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Elektrischer Niveauwächter Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Flüssigkeitsstandsüberwachung auf elektrischem Wege. Dabei wird eine Meßsonde
mit mindestens einem beheizten Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert
verwendet und dabei das Prinzip ausgenutzt, daß einem solchen aufgeheizten Widerstand
innerhalb der Flüssigkeit laufend Wärme entzogen und bei Austauchen aus der Flüssigkeit
weniger Wärme entzogen wird, so daß der Widerstand dann eine höhere Temperatur annimmt.
Auf diese Weise kann die Änderung des Ohmschen Widerstandswertes dieses Widerstandes
als Kriterium für das Austauchen aus dem Flüssigkeitsspiegel herangezogen werden.
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Weiterhin kann man bei derartigen Anordnungen auch eine Temperaturkompensation
vornehmen, was insbesondere dort von Bedeutung ist, wo das Niveau von heißen Flüssigkeiten
überwacht werden soll.
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Dies ist insbesondere bei Dampfkraftanlagen der Fall, in denen das
Arbeitsmittel unter hohem Druck und hoher Temperatur in Behältern einen Flüssigkeitsstand
ausbildet, oberhalb dessen Dampf vorhanden ist.
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Bei einer bekannten Anordnung enthält die Meßsonde eine Drahtwendel,
die in Abschnitte unterteilt ist, von denen einer den eigentlichen Meßwiderstand
und andere Abschnitte einen Kompensationswiderstand bilden. Aus Gründen der mechanischen
Festigkeit besteht dabei die Wendel aus verhältnismäßig dickem Widerstandsdraht.
Damit ergibt sich aber für diesen Widerstand ein niedriger Ohmscher Widerstandswert.
Wenn jetzt ein solcher Widerstand elektrisch beheizt und die Temperatur durch direkte
oder indirekte Messung des Ohmschen Widerstandes ermittelt wird, so verlangt der
niedrige Widerstandswert hohe Heizströme bei niedrigen Spannungen.
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Demzufolge ist auch das Meßsignal sehr klein und bedarf zu seiner
Auswertung eines relativ großen Aufwandes, um die kleine Signalspannung auf technisch
brauchbare Werte anzuheben. Der niedrige Ohmsche Widerstand bedeutet auch insofern
noch einen Nachteil, daß eine wirtschaftliche Beheizung nur mit Wechselstrom vorgenommen
werden kann, was aber wiederum für den Meßkreis eine Erhöhung des erforderlichen
Aufwandes bedeutet.
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Diese Nachteile haften auch einer bekannten Vorrichtung zur Anzeige
des Flüssigkeitsstandes in Behältern an. Dort befinden sich elektrische Meßdrähte
aus Material mit geeignetem Widerstandskoeffizienten innerhalb eines Rohres, das
an dem in die Flüssigkeit tauchende Ende geschlossen ist, wobei der beheizte Stab
und der oder die Meßdrähte zwar elektrisch isoliert, aber wärmeleitend verbunden
sind. Die Bildung des Meßwiderstandes durch einen Drahtwiderstand verbietet auch
dort eine Bemessung des Ohmschein Widerstandswertes über einen verhältnismäßig niedrig
liegenden Höchstbetrag hinaus.
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Demgegenüber werden erst durch die Erfindung die geschilderten Nachteile
beseitigt. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Anordnung der geschilderten
Art als Meß- und/oder Kompensationswiderstand ein Widerstand von hohem Ohmschen
Widerstandswert vorgesehen ist, der-in an sich bekannter Weise indirekt beheizbar
ist.
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Im einfachsten Fall kann man also, von der bekannten Anordnung ausgehend,
den dort verwendeten, wendelförmig gestalteten Massivdraht als Rohrleiter ausbilden,
der dann bei stark vergrößertem Ohmschen Widerstandswert praktisch die gleiche mechanische
Festigkeit aufweist. Ein weiterer Schritt führt zur Verwendung eines Schichtleiters,
bei dem ein aus nicht oder schlecht leitendem Material bestehender Körper mit einer
Widerstandsschicht versehen ist. Auch eine derartige-Widerstandsanordnung kann wendelförmig
gestaltet sein. Da aber die Widerstandsschicht beliebig dünn gestaltet werden kann
und auch hinsichtlich der Verwendung des Widerstandsmaterials ein weiter Spielraum
gegeben ist, besteht durchaus die Möglichkeit, von der Wendelform abzugehen und
eine andere Gestaltung, z.B. eine geeignete Stabform zu wählen.
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Umgekehrt kann man auch, ebenfalls von der bekannten Anordnung ausgehend,
innerhalb eines geeigneten Mantels oder anderen mechanisch festen Trägers bzw. an
demselben eine mechanisch schwache Widerstandsanordnung mit höherem Ohmschen Widerstandswert
anbringen. Auf diese Weise ergibt sich ein Mantelleiter, der noch die Möglichkeit
bietet,
Heizkreis und Meßkreis galvanisch voneinander zu trennen.
Der Mantel übt dabei zunächst nur die Funktion einer Bildung der erforderlichen
Stabilität und der Wärmeübertragung aus. Er schützt die empfindliche Widerstandsanordnung
und kann auch selbst oder zusammen mit einer Isolierschicht, z. B. aus Aluminiumoxyd,
eine elektrische Isolation des Meßkreises herbeiführen. Schließlich kann aber auch
ein Teil des Widerstandssystems durch einen als Widerstand ausgebildeten Mantel
selbst und ein anderer Teil desselben durch im Innern befindliche Widerstandsanordnungen
gebildet werden.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen
Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder
einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Meßsonde
1 mit einem Flansch 2 versehen, der in geeigneter Weise mit der Behälterwand so
befestigt ist, daß der stabförmige Teil 3 der Sonde in das Behälterinnere hineinragen
kann und dort in waagerechter Lage in den Flüssigkeitsspiegel eintaucht. Auf einem
als Voll- oder Rohrkörper ausgebildeten Träger aus nicht oder schlecht leitendem
Material befindet sich ein Schichtwiderstand 4 als Meßwiderstand in Verbindung mit
einem großflächigen Schichtwiderstand 5 als Kompensationswiderstand. Die Endkappe
6 ist leitend ausgebildet und steht mit der Zuleitung 7 in Verbindung. Ein Ring
8 zwischen den Widerständen 4 und 5 steht mit beiden Widerstandsflächen in elektrischer
Verbindung und ist weiterhin mit der Zuleitung 9 verbunden, so daß die Spannungsquelle
11 des Meßsystems mit der Leitung 12 auf ein neutrales Potential gelegt werden kann.
Die Widerstände 13 und 14 ergänzen die Widerstandsanordnung zu einer Brückenschaltung,
wobei in der Brückendiagonale ein Meßsignal, durch das Anzeigegerät 15 versinnbildlicht,
auftritt.
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Die Widerstände 4 und 5 sind hinsichtlich ihres Ohmschen Widerstandswertes
so bemessen, daß sie einander gleiche oder nahezu gleiche Werte aufweisen. Hinsichtlich
ihrer Oberflächen sind sie aber stark unterschiedlich. Der Meßwiderstand 4 hat eine
um ein Vielfaches kleinere wirksame Oberfläche als der Widerstand 5. Wenn jetzt
in eingetauchtem Zustand der Sonde der Meßstrom die beiden Widerstünde 4 und 5 durchsetzt,
so kann bei geeigneter Bemessung der Anordnung die Wärmeabfuhr durch das flüssige
Medium so stark gehalten werden, daß kein nennenswerter Unterschied der Aufwärmung
der beiden Widerstände 4 und 5 auftritt. Die Widerstände nehmen also praktisch die
gleiche Temperatur an, so daß auch bei verschiedenen Temperaturen des flüssigen
Arbeitsmittels selbst kein wesentlicher Unterschied des Widerstandswertes von Widerstand4
und Widerstand 5 festzustellen ist.
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Sinkt nun der Flüssigkeitsspiegel und die Sonde wird jetzt nur noch
von Dampf umspült, so wird der Meßsonde erheblich weniger Wärme entzogen als zuvor
innerhalb der Flüssigkeit. Der großfiächige Widerstand 5 erfährt jedoch wegen seiner
großen Abkühlungsfläche nur eine beschränkte Temperaturerhöhung, während der kleinflächige
Widerstand 4 nunmehr eine weitaus höhere Temperatur annimmt, da die Wärmeabfuhr
nur außerordentlich gering ist.
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Jetzt entsteht durch den starken Temperaturunterschied zwischen den
beiden Widerständen ein entsprechend der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes
mehr oder weniger großer Unterschied des Ohmschen Widerstandes, so daß sich eine
entsprechend hohe Signalspannung an der Brückeuschaltung ergibt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind, von der
bekannten Meßanordnung ausgehend, die Widerstände als Mantelleiter ausgebildet.
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Der Widerstand Ra ist hier, wie durch die strichpunktierten Linien
23 versinnbildlicht, mit einem Mantel umgeben. In entsprechender Weise sind auch
die Widerstände Rb t und R02 mit Mänteln 26 und 31 versehen. Die Bemessung der Widerstandswerte
kann dabei so gewählt werden, daß Rbt und Rbe etwa doppelt so groß sind als Ra,
so daß bei Parallelschaltung von Rbl und Rb2 der Gesamtwiderstand Rb etwa den Wert
von Ra aufweist.
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Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für den
WiderstandRb zwei Leiter in einem gemeinsamen Mantel eingebettet, der mit 32 bezeichnet
ist. Auch hier ist wieder der Widerstands, wert Ra ungefähr so groß wie Rb gewählt.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für den
Widerstand Ra zwei Leiter 33 und 34 in einem gemeinsamen Mantel 35 eingebettet.
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Der wirksame Widerstand Ra, der mit 33 bezeichnet ist, wird durch
den Paralleleiter 34 aufgeheizt.
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Wiederum sind die Widerstandswerte Ra und Rb etwa gleich. Der Leiter
34 wird von der Sekundärwicklung 36 eines Transformators 37 gespeist, dessen Primärwicklung
38 an eine Wechselspannungsquelle 39 gelegt ist.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel wird von einer
indirekten Beheizung Gebrauch gemacht. Die beiden Schichtwiderstände 4 und 5 sind
hier auf der Außenseite eines Röhrchens 16 angebracht, in dessen Innern sich der
Heizer 17 befindet. Der Heizer kann nach Art der Kathodenheizer bei elektrischen
Entladungsröhren als Bifilar-Heizkörper ausgebildet sein. Gegebenenfalls können
die Widerstandsschichten 4 und 5 noch mit einer Isolierschicht versehen sein.
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Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich
ein als Widerstand wirksamer Mantel25 auf der Außenseite eines Röhrchensl8 und umschließt
einen Heizer 19, der wiederum auf einem den Widerstand 24 umschließenden Tragrohr
20 angebracht ist. Die Zuleitungen zu den Widerständen 24 und 25 sind mit 22, 27
und 29 bezeichnet.
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An die Zuleitungen 28 und 30 des Heizers kann eine Wechselspannung
angelegt werden.
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Es besteht also die Möglichkeit, bei Verwendung eines Mantelleiters
beim Meßwiderstand oder auch beim Kompensationswiderstand zwei Leiter in einem gemeinsamen
Mantel einzubetten. Die andere Möglichkeit ist, sowohl für den Meßwiderstand als
auch für den Kompensationswiderstand eine solche Anordnung zu wählen. Meßwiderstand
oder Kompensationswiderstand bzw. Meßwiderstand und Kompensationswiderstand werden
dann vom Heizer, der galvanisch getrennt ist, aufgeheizt, wobei man hinsichtlich
Strom arzt und Spannung sowohl für den Heizer nicht beschränkt ist, als auch für
den Meßkreis sich die geschilderten Vorteile einer Widerstandsanordnung mit verhältnismäßig
hohem Widerstandswert zunutze machen kann. Die Schichtwiderstände können tibrigens
auch
durch Wicklungen entsprechend dünnen Drahtes gebildet werden, der gegebenenfalls
bereits zuvor mit einer Isolierung versehen oder auch nach Aufbringen isoliert werden
kann.