DEP0000126MA - Elektrische Vorrichtung zum Messen der Füllhöhe eines Behälters, insbesondere eines Kohlenbunkers oder -silos - Google Patents

Description

Zur Anzeige oder Registrierung der Füllhöhe eines Kohlenbunkers oder, allgemeiner, eines Behälters zur Aufnahme einer Flüssigkeit oder eines stückigen, festen Gutes, bestehen schon zahlreiche Vorrichtungen, von denen jedoch keine allgemein anwendbar ist. Jeder Fall erfordert eine besondere Lösung. Ausserdem enthalten diese Vorrichtungen mehr oder weniger bewegliche, dem Verschleiss ausgesetzte Teile, die eine Ursache von Ungenauigkeit sind. Auch das System mit einer durch einen Lichtstrahl getroffenen Photozelle zur Anzeige der Füllhöhe ist zu verwerfen, wenn es sich um ein staubiges Gut handelt; denn der Staub kann während des Füllens dicht genug werden, um ein vorzeitiges Auffangen des Strahles zu verursachen.

Die Hauptvorzüge der vorliegenden Erfindung sind die ausgedehnte Anwendbarkeit in fast allen Fällen der Praxis mit ein und derselben Vorrichtung und des Nichtvorhandenseins irgendwelcher beweglicher Teile, und damit der Ausschaltung von Verschleiss und Verstellung.

Das Gerät nach der Erfindung besteht aus einer Elektrode (in Form eines oder mehrerer Metallfinger, einer oder mehrerer leitender Platten oder irgendeiner leitenden Vorrichtung), welche von der Masse des Behälters oder Bunkers, oder auch - falls der Behälter oder Bunker nicht metallisch ist - einer zweiten sog. Massenelektrode E(sub)m isoliert ist, die in ihrer Ausführung der ersten Elektrode ähnlich oder von ihr abweichend sein kann. Diese Elektrode E kann starr an einer inneren Wand des Behälters oder Bunkers befestigt oder im Inneren desselben aufgehängt sein, und zwar in der für das zu meldende Niveau bestimmten Höhe, gleich ob es sich um das maximale oder um irgendein dazwischen liegendes Niveau handelt. Bei Anwendung einer Massenelektrode wird diese unterhalb des betreffenden Niveaus angebracht.

Zwischen der Elektrode einerseits und der Masse des Bunkers oder der Massenelektrode andererseits besteht ein Isolationswiderstand, dessen Wert, bei Abwesenheit des in den Behälter oder Bunker einzufüllenden Gutes, R(sub)i ist. Wenn das betreffende Gut das Niveau der Elektrode E erreicht, so entsteht parallel zu R(sub)i ein Widerstand R, dessen Höhe der Leitfähigkeit des Gutes zwischen der Elektrode E und der Masse oder Massenelektrode entspricht.

Allgemein schwankt dieser Widerstand R zwischen Null und einem hohen Wert, je nach der Beschaffenheit des Füllgutes, oder auch - wenn es sich um ein stückiges Gut handelt wie Kohle, Erz o.dgl. - je nach seinem Feuchtigkeitsgehalt. Im folgenden wird der höchstmögliche Wert dieses Widerstandes R mit R(sub)h bezeichnet. Den äquivalenten Widerstand R(sub)ä erhält man aus der bekannten Formel

ebenso den äquivalenten Maximalwiderstand:

Davon ausgehend besteht die Erfindung auch in irgendeiner Vorrichtung, die fähig ist, einen elektrischen Strom J zu verursachen, dessen Wert, ohne vollkommen konstant zu sein, sich innerhalb zweier, einander derart angenäherter Grenzwerte befindet, dass man ihn zur Erregung eines Relais oder irgendeines anderen Gerätes ohne Beschädigungsgefahr desselben verwenden kann, und zwar unabhängig von dem zwischen Null und R(sub)h liegenden Widerstandswert des Gutes; über R(sub)h hinaus, und insbesondere für den Isolationswiderstand R(sub)i, ist der Wert des elektrischen Stromes gleich Null oder zur Betätigung des Relais oder Gerätes ausgesprochen ungenügend.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 die in beliebigem Masstab wiedergegebene Kurve des Stromes J, als Funktion des aus Formel (1) erhaltenen Widerstandes R(sub)ä,

Fig. 2 das Schaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Verwirklichung der Erfindung und

Fig. 3 eine zum Verständnis der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 erforderliche charakteristische Kurve.

In Fig. 1 bedeuten:

J(sub)o die Ansprechschwelle des Relais oder Gerätes, dem Maximalwiderstand R(sub)ämax entsprechend, der selbst eine Funktion von R(sub)h und durch Formel (2) gegeben ist,

J(sub)l den maximalen Überlaststrom, über den hinaus eine Beschädigung des Gerätes erfolgt, r einen Sicherheitsbereich R(sub)ämax und dem Isolationswiderstand R(sub)i.

Ersetzt man in Formel (2) den Widerstand R(sub)ämax durch seinen Wert:

R(sub)ämax = R(sub)i - r, (3)

so erhält man: woraus nach erfolgten Umrechnungen entsteht: und, indem man r gegenüber R(sub)i vernachlässigt:

Unter Voraussetzung eines Bereiches von K% des Isolationswiderstandes, also:

r = 0,01 mal K mal R(sub)1

folgert man oder der ausgedehnte, ein besonderes Merkmal darstellende Wirkungsbereich der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung wird von der letzten Gleichung ins rechte Licht gestellt. In der Tat ist das Gerät beispielsweise in der Lage, bei Zulassung eines auf K = 3% herabgesetzten Sicherheitsbereiches - was in gewissen Fällen möglich ist -, und da sich eine Isolierung von 1 bis 10 Megohm sehr leicht erreichen lässt, Widerstände R zwischen Null und 30 bis 300 Megohm anzuzeigen. Diese Zahlen sind Grenzwerte, welche die meisten Fälle der Praxis einschliessen, von sehr feuchtem, daher gut leitendem Gut bis zu Steinen und bisweilen sehr schlecht leitenden Flüssigkeiten. Die einzelnen Faktoren, welche von Fall zu Fall verschieden sein können, sind: Die Nutzfläche der Elektroden einerseits und der Isolationswiderstand andererseits.

Der einzige Anlass zum Versagen des Isolationswiderstandes könnte nach Entleerung des Behälters durch Verbleib einer gewissen Menge des Füllgutes zwischen Elektrode und Masse gegeben werden, insbesondere wenn das Füllgut zähflüssig, dickflüssig oder flüssig ist. Daher sieht die Erfindung, wie oben bereits gesagt, die Aufhängung der Elektrode E im Innern des Behälters oder Bunkers vor, unter Annahme einer äusserlich isolierenden, weit genug vom Füllgut entfernten Anbringung zur Gewährleistung einer vollkommenen Sicherheit.

Mehrere Vorrichtungen sind geeignet, den eingangs beschriebenen Strom J hervorzurufen. Die Erfindung ist daher nicht auf eine bestimmte Vorrichtung beschränkt. Eine besonders zweckmässige Vorrichtung ist in Fig. 2 schematisiert.

In Fig. 2 bedeuten:

W eine unter eine konstanten Gleichspannung U(sub)1 stehende Wheatstone'sche Brücke, deren Polarität und Schaltdiagonale diejenigen der Darstellung sind; diese Brücke besteht aus zwei unveränderlichen Widerständen a und b, einem veränderlichen Widerstand m und einem vierten, an die Klemmen c und d geschalteten Widerstand, dessen Natur weiter unten näher beschrieben wird.

Rö eine Elektronenröhre nach Art einer Triode oder Pentode, mit geeigneten Charakteristiken.

Th ein Thyratron.

M das o.a. Relais oder Gerät.

Bei Abgleich der Brücke ist die Polarisationsspannung e des Gitters von Rö gleich Null (Fig. 3). Man richtet es so ein, dass der entsprechende Wert der Leistung i der Anode im Widerstand N einen Spannungsabfall verursacht, der die Polarisation von Th genügend herabsetzt, um die Leistung dieses Thyratrons auf Null oder wenigstens auf einen wesentlich kleineren Wert als J(sub)o (Fig. 1) zu bringen. Demzufolge bleibt das Gerät M in der Ruhelage.

Wenn der Widerstand bei c d zunimmt, wird die Spannung e positiv, und die voraufgehenden Erscheinungen dauern an, oder verstärken sich, je nach den Charakteristiken der Röhren.

Wenn dieser Widerstand dagegen abnimmt, so werden die Spannung e negativ und die Leistung i von Rö sowie der Spannungsabfall im Widerstand N kleiner, und, für einen gewissen Wert dieses Widerstandes, aus dem sich die Werte e(sub)o und i(sub)o auf Fig. 3 ergeben, erreicht man plötzlich die ausreichende Polarisationsspannung für eine Leistung von Th, die dem Strom J(sub)o auf Fig. 1 gleich ist; das Gerät arbeitet.

Wenn der betreffende Widerstand gleich Null ist (Kurzschluss zwischen Elektrode und Masse), so ist die Spannung e negativ genug, damit die Leistung i gleich Null sei. Es folgt daraus, dass die Leistung von Th ihren Höchstwert erreicht hat, aber infolge der Sättigung dieses Thyratrons immer noch kleiner ist als der gefährliche Wert J(sub)l nach Fig. 1.

Die vorhergehende Darstellung wurde unter Annahme eines beliebigen, zwischen Null und Unendlich veränderlichen, an den Klemmen c und d geschalteten Widerstandes gegeben.

Schliessen wird nur eine dieser Klemmen an die Elektrode oder Elektrodengruppe E und die andere an die Masse oder Massenelektrode E an, so wird bei Abwesenheit von Füllgut zwischen E und E(sub)m der Widerstand bei c und d der Isolations- widerstand sein.

Wenn man m einen solchen Wert gibt, dass der Brückenausgleich einem Widerstand g entspricht, welcher kleiner ist als R(sub)i, und da man eben gesehen hat, dass die Ansprechschwelle von M bei einem Widerstand erreicht wird, der selbst schwächer ist als der Ausgleichswiderstand, so wird man sicher sein, dass der oben beschriebene Sicherheitsbereich r zwischen diesem Schwellenwiderstand und R(sub)i vorhanden sein wird.

Tatsächlich ist dieser Ansprechschwellenwiderstand genau der durch Gl. (2) beschriebene Widerstand R(sub)ämax.

Von nun an und unter der durch Gl. (7) gegebenen Sicherheitsbedingung, berechtigt Gl. (9) zur Behauptung, dass die erwähnte Vorrichtung unter den in der Einleitung bestimmten Bedingungen arbeitet.

Jede Vorrichtung, welche zur Steuerung irgendeines Gerätes die Widerstandsänderung zwischen der Elektrode E und der Masse oder Massenelektrode E(sub)m benutzt, liegt im Rahmen dieser Erfindung.

Claims (3)

1. Elektrische Vorrichtung zum Messen der Füllhöhe eines Behälters oder Bunkers, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes zwischen einer in der anzuzeigenden Füllhöhe im Füllraum angeordneten Elektrode und dem Metallbehälter oder einer Massenelektrode durch das Füllgut ein Anzeigegerät steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zwischen den beiden Elektroden den Zweig einer Wheatstone'schen Brücke bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Diagonale der Brücke unter einer konstanten Gleichspannung steht, während in die andere Diagonale der Gitterkreis einer Triode oder einer anderen Röhre mit geeigneten Charakteristiken geschaltet ist, wobei in den Kreis ein Spannungsverlustwiderstand eingebaut ist, der das Zünden eines Thyratrons oder irgendeiner Vorrichtung mit Ansprechschwelle betätigt, die das Anzeigegerät steuert je nach dem, ob das Füllgut die gewünschte Niveauhöhe erreicht oder nicht.