DE2840848A1 - Fluessigkeitspegel-ueberwachungssystem - Google Patents
Fluessigkeitspegel-ueberwachungssystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein ÜBerwachungssystem nach
dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Widerstands-Detektoreinrichtungen
für Flüssigkeiten in Form von Fühlern zur Erfassung des Vorhandenseins bzw. der Abwesentheit von Wasser in Boilern
einer Heizeinrichtung sind seit langem bekannt. Diese Art von Fühlern benutzt normalerweise einen einzigen Leiterkreis zwischen
einem Fühler und dem Boiler oder zwischen zwei Elementen bzw. Bereichen eines einzelnen Fühlers. Die Widerstandsmessung wird sodann
benutzt, um festzustellen, ob Wasser in dem Boiler vorhanden ist oder nicht. Diese Art von Fühlern erfordert einen großen Aufwand
bei der Wartung, um sicherzustellen, daß der durch das Boilerwasser hervorgerufene Kesselstein der sich auf dem Fühler absetzt,
den Fühler nicht kurzschließt und fälschlicherweise das Vorhandensein von Boilerwasser simuliert.
Diese Schwierigkeiten werden durch einen aus der DE-OS 26 43 522 bekannten Fühler vermieden. Diese Veröffentlichung beschreibt eine
Widerstands-Detektoreinrichtung für Flüssigkeiten mit 3 elektrisch leitenden Bereichen,die normalerweise elektrisch voneinander
isoliert sind. Durch einen geeigneten Anschluß dieser Fühlerbereiche an einen Auswerteschaltkreis ist es möglich, die bei dem
eingangs genannten Fühler mit 2 leitenden Bereichen auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. Dieser verbesserte Fühler wird normalerweise
an einen einen Verstärker aufweisenden elektrischen Schaltkreis angeschlossen, der mit seinem Ausgang einen Schalter
bzw. ein Relais steuert. Während die Fühlerfunktion selbst im wesentlichen eigensicher ist, kann der zugeordnete Schaltkreis ein fehlerhaftes,
Verhalten aufweisen, durch das das Vorhandensein einen leitfähigen Flüssigkeit angezeigt wird, obgleich eine solche Flüssigkeit
nicht vorhanden ist.
Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um diesen Mangel zu
beheben, aber diese Lösungen sind "verhältnismäßig komplex und teuer
gewesen. Eine mögliche vorgeschlagene Lösung besteht darin, den
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Wasserpegel in einem Boiler anzuheben und abzusenken, um einen . .
Schaltkreis zu öffnen und zu schließen, sodaß dessen Funktion durch die Prüfung des Betriebs des gesamten Systems erfaßt werden
kann. Dies erfordert normalerweise einen übertriebenen Aufwand an zusätzlicher Ausrüstung, wobei eine Modifikation des
Boilers bzw. des Behälters, in dem sich die leitfähige Flüssigkeit
befindet, erforderlich^ werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne das Erfordernis solcher Modifikationen den dem Fühler nachgeschalteten
Schaltkreis so auszubilden, daß er eine eigensichere Funktion aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch
1 gekennzeichnete Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen Fühler, wie er in der DE-OS
26 43 522 dargestellt und beschrieben ist. Der Fühler ist dabei so angeordnet, daß er ein zyklisches Ausgangssignal aufgrund eines
dem System zugeführten zyklischen Speisesignals liefert. Das zyklische Ausgangssignal tritt nur auf, wenn der Fühler von einer leitfähigen
Flüssigkeit benetzt wird, wodurch eine vorbestimmte gewünschte Widerstandsstrecke gebildet wird. Dieses zyklische Ausgangssignal
wird sodann einem elektrischen Schaltkreis zugeführt, der nur auf ein zyklisches Eingangssignal anspricht und der ein
Ausgangs-Schaltsignal_liefert, wenn das zyklische Eingangssignal
vorliegt. Da der Fühler selbst im wesentlichen eigensicher arbeitet,
ruft ein jeglicher Fehler in dem elektronischen Schaltkreis zwischen dem Fühler und einer Ausgangs-Schalteinrichtung eine Abschaltung
des Systems hervor, wodurch der Fehler erkannt werden kann.
Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
8098U/OS0S
■- 5 -
Figur 1 einen eigensicheren Fühler; und
Figur 2 einen Schaltkreis des Pegel-Überwachungssystems unter Verwendung des Fühlers gemäß Figur 1.
Firgur d zeigt eine einfache Darstellung des eigensicheren Fühlers,
wie er bereits in der DE-OS 26 43 522 dargestellt und beschrieben ist. Eine kurze Beschreibung seiner Wirkungsweise erscheint jedoch
an dieser Stelle angebracht, um das gesamte in Figur 2 dargestellte uberwachungssystem für den Pegel von leitfähigen Flüssigkeiten
besser verstehen zu können.
Der Fühler 10 besteht aus Metall und kann mittels eines Gewindeteils
11 in eine Öffnung eines Behälters eingeschraubt werden, wobei der Behälter die zu erfassende leitfähige Flüssigkeit aufweist.
Die Flüssigkeit kann beispielsweise durch das Wasser in einem Boiler gebildet werden. Zwecks Vereinfachung der Erläuterung sei hier
angenommen, daß es sich bei der leitfähigen Flüssigkeit um Wasser handelt und daß das Überwachungssystem den Pegelstand von Wasser
in einem Boiler überwacht. Ferner sei angenommen, daß das Wasser auf einem Pegel gehalten wird, der normalerweise unterhalb des isolierten
Teiles des Fühlers liegt. Der Fühler 10 besitzt ein zentrales Fühlerelement 12,das durch einen Isolator 19 hindurch geführt
ist und sich um eine gewünschte Länge in einen Boiler erstreckt, um das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit von Wasser zu erfassen.
Im Anschluß an das Gewindeglied 11 befindet sich ein Paar isolierender
Ringe 13 und 14, die einen Ring 15 aus Metall zwischen sich
einschließen. Der Ring 15 ist über einen durch den Isolator 19 hindurchgeführten
Leiter 16 an einen Draht 17 anschließbar. Der Ring 15 sei als Schutz bzw. Überwachungsring bezeichnet. Das Fühlerelement
12, das Gewindeglied 11 und der Schutzring 15 bilden 3 vonein-
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ander getrennte isolierte stromführende Elemente des Fühlers. Durch, das Fühlerelement 12r das Gewindeglied 11 und den Schutzring;
15, werden 3 verschiedene Stromwege bzw. Widerstände definiert. Das Gewindeglied 11 kann als geerdet angesehen werden und ist normalerweise
elektrisch mit der Masse eines Wasserboilersystems verbunden. Bei ansteigendem Wasser wird zunächst das Fühlerelement 12
von dem Wasser benetzt. Infolgedessen wird ein Stromweg 20 mit einem bestimmten Widerstand gebildet, durch den normalerweise das
Vorhandensein bzw. die Abwesenheit von Wasser in dem Boiler erfaßt wird. Ein zweiter Strompfad 21 kann zwischen dem Fühlerelement 12
und dem Schutzring 15 entstehen. Dieser Stromweg entspricht einem
abnormalen Zustand und erliefert einen Hinweise/ daß sich eine
Kesselsteinablagerung in unerwünschter Weise gebildet hat. Ein weiterer Strompfad 22 der öinem unerwünschten Zustand entspricht, ist
zwischen dem Schutzring 15 und dem Gewindeglied 11 bzw. Masse dargestellt.
Auch dieser Strompfad kann durch vorliegenden Kesselstein hervorgerufen werden.
Ein den Fühler gemäß Figur 1 verwendendes System zeigt den Pegel des Wassers in dem Boiler an, indem es das Vorhandensein bzw. die
Abwesenheit des Strompfades 20 feststellt. Das Vorliegen des Strompfades 21 bzw. 22 stellt einen fehlerhaften bzw. einen unerwünschten
Zustand dar, der anzeigt, daß das Wasser zu hoch ist bzw. daß sich Kesselstein gebildet hat, wodurch der Fühler 10 kurzgeschlossen
wird. Unter Zugrundelegung vorstehender Ausführung sei nunmehr das Überwachungssystem gemäß Figur 2 beschrieben.
Gemäß Figur 2 ist eine übliche Wechselspannungsquelle 25 an ein paar von Anschlüssen 26 und 27 angeschlossen, die mit der Primärwicklung
28 eines Transformators 30 verbunden sind. Der Transformator 30 besitzt eine Sekundärwicklung 31, die den Fühler 10 zwischen
dem Gewindeglied 11 und dem Schutzring 15 über einen Begrenzungswider
stand 32 speist. Ein weiterer Anschluß des Fühlers 10 ist dem Fühlerelement 12 zugeordnet. Es ist somit ersichtlich, daß
bei einer Wechselspannungsversorgung aus der Quelle 25 der Trans-
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formator 30 eine Wechselspannung zwischen dem Gewindeglied 11 und
dem Schutzring 35 anlegt, wobei letzterer an eine gemeinsame Leitung
33 angeschlossen ist. Der Transformator 30 besitzt eine weitere Wicklung 34, die über eine Gleichrichterdiode 35 an einen Filterkondensator
36 angeschlossen ist. Die Diode 35 und der Filterkondensator 36 liefern eine gefilterte Gleichspannung auf einer
Leitung 37/ die benutzt wird, um einen Teil des Pegelüberwachungssystems
zu speisen.
Der Fühler 10 ist mit seinem Fühlerelement 12 an eine Leitung 40
angeschlossen, die ihrerseits an einen ersten Transistor 41 angeschlossen ist. Der Transistor 41 wird über einen Widerstand 42 von
der Leitung 37 gespeist, und er liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 43, die an einen zweiten Transistor 44 angeschlossen ist.
Der Transistor 44 wird über einen Widerstand 45 von der Leitung gespeist, und er ist über eine Leitung 46 an die Leitung 33 angeschlossen.
Die elektronische Eingangsschaltung wird durch eine Diode 47 vervollständigt, die zwischen die Leitungen 33 und 40 geschaltet
ist und während eines Halbzyklus der an das System angelegten Spannung den Schutzring 15 mit dem Widerstandselement 12
kurzschließt. Die soweit beschriebene elektronische Schaltung bildet
eine Eingangs-Schalteinrichtung, die an den Fühler 10 und an die periodisch veränderliche Spannungsquelle 25 angeschlossen ist.
Es sei darauf verwiesen, daß die periodisch veränderliche Spannungsquelle auch in anderer Art als durch eine herkömmliche Wechselspannungsquelle
und einen Transformator realisiert werden kann. Es kann beispielsweise eine Impulsquelle, ein Rechteckwellengenerator, eine
digitale Signalquelle oder eine andere herkömmliche Quelle verwendet werden, die eine sich periodisch verändernde elektrische Energie
liefert.
Das System gemäß Figur 2 wird durch eine elektrische Speichereinrichtung 50 vervollständigt, die an eine Ausgangs-Schalteinrichtung
51 angeschlossen ist. Die elektrische Speichereinrichtung 50 umfaßt
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2 8 A O 8 4 a
einen ersten Kondensator 52, der über eine Diode 53 dem Transistor
44 parallel geschaltet ist. Eine weitere Diode 54 und ein weiterer Kondensator 55 sind der Diode 53 parallel geschaltet.
Die Ausgangs-Schalteinrichtung 51 umfaßt eine Relaisspule 56, die dem zweiten Kondensator 53 parallel geschaltet ist» Die Relaisspule
56 wirkt über ein Betätigungsglied 57 auf einen normalerweise geöffneten Schaltkontakt 58 ein. Die Ausgangs-Schalteinrichtung
bzw. das Relais 51 kann soviele Arbeits- und Ruhekontakte aufweisen,, wie dies für den jeweiligen Änwendungsfall gefordert ist,
wobei der Einfachheit halber, im vorliegenden Fall nur ein Kontakt
dargestellt ist.
Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des überwachungssystems
sie nunmehr dessen Wirkungsweise beschrieben;
Die Wirkungsweise des Überwachungssystems gemäß Figur 2 wird am
besten verständlich., wenn als Spannungsquelle 25 eine herkömmliche
Wechselspannungsquelle und als Fühlerelement 10 der in Figur 1 dargestellte Fühler zu Grunde gelegt werden. Ferner sei als Flüssigkeit,
die den Fühler benetzt, Boilerwasser angenommen, durch welches normalerweise ein elektrischer Schaltkreis, d.tu ein Widerstand 20,
zwischen den Fühlerelementen 11 und 12 gebildet wird.
Die angelegte Wechselspannung wird durch die Sekundärwicklung 34
transformiert und über die Diode 35 dem Filterkondensator 36 zugeführt, um ein Gleichspannungspotential auf der Leitung 37 zu liefern.
Es fließt ein Strom über die Leitung 37 und den Widerstand 45 zu dem Kondensator 52 und über die Diode -53 und die Leitung 33 zu
dem Kondensator 36. Der Kondensator 52 wird hierbei aufgeladen und weist die in der Zeichnung.dargestellte Polarität auf.
$09814/080$
Wird der Fühler 10 nicht von einer leitfähigen Flüssigkeit, wie
beispielsweise Wasser, benetzt, so wird kein elektrischer Strompfad
zwischen dem Fühlerelement 11 und dem Fühlerelement 12 gebildet.
Ebenso werden keine Strompfade zwischen dem Element 11 und dem Schutzring 15, sowie dem Fühlerelement 12 und dem Schutzring
15;gebildet. Infolgedessen führt die Leitung 40 keine Spannung
und der Transistor 41 bleibt gesperrt. Wenn sich der Transistor 41 nicht im stromführenden Zustand befindet, so kann sich auch der
Transistor 44 nicht im stromführenden Zustand befinden, und das System befindet sich, im ausgeschalteten Zustand, wobei sich eine
Ladung auf dem Kondensator 52 befindet und der Relaisschalter 58 die geöffnete Stellung einnimmt.
Wenn das Wasser soweit ansteigt, daß es das Fühlerelement 12 berührt,
so wird ein Strompfad 20 mit einem bestimmten Widerstand zwischen dem Element dl und dem Fühlerelement 12 gebildet, so daß
über die Leitung 40 der Transistor 41 und somit auch der Transistor 44 eingeschaltet wird. Der Kondensator 52 wird sodann unmittelbar
über-- den Transistor 44 und die Diode 54 in die aus Relaisspule 56 und Kondensator 55 bestehende Kombination entladen. Diese Ladungsübertragung
von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 bildet eine begrenzte Energieübertragung von dem einen Kondensator zu
dem anderen, wodurch andererseits die Speisespannung für die Ausgangs-Schalteinrichtung
51 geliefert wird. Wenn die angelegte Wechselspannung ihre Polarität umkehrt, und wenn das Fühlerelement 12
weiterhin von Wasser benetzt ist, so gelangt der Transistor 41 in den nicht- stromführenden Zustand und der Strom verläuft über die
Diode 47 zu dem Widerstandselement 12 zurück. Der Transistor 41 wird somit gesperrt und sperrt seinerseits den Transistor 44. Sobald
der Transistor 44 gesperrt wird, erfolgt eine .neue Aufladung des Kondensators 52 aus dem Kondensator 36, wobei der Strom über
den Widerstand 45 und die Diode 53 fließt. Wenn die an den Fühler 10 angelegte Spannung erneut ihre"Polarität wechselt, so wird der
Transistor 41 zusammen mit dem Transistor 44 durchgeschaltet, wobei zu diesem Zeitpunkt die in dem Kondensator 52 gespeicherte
Energie zu dem Kondensator 55 übertragen wird, um die Ausgangs-
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Sehalteinri.ch.tung im erregten Zustand zu halten.
Es ist somit ersichtlich, daß das vorliegende System eine abwechselnde
Ein - und Ausschaltung der an den Fühler 10 angeschlossenen Eingangs-Schalteinrichtung aufgrund der dem System zugeführten
periodischen Wechselspannung erfordert. Solange die vorstehend beschriebenen Zustände vorliegen, ruft der Fühler 10 eine Stromführung
der Transistoren 41 und 42 während jedes Halbzyklus der speisenden
Wechselspannung hervor, wodurch die Energie von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 übertragen wird. Dies stellt die normale
Betriebsweise des Systems dar, welche eigensicher ist. Der
Fühler selbst ist ein eigensicheres Instrument und die Energieübertragung von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 muß aufrecht
erhalten bleiben, um die Ausgangs-Schalteinrichtung 51 zu speisen. Wenn irgendein Teil des Schaltkreises kurzgeschlossen oder getrennt
wird, so wird die zyklische Energieübertragung unterbrochen. Wenn der Fühler 10 Strompfade 21 bzw. 22 mit niedrigem Widerstand zwischen
dem Element 11 und dem Schutzring 15 oder zwischen dem Fühlerelement 12 und dem Schutzring 15 bildet, so wird der Eingangskreis des
Transistors 41 kurzgeschlossen, mit der Wirkung, daß der Transistor 41 gesperrt wird und die zyklische Betriebsweise der Energiespeichereinrichtung
unterbrochen wird. Hierdurch wird die Speisung der Ausgangs-Schalteinrichtung bzw. des Relais 51 praktisch unmittelbar
unterbrochen, wodurch der Kontakt 58 abfällt bzw. geöffnet wird.
9098U/0805
Claims (7)
1 Η-. Sep. 1978
HONEYWELL INC. 1007150 Ge,Sz
Honeywell Plaza .
Minneapolis, Minn., USA
Flüssigkeitspegel - Überwachungssystem Zusatz zu P 26 43 522,3
Patentansprüche:
tnach P 26 43 522.3r
1. übervrachungssystem'für den Pegelstand einer leitfähigen Flüssigkeit, das: von einer Spannungsquelle gespeist wird, mit einer an die Spannungsquelle angeschlossenen Widerst ands-Detektoreinrichtung, um das Vorhandensein der leitfähigen Flüssigkeit festzustellen, wobei diese Einrichtung einen Fühler mit 3 getrennten elektrisch gegeneinander isolierten leitenden Bereichen umfaßt und einen Strom führt, wenn sich die Flüssigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich befindet, und mit einer Ausgangs-Schalteinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Pegelstand betätigt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung einer periodisch sich verändernden elektrischen Spannungsquelle (25), eine an den Fühler (10) und die periodisch veränderliche Spannungsquelle (25) angeschlossene Eingangs-Schalteinrichtung (41-44), welche durch jeden Stromfluß - außer zwischen dem ersten und zweiten Bereich - gesperrt wird, und durch ein erstes und zweites Stromspeicherglied (52,55), wobei das erste Stromspeicherglied (52) aufgrund des periodischen Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten Bereich (11,12) und des Stromes der periodisch veränderlichen Spannungsquelle (25) die Ladung auf das zweite Stromspeicherglied (55) überträgt und die Ausgangs-Schalteinrichtung (51) durch die Ladung des zweiten Stromspeichergliedes (55) betätigt wird.
1. übervrachungssystem'für den Pegelstand einer leitfähigen Flüssigkeit, das: von einer Spannungsquelle gespeist wird, mit einer an die Spannungsquelle angeschlossenen Widerst ands-Detektoreinrichtung, um das Vorhandensein der leitfähigen Flüssigkeit festzustellen, wobei diese Einrichtung einen Fühler mit 3 getrennten elektrisch gegeneinander isolierten leitenden Bereichen umfaßt und einen Strom führt, wenn sich die Flüssigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich befindet, und mit einer Ausgangs-Schalteinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Pegelstand betätigt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung einer periodisch sich verändernden elektrischen Spannungsquelle (25), eine an den Fühler (10) und die periodisch veränderliche Spannungsquelle (25) angeschlossene Eingangs-Schalteinrichtung (41-44), welche durch jeden Stromfluß - außer zwischen dem ersten und zweiten Bereich - gesperrt wird, und durch ein erstes und zweites Stromspeicherglied (52,55), wobei das erste Stromspeicherglied (52) aufgrund des periodischen Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten Bereich (11,12) und des Stromes der periodisch veränderlichen Spannungsquelle (25) die Ladung auf das zweite Stromspeicherglied (55) überträgt und die Ausgangs-Schalteinrichtung (51) durch die Ladung des zweiten Stromspeichergliedes (55) betätigt wird.
(Hz/ig) 909814/08ÖS
ORIGINAL INSPECTED
2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wechselspannungsquelle als periodisch veränderliche
Spannungsquelle und durch ' eine Festkörper-Schalteinrichtung (41) als Eingangs-Schalteinrichtung.
3. Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die Festkörper-Schalteinrichtung einen Transistor (41) und eine Diode (47) umfaßt,
wobei durch die Polung der Diode der Transistor nur während einer Halbwelle der Wechselspannung stromführend ist.
4. überwachungs sys tem nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Festkörper-Schalteinrichtung (41-44) einen an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen
Gleichrichter (35) und einen Filterkondensator (36) aufweist, um eine Gleichstromversorgung zu bilden.
5. Überwachungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c'h gekennzeichnet , daß das erste Stromspeicherglied
einen Kondensator (52) und eine Diode (53) umfaßt, um Strom von der Eingangs-Schalteinrichtung (41-44) zugeführt zu erhalten,
wenn diese nicht stromführend ist, und entladen zu werden, wenn diese stromführend ist, und daß das zweite Stromspeicherglied
einen Kondensator (55) aufweist, dem der Entladestrom des ersten Kondensators zugeführt wird.
6. Überwachungssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet
durch ein Relais (51) als Augsgangs-Schalteinrichtung, das dem zweiten Kondensator (55) parallel geschaltet ist.
7. überwachungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet
durch eine weitere Diode (54) zwischen beiden Kondensatoren (52,55).
900814/0005
Applications Claiming Priority (1)
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US83562977A | 1977-09-22 | 1977-09-22 |
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Legal Events
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