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Flüssigkeltsstandffihler
EMI1.1
einer Färbeflotte in Färbanlagen der Textilindustrie, ist bisher eine Anzahl elektromechanischer und rein elektrischer Einrichtungen bekannt geworden.
Die einfachste bekannte Anordnung stellt ein Schwimmerschalter dar, wobei ein auf der Flüssigkeit schwimmender Körper über Gestänge, Seil- oder Kettenzüge einen elektrischen Schalter betätigt ; der Schalter schliesst nach Unterschreitung eines bestimmten Pegelstandes einen Kontakt ; von dem Kontakt kann ein elektromagnetisches Ventil oder eine elektrisch betriebene Pumpe geschaltet werden, das oder die den Pegelstand der Flüssigkeit wieder soweit erhöht, dass der Kontakt öffnet und das Ventil sich schliesst bzw. die Pumpe stillgesetzt wird.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung trägt ein Schwimmer einen Dauermagneten.
Mit Hilfe der Krafteinwirkung des Dauermagneten auf einen Eisenteil kann von dem Dauermagneten ein Schalter betätigt werden.
Der Eisenteil (Anker) mit dem Schalter ist entweder ausserhalb des Flüssigkeitsbehälters montiert oder dicht gekapselt innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Der Schalter schliesst bzw. öffnet den Stromkreis für ein elektrisch betätigtes Ventil oder eine Motorpumpe, das bzw. die den Flüssigkeitsstand entsprechend korrigiert.
Derartige Schwimmerschalter arbeiten zwar zuverlässig und sind unempfindlich gegen Verschmutzung, haben jedoch einen Platzbedarf, der die Anwendung in vielen Fällen unmöglich macht.
Andere bekannte Verfahren auf rein elektrischer Basis beruhen auf der Messung des Widerstandes bzw. der Kapazität zwischen zwei Elektroden oder zwischen einer Elektrode und Masse. Die Elektroden tauchen in die Flüssigkeit ein und verändern damit den ursprünglich zwischen ihnen befindlichen Widerstand bzw. die ursprüngliche Kapazität. Geeignete Schaltmittel werten die Widerstands- bzw. Kapazitätsänderung derart aus, dass hiedurch ein Relais betätigt wird, das seinerseits eine Pumpe oder ein Ventil schaltet. Anordnungen dieser Art versagen jedoch oder benötigen zumindest viel Wartung, wenn auf der Flüssigkeit Schaum steht und wenn die Flüssigkeit stark verklebende und kristallisierende Wirkung aufweist. Besonders bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit des einzuhaltenden Pegelstandes treten durch Schaumbildung etc.
Schwierigkeiten auf, da der Schaum auf der Flüssigkeit bereits die Flüssigkeitsoberfläche vortäuscht.
Eine spezielle ältere Vorrichtung ordnet bereits eine Primär- und eine Sekundärspule an einem Anzeigerohr an, wobei jedoch dieses Anzeigerohr ein besonderes Organ ist, das an einen vorhandenen Behälter nicht ohne sehr erhebliche Montagearbeit angeschlossen werden kann, und welches dann nach dem Anschluss nur einen genau definierten und nicht für alle Zwecke ausreichenden Bereich von Flüssigkeitsstandhöhen überdeckt, es sei denn, man wählt ein über die ganze Höhe des Behälters verlaufendes Anzeigerohr ; nachteilig ist hier besonders, dass der Beschädigung ausgesetzte zusätzliche Organe aussen an dem Behälter angesetzt werden müssen. Eine Anwendungsmöglichkeit für beliebig grosse Behälter besitzt dieser ältere Vorschlag nicht.
Auch ein anderer älterer Vorschlag mit Primärspule und Sekundärspule sowie den Kopplungsgrad zwischen diesen Spulen ver- änderndem Schwimmer leidet unter der Unzuträglichkeit, dass zur Aufnahme des Schwimmers ein besonderes Nebenschlussrohr angeordnet werden muss, u. zw. wiederum ausserhalb des Behälters, so dass auch hier der Missstand der Beschädigungsmöglichkeit und der mangelhaften Anpassbarkeit an verschiedenen Behältergrössen besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. diese Nachteile zu beseitigen und vor allem ein Universalgerät zu schaffen, welches für beliebige und beliebig bemessene Behälter verwendbar ist ; es ergibt sich also die Forderung einfachster Bauart und einfachster Anbringung.
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Diese Forderungen werden durch die Erfindung erfüllt.
Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Flüssigkeitsstandfühler mit elektrischer übertragung des gemessenen Flüssigkeitsstandwertes auf ein Anzeigegerät und/oder auf ein Steuergerät, insbesondere auf ein das Niveau der in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit konstant haltendes bzw. regelndes Gerät, unter Verwendung einer wechselstromgespeisten ringförmigen Primärspule und einer ringförmigen Sekundärspule, wobei diese Spulen zueinander fest und koaxial übereinander angeordnet sind, und mit einem entsprechend dem Flüssigkeitspegel mehr oder weniger in die Spulenbereiche eindringenden, den Kopplungsgrad der Spulen bestimmenden und ferromagnetisches Metall enthaltenden Schwimmer u. zw.
mit den kennzeichnenden Merkmalen, dass die Spulen vollständig in einem isolierenden und nach aussen dichtenden, im Inneren des Behälters befestigbaren Körper eingebettet sind, welcher eine durchgehende und die Spulenkerne durchdringende Bohrung zur Aufnahme des Schwimmers besitzt.
Erfindungsgemäss ist der die Spulen enthaltende Körper zur lösbaren und/oder höheneinstellbaren Befestigung an der Innenwandung des Behälters eingerichtet, insbesondere zur variablen Befestigung an einem Eckbereich eines Behälters, welcher einen nicht runden Horizontalquerschnitt besitzt. Mittel zur Erzielung solcher lösbaren und höheneinstellbaren Befestigung können dem bekannten Stand der Technik entnommen werden ; sie bestehen beispielsweise aus an der Behälterwand angeschraubten Klemmorganen, welche es gestatten, einen beispielsweise senkrecht aus dem Einbettungskörper herauswachsenden Stab in verschiedener Höhenlage lösbar festzuhalten. Es ist auch möglich, den Einbettungskörper durch eingebettete Magnetorgane an einer eisernen Behälterwand lösbar anzuheften.
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, dass die Stromzu-und-ableitungen in einem aus dem Körper austretenden flüssigkeitsdichten Kabel angeordnet sind.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die den Schwimmer aufnehmende Bohrung koaxial zu den beiden Spulen verläuft, wobei die Länge des Schwimmers wesentlich grösser ist als die Länge der Bohrung, und wobei der Schwimmer an seinen beiden Enden Anschlagstücke bzw.
Flanschen besitzt, die ein völliges Austreten des Schwimmers aus der Bohrung verhindern.
Erfindungsgemäss kann der Schwimmer teilweise hohl sein, wobei der allseitig geschlossene Luftraum vorzugsweise im oberen Schwimmerbereiche angeordnet ist.
Ferner ist vorgesehen, dass in der Mittelachse des Schwimmers ein stabförmiger, ferromagnetischer Körper angeordnet ist.
Zweckmässig ist gemäss der Erfindung, dass die Länge des stabförmigen, ferromagnetischen Körpers einen Bruchteil der gesamten Schwimmerlänge beträgt.
Ein vorteihaftes Merkmal gemäss der Erfindung ist es, dass der Körper kubusförmig ausgebildet und zur höhenverstellbaren Befestigung in einem Eckbereiche des Behälters eingerichtet ist.
Für viele Fälle empfiehlt es sich gemäss der Erfindung, dass der stabförmige, ferromagnetische Körper im unteren Bereiche des Schwimmers eingebettet ist.
Wenn man den die Spulen enthaltenden Körper so anordnet, dass zwar nicht der Schwimmer, jedoch der genannte Körper dauernd unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bleibt, dann ergibt sich die Ausmerzung der Gefahr des Verklebens, Verkrustens oder Einkristallisierens des Schwimmers in seiner Führung im genannten Körper.
Die Funktion der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist wie folgt :
Beschickt man eine der oben erwähnten Spulen mit Wechselstrom konstanter Frequenz und konstanter Spannung, so wird je nach der Stellung des Eisenteilchens und damit des Schwimmers zu den Spulen in der zweiten Spule eine mehr oder minder grosse Spannung induziert, die für den jeweiligen Pegelstand kennzeichnend ist. Der Körper, der die Spulen trägt, ist dabei fest mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden. Die in der zweiten Spule induzierte Spannung betätigt entweder direkt ein Relais oder steuert einen Verstärker, in dessen Ausgangskreis ein Relais liegt, das bei einer bestimmten Verstärkereingangsspan- nung anspricht. Das Relais ist jeweils so justiert, dass seine Spannungswerte für Anzugs-und Abfallpunkt etwas voneinander entfernt liegen.
Steuert man mit dem Relais ein Ventil oder eine Pumpe, das bzw. die in der Flüssigkeitszuleitung des Behälters liegt, dessen Pegelstand konstant gehalten werden soll, so schwankt der Pegelstand zwischen Anzugs- und Abfallpunkt des betreffenden Relais. Die Einrichtung lässt sich so auslegen, dass der Pegelstand nur um wenige Millimeter differiert.
Die Lage des Eisenteilchens am Schwimmer bestimmt, ob die in der zweiten Spule induzierte Spannung mit steigendem Pegelstand grösser wird, oder mit steigendem Pegelstand abfällt.
Beide als Beispiele genannten Ausführungsformen sind technisch verwirklichbar.
Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Es stellen dar :
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Fig. 1 eine grundsätzliche Anordnung des Flüssigkeitsstand'fühlers, teilweise geschnitten, im Schrägriss, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für eine Anlage mit einem Relais, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für eine Anlage mit Verstärkerröhre und Ausgangsrelais.
Im Spulenträger, etwa einem kubischen Körper 1 (Fig. 1) sind die ringförmigen Drahtspulen 2 und 3 eingebettet. Die Anschlüsse der beiden Drahtspulen 2 und 3 werden mit dem Kabel 4 aus dem Spulenträger 1 und dem Flüssigkeitsbehälter, der zum Teil durch die Seitenwände 5 und 6 und den Boden 40 dargestellt ist, herausgeführt. Der Spulenträger 1 liegt unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche, die durch die Linien 7 und 8 an den Behälterwänden 5 und 6 und die Linien 9 und 10 im Schnitt angedeutet ist. In der Bohrung 11 des Spulenträgers 1 bewegt sich der' Schwimmer 12.
Der Schwimmer 12 hat oben und unten die festen oder demontierbaren Scheiben oder Flansche 13 und 14, deren Durchmesser grösser ist als die Weite der Bohrung 11, so dass der Schwimmer 12 wohl ganz grob in der Bohrung 11 geführt ist, jedoch vom Spulenträger 1 nicht entfernt werden kann. Im oberen Teil hat der Schwimmer 12 einen Luftraum 15, damit das von ihm verdrängte Flüssigkeitsgewicht grösser als sein Eigengewicht ist. Im unteren Teil des Schwimmers 12 ist ein Eisenstift 16 eingebaut, der den Kopplungsfaktor zwischen den Spulen 2 und 3 verändert. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung steigt der Kopplungsfaktor mit dem Flüssigkeitsstand, da der Eisenstift 16 mit steigendem Flüssigkeitsstand zwischen die Spulen 2 und 3 eintaucht. Beschickt man nun z.
B. die Spule 3 mit Wechselstrom, so wird in der Spule 2 eine Spannung induziert, die mit steigendem Flüssigkeitsstand zunimmt.
In Fig. 2 ist der Flüssigkeitsstandfühler durch die Spulen 17, 18 (entsprechend 2, ? der Fig. 1) und den Eisenstift 19 (entsprechend 16 der Fig. 1) angedeutet. Legt man an die Klemmen 20 und 21 der Spule 17 eine Wechselspannung, so wird durch Induktion in der Spule 18 eine Wechselspannung hervorgerufen, deren Amplitude von der Stellung des Eisenstiftes 19 abhängig ist. Die in der Spule 18 induzierte Spannung betreibt ein Relais 22, das den Kontakt 23 betätigt. Der Kontakt 23 öffnet bzw. schliesst den Stromkreis der Magnetwicklung 24 des Ventiles 25, das in der Flüssigkeitszuleitung 38 des hier nicht näher aufgezeigten Flüssigkeitsbehälters liegt, dessen Pegelstand konstant gehalten werden soll.
Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet fol- gendermassen :
Ist der Pegelstand niedrig, so befindet sich der Eisenstift 19 in der in Fig. 2 gezeichneten Lage, d. h. der Eisenstift 19 ist ausser- halb der Spulen 17 und 18. Die in der Spule 18 induzierte Spannung ist dann so niedrig dass das Relais 22 abgefallen und der Kontakt 23 geschlossen ist. Die Magnetwicklung 24 wird erregt und damit das Ventil 25 ge- öffnet. Das Ventil 25 lässt Flüssigkeit in den Behälter laufen, in dem sich der Flüssigkeitsstandfühler befindet. Hebt sich der Pegelstand, so wandert der Eisenstift 19 in die Spulen 17, 18. Dadurch steigt die in der Spule 18 induzierte Spannung an. Bei einem bestimmten Spannungswert der Spule 18 zieht das Relais 22 durch, der Kontakt 23 öffnet den Stromkreis für die Magnetwicklung 24 und das Ventil 25 schliesst.
Das Ventil 25 bleibt solange geschlossen, bis die Spannung der Spule 18 durch das Absinken des Pegelstandes so weit verringert ist, dass das Relais 22 abfällt. Ist dieser Punkt erreicht, so öffnet sich das Ventil 25 wieder und der Vorgang wiederholt sich. Die Differenz zwischen minimalem und maximalem Pegelstand hängt vom Spannungsunterschied für Anzugsund Abfallpunkt des Relais 22 ab. Durch geeignete Justierung des Relais 22 kann erreicht werden, dass der Pegelstand nur um ganz geringe Höhendifferenzen schwankt.
In Fig. 3 deuten die Spulen 26, 27 (entsprechend 2,3 der Fig. 1) und der Eisenstift 28 (entsprechend 16 der Fig. 1) wiederum den Flüssigkeitsstandfühler an. Die Spule 26 wird über die Klemmen 29,30 mit Wechselstrom beschickt. Die von der Spule 27 abgegebene Spannung, deren Höhe vom Pegelstand abhängig ist, wird durch eine Gleichrichtung, bestehend aus Gleichrichter 31 und Kondensator 32, gleichgerichtet. Die Gleichspannung, die am Kondensator 32 entsteht, steuert die Röhre 33, in deren Anodenkreis das Relais 34 liegt. Das Relais 34 betätigt den Kontakt 35, der den Stromkreis der Magnetspule 36 schliesst bzw. öffnet. Die Magnetspule 36 öffnet bei geschlossenem Kontakt 35 das Ventil 37 in der Flüssigkeitsleitung 39, die zum Behälter führt.
Der in Fig. 3 gezeigte Eisenstift 28 befindet sich so zwischen den Spulen 26, 27, dass in der Spule 27 die maximale Spannung induziert wird. Die am Kondensator 32 entstehende Gleichspannung sperrt die Röhre 33. Das Relais 34 ist unerregt und der Kontakt 35 geöffnet. Das Ventil 36 bleibt damit geschlossen. Wandert der Eisenstift 28 durch den absinkenden Pegelstand aus den Spulen 26 und 27 heraus, so sinkt die Spannung am Kondensator 32 ab, und die Röhre 33 lässt Strom fliessen. Beim Erreichen einer bestimmten Stromstärke zieht das Relais 34 an. Der Kontakt 35 schliesst den Stromkreis für die Magnetwicklung 36 des Ventils 37 und das Ventil 37 wird geöffnet. Durch das geöffnete Ventil 37 kann Flüssigkeit in den Behälter
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fliessen, in dem sich der Flüssigkeitsstandfühler befindet.
Das Ventil 37 bleibt solange geöffnet, bis der Eisenstift wieder die Lage eingenommen hat, bei der durch die gleichgerichtete Spannung der Spule 27 die Röhre 33 gesperrt wird und das Relais 34 abfällt. Der Vorteil der Anordnung in Fig. 3 gegen- über der Anordnung in Fig. 2 besteht darin, dass die Differenz zwischen minimalem und maximalem Pegelstand nochmals wesentlich verringert werden kann, was eine noch präzisere Niveau-Konstanz bedeutet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsstandfühler mit elektrischer Übertragung des gemessenen Flüssigkeitsstandwertes auf ein Anzeigegerät und/oder auf ein Steuergerät, insbesondere auf ein das Niveau der in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit konstant haltendes bzw. regelndes Gerät, unter Verwendung einer wechselstromgespeisten ringförmigen Primärspule und einer ringförmigen Sekundärspule, wobei diese Spulen zueinander fest und koaxial übereinander angeordnet sind, und mit einem entsprechend dem Flüssigkeitspegel mehr oder weniger in die Spulenbereiche eindringenden, den Kopplungsgrad der Spulen bestimmenden und ferromagnetisches Metall enthaltenden Schwimmer, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2, 3) vollständig in einem isolierenden und nach aussen dichtenden, im Inneren des Behälters befestigbaren Körper (1)
eingebettet sind, welcher eine durchgehende und die Spulenkern durchdringende Bohrung (11) zur Aufnahme des Schwimmers (12) besitzt.