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Elektrische Einrichtung zum Anzeigen der Füllhöhe in einem Behälter,
z. B. in einem Bunker
Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zum Anzeigen
der Füllhöhe in einem Behälter, z. B. in einem Bunker, mit Meßelektroden zwischen
dem Füllgut, bei der der vom Füllgut zwischen den Meßelektroden verursachte Widerstand
als Maß der Füllung genommen wird. Hierbei bildet dieser Widerstand, gegebenenfalls
in Parallelschaltung mit dem Isolationswiderstand zwischen Elektrode und Masse,
einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke, deren eine Diagonale unter einer konstanten
Spannung steht und deren andere Diagonale in den Gitterkreis einer Steuerröhre,
z. B. einer Triode, geschaltet ist, deren Leistung eine nachgeschaltete gasgefüllte
Röhre, vorzugsweise ein Thyratron, steuert.
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Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf eine bestimmte Schaltanordnung
der verwendeten Schaltelemente und bezweckt die Verbesserung der Kurve, die die
verschiedenen Werte des ein Anzeigegerät oder ein Relais durchfließenden Stromes
als Funktion des Füllgutwiderstandes angibt.
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Die Erfindung ist im besonderen gekennzeichnet durch eine Schaltung
des Brückenzweiges mit dem Widerstand des Füllgutes, bei der eine Meßelektrode mit
dem Gitter und die andere Meßelektrode entweder
mit dem einem Anodenspannungspol
gemeinsamen Pol der konstanten Spannung oder mit dem anderen Pol der konstanten
Spannung verbunden ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß die konstante
Spannung der Brücke und die Anodenspannung der Steuerröhren gleichphasige oder gegenphasige
Wechselspannungen sind.
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Die durch die Erfindung erreichte Verbesserung der Kurve besteht
erstens in einer strengen Konstanz dieses Stromes J für irgendeinen Widerstandswert
R des Füllgutes und zweitens in einer plötzlichen Änderung dieses Stromes für einen
auf Grund von Versuchen ermittelten resultierenden Widerstandswert Rä maza der dem
höchstmöglichen Wert des Widerstandes Rh entspricht, der durch das als von sehr
veränderlicher Natur angenommene Füllgut gebildet wird, und drittens in einer Konstanz
dieses Stromes J bei einem vom ersten Wert deutlich unterschiedenen Wert für jeden
Wert von Rä größer als Rä mazß insbesondere für den Isolationswiderstand Ri. Dieses
Konstantbleiben von J ermöglicht es, daß das Gerät M in dem Zustand bleibt, in dem
es sich bei Abwesenheit des Füllgutes befindet, selbst wenn der Isolationswiderstand
R>. bis in die Nähe seines ursprünglichen Wertes schwanken sollte.
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Außerdem ist auf jede der Schaltanordnungen die Formel 100 Ri Rh
= K (K = Bereich des Isolationswiderstandes in 01o) anwendbar, die den ausgedehnten
Wirkungsbereich der Vorrichtung erkennen läßt. Überhaupt ist die Schalteinrichtung
für fast alle Fälle der Praxis anwendbar, gleichgültig, ob das Füllgut flüssig,
stückig oder fest ist.
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Dank der großen Umstellungsmöglichkeit des Schwellenwiderstandes
Ra a gestattet schließlich die Schaltanordnung nach der Erfindung eine Anpassung
an jedes Anzeigeproblem. In der Zeichnung werden der erwähnte Stromverlauf und einige
Schaltbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. I die in beliebigem Maßstab
wiedergegebenen Kurven des Stromes J als Funktion des äquivalenten Widerstandes
Rä, Fig. 2 ein erstes Schaltbeispiel, Fig. 3 ein zweites und drittes Schaltbeispiel
und Fig. 4 ein viertes Schaltbeispiel.
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In Fig. I bezieht sich Kurve F1 auf die erste und zweite Schaltanordnung,
Kurve F2 auf die dritte und vierte Schaltanordnung. Jede dieser Kurven besitzt die
oben beschriebene Eigenschaft.
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Je nach dem Wert von Rä nimmt die Polarisationsspannung e des Gitters
der Röhre Rö einen genau bestimmten Wert an, der nicht nur von Rä in bezug auf die
anderen Widerstände der Brücke, sondern auch von dem beim Durchgang des Stromes
i der Triode durch a verursachten Spannungsabfall abhängt; wiederum hängt dieser
Strom i nicht nur vom Werte e ab, sondern auch vom Spannungsabfall, den er beim
Durchfließen des Widerstandes N verursacht und der die konstante Gleichspannung
HS vermindert.
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Es entsteht dann ein Veränderungsgesetz von J als Funktion von Rä,
dessen Veranschaulichung in einer schon genügend geradlinigen, zwischen Null und
R ä maSs beinahe waagerechten Strecke besteht, mit einer ausgesprochenen Veränderung
jenseits dieses Wertes.
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Daraus folgt, daß die an die Kathode der Röhre Rö angelegte Spannung,
welche der Unterschied zwischen der Spannung HS und dem beim Durchgang von i durch
N entstandenen Abfall ist, einem Gesetz mit ähnlichen Charakteristiken gehorcht.
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Das gleiche gilt für Strom J, aber diesmal ist seine Veränderungskurve
in den sie auszeichnenden Punkten ausgeprägt, und zwar, weil die Röhre Th eineAnsprechschwelle
besitzt, d. h. daß sie, solange die Spannung zwischen Kathode und Anode einen genau
bestimmten Wert nicht erreicht hat, nur von einem sehr schwachen Strom durchflossen
wird.
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Außerdem bewirkt auch der Strom J beim Durch fließen von N sowie
beim Durchfließen des Widerstandes des Gerätes oder des Relais M einen Spannungsabfall.
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Am Ende wird durch das kombinierte Wirken all dieser Faktoren bei
zweckmäßiger Wahl ihrer Werte eine zusammenfassende Charakteristik erreicht, wie
sie z. B. Kurve F1 der Fig. I zeigt.
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Die Rechtfertigung dieser zusammenfassenden Charakteristik kann übrigens
durch Berechnung erbracht werden, und zwar unter Zuhilfenahme der elementaren charakteristischen
Kurven der angewendeten Röhren.
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Die zweite Schaltanordnung (Fig. 3) besteht aus denselben Elementen
und Schaltverbindungen wie die erste, aber die Stromzufuhr sowohl an der Hochspannung
HS als auch bei U1 erfolgt mit Wechselstrom anstatt mit Gleichstrom. Unter Voraussetzung,
daß diese beiden Quellen in Phasengleichheit stehen, erreicht man dieselbe Wirkungsweise
wie mit der ersten Schaltanordnung. Es sei z. B. angenommen, daß diese Phasengleichheit
dadurch erreicht werde, daß man die Hochspannung zwischen den Punkten 0 und B der
Sekundärwicldung des in Fig. 3 dargestellten Transformators T abzweigt.
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Unter dieser Annahme sind, wenn man als dritte Schaltanordnung, wie
in Fig. 3 ebenfalls angedeutet ist, die Hochspannung zwischen den Punkten 0 und
A dieses Transformators T abnimmt, die Phasen der Spannungen HS und U1 entgegengesetzt.
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Die Wirkungsweise dieser dritten Schaltung ist durch die Kurve F2
in Fig. I dargestellt.
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Die vierte Schaltanordnung (Fig. 4) ist aus der Schaltanordnung 2,
bei der die Spannungen HS und U3 phasengleich sind, dadurch hergeleitet, daß die
beiden Zweige m und Ra der Brücke W vertauscht sind.
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Diese vierte Schaltung ist ebenfalls durch die Kurve F2 in Fig. I
dargestellt.
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Selbstverständlich sind andere Anordnungen möglich, z. B. könnte
die vierte Schaltanordnung mit Gleichstrom gespeist werden; man könnte auch das
Potential des den zwei Armen a und b der Brücke gemeinsamen Punktes festlegen, indem
man es an die Masse des Gerätes anschließt, wobei der negative Pol
der
Hochspannung vom negativen Pol U1 abgeschaltet und ebenfalls an die Masse angeschlossen
wird.