JPS6018924B2 - タンク内の液位監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタンク内の液位を監視するための菱贋であって
、直流給電される抵抗ブリッジを有し、その二つのブリ
ッジ辺はタンク内部に配置され且つこれら両ブリッジ辺
の一つは電気的に加熱され、又２元指示を行う信号回略
と加熱されるブリッジ辺の加熱電流の電流制御器が抵抗
ブリッジの出力に後直され、更に規定の液位を模擬する
ための試験装置を有するものである。

かかる装置は又電気式レベル検出器とも呼ばれるが、雑
誌「Ｓｉｅｍｅｎｓ−Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ」第４２
巻（１９筋年）第７４６〜７４８頁により公知である。

かかるレベル検出器によって汽力発電所のボィラや復水
器内の水位が監視され、規定のレベルを超過したり下回
ると警報信号が発せられる。警報信号としては抵抗ブリ
ッジの出力電圧が用いられ、液例えば水内に浸潰されて
いるブリッジ辺がその一方のブリッジ辺の加熱にも拘ら
ずほぼ同じ温度にあり、又蒸気雰囲気内にいては加熱の
ためタンク内部のブリッジ辺は異なる温度を示すことが
利用される。それ故この状態においてはブリッジは不平
衡である。この場合冷却液体として水が使用される場合
にはなお、蒸気と水との間の密度差従って温度差は圧力
の上昇と共に小さくなり、臨界圧力において零となるこ
とが考慮されなければならない。このことは又蒸気と水
との間の熱伝達が臨界圧力においては等しいことを意味
する。それ故、この圧力の上昇に伴なう温度差の減少を
補償するため、両ブリッジ辺が蒸気雰囲気中にある場合
、蝿流制御器によりブリッジ出力電圧が一定になるよう
に制御されなければならず、この場合蒸気雰囲気中の密
度が小さすぎる場合には過熱を避けるため加熱電流は制
限されなければならない。運転中のレベル検出器の機能
性を検査するため、抵抗を並列接続することによりブリ
ッジの平衡を外し、それによって規定のレベルを模擬す
るようにした試験装置が設けられる。公知の装置にあっ
ては、抵抗ブリッジと評価装贋との間の接続導線の長さ
が測定値に入ってくるので、常に取付場所における調整
を必要とする。又その試験装置によっては、抵抗により
形成される検出端が確実にその機能を発揮しているか否
かを確かめることができない。その故公知の装置におい
ては、敬付の際に難点があるばかりでなく、必ずしも完
全に信頼性をもって動作しているとは云えない。本発明
は冒頭に述べたような装贋を、簡単に組み立てることが
でき、且つその完全な伸頚性が保証されるように、簡単
な手段でもつて改良することを目的とする。

本発明によればこの目的は、抵抗ブリッジが定電流源か
ら給電され、この定電流源により少なくとも２つの異な
る大きさの電流が印加され、試験装置により動作させる
べき切換装直によって一つの電流から他の電流に切換え
られるようにすることによって達成される。

定電流源による給電によって、測定値は接続導線の長さ
従って抵抗に無関係となる。

それ故組立の際の特別の調整或は校正は不必要となり、
組立は本質的に容易となる。更に試験装直による機能性
の試験の際、測定回路及び評価回路と共に検出端の機能
も検査することができる。従って高い信頼性が得られる
。電流制御器にはアナログ値記憶装置を前魔することが
でき、その場合抵抗ブリッジの出力と電流制御器との間
の接続は試験菱贋を働かせるときは遮断される。

従って試験装置の作動中加熱電流は、アナログ値記憶装
置により予め与えられた−定値に保持される。従って試
験信号が非常に長く続く場合の検出端の過熱は避けられ
る。信号回路は、試験装置が作動する際遮断される外部
指示装置と接続されると有利である。

それによって試験の際模擬されるレベルは内部指示装置
にのみ導かれ、外部指示装置に導かれることは絶対にな
く、誤った信号伝達が避けられる。ブリッジ供聯合電圧
を決定するため、限界値超過検出器を介して報知装置と
接続される検出器を配置し、加熱電流を決定するため、
同機に限界値超過検出器を介して報知装置と接続される
検出器が設けられると有利である。

それによって運転中も加熱コイル断線と測定コイル断線
が指示される。次に本発明の実施例を図面について説明
する。図において第１図は本発明による装置のブロック
図、第２図及び第３図は本発明による装置の動作を説明
するための線図である。第１図において、抵抗ブリッジ
１は４つの抵抗ｌａ乃至ｌｄから構成される。

抵抗ｌａ乃至ｌｄの抵抗値は、すべての抵抗の温度が等
しい場合ブリッジの出力２における電圧ＵＢｒ＝０とな
る、即ち抵抗ブリッジ１が平衡するように選ばれる。抵
抗ブリッジ１の抵抗ｌａ及びｌｂは液＆を監視すべきタ
ンクの内部に配置される。このタンクは図を見易くする
ため示されていない。これら両抵抗の一つ、図の実施例
では抵抗ｌａは加熱抵抗３により電気的に加熱すること
ができる。検出端として働く抵抗ｌａ及びｌｂ並びに抵
抗ｌａに対する加熱抵抗３の構成については雑誌「Ｓｉ
ｅｍｅｎｓ−夜ｉｔｓｃｈｒｉｆｔ」第４２巻（１９６
８王）第７４６〜７４８ページ頁に示されている。抵抗
ブリッジ１はその入力４を介して定電流源５から給電さ
れる。

ブリッジ１はこの定電流源５により２つの異なる大きさ
の電流が印加され、後に詳細に説明する切換装置６によ
り２つの電流の一方の電流から他方の電流に切り換えら
れるようになつている。抵抗ブリッジ１の出力２はＰ増
幅器７と結合されている。

Ｐ増幅器７には限界値超過検出器８が後魔され、この限
界値報知器８は抵抗８ａにより調整可能な動作しきい値
を持っている。限界値報知器８の出力はなお詳細に説明
する評価回路１０内にある信号回路９に導かれる。図の
実施例ではこの信号回路９はリレーである。加熱電流の
制御回路において、加算回路１１は一方では実際値発信
器として用いられるＰ増幅器７の第二の出力と、他方で
は目標値発信器１２と接続される。

加算回路１１の出力側にはＰＩ増幅器１３が接続され、
このＰＩ増幅器１３はアナログ値記憶装置１４乃至「サ
ンプルホールド回路」を介してブリッジ辺の加熱電流に
対する電流制御器として用いられるィンバータ１５の制
御部と接続され、ィンバータ１５は導線１６を介して加
熱抵抗３に交流電流をパルス的に供Ｖ給する。図の実施
例において挿入された開閉制御器の場合、加熱電流のパ
ルスとその休止部分との比はィンバータ１５の制御部に
導かれる制御信号に関係して変化し、それによって測定
検出端としての抵抗ｌａの加熱抵抗３に対する加熱電流
は制御される。加熱電流は制限回路１７により最大値を
制限される。技大値は抵抗１７ａにより調整することが
できる。このため制限回路１７から導線１８を介して送
られる制御信号は加熱電流の上昇と共に減少する。測定
及び制御増幅器としてのＰ増幅器７、限界値超過検出器
８及びＰＩ増幅器１３、並びに評価回路１川ま図示され
ていない安定化回路から駆動亀圧を供給され、この駆動
電圧は大地に対し一方の極性のみ例えば正の極性を有し
ている。それによって、母線が故障した場合に誤差を含
んだ意図しない測定信号が外部に出るのを避けることが
できる。この唯一つの駆動電圧による給電の他の利点に
ついてはなお別に説明する。図示されていない検出器に
よって、定電流源５によるブリッジ給電電圧Ｕｓｐは捕
捉される。

ブリッジ給電電圧は測定コイルの断線が生じたとき最大
値に迄上昇する。検出器には限界値超過検出器１９が後
直され、この限界値超過検出器１９は評価回路１川こお
いてディジタル論理回路２０（図の実施例においてはオ
ア回路）を介して報知装置２１（図の実施例ではリレー
）と接続されている。（測定コイルの断線が測定抵抗ｌ
ａ乃至ｌｄの一つに生じると、Ｈ信号がオフ回路２０の
入力に加わり）、リレー２１は吸引され、ａ接点２１ａ
を介して内部信号発生器例えばランプ２２を投入する。
他の測定検出器２３により、加熱器流が流れるか否か、
或は抵抗３の加熱コイル断線のため加熱電流が遮断され
ているか杏かが捕捉される。

図の実施例では測定検出器２３は周波数電圧変換器であ
り、この変換器により、ィンバ−夕１５が負荷のない場
合即ち加熱コイル断線の場合もはや動作ないことが確認
される。このためィンバータ１５の出力信号はコンデン
サを介して測定検出器２３と結合され、測定検出器２３
で整流される。インバータ１５の出力信号がなくなると
、直流平均値がなくなり、測定検出器２３はディジタル
論理回路２０の第二の入力にＨ信号を加える。この信号
によってもリレー２１は動作し、従って加熱コイルの断
線警報が行われる。報知装置としてのリレー２１による
測定コイル及び加熱コイルの断線警報により、レベル監
視器の動作の信頼性は本質的に高められる。評価回路１
川こおいて、限界値報知器８の信号は遅延回路２４を介
して後、直接端子２５に、又反転回路２６を介して端子
２７に導かれる。

プラグブリッジ２８を介して端子２７又は端子２５は論
理回路３０の入力端子２９と接続され、この論理回路は
ディジタル論理素子から構成される。プラグブリッジ２
８の挿入位置により、検出端が蒸気雰囲気中にあるか杏
か又は液体中にあるか否かということを測定規準として
入れることができる。すなわち、プラグブリッジ２８を
、反転回路２６を介して端子２７と端子２９との間に接
続すると、検出端が液体中にあるか否かということを基
準にしてレベルが指示され、端子２５と端子２９との間
に接続すると、検出端が蒸気雰囲気中にあるか否かとい
うことを基準にしてレベルが指示される。論理回路３０
は、端子２９にＨ信号が加わり、従って測定規準が満さ
れるとき、又試験装置３１（図の実施例では試験ボタン
）が操作されず従って論理回路３０の第二の入力３２に
Ｌ信号が生ずるとき、信号回路９にＨ信号が導かれるよ
うに構成される。信号回略に導かれるＨ信号によってこ
の信号回路９は作動し、そのａ接点９ａを介して第二の
内部信号発生器例えばランプ３３に対する給電回路が閉
じられる。図の実施例においては論理回路３０は２つの
アンド回路３４，３５とオア回路３６とから構成される
。

アンド回路３４の一つの入力は端子２９と、第二の入力
は試験ボタン３１と結合されている。アンド回路３５は
「遅延回路３７を介して試験装置（試験ボタン）３１と
結合された否定入力３５ａを備えている。アンド回路３
５の第二の入力は端子２９と結合されている。アンド回
路３４及び３５の出力にはオア回路３６が後直され、そ
の出力は信号回路（リレー）９と接続されている。試験
ボタン３１は第三の遅延回路３８を介してリレー３９と
接続されている。

リレー３９のｂ接点３９ａはアナログ値記憶装置１４を
ＰＩ増幅器１３と結合する。切換接点３９ｂにより切換
装置６において定電流源５のある設定値から他の設定値
へ切換えられる。この場合、装置を試験するため試験ボ
タン３１を動作させ、所望の測定規準「蒸気雰囲気中の
検出端」又は「液体中の検出端」を調整するため、切換
装置６内の又プラグブリッジ４０が設けられる。試験装
置と遅延回路２４，３７，３８についてはなお別に述べ
る。信号回路９に対しては評価回路１０の端子４１を介
して外部指示装置が設けられる。

この外部指示装置はいわゆる「安全回路」として構成さ
れ、誤差を含んだ外部報知を避けるため、試験ボタン３
１の作動に際しても又報知装置２１の応動に際してもこ
の安全回路は開かれる。このため評価回路において端子
４１を結合し且つリレー９のａ接点９ｂによって閉じら
れる導線４２内にリレー３９のｂ接点３９ｃ及びリレー
２１のｂ接点２１ｂが配置される。試験ボタン３１が操
作されるか報知装置２１が応動すると、信号回路９が測
定規準を満たしていることを示し且つａ接点９ｂが作動
している場合も、ｂ接点３９ｃ又は２１ｂを介して「安
全回路」は開かれる。次に測定原理を説明するため、ブ
リッジ出力電圧ＵＢｒを監視すべき、例えば水で満され
たタンク内の圧力ｐに対して表わした第２図を用いる。

この場合曲線４３は、目標値発信器１２により予め与え
られた一定加熱電流により与えられる電圧変化を示す。
更に測定規準として「液体中の検出端」が指示されるべ
きことが仮定される。第１図に示されるプラグブリッジ
２８及び４０の位置はこの仮定に対応している。抵抗ブ
リッジ１の抵抗ｌａ乃至ｌｂが同じ温度にある場合、不
平隣ではない抵抗ブリッジ１のブリッジ出力電圧ＵＢｒ
は零ボルトを示し、これは第２図の機軸に相当する。抵
抗ｌａ及びｌｂが水中に浸薄され、抵抗ｌａが加熱抵抗
３を介して加熱されると、抵抗ｌａの加熱によるエネル
ギーは十分液体により導出され、抵抗ｌａ及びｌｂ間の
温度差従って抵抗差はごく僅かとなる。それ故ブリッジ
出力電圧Ｕ８ｒはほぼ曲線４４に対応する値をとる。こ
の電圧値は限界値超過検出器８の応動しきい値により与
えられる直線４５の下方、報知範囲１内にある。それ故
評価回路１０内の反転回路２６のため、論理回路３０の
入力端子２９にＨ信号が生ずる。試験ボタン３１は作動
していないので、論理回路３０の第二の入力にはＬ信号
が生じ、従って二値的に（例えばオンとオフの一つの状
態で）指示する信号回路９にＨ信号が加わり、リレー９
は吸引動作し、ａ接点９ａ及び９ｂを介して測定信号の
内部指示及び外部指示が行われる。検出端としての抵抗
ｌａ及びｌｂが水中から引出され、蒸気雰囲気中にある
場合には、蒸気中の熱放出が悪いため加熱抵抗３は抵抗
１を加熱し、抵抗ｌａ及びｌｂ間の温度差及びそれに伴
なう抵抗値の差は上昇する。それによってブリッジ出力
電圧ＵＢｒは上昇する。ブリッジ出力電圧Ｕ８ｒが直線
４５により与えられる値を越え、報知範囲０内にあると
、限界値超過検出器８が動作し、論理回路３０の端子２
９には反転回路２６のためＬ信号が加わる。従って信号
回路９にもＬ信号が加わり、リレーは落下し、測定規準
（検出端が水中にあるという条件）がもはや満されてい
ないというしるしとして指示がなくなる。抵抗ｌａ，ｌ
ｂが蒸気雰囲気中にあってタンク内の圧力が低い場合に
、加熱抵抗３によるブリッジ抵抗ｌａの加熱はブリッジ
の不平衡に導くが、この場合、加熱抵抗３が許容されな
いような高い加熱を生ずることがある。これを避けるた
めに、加熱電流はブリッジ出力電圧に関係して制御され
、測定範囲０‘ま直線４６によって制限され、この直線
の位置は加熱電流に対する制限回路１７の応動しきい値
によって調整される。測定規準として「蒸気雰囲気中に
検出端があるか否か」が指示されるようにする場合には
、第１図に破線で示すようにプラグブリッジ２８が取り
付けられる。その場合ブリッジ出力電圧ＵＢｒから限界
値報知器８により取り出される２元信号は論理回路３０
の入力に反転されることなく導かれ、それによって上述
と同じ指示が行われる。本発明による装置はただ一つの
、例えば正の供給電圧及び駆動電圧によって動作する。

従って信号形成は第２図に示すように正の電圧範囲にあ
り、抵抗ブリッジの平衡を外すことはなくなり、切換線
４５は零と制御点４６との間にある。ブリッジが定電流
源から給電されるため、接続導線の電圧降下もブリッジ
電圧従って測定信号に影響しない。それ故接続導線の長
さ及びその抵抗を考慮した取付場所における特別の調整
は要せず、このことは取付を本質的に容易とする。設備
の信頼性について、レベル監視器の機能を手動により又
は周期的に検査することが必要なことは既に述べたとこ
ろである。

このため本発明による装置においては試験ボタン３１に
より手動により又は周期的に作動される試験装置が設け
られる。しかしこの試験においてはブリッジの平衡は、
定電流源５より与えられるブリッジ給電電流をＩＢｒ、
合成されたブリッジ給電電圧をＵｓｐ、ブリッジ出力電
圧をＵＢｒとして、これら両電圧Ｕｓｐ，ＵＢｒが電流
ＩＢｒにほぼ比例するという関係に基づき、ブリッジに
加えられる還流の変化によって得られる。この加えられ
る電流の変化は、リレー３９の切換接点３９ｂを有する
切換装置６により達成される。すなわち、通常の運転状
態における定電流より大きい定電流が流され、その結果
ブリッジ出力電圧ＵＢｒは上昇し、第２図に破線４５で
示す限界値を越える。それによって、測定装置が故障し
ていないかどうか試験され、また両定電間の切換によっ
てブリッジの不平衡が模擬され、その信頼性が確認され
る。測定範囲１における指示が要求される、即ち測定規
準「水中における検出端」が採用される場合には、プラ
グブリッジ４川ま第１図に示すように置かれ、ブリッジ
出力電圧ＵＢｒが測定範囲１内にあるような大きさの印
加電流ＩＢｒに切換えられる。測定規準「蒸気雰囲気中
の検出端」が存在する場合には、プラグブリッジ４０は
第１図の破線に対応するように置かれ、試験ボタン３１
を操作することによってブリッジ出力電圧ＵＢｒが報知
範囲ロ内にあるような印加鰭流ＩＢｒに切換えられる。
試験の際の測定信号の指示はほぼ上に詳細に説明したよ
うに行われる。異なる電流印加によって、公知の装置と
は異なり、報知回路及び評価回路のみならず、上述の関
係のため検出端も検査される。従って信頼性を明白に保
証する機能試験が得られる。試験期間中に、ブリッジ出
力電圧Ｕ８ｒの突然の変化のため、特にブリッジ電圧が
低くなったようなとき、抵抗ｌａが過熱することがあり
得る。

これは制御装置がブリッジをより強く加熱することによ
り電圧低下を再び補償しようとするからである。この危
険は特に、抵抗ｌａ及びｌｂが通常蒸気雰囲気中にあり
、試験の際測定規準「水中の検出端」が電圧低下により
指示されるべき場合や、この試験信号を非常に長く生じ
させておく場合に生じる。この危険を予防するため、本
発明によるレベル監視装置においてはｂ接点３９ａを介
して加算回路１１と接続されたアナログ値記憶装贋１４
が配贋される。

試験ボタン３１が操作されるとｂ接点３９ａは開き、ア
ナログ値記憶装置を信号発生器としての加算回路１ １
から試験時間にわたって分離する。制御信号としてィン
バータ１５の制御部に試験時間中アナログ値記憶装置１
４内に記憶された信号が導かれ、この信号は試験前の加
熱電流の大きさを決定するものである。この制御信号は
試験時間中ほぼ一定に保持され、従って抵抗ｌａの過熱
は避けられる。本発明によるレベル監視装置においては
外部指示装置が「安全回路」中に設けられ、この安全回
路は、誤差を含む外部報知を避けるため試験時間中リレ
ー３９のｂ接点３９ｃにより分離されていることは既に
述べたところである。

試験の際得られる測定信号が「安全回路」の開放前は信
号回路９に生じないことを保証するために、遅延回路２
４，３７及び３８が配置されている。遅延回路２４によ
り信号の前方側縁（立上がり）は遅延時間ｔ，肌でもつ
て遅延し、後方側緑（立下がり）は遅延時間ｔ，ａｂで
もつて遅延する。遅延回路３７及び３８は生じた信号の
後方側緑のみを遅延時間ｔ２机及びｔ滋でもつて遅延さ
せる。評価回路１０のこ，の構成部分の動作は第３図に
より説明され、図には信号ｉ＄ａ，ｉ９，ｉ囚，ｉ３９
及びｉ３２が時間ｔについて表わされ、これらの信号は
その添字に対応する第１図の点或いは構成素子に生ずる
ものである。試験ボタン３１が操作されると、全試験時
間中耕酸信号ｉ３２が生ずる。

試験信号ｉ３２は遅延することなくアンド回路３４の入
力とアンド回路の否定入力３５ａに加わり、アンド回路
３５を阻止する。試験ボタン３１が操作されることによ
り、リレー３９はパルスｉ鶴により遅延することなく付
勢され、ｂ接点３９ｃは「安全回路」を開き、切換接点
３９ｂは試験に必要な電流印加に切換わる。このように
して解き放された測定信号ｉ凶は遅延回路２４の遅延時
間ｔ地だけ遅れて論理回路３０の入力にかかる。上記の
信号状態においては導適しているアンド回路３４を介し
て、リレー９は信号ｉ９により時間ｔ，ａｎだけ遅れて
付勢され、ａ接点９ｂ及び９ａは閉じ、信号発生器とし
てのランプ３３は内部的に試験信号を指示する。測定信
号ｉ２９の遅延により、ａ接点９ｂは「安全回路」がｂ
接点３９ｃにより既に開いているとき始めてこの「安全
回路」を閉じる。試験ボタン３１が開かれると、信号ｉ
舷の後方側緑によりアンド回路３４も阻止され、リレー
９は遅延することなく落下し、ａ接点９ｂ及び９ａは遅
れることなく開く。

続いてリレー３９は遅延時間ｔ３ａｂだけ遅れて落下し
、ｂ接点３９ｃは「安全回路」を再び閉じる。この時間
中試験信号ｉ凶はなお論理回路３０の入力２９に加わり
、遅延時間ｔ，ａｂ後始めて消滅する。今や遅延時間ｔ
２．ｂの遅れでもつてゲート回路３５は信号ｉ楓の後方
側縁により再び開かれ、装置は測定信号を外部の「安全
回路」においても再び指示することができる。この時間
経過により試験時間の終了の際、ｂ接点３９ｃが「安全
回路」を閉じる前にリレー９は落下し、ゲート３４及び
３５は確実に端子３９にもはや試験信号が生じなくなる
迄阻止される。従って試験によって生ずる、外部回路に
対する誤差を含む報知は確実に阻止される。以上を要す
るに、本発明による装置によれば設置場所における取付
が簡単化されると共に、同時に信頼性も本質的に改善さ
れる。

この場合設備が確実に動作し、しかもこの利点にも拘ら
ず実際上高価とならないことは強調されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図及び第
３図は本発明の動作を明するための線図である。 １・・・・・・抵抗ブリッジ、ｌａ，ｌｂ，ｌｃ，ｌｄ
…・・・抵抗、３・・・・・・加熱抵抗、５・・・・・
・定電流源、６・・・・・・切襖装置、８・・・・・・
限界値超過検出器、９・・・・・・信号回路、１４・・
・…アナログ値記憶装置、１５・・・…ィンバータ、１
９・・・・・・限界値超過検出器、２３・・・・・・測
定検出器、３１・・・・・・試験装置。 Ｆｉ９．１Ｆｉｇ．２ Ｆ９．３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流給電される抵抗ブリツジ１の二つのブリツジ辺
   をタンク内部に配置すると共にこの両ブリツジ辺の一方
   を電気的に加熱し、前記抵抗ブリツジ１の出力側２にタ
   ンク内液位を二値的に指示する信号回路９と電気的に加
   熱される前記ブリツジ辺の加熱電流に対する電流制御器
   １５とを後置し、更に規定の液位を模擬するための試験
   装置３１を備えたタンク内の液位を監視するための装置
   において、前記抵抗ブリツジ１は定電流源５より給電し
   、しかもこの定電流源５により少なくとも二つの異なる
   大きさの電流を抵抗ブリツジ１に印加し、前記試験装置
   ３１により動作する切換装置６により抵抗ブリツジ１に
   印加する電流を一つの定電流から他の定電流に切り換え
   ることができるようにしたことを特徴とするタンク内の
   液位監視装置。