DE2447463C2

DE2447463C2 - Flüssigkeitspegel-Meßfühler

Info

Publication number: DE2447463C2
Application number: DE2447463A
Authority: DE
Inventors: Marcel Manosque Paris; Serge Pertuis Poinsot
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1984-04-05
Also published as: ES430712A1; JPS6059529B2; JPS5084271A; US3948100A; IT1024551B; DE2447463A1; GB1479325A

Description

2. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßumformer aus den Kabeln (Ci, C₂), dem Wicklungsträger (S₁) und dem Widerstand (R) eine Wirkungseinheit bilden und daß die Kabel aus einem Metall oder einer Legierung bestehen, deren Curie-Punkt, falls vorhanden, außerhalb des Meßtemperaturbereichs liegt.

3. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Curie-Punkte der Metalle oder Legierungen des Fühlers bei Temperatüren unterhalb von 100⁰C liegen.

4. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel für die Wicklungen Koaxialkabel aus einer mit Zirkonium

a) die Kombination aus der Generatorfrequenz (f) und einem Widerstandswert des zur Sekundärwicklung des Meßfühlers parallelgeschalteten Widerstandes (R) wird so gestaltet, daß die Temperaturabhängigkeit der Meßspannung (Us) am Widerstand (R) beseitigt wird, so daß die Erhöhung der in der Sekundärwicklung induzierten Leerlaufspannung (e) durch den Spannungsabfall am Innenwiderstand (Rj) des Meßfühlers kompensiert wird, und nur noch vom Flüssigkeitspegel abhängt, und

b) in Abhängigkeit vom frequenzabhängigen Innenwiderstand (Ri) und der gleichfalls frequenzabhängigen Leerlaufspannung (e) des Meßfühlers werden die Generatorfrequenz (f) und der Widerstand (R) so bemessen, daß für eine be stimmte Frequenz (f_u) die sich für einen unteren und oberen Flüssigkeitspegel (M, ΛΛ) ergebenden Widerstandswerte (R\ und R2) gleich sind, wobei der Zusammenhang durch folgende Beziehunggegeben ist:

behandelten Kupferader sind, die mit rostfreiem Stahl plattiert ist.

5. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Gestell (Si) ein Kreuzprofil hat.

6. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzhülse die auf ihrem starren Gestell (Si) aufgewickelten Kabel (Ci₁C₂) umgibt.

7. Flüssigkeitspegelmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des zweiten Kabels (C₂) um das starre Gestell (Si) wenigstens doppelt so viele Windungen wie die Wicklung des ersten Kabels(Ci) hat.

Die Erfindung betrifft einen Pegelmeßfühler für eine paramagnetische Flüssigkeit, insbesondere für flüssiges Alkalimetall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Flüssigkeitspegelmessung sind bereits mehrere Verfahren entwickelt worden, die nach verschiedenen physikalischen Prinzipien arbeiten. Das übliche Schwimmerverfahren ist insbesondere zum Pegelmessen eines geschmolzenen bzw. flüssigen Metalls unzweckmäßig wegen der Gefahr, daß sich auf dem Schwimmer ein Metalloxid niederschlägt, das die Messung verfälscht. Außerdem muß wegen des Vorhandenseins eines mechanischen Gestänges für die Verstellung des Schwimmers, das aus dem Meßbehälter herausragt, auf einen hermetischen Verschluß des Behälters verzichtet werden, mit dessen Hilfe Oxidationsphänomene des Metalls und eine Verunreinigung der Atmosphäre vermieden werden könnten.

Die Verwendung einer im Inneren des Behälters eingesetzten /-Strahlenquelle, wobei mit Hilfe der/-Strahlen der Absorptionsgrad des Behälterinhalts und infolgedessen der Flüssigkeitspegel im Inneren gemessen werden kann, erfordert eine teuere Apparatur, die zum Messen der Strahlung benötigt wird. Außerdem müssen in diesem Fall Strahlenschutzmaßnahmen ergriffen werden, die keine universelle Anwendung dieses Verfahrens ermöglichen.

Ferner wurde bereits die Verwendung von Ultraschall erörtert. In diesem Fall ist jedoch ebenfalls eine aufwendige Apparatur zur Auswertung des zu messenden Pegels erforderlich.

Es sind bereits kontinuierliche arbeitende Fühlstandsmesser für elektrisch leitende Flüssigkeiten bekannt, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten (DE-OS 23 45 932 und DE-OS 22 10 296). Die dabei verwendeten Flüssigkeitspegelmeßfühler bestehen aus Primär- und Sekundärspulen, die auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind. Im Gegensatz zu dem aus der DE-OS 22 10 296 bekannten Flüssigkeitspegelmeßfühler, der mehrere Primär- und Sekundärspulen aufweist, sind beim Flüssigkeitspegelmeßfühler gemäß der DE-OS 23 45 932 jeweils nur eine Primär- und Sekundärspule vorhanden. Dadurch erfährt die Anordnung eine erhebliche Vereinfachung. Ferner sind bei dem aus der DE-OS 22 10 296 bekannten Flüssigkeitspegelmeßfühler die Primär- und Sekundärspulen in Umfangsrichtung um den gemeinsamen Kern gewickelt, wohingegen bei der Anordnung gemäß der DE-OS 23 45 932 die Wicklungen der einzigen Primär- und der einzigen Sekundärspule in Längsrichtung des gemeinsamen Kerns auf je einem Teil von dessen Mantelfläche angeordnet, und zwar einander diametral gegenüberliegend.

Bei unterschiedlichen Temperaturen der zu messenden Flüssigkeit ergeben sich jedoch bei der Auswertung der induzierten Meßströme durch die Wirkung unier-

schiedlicher Temperaturen nicht nur eine Nichtlinearität bezüglich des zu messenden Pegels, sondern auch eine Änderung dieser Nichtlinearität selbst Die genannten Offenlegungsschriften offenbaren keine Maßnahmen, um die Temperaturabhängigkeit des Meßsignals zu kompensieren.

Aus der DE-OS 22 10 297 ist ein weiterer kontinuierlicher Füllstandsmesser nach dem Induktionsprinzip für elektrisch leitende Flüssigkeiten bekannt, bei den eine lineare Füllstandsanzeige und eine Kompensation der Schwankungen der Anzeige infolge wechselnder Temperaturen der zu überwachenden Flüssigkeit erreicht ist. Dazu besteht der Flüssigkeitspegelmeßfühler aus einer Primär- und einer Sekundärspule, die monofilar und in gleichmäßigem Abstand schraubenförmig auf einen gemeinsamen stabförmigen Kern gewickelt sind. Infolge des gleichmäßigen Abstands tritt keine direkte Übertragung zwischen der Primär- und der .Sekundärspule auf, da sich im Mittelpunkt des die Sekundärspule bildenden Drahtes jeweils gegensinnig die beiden benachbarten Drähte der Primärspule auswirken. Bei einer Verwendung des bekannten Füllstandsmessers über einen Temperaturbereich von mehreren 100°C können Abweichungen in der Anzeige von mehreren Prozent auftreten. Zur Kompensation dieser Abweichungen wird, da die Anzeige bei unterschiedlichen Temperaturen der Flüssigkeit nicht nur ein unterschiedliches Steigungsmaß, sondern auch kein gemeinsames Ausgangspotential aufweist, eine Hilfsspannung eingegeben, die der Anzeige in unbenetztem Zustand bei niedriger Temperatur entspricht, so daß die in diesem Falle anstehende Spannung auf Null unterdrückt wird. Außerdem wird der Widerstand des Empfängers derart geändert, daß ein gemeinsames Anfangspotential für die Anzeige bei verschiedenen Temperaturen erreicht wird. Um auch ein einheitliches Steigungsmaß zu erhalten, werden die Signaländerungen, die durch den Füllstand und jene, die durch die Temperatur entstehen, miteinander multipliziert. Die Addition dieses Produktes und der Empfängerspannung bei niedriger Temperatur ergibt diejenige Spannung, die zur Anzeige verwendet wird, wodurch ein linearer Zusammenhang zwischen Füllstand und Spannung unabhängig von der Flüssigkeitstemperatur erreicht ist. Wie die F i g. 2 und der DE-OS 22 10 297 belegen, ist dazu eine relativ umfangreiche und komplizierte Auswerte- und Kompensationsschaltung nötig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen kontinuierlichen Füllstandsmesser für elektrisch leitende Flüssigkeiten mit einem linearen Meßspannungsverlauf anzugeben, bei dem mittels eines einzelnen, in seinem Widerstandswert zweckmäßig gewählten Widerstands, der zwischen die Enden des die Sekundärwicklung bildenden Kabels parallel zum Spannungsmesser geschaltet ist und einer zweckmäßigen Wand der anregenden Frequenz die Temperaturabhängigkeit der Meßspannung beseitigt wird, was eine einfache Realisierung eines

ίο Flüssigkeitspegelmeßfühlers mit einem linearen Meßspannungsverlauf und kompensierter Temperaturabhängigkeit darstellt.

Die Lösung der obigen Aufgabe ist im Flüssigkeitspegelmeßfühler mit einem linearen Meßspannungsverlauf, mit

einem starren Wicklungsträger,

zwei isolierten und verschränkten Kabeln, die um den Wicklungsträger gewickelt sind und einen induktiven Meßumformer bilden,

einem Generator, der das erste Kabel mit wechselstromkonstanter Frequenz und Amplitude speist,
einem Spannungsmesser, der die Spannung zwischen beiden Enden des zweiten Kabels mißt und
einem einzelnen Widerstand, der zwischen den Enden des zweiten Kabels parallel zum Spannungsmesser geschaltet ist.

erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Verknüpfung folgender Merkmale:

a) die Kombination aus der Generatorfrequenz und einem Widerstandswert des zur Sekundärwicklung des Meßfühlers parallelgeschalteten Widerstandes wird so gestaltet, daß die Temperaturabhängigkeit der Meßspannung am Widerstand beseitigt wird, so daß die Erhöhung der in der Sekundärwicklung induzierten Leerlaufspannung durch den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Meßfühlers kompensiert wird und nur noch vom Flüssigkeitspegel abhängt und

b) in Abhängigkeit vom frequenzabhängigen Innenwiderstand und der gleichfalls frequenzabhängigen Leerlaufspannung des Meßfühlers werden die Generatorfrequenz und der Widerstand so bemessen, daß füi eine bestimmte Frequenz, die sich für einen unteren und oberen Flüssigkeitspegel ergebenden Widerstandswerte gleich sind, wobei der Zusammenhang durch folgende Beziehung gegeben ist:

' --■'·"-" Ae(AT)

Durch die Erfindung wird also in vorteilhafter Weise ein einfach aufgebauter Flüssigkeitspegelmeßfühler mit einfacher Anwendbarkeit und ausgezeichneter Meßgenauigkeit angegeben, dessen Pegelanzeige unabhängig von der Temperatur der Flüssigkeit ist, in die der Meßfühler eingetaucht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Pegel-Meßfühler durch zwei gekoppelte Induktivitäten gebildet, wobei im Meßfühler eine an einer Sekundärwicklung eines Übertragers aus zwei Wicklungen, die die beiden Induktivitäten darstellen, erzeugte Spannung, die vom Flüssigkeitsstand außerhalb eines durch die beiden Induktivitäten gebildeten Zylinders abhängt (insbesondere bei flüssigem Natrium), unabhängig von der Temperatur des Meßfühlers und der Flüssigkeit ist.

Der Meßfühler besteht aus zwei verschränkten Wicklungen. Die Primärwicklung wird durch einen Strom gespeist, dessen Frequenz und Amplitude konstant gehalten werden; der Strom in der Primärwicklung erzeugt ein Wechselfeld mit konstanter Maximalamplitude, die Sekundärwicklung liefert eine Spannung, die von der Kopplung der beiden Wicklungen abhängt. Diese Spannung wird mit Hilfe eines Voltmeters gemessen.
Falls der Meßfühler zum Messen eines Natriumpegels verwendet wird, ist es zweckmäßig, ihn in eine Schutzhülse einzusetzen, die einerseits Einfluß hat auf die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärw'fklung, die aber andererseits den Meßfühler gegenüber dem Natrium schützt. Diese Schutzhülse hat Kontakt mit dem Natrium derart, daß der Meßfühler ständig zugänglich ist.

Außerhalb der Schutzhülse haben der Natriumpegel und die TemDeratur Einfluß auf die KooDlune zwischen

der Primär· und der Sekundärwicklung. Es läßt sich zeigen, daß die von der Sekundärwicklung gelieferte Spannung linear vom Pegel des Natriums abhängt, das die Schutzhülse umgibt, und zwar für eine bestimmte Temperatur. Wenn sich der Pegel des Natriums um die Schutzhülse herum hebt, steigt der Streufluß zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung derart, daß die an den Anschlüssen der Sekundärwicklung induzierte Spannung abnimmt. Diese Eigenschaft gilt für jede paramagnetische Flüssigkeit außerhalb der Schutzhülse des Meßfühlers.

Diese Anordnung der beiden Wicklungen im Inneren der Schutzhülse hat den Vorteil, daß elektrische Drähte ohne Zerlegung der Schutzhülse leicht herausgezogen werden können, d. h. mit geringsten technischen Schwierigkeiten. Andererseits sind die Wicklungen niemals mit dem flüssigen Natrium in Berührung.

Um den Meßfühler robuster zu machen, sind die Primär- und die Sekundärwicklung auf einem Gestell, z. B. aus rostfreiem Stahl, aufgewickelt.

Gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat das starre Gestell des Pegel-Meßfühlers ein Kreuzprofil.

Um die Wirkung von Wirbelströmen oder Foucault-Strömen, die sich im Gestell ausbilden, bestmöglich zu unterdrücken, hat das Gestell vorzugsweise die Form eines Kreuzprofils. Allgemein muß die Oberfläche des Gestells möglichst klein in bezug auf die Oberfläche der zylindrischen Wicklung sein. Das Kreuzprofil hat zwei Vorteile, nämlich eine geringe Oberfläche, und es verleiht der Anordnung eine hohe Robustheit.

Andere Ausführungsformen können gleichermaßen verwendet werden, z. B. solche, bei denen ein zylindrisches Gestell Längsschlitze aufweist.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Meßfühler aus Koaxialkabeln aufgebaut, die aus einer mit Zirkonium behandelten Kupferader gefertigt sind; dabei befinden sich die Curie-Punkte der Metalle und Legierungen des Fühlers bei einer Temperatur unterhalb 100⁰C.

Allgemein wird das Material für die Primär- und die Sekundärwicklungen derart gewählt, daß es keinen magnetischen Übergang im Bereich der Arbeitstemperatur hat.

Auf diese Weise arbeitet der Meßfühler in flüssigem Natrium bei einer Temperatur ober- oder unterhalb eines Curie-Punktes der ihn darstellenden Elemente; falls die Temperatur oberhalb des Curie-Punkten ist, sind die Materialien der Wicklungen paramagnetisch, während sie unterhalb des Curie-Punktes ferromagnetisch sind. Dies bietet den Vorteil, daß die Änderung der magnetischen Permeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur oberhalb des Curie-Punktes schwächer ist als unterhalb.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schutzhülse um die Kabel, die zu den beiden Wicklungen aufgewickelt sind, aus rostfreiem Stahl.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Pegel-Meßfühlers besteht darin, daß die Wicklung des ersten Kabels um das starre Gestell herum wenigstens doppelt so viele Windungen wie die Wicklung des zweiten Kabels hat.

Die Empfindlichkeit des Meßfühlers wird vergrößert durch Erhöhung der Windungszahl der Sekundärwicklung gegenüber der Windungszahl der Primärwicklung. Für eine hohe Empfindlichkeit muß bei gleichem Kabeldurchmesser für die Primär- und die Sekundärwicklung dafür gesorgt werden, daß die Sekundärwicklung zweibis dreimal so viele Windungen wie die Primärwicklung des Kabels hat.

Besonders vorteilhaft ist, daß der genannte Widerstand derart gewählt ist, daß für einen gleichen Flüssigkeitspegel außerhalb des Meßfühlers keine temperaturabhängige Schwankungen der Spannung an den Anschlüssen der Sekundärwicklung auftritt.

Um die Temperaturkompensation auszunutzen, ist es interessant, daß vor dieser Temperaturkompensation eine Schar paralleler Geraden erhalten wird, die den Potentialunterschied an den Anschlüssen der sekundären Wicklung abhängig vom Flüssigkeitspegel außerhalb der Schutzhülse darstellen. Dieser Parallelverlauf aller Geraden bei verschiedenen Temperaturen kann nur für bestimmte Werte der Frequenz und der Stärke des Primärstroms erhalten werden und für Materialien, die den Meßfühler aus geeigneten Formen und Strukturen bilden.

Dies ist der Grund dafür, warum erfindungsgemäß eine kreuzförmige Gestellform gewählt wird und warum Kabel verwendet werden, deren Curie-Punkt bei einer Temperatur unterhalb von 100° C liegt.

Für einen gegebenen Pegel verhält sich die durch die Wicklung des zweiten Kabels gebildete Sekundärwicklung wie ein Generator, dessen elektromotorische Kraft sich mit der Temperatur erhöht; gleichzeitig zeigt sich, daß sich sein Innenwiderstand (anders ausgedrückt der Widerstand der durch das zweite Kabel dargestellten Wicklung) ebenfalls mit der Temperatur erhöht. Dieses Phänomen wird zur Durchführung der Temperaturkompensation verwendet: Durch Aufteilen eines Widerstandes wird eine Abgabe eines Stroms derart erzeugt, daß die Erhöhung der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung durch den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Meßfühlers kompensiert wird.

Eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung ist die Verwendung des Meßfühlers zum Messen des Pegels von flüssigem Natrium, das teilweise den Behälter eines Kernreaktors füllt.

Damit keine Änderungen des Widerstandswertes des genannten Widerstandes abhängig von der Frequenz bestehen, wird bei einer bestimmten Frequenz gearbeitet, was nachstehend näher erklärt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fi g. 1 den prinzipiellen Aufbau des Meßfühlers;

Fig.2 Kurven für den Potentialunterschied an den Anschlüssen der Sekundärwicklung abhängig vom Pegel von flüssigem Natrium für verschiedene Temperaturen;

Fig.3 eine Ersatzschaltung der Sekundärwicklung und ihrer verschiedenen Widerstände;

F i g. 4 eine Kurve für den Potentialunterschied an den Anschlüssen der Sekundärwicklung abhängig vom Pegel des Natriums; diese Kurve wird nach dem Einfügen eines Widerstandes erhalten;

F i g. 5 Geradenpaare für die Spannung e an den Anschlüssen der Sekundärwicklung abhängig vom Pegel für verschiedene Frequenzwerte, und zwar bei zwei Temperaturen;

F i g. 6 Änderungen des Innenwiderstandes des Meßfühlers abhängig vom Pegel des Natriums für zwei Temperaturwerte;

F i g. 7 Änderungen des V/iderstandswertes des Widerstandes abhängig von der Frequenz, und zwar für zwei Extrempegel.

Wie bereits gesagt, wird durch die Erfindung ein ro-

buster Meßfühler mit möglichst kleinen Abmessungen zum Messen des Pegels eines Körpers (z. B. von flüssigem Natrium) angegeben, dessen Anzeige, die als Maß für den Flüssigkeitspegel außerhalb der Schutzhülse dient, die den Meßfühler umgibt, unabhängig von der Umgebungstemperatur ist.

F i g. 1 zeigt einen Meßfühler. Ein Gestell Si, um das herum Kabel Q und C₂ gewickelt sind, besitzt Kreuzprofil. Eine Spule des Meßfühlers besteht aus zwei Wicklungen, nämlich einer Primärwicklung Q und einer Sekundärwicklung C₂. wobei in diesem Ausführungsbeispiel die durch das Kabel C₂ dargestellte Sekundärwicklung die 3fache Windungszahl der Primärwicklung hat. Das von Kabeln umgebene Gestell Si ist in das Innere einer Schutzhülse 4 eingebaut, die undurchlässig für Natrium 6 ist, das die Schutzhülse 4 umgibt.

F i g. 2 zeigt Kurven, die auf der Ordinate einen Potentialunterschied U₅ an der durch das Kabel C₂ gebildeten Sekundärwicklung darstellen, abhängig von einem Pegel N des flüssigen Natriums außerhalb der Schutzhülse. Kurve 8 ist bei einer Temperatur des flüssigen Natriums von 550⁰C aufgenommen, Kurve IO für eine Temperatur von 400⁰C, Kurve 12 für eine Temperatur von 300⁰C und Kurve 14 für eine Temperatur von 150⁰C. Diese Kurven werden ohne einen Korrekturbzw. Kompensationswiderstand R erhalten. Es ist ersichtlich, daß die Kurven für verschiedene Natriumpegel parallel sind, der im gezeigten Beispiel zwischen 0 und 1500 mm liegt.

Die Speisefrequenz der Wicklung Ci ist in diesem Beispiel 3500 Hz, und der Primärstrom beträgt 100 mA.

Fig.3 zeigt eine vereinfachte Schaltung der Sekundärwicklung eines Transformators, mit einer Spannungsquelle, die durch die Gegeninduktivität zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung eine Spannung e erzeugt, wobei ein Widerstand der durch das Kabel C₂ gebildeten Sekundärwicklung mit Ä, bezeichnet ist. Der Widerstand R ist zwischen den beiden Anschlüssen der durch das Kabel C₂ der Spule gebildeten Sekundärwicklung angeschlossen. In der Schaltung fließt ein Strom /₂, und die Spannung U_s wird an den Anschlüssen der Sekundärwicklung gemessen.

Fi g. 5 zeigt die Änderungen der Spannung e an den Anschlüssen der Sekundärwicklung des Meßfühlers abhängig vom Pegel N des Natriums. Ein Geradenpaar 18 und 20 entsteht für eine Speisefrequenz von 3000 Hz, ein Paar 22 und 24 für eine Frequenz von 3500 Hz, sowie ein Paar 26 und 28 für eine Frequenz von 4000 Hz. Die Geraden 18,22 und 26 sind bei einer Temperatur 71 = 150° C und die Geraden 20,24 und 28 bei einer Temperatur T₂ = 550°C aufgenommen. Ein Abstand Ae ist die Änderung der Spannung e bei der Frequenz 3000 Hz für eine Temperaturänderung von 400° C und für einen Pegel Null, d. h. bei nichteingetauchtem Meßfühler. Ein Abstand A'e ist die Spannungsabweichung desselben Meßfühlers, der vollständig eingetaucht ist

Fig.6 zeigt die Änderung des Innenwiderstandes R; der Sekundärwicklung des Meßfühlers abhängig vom Pegel des Natriums. Eine Gerade 30 wird für die Temperatur 7", = 150⁰C und eine Gerade 32 für die Temperatur T₂ = 550° C erhalten.

F i g. 7 zeigt die Änderung des Widerstandes R abhängig von der Frequenz für den Pegel Null und den oberen Pegel (bei eingetauchtem Meßfühler).

Die folgende Ableitung bestimmt den Widerstandswert des Widerstandes R abhängig von den Kennwerten der Schaltung der Sekundärwicklung. Wenn man die Gleichung der Schaltung nach Fi g. 3 für einen festen Natriumpegel aufstellt, erhält man:

R+ R,

Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich die Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes R der Sekundärwicklung um den Wert d/ίΛ:

Diese Spannungsänderung wird zu Null gemacht, d. h. d/ίΛ = O, für

(Ä + A₁-) de - cdÄ, = 0.
Daraus läßt sich der Wert für R bestimmen:

R = e

de

Diese Gleichung gilt für eine bestimmte Frequenz. In der Praxis wird zur gleichzeitigen Bestimmung des Wertes der Frequenz und des Widerstandswertes des Widerstandes R wie folgt vorgegangen: Zunächst werden die Geraden, die die Änderungen der Spannung e abhängig vom Pegel darstellen, für verschiedene Frequenzen und Temperaturen (Fig. 5) experimentell aufgenommen. Danach wird der Abstand Ae gemessen, der einer Temperaturdifferenz von

/JT= T₂-T₁ =400°C

(Pegel Null) entspricht. Mit Hilfe der Kurven nach F i g. 6 wird die Änderung AR, gemessen, die bei gleiehern Temperaturabstand für den Pegel Null gilt. Somit sind für eine gegebene Frequenz e, /?,, Ae, AR₁ bekannt, woraus der Wert für R beim Pegel Null nach

R =

AR₁

A e

berechenbar ist. Man erhält einen Punkt 34 auf der Kurve 36, die die Änderungen von R abhängig von der Frequenz für den Pegel Null darstellt. Gleichermaßen wird für verschiedene Werte der Frequenz mit Hilfe der Geradenschar nach F i g. 5 verfahren, woraus bestimmbar sind die Kurve 36, R(Q für den Pegel Null und die Kurve 38 sowie R(f) für den oberen Pegel (bei eingetauchtem Meßfühler).

Ein Schnittpunkt 40 der beiden Kurven ergibt auf der Abszisse die optimale Arbeitsfrequenz f_u und den Wert des entsprechenden Widerstandes R_u. Die Kurven nach F i g. 7 gestatten somit die Wahl der Arbeilsfrequenz und des Wertes des entsprechenden Widerstandes R.

Der Wert der Spannung U₅ ist dann im Arbeitsbereich temperaturunabhängig. Dieses Verfahren wurde erfolgreich bei einem Meßfühler verwendet der eine einzige Eichgerade U₃ als Funktion des Pegels besitzt, und zwar für Temperaturen zwischen 150⁰C und 550⁰C, wie in der Kurve 16 nach F i g. 4 gezeigt ist Diese Gerade stellt die Änderung der Spannung U_s an den Anschlüssen des Widerstandes R abhängig vom Pegel des Natriums für Temperaturen zwischen 150 und 550⁰C dar. Die Spannung U_s wird in mV gemessen, der Pegel N'.a mm.

In der folgenden Tabelle sind die Werte von verschiedenen Parametern aus echten Messungen dargestellt und zwar für einen Meßfühler 1500 mm aus rostfreiem Stahl.

Steigung in mV für 1500 mm

Primärstrom (Kabel Ci) in mA

/in Hz

e( Pegel Null) in mV

Rm Ω

	-22,3	100	3700	40,1	479
	-22,8	100	4000	74,3	479
·'<	-33,7	150	3800	106,4	464
	-34,3	150	4100	110,5	464

Zusammengefaßt wird erfindungsgemäß ein sehr einfacher und robuster Pegel-Meßfühler angegeben, dessen Temperaturkompensation besonders leicht ist. Durch seine Eigenschaften ergibt sich eine billige und zuverlässige Anordnung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitspegelmeßfühler mit einem linearen Meßspannungsverlauf mit

— einem starren Wicklungsträger (Si),

— zwei isolierten und verschränkten Kabeln (Ci, C2), die um den Wicklungsträger (Si) gewickelt sind und einen induktiven Meßumformer bilden,

— einem Generator, der das erste Kabel (Ci) mit Wechselstrom konstanter Frequenz (Qund Amplitude speist,

— einem Spannungsmesser, der die Spannung (Us) zwischen beiden Enden des zweiten Kabels (Cj) mißt und

— einem einzelnen Widerstand (R), der zwischen den Enden des zweiten Kabels parallel zum Spannungsmesser geschaltet ist,

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gekennzeichnet durch die Verknüpfung folgender Merkmale:

Λ R (Λ Τ}