DE2651753C2

DE2651753C2 - Füllstandsüberwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE2651753C2
Application number: DE2651753A
Authority: DE
Inventors: Roland Aaron Morton Grove Ill. Gladstone
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1986-10-30
Also published as: GB1498399A; US4019067A; DE2651753A1; CA1094194A; BR7607673A; FR2331780B1; FR2331780A1

Description

1. die Sekundärspannung des Netztransformators ist wesentlich kleiner als die Primärspannung,

2. mit der Sekundärwicklung (18) des Netztransformators ist die Reihenschaltung aus einem Thyristor (20) und einem, eine Wicklung (26) und wenigstens einen Satz Ruhe- und Arbeitskontakte aufweisenden Wechselspannungsrelais (28j> verbunden,

3. die Meßfühlerelektrode (Pr) ist über eine Diode (32) und einen Begrenzungswiderstand (34) zwischen den Gateanschluß des Thyristors und den auf Erdpotential liegenden Anschluß der Sekundärwicklung geschaltet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Wicklung (26) des Relais (28) eine Diode (30) mit einer zum Thyristor (20) entgegengesetzt verlaufenden Durchlaßrichtung geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (36) zwischen Kathode und Gate des Thyristors (2Ü) geschaltet ist

4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (28) einen weiteren Kontaktsatz (28c^ besitzt, welcher normalerweise geöffnet ist und geschlossen wird, wenn das Relais aktiviert wird, daß diese Kontakte in Serie zwischen die Sekundärwicklung (18) des Transformators (12) und die Relaiswicklung (26) geschaltet sind, und daß zu diesen Kontakten parallel ein normalerweise offener von Hand zu bedienender Schalter (44) geschaltet ist

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung des Füllstandes eines mit elektrisch leitenden Stoffen gefüllten Behälters, mit einer einen elektrisch leitenden, in den Behälter hineinragenden und in dem Behälter elektrisch isoliert befestigten Meßfühler aufweisenden Meßelektrode, welche an die Sekundärseite eines Netztransformators angeschlossen ist.

Derartige Flüssigkeitsstandsüberwachungssysteme, welche bei zu niedrigem Wasserstand abschalten, sind aus der US-PS 38 34 357 bekannt. Diese Systeme überwachen den Flüssigkeitsstand in Behältern, wie z. B. in Heißwasserkesseln. Hierbei ragt ein Meßfühler in das Innere des Gefäßes hinein und ein elektrischer Stromweg wird durch den leitenden Teil des Fühlers über die Flüssigkeit zu den geerdeten Wänden des Behälters geschlossen, wenn die Flüssigkeit mit dem Fühler im Kontakt steht.

Dieser Stromkreis vervollständigt seinerseits einen Reihenstromkreis der die Sekundärwicklung eines Trenntransformators und ein Relais umfaßt Das Relais steuert einen äußeren Stromkreis, wie z. B. eine Niedrigwasseralarmeinrichtung. Um ein gewünschtes Maß an Empfindlichkeit zu erhalten, d. h. auch dann noch einen zuverlässigen Nachweis zu erhalten, wenn die benutzte Flüssigkeit eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt, ist bei dem bekannten System die Betriebsspannung der Sekundärwicklung des Trenntransformators verhältnismäßig hoch. Sie liegt bei 120 oder 240 Volt

ίο Eine derartige hohe Spannung bringt jedoch ei hebliche Sicherheitsprobleme mit sich.

Es sind daher auch bereits Niederspannungssysteme vorgeschlagen worden. Indessen benötigen diese bekannten Systeme aufwendige Techniken, wie z. B.

Gleichstromverstärker, wobei die Fühlerwechselspannung zunächst in Gleichspannung umgewandelt werden muß. Die Verwendung von Wechselspannung im Fühlerstromkreis ist erforderlich, da bei Gleichstrombetrieb infolge der dann auftretenden Elektrolyse Ve-. fälschungen des Meßergebnisses eintreten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, είπε gatiungsgcrnäßc Anordnung zur Füllstandsüberwachung anzugeben, welche mit einer niedrigen Wechselspannung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

2. mit der Sekundärwicklung des Netztransformators ist die Reihenschaltung aus einem Thyristor und einem, eine Wicklung und wenigstens einen Satz Ruhe- und Arbeitskontakte aufweisenden Wechselspannungsrelais verbunden,

3. die Meßfühlerelektrode ist über eine Diode und einen Begrenzungswiderstand zwischen den Gateanschluß des Thyristors und den auf Erdpotential liegenden Anschluß der Sekundärwicklung geschaltet

Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf, daß sie durch das Zusammenwirken einer niederen Wechselspannung mit einer, moderne Halbleiterbauelemente verwendenden Schaltungsanordnung eine elektrisch sichere und zuverlässige Wirkung aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 enthalten; sie ist nachstehend anhand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Füllstandsüberwachungsanordnung,

Fig.2 das Schaltbild eines abgeänderten Ausführjngsbeispieles der erfindungsgemäßen Füllstandsüberwachungsanordnung,

Fig.3 ein Diagramm zur Bemessung der Steuerschaltung bei verschiedenen Systemempfindlichkeiten.

In der F i g. 1 ist mit 10 eine Füllstandsüberwachungsanordnung mit Niedrigpegelabschaltung und Alarmgeber bezeichnet. Sie enthält einen Transformator 12 mit der Primärwicklung 14 und der Sekundärwicklung 18. Die Primärwicklung 14 ist über dem Anschlußblock 16 mit einer nicht eingezeichneten Wechselstromquelle von 120VoIt verbunden. Der Transformator 12 ist so ausgelegt, daß in seiner Sekundärwicklung 18 eine Wechselspannung von 24 Volt entsteht. Ein Ende der Sekundärwicklung 18 ist mit der Erde als Bezugspotential verbunden. Das andere Ende der Wicklung 18 ist über die Schmelzsicherung 22 und die Brücke 24 mit der

Kathode des Thyristors 20 verbunden. Die Wirkungsweise der Brücke 24 wird anhand der F i g. 2 noch näher erläutert werden.

Die Anode des Thyristors 20 ist mit einem Ende der Wicklung 26 des Wechselstromrelais 28 und mit der Anode der Diode 30 verbunden. Das andere Ende der Wicklung 26 und der Kathode der Diode 30 sind geerdet Der Meßfühlereingang P ist über die Diode 32 und den Begrenzungswiderstand 34 mit dem Gateanschluß des Thyristors 20 verbunden.

Ferner ist der Meßfühlereingang P mit dem nichtgeerdeten Ende der Sekundärwicklung 18 über den, die Empfindlichkeit der Anordnung bestimmenden Widerstand 36 verbunden. Das Relais 28 besitzt Arbeitskontakte 28a und Ruhekontakte 286. Die Arbeitskontakte 28a sind über den Anschlußblock 16 mit dem Steuerkreis eines durch B angedeuteten Brenners eines Heizkesselsystems verbunden, während die Ruhekontakte 286 einen durch A angedeuteten Alarmkreis steuern. In F i g. 1 ist weiterhin der mit R bezeichnete Behälter zu erkennen, in dem sich eine mit W bezeichnete Flüssigkeit befindet Der elektrisch leitende Meßfühler Pr ist elektrisch isoliert durch eine Wand des Bt hälters geführt und steht mit der darin befindlichen elektrisch leitenden Flüssigkeit W in elektrischem Kontakt Der Behälter R ist geerdet Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: Wenn das Niveau der Flüssigkeit W, wie in der F i g. 1 eingezeichnet das Niveau des Meßfühlers Pr überschreitet, so ist ein Leitungsweg zwischen den leitenden Teilen des Meßfühlers Pr und den Wänden des Behälters R hergestellt Bei jeder positiven Halbwelle der vom Transformator 12 gelieferten Wechselspannung fließt der Strom vom Transformator über die Sicherung 22 und Leitung 24 zur Kathode des Thyristors 20. Während dieser Halbwelle ist der Thyristor nicht leitend. Demgegenüber fließt bei den negativen Halbwellen der Wechselspannung der Strom durch die Wicklung 26 des Relais 28 zur Anode des Thyristors 20, wenn das Flüssigkeitsniveau noch das Niveau des Meßfühlers Pr überschreitet. Gleichzeitig fließt Strom von der Erde über Behä'.ter R, Flüssigkeit W, Meßfühler Pr zu dem Verbindungspunkt der Anode der Diode 32 mit dem Widerstand 36.

Dieser Strom spannt die Diode 32 auf Durchgang vor und entwickelt eine Spannung am Widerstand 36, welehe positiv gegenüber der an der Kathode des Thyristors 20 abliegenden Spannung ist

Hierdurch wird der Thyristor leitend und betätigt das Relais 28, dessen Arbeitskontakte 28a geschlossen und dessen Ruhekontakte 28b geöffnet werden. Solange der Leitungsweg zwischen Meßfühler Pr und den Wänden des Behälters R besteht, bleibt das Wechselstromrelais 28, selbsi wenn es nur mit Halbwellen der Sekundärwechselspannung vom Transformator beaufschlagt wird, aktiviert.

Wenn das Flüssigkeitsniveau unter dem Niveau des Meßfühlers sinkt, wird der Leitungsweg im Steuerkreis unterbrochen und der Strom fließt nicht länger zur Anode der Diode 32 und somit ist die Steuerspannung an der Steuerelektrode des Thyristors 20 beseitigt. Deshalb wird bei der nächsten Halbwelle der Thyristor 20 nicht leitend. Das Relais 28 fällt ab; die Arbeitskontakte 28a werden geöffnet und die Ruhekontakte 28ö geschlossen. Demzufolge wird der Brennerstromkreis ebenfalls abgeschaltet und der Alarmstromkreis eingeschaltet, welches einen Niedrigstandalarm verursacht. Der in der F i g. 1 eingezeichnete Widerstand 34 sorgt für eine Strombegrenzung des Steuerelektrodenkreises. Der Wert des Widerstandes 36 wird so bemessen, daß einerseits eine gewisse Stabilität des Stromkeises erreicht wird und andererseits die Anordnung eine gewünschte Ansprechempfiridlichkeit erhält.

Beispielsweise wurde bei einer Ausführungsform mit einem Widerstandswert von 2,2 Kiloohm für den Widerstand 36 ein befriedigender Betrieb der Anordnung bei Flüssigkeiten mit einem Ersatzwiderstand von 50 Kiloohm erzielt.

Die in Fig.3 aufgezeichneten Kurven wurden bei einer anderen Aiusführungsform, welche einen Thyristor mit etwas kleinerer effektiver Verstärkung benützte, gewonnen. Der Wert des Widerstandes 36 (Bezeichnung an den Kurven) wurde von 33 Kiloohm bis 33 Kiloohm variiert Der Wert des Widerstandes 34 lag mit 47 Kiloohm fest Die verschiedenen Werte des gemessenen Steuerelektrodenstromes /„ sind entlang der Ordinate der F i g. 3 in Microampere und dip. resultierende Empfindlichkeit der Anordnung in Ersatzwiderstände ausgedrückt entlang der Abrisse aufgetragen.

Hieraus kann entnommen werde"?, daß bei einer Vergrößerung des Widerstandes 36 öie Gesamiempfindlichkeit der Anordnung 10 entsprechend angehoben wird. Die Funktion der parallel zur Relaiswicklung 26 geschalteten Diode 30 ist eine Zweifache. Ein.-nal vernichtet sie die gegenelektromotorische Kraft, welche von der Relaiswicklung 26 erzeugt wird, wenn das Relais abgeschaltet wird. Zum anderen erfüllt die Diode 30, gemäß einer Eigentümlichkeit der vorliegenden Erfindung, eine bedeutende Sicherheitsfunktion. Wenn etwa der Thyristor 20 defekt und dauernd leitend werden sollte, dann wird, ungeachtet des vorhandenen Flüssigkeitsniveaus, der Stromkreis hinreichend leitend, um zu gewährleisten, daß die Sicherung 22 schmilzt bzw. durchbrennt. Wenn die Diode 30 nicht vorhanden wäre und der Thyristor 20 dauernd leitend ist, würde der über die Relaiswicklung 26 fließende Strom nicht ausreichen, um die Sicherung 22 zu schmelzen. Die Sicherung 22 ist normalerweise üo ausgelegt, daß sie lediglich einen Schutz gegenüber Stromstärken darstellt, die über die unter normalen Bedingungen durch die Wicklung 26 fließende Stromstärke hinausgehen. Bei einem Fehler, der sich lediglich darauf beschränkt, daß der Thyristor 20 leitend bleibt, fließt durch die Relaisspule 26 und den damit verbundenen Stromkreis ein Strom normaler Stärke. Andererseits bleibt bei normalem Beirieb der Anordnung 10 der durch die Diode 30 fließende Strom unterhalb des die Schmelzsicherung kritischen Wertes. Ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor ist durch die Diode 30 dadurch gegeben, daß sie verhindert, daß das Relais 28 bei Versagen des Thyristors 20 angezogen bleibt obwohl der Flüssigkeitsstand gefährlich niedrig ist.

In der F i g. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, gleichbleibende Elemente tragen dieselben Bezugszeichen wie in der F i g. 1.

In der F i g. 2 ist die Brücke 24 entfernt worden und das Relais 28 besitzt einen zusätzlichen Arbeiskontakt 28c. Der Arbeitskontakt 28c ist parallel zu den Anschlußstellen der ursprünglich vorgesehenen Brücke über den Leitungen 40 und 42 geschaltet. Ein normalerweise offener und von Hand versteilbarer Rückstellschalter 44 ist parallel zu dem Arbeitskontakt 28c geschaltet.

Die in der Fig.2 gezeigte Anordnung 10' hat den Vorteil, daß wenn das Relais 28' abgefallen ist, weil aufgrund einer Nicur.gstandmeldung der Thyristor 20 nichtleitend ist, die Anordnung nicht wiedereingeschaltet werden kann und der Alarm eingeschaltet bleibt, bis

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das System durch eine Bedienungsperson von Hand zurückgestellt wird. Ist entsprechend dem Alarmzustand, das Relais 28' einmal abgefallen, so bleibt der Sekundärkreis des Transformators 12 so lange geöffnet, bis der Schalter 44 geschlossen wird. Folglich muß der Störeffekt, wie z. B. der zu niedrige Füllstand, nicht nur beseitigt sein, sondern die Bedienungsperson muß anwesend sein, um den Alarm abzustellen. Dies hat den Vorteil, daß sichergestellt ist, daß die Bedienungsperson eine Inspektion der Einrichtung vornimmt, auch dann, wenn to das Niveau der Flüssigkeit nur vorübergehend zu niedrig war.

Die Füllstandsüberwachungsanordnung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist nicht nur auf eine Niedrigstandabschaltung bzw. Alarmgebung, wie in den F i g._ 1 und 2 dargestellt, beschränkt, sondern kann auch zur Überwachung verschieden hoher Füllzustände benutzt werden.

So kann beispielsweise bei einer Überwachung unterschiedlicher Füüstände mit einem Nachpumpsysiem der das untere Niveau darstellende Meßfühler an die Klemme P des Blockes 16 über Arbeitskontakte des Relais 28 angeschlossen sein, während der das obere Niveau darstellende Meßfühler direkt mit der Klemme P verbunden ist Zum Steuern des Pumpenkreises werden Ruhe- kontakte des Relais 28 benutzt Hat der Füllstand den oberen Meßfühler erreicht, so befindet sich der Thyristor 20 im leitenden Zustand und das Relais 28 wird eingeschaltet Hierdurch werden die Ruhekontakte des Relais geöffnet und damit wird auch die Pumpe abgeschaltet Gleichzeitig schließen sich die Arbeitskontakte für den unteren Meßfühler, so daß der obere und der untere Meßfühler parallel geschaltet sind. Sinkt nun der Füllstand unter das Niveau des oberen Meßfühlers, so bleibt die Pumpe noch abgeschaltet da der untere Meßfühler den Thyristor 20 noch im leitenden Zustand hält Fällt jedoch der Füllstand unter das Niveau des unteren

positiven Halbwelle und das Relais 28 wird abgeschaltet und dessen Ruhekontakte schalten die Pumpe so lange ein, bis der Füllstand wieder das Niveau des oberen Meßfühlers erreicht hat

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

t. Anordnung zur Überwachung des Füllstandes eines mit elektrisch leitenden Stoffen gefüllten Behälters, mit einer einen elektrisch leitenden, in den Behälter hineinragenden und in dem Behälter elektrisch isoliert befestigten Meßfühler aufweisenden Meßelektrode, welche an die Sekundärseite eines Netztransformators angeschlossen ist, gekennzeichnet durch Kombination folgender Merkmale: