JPH075017A - 流体レベル検知システム - Google Patents

流体レベル検知システム

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JPH075017A
JPH075017A JP5732394A JP5732394A JPH075017A JP H075017 A JPH075017 A JP H075017A JP 5732394 A JP5732394 A JP 5732394A JP 5732394 A JP5732394 A JP 5732394A JP H075017 A JPH075017 A JP H075017A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】先行技術の問題を軽減する流体レベル検出シス
テムを提供する。 【構成】蒸気発生ボイラー内の水位を検知する流体レベ
ル検知システムは、ボイラー内と実質的に同じレベルに
水および蒸気を含むようにボイラーに接続された容器
と、容器内に突出している多数の垂直に間隔を隔てて配
置された電極と、各電極によって検知される電気インピ
ーダンスを測定する回路とを具備する。さらに各々の電
極に多重化できる回路は、検知したインピーダンスが水
の標準最大インピーダンスと、水の上方の蒸気の標準最
小インピーダンスとの間にあるとき出力を発生する第1
の比較器を含み、この出力は、蒸気/水インターフェー
スのレベルを示すため、垂直な表示をドライブするよう
に多重化される。この回路はさらに、検知したインピー
ダンスが、水の標準最小インピーダンス以下にあるとき
さらに他の出力を発生する第2の比較器を含み、そのさ
らに他の出力が、種々の異なる故障状態を示し、そして
故障指示器をドライブする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体レベル検知システ
ムに関し、そしてさらに特定には、しかしそれに専ら限
られない英国特許第1056032号および第1438
271号に開示された一般的種類のボイラー水位検知シ
ステムにに関する。
【0002】
【従来の技術】英国特許第1056032号および第1
438271号に記載された種類のボイラー水位検知シ
ステムは代表的に、圧力容器内の水位がボイラー内の水
位と実質的に同じであるように、圧力容器の頂部の近く
およびその底部の近くで、ボイラーの1端部に接続され
るようになっている、時として「水コラム」(“waterc
olumn”)と呼ばれる垂直に延びている円筒状の圧力容
器を具備している。複数の垂直方向に間隔を隔てて配置
された電極が、圧力容器内にシーリングして突出してお
り、そして各電極のそれぞれのレベルにおける圧力容器
内の流体の電気インピーダンスを検知するのに使用され
ている。蒸気の最小電気インピーダンスは、水の最大電
気インピーダンスよりもかなり大きいので、水/蒸気イ
ンターフェースの位置は容易に確立することができる。
この種のシステムは、現在商標HYDRASTEPで、
出願人によって商品化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】蒸気タービンを駆動す
る蒸気を発生するそのようなボイラーに使用する高圧力
蒸気発生プラントでは、高度の信頼性が要求される。こ
れは、水位検知システムの故障が、極めて費用のかかる
ことがあるボイラーに対する大きな損傷を生じるか、あ
るいは、大事故となるか、極端な場合には耐用年数の損
失となる蒸気タービン内への水の進入を生じることがあ
る。しかしながら、同時に、水位警報システムは、プラ
ントの停止がまた非常に高くつく、不必要なプラント停
止となる誤った警報信号を出すべきでないことも重要で
ある。この目的のため、現在のシステムは、もし、たと
えば、水が蒸気部の上方で明らかに検出されると、故障
指示を与えるバリデーション回路を備えている。さら
に、通常蒸気部にある上部電極に関連したインピーダン
ス測定(または識別)回路は、殆ど一般的に経験する故
障モードが水指示となるように配置され、一方、通常水
の部分にある下部電極に関連したインピーダンス測定
(または識別)回路は、殆ど一般的に経験する故障モー
ドが蒸気指示となるように配置されている。これは、バ
リデーション回路と組合せて、優れた信頼性および故障
検出を提供するが、2つの異なる種類のインピーダンス
測定回路が必要であることを意味し、かつ、通常、水の
部分または蒸気部にある真手形のいくつかの電極の故障
およびそれらに関連したインピーダンス測定回路の故障
が検出されないことがあることを意味している。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の課題はこの問題
を軽減することである。本発明によれば、第1の流体が
第2の流体の下方にあり、かつ第2の流体よりも低い電
気インピーダンスを有する、第1の流体と第2の流体と
の間のインターフェースを検知する流体レベル検知シス
テムが提供される、このシステムは、流体を含んでいる
容器と、容器内の所定のレベルにおける流体の電気イン
ピーダンスを検知する少くとも1つのセンサーと、検知
したインピーダンスが、第2の流体の標準最小電気イン
ピーダンスと第1の流体の標準最大電気インピーダンス
との間にある第1の所定の値以下に降下したとき第1の
出力信号を発生する第1の比較器手段と、さらに、検知
したインピーダンスが第1の流体の標準最小電気インピ
ーダンスよりも低い第2の所定の値以下に降下したと
き、第2の出力信号を発生する第2の比較器手段とを具
備し、前記第2の出力信号が故障状態を示している。本
発明の好ましい実施例では、このシステムは、容器内に
垂直方向に間隔を隔てて配置された複数の前記センサー
を具備している。この場合には、システムは、前記セン
サーの各々に関連したそれぞれ第1および第2の比較器
手段を具備していてもよい。あるいはまた、このシステ
ムは、1つの第1の比較器手段と、1つの第2の比較器
手段と、時多重化方式でセンサー間で第1および第2の
比較器を多重化する多重化手段とを具備するか、あるい
はさらに有利には、2つの第1の比較器手段と、2つの
第2の比較器手段と、時多重化方式で第1のグループの
センサー間で1方の第1の比較器手段およびその関連し
た第2の比較器手段を多重化する第1の多重化手段と、
時多重化方式で残りのセンサー間で他方の第1の比較器
手段およびその関連した第2の比較器手段を多重化する
第2の多重化手段とを具備してもよい、第1のグループ
のセンサーは、1つおきの前記垂直方向に間隔を隔てて
配置されたセンサーからなる。
【0005】前記センサーの各々は、有利には、ギャッ
プのレベルにおいて容器内の流体によってブリッジされ
る所定のギャップを規定している電極手段を具備する。
この場合には、システムは好ましくは、各電極手段に対
するそれぞれの基準インピーダンスと、交流基準信号を
各基準インピーダンスを経て、その基準インピーダンス
に関連した電極手段に加える少くとも1つの基準信号源
とを具備し、それによって基準インピーダンスおよび関
連した電極手段のギャップ内の流体が分圧器を形成す
る。基準インピーダンス、各々の基準信号源、比較器手
段および多重化手段(もしあれば)は好ましくは、電極
手段から遠隔のハウジング内に配置される、その場合に
は、各々の基準インピーダンスは、有利には、それぞれ
第1の結線によってその関連した電極手段の入力端子に
接続される、そして各々のそのような入力端子は、その
関連した比較器手段の後に接続されるか、あるいは、そ
れぞれ第2の結線によってそれぞれの多重化手段のそれ
ぞれの入力に接続される。この「電極当りの2つの結
線」配置の結果として、各々の第2の比較器手段は、下
記の事象のいづれかの発生のとき、その故障指示出力信
号を発生する、 a)関連した電極手段のギャップの短絡、あるいはアー
スへの関連した電極手段の第1および第2の結線のいづ
れかの短絡、その場合、そのような短絡は、前記第2の
所定の値よりも低いインピーダンスを生ずる;あるいは b)関連した電極手段の第1および第2の結線の破断。
【0006】本発明を次に添付図面を参照して説明す
る。
【0007】
【実施例】図1に示されたボイラー水位検知システム
は、全体的に10で示されており、そして細長い円筒状
の圧力容器12を具備し、この圧力容器12は使用中、
容器のそれぞれ頂部および底部に隣接している上部およ
び下部パイプカップリング16によってボイラー14の
1端に連結されている、したがって容器内の水位は、ボ
イラー内の水位と実質的に同じである。複数の垂直方向
に間隔を隔てて配置された電極18、代表的には20の
電極が、カップリング16の間に圧力容器12内にシー
リングして突出しており、これらの電極は、容器内の標
準水位20(これは勿論ボイラー14内の標準水位に実
質的に等しい)の上下に実質的に対称に配分されてい
る。カップリング16は代表的に、保守および/または
取替えのため圧力容器12からの電極18の取外しを容
易にするため、閉止コックおよびドレン弁(図示せず)
を含む。各電極18は、本出願人の英国特許第217
3、138号と実質的に同じであり、そして図2で最も
よく判るように、電極の本体26を通り同軸線に延びて
いる導体23によって圧力容器12の外側の端子24に
電極的に接続された検知チップ22を具備する。検知チ
ップ22および同軸線の導体23は、環状スペースおよ
び環状セラミック絶縁体28によって電極本体26から
電気的に絶縁されており、後者の絶縁体28はまた検知
チップを本体に固定するのに役立っている。絶縁体28
は、検知チップ22と電極18の本体26との間に検知
ギャップを規定しており、このギャップは、使用中、電
極レベルにおける圧力容器12の内側の流体(水または
蒸気)によってブリッジされる。蒸気の最小電気インピ
ーダンスまたは抵抗は、水の最大電気インピーダンスま
たは抵抗よりも実質的に大きいので、電極18の検知ギ
ャップをブリッジする流体の電気インピーダンスを検知
することは、電極が水中に浸漬しているか、蒸気中に浸
漬しているかの指示を与える。
【0008】電極18の検知ギャップをブリッジする流
体の電気インピーダンスを検知するため、発振器30に
よって発生した交番信号が、ドライブ抵抗32および第
1の結線34を経て電極18の端子24に加えられる。
発振器30およびドライブ抵抗32は、回路ハウジング
またはキャビネット36内に配置されており、このハウ
ジング36は、ボイラーのすぐ近くではかなり厳しい環
境なので、圧力容器12およびボイラー14から30メ
ートルまで離して設けるのがよい。戻りまたはアース結
線38は、発振器30のアースまたはゼロ電源レール4
0およびキャビネット36内の他の回路を電極18の本
体26に接続する。電極18の検知ギャップをブリッジ
する流体のドライブ抵抗32およびインピーダンスが、
一緒に分圧器を形成し、したがって端子24における交
番電圧が電極18の検知ギャップにおける流体インピー
ダンスを表わしていることは理解されるであろう。この
交番電圧は、さらに他の結線42を経てキャビネット3
6内の整流増幅器44に加えられる。したがって整流増
幅器44は、直流出力電圧Vを発生し、その振幅は、電
極18の検知ギャップにおける流体のインピーダンスに
実質的に比例し、そしてこの直流出力信号は、第1の比
較器46の1方の入力に加えられる。比較器46の他方
の入力は、第1の基準電圧VR1を受けとるように接続
されており、そのレベルは、蒸気の最小検知インピーダ
ンスおよび水の最大検知インピーダンスに対応する整流
増幅器44によって発生した直流出力電圧のそれぞれの
振幅間のほぼ真中にあるように選択される。したがっ
て、電極が蒸気内に浸漬されると、比較器46の出力が
1方のレベル、代表的に論理0にあり、一方、電極18
が水中に浸漬していれば、比較器46の出力は、その他
方のレベル、即ち論理1にスイッチする。
【0009】12の電極18の各々は、素子32、3
4、38、42、44および46と同じである回路素子
を含むインピーダンス測定(または識別)回路のそれ自
体のチャンネルに接続される:この識別回路は、全体的
に図1の50で示されている。さらに、電極18は、6
つの垂直にインターリーブした2つのグループに通常分
けられる、即ちそれぞれ奇数および偶数電極を含むグル
ープに分けられ、各々のグループがそれぞれの共通の発
振器30およびそれぞれの共通の電源(図示せず)を有
している:したがって:1方の電源又発振器が故障すれ
ば、他方のグループの電極およびそれらの識別回路50
が作動し続けて、分解能は減少するが、水位検知を行な
う。識別回路50内の比較器46は、1方の赤が蒸気を
表わし、そして1方の縁が水を表わしている2つの平行
な列を形成するように配置された代表的には発光ダイオ
ード(LED)の12対の隣接した、水平に整合した指
示ライトを具備している。この目的のため、そして図2
に示したように、各比較器16の出力はその縁(水)ラ
イト54に接続され、そしてインバータ56を経てその
赤(蒸気)ライト58に接続される:代表的にこれらの
接続は、適切なドライブ増幅器を含んでもよいが、これ
らは簡易化のため省かれた。したがって、表示器52に
よって与えられる代表的な標準指示は、ボイラー14内
の水がその標準水位にあることを示している頂部6つの
赤ライトオンおよび底部6つの縁ライトオンを有してい
る。
【0010】明らかに、縁ライトが、オン(点灯)であ
る赤ライトの上方にくれば、水が蒸気の上方にあること
を意味し、故障状態が存在する(そして実際に表示器5
2の縁−上方−赤指示から明らかとなる)。しかしなが
ら、これをバックアップするために、識別回路50の出
力が、本出願人の英国特許第1056032号に記載し
たと全体的に類似したまたは同じであるバリデージョン
回路60に接続され、そしてこれが、もし電極18のど
れかが、蒸気の上方の水を検知したようであれば、表示
器52内の故障指示ライトを動作する。この「蒸気の上
方の水」決定を助けるため、2セットのバリデーション
回路が、表示器52を経て互にクロス連結されている。
「蒸気の上方の水」バリデーション回路60によって提
供される故障検出の他に、ボイラー水位検知システム1
0は、さらに他の故障検出回路を備えており、そしてこ
れは、電極によって検知された抵抗が所定のレベル以下
に落ちたとき動作する。したがって、本出願人の観察で
は、代表的な分圧容器12内に代表的な電極によって検
知されたときの水の最小抵抗は、約5キロオームであ
り、したがってこれよりもかなり低い検知した抵抗が、
故障を示しがちである。したがって、各整流増幅器44
の直流出力電圧Vがそれぞれの第2の比較器64の1方
の入力に加えられ、その他方の入力が、整流増幅器44
によって発生される直流電圧によって表わされるよう
な、約3キロオームの検知したインピーダンスと等価で
あるように選択された第2の基準電圧VR2を受けとる
ように接続される。したがって比較器64は、その電極
18が水または蒸気内に浸漬されていれば、論理0出力
信号を発生し、そして整流増幅器44によって発生した
直流出力信号がVR2以下に降下すれば、論理1出力信
号を発生する。論理1出力信号は、奇数および偶数の電
極チャンネルに関連したそれぞれのORゲート65を経
て動作して、表示器12内の他の故障指示ライトを動作
する。
【0011】各々の検知チャンネルに、ドライブ抵抗3
2を電極18の端子に接続するため、それぞれの結線3
4、42の使用と組合せた第2の比較器64と、整流増
幅器44の後方の端子24と(端子24と、ドライブ抵
抗32および整流増幅器44の双方に接続されたキャビ
ネット36内の共通の端子との間に単一の結線を使用す
る代わりに)を設けたことは、いくつかの異なる故障を
検出可能にするという結果を有している。したがって、
各第2の比較器64は、関連した結線34、42のいづ
れが切れたとき、またはアースに短絡したとき(これら
の故障の双方とも整流増幅器44から出力電圧を生じな
いので)、あるいは、電極18の検知ギャップが、たと
えば、セラミック絶縁体28上の導電性堆積物の形成に
よって短絡したとき(これもまた整流増幅器44から出
力電圧を生じない)、表示器52内の故障指示テストを
動作する。さらに、この広範囲の故障検出は、蒸気標準
および水標準電極のための異なる結線または回路装置を
必要とすることなく提供される、たとえば、すべての1
2のチャンネルは実質的に同じである。多数の変更が本
発明の上述の実施例に対して行なうことができる。たと
えば、リレー論理が電子論理の代わりに使用できる、そ
して特定的に説明した以外の表示器が使用できる。ま
た、12以上の電極18、代表的に16、または12以
下の電極であることができる。後者の12以下の場合に
は、電極は、2つのインターリーブしたグループに分け
る必要はない、したがって1セットの識別回路50およ
びバリデーション回路60のみが使用される。限界で
は、単一の電極のみが使用される必要がある。
【0012】このシステム10に行なうことができるさ
らに他の重要な変更は、多重化を含む。したがって、各
セットの識別回路50は、整流増幅器44の入力の入力
をさらに時多重方式で監査する電極の各々に逐次接続す
るための、回路の入力における多重変換装置により、素
子44、46および64と同じである単一チャンネルの
素子を含むことができる;そのような多重変換装置が、
図1の70で示されている。多重変換装置70と同期
し、かつ表示器52内に配置されている多重分離装置
(図示せず)が、比較器46および64のそれぞれの出
力をそれぞれのラッチまたは表示器52の1部分を形成
している他のメモリデバイスに接続し、それらのデバイ
スは、表示器の指示ライト52、58を動作するように
配置されている。最後に、簡単な抵抗測定意外のインピ
ーダンス測定に基づいて、ボイラー水位以外の流体レベ
ル検知に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるボイラー水位検知システ
ムの概略的ブロック線図である
【図2】図2は、図1のボイラー水位検知システムの多
少線図的な、部分断面図である。
【符号の説明】
(10) ボイラー水位検知システム (12) 圧力容器 (14) ボイラー (16) カップリング (18) 電極 (22) 検知チップ (26) 本体 (28) 絶縁体 (30) 発振器 (32) 抵抗 (42) 結線 (46) 比較器 (44) 整流増幅器 (52) 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン ポール ハウズ イギリス ハンプシャー ジーユー14 0 ジェイユー ファーンボロー コーヴ ダ ーウェント クローズ 7

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の流体が第2の流体の下方にあり、
    かつ第2の流体よりも低い電気インピーダンスを有する
    である、第1の流体と第2の流体との間のインターフェ
    ースのレベルを検知する流体レベル検知システムにおい
    て、 流体を収容するための容器と、容器内の所定のレ
    ベルにおける流体の電気インピーダンスを検知する少く
    とも1つのセンサーと、検知したインピーダンスが、第
    2の流体の標準最小電気インピーダンスと第1の流体の
    標準最大電気インピーダンスとの間にある第1の所定の
    値以下に降下したとき、第1の出力信号を発生する第1
    の比較器手段と、さらに、検知したインピーダンスが、
    第1の流体の標準最小電気インピーダンスよりも低い第
    2の所定の値以下に降下したとき、第2の出力信号を発
    生する第2の比較器手段とを具備し、前記第2の出力信
    号が故障状態を示していることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項2】 容器内に垂直方向に間隔を隔てて配置さ
    れた複数の前記センサーを具備している請求項1に記載
    のシステム。
  3. 【請求項3】 前記センサーの各々に関連したそれぞれ
    第1および第2の比較器手段を具備している請求項2に
    記載のシステム。
  4. 【請求項4】 1つの第1の比較器手段と、1つの第2
    の比較器手段と、時多重方式でセンサー間の第1および
    第2の比較器を多重化する多重化手段とを具備している
    請求項2に記載のシステム。
  5. 【請求項5】 2つの第1の比較器手段と、1方の第2
    の比較器手段と、時多重化方式で第1のグループのセン
    サーのセンサー間で1つの第1の比較器手段およびその
    関連した第2の比較器手段を多重化する第1の多重化手
    段と、時多重化方式で残りのセンサー間て他方の第1の
    比較器手段およびその関連した第2の比較器手段を多重
    化する第2の多重化手段とを具備し、第1のグループの
    センサーが、1つおきの前記垂直方向に間隔を隔てて配
    置されたセンサーからなる請求項2に記載のシステム。
  6. 【請求項6】 各々のセンサーが、ギャップのレベルに
    おいて容器内の流体によってブリッジされる所定のギャ
    ップを規定する電極手段を具備している請求項1乃至5
    のいずれか1項に記載のシステム。
  7. 【請求項7】 各電極手段に対する1つまたはそれぞれ
    の基準インピーダンスと、交流基準信号を各基準インピ
    ーダンスを経て、基準インピーダンスに関連した電極手
    段に加える少くとも1つの基準信号源と、を具備し、そ
    れによって各基準インピーダンスおよび関連した電極手
    段のギャップ内の流体が、分圧器を形成する請求項6に
    記載のシステム。
  8. 【請求項8】 各基準インピーダンス、各基準信号源、
    比較器手段および多重化手段(もしあれば)が、電極手
    段から遠隔のハウジング内に配置される請求項7に記載
    のシステム。
  9. 【請求項9】 各基準インピーダンスが、それぞれ第1
    の結線によってその関連する電極手段の入力端子に接続
    されており、そして各々のそのような入力端子が、それ
    ぞれ第2の結線によって、その関連する比較手段の後に
    接続されているか、あるいはそれぞれの多重化手段のそ
    れぞれの入力に接続されている請求項8に記載のシステ
    ム。
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