DE7307484U - Einrichtung zum messen eines fluessigkeitsniveaus - Google Patents

Description

DiPL-INQ. GRÄ^KßW DR, M0LLEJ3.-BDRE

DlPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL-Cβ E»*.*DR. D Eli FE L DJ>L-lftfl. Fl NSTERWALD

'!»ΑτέΛτΑΝν/XLTE ^: ' "*

Fl/Sv - G 2309

Götzelmann EG
Industrieabwasser-Anlagen 7 Stuttgart 1
Mönchhaldenstraße 27 A

Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeitsniveaus

Die Erfindung betidfft eine Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeitsniveaus in einem mit Flüssigkeiten oder Lösungen von unterschiedlicher und/oder wechselnder Zusammensetzung und Konzentration gefüllten offenen, geschlossenen oder unter Druck stehenden Behälter durch Messung einer für die Höhe des zu meesenden Flüssigkeitsniveaus repräsentativen elektrischen Größe.

Dlpl.-lng. QRXMKOW Dr. MANITZ, Dr. DEUPEL, Dlpl.-Ing. PINSTERWALD Dr. MOLLBR-BORe

etuttflirt-Bid Oannitttt, MarkttlraSa 3 β Munohan 19, Robtrl-Koch-StraBt 1, Talafon «Mti) 893β4β, Τ·Ι·χ 8-220» tnbpal 33 Brauntohwtlg, Am Bürgarpark β Τ·Ιβ(οη (0711) Μ72β1 Taltfon (0831) 73637

Bankkonton: Dauitoha Bank AQ., PIIIaIa Bad Oannatatl, Nr. 819016 StMt. QlrokMM Stuttoart, Nr. 8090616 Oannatatiar Volkibank, etuttgart'Bad Oannatatt, Mr. 48t Poatachackkonto: Stuttgart 40714

Me Messung von Flüssigkeitsniveaus ist eine wichtige Voraussetzung für den Betrieb vieler Arten von technischen Anlagen und wird deshalb aui¹ allen Gebieten der Verfahrenstechnik angewendet. An die hierfür erforderlichen Meßeinrichtungen werden wegen der verschiedenen, oft auch wechselnden chemischen und physikalischen Eigenschaften des Meßgutes und wegen der vielfältigen Betriebsbedingungen sehr hohe Anforderungen gestellt, und zwar insbesondere dann, wenn es sich um aggressive Flüssigkeiten oder Lösungen handelt und wenn die Messung in schwer zugänglichen oder geschlossenen oder unter Druck stehenden Behältern vorgenommen werden muß.

Bekannt sind verschiedene Vorrichtungen zum Messen von Flüssigkeitsniveaus unter Verwendung mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, akustischer, elektrischer oder auf radioaktiver Strahlung beruhender Meßverfahren. Ihre allgemeine Verwendbarkeit wird, im besonderen unter den obengenannten Betriebsbedingungen, durch verschiedene Nachteile eingeschränkt.

Beispielsweise arbeiten mechanisch wirkende Vorrichtungen, wie von Hebeln oder Seilzügen geführte Schwimmer nicht trägheitsfrei. Sie lassen sich auch nicht in Druckbehältern anbringen und eignen sich nicht für eine Übertragung und Anzeige der Meßwerte auf größere Entfernung von der Meßstelle.₍

Bei hydraulisch oder pneumatisch wirkenden Vorrichtungen in Druckbehältern werden die Meßwerte durch den Innendruck der Behälter verfälscht.

Elektrische Meßverfahren,' wie beispielsweise kapazitive, induktive oder auf Leitfähigkeitsmessung beruhende Füllstandsmessungen werden von der chemischen Zusammensetzung und Konzentration des Meßgutes erheblich beeinflußt, so daß sie nur für Flüssigkeiten oder Lösungen von gleichbleibender Zusammensetzung und Konzentration brauchbar sind.

Akustische, wie z.B. die Ultraschall-Echolotung, und mit radioaktiven Strahlen arbeitende Einrichtungen, wie z.B. die Niveauabtastung mittels Gamma-Schranken, erfordern einen großen technischen Aufwand und im letzteren Pail sogar zusätzliche Vorkehrungen zum Schutz gegen Gesundheitsschädigungen.

Bei fast allen genannten Einrichtungen ist zum Voll- und Leerabgleich oder für die Eichung der Meßvorrichtung eine Füllung des Behälters mit dem Meßgut unumgänglich. Einige der genannten Einrichtungen eignen sich wegen ihrer Konstruktion und/oder aufgrund der Eigenschaften der konstruktionsbed.-.ngten Werkstoffe nicht für Messungen in aggressiven Flüssigkeiten oder Lösungen. Diese bekannten Einrichtungen lassen sich also nicht allgemein, sondern nur unter Einhaltung bestimmter Voraussetzungen in bezug auf die stofflichen Eigenschaften des Meßgutes und auf die Konstruktion und/oder Funktion des Behälters, in den die Messung vorgenommen werden soll, einsetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile bekannter Meßeinrichtungen eine einfache, möglichst allgemein verwendbare, wartungsfreie und betriebssichere Meßeinrichtung zu schaffen, die weitgehend unempfindlich gegen die stofflichen Eigenschaften des Meßgutes ist, zum Voll- und Leerabgleich keine Füllung des Behälters erfordert und eine analoge Anzeige des Flüssigkeitsniveaus auch in größerer Entfernung von der Meßstelle gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, daß in einem gas- und flüssigkeitsdichten Sondenrohr eine in einen Stromkreis einschaltbare, sich in Längsrichtung des Sondenrohrs erstreckende Potentiometer- Ersatzschaltung mit einer

Anzahl von Einzelwiderständen und einer Anzahl von die Einschaltung dieser Einzelwiderstände in den Stromkreis steuernden Schaltelementen angeordnet ist, und daß die Schaltelemente durch ein außerhalb des Sondenrohrs vorgesehenes, sich in seiner Lage in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsniveau veränderndes Steuerorgan betätigbar sind.

Diese Meßvorrichtung eignet sich für die Niveaumessuqg sowohl in sehr reinem Wasser, wie beispielsweise in voll entsalztem oder destilliertem Wasser, und in elektrisch nicht leitenden Flüssigkeiten sowie auch in Wässern oder Abwässern mit unterschiedlichem und/oder veränderlichem Elektrolytgehalt und auch in Chemikalienlösungen verschiedener und/oder wechselnder Art, Konzentration, Dichte und Viskosität, und zwar in einem Temperaturbereich von wenigen Celsius-Graden über dem Erstarrungspunkt der betreffenden Flüssigkeit bis etwa + 90⁰C. Diese universelle Verwendbarkeit ist in gleicher Weise wie die erzielte Wartungsfreiheit, Betriebssicherheit und Einfachheit eine Folge der Merkmale, daß der signalgebende Teil in einem dichten Sondenrohr angeordnet ist und das signalauslösende Steuerorgan außerhalb des Sondenrohrs angeordnet ist und keinerlei mechanische oder elektrische Verbindungen zum signalgebenden Teil aufweist.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung, das entscheidend zur Einfachheit und Funktionssicherheit der Meßeinrichtung beiträgt, besteht darin, daß die Schaltelemente aus Schutzgaskontakten bestehen.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Schaltelemente, d.h. der Schutzgaskontakte gleich der Anzahl der Einzelwiderstände.

Vorteilhafterweise sind die Schaltelemente und die Einzelwiderstände auf einer in das Sondenrohr eingesetzten Leiterplatte fest angebracht.

21

Ein welkeres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Steuerorgan aus einem In einem gas- und flüssigkeitsdichten Schwimmer angeordneten magnetischen Element besteht. Bei der durch das Stelgen und Fallen des Flüssigkeitsniveaus bedingten Auf- und Abwärtsbewegung dieses Schwimmers und des sich in diesem befindenden magnetischen Elements werden die sich Jeweils in Höhe des Flüssigkeitsniveaus befindenden Schutzgaskontakte geschlossen, was zur Folge hat, daß sich der Abgriff an der Potentiometer- Ersatzschaltung ändert und dadurch eine Änderung des durch die Potentiometerschaltung fließenden Stromes in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsniveau erhalten wird.

Zur Erzielung einer zur Flüssigkeitsniveauänderung im wesentlichen proportionalen Änderung der Stromstärke muß in jeder beliebigen Höhenlage des vom Schwimmer getragenen magnetischen Elements mindestens ein Schutzgaskontakt geschlossen sein und gleichzeitig muß gelten, daß dabei höchstens zwei Schutzgaskontakte den Schließzustand einnehmen. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Ansprechwerte aller Schutzgaskontakte und die neutrale Zone des vorzugsweise aus einem permanenten Hingmagneten bestehenden magnetischen Elements so aufeinander abgestimmt sind, daß jedem Schutzgaskontakt der gleiche Ansprechwert zukommt und daß ferner alle Schutzgaskontakte auf der Leiterplatte so angeordnet sind, daß sie gleiche Schaltmittenabstände und gleiche Winkel zur Längsachse der Leiterplatte aufweisen. Die Schalbmittenabstände betragen bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen 10 bis 15 mm, vorzugsweise 17 mm, und die Winkel liegen im Bereich von 10 bis 30°, wobei ein vorzugsweiser Wert 18° beträgt.

Vorteilhaft ist des weiteren, daß die erfindungsgemäße Meßeinrichtung eine elektrische Meßgröße liefert, die einem Verstärker zugeführt werden kann, der einen eingeprägten

¹ · M

I t

Gleichstrom zum Betrieb eines Anzeige- und/oder Registriergerätes liefert und außerdem vorzugsweise einen Spannungsausgang besitzt, mit dem ein meßwerkloser Zweipunktregler betrieben werden kann. Das Anzeige- und/oder Registriergerät zeigt dabei die Höhe des Flüssigkeitsniveaus in den Grenzen von 0 und 100 % des höchsten Niveaustandes an.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert.

Ein gas- und flüssigkeitsdichtes, lotrecht in die zu messende Flüssigkeit 7 mit einem Niveau 8 eintauchendes Sondenrohr 1 enthält eine Leiterplatte 2, auf der Einzelwiderstände R1 bis Rn einer Widerstandskette sowie diesen Einzelwiderständen R1 bis Rn zugeordnete Schutzgaskontakte S1 bis Sn fest angebracht sind. Die Schutzgaskontakte S1 bis Sn besitzen gleiche Schaltmittenabstände und sind im gleichen Winkel zur Längsachse der Leiterplatte 2 angeordnet.

Jedem der Einzelwidsrstände R1 bis Rn ist jeweils ein bestimmter Schutzgaskontakt S1 bis Sn zugeordnet, d.h., daß die in Reihe hintereinander geschalteten Widerstände R1 bis Rn durch diese Schutzgasschalter S1 bis Sn in beliebiger Weise einzeln und gruppenweise durch diese Schalter in einen Stromkreis eingeschaltet werden können. Da sich die Widerstandskette praktisch über die gesamte axiale Länge des Sondenrohrs 1 erstreckt, ist es somit möglich, durch geeignete Betätigung der Schutzgaskontakte jeweils denjenigen Teil der Einzelwiderstände in den Stromkreis einzuschalten, der sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 8 befindet.

Ein gas- und flüssigkeitsdichter Schwimmer 3, in dem ein Permanent-Ringmagnet 4 angeordnet ist, wird vom Sondenrohr 1 in lotrechter Richtung freibeweglich geführt, wobei ein unterer Anschlag 5 und ein oberer Anschlag 6 die lotrechte Bewegung des Schwimmers 3 begrenzen.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, schließt der Ringmagnet 4 die sich Jeweils in gleicher Höhe befindenden Schutzgaskontakte - im gezeigten Falle S5 und/oder S6 und damit fließt der Strom im abgegriffenen Zweig der Widerstandskette über die Einzelwiderstände Rn bis RJ? und/oder R6 sowie über die Schutzgaskontakte S5 und/oder S6. Dieser Strom wird im Verstärker 9 verstärkt und einem Anzeigegerät 10 zugeführt.

Steigt das Flüssigkeitsniveau 8 und mit ihm der Schwimmer 3 mit dem Ringmagnet 4, so öffnen die Schutzgaskontakte S 5 und S6 und der folgende Schutzgaskontakt S7 wird geschlossen, so daß nun noch die Einzelwiderstände Rn bis R7 abgegriffen werden und die Stromstärke mit dem Steigen des Flüssigkeitsniveaus 8 zunimmt. Es wurde bereits erwähnt, daß eine proportionale Änderung der Stromstärke zur Niveauänderung dadurch sichergestellt werden kann, daß die Ansprechwerte aller Schutzgaskontakte und die neutrale Zone des permanenten Ringmagneten so aufeinander abgestimmt werden, daß jedem Schutzgaskontakt der gleiche Ansprechwert zukommt. Wesentlich ist dabei ferner, daß gleiche Schaltmittenabstände gewährleistet sind und die Schutzgaskontakte gleiche Winkel zur Längsachse der Leiterplatte aufweisen.

Zur Erläuterung des Schaltmittenabstandes sei erwähnt, daß das öffnen oder Schließen der Schutzgaskontakte durch Weicheisankerne bewirkt wird, die unter Einwirkung des von permanenten Ringmagneten erzeugten Feldes magnetisiert werden. Aufgrund der jeweils auftretenden Ummagnetisierungsvorgänge

erfolgt das Schließen bzw. öffnen der Kontakte in beiden Bewegungsrichtungen des Ringmagneten ait einer gewissen Verzögerung. Die Forderung nach gleichen Ansprechwerten aller Schutzgaskontakte S1 bis Sn bedeutet demgemäß auch, daß diese Schutzgaskontakte alle den gleichen Hysteresecharakter haben müssen. Unter dieser Voraussetzung kann der Schaltmittenabstand den geometrischen Abständen derjenigen B-Achsen der einzelnen Schutzgaskontakte gleichgesetzt werden, für die die magnetische Induktion bezogen auf den Nullwert der magnetischen Induktion B gleich groß ist.

Unter der neutralen Zone des permanenten Ringmagneten wird der Bereich des FeIdstärke-Minimums verstanden, wobei zu berücksichtigen ist, daß mit abnehmender axialer Magnetlänge die Breite der neutralen Zone und auch die Feldstärke abnimmt. Die Abstimmung der Ansprechwerte der Schutzgaskontakte mit der neutralen Zone des Ringmagneten hat eine Optimierung zum Ziel, bei der eine möglichst kleine neutrale Zone bei einer möglichst großen Feldstärke angestrebt wird. Diese Abstimmung kann experimentell vorgenommen werden.

Es sei noch als Vorteil erwähnt, cöß der Abgleich der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung eines Flüssigkeitsniveaus sowohl im eingebauten als auch im ausgebauten Zustand vorgenommen werden kann, da die einzige Bedingung für einen einwandfreien Abgleich die Festlegung des Schwimmers am oberen Anschlag 6 ist. Selbst wenn die Anzeige des maximalen Niveaus «ines Behälters nachträglich geändert werden soll, ist es lediglich erforderlich, den oberen Anschlag 6 in eine diesem maximalen Niveau entsprechende Stellung zu bringen, den Schwimmer 3 bis an diesen Anschlag zu führen und am Anzeigegerät 10 den Wert "100 %" einzustellen. Letzteres kann mittels geeigneter Potentiometer erfolgen.

- Schutzansprüche -

Claims (12)

Schutzansprüche

1. Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeiten!veaus in einem mit Flüssigkeiten oder Lösungen von unterschiedlicher und/oder wechselnder Zusammensetzung und Konzentration gefüllten offenen, geschlossenen oder unter Druck stehenden Behälter durch Messung einer für die Höhe des zu messenden Flüssigkeitsniveaus repräsentativen elektrischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gas- und flüssigkeitsdichten Softdenrohr (1) eine sich in Längsrichtung des Sondenrohrs (1) erstreckende Potentiometer-Ersatzschaltung mit einer Anzahl von Einzelwiderständen (E1 bis En) und einer Anzahl von die Einschaltung dieser Einzelwiderstände (E1 bis Kn) in einen Stromkreis steuernden Schaltelementen (S1 bis Sn) angeordnet ist, daß alle Schaltelemente (E1 bis En; S1 bis Sn) in ihrer gegenseitigen Laggftixiert sind und daß die Schaltelemente (S1 bis Sn) durch ein außerhalb des Sondenrohrs (1) "vorgesehenes, sich in seiner Lage in Abhängigkeit vom Flüssigkeiten!veau (8) veränderndes Steuerorgan (3, iy) betätigbar sind, das durch Begrenzungsorgane (5, 6) am Sondenrohr (1) gehalten ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1 bis Sn) aus Schutzgaskontakten bestehen.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennz ei chnet, daß die Anzahl der Schaltelemente (S1 bis Sn) gleich der Anzahl der Einzelwiderstände (E1 bis En) ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (S1 bis Sn) und die Einzelwiderstände (R1 bis Rn) auf einer in das Sondenrohr (1) eingesetzten Leiterplatte (2) fest angeordnet sind»

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan aus einem in einem gas- und flüssigkeitsdichten Schwimmer (3) angeordneten magnetischen Element (4) besteht.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß das magnetische Element (4) ein Permanentmagnet ist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennz ei chnet, daß der Schwimmer (3) ringförmig ausgebildet und vom Sondenrohr (1) frei beweglich geführt ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 6 und 7» dadurch gekennz ei chnet, daß der Dauermagnet als Ringmagnet ausgebildet ist.

9. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß der Schaltmittenabstand zwischen allen auf der Leiterplatte (2) angeordneten Schutzgaskontakten (S1 bis Sn) gleich ist.

10. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz si chnet, daß alle Schutzgaskontakte (S1 bis Sn) im gleichen Winkel zur Längsachse der Leiterplatte (2) angeordnet sind.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß die Längsachse der Schutzgaskontakte (S1 bis Sn) mit der Längsachse der Leiterplatte (2) einen Winkel im Bereich von 10° bis 30°, insbesondere von 18° einschließt.

12. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g ekennz ei chnet, daß die gegenseitige Anordnung der Schutzgaskontakte (S1 bis Sn) derart getroffen ist, daß gleichzeitig nie •weniger als einer und nie mehr als zwei dieser Schutzgaskontakte durch den Permanent-Ringmagnet schließbar sind.

13· Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g ekennz ei chnet, daß das Sondenrohr (1) an seinem oberen und unteren Ende Anschläge (5> 6) zur Begrenzung der Bewegung des Schwimmers (3) aufweist.

ζ.