf dem Gefrierpunkt der auf der Start- und Landebahn befindlichen Lösung gehalten wird.

Der an die Temperaturfühler 14 und 15 angeschlossene Differentialverstärker 10 liefert ein Ausgangssignal, das der Temperaturdifferenz zwischen den Flächenbereichen 12 und 13 proportional ist. Dieses Ausgangssignal wird von dem Anzeigegerät 21 angezeigt. Hierzu kann man eine in Temperaturgraden geeichte Skala benutzen. Man kann die Skala aber auch derart eichen, daß sie die erforderlichen Gewichtseinheiten des verwendeten Chemikals pro Flächeneinheit der Start- und Landebahn angibt. Im letzten Fall kann das Anzeigegerät mit weiteren Vergleichsschaltungen ausgerüstet sein, so daß die angezeigte Menge des Chemikals sowohl die Temperatur über der Gefriertemperatur der Lösung und die absolute Umgebungstemperatur berücksichtigt. Andererseits ist es möglich, wie bei der ersten Ausführungsform eine einfache Anzeigeeinrichtung mit den Angaben "Keine Gefahr¹¹ und "Gefriergefahr¹¹ vorzusehen.

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Es ist zweckmäßig, eine Übersteuerschaltung vorzusehen, die die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Einrichtung sperrt, wenn die Umgebungstemperatur beispielsweise über 5 ⁰C beträgt. Um bei trockener oder gefrorener Start- und Landebahn den Energieverbrauch der Kühlanlage herabzusetzen, ist es zweckmäßig bei der zweiten Ausführungsform eine Übersteuerung in einer solchen Weise vorzunehmen, daß die Einrichtung nur arbeitet, wenn die Leitfähigkeit der zweiten, nicht gekühlten Leitfähigkeitssonde hoch ist.

Um bei gefrorener Start- und Landebahn die Gefriergefahrwarnung aufrechtzuerhalten, kann man bei der ersten Ausführungsform eine dritte erwärmte Leitfähigkeitssonde verwenden, die der zweiten Leitfühigkeitssonde parallelgeschaltet ist. Die dritte Leitfähigkeitssonde soll außerhalb des thermischen Kontaktbereichs des Temperaturfühlers angeordnet sein und soll ein hohes Leitfähigkeitssignal liefern, solange Wasser oder Eis vorhanden ist.

Das in der Fig. 2 dargestellte Schaltbild zeigt im einzelnen ein praktisches Beispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltungsanordnung enthält eine Erdleitung 31 und eine positive Speiseleitung 32. Der Differentialverstärker 11 ist über Widerstände 33 an die Zwischenanzapfungen von zwei Spannungsteilerketten angeschlossen, die mit der Speise- und Erdleitung verbunden sind. Die eine Spannungsteilerkette enthält eine erste Temperaturfühlerschaltung mit einem Thermistor 35 und einem voreingestellten Potentiometer 36. Die andere Spannungsteilerkette enthält eine zweite Temperaturfühlerschaltung mit einem Thermistor 34. Der Ausgang der zweiten Temperaturfühlerschaltung ist ferner über einen weiteren Widerstand 33 an den Eingang eines Differentialverstärkers 37 angeschlossen, dessen komplementärer Eingang über einen Widerstand 33 mit einer Bezugspotentialschaltung verbunden ist, die ©in voreingestelltes Potentiometer 33 zum Einstellen des Bezugspotentials enthält.

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— O —

Mit dem einstellbaren Potentiometer 36 wird die Temperaturdifferenz, beispielsweise 2 ⁰C, eingestellt, bei der der Differentialverstärker 11 das Ausgangssignal "Keine Temperaturdifferenz" liefert. Mit dem Potentiometer 38 wird diejenige Temperatur, beispielsweise 5 ⁰C, eingestellt, bei der das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 37 das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 11 übersteuert. Die Ausgänge der Differentialverstärker 11 und 37 sind über Widerstände 39 sowie ein UND-Glied mit einer Diode 40 und einer Zenerdiode 41 an die Basis eines Transistors 42 angeschlossen. Wenn das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 37 abfällt, wird die Basis des Transistors 42 unabhängig von dem Wert des Ausgangssignals am Differentialverstärker 11 auf einem niedrigen Potential gehalten. Wenn hingegen das Ausgangssignal des Differentialverstarkers 37 ansteigt, folgt die Basis des Transistors 42 dem Ausgangssignal des Differentialverstarkers 11. In den Kollektorkreis des Transistors 42 ist ein Relais 43 geschaltet, das stromdurchflossen ist, wenn die Ausgangssignale von beiden Differentialverstärkern 11 und 37 potentialmäßig hoch sind. Das Relais 43 wird erregt, wenn die Temperaturdifferenz geringer als 2 ⁰C ist und die Oberflächentemperatur unter 5 ⁰C liegt. Bei erregtem Relais 43 sind die Relaiskontakte 44 geschlossen, um die Zirkulationspumpe 20 der Kühlanlage einzuschalten.

Der Differentialverstärker 10 ist über Widerstände 51 mit den Zwischenanzapfungen von zwei weiteren Spannungsteilerketten verbunden, die ebenfalls.zwischen der Speise- und der Erdleitung liegen. Die eine dieser Spannungsteilerketten enthält eine erste Leitfähigkeitssonde 45 und die andere eine zweite Leitfähigkeitssonde 46. Beide Spannungsteilerketten enthalten ein voreingestelltes Potentiometer 47, um die Anfangseinstellungen der Einrichtung vornehmen zu können. Der Ausgang des Differentialverstarkers 10 ist über einen Widerstand 52 an die Basis eines Transistors 48 angeschlossen, in dessen Kollektorkreis ein Relais 49 liegt. Das Ausgangssignal des Differentialverstarkers geht potentialmäßig in die Höhe, wenn die erste Leitfähigkeitssonde 45 eine wesentlich niedrigere Leitfähigkeit aufweist als die zweite Leitfähigkeitssonde 46. Wenn diese Bedingung vor-

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liegt, sind die Relaiskontakte 50 geschlossen, um das Signal "Gefahr" anzuzeigen.

Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung kann man in einfacher Weise derart abändern, daß sie der zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Zu diesem Zweck werden die Ausgänge der Differentialverstärker 10 und 11 vertauscht, so daß der Ausgang des Differentialverstärkers 10 an den Wider-* stand 39 und der Ausgang des Differentialverstärkers 11 an den Widerstand 52 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10 muß umgekehrt werden, damit die Kühlanlage derart gesteuert wird, daß die Leitfähigkeitssonde 45 auf der Gefriertemperatur gehalten wird. Diese Umkehr kann man dadurch erreichen, daß die komplementären Eingänge des Verstärkers 10 vertauscht werden. Eine derart abgeänderte Schaltungsanordnung hält die Leitfähigkeitssonde 45 auf der Gefriertemperatur der verwendeten Lösung und gibt ein Warnsignal ab, wenn die Temperafurfühlerschaltung 34 weniger als 2° wärmer als die Temperaturf Uhlerschaltung 35 ist.

Anstelle der herkömmlichen Kühlmaschine, die mit einem Kühlmittel betrieben wird, kann man ein Festkörperkühlelement verwenden.

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Claims

Patentansprüche

1.} Einrichtung zum Anzeigen einer möglichen Vereisung,

adurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Teile derart kombiniert sind, daß eine erste und eine zweite Leitfähigkeitssonde (45 und 46) an die komplementären Eingänge eines ersten Differentialverstärkers (10) angeschlossen sind, daß eine erste und eine zweite Temperatufühlerschaltung (35 und 34) an die komplementären Eingänge eines zweiten Differentialverstärkers (11) angeschlossen sind, daß eine der ersten Leitfähigkeitssonde (45) und der ersten Temperaturfühlerschaltung (35) zugeordnete Kühlanlage (18, 19 und 20) an den Ausgang des einen Differentialverstärkers (10 oder 11) angeschlossen ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die Kühlanlage (18, 19 und 20) unter der Steuerung des zugeordneten Differentialverstärkers (10 oder 11) die erste Leitfähigkeitssonde (45) und die erste Temperaturfühlerschaltung (35) kühlt, und daß der Ausgang des anderen Differentialverstärkers (11 oder 10) eine Anzeige über die mögliche Vereisung liefert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanlage (18, 19 und 20) an den zweiten Differentialverstärker (11) angeschlossen ist, um die erste Leitfähigkeitssonde (45) und die erste Temperaturfühlerschaltung (35) auf einer vorgegebenen Temperatur unter der Temperatur der zweiten Temperaturfühlerschaltung (34) zu halten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlanlage (18, 19 und 20) an den ersten Differentialverstärker (10) angeschlossen ist, um die erste Leitfähigkeitssonde (45) und die erste Temperaturfühlerschaltung (35) auf der Gefriertemperatur einer Lösung zu halten, in die diese Teile eingetaucht sind.

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4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differentialverstärker (11) an seinem Ausgang eine Anzeige liefert, die den Temperaturgraden zwischen der ersten und der zweiten Temperaturfühlerschaltung (35 und 34) entspricht.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Temperatur ansprechende Vorrichtung (37) die Anzeigeeinrichtung außer Betrieb setzt, wenn die Umgebungstemperatur über einem vorgegebenen Wert ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet ₉ daß die auf die Temperatur ansprechende Vorrichtimg die zweite Temperaturfühlerschaltung (34) und eine Bezugspotentialschaltung enthält und daß diese Schaltungen mit den komplementären Eingängen eines dritten Differentialverstärkers (37) verbunden sind, dessen Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal desjenigen Differentialverstärkers (10 oder 11), der die Kühlanlage ansteuert, derart torgesteuert ist, daß der die Kühlanlage ansteuernde Differentialverstärker (10 oder 11) die Kühlanlage (18, 19 und 20) nur einschalten kann, wenn die Umgebungstemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des die Vereisungsgefahr anzeigenden Differentialverstärkers (11 oder 10) mit einer Vorrichtung verbunden ist, die die Wahrscheinlichkeit einer Vereisung herabsetzt.

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