DE620325C - Einrichtung zur selbsttaetigen UEberwachung des Zustandes chemischer Baeder - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

Bar. !rd. l-'jsr.ä

. 25 NOV. 1935

AUSGEGEBEN AH
19. OKTOBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 620 KLASSE 12 f GRUPPE

S 11136p IVb/i2f Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 26. September 1935

Siemens-Schuckertwerke Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt Einrichtung zur selbsttätigen Überwachung des Zustandes chemischer Bäder

Patentiert im Deutschen fteiche vom 15. Oktober 1933 ab

Die Priorität der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 14. Oktober 1932

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig arbeitende Überwachungseinrichtung für den Zustand chemischer Bäder, denen ein oder meherere Bestandteile durch Aufgabevorrichtungen o. dgl. laufend zugeführt werden und bei denen von der in der Zeiteinheit zugeführten Menge dieser Bestandteile der Zustand des chemischen Bades abhängig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Uberwachungseinrichtung zu schaffen, welche in jeder Beziehung die an sie gestellten Anforderungen bezüglich Regelgenauigkeit und Betriebssicherheit erfüllt.

Die wesentlichen Merkmale der neuen Regeleinrichtung und die mit ihr erreichbaren Vorteile seien im folgenden an Hand ejnes in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Für das in der Zeichnung dargestellte Schaltungsschema ist

za angenommen, daß es sich um die laufende Überwachung eines für den Kupferraffinadeprozeß bestimmten chemischen Bades handelt. Die Bestandteile dieses Bades sind Kupfererz, Wasser und Kalk. Wichtig für den Arbeits-Vorgang ist der Alkaligehalt des Bades, welcher daher durch die Überwachungseinrichtung nach der Erfindung laufend gemessen wird und vermittels im folgenden näher zu beschreibender Relais und Schalteinrichtungen auf einen Antriebsmotor für die Fördervorrichtung des dem Bade zuzugebenden Kalkes derart einwirkt, daß die Kalkmengen stets dem geforderten Alkaligehalt angepaßt sind. Zu der Zeichnung sei bemerkt, daß die Fig. ι und la. zu ein und demselben Schaltungschema gehören, die Fig. ia ist rechtsseitig an Fig. 1 anzuschließen.

Einem Behälter 1 werden über eine Aufgabevorrichtung 3 die Bestandteile Wasser und Kupfererz zugeführt. Der Kalk wird durch ein Becherwerk 5 aus einem Behälter 9 in den Behälter 1 gefördert. Die Fördermenge hängt von der Drehzahl eines Elektromotors 11 ab, der von einem Leonardgenerator 13 gespeist wird. Zum Zwecke der Untersuchung des Alkaligehaltes des Badinhaltes ist an das Rohr 15, welches den Behälter 1 mit anderen in der Zeichnung nicht dargestellten Behältern verbindet, ein Hilfsrohr 17 angeschlossen, in dem sich ein Rohrstück 19 aus lichtdurchlässigem Material befindet. Der aus dem Behälter 1 durch das Rohr 15 in das Rohr 17 eintretenden chemischen Substanz werden andere Bestandteile, beispielsweise Phenolsalze, zugesetzt, um den Alkaligehalt an der wechselnden Färbung bzw. der mehr oder weniger großen Lichtdufchlässigkeit der Flüssigkeit kenntlich zu machen.

Der Zustand der Flüssigkeit wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen laufend überwacht, um in Abhängigkeit von diesem Zustand eine Re-

laiseinrichtung zu betätigen. Auf der einen Seite des -Rohrstückes 19 ist zu dem Zweck eine Photozelle 23 angeordnet, welche durch eine Lichtquelle 21 belichtet wird. Der Bestrahlungszustand der Photozelle und damit deren elektrischer Widerstand hängen von der Lichtdurchlässigkeit der in dem Rohr 19 fließenden Flüssigkeit ab. Die Photozelle 23 liegt in einem Zweig einer Brückenschaltung • o 29, die über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Die übrigen Zweige werden durch die beiden Hälften eines Widerstandes 35 sowie durch eine zweite Photozelle 25 gebildet, die als Vergleichswiderstand für die Photozelle 23 wirkt. Der Belichtungszustand der Zelle 25 hängt von einer Flüssigkeit ab, die sich in einem Behälter 27 befindet und nach Nichtdurchlässigkeit und Färbung dem SoIlzustande der aus dem Behälter 1 ausfließenden Flüssigkeit entspricht. An Stelle der aus ,den Photozellen 23 und 25 und der Brückenschaltung 29 gebildeten Relaiseinrichtung können auch andere Relaiseinrichtungen verwendet werden, welche das Endergebnis des Arbeitsprozesses überwachen und Abweichungen von einem bestimmten Sollwert in sich ändernde elektrische Größen (Strom oder Spannung) umsetzen.

Die beiden Anschlußpunkte 45 und 47 der Brückenschaltung 29 sind mit den Steuergittern 53 und 55 von Entladungsgefäßen 57 und 59 verbunden, die ihrerseits wiederum in einer Brückenschaltung 95 liegen. Die Brükkenschaltung 95 ist dazu .bestimmt, die Impulse der Brückenschaltung 29 zu verstärken und auf Schaltrohre ιοί und 103 zu übertragen, durch welche Schaltschütze 137 und 141 gesteuert werden, um einen Regelmotor 189 in dem einen oder anderen Sinne einzuschalten. Der Regelmotor überträgt wiederum seine Bewegungen auf einen Regler 195, welcher für die Einstellung des Feldreglers 207 im Erregerkreis des Leonardgenerators 13 und damit für die Drehzahl des Motors 11 maßgebend ist. Auf diesem nachfolgend noch im einzelnen zu beschreibenden Steuerwege werden Abweichungen des Zustandes der aus dem Behälter 1 austretenden Flüssigkeit von ihrem Sollwert und im besonderen Abweichungen des Alkaligehaltes bei einem Kupfererzbad in Regelimpulse für die Drehzahl des Motors 11 und damit für die dem Behälter t zugeführte Kalkmenge übertragen.

Der Brückenschaltung 95, in deren Zweigen, wie bereits erwähnt, die Entladungsgefäße 57 und 59 liegen, wird über einen Potentiometerwiderstand 75 aus einer Gleichstromquelle (Leitungen 8 r und 83) Spannung zugeführt.

Sobald das Gleichgewicht der Brückenschaltung 29 infolge einer Abweichung des Alkaligehaltes des Kupferbades von seinem Sollwert gestört ist, weichen die den beiden Entladungsrohren 57 und 59 zugeführten Gitterspannungen nach Größe und Richtung voneinander ab, und zwar hängt diese Abweichung ihrer Richtung nach davon ab, ob der Widerstand der Photozelle 23 größer oder kleiner geworden ist. Die geänderten · Gitterspannungen der Entladungsgefäße 57 und 59 ergeben Strom- und Spannungsänderungen im Widerstand 65 und dem dazu parallel .geschalteten Widerstand zwischen den Punkten 91 und 93 der Brückenschaltung 95. Die dadurch geänderten Spannungen zwischen den Punkten 93 und 107 bzw. 91 und 107 werden auf den Gitterkreis von Schaltrohren 101 iind 103 übertragen. Diese Rohre sind gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße, welche den Stromdurchgang freigeben, sobald das Gitterpotential um ein bestimmtes Maß gegenüber dem Kathodenpotential positiv \Ärd. Die Rohre speisen die beiden Schütze 137 oder 141. In dem Schaltungsschema ist angenommen, daß es sich um Glühkathodenentladungsgefäße handelt, die in üblicher Weise über einen Transformator 119 gespeist werden. Es können naturgemäß auch andere go Gasentladungsgefäße, beispielsweise Ouecksilberdampfentladungsgefäße, für den gleichen Zweck verwendet werden.

Die beiden Schaltschütze 137 und 141 sind gegeneinander durch Hilfskontakte 151 und 153 verriegelt, um zu verhindern, daß beide Schütze gleichzeitig ansprechen.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Regeleinrichtung sei angenommen, daß die Brückenschaltung 29 mit den Photozellen 23 und 25 in der Weise von deren Gleichgewichtszustand abweicht, daß das Schaltschütz 137 anspricht und seine Arbeitskontakte 157 schließt. Dadurch werden zunächst nacheinander die Relais 165 und 179 i°5 geschlossen, letzteres über die Kontakte 171 des Relais 165. Der Regelmotor 189 wird eingeschaltet und verstellt den Regler 195. Dadurch ändert sich die Einstellung des Relais 207 im Feldkreis des Leonardgenerators 13, und die Drehzahl des Motors 11 wird geändert. Die Einstellung des Relais 207 hängt von der Spannung der mit dem Motor 11 gekuppelten" Tachometerdynamo 20t ab. Die Schwingungszahl des Relais 207 ändert sich, sobald der Regelwiderstand im Stromkreis der Tachometerdynamo 201 geändert wird.

Wesentlicher Bestandteil der Regeleinrichtung nach der Erfindung sind die nachfolgend zu beschreibenden Zeitschalteinrichtungen und im besonderen die für diesen Zweck verwendeten Entladungsgefäße 221 und 253. Sobald

nämlich durch die Photozellen 23 in Abhängigkeit von einer Zustandsänderung des Inhaltes des Behälters 1 ein Steuerimpuls auf den Antriebsmotor 11 der Fördervorrichtung 5 übertragen worden ist, wird gemäß der Erfindung der Regelvorgang nach einer bestimmten Zeit unabhängig von dem Zustand der Flüssigkeit unterbrochen. Diese Zwischenzeit hat den Zweck, zunächst abzuwarten, ob die geänderte Drehzahl des Motors 11 und die damit bewirkte Änderung der Kalkzufuhr ausreichend war, um die durch die Photozelle festgestellte Zustandsänderung des chemischen Bades wieder auszugleichen.

Für diesen Ausgleich ist eine gewisse Zeit erforderlich, und der durch die Regeleinrichtung ausgelöste Regelimpuls würde über das notwendige Maß hinaus ansteigen, wenn er nicht unterbrochen würde, um seine Wirkung zunächst abzuwarten.

Für die Abschaltung des beim Ansprechen eines der beiden Schütze 137 und 141 eingeschalteten Steuermotors 189 dienen folgende Teile der Schaltung:

Nachdem, wie oben erläutert, durch das Schütz 137 die Relais 165 und 179 nacheinander eingeschaltet waren, wird durch die Hilfskontakte 217 des Relais 165 ein Stromkreis geschlossen, welcher von der Leitung 83 der Gleichstromquelle über die Kontakte 217 des Relais 165, einen Potentiometerwiderstand 219, die Entladungsstrecke des Entladungsgefäßes 221, die Erregerwicklung des Relais 175 zurück zur Leitung 81 der Gleichstromquelle verläuft. Parallel zu einem Teil des Widerstandes 219 liegen in Reihe ein Kondensator 225 und ein Widerstand 231,

- welch letzterer zwischen die Kathode des Entladungsgefäßes 211 und dessen Steuergitter geschaltet ist. Beim Einschalten des vorstehend erwähnten Stromkreises fließt in diesem zunächst nur ein verhältnismäßig kleiner Strom, weil die Spannung am Steuergitter des Entladungsgefäßes 221 noch nicht groß genug ist. Gleichzeitig wird aber der Kondensator 225 allmählich aufgeladen, und es erhöht sich dadurch die Spannung am Steuergitter des Entladungsgefäßes 221. In dem Maße, wie die Ladung des Kondensators zunimmt, steigt der das Entladungsgefäß 221 durchfließende Strom, bis dieser Strom groß

.genug ist, das Relais 175 zum Ansprechen zu '.bringen. Im allgemeinen wird diese Zeit zweckmäßig mit etwa einer halben Sekunde bemessen.

Wenn das Relais 175 eingeschaltet ist, öffnet es seine Kontakte 237 und öffnet da-

- durch den Stromkreis des Relais 179, so daß der Steuermotor 189 abgeschaltet wird. In diesem Augenblick tritt eine zweite Zeitschalteinrichtung in Tätigkeit, welche die Zeitspanne bestimmt, die verstreicht, bis die Relaiseinrichtung wieder in Tätigkeit gesetzt wird, bis also die zu Beginn des beschriebenen Schaltvorganges bestehende Verbindung zwischen der Brückenschaltung 29 der Photozellen und den Regeleinrichtungen für den Antriebsmotor 116 hergestellt wird. Diese zweite Zeitspanne hängt von der Art des zu überwachenden Arbeitsprozesses ab. Bei chemischen Bädern hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Zeit von etwa fünf Minuten zu wählen.

Der Vorgang der Überwachung der Zeitspanne zwischen dem Abschalten des Steuermotors 189 und der Wiederherstellung der Verbindung zwischen der Brückenschaltung 29 und den Steuereinrichtungen für den Motor 189 verläuft wie folgt: Sobald das Relais 175 eingeschaltet ist, schließt es seine Kontakte 241 und schaltet dadurch den Widerstand 243 ein, der für das Entladungsgefäß 253 dieselbe Rolle spielt-wie der obenerwähnte Widerstand 219 für das Entladungsgefäß 221. Auch bei dem Entladungsgefäß 253 sind zu einem Teil des Widerstandes 243 ein Kondensator 259 und ein Widerstand 257 parallel geschaltet. Der nach dem Einschalten des Relais 175 durch das Entladungsgefäß 253 fließende Erregerstrom für das Relais 161 erreicht erst den für das Ansprechen dieses Relais ausreichenden Wert, wenn der Kondensator 259 aufgeladen ist. Die Zeit, die für diesen Aufladevorgang erforderlich ist, hängt von der Spannung ab, welche an dem Widerstand 243 abgegriffen wird und von der Größe des Widerstandes 257.

Sobald das Relais 161 anspricht, werden dessen Kontakte 265 geöffnet und die Kontakte 269 geschlossen.· Durch die Kontakte 265 wird der Stromkreis des Relais 165, welches zu Beginn des Steuervorganges durch das Schütz 137 eingeschaltet war, geöffnet, so daß dieses Relais abfällt. Durch die Kontakte 269 wird der Kondensator 225 des Entladungsgefäßes 221 mit seiner dem Widerstand 219 abgekehrten Belegung an die Leitung 83, d. h. an den Pluspol der Gleichstromquelle angeschlossen. Dies hat zur Folge, daß der Kondensator entladen und in entgegengesetzter Richtung aufgeladen wird. Die Gitterspannung des von dem Ladezustand des Kondensators 22^ abhängigen Entladungsgefäßes 221 sinkt dadurch auf Null, und das im Anodenkreis des Entladungsgefäßes liegende Relais 175 wird ausgeschaltet. Durch dieses Relais werden die Kontakte 241 geöffnet, so daß auch die Stromkreise des Entladungsgefäßes 253 abgeschaltet werden. Die gesamte Steuerungseinrichtung befindet sich jetzt wieder in dem Zustand, welcher zu Beginn des beschriebenen Steuervorganges vor-

handen war. Wenn nach Ablauf der durch die beiden Zeitschalteinrichtungen der Entladungsgefäße 221 und 253 gegebenen Zeitabschnitte die Abweichung des Zustandes des chemischen Bades von dem Sollwert nicht vollständig beseitigt war, so wird die Brückenschaltung 29 wiederum durch die Photozellen 23 und 25 aus der Gleichgewichtslage gebracht, und der Steuervorgang wickelt sich in dem oben beschriebenen Sinne nochmals ab.

Es sei noch erwähnt, daß die beiden Entladungsgefäße 221 und 253 entweder Hochvakuumelektronenrohre oder auch gas- oder •5 dampfgefüllte Entladunggefäße sein können, beispielsweise Ouecksilberdampfentladungsgefäße.

Die Erfindung kann unter Beibehaltung der gleichen Apparaturen auch noch für die Überwachung anderer Arbeitsvorgänge angewendet werden, bei denen es sich darum handelt, Einzelvorgänge, die zu einem Arbeitsprozeß gehören, in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Arbeitsprozesses selbsttätig derart zu überwachen, daß dieses Endergebnis von einem bestimmten Sollwert nicht nach oben oder unten in unzulässig großen Grenzen abweicht. Als Beispiel sei auf die mechanische oder chemische Reinigung von Wasser hingewiesen. Das Endergebnis dieses Prozesses ist der Reinheitsgrad des Wassers, welcher durch selbsttätig wirkende Relais überwacht werden kann, und maßgebend für diesen Reinheitsgrad sind Zuschläge, die dem zu reinigenden Wasser laufend zugeführt werden und die in ihrer Zeiteinheit zuzuführenden Mengen in Abhängigkeit von dem Zustand des Wassers überwacht werden sollen.

Das bei der Regelanordnung nach Fig. 1 verwendete Prinzip der laufenden Überwachung des Zustandes chemischer Bäder oder ' anderer Flüssigkeiten mit Hilfe von Photozellen ist an sich bekannt. Auch bei bekannten Anordnungen sind bereits zwei *5 Photozellen angewendet worden, von denen die eine Zelle in Abhängigkeit von dem wirklichen Zustand einer Flüssigkeit belichtet wird, während die Belichtung der anderen Zelle von einer Vergleichsflüssigkeit abhängig ist.

Fernerhin sind auch Einrichtungen bereits . bekanntgeworden, bei denen der Zustand eines strömenden Mediums laufend untersucht wird und bei denen in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Untersuchung dem strömenden Medium Zusätze zugeführt werden, um einen bestimmten Sollzustand in der Beschaffenheit des Mediums aufrechtzuerhalten. Es fehlt jedoch bei den bekannten Anordnungen das für unsere Erfindung wesentliehe Merkmal der Anwendung von Zeitmeßvorrichtungen, die in der vorstehend beschriebenen Weise den Regelvorgang in bestimmten Zeitabständen unterbrechen.·

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur selbsttätigen Überwachung des Zustandes chemischer Bäder, denen ein oder mehrere: Bestandteile laufend zugeführt werden und bei denen eine den Zustand des Bades laufend überwachende Relaiseinrichtung sowie eine in Abhängigkeit von dieser Relaiseinrichtung den Aufgabevorgang der Bestandteile des Bades steuernde Vorrichtung vorgesehen ist, welche bei Abweichungen des Badzustandes von einem Sollwert die Aufgabemenge ändert, gekennzeichnet durch zwei Zeitmeßvorrichtungen (221, ²53)> v°n denen die eine (221) die Wirkungsverbindung zwischen der Relaiseinrichtung (29) und der den Aufgabevorgang steuernden Vorrichtung (189) um eine bestimmte Zeit nach dem Ansprechen der Relaiseinrichtung (29) unterbricht, während die andere (253) nach Ablauf eines weiteren Zeitabschnittes diese Verbindung wiederherstellt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch r, gekennzeichnet durch eine als Über- g₀ wachungseinrichtung für den Zustand des chemischen Bades dienende Brückenschaltung, deren eine Hälfte durch zwei Photozellen (25 und 23) gebildet ist, von denen die eine (25) dem Sollwert und die andere dem Istwert des Badzustandes entsprechend zu belichten ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiseinrichtung (29), gegebenenfalls unter 100 Zwischenschaltung einer Verstärkereinrichtung (95), an den Gitterkreis gas- oder dampf gefüllter Entladungsgefäße (101 und 103) angeschlossen ist, welche in den Steuerstromkreis von Schützen (137, 141) .105 im Stromkreis der Steuervorrichtung (189) für den Aufgabevorgang des Bades geschaltet sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zeitrelais (161, 175), deren Erregerwicklungen in den Anodenstromkreis von gittergesteuerten Entladungsgefäßen (221, 253) geschaltet sind, wobei die Gitterspannung der letzteren

   ■ von dem Aufladevorgang von Kondenr. satoren (225, 259) abhängig ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen