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Einrichtung zur automatischen Überprüfung von kapazitiven Grenzschaltern
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Überprüfung
von zur Messung von Behälterständen geeigneten, aus einer Elektrode, einer Gegenelektrode
und einem Verstärker bestehenden kapazitiven Grenzschaltern, bei welchen zwischen
den beiden Elektroden und dem Verstärker oberhalb der Elektrodenenden ein elektronischer
Vorsatz angeordnet ist.
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Der kapazitive Grenzschalter ist ein verhältnismäßig einfaches und
vielfältig einsetzbares Gerät zur Füllstandsmessung in Behältern. Das Meßprinzip
beruht darauf, daß die Kapazität zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode
gemessen wird, wobei im Falle eines metallischen Behälters dessen Wand die Gegenelektrode
darstellt. Eine Kapazitätsveränderung liefert nach ihrer Eingabe in einen Verstärker
ein Signal oder eine Anzeige. Taucht beispielsweise bei einer Höchststandmessung
die Elektrode beim Steigen des Behälterstandes in das Füllgut ein, so erhöht sich
die Kapazität zwischen Elektrode und Gegenelektrode sprunghaft. Eine sprunghafte
Änderung der Kapazität erfolgt auch, wenn bei einer Tiefststandmessung die Elektrode
beim Sinken des Behälterstandes nicht mehr im Füllgut eintaucht. Schließlich ist
auch eine kontinuierliche Messung von Behälterständen mit einer kapazitiven Messanordnung
möglich, wobei die kontinuierliche Änderung der Kapazität ein Maß für den jeweiligen
Füllgutstand im Behälter ist.
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Kapazitive Grenzschalter gelangen häufig an solchen Stellen in Produktionsverfahren
zum Einsatz, bei denen die Betriebssicherheit unmittelbar mit bestimmten Behälterständen
zusammenhängt.
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Daher muß die Funktionstüchtigkeit des kapazitiven Grenzwertschalters
jeder Zeit gewährleistet sein, weswegen es des öfteren einer Überprüfung bedarf,
ob sich die Empfindlichkeit der Meßanordnung nicht in unzulässigem Ausmaß verändert
hat.
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Bisher ist die Überprüfung kapazitiver Grenzwertschalter durch personelle
Wartung vorgenommen worden.Wegen der damit verbundenen Kosten kann in der Regel
eine solche Überprüfung nur in bestimmten, nicht zu kurzen Zeitabständen vorgenommen
werden.
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Die Funktionstüchtigkeit der kapazitiven Grenzwertgeber im Zeitabschnitt
zwischen zwei so notgedrungen verhältnismäßig weit auseinanderliegenden Überprüfungen
ist deswegen bei personeller Wartung ungewiß.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
zur automatischen Überprüfung von kapazitiven Grenzschaltern zu schaffen, welche
diese Überprüfung durch Simulierung des Höchst- und Niedrigststandes bzw. einer
vorgegebenen Standhöhe bei kontinuierlichen Meßanordnungen zu jedem beliebigen Zeitpunkt
und in beliebiger Häufigkeit erlaubt und darüberhinaus konstruktiv einfach und betriebssicher
ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sich oberhalb des elektronischen
Vorsatzes eine Isolierplatte befindet, auf welcher ein Relais befestigt ist, dessen
Kontakt mittels einer Spule betätigbar ist, und daß die Isolierplatte von einer
Befestigungsschraube durchdrungen ist, welche von einem Distanzrohr und einem Eingangskontakt
konzentrisch umgeben ist und in dem oberen Ende der Elektrode eingesetzt ist.
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Die Einrichtung gemäß, der Erfindung kann wahlweise noch dadurch gekennzeichnet
sein, daß a) das Relais und die Befestigungsschraube elektrisch leitend verbunden
sind;
b) auf der Isolierplatte eine abgleichbare Kapazität befestigt
ist, deren eine Anschlußklemme mit dem Relais elektrisch -leitend verbunden-ist;
c) die abgleichbare Kapazität in Kunstharz eingegossen ist; d) das Relais in Kunstharz
eingegossen ist; e) beiderseits der Isolierplatte je eine obere und eine untere
Leiterbahn angeordnet ist; f) auf der Befestigungsschraube im Bereich zwischen der
oberen Leiterbahn und dem Eingangskontakt ein Isolierrohr aufgezogen ist; g) zwischen
dem-Eingangskontakt und dem oberen Ende der Elektrode konzentrisch zur Befestigungsschraube
eine Isoliersche-ibe angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt die automatische Überprüfung
der Funktionstüchtigkeit des kapazitiven Grenzschalters zu beliebigen Zeiten. Die
Binrichtung ist mit geringem Aufwand auch an bereits in Betrieb befindliche kapazitive
Grenzschalter unter Mitverwendung ihrer Melde- und -Alarmeinrichtung -anbringbar
und dabei selbst so betriebssicher, daß eine Überprüfung durch personelle Wartung
entbehrlich ist. Wegen der beliebig häufig wiederholbaren Prüfung wird darüberhinaus
die Sicherheit-in den mit kapazitiven Grenzschaltern bestückten Betriebsanlagen
wesentlich erhöht.
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In den beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
ir Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigen:
Figur 1 eine
kapazitive Höchststand-Meßanordnung mit der erfindungsgemäßen Überprüfungseinrichtung;
Figur 2 eine kapazitive Niedrigststand-Meßanordnung mit der erfindungsgemäßen Uberprüfungseinrichtung;
Figur 3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Überprüfungseinrichtung für
die Höchststandmessung nach Figur 1; Figur 4 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Überprüfungseinrichtung für die Niedrigststandmessung nach Figur 2; Figur 5 einen
Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Uberprüfungseinrichtung für eine kontinuierliche
kapazitive Standmessung; Figuren Draufsichten auf die Überprüfungseinrichtung nach
6 bis 8 den Figuren 3 bis 5.
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Gemäß den Figuren 1 und 2 ist in einen metallischen Behälter 15, welcher
mit Füllgut 16 gefüllt ist und als Gegenelektrode dient, eine Elektrode 2 hineingehängt.
Elektrode 2 und Behälterwand 15 sind leitend mit einem elektronischen Vorsatz 1
des Höhengrenzschalters verbunden.
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Die Uberprüfungseinrichtung 19 für Höchststandmessung nach Figur 1
weist eine abgleichbare Kapazität 11 und ein Relais auf, welche in Reihe geschaltet
und mit der Elektrode 2 und der Gegenelektrode 15 leitend verbunden sind.
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Die Uberprüfungseinrichtung 19 für Niedrigststandmessung nach Figur
2 besteht nur aus einem Relais, dessen Kontakt 18 sich
öffnet, wenn
die Spule 17 über die Anschlußklemme 10 mit Strom beaufschlagt wird. Das Relais
ist zwischen den elektronischen Vorsatz 1 und die Elektrode 2 geschaltet.
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Die Figuren 3 und 6 zeigen die Überprüfungseinrichtung 19 für die
Höchststandmessung (vgl. Figur 1). Eine Isolierplatte 5 ist von einer Befestigungsschraube
4 durchdrungen. Unterhalb der Isolierplatte 5 ist die Befestigungsschraube 4 konzentrisch
von einem Distanzrohr 6 und einem Eingangskontakt 3 zum elektronischen Vorsatz 1
umgeben und mit dem oberen Ende der Elektrode 2 verschraubt. Auf der Isolierplatte
5 ist ein Relais 9, dessen Kontakt 18 durch Beaufschlagung der Spule 17 über die
Anschlußklemmen 10 mit Strom betätigbar ist, und eine abgleichbare Kapazität 11
befestigt. Die Elektrode 2 ist dabei über die Befestigungsschraube 4 mit dem Relais
9 leitend verbunden, während die abgleichbare Kapazität 11 an das Relais 9 und an
eine Befestigungslasche 12 angeschlossen ist, welche ihrerseits in den elektronischen
Vorsatz 1 eingeschoben wird und über diesen mit der Gegenelektrode 15 (vgl.
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Figur 1) in leitender Verbindung steht.
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Die Figuren 4 und 7 zeigen die Überprüfungseinrichtung 19 für die
Niedrigststandmessung (vgl. Figur 2). Dabei ist auf einer Isolierplatte 5 eine obere
Leiterbahn 13 und unter ihr eine untere Leiterbahn14 angeordnet. Die Isolierplatte
5 ist von einer Befestigungsschraube 4 durchdrungen, auf welche in dem Bereich,
in dem sie von einem Distanzrohr 6 und einem Eingangskontakt 3 zum elektronischen
Vorsatz 1 konzentrisch umgeben ist, ein Isolierrohr 7 aufgezogen ist. Die Befestigungsschraube
4 ist im oberen Teil der Elektrode 2 verschraubt, wobei zwischen der Elektrode 2
und dem Eingangskontakt 3 eine Isolierscheibe 8 angeordnet ist. Auf der Isolierplatte
5 ist ein Relais 9 befestigt, dessen Kontakt 18 durch Beaufschlagung der Spule 17
über die Anschlußklemmen 10 mit Strom betätigbar
ist. Die Überprüfungseinrichtung
19 wird mit einer Befestigungslasche 12 in den elektronischen Vorsatz 1 eingeschoben.
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Der galvanische Stromverlauf geht von der Elektrode 2 über die Befestigungsschraube
4 zur oberen Leiterbahn 13, welche mit dem Relais 9 verbunden ist, zur unteren Leiterbahn
14, welche ebenfalls mit dem Relais 9 in leitender Verbindung steht, über das Distanzrohr
6 und den Eingangskontakt 3 zum elektronischen Vorsatz 1.
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Die Figuren 5 und 8 zeigen die Uberprüfungseinrichtung 19 für eine
kontinuierliche Standmessung. Der Aufbau ist dem der Figuren 4 bis 7 bis auf die
zusätzliche Anordnung einer abgleichbaren Kapazität 11 auf der Isolierplatte 5 analog.
Darüberhinaus wird in diesem Fall ein Relais 9 mit Wechselkontakt, welches drei
Anschlußklemmen aufweist, verwendet. Die dritte Anschlußklemme ist dabei mit der
abgleichbaren Kapazität 11 leitend verbunden. Die abgleichbare Kapazität ist weiterhin
an eine Befestigungslasche 12 angeschlossen, welche ihrerseits in den elektronischen
Vorsatz 1 eingeschoben wird und über diesen mit der Gegenelektrode in leitender
Verbindung steht.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Uberprüfungseinrichtung für
die verschiedenen Anwendunbsfälle ist wie folgt: A) Höchststandmessung (vgl. Figuren
1, 3 und 6) Zur Überprüfung wird die Stromzufuhr zur Spule 17 unterbrochen, wodurch
der Kontakt 18 geschlossen wird. Damit wird die Kapazität 11 zwischen Elektrode
2 und Gegenelektrode 15 zugeschaltet. Die abgleichbare Kapazität 11 ist dabei so
eingestellt, daß sie der Kapazitätszunahme entspricht, die auftritt, wenn die Elektrode
2 in das Füllgut 16 eintaucht.
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B) Niedrigststandmessung (vgl. Figuren 2, 4 und 7) Zur Überprüfung
wird der Spule 17 Strom zugeführt, wodurch der Kontakt 18 geöffnet wird. Dadurch
wird die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 2 und dem elektronischen
Vorsatz 1 unterbrochen und ein Kapazitätsabfall zwischen Elektrode 2 und Gegenelektrode-15
simuliert C) Kontiiiuierliche Standmessung (vgl. Figuren 5 und 8) Zur Überprüfung
wird, der Spule 17 Strom zugeführt, wodurch der Kontakt 18 die leitende Verbindung
zwischen der oberen und der unteren Leiterbahn (13, 14) aufhebt -und die Verbindung
zwischen unterer Leiterbahn 14 und der Kapazität 11 herstellt. Auf diese Weise wird
die durch Elektrode 2 und Gegenelektrode 15 festgelegte, je nach Standhöhe des Füllgutes
unterschiedliche Kapazität durch die bestimmte Kapazität 11 ersetzt.
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Die Öffnung bzw. die Schließung des die Spule 17 beaufschlagenden
Stromkreises zur Durchführung der Überprüfung wird zweckmäßigerweise in konstanten
Zeitabständen durch ein Zeitrelais eingeleitet. Das Prüfungsergebnis kann mit Hilfe
einer Dokumentationseinrichtung, beispielsweise durch einen Signalschreiber, aufgezeichnet
werden.