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Vorrichtung zur Niveaumessung von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Niveaumessung von Flüssigkeiten, mit einer ein Magnetfeld in
der Flüssigkeit erzeugenden Einrichtung und-mit zwei Meßelektroden, die ein in der
Flüssigkeit vorhandenes elektrisches Feld mit vertikaler Komponente erfassen.
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Derartige nach elektrischen und magnetischen Prinzipien arbeitende
Vorrichtungen haben den Vorteil, daß Niveaumessungen im wesentlichen ohne störende
mechanische Teile durchgeführt erden. Dies ist insbesondere bei der Messung an strömenden
Flüssigkeiten von Bedeutung, bei denen stets die Gefahr einer Beschädigung und Verschmutzung
von solchen Teilen der Meßapparatur besteht, die unmittelbar mit der Flüssigkeit
in Berührung kommen. Das Prinzip der genannten Meßvorrichtungen beruht auf dem zweiten
Maxwell'schen Gesetz. In der Flüssigkeit wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien
mit mindestens einer Komponente in Strömungsrichtung der Flüssigkeit verlaufen Erzeugbman
in der Flüssigkeit eine Leiterschleife, deren Fläche in einer Querschnittsebene
des Flüssigkeitskanales liegt, dann ist die an dieser Leiterschleife abnehmbam MeBspannung
1.
proportional der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche, und 2. proportional
der in Strömungsrichtung weisenden Komponente der magnetischen Flußdichte.
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Die gesamte Neßapparatur kann man sich als einen Transformator vorstellen,
dessen Primärwicklung um die Flüssigkeit herumgelegt ist, während die Sekundärwicklung
aus einer im Innern der Flüssigkeit angeordneten Leiterschleife besteht.
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Die in der Flüssigkeit zu erzeugende Leiterschleife wird durch die
Flüssigkeit selbst gebildet, indem in der FlUssigkeit zwei Elektroden in unterschiedlichen
Höhen positioniert werden, die in Verbindung mit der von der oberen Elektrode ausgehenden
Vertikalen ein Dreieck bilden. Diese Dreiecksfläche kann man sich als diejenige
Fläche vorstellen, in der der MagnetClu3 wirksam ist. Dabei ist die untere E.lektrode
seitlich gegenüber der oberen Elektrode versetzt angeordnet, um die Fläche hinreichend
groß zu machen.
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Soll das Niveau einer in einem offenen Gerinne strömenden Flüssiglceit
gemessen werden, wie dies beispielsweise bei einem Abwassergerinne erforderlich
ist, dann wird die untere Elektrode normalerweise in den Boden des Gerinnes eingesetzt,
während die obere Elektrode so angeordnet sein muß, daß sie gerade mit der Oberflache
der strömenden Plüssigkeit in Berührung steht. Dies bedeutet eine gewisse SchwierigReit,
weil die obere Elektrode sogs führt werden muß, daß sie sich dem jeweiligen Flüssigkeitsstand
anpaßt. Bekannte Geräte arbeiten so, daß die obere Elektrode an einer Kolben-Zylindereinheit
befestigt ist, die die
Elektrode in bestimmten Zeitabständen hochfährt
und bis auf die Wasseroberfläche absenkt. Die Messung wird der intervallmaßig durchgeführt,
wobei die Zeitintervalle so gewählt sind, daß praktisch jede Veränderung des Flüssigkeitsniveaus
erfaßt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verbindung der Flüssigkeitsoberfläche
mit der oberen Elektrode zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
nur eine der Meßelektroden unterhalb des FlüssigReitsspiegels angeordnet ist, und
daß die andere Meßelektrode oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befestigt und über
einen durchgehenden freien Flüssigkeitsstrahl elektrisch mit dem Flüssigkeitsspiegel
verbunden ist.
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Nach der Erfindung erzeugt man einen Fl'ussigkeitsstrahl zwischen
der oberen Elektrode und Plüssigkeitsoberfläche, der für eine durchgehende Verbindung
sorgt, deren Lunge sich selbsttätig dem jeweiligen Abstand zwischen Elektrode und
Flüssigkeitsoberfläche anpaßt.
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Ein wesentlicher Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß keinerlei
bewegliche Teile mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, und daß insbesondere keine
Teile durch Gegenstände beschädigt werden können, die auf der Oberfläche der Flüssigkeit
treiben.
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Das Prinzip der Erfindung kann auch bei solchen Einrichtungen angewandt
werden, die neben oder außer einer Niveaumessung eine Abflußmessung vornehmen. Bei
derartigen Geräten wird in
der strömenden Flüssigkeit ein Magnetfeld
erzeugt, das eine Komponente quer zur Strömungsrichtung aufweist.
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Das in diesem Magnetfeld bewegte strömende Medium erzeugt an den in
unterschiedlichen Höhen angeordneten Elektroden eine Spannung, die der Strömungsgeschwindig
keit proportional ist. Wenn die obere Elektrode nach der Erfindung dabei huber einen
Wasserstrahl mit der Wasseroberfläche verbunden ist, dann ergibt sich ebenfalls
der Vorteil, daß keine in das Wasser eintauchenden mechanischen Teile vorhanden
sind.
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Für die Erzeugung des Flüssigkeitsstrahles gibt es grundsätzlich zwei
verschiedene Möglichkeiten. Die e eine besteht darin, daß der freie FlUssigkeitsstrahl
aus einer Uber dem Flüssigkeitsspiegel angeordneten Auslauföffnung durch Schwerkraftwirkung
ausläuft, also einen zusammenhängenden herabfallenden Strahl bildet, während bei
der anderen Möglichkeit der Wasserstrahl aus einer über den Wasserspiegel aufsteigenden
rontäne besteht, die gegen eine Meßelektrode gerichtet ist.
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Im Einzelfall Icann jede dieser beiden Möglichkeiten besondere Vorteile
haben. Die Erzeugung eines herabfallenden Wasserstrahles ist an sich ziemlich einfach,
jedoch besteht eine Schwierigkeit darin, diesen Wasserstrahl gegen das benötigte
nachlaufende Wasser bzw. gegen die Speisequelle elektrisch zu isolieren. Bei der
aufsteigenden Fontäne bereitet achs Isolierungsproblem überhaupt keine Schwierigkeiten,
jedoch benötigt man einen Druckerzeuger zum Aufbau der Fontäne.
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In Jedem Fall ist es möglich, die den Strahl bildende Flüssigkeit
aus der Strömungsflüssigkeit zu entnehmen, so daß keine besonderen Flüssigkeitsreservoirs
oder Zuleitungen benctigt werden.
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Bei Einsatz eines herabfallenden Wasserstrahles erfolgt die Isolierung
des Wasserstrahles gegenüber der Speisequelle vorzugsweise dadurch, daß der Behälter
einen Tetstäuber, beispielsweise in Form einer rotierenden Schleuderplatte enthält,
dem die einlaufende Flüssigkeit zugeführt wird, und daß im Anschluß an die Zerstäubung
eine Samr.lung der Flüssigkeit am Behälterboden erfolg.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figuren 1 und 2 zeigen das Prinzip der Niveaumessung an einem oder
offenen Gerinne anhand unterschiedlicher Flüssigkeitsstände, und Fig. 3 zeigt schematisch
den Aufbau einer Vorrichtung zur Niveaumessung.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein oben offenes Gerinne 10 mit rechteckigem
Querschnitt dargestellt, in dem beispielsweise Abwässer strömen. Die Abwasseroberfläche
ist im Fall von Fig. 1 (hoher Abwasserstand) mit 11 und im Fall von Fig. 2 (niedriger
AbW;asserstand) mit 12 bezeichnet. In dem Gerinne 10 wird ein Magnetfluß erzeugt,
der mindestens mit einer Komponente in Strömungsrichtung des Abwassers bzw. in Gegenrichtung
weist. Das Magnetfeld B
kann auf unterschiedliche Weise erzeugt
werden. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß eine I)rahtschleife 13 aus einer
oder mehreren Windungen um das Gerinne herumgelegt und mit den Enden 14, 15 an eine
Wechselstromquelle angeschlossen ist. Der die Drahtschleife 13 durchfließende Strom
erzeugt in Innern der Schleife und damit im Innen des Gerinnes, dessen Wände keine
magnetische Abschirmung darstellen, ein magnetisches Wechselfeld, das seinerseits
im Innern der Flüssigkeit ein elektrisches Feld erzeugt.
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Am Boden des Gerinnes 10 ist eine mit der Flüssigkeit in Berührung
stehende untere Elektrode 15 angebracht, während die Gegenelektrode 16 aus einem
oberhalb des höchstmöglichen Abwasserstandes 11 angeordneten Rohrstück 16 o.dgl.
besteht.
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Die Elektroden, von denen die untere Elektrode 15 - im Querschnitt
des Gerinnes gesehen - gegenüber der oberen Elektrode 16 seitlich versetzt angeordnet
ist, sind über Leitungen 18,19 mit dem hochohmigen Eingang eines Spannungsmessers
20 verbunden. Die Leitungen 18 und 19 sind vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der
Wandungen des Gerinnes 10 verlegt.
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Von der oberen Elektrode 16 läuft ein stindig oder in Intervallen
fließender Wasserstrahl 21 in das Gerinne hinein.
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Der Auftreffpunkt des Wasserstrahles 21 auf die Oberfläche 11 ist
mit 22 bezeichnet.
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Die Leitungen 18, 19 bilden in Verbiradung mit dem Wasserstrahl 21
und einer Linie, die zwischen dem Auftreffpunkt 22 und der unteren Elektrode 17
verläuft, eine Fläche 23, die in Figuren 1 und 2 durch Schraffierung kenntlich gemacht
ist. In der diese Fläche umschließenden Schleife wird eine von der Stärke des Magnetfeldes
B abhängige Spaltung induziert,
die am Spannungsmesser 20 zur Anzeige
gebracht wirct.
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Diese Spannung ist von der Größe der Fläche 25 abhängig.
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Da aie Größe der Fläche 25 aber andererseits proportional der Höhe
h des Abwasserstandes 11 über deu Boden des. Gerinnes ist, ist die Anzeige des Spannungsmessers
20 ein Maß für die Höhe h.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Fläche 23 bei hohem Abwasserstand
groß ist, während sie, wie aus Fig. 2 hervorgeht, bei niedrigem Abwasserstand 12
klein ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Leitungen 18, 19 auf einem Teil
ihrer Länge verhältnismäßig nahe parallel zum Wasserstrahl 21 liegen.
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In Figuren 1 und 2 ist die Verbindungslinie 24 zwischen dem Auftreffpunkt
22 und der unteren Elektrode 17 a'c.s Gründen des besseren Verständnisses als gerade
gestrichelte Linie dargestellt. In Wirklichkeit ist die Fläche 23 nicht durch eine
exakte gerade Linie begrenzt. Für die Wirksamkeit des der Erfindung zugrundeliegenden
Prinzips ist dies aber gleichgültig, weil es dabei lediglich auf die Proportinalität
zwischen der Höhe h und der Anzeige am Spannungsmesser 20 ankommt.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Abwasser-Gerinne 30, bei dem die Strömungsrichtung
des Abwassers 31 durch den Pfeil 52 angedeutet ist, ist die untere Elektrode 55
am Boden angebracht und steht in Berührung mit dem Abwasser 51, während die obere
Elektrode 34 demgegenüber seitlich versetzt ist und oberhalb des höchsten Abwasserniveaus
liegt.
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Die obere Elektrode 54 bildet den Auslauf eines aus elektrisch
nicht
leitendem Material bestehenden Behälters 35, der eine Flüssigkeitsmenge 36 enthält.
Die Elektroden 33 und 34 sind über Leitungen 37, 38 mit einem Spannungsmesser 39
verbunden.
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In Clen Behälter 3, ragt von oben her eiie Weile 40 mit einer horizontalen
rotierenden Schleuderscheibe 41 hinein. Auf die Schleuderscheibe 41 wird von oben
her über eine Leitung 42 Wasser geleitet. Dieses Wasser wird durch die Schleuderscheibe
41 in Tropfen versprüht, die keinen Zusammenhalt haben und an den Wänden des Behälters
zu dem Wasser 36 absinken. Das Wasser der Leitung 42 ist daher elektrisch von der.
Wasser 56 getrennt.
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An dem Behälter 35 ist ein Motor 43 befestigt, der die Welle 40 und
außerdem eine Pumpe 44 treibt, die das Wasser aus dem Gerinne 50 über eine Leitung
45 ansaugt und der I.eitung 42 zuführt.
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Der Flüssigkeitsstand im Behälter 35 wird konstant gehalten.
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Hierzu dient ein Schwimmer 46, der über einen hebel die Öffnung einer
Luftleitung 47 öffnet oder schließt. Die Luftleitung 47 ist unmittelbar an die Saugleitung
45 angeschlossen. Fällt der Wasserstand in dem Behälter 35, dann schließt der Schwimmer
46 die Luftleitung 47, so daß die Pumpe 44 voll auf die Saugleitung 45 einwirkt
und diese eine größere Wassermenge ansaugt. Steigt dagegen der Flüssigkeitsstand
im Behälter 35, dann wird iiber die Luftleitung 47 Luft in die Saugleitung 45 eingelassen,
so daß die angesaugte Wassermenge geringer wird.
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Die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 43 kann über einen regelbaren
Widerstand 48, der in die Versorgungsleitung eingeschaltet ist, verändert werden.
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Die an der Elektrode 34 aus dem Behälter 35 ausfließende Flüssigkeit
49 bildet einen zusammenhängenden Strahl, der bei 50 auf die Abwasseroberfläche
auftrifft. Die anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläuterte wirksame Fläche wird zwischen
dem Auftreffpunkt 50 und der unteren Elektrode 33 sowie der den Wasserstrahl 49
verlängernden ?: kalen gebildet.
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Versuche haben gezeigt, daß das Meßergebnis, d.h. die Spannung am
Spannungsmesser 59, in hohem Maße proporticnal zur Höhle h des Abwasserstandes ist.