DE966811C - Anordnung zur UEberwachung der Leitfaehigkeit von Fluessigkeitsbaedern - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 12. SEPTEMBER 1957

U3234 VIIIc/21e

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung der Leitfähigkeit von Flüssigkeitsbädern, welche aus Wasser und einer Substanz bestehen, welche die elektrische Leitfähigkeit des Bades nach Maßgabe der Konzentration der Substanz in dem Bad beeinflußt.

Es ist bereits bekannt, zur Überwachung der Homogenität der Wasserverteilung in einem Karbolsäurebad, übereinander zwei elektrolytische Kontrollstrecken anzuordnen und dieselben mit einem zweistufigen Röhrenverstärker so zu koppeln, daß die beiden Kontrollstrecken, abwechselnd in den Eingangskreis der ersten Röhrenstufe eingeschaltet werden und die zweite Röhrenstufe über ein Relais eine Pumpe steuert, welche sich absetzende Karbolsäure abpumpt. Abwechselnde Einschaltung verschiedener Steuerstrecken im Eingangskreis einer Verstärkerröhre ist im allgemeinen ungünstig und bedingt Störanfälligkeit, da hierzu hoch isolierte Schaltorgane erforderlich sind.

Diese Störungen werden dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß in dem zu überwachenden Flüssigkeitsbad eine elektrolytische Zelle vorgesehen ist, daß elektrischer Strom der Zelle zugeführt \vird,

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daß ein Potentiometer im Stromkreis der Zelle sowie eine Elektronenröhre vorgesehen sind, deren Gitter und Kathode an das genannte Potentiometer angeschaltet sind, während eine Vorspannungsbatterie eine Spannung liefert, die derjenigen des Potentiometers entgegengerichtet ist, daß ein zweiter elektrischer Stromkreis die genannte Röhre, eine Energiequelle und eine'Relaiswicklung enthält, daß ein dritter elektrischer Stromkreis in Serie einen ίο Kontakt und eine Magnetspule enthält, wobei der Kontakt so angeordnet ist, daß er durch die genannte Relaiswicklung betätigt wird und daß eine Flüssigkeitszuleitung vorgesehen ist, welche die genannte Substanz dem Bad über ein durch die genannte Magnetspule gesteuertes Ventil zuführt.

Die Erfindung vermeidet somit die Anwendung von Schaltkontakten im Gitterstromkreis der Verstärkerröhre.

Es können ferner elektrolytisch arbeitende Mittel vorgesehen sein,, welche das Flüssigkeitsniveau im Bad konstant halten.

Ferner sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Anwendung von. Mitteln, vor, welche es zu vermeiden gestatten, daß eine unerwünschte Überkompensation eines Elektrolytmangels stattfinden kann, und die wesentlich darin bestehen, daß die Zufuhr der die Leitfähigkeit des Bades wieder hebenden leitfähigen Flüssigkeit nur intermittierend erfolgt, indem jeweils abgewartet wird, bis sich ein Lösungsgleichgewicht im Bad einstellt, bevor eine weitere Zufuhr der genannten Flüssigkeit zum Heben der Leitfähigkeit des Bades stattfindet.

Die nachfolgende Beschreibung mit der Zeichiiung bildet ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zeigt zugleich weitere zweckmäßige Eigenschaften, welche eine Anordnung gemäß der Erfindung aufweist.

Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung: 2 bezeichnet den Tank, in welchem sich die Flüssigkeit L befindet. Ein Stahlband 6" wird kontinuierlich über eine Walze 4, welche die Stromzuführung bildet, in den Tank 2 hineingeführt. Es läuft über Walzen 6 und sodann über außerhalb des Bades angeordnete Walzen 8. Das Band läuft durch ein Paar Elektroden 10, die sich in dem Tank 2 befinden.. Die die Stromzuführung bildende Walze! 4 und die Elektroden 10 sind an eine Stromquelle 12 angeschlossen, welche eine Dynamomaschine sein kann, deren Feldwicklung durch eine Wicklung 12 F gebildet wird. Die elektrische Energie zur Erregung der Feldwicklung 12 F wird von einer geeigneten Gleichstromquelle 14 über einen Widerstand 16 entnommen. Der Widerstand 16 liegt in Serie mit der Feldwicklung 12 F und gestattet, die Erregung des Generators 12 zu regeln. Über eine Leitung 18 wird dem Tank 2 Wasser zugeführt, über eine Leitung 22 wird ferner Säure oder ein anderer Elektrolyt von einem Behälter 20 dem Tank 2 zugeführt. Die insoweit beschriebene Anlage ist von üblicher Art. Im Tank 2 ist eine elektrische Zelle 24 unterhalb des Spiegels der Flüssigkeit L angeordnet. Die Zelle 24 hat zwei Elektroden 26, welche an eine konstante Wechselspannungsquelle 28 angeschlossen sind. Ein einstellbares Potentiometer 30 ist in der einen Verbindungsleitung zwischen den Elektroden 26 und der Spannungsquelle 28 vorgesehen. Der einstellbare Abgriff 32 des Potentiometers ist mit der Gitterelektrode 34 G einer Verstärkerröhre 34 über eine Zuführungsleitung 36 verbunden. Die Röhre 34 enthält ferner eine Kathode 34 C mit der Heizleistung X, Y und eine Anode 34 P. Die Kathode 34 C ist mit der einen Seite des Potentiometers 30 über eine Leitung 38 verbunden. Eine Batterie 40 ist zwischen den Leitungen 36 und 38 angeordnet und bildet eine Vorspannung für die Röhre 34. Die Röhre 34 gehört ferner zu einem Stromkreis, welcher eine Relaiswicklung 42 und eine geeignete Spannungsquelle, z. B. eine Batterie 44, aufweist. Der Relaiswicklung 42 sind Kontakte 42 C zugeordnet. Ein. Ventil 46 ist in der Flüssigkeitsleitung 22 vorgesehen und wird durch eine Magnetspule 48 betätigt. Der elektrische Strom der Magnetspule 48 wird von einem Stromkreis abgeleitet, welcher die ZuleitungLi, die Leitung 50, die Kontakte 42 C, den Kontakt 52 C und die Netzleitung L 2 umfaßt. Der Kontakt 52 C gehört zu einem periodischen Zeitschalter 52 von üblicher Bauart, welcher einen Motor 54 aufweist, der eine Nockenscheibe 56 antreibt. Mit der Nockenscheibe wirkt ein. Nocken 58 zusammen, welcher die Unterbrechungen des Kontaktes 52 C steuert. Die Schalteranordnung ist derart, daß der Kontakt 52 C während eines bestimmten Zeitintervalls geschlossen ist und dann, während jeder Umdrehung der Nockenscheibe 56 für den Rest der Zeit geöffnet ist. Der Motor 54 wird von der Netzleitung Li und L 2 gespeist, wenn, der Kontakt 60 C der Relaiswicklung 60 geschlossen ist. Die Speisung der Relaiswicklung 60 wird von der Hauptschalteranordnung 62 bewirkt, so daß die Wicklung 60 gespeist ist, wenn die Anlage sich im Betrieb befindet. Die Magnetspule 48 wird ebenfalls erregt, wenn der Kontakt 64 C geschlossen wird, wobei sich dieser Kontakt in Parallelschaltung zum Kontakt 52 C befindet. Der Kontakt 64 C gehört zu einem rotierenden Zeitschalter 66 von üblicher Bauart, welcher einen Motor 68 aufweist, der mechanisch mit einer Nockenscheibe 70 und einem Nockensteuerhebel 72 in Verbindung steht, dergestalt, daß letzterer den Kontakt 64 C steuert. Der rotierende Zeitschalter bewirkt, daß seine Kontakte 64 C geschlossen werden, wenn der Motor 68 erregt wird, und nach einem gewissen Zeitintervall geöffnet werden und geöffnet bleiben, solange der Motor 68 erregt bleibt. Der Motor 68 wird erregt, wenn die Kontakte eines doppelpoligen Schalters 74 C .von Hand geschlossen werden. Ein Ventil 76, welches durch eine Magnetspule 78 betätigt wird, ist in der Flüssigkeitsleitung 18 vorgesehen. Die Spule 78 steht mit zwei Elektroden 80 in Verbindung und wird von der Sekundärspule 826* eines Transformators 82 gespeist, welcher mit den Netzleitungen Li, L2 über den Kontakt 74Ci eines zweipoligen Schalters in Verbindung steht. Die Elektroden 80

können in dem Tank 2 vorgesehen sein, sind aber zweckmäßigarweise in einem Tank 84 angeordnet, welcher mit dem Tank 2 über eine Verbindungsleitung 86 verbunden ist. Die Spitzen der Elektroden 80 befinden sich auf dem gewünschten Niveau des Flüssigkeitsspiegels des Tanks 2. Ein zweites Paar Elektroden 88 P und 88 Pi sind ebenfalls in dem Tank 84 angeordnet, dergestalt, daß sich die Elektrode 88P auf dem zulässigen minimalen Niveau der Flüssigkeit des Tanks 2 befindet. Die als Sonden wirkenden Elektroden 88P und 88 Pi sind in Serie mit der Relaiswicklung 90 angeordnet. Die Relaiswicklung 90 betätigt Kontakte 90 C und Kontakte 90 C i. Die Kontakte 90 C liegen in dem Stromkreis des Hauptschalters 62 in Serie mit einem Druckknopfschalter 92. Die Kontakte 90 C1 bilden einen Stromkreis der Netzleitungen L1 und L 2, welcher eine Licht- oder andere Signalvorrichtung 94 aufweist.

Die Wirkungsanordnung der Anlage ist wie folgt: Angenommen es befindet sich keine Flüssigkeit im Tank 2 und es soll der Tank mit einem Elektrolyt, der aus 95% Wasser und 5% Schwefelsäure dem Gewicht nach besteht, gefüllt werden, und es soll diese Konzentration aufrechterhalten werden. Es wird dann der Kontaktarm 32 des Potentiometers 30 so eingestellt, wie es dieser Konzentration entspricht. Es werden die Kontakte 74 C und 74 C ι sodann geschlossen. Da sich die Sondenelektroden. 80 noch nicht in der Flüssigkeit befinden, bleibt der Stromkreis der Magnetspule 78 offen, und das Ventil 76 wird geöffnet, so daß Was-· ser dem Tank 2 von der Leitung 18 zugeführt wird. Die Anlage arbeitet indessen noch nicht, und der Kontakt 52 C bleibt offen. Es wird indessen der Motor 68 des Zeitschalters in Tätigkeit gesetzt und die Kontakte 64 C geschlossen, wodurch der Stromkreis durch die Magnetspule 48 geschlossen wird, welcher bewirkt, daß das Ventil 46 geöffnet wird und Säure von dem Reservoir 20 durch die Zuleitung 22 in den Tank 2 strömt. Die Zeiteinstellung des Relais 66 ist so getroffen, daß die Magnetspule 48 erregt und das Ventil 46 hinreichend lang geöffnet bleibt, so daß eine gewünschte Menge Säure in den Tank 2 fließen kann. Wenn diese Zeitspanne verstrichen ist, werden die Kontakte 64 C geöffnet und bleiben so· lange geöffnet, wie der Motor 68 erregt ist.. Da die Anlage während des Füllens des Tanks 2 noch nichf arbeitet, ist der Kontakt 60 C geöffnet, so daß das System, welches die Überwachung der Konzentration des Bades bildet, noch nicht in Tätigkeit ist.

Wenn der Zufluß von Säure aufhört, fließt weiter

Wasser zu. bis die Flüssigkeit die Sondenelektroden 80 erreicht. Dann wird ein Stromkreis geschlossen, der die Magnetspule 78 enthält und so das Ventil schließt.

Alsdann wird der Druckknopfschalter 92 geschlossen und die elektrolytische Anlage in Tätigkeit gesetzt, so daß die Erregerspule 60 und die Kontakte 60 C geschlossen werden.. Dadurch wird der Motor 54 in Tätigkeit gesetzt und der periodische Zeitschalter 52 in Umlauf gesetzt. Der Schalter 52 ist vorzugsweise so eingestellt, daß seine Kontakte während eines jeden. Umlaufes nur eine kurze Zeit geschlossen werden. Beispielsweise kann der Schalter so eingestellt sein, daß seine Kontakte 52 C während eines jeden Umlaufes, der 5 Minuten beträgt, etwa 30 Sekunden geschlossen sind. Da die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 38 wesentlich konstant ist, ist der Strom, welcher zwischen den Elektroden 26 fließt, im wesentlichen proportional der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyts. Das Spannungsgefälle am Potentiometer 30 ist daher in seiner Amplitude proportional dem zwischen den Elektroden 26 übergehenden Strom. Das Spannungsgefälle am Potentiometer 30 bildet eine Steuerspannung, welche das System zur Regelung der Leitfähigkeit betätigt. Wenn der Elektrolyt im Tank 2 die geeignete Konzentration aufweist, so ist der Strom, der zwischen den Elektroden 26 übergeht, gerade so groß, daß er ein Spannungsgefälle zwischen der Leitung 38 und dem Abgriffarm 32 bildet, dessen Amplitude der Spannung der Batterie 40 entspricht. Unter diesen Umständen ist die Gitterelektrode 34 G in bezug auf die Kathode 34 C nur wenig positiv, und die Röhre 34 -führt Strom und erregt die Relaiswicklung 42 C. Dadurch wird der Kontakt 42 C geöffnet, so daß kein Strom in der Spule 48 fließen kann, go und das Ventil 46 bleibt geschlossen. Wenn indessen die Konzentration der Säure im Tank 2 abnimmt, so nimmt auch der Stromfluß zwischen den Elektroden 26 ab. Es nimmt daher das Potential zwischen dem Abgriff 32 und der Leitung 38 ab. Wenn dieses Potential geringer wird als das Potential der Spannungsquelle 40, so herrscht das Potential der Spannungsquelle40 vor, und die Gitterelektrode 34 G sperrt den Stromfluß der Röhre 34. Dadurch wird die Relaiswicklung¹42 nicht mehr erregt, und es werden die Kontakte 42 C geschlossen. Wenn die Kontakte 42 C geschlossen sind, so wird die Magnetspule 48 periodisch während der Zeitspanne geschlossen, während welcher die Kontakte 52 C geschlossen, sind¹, und es fließt Säure von dem Behälter 20 jeweils· für 30 Sekunden, in den Tank 2. Es hat dann die Säure 4 V2 Minuten Zeit, sich im Tank zu verteilen, und wenn dann wiederum die Leitfähigkeit unter dem gewünschten Wert liegt, so wird die Erregerspule 48 wiederum für Sekunden erregt. So wird kontinuierlich jeweils /2 Minute lang während je 5 Minuten Säure hinzugefügt, bis der gewünschte Leitfähigkeitswert erreicht ist, wonach die Kontakte 42 geöffnet-werden und weiterer Säurezufluß aufhört.

Wenn das Flüssigkeitsniveau tiefer fällt als der Spitze der Sondenelektroden 80 entspricht, so hört die Erregung der Erregerspule 78 auf, und das Ventil 46 wird geöffnet, dergestalt, daß Wasser in den Tank 2 nachfließt, bis das Flüssigkeitsniveau wieder das Ende der Sondenelektroden 80 erreicht. Wenn das Flüssigkeitsniveau unter das Niveau der Sonde 88P fällt, wird die Erregung der Spule 90 unterbrochen. Es werden, die Kontakte 90 C geöffnet und die Kontakte 90 C1 geschlossen. Das Schließen der Kontakte 90 Ci bewirkt ein Warn-

signal 94, was der Bedienungsperson der Anlage anzeigt, daß irgend etwas in Unordnung ist. Das öffnen des Kontaktes 90 C unterbricht den Stromkreis des Hauptschalters und unterbricht dadurch den Betrieb der Anlage.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Anordnung zur Überwachung der Leitfähigkeit von Flüssigkeitsbädern, welche aus Wasser und einer Substanz bestehen, welche die elektrische Leitfähigkeit des Bades nach Maßgabe der Konzentration der Substanz in dem Bad beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bad (2) eine elektrolytische Zelle (24) vorgesehen ist, daß elektrischer Strom der Zelle (24) zugeführt wird, daß· ein Potentiometer (3°) 3²) im Stromkreis der Zelle (24) sowie eine Elektronenröhre (34) vorgesehen sind, deren Gitter und Kathode an das genannte Potentiometer angeschaltet sind, während eine Vorspannungsbatterie (40) eine Spannung liefert, die derjenigen des Potentiometers (32) entgegengerichtet ist, daß ein .zweiter elek-

   s5 irischer Stromkreis die genannte Röhre (34), eine Energiequelle und eine Relaiswicklung (42) enthält, daß ein dritter elektrischer Stromkreis in Serie einen Kontakt (42 C) und eine Magnetspule enthält, wobei der Kontakt (42 C) so angeordnet ist, daß er durch die genannte Relaiswicklung (4?) betätigt wird, und daß eine Flüssigkeitszuleicung (22) vorgesehen ist, welche die genannte Substanz dem Bad über ein durch die genannte Magnetspule (48) gesteuertes Ventil (46) zuführt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte dritte Stromkreis einen ersten Kontakt (42 C), einen zweiten Kontakt (52 C) und eine in Serie liegende Magnetspule (48) aufweist, daß der genannte erste Kontakt (42 C) durch die Relais wicklung·. (42) betätigt wird und daß ein periodisch wirkender Zeitschalter (52) vorgesehen ist, der den genannten zweiten Kontakt betätigt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leitung (18) vorgesehen ist, welche dem Tank (2) Wasser zuleitet.
4. 4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 50· zeichnet, daß ein dritter Kontakt (64 C) parallel zu den beiden erstgenannten Kontakten (42 C) und (52 C) vorgesehen ist und eine zeitgesteuerte Schaltvorrichtung (66) den dritten Kontakt (64 C) betätigt. .
5. 5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Flüssigkeitsleitung ein Ventil (76) vorgesehen ist, daß Mittel (80), die auf das Flüssigkeitsniveau in dem Tank (2) ansprechen, vorgesehen sind, welche die Tätigkeit des zuletzt genannten Flüssigkeitsventils (76) steuern und daß Mittel vorgesehen sind, welche die vorgenannten Mittel (88 und 90) vor Einschaltung der elektrischen Stromkreise in Tätigkeit setzen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis des Elektrolytzufuhrventils (4) eine motorisch angetriebene Schaltvorrichtung (52, 52 C) vorgesehen ist und dieselbe so betrieben ist, daß sie Unterbrechungspausen von einigen Minuten Dauer und im Verhältnis dazu kurze Schließpausen (etwa ¹Za Minute) aufweist, und daß die Elektronenröhre (34) eine Relaisstrecke (42 C) betätigt, wenn der Strom in der Kontrollelektrolysestrecke (26) seinen Sollwert unterschreitet, und in diesem Fall die Relaisstrecke (42 C) im Zusammenwirken mit der Schaltvorrichtung (52, 52 C) eine intermittierende öffnung des Elektrolytzufuhrventils bewirkt.
7. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 468 791.
8. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
9. 9 609 736/166 12.56 (709571/21 9.57)