DK154362B - Anordning til detektering af en ledende vaeske i en beholder - Google Patents

Description

DK 154362 B

Den foreliggende opfindelse angår en anordning til detektering af en ledende væske i en beholder ved hjælp af en i denne indsættelig føler, der omfatter tre fra hinanden isolerede elektrisk ledende områder, hvor et første og et andet område er sluttet til en spændingskilde for at danne en første ledende forbindelse gennem væsken, og hvor et styreorgan er forsynet med en første og en anden indgang, hvis første indgang er forbundet med den ene pol på spændingskilden og det andet område.

En anordning af denne art er kendt fra US patentskrift nr.

31 19 266. Den kendte anordning benytter en beskyttelseselektrode, der holdes på et bestemt potential for at forhindre lækstrømme, der opstår, når der danner sig aflejringer på føleren. Herved forhindres en forfalskning af målingen af væskestanden.

En anordning af den indledningsvis angivne art anvendes ofte i kedler. Når det i kedlen værende vand har et højt indhold af mineraler, er der tilbøjelighed til, at følerelementet bliver belagt med kedelsten, hvorved tilstedeværelsen af vand simuleres. Endvidere skal en overfyldningstilstand af en kedel detekteres, da der hverken ved ikke-fyldt eller ved overfyldt kedel må ske en opvarmning af denne.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at udforme en anordning af den indledningsvis angivne art således, at der hverken ved en overfyldning af beholderen eller ved en ikke-fyldt beholder og ved aflejret kedelsten på føleren sker en aktivering af et til føleren sluttet styreorgan.

Dette opnås ved en anordning ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved, at den anden indgang på styreorganet er sluttet til det tredie ledende område på føleren, og at dette tredie ledende område over en anden og en tredie ledende forbindelse gennem væsken kan forbindes med det første og andet område, så at aktivering af styreorganet forhindres ved en shuntforbindelse gennem den første el ler/og tredie ledende forbindelse.

Yderligere fordelagtige udførelsesformer for anordningen ifølge opfindelsen er angivet i underkravene.

2 DK 154362B

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for kombinationen ifølge opfindelsen af en beholder,såsom en kedel i et varmeanlæg, og en føler, som danner en del af en væskedetektor, fig. 2 et kredsløbsdiagram for fluiddetektoren, fig,2a en modifikation af kredsløbet i fig. 2, fig. 3 en modificeret føler, hvor den ene af dens ledende områder er forbundet med det elektriske kredsløb ved hjælp af et par ledere, fig. 4 et kredsløbsdiagram for fluiddetektoren, hvori der anvendes en føler af den i fig. 3 viste type, fig. 5 et skematisk billede af et par af toelementfølere, - der er forbundet med hinanden til dannelse af tre ledende områder, fig. 6 et kredsløbsdiagram for fluiddetektoren, hvori følerkonstruktionen i fig. 5 anvendes, og fig. 7 et tværsnit i en praktisk udførelsesform for en føler, som er vist skematisk i fig. 1 og 3.

Den i fig. 1 viste kombination indbefatter en beholder 10, der kan være en hvilken som helst væsketæt beholdertype, og i det følgende vil det i almindelighed blive antaget, at beholderen 10 er en kedel i et varmeanlæg. Beholderen 10 er delvis fyldt med en væske 11, som normalt vil være vand med normale mineralindhold i forbindelse med kedlen i et varmeanlæg. Væsken 11 kan være en hvilken som helst væske, hvorigennem elektrisk strøm vil passere, og som har en minimal mod s tand sværd i. Beholderen 10 er en metalbeholder eller kedel med en elektrisk jordforbindelse 12 og danner en del af det elektriske kredsløb vist i fig. 2.

I den øverste væg 13 af beholderen 10 er indsat en føler 14. I den viste udførelsesform danner føleren 14 og beholderen 10 mellem sig tre elektrisk ledende områder. Føleren 14 indeholder en elektrisk ledende midterelektrode 15, der har et fritliggende overfladeområde, som danner et af de tre elektrisk ledende områder. Rundt omkring elektroden 15 er der anbragt en isolerende muffe 16, som igen er omgivet af en ledende ring 17, der danner et andet elektrisk ledende område, og som vil blive kaldt beskyttelsesringen. Den elektrisk ledende ring 17 er monteret i en isolerende del 20, som igen er monteret på den øverste væg 13, som danner et tredie elektrisk ledende område. Det

3 DK 154362 B

vil således fremgå, at de tre elektrisk ledende områder 15, 17 og 13 hver er elektrisk isoleret fra hinanden* En leder 21 er forbundet med elektroden 15, medens en ledér 22 er forbundet med beskyttelsesringen 17 for at indkobles i et elektrisk kredsløb af den i fig. 2 viste art.

Tre ledende veje som er mulige med kombinationen af elektrisk ledende områder er blevet vist punkteret i figurerne og er angivet ved 23, 24 og 25. Vejen 23 vil ligge mellem beskyttelsesringen 17 og den øverste væg 13 af beholderen 10. Vejen 24 vil ligge mellem midterelektroden eller det ledende område 15 og beholderen 10 gennem væsken 11 i beholderen 10. Den tredie vej 25 vil ligge mellem elementet 15 og beskyttelsesringen 17 gennem væsken 10, eventuelt luft i beholderen og gennem eventuelle aflejrede mineraler,som kan forekomme mellem elektroden eller det ledende område 15 og beskyttelsesringen 17.

I kredsløbet i fig. 2 er en sædvanlig vekselstrømskilde 26 forbundet med en transformator 27, der har en vikling 28, som leverer et vekselstrømspotential. Et vekselstrømspotential eller et jævnstrømspotential kan anvendes, men et vekselstrømspotential foretrækkes for at undgå muligheden for, at elektrisk ledende områder får en galvanisk udfældning eller påvirkes af en eller anden form for polariseringsvirkning. Viklingen 28 har en leder 30, som forbinder den ene side af viklingen med det elektrisk ledende område 13 eller jord 12 for kredsløbet. Den anden side af transformatorviklingen 28 er ved hjælp af en leder 31 over en formodstand 32 forbundet med en leder 33, som er forbundet med indgangen 34 på en forstærker 35. Forstærkeren 35 er forbundet med en eller anden sædvanlig kilde for jævnstrømspotential ved 36 og 37.' Forstærkeren 35 er i den viste udførelsesform en strømafhængig forstærker, der aktiveres af en strømgennemgang gennem indgangen 34. Forstærkeren 35 har en udgangsafbryder 38, der er vist som en relæspole 40 og et par normalt åbne relækontakter 41.

Indgangen 34 er også forbundet med lederen 21 til det elektrisk ledende midterområde 15 af føleren 14. Det elektriske kredsløb er fuldført ved hjælp af en leder 42, der er forbundet med en impedans 43, som igen er forbundet med det elektrisk ledende område eller beskyttelsesringen 17 over lederen 22. Impedansen 43 er valgt således, at den passer til impedansen af indgangen 34 på forstærkeren 35, og hvis forstærkeren 35 er en strømforstærker, kan impedansen 43 i virkeligheden udelades og kan være en almindelig leder. Hvis forstærkeren 35 er en spændingsforstærker, vil en kompenserende impedans 43 være ønskelig for at gøre det foreliggende kredsløb funktionsdygtigt.

4 DK 154362B

Driften af kredsløbet i fig. 2 kan bedst forklares ved betragtning af den normale situation først og derpå de unormale eller farlige situationer, som kredsløbet skal beskytte mod. Hvis kredsløbet fik tilført strøm, og der ikke var nogen væske 11 i beholderen 10r ville modstanden i hver vej 23, 24 og 25 være i det væsentlige uendelig.

I dette tilfælde ville der ikke gå nogen strøm til indgangen 34 på forstærkeren 35. Udgangsafbryderen 38 ville være deaktiveret,og kontakterne 41 ville være åbne for derved at holde kedelbeholderen 10's brænder afbrudt.

Væske indføres i kedelbeholderen 10, indtil niveauet vist i fig. 1 er nået, hvilket i det væsentlige er den normale tilstand, hvor væske når det elektrisk ledende område eller elektroden 15, men ikke når beskyttelsesringens ledende område 17. I dette tilfælde vil modstanden af vejen 24 gennem væsken 11 være relativt lille, og en strømledende vej .vil etableres mellem lederne 21 og 12. Dette vil bevirke, at der går en strøm til indgangen 34 på forstærkeren 35, hvorved relæet 40 aktiveres og slutter kontakterne 41. Dette vil muliggøre aktivering af brænderen på normal måde.

Hvis der optræder en unormal tilstand, hvor kedelsten er aflejret mellem det ledende område 15 og beskyttelsesringen 17 eller mellem beskyttelsesringen 17 og det ledende område 13, vil modstanden i vejene 23 og 25 aftage fra deres i det væsentlige uendelige værdier. Hvis modstanden i vejen 23 eller vejen 25 eller begge veje falder væsentligt i værdi på grund af en eller anden form for aflejring eller farlig tilstand, danner disse veje en shunt til afledning af strøm fra indgangen 34 på forstærkeren 35. I begge disse tilfælde bevirker afledningen af strømmen eller shuntningen af strømmen, at forstærkeren 35 bringer relæet 40 til at falde fra og åbne kontakterne 41 for derved at afbryde brænderen.

Betragtes først vejen 25, vil der, hvis modstanden i vejen 25 bliver relativt lille, gå en strøm i lederen 22 gennem vejen 25 og gennem vejen 24 gennem væsken 11. Denne strømgennemgang vil aflede en betydelig mængde af strømmen fra indgangen 34 og deaktivere forstærkeren 35. Hvis værdien af modstanden i vejen 23 falder i værdi, er det klart, at der er en endnu mere direkte shunt mellem lederen 22 og lederen 12, som derved kortslutter indgangen 34 på forstærkeren 35 og således bringer relæet 40 til at falde fra. Dette kan let forekomme, hvis kedelbeholderen 10 er overfyldt med væske, hvilket muliggør, at det foreliggende kredsløb ikke kun detekterer tilstedeværelse af en væske, opbygning af uønsket kedelsten eller uønskede modstandsveje, men

5 DK 154362 B

det er også i stand til at detektere, når beholderen 10 er fyldt til et farligt eller for højt niveau.

De skematiske billeder i fig. 1 og 2 viser arbejdsprincipperne, på hvilke den foreliggende opfindelse er baseret. Mere praktiske udformninger af såvel føleren som forstærkerarrangementet er vist i de øvrige figurer,og tilsvarende henvisningsbetegnelser er anvendt til at angive lignende elementer.

I fig. 2a er forstærkeren 35 i fig. 2 erstattet af et relæ 38', der virker direkte fra strømgennemgangen til relæorganet 38' X dette tilfælde er impedansen 43 valgt således, at den kan arbejde sammen med impedansen af relæorganet 381.

I udførelsesformen i fig. 3 anvendes en modificeret føler 14', som har tre elektrisk ledende områder i form af en med gevind forsynet møtrik 13', en elektrode 15 og en beskyttelsesring 17. Elektroden 15 er forbundet med’lederen 21, medens delen 13' er forbundet med lederen 12. Beskyttelsesringen 17 er forbundet med en leder 22 og ved hjælp af en anden parallel men særskilt leder 22'. Lederne 22 og 22* anvendes som sikkerhedsforanstaltninger for en sikkerhedsfunktion, der skal beskrives i forbindelse med fig. 4. Det ledende område 13' er fremstillet i form af en sekskantet møtrik med en gevinddel til indskruning i beholderen 10 på væsketæt måde, idet den tillige forbindes med lederen 12. Gennem midten af delen 13' er ført en isolator 45, og i dennes øverste del er der en indføring for lederne 22 og 221, ligesom der er en central åbning for elektroden 15. Isolatoren 45 passerer gennem delen 13' og ligger an imod beskyttelsesringen 17, hvor lederne 22 og 22' er forbundet med beskyttelsesringen 17. En yderligere isolerende del 46 er anbragt mellem det nederste af beskyttelsesringen 17 og en tæt lukket ende 47. Ved enden 47 rager elektroden 15 ud for at danne en enhedsføler 14', der tjener til at tilvejebringe modstandsvejene 23, 24 og 25 på samme måde som beskrevet under henvisning til fig. 2. En praktisk anvendelse af et forstærkerkredsløb til brug sammen med føleren 14* er vist i fig. 4.

I udførelsesformen i fig. 4 er der igen anvendt potentialkilden 26, transformatoren 27 med sekundærviklingen 28 tillige med lederne 31 og 30. I det viste arrangement fører lederen 31 over en begrænsningsmodstand 32 til lederen 12 til føleren 14'. Føleren 14* har igen det ledende område 15 og beskyttelsesringen 17. Beskyttelsesringen 17 er vist forbundet indvendigt i føleren 14' ved 50 mellem lederne 22 og 22'.

Mellem lederen 31 og lederen 22' er indkoblet en for-

6 DK 154362 B

stærker 51, der har et indgangskredsløb indeholdende en transistor 53, som har en diode 54 til begrænsning af signalet mellem lederen 21 fra det ledende område 15 og lederen 22'. Forstærkeren 51 er ved hjælp af ledere 55 og 56 forbundet med lederne 31 og 22' for at modtage energi og har en udgangsafbryder, der er vist generelt ved 57 og omfatter en transistor 58 og relæet 40 tillige med et par normalt åbne kontakter 41.

Virkemåden af kombinationen vist i fig. 3 og .4 er i det væsentlige den samme som for fig. 1 og 2. Når et potentiale tilføres mellem lederne 30 og 31,overføres potentialet gennem beskyttelsesringforbindelsen 50, så at forstærkeren 51 strømforsynes mellem lederne 31 og 22'. Hvis der ikke er nogen væske,sluttes ingen af de ledende veje i føleren, og forstærkeren 51 får ikke noget drivsignal i transistoren 53 til at aktivere udgangsorganet eller relæet 40. Ved tilstedeværelse af én væske 11 ved føleren 14' gøres en vej 24 ledende mellem det ledende område 13' og 15Denne vej muliggør, at der trækkes strøm gennem transistoren 53 for at bringe forstærkeren 51 til at trække relæet 40 og slutte kontakterne 41 til aktivering af kedlens brænder.

I tilfælde af at væske overfylder beholderen 10,eller hvis kedelsten bevirker, at en eller anden form for aflejring danner bro mellem de ledende områder 13' og 17 eller 15 og 17,shuntes indgangen til forstærkeren 51, så at forstærkeren 51 ikke kan trække relæet 40.

Selv om apparatet i fig. 3 og 4 arbejder på samme generelle måde som beskrevet i forbindelse med fig. 1 og 2, er der tilføjet en sikkerhedsforanstaltning ved anvendelse af lederne 22 og 22', som ved 50 er forbundet indeni føleren 14’. I tilfælde af at den ene eller anden af ledningerne, som skal være forbundet med det elektrisk ledende område eller beskyttelsesringen 17, enten ved et uheld ikke er tilsluttet eller er afbrudt ved monteringen eller brugen af appatetet, fjernes strømmen fra lederen 30 og transformatorens sekundærvikling 28 fra forstærkeren, og kredsløbet svigter på en sådan måde, at relæet 40 deaktiveres, og kontakterne 41 åbnes. Denne fejltype betragtes som en sikkerhedsfejl, idet den forhindrer, at brænderen aktiveres. Udførelsen med dobbeltledning i forbindelse med beskyttelsesringen 17 medfører en yderligere sikkerhedsforanstaltning.

I udførelsesformen i fig. 5 er der anvendt to ens følere 60 i forbindelse med en beholder 10'. Følerne 60 er hver monteret ved hjælp af med gevind forsynede dele 61 i en isolerende sektion 62 af beholderen 10', hvor beholderen 10' kan være af enten ledende eller ikke ledende materiale. En sådan konstruktion kan anvendes, når væsken er andet end vand. Udførelsesformen i fig. 5 kan anvendes til afføling af

7 DK 154362B

brændselsolie eller anden materialetype i en tank, som fyldes eller anvendes i en eller anden Æorm for processtyring.

Elektroderne €0 har hver et ledende midfeerelement 62, der passerer gennem en isolerende del 63, som igen passerer gennem den med gevind forsynede del 61» De nederste ender af elementerne 62 er neddykket i en væske 11', og væsken danner den ledende vej 24 i det tidligere viste kredsløb. En forbindelsesledning 64 er aiibragt for elektrisk at forbinde delene 61 af følerne 60 med hinanden og derved tilvejebringe tre elektrisk ledende områder, hvor hvert af områderne normalt er elektrisk isoleret fra hinanden» En leder 21 er forbundet imed et af følerelementerne 62, medens lederen 12 er forbundet med det andet følerelement 62. Forbindelsesledningen 64 er endvidere forlænget til forbindelse med lederen 22 for derved at bringe elementerne 61 IL de to følere 60 til at fungere som beskyttelsesringene 17' i de tidligere beskrevne følere. De ledende veje 25 ©g 23 vil igen forekomme mellem de ledende = områder 62 og beskyttelsesrlngelementerne 17'.

Kredsløbet i fiLg. 6 er i det væsentlige ddet samme som det i fig. 4 viste med den undtagelse, at beskyttelsesringforbindelsen 64 er vist udenfor føleren 14'!l» Den ydre forbindelsesledning 64 erstatter i dette tilfælde den indre forbindelsesledning 50 i facg, 4, Den resterende del af kredsløbet i fig. 6 er den samme som i fiicg. 4 og skal ikke beskrives yderligere. Virkemåden forbliver også den samme,d.v.s. tilstedeværelsen af en væske mellem de ledende områder 612„ der er forbundet med lederne 12 og 21, vil bevirke, at indgangskreds løbet for forstærkeren 51 aktiveres for at slutte relækontakterne 4EL. Dannelsen af en ledende vej mellem lederne 17' og 12 eller mellem X7' og 21 bevirker shuntveje gennem føleren 14'1 for derved at bevirke, at forstærkeren er uvirksom.

Fig. 7 viser en føler af den i fig. 3 viste type i en praktisk produktionsform. Føleren 14' er vist at have cdet ledende midterområde eller elementet 15, som ved den ene ende har en med gevind forsynet del 70 og en sædvanlig møtrik 71 tillige med æn sædvanlig skive 72. En med gevind forsynet åbning 73 er anbragt i den anden ende, så at en stang 74 kan indskrues i åbningen,og stangen kan have en hvilken som helst ønsket længde afhængig af den særlige anvendelse, som føleren skal benyttes til. Det ledende område 15 er omgivet af en elektrisk isolator 75 og kan fremstilles af et blødt materiale,såsom det, der er kendt under varemærket "Teflon",for at opnå den nødvendige væsketætning. Et rørformet element 7 6 er forsynet med en udadrettet sende 77, som danner beskyttelsesringen 17 i føleren 14*. Røret 76 er opslidset ved sin

8 DK 154362 B

øverste ende for at danne to udadrettede dele 80 og 81. De udadrettede dele 80 og 81 svarer til de dobbelte forbindelser 22 og 2' i fig. 3.

Omkring røret 76 er der anbragt et yderligere isolerende organ 82, der igen er af et blødt materiale,såsom "Teflon", så at der let opnås en væsketætning. En sekskantet møtrik 83 med en tyndere med gevind forsynet del 84 er forsynet med rørgevind for hensigtsmæssig indskruning af føleren 141 i beholderen 10. Konstruktionen er fuldført ved tilføjelse af en isolerende bøjle 85 med to slidser 86 og 87, der er ført over fremspringene 81 og 80 for at beskytte mod tilfældige kortslutninger, når kredsløbet vist i fig. 4 forbindes med føleren 14'.

Claims (6)

1. Anordning til detektering af en ledende væske i en beholder (10) ved hjælp af en ii denne indsættelig føler (14,14';)« der omfatter tre fra hinanden isolerede elektrisk ledende områder, Hivor et første og et andet område X13,17;13‘,17) er sluttet til en 3?pændingskilde for at danne en første ledende forbindelse gennem væsken, og hvor et styreorgan (35-41,31-58) er forsynet med en første og en anden indgang (33,21), hvis iførste indgang (33) er forbundet med den ene pol på spændingskildem og det andet område, kendetegnet ved, at den anden indgang (21) på styreorganet (3S-41;51-58) er sluttet til det tredie ledende område (15) på føleren ((F14,14'), og at dette tredie ledende område (15) over en anden og en tredie ledende forbindelse (24,25) gennem væsken kan forbindes rmed det første og andet område (13,li7;13‘,17), så at aktivering af styreorganet forhindres ved en shumtforbindelse gennem den førsbe eller/og tredie ledende forbindelse (23,25).

2. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at styreorganet på i og fer sig kendt måde omfatter en forstærker (35; 51. samt et af forstærkeren aktiverbart relæ (40,41).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det andet elektrisk ledende område (17) ved hjælp af to i serie koblede elektriske ledninger (22,221) er sluttet til iden elektriske spændingskilde for at forhindre reaktion af relæet (40,41), såfremt en ledning er afbrudt.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at føleren (14") har to følerdtementer (60), som hvert har to elektrisk ledende områder (61,62)., og at de to følerelementer (60) er elektrisk forbundet med hinanden over en bro (64) for at danne tre elektrisk ledende områder.

5. Anordning ifølge krav 1, kendetegne tt ved, at føleren (14,14') som tredie ledende område har en central elektrode (15), der strækker sig i beholderen (10), en i forhold til den centrale elektrode (15) isoleret og højere anbragt ringformet beskyttelseselektrode (17) som andet ledende område samt en af den jordede beholder (10) dannet tredie elektrode (13) som tredie ledende område.

6. Anordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at føleren (14') ved hjælp af en gevindmøtrik (83,84) er indskruet i den af ledende materiale bestående beholder (10), og at gevindmøtrikken (83, DK 154362 B lo 84. som tredie elektrode (13*) er isoleret i forhold til de to andre elektroder (15,17).