DE3201708A1

DE3201708A1 - Fuehler zur bestimmung der standhoehe von fluessigen gasen

Info

Publication number: DE3201708A1
Application number: DE19823201708
Authority: DE
Inventors: H.-Rainer 4053 Jüchen Ellinghaus
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1982-01-21
Filing date: 1982-01-21
Publication date: 1983-09-15
Also published as: GB2114303B; FR2520107A1; FR2520107B1; GB8301575D0; GB2114303A; BE895647A; DE3201708C2

Description

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Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Fühler zur Bestimmung der Standhöne von flüssigen Gasen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fühler zur Bestimmung der Standhöhe von flüssigen Gasen wie flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff, bei dem das die Standhöhe der Flüs-S sigkeit anzeigende elektrische Signal mittels eines temperaturabhängigen Widerstandes gebildet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein aus mehreren Fühlern gebildetes Fühlersystem.

Fühler zur Bestimmung der Standhöhe von flüssigen Gasen sind bekannt. Für diese werden in der Regel temperaturempfindliche Halbleiter, Heißleiter, Kaltleiter oder Dioden verwendet.

Ein Anwendungsgebiet für derartige Fühler besteht beispielsweise in der Bestimmung der Standhöhe von flüssigen Gasen in Gasreinigungsfallen, die beispielsweise im Gaskreislauf eines Metallprüffeldes eingesetzt werden. Das mittels des Fühlers erhaltene elektrische Signal kann insbesondere bei Verwendung mehrerer Fühler als Eingangsgröße für eine Steuerung der Flüssigkeitszufuhr dienen.

Schwierigkelten bereitet jedoch die eindeutige Bestimmung der Standhöhe der Flüssigkeiten, da die Temperatur des Gases direkt oberhalb der Oberfläche

des flüssigen Gases kaum höher liegt als die Tempe-

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ratur des flussigen Gases.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Fühler zur Bestimmung der Standhöhe von flüssigen Gasen zu schaffen, mit dem eine eindeutige Bestimmung der Standhöhe des flüssigen Gases möglich ist. 5

Diese Aufgabe wird bei einem Fühler der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Fühler neben dem ersten, zur Anzeige der Standhöhe dienenden temperaturabhängigen Widerstand einen weiteren elektrischen Widerstand aufweist, der gegenüber dem ersten Widerstand galvanisch getrennt angeordnet und zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung vorgesehen ist, und daß die beiden Widerstände hermetisch dicht gegenüber dem Außenmedium abgekapselt sind.

Bei der Konzeption des Fühlers gemäß der Erfindung ist von dem Umstand Gebrauch gemacht worden, daß sich der Fühler im flüssigen Gas in einem Medium guter Leitfähigkeit, im darüberliegenden Gas dagegen in einem Medium schlechter Leitfähigkeit befindet. Wird dem Fünler, was über den zweiten Widerstand gescnient, elektrische Energie in der Größenordnung von höcnstens einigen Watt zugeführt, so resultiert hieraus für den Fall, daß der Fühler in der Flüssigkeit eingetaucht ist, eine geringere Signaländerung infolge Erwärmung als für den Fall, daß der Fühler sich außerhalb der Flüssigkeit befindet. Denn bei eingetauchtem Fühler wird die zugeführte Energie zusätzlich über den Fühler auch über die Flüssigkeit abgeleitet, während bei einem oberhalb der Flüssigkeit befindlichen Fühler die Ableitung der zugeführten Energie lediglich über den Fühler selbst, kaum aber über das den Fühler umgebende Gas erfolgt. Die dem Fühler zugeführte

elektrische Energie führt somit für den Fall, daß das Flüssigkeitsniveau unter den Fühler absinkt,zu einer sprunghaften Signaländerung und infolgedessen zu einer eindeutigen Anzeige, daß der Fühler sich nicht mehr im flüssigen Gas befindet.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Fühlers besteht darin, daß als Widerstandspaar ein 2 χ PT 1OO vorgesehen 1st, Von Vorteil ist dabei die Verwendung der Ausführung 2 χ PT 100 in gemeinsamer Edelstahlmantelung, da diese Ausführungsform des Fühlers gemäß der Erfindung eine Aufheizung des Fühlers auf bis zu 400 °C erlaubt. Das ist insbesondere bei Verwendung des Fühlers in Gasreinigung3fallen unbedingt erforderlieh.

Vorteilhaft ist ferner ein Fühlersystem, bei dem zwei miteinander in fester mechanischer Verbindung stehende Fühler versetzt zueinander so angeordnet sind, daß bei senkrechter Anordnung des Fühlersystems in einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter der tiefer in den Behälter hineinragende Fühler zur Abgabe des Signals zum Einfüllen von Flüssigkeit in den Behälter und der weniger tief in den Behälter hineinragende Fühler zur Abgabe des Signals zum Beenden des Einfüllens von Flüssigkeit in den Behälter dienen. Da die Fühler eine eindeutige Bestimmung des Flüssigkeitsniveaus zulassen, ist es mit dem Fühlersystem ohne weiteres möglich, den Flüssigkeitsstand innerhalb eines vorgegebenen Pegels zu halten. Zur Vermeidung von unerwünschten Störungen ist außerdem eine Weiterausgestaltung des Fühlersystems zweckmäßig, die darin besteht, daß zwei weitere Fühler vorgesehen und gegenüber den beiden ersten Fühlern versetzt so angeordnet sind, daß der eine weitere für die Überwachung des Einfüllvorgangs vorgesehene Fühler

bei senkrechter Anordnung des Fühlersystems die tiefste Position und der zweite weitere für die überwachung des Abschaltvorgangs vorgesehene Fühler die höchste Position einnimmt. 5

Die Arbeitsweise einer bestimmten Ausführungsform des Fühlers gemäß der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben sowie eine Ausführungsform des Fühlersystems schematisch angegeben.

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Figur 1 die Widerstandskurve des Meßwiderstandes des

Fühlers bei Verwendung für flüssigen Stickstoff,

Figur 2 die Heizstromkurve des Heizwiderstandes des

Fühlers bei Verwendung für flüssigen Stickstoff,

Figur 3 schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform

eines Fühlersystems mit zusätzlichen Alarmstufen,

Figur 4 ' schematische Darstellung eines Schaltverstärker

für das.Fühlersystem mit zusätzlichen Alarmstufen.

Die in Figur 1 wiedergegebene Widerstandskurve des Meßwiderstandes ist die Kurve eines der beiden Widerstände eines Doppelwiderstandsthermometers 2 χ PT 100 (Bezeichnung nach DIN 43760} in gemeinsamer Edelstahlmantelung. Die Meßhülsenlänge beträgt 20 mm_r der Durchmesser des Fühlers ist 6 mm. Der Fühler wird zur Bestimmung der Standhöhe von flüssigem Stickstoff (Temperatur minus 196 ⁰G), der in Figur 1 schraffiert dargestellt ist, verwendet.

An den Heizwiderstand des Fühlers ist eine konstante Gleichspannung von b Volt angelegt. Damit ergibt sich

die in Figur 2 angegebene Heizstromkurve.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, beträgt der Widerstandswert des Meßwiderstandes für den Fail, daß der Fühler über die volle Meßhülsenlänge im flüssigen Stickstoff eingetaucht ist, 40 Ohm (entspricht minus 50 ⁰C). Befindet sich der Fühler oberhalb des flüssigen Stickstoffs mit einem Abstand von 2 mm über der Oberfläche der Flüssigkext, so ist der Widerstandswert des Meßwiderstandes 85 Ohm (entspricht minus 38 °c).

In Figur 3 ist ein Fühlersystem, bestehend aus vier Fühlern der Type 2 χ PT 100, schematisch dargestellt. '15 An jeweils einen der Fühlerwiderstände 1st eine Spannung von 8 Volt angelegt. Die Zuleitungen 1 bis 5 sind bei Betrieb mit den Klemmen 1 bis 5 des in Figur 4 dargestellten Schaltverstärkers verbunden.

Der Schaltverstärker besteht aus vier Operationsverstärkern ji A 741 C mit der in Figur 4 angegebenen Beschaltung. Als Eingangsgröße dient die Widerstandskennlinie der Meßfühler entsprechend der Darstellung in Figur 1, welche in einen Zweig der Eingangsbrückenschaltung eingebracht wird- Der Arbeitspunkt von 60 Ohm wird mit dem 5 K-Potentiometer eingestellt. Die Offset-Kompensation geschieht mit dem 10 K-Potentiometer. Ein sprunghaftes Durchschalten der Transistorstufe und somit des Relais wird durch eine Zehnerdiode in Sperrrichtung erreicht. Die Relaiskontakte können zur beliebigen Verschaltung benutzt werden, zum Beispiel als Vierpunktfüilanzeige des Behälterniveaus und als

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Eingangskontakte für eine frei programmierbare Steuerung wie im vorliegenden Anwendungsfail.

Bei störungsfreiem Betrieb des in Figur 3 dargestellten Fühlersystems pendelt die Standhöhe der Flüssigkeit zwischen den Positionen der beiden mittleren Fühler "voll" und "nachfüllen" (siehe Figur 3). Die beiden übrigen Fühler dienen im Fall des Überlaufs und bei leerem Behälter zur Alarmanzeige,

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Claims

Kernforschungsanlage Jülich
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Patentansprüche

/ 1.)Fühler zur Bestimmung der Standhöhe von flüssigen Gasen wie flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff, bei dem das die Standhöhe der Flüssigkeit anzeigende elektrische Signal mittels eines temperaturabhängigen

Widerstandes gebildet wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler neben dem ersten, zur Anzeige der Standhöhe dienenden temperaturabhängigen Widerstand einen weiteren elektrischen Widerstand aufweist, der

gegenüber dem ersten Widerstand galvanisch getrennt angeordnet und zur Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung vorgesehen ist, und daß die beiden Widerstände hermetisch dicht

i» gegenüber dem Außenmedium abgekapselt sind.
2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet , daß als Widerstandspaar ein 2 χ PT 100 vorgesehen ist.
3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Widerstandspaar ein 2 χ PT 100 in gemeinsamer Edelstahlmantelung vorgesehen ist.
4. Fühlersystem, bestehend aus Fühlern gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet , daß zwei miteinander in fester

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mechanischer Verbindung stehende Fühler versetzt zueinander so angeordnet sind, daß bei senkrechter Anordnung des Fühlersystems in einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter der tiefer in den Beb halter hineinragende Fühler zur Abgabe des Signals zum Einfüllen von Flüssigkeit in den Behälter und der weniger tief in den Behälter hineinragende Fühler zur Abgabe des Signals zum Beenden des Einfüllens von Flüssigkeit in den Behälter dienen.
5. Fühlersystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwei weitere Fühler vorgesehen und gegenüber den beiden ersten Fühlern versetzt so angeordnet sind, daß der eine weitere,für die Überwachung des Einfüllvorgangs vorgesehene Fühler bei senkrechter Anordnung des Fühlersystems die tiefste Position und der zweite weitere ,für die Überwachung des Abschaltvorgangs vorgesehene Fühler die höchste Position einnimmt.