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Vorrichtung zur elektrischen Wasserstandsfernanzeige, insbesondere
zur Tiefgangmessung für Schiffe
Die bereits bekannten Verfahren zur Wasserstandsfernmessung
arbeiten vielfach mit einem Meßstab in Verbindung mit einem spannungsabhängigen
Widerstandsverfahren oder mittels eines Schwimmers, manchmal auch mit einem Manometer
als Steuerorgan. So ist vorgeschlagen worden, ein aus einzelnen Widerstandselementen
bestehendes Gummikabel als Meßfühler zu verwenden, das in bestimmten Abständen flanke
Herausführungen an die Oberfläche des Kabels' besitzt.
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Entsprechend der Höhe des Wasserspiegels erfolgt dabei eine mehr oder
minder große Überbrückung der Widerstandselemente durch das Wasser. Ein durch das
Kabel fließender Strom ist daher ein Maß für die Standhöhe des Wassers. Der Nachteil
ist dabei, daß es sich um eine Widerstandlsmessung handelt, bei der eine konstante
Betriebsspannung Voraussetzung für die Einhaltung einer entsprechenden Eichung ist.
Schwankungen der Be triebsspannung gehen daher unmittelbar in das Meßergebnis ein
und führen zu unkontrollierlbaren Meßfehlern. Dazu kommt, daß zusätzlich eine Fälschung
des Meßergebnisses durch Änderung der Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit
gegeben ist. Aus diesen Gründen konnte sich dieses Verfahren in der Praxis, vor
allem in der Verwendung als Tiefgangmesser, nicht einbürgern. Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die genannten Nach-
teile beseitigt, indem statt
eines Widers,tandsgAildes absolut leitende Segmente im. Meßstab vorgesehen sind,
wobei der Meßkreis durch die verwendete Schaltung unabhängig von Spannungsschwankungen
bleibt. Dadurch, daß nicht mehr die Größe des Stroms, wie es Ibeim Widerstandsverfahren
der Fall ist, sonderte ein Schwarz-Weiß-Prinzip verwendet wird, ist es auch gleichgültig,
ob die Meßflüssigkeit reines Leitungswasser, verschmutztes Wasser oder gar Salzwasser
enthält.
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Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig in der Anwendung als Tiefgangmesser
für Schiffe, da damit diese Einrichtung erst für diesen Zweck geeignet wird.
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Ein anderes Verfahren setzt einen magnetischen Schwimmer voraus,
der sich in einem unmagnetischen Flüssigkeitsstandrohr bewegt, das selbst wiederum
durch eine Vielzahl von Spulen in eine Reihe von Meßabschnitte eingeteilt ist. Diese
Anordnung macht das Verfahren für Schiffe beinahe in jeder Richtung ungeeignet.
Es ist änßerst schwierig, an Bord eines Schiffes ein unmagnetisches Flüssigkeitsstandrohr,
dessen Länge mindestens der Tiefgangänderung entsprechen muß, anzubringen und zusätzlich
noch eine Vielzahl von Spulen vorzusehen. Schwierigkeiten liegen auch darin, daß
die mehr oder minder magnetische Umgebung des Fiüssigkeitsstandrohrs zu Meßfehlern
führen kann.
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Der magnetische Schwimmer eignet vsich wegen der Schiffsbewegungen
nicht gut für Bofdibetrieb.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch eine schwimmerlose Ausführung
vermieden, indem ein ruhender Meßstab mit widerstandslos leitenden Kontaktsegmenten
sich in einem mit dem Wasser verbundenen Rohr befindet.
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Die Abtastung einer großen Zahl von Meßstellen durch Drehwähler darf
grundsätzlich als allgemein bekannt vorausgesetzt werden. Das erfindungsgemäß Neue
des angemeldetenAbtastverfahrens mit Drehwähler liegt darin, daß es gemäß der angewendeten
Schaltung erreicht wird, daß nur in kurzen Meßintervallen Strom fließt, trotzdem
die Anordnung in der Gefahrenrichtung (Einsinken des Schiffes z. B. bei Wassereinbruch)
jederzeit meßbereit ist. Diese Eigenart läßt es auch zu, zum Betrieb der Meßeinrichtung
Gleichspannung zu verwenden, was sonst wegen des Auftretens. von elektrolytischen
Vorgängen, insbesondere bei Salz wasser, nicht durchführbar ist. Bei den meisten
bisher bekanntgewordenen Einrinhtu'ngen, die auf ähnlichen Prinzipien aufgebaut
sind, werden für das eigentliche Meßverfahren Wechselspannung, für die elektrische
Übertragung dagegen Gleichspannung verwendet. Es stellt also sicherLich einen Fortschritt
dar, wenn mit nur einer Stromquelle Messung und Fernübertragung zugleich erfolgt,
wobei der Verwendung von Gleichspannung an Bord von Schiffen eine besondere Bedeutung
zukommt.
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In einer Reihe von bisher verwendeten Verfahren arbeitet die Wasserstandsanzeige
mit einem Empfangsgerät, das ebenso vieleAnzeigeorgane (Schauzeichen, Glühlampen.
oder Glimmlampen) besitzt, als Meßstellen vorhanden sind. Solche Anzeigegeräte erfordern
jedoch eine erhebliche Anzahl von Fernl6itungen, außerdem werden die Geräte selbst
groß und unübersichtlich. Es ist daher vorteilhafter, wenn erfindungsgemäß ein Empfangsdrehwähler
die unmittelbare Anzeige der Tieigangwerte übernimmt, indem z. B. eine durchscheinende
Scheibe mit Tiefenskala auf der Achse des Empfangsdrehwählers unmittelbar befestigt
ist.
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Es sind vielfach Quecksillberschalter für die Übertragung von Wasserstandswerten
verwendet worden. Meistens! handelt es sich dabei um mechanisch betätigte Quecksilberschalter,
die aber aus Funktionsgründen meist innerhalb der Meßrohre angebracht werden müssen,
was vor allem .die Auswechslung stark behindert. Erfindangs'gemäß werden daher elektromagnetisch
gesteuerte Quecksilberschalter verwendet, die örtlich getrennt vom Meßrohr in einem
geschützten Schaltkasten untergebracht werden können.
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Wie schon erwähnt, sind die Nachteile der bisher bekanntgewordenen
Verfahren bei vorliegender Erfindung vermieden. Sie betrifft eine elektrische Einrichtung
zur Was.serstandsfernanzeige, insbesondere zur Tief,gangmessung für Schiffe, bei
weicher mittels vom Seewasser beeinflußter elektris cher Kontakte über einen Vielfachmeßschalter
eine Anzeigevorrichtung betätigt wird. Die Einr richtung ist dad;ufch gekennzeichnet,
daß die Tiefgangmessung über einen ruhenden Hartgummimeßstab mit Graphitsegmenten
erfolgt, wobei durch Anwendung eines Impulsverfahrens nicht nur die Höhe der Betriebsspannung,
.sondierll auch die Leitfähigkeit des Seewassers keinen Einfluß auf das Meßergebnis
haben, sondern auch die Verwendung von Gleichstrom ohne Gefahr einer wesentlichen
Elektrolysebildung möglich ist und mi.ttels, elektromagnetisch erregter Quecksilberrelais,
die außerhalb des Meßrohrs angebracht werden können und deren Zahl unabhängig von
der Anzahl der Meßpunkte ist, über einen Empfangsdrehwähler unmittelbar auf einer
Tiefenskala ,die Anzeige der Meßwerte erfolgt. Der Meßstab kann sich entweder in
einem mit der Meßflüssigkeit verbundenen Meßrohr befinden oder unmittelbar in die
zu messende Flüssigkeit eintauchen. Bei der Verwendung als Tiefgangmesser für Schiffe
befindet sich der Meßstab iin einem mittschiffs angebrachten Rohr, z. B. Peil'rohr,
das mit ,dem Seewasser kommunizierend in Verbindung steht. Zum Ausgleich der AA7ellenbewegung
muß der Querschnitt dieses Rohres um ein Vielfaches größer werden als die Verbindungs.leibunig
zum Seewasser. Außerdem kann auch eine Dämpfungsdüse als Drosselorgan allein oder
zusätzlich vorgesehen werden. Die Zahl der am Meßstab vorgesehenen Segmente und
ihr gegenseitiger Abstand wird durch die Meßaufgabe bestimmt. Sämtliche Segmente
werden in bestimmten Zeitabständen periodisch durch den Vielfachmeßschalter abgetastet.
Stellt,dieser Schalter eine durch das Wasser abgebildete Strombrücke fest, wird
ein Impuls auf die Fernsteuerleitung gegeben und schaltet damit über eine Relaisanordnung
das
Anzeigegerät um einen Schritt weiter. Die Reihenfolge der Abtastung
erfolgt beginnend beim kleinstmöglichen Wasserstandswert und erfolgt so lange, Ibis
das Schaltwerk den ersten spannn3ngslosen Kontakt erreicht hat. Durch eine automatische
Stoppeinrichtung werden das Schaltwerk und das Anzeigegerät stillgesetzt, wobei
die Stellung der Anzeigevorrichtung dem jeweiligen Wasserstand entspricht. Es ist
dabei möglich, trotz der äußerst schwachell, Meßströme, die über die Strombrücke
Kontakt-Wasser verlaufen, ein oder sogar mehrere Anzeigegeräte zu steuern. Das Anzeigegerät
besteht analog dem Schattwerk aus einem Elektromagneten mit Schrittschaltwerk, das
eine Zahlenscheibe mit entsprechendem Wasserstands-Eichwerten trägt. Die Fernübertragung
der Wasserstandsfernanzeige erfolgt dabei durch ein Gleichstrom-Schrittsystem. Ein
Nachteil anderer Verfahren, daß beim Ausbleiben der Spannung und nachfolgender Änderung
des Wasserstandes in der Zeit der Spannungsllosigkeit eine Fehlanzeige auftritt,
wird bei vorliegender Anordnung vermieden.
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Sofort nach Wiederankommen Ider Spannung und Auslösung des Meßimpulses
erfolgt die Nachstellung, und das Anzeigegerät zeigt den richtigen Wasserstandswert
an. Als Stromquelle dient am besten Gleichspannung, wobei zu bemerken ist, daß nur
beim Abtast- bzw. Meßvorgang Betriebsstrom verbraucht wird.
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Je nach dem Grad der gewünschten Anzeigegenauigkeit, mit der man
den Wasserstand zu übertragen wünscht, erfolgt die Festlegung der KonF taktalbstände.
Da die Eichung des Anzeigegerätes beliebig sein kann, ist es möglich, bestimmte
Meßabschnitte nur grob zu erfassen, andere wieder, z. B. die Endstellungen, besonders
feinstufig anzuzeigen. Die Tiefgangmessung wird eingeleitet durch Drücken eines
Meßknopfes. Im übrigen erfolgt die Messung in periodischen Abständen selbsttätig.
Im Gefahrenfall könnte bis zum nächstern Meßvorgang schon eine erheblic!he Tiefgangvergrößerung
eingetreten sein. Erflndungsgemäß arbeitet daher bei Tiefgangzuwachs die Einr.ichtung
sofort, ohne den nächsten Meßimpuls abzuwarten.
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Nähere Einzetheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Das als Beispiel gezeigte Prinzipbild enthält das Meßrohr, das Steuergerät
II, das SchaltgerätIII und das Anæigegerät IV. Das Meßrohr 1 kann entweder, wie
gezeichnet, mit einzelnen Kontakt segmenten und einer Gegenkontaktschiene versehen
sein, oder es wird als Gegenkontakt der unterste der Kontaktreihe gewählt. Das Steuergerät
II, das normalerweise in der Nähe des Meß.rohrs I angebracht wird, enthält als wichtigstes
Bauelement ein Schr.ittschaltwerk mit ldlrei oder mehr Kontaktbahnen. Die Betätigung
des Schrittschaltwerks effolgt über den Kraftmagneten K, wobei die Quecksilberrelais
KI und R dafür sorgen, daß bei Anlegen der Betriebsspannung selbsttätig eine periodische
Stromunterbrechung und damit ein Weiterschalten des Schrittschaltwerks erfolgt.
Eine Kontaktbahn des Schakwerks ist mit seinen' Segmenten an die einzelnen Kontakte
des Meßrohrs angeschlossen, wobei diese betriebsmäßig von dem Schaltarm der Reihe
nach abgetastet werden. Über die Strombrücke Kontakt-Wasser-Gegenkontakt wird eine
Änderung der Wasserhöhe im Meßrohr in entsprechende Impulse umgewandelt. Das Prinzip
ist dabei folgendes: Durch Betätigung des Hauptschalters auf »Ein« ist rdlas Gerät
betriebsbereit. Wenn das Schrittschaltwerk in diesem Augenblick mit seinem Kontaktarm
in einer Stellung ist, die eine elektrische Verlbindung über das Wasser im Meßrohr
zum Minuspol zuläßt, so erhält die Wicklung des Relais P Strom und schließt den
dazugehörigen Kontakt. Damit wird auch die eine Spule des Relais B erregt und schließt
ebenfalls seinen Kontakt, wodurch über den Ruhestromkreis des Relais R der Kraftmagnet
K Strom erhält und den Schaltarm um einen Schritt weiterdreht. Zugleich wird das'
Relais KI erregt, schließt seinen Kontakt, damit erhält tdas Relais R Strom, wodurch
dieser den Ruhesttromkontakt öffnet. Damit geht auch die nicht gezeichnete Stoßkl,inlke
des Schrittsdialtwerks wieder in die Ruhestellung, und das Spiel beginnt von neuem,
und zwar so lange, bis der Schaltarm des Schrittschaltwerks eine Stellung erreicht
hat, in der das Wasser im Meßrohr nicht mehr in der Lage ist, eine Strombrücke herzustellen.
Dieser Zustand ist in der Zeichnung dargestellt Das Relais P ist dann nicht erregt,
und sein Kontakt ist daher offen, das gleiche gilt fütr das' Relais B. Damit wird
also durch die Höhe des Wassers im Meßrohr elektrisch die Stellung des Schrittschaltwerks
bestimmt. Ändert sich tdie Wasserhöhe, so wird sich dieses beim jeweiligen Umlauf
auf den neuen Wert einstellen. Der Umlauf kann in. wählbaren Zeitabständen, z. B.
mittels eines Impulsgebers J, erfolgen. Mit dem Sch.rittschaltwerk arbeitet das
Schaltwerk In, das eine Anzeigen, scheibe dreht und nach entsprechender Eichung
die Wasserstands- oder Tiefgangwerte anzeigt. Für die Beleuchtung der Anzeigevorrichtung
dient eine nicht gezeichnete Lampe, die von der Betriebsspannung ebenfalls gespeist
wird. Für die Auslösung des Umlaufs Ibzw. Rücklaufs des Schrittschaltwerks dient
das Wischrelais W, das Relais A unsd die Zweitwicklung des Relais B. Die Auslösung
selbst erfolgt entweder du.rch den eingebauten Impulsgeber J oder von Hand durch
einen parallel liegenden Tastschalter. Wird dieser betätigt, so erfolgt über .das
Wischrelais W ein Impuls, der das Relais A mit Sellbsthaltekon,takt und Relais B
erregt. Über den geschlossenen Kontakt des Relais B w.ird das Schrittschaltwerk
so lange weiterbewegt, bis die Ausgangsstellung erreicht i.st und die Weiterschaltung
entsprechend der Wasser höhe erfolgt.
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Zur Kontrolle der richtigen Anzeige dient eine Synchronisationsvorrichtung,
die jederzeit eine Überprüfung des Geräts auf Übereinstimmung der gemessenen und
angezeigten Werte erlaubt. Zu diesem Zweck wird der Schalter auf »Eichen« gelegt,
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dann muß immer eine für das Gerät festgelegte Eichzahl angezeigt werden, .die auf
der Kontaktbahn »Eichen« durch die Überbrückung von Kontaktsegmenten einmalig festgelegt
wird. Weicht die Anzeige vom Sollwert ab, .so kann sie jederzeit durch Handverstellung
berichtigt werden. Mit dieser Berichtigung sind zugleich auch alle anderen Werte
synchronisiert. Bei der Verwendung als Tiefgangmesser muß man das Meßrohr mittschiffs
anordnen, wobei die Verbindung zum Seewasser durch eine kleine Bohrung im Schiffsboden
erfolgt.
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Diese Offnung führt zum Meßrohr, das eine der Höhe des Tiefgangs en,tsprechendle
Wassermenge aufnimmt.
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Die Erfindung ist naturgemäß nicht auf die dargestellte und beschriebene
Ausführung und die angegebenen Mittel beschränkt. So können z. B. statt der Anzeige
der Höhen- und Tiefenwerte auch Signale ausgelöst werden, und es kann bei bestimmten
Extremwerten zugleich auch eine Steuerung eingeleitet werden. Ferner ist es möglich,
statt eines einzigen Meßrohrs mehrere Rohre mit ein und derselben Meßeinrichtung
zu überwachen. pATENTANSPRoCHE: I. Einrichtung zur elelçtrischenWasserstandsfernanzeige,
insbesondere zur Tiefgangmessung für Schiffe, bei welcher mittels vom Seewasser
beeinflußter elektrischer Kontakte über einen Vielfachmeßschalter eine Anzeigevorrichtung
betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Tliefgangmesser über einen ruhenden
Hartgummi-Meßstab mit Graphitsegmenten erfolgt, wobei (durch Anwendung eines Impulsverfahrens
nicht nur die Höhe der Betriebsspannung und die Leitfähigkeit des Seewassers keinen
Einfluß auf das Meßergebnis haben, sondern auch die Verwendung von Gleichstrom ohne
Gefahr einer wesentlichen Elektrolysebildking möglich ist und mittels elektromagnetisch
erregter Quecksilberrelais, die außerhalb des Meßrohrs angebracht wenden können
und deren Zahl unabhängig von der Anzahl der Meßpunkte ist, über einen Empfangsdrehwähler
unmEittellbar auf einer Tiefen skala die Anzeige Ider Meßwerte erfolgt.