DE1548968A1

DE1548968A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Spiegelhoehe der freien Oberflaeche einer Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1548968A1
Application number: DE19661548968
Authority: DE
Inventors: Josef Aerts
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1965-04-09
Filing date: 1966-03-19
Publication date: 1970-06-18
Also published as: BE676965A; LU48366A1; US3438518A; CH462490A; GB1141153A; NL6604590A; AT277607B; ES322549A1

Description

Dr.-Ing.Heinrich Scheller Aachen, den 18.2.1966 1548953

A A r hTw Tf ♦ , ^{Mein Zeichen p} ^ ⁶50 - 3177

AACHEN, Zoliernstr. 1 Telefon: 3 2192 und· 251 82

GLAVERBEL, 79, Avenue Louise, Brüssel (Belgien)

Priorität aus der luxemburgischen Patentanmeldung Hr. 48 366 vom 9ο April 1965

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer Flüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf Verfanren zum Messen der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer elektrisch leibenden Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere der

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Spiegelhöhe von geschmolzenem Glas in einer Wanne, mittels einer Elektrode, die in einer beicannten Höhe über der Flüssigkeit angeordnet ist. Sie bezieht sich auch auf Iüeßvorrichtungen, die eine Elektrode aufweisen und Mittel zur Befestigung dieser ileittrode über der Flüssigkeit O

Man kennt zahlreiche Verfanren, nach denen die SpiegelnÖne einer Flüssigkeit in einem Benälcer mechanisch mittels eines Schwimmers angezeigt wird, dessen vergrößerte he-Ne-

gung auf einen Standanzeiger üoertragen wird/. Wenn auch die benutzten Vorrichtungen 'ziemlich einfach sind, haoon diese Verfahren verschiedene iiachteile: Im Laufe der Zeit wird die Messung mit einem Fehler behaftet, der ständig und unregelmäßig zunimmt und der durch die Abnutzung ies Schwimmers bedingt ist» Dieser Nachteil ist senr betracntlich, wenn die Flüssigkeit einen deutlich korrodierenden Charakter hat wegen ihrer Zusammensetzung oder auch wegen der Temperatur. Beispielsweise ist es in dem besonderen Falle geschmolzenen Glases schwierig, ein Material zu finden, das sich zur Herstellung des Schwimmers eignet, ohne daß es durch die Wirkung des Glases oder der neißen Atmosphäre rasch zerstört wird» Außerdem werden die Korrosionsprodukte in der Flüssigkeit gelöst, deren Eigenschaften sie ändern oder in der sie Fehlerstellen bilden, (vergl. US-Patentschrift 1 928 016)

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wie es im Falle gescnmolzenen Glases außerdem der Fall istc Schließlich ist die Genauigkeit der Messung nicht ausreichend hauptsächlich in den Fällen, wo diese Messung dazu benutzt wird, die Spiegelhöhe des geschmolzenen Glases in einem Ofen automatisch zu regulieren durch Mnwirküng auf die Menge der in den Ofen gegebenen Materialien«

Es gibt auch verschiedene optische Geräte, bei denen man die Verschiebung eines durch die freie Oberfläche der

Flüssigkeit reflektierten Strahles ermitteiy. Diese Gerate

weder '

eigenen sich im allgemeinen κχκ&κχ zur Registrierung der Ablesungen noch zur Regulierung der Spitgelnöhe durch Steuerung der Beschickungseinrichtung.. Zv.ar kann man mittels einer oder mehrerer Fotozellen die Spiegelhöhe regeln, aber die Genauigkeit ist nicht senr groß, insbesondere wegen verschiedener parasitärer Einflüsse, die von der Vielfalt der Erscheinungen herrünren, die auf die Strahlung in den Öfen einwirken.,

Man Kann joicn die Spiegelhöhe messen, indeu man den Druck mißt, der in einer Röhre induziert wird, die Luft mit konstanter Geschwindigkeit aurcn ei^e öffnung bläst, die

sehr nahe der FlüssigKeitsoberfläcne ist/. Diese Vorrichtung gestattet insbesondere die Regelung der Spiegelr^öne in den ^.ro-ien Glasschmelzöfen mit einer Genauigkeit von (vergl. briwisji".e Patentschrift c<i9 -71)

(vergl. ccl,.:s;^e Patentschrift 4-97 9".^;c)

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0,1 mm.jAußerdem hat man eine große Vielfalt von elektrischen Vorrichtungen vorgeschlagen, die auf dem Kontakt von metallischen Elektroden mit der leitenden Flüssigkeit, z.B. Glas bei hoher Temperatur, beruhen. Man verwendet eine oder mehrere 'Elektroden, die fest angeordnet oder kontinuierlichen, hin- und hergehenden 3ewegungen*ointerworfen sind. Man ermittelt die Spiegelhöhe, indem man die Stelle oder den Augenblick feststellt, wo der Stromdurchgang infolge der Berührung zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit beginnt. Diese Berührung hat schwerwiegende Nachteile zur Folge. Das Ende der Elektrode ist einer mehr oder weniger raschen Abnutzung unterworfen sowie der Oxydation 'oder dem Ansetzen von Glas oder anderen Stoffen, die die Bezufcshöhe verändern und somit die Messung und die Regulierung fälschen. Wenn das Glas mit einer Elektrode in Berührung gekommen ist, breitet es sich darauf aus infolge der niedrigen Höhe oder der Bewegung der Elektrode, die einen Glasfaden zieht, der sie während einer mehr oder weniger langen Zeit mit dem Schmelzbad verbindet. Die Elektrode überzieht sich dann mit einem Tropfen, der die Form ihres Kontaktendes verändert; schließlich gestattet der Liiniskus, der bei der Berührung mit dem Glas gebildet wird, nicht, eine genügende Genauigkeit zu erzielen»

(verglo US-Patentschrift 1 889 510
(vergl. belgische Patentschrift 581 997) (vergl. US-Patentschrift 1 961 893)

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde., ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren bzw« der eingangs beschriebenen Vorrichtung, bei welchem bzw. welcher eine Elektrode verwendet wird, die in bekannter Höhe über der Flüssigkeit angeordnet ist, das Verfahren so zu leiten und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens so auszubilden, daß die Nachteile der bekannten Arten, insbesondere die vorbeschriebenen Nachteile, vermieden werden· Darüber hinaus besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, Weiterbildungen, wie sie nachstehend beschrieben sind, so vorzunehmen, daß sie besondere Vorteile aufweisen·

Zur Lösung dieser Aufgabe bzw. Aufgaben mißt man erfindungsgemäß den Abstand zwischen der fest angeordneten Elektrode und der freien Oberfläche der elektrisch leitenden Flüssigkeit, die die zwei Belegungen eines Kondensators bilden, indem man die Kapazität dieses Kondensators mißt«

Die Kapazität ist umgekehrt proportional der Entfernung zwischen den Belegungen» Die mit den bekannten Geräten zur Messung der Kapazität erreichte Genauigkeit ist senr hoch. Die Entfernung kann somit auch mit großer Genauigkeit gemessen werden., Zahlreiche Geräbe benutzen einen Verstärker, der einen Wechselstrom verstärkt, wel-

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eher sich mit.der Kapazität ändert. Hierdurch kann man die Genauigkeit vergrößern und andererseits die Empfindlichkeit den Bedürfnissen anpassen durcn Anpassung des Gewinnes durch Verstärkung, denn die verfügbare Empfindlichkeit kann viel größer sein, als dies wünschenswert ist. Da das Ausgangssignal ein elektrisches Signal ist, ist es einfach, nicht nur die Meßergebnisse anzuzeigen, sondern sie auch zu registrieren, sie fernzuubertragen und die Form des Signals auf jede zweckmäßige Art zu verändern. Eine sehr niedrige Spannung an der Elektrode beispielsweise in der Größenordnung von 1 Volt genügt für die Messung, und es ist auf diese Weise jegliche Gefahr ausgeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet alle Nachteile, die sich aus der materiellen oder elektrischen Berührung mit dem geschmolzenen Glas gemäß den bekannten Verfahren ergeben, und zwar insbesondere die Verunreinigung des Glases, die Fehler, die durch die Abnutzung der Elektroden oder Schwimmer durch die korrodierende Wirkung des geschmolzenen Glases bedingt sind, die Fehler, die bedingt sind durch den Miniskus, durch das Fadenziehen und durch die Tropfenbildung des Glases, die zwischen der Elektrode und dem Schmelzbad entstehen. Demgegenüber garantiert die Stellung der ^leictrode außerhalb des Schmelzbades gemäß der Erfindung eine vollkommene Reproduzierbarkeit der Messung, die unerläßlich ist zur Erzielung einer geeigneten Genauigkeit, Da die Genauigkeit

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für den üblichen Gebrauch, zu groß ist, kann man die Elektrode in einen genügend großen Abstand bringen, um so jede Gefahr der Berührung zu vermeiden und gleichzeitig die Messung der Spiegelhöhe in einer sehr ausgedehnten Abstufung zu ermöglichen. Wegen des Fehlens jeglicher bewegter Teile ergibt sich, daß keinerlei mechanisches Spiel auf die Messung einwirken kann, wie es demgegenüber bei mehreren Arten der bekannten Technik der Fall ist. Außerdem kann man leicht eine gut bestimmte Markierung der Spiegelhöhe schaffen, so daß man nicht nur die kleineren relativen Veränderungen der Spiegelhöhe ermittelt, sondern auch über eine absolute Bezugnahme verfügt, die bemerkenswert sicner ist.

Zweckmäßig stellt man vor Beginn der Llessungen die Stellung der Elektrode auf den kleinsten Abstand von der Flüssigkeit ein, was die Berührung zwischen der .Elektrode und der Flüssigkeit im Laufe der Messungen zu vermeiden gestattet. Auf diese Y«eise sind die zu messenden relativen Veränderungen des Abstandes größer, da sie auf einen kleineren absoluten Abstand bezogen sind. Die Lmpfindlichkeit und die Genauigkeit sind somit, verbessert. Andererseits wächst die Kapazität, wenn sich der Abstand vermindert, und da die Methoden zur Messung der Kapazität für

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größere Kapazitäten genauer sind, erhöht dies auch die Genauigkeit der Messung der Spiegelhöhe.

Aus diesen Gründen kann es von Interesse sein, die Elektrode außerdem jedes Mal zu verstellen, wenn der Änderungsbereich der Spiegelhöhe der Flüssigkeit geändert wird. Diese Art des Vorgehens gestattet die Erzielung der ausgezeichneten Genauigkeit, die bei einem geringen Abstand gegeben ist, wenn die Abstufung der gesamten Messung ausgedehnter ist·

Vorzugsweise mißt man die Kapazität des Kondensators, indem man ihn mit einem Wechselstrom hoher Frequenz beschickt, denn jede Vergrößerung der Frequenz hat dieselbe Wirkung wie eine Vergrößerung der Kapazität, nämlich die Verkleinerung der Impedanz. Nun mißt man die Kapazität oder vielmehr die mit dieser Kapazität verbundene Impedanz, indem man mehr oder weniger unmittelbar die (Strom-) Stärke oder den durch diese Stärke hervorgerufenen Spannungsabfall mißt. Die Genauigkeit ist somit vergrößert durch die Messung größerer Stromstärken oder Spannungen·

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hält man die der Flüssigkeit gegenüberstehende Oberfläche der JLleKtrode auf der Temperatur der umgebenden

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Gase. So vermeidet man die Abkühlung des Glases, was unter Umständen die Entglasung oder Veränderung der Färbung gewisser gefärbter Gläser oder wenigstens Ungleichmäßigkeiten hervorrufen könnte, weil die Abkühlung auf einen Teil des Glasschmelzbades beschränkt ist. Außerdem vermeidet man überhaupt die Kondensation des Wasserdampfes, der in den heißen Gasen über dem Schmelzbad enthalten ist, auf der unteren Oberfläche der •C'leictrode c. Eine solche Kondensation von Dampf würde offenbar einen beträchtlichen Meßfehler bewirken, indem sie den Abstand zwischen den Belegungen vermindern würde wegen der Leitfähigkeit des kondensierten Wassers, oder indem sie die Dielektrizitätskonstante des durch V/asser besetzten Teiles im Räume zwischen den Belegungen veränderte

Man regelt zweckmäßig den Druck der Gasatmosphäre in der Umgebung der Elektrode, um so die Veränderungen der Feuchtigkeit - der Gase unter der Elektrode zu begrenzen» Und gleichzeitig ist es zweckmäßig, die öffnungen im · Raum, der die Gasatmosphäre einschließt, sorgfältig abzudichten« Dies erlaubt die Aufrechterhaltung einer seiir wenig veränderlichen Dielektrizitätskonstante der in den zu messenden Kondensator eintretenden Gase, was eine gute Genauigkeit garantiert.

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Vorzugsweise hält man. außerdem diese Gasatmosphäre unter einem schwachen Überdruck in bezug auf die äußere Atmosphäre. Marx verhindert so das Eintreten äußerer Luft, die sich mit den inneren Gasen mischen würde gemäß einer räumlich und zeitlich veränderlichen und unstabilen Verteilung, die verantwortlich sein würde für die Veränderungen der Dielektrizitätskonstanten durch die Veränderung der Feuchtigkeit der Mischung.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung regelt man die I¹IUssigkeitshöhe durch Steuerung eines Organs zur Speisung des Behälters abhängig von den gemessenen Veränderungen der Kapazität. Das Meßverfahren paßt besonders gut zur Verwendung in. einem Reguliersystem wegen der Vorteile, wie augenblickliche Reaktion, elektrische Form des Ausgangssignals usw» In den Glasschmelzofen sichert diese Regulierung der Spiegelhöhe sehr stabile Bedingungen, und zwar sowohl beim Schmelzen wie auch bei der Verarbeitung des geschmolzenen Glases: gut konstante Temperatur, gleichmäßige Gewichte der Massetropfen (Kölbel), verbesserte Homogenität usw. Außerdem ist die Korrosion der Wandungen aus feuerfestem Material vermindert wegen der Stabilität der freien Oberfläche des geschmolzenen Glases.

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Zur Regelung der Spiegelhöhe steuert man das Organ zur Beschickung mit einer mittleren Geschwindigkeit, wenn die gemessene Kapazität zwischen einer unteren Grenze entsprechend einer festgelegten unteren Grenze für die Spiegelhö'he und einer oberen Grenze entsprechend einer festgelegten oberen Grenze für die Spiegelhöhe liegt, mit einer größeren Geschwindigkeit, wenn die Kapazität unter der unteren Grenze für die Kapazität liegt und mit einer kleineren GeschwindlgKeit, wenn die Kapazität oberhalb der oberen Grenze für die Kapazität liegt. Durch sehr nahe Annäherung der zwei Grenzen für die Kapazität, was leicht möglich 1st wegen der großen Empfindlichkeit der Messung, kann man die Spiegelhöhe auf eine ausgezeichnete Art und Weise regeln. Das Verfahren ist einfach und gestattet eine kräftige Wirkung, die jede Störung der Spiegelhöhe sehr rasch beseitigt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung steuert man das Organ zur Beschickung nach der Methode der proportionalen Wirkung eventuell mit ergänzenden integralen und differentialen Komponenten« Man kann so die Regelung schwierigeren Bedingungen anpassen, als sie bei Glasschcelzwarmenöfen üblich sind. Mannigfaltigere Störungen können =.uf rationelle Weise beseitigt werden, was in diesen speziellen Fällen durch, eine genauere Regelung der Sj-i-ätcl-ioiie gesichert ist«

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Die Vorrichtung zur Messung der Spiegelhöhe nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren umfaßt eine Elektrode und Mittel zur Befestigung bzw. Halterung dieser elektrode über der Flüssigkeit; erfindungsgemäß ist der Elektrode und der elektrisch leitenden Flüssigkeit ein Gerät zugeordnet zur Messung der Kapazität des Kondensators, dessen Belegungen sie bilden; das heißt, daß die Elektrode, die Flüssigkeit und das Meßgerät in einem elektrischen Kröis vereinigt sind. Die Geräte zur Messung der Kapazität sind vielfältiger Art und dem Fachmann gut bekannt. Die anderen Teile, die den Bedingungen der industriellen Installation und der zu messenden Flüssigkeit unterworfen sind, sind äußerst widerstandsfähig und einfach, da es sich allein um eine Elektrode handelt, die in einer festen Stellung außerhalb der Flüssigkeit gehaltert und durch eine Leitung mit dem getrennten Meßgerät verbunden ist. Es existiert also keine mechanisch bewegte Einrichtung, und dies bildet einen bedeutenden Vorteil nicht nur wegen des Preises für die Installation, sondern übernaupt wegen des beinahe völligen Entfallene einer Unterhaltung. Die Vorrichtung weist in der Tat kein Teil auf, das einer Abnutzung unterworfen ist und das von Zeit zu Zeit ersetzt werden müßte. Außerdem sicLert sie bei der Messung eine vollständige Kontinuität und dadurch eine bemerkenswerte Sicherheit.

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Die Mittel zur Befestigung und Halterung der Elektrode umfassen zweckmäßig Mittel zur Einstellung der Höhe der Elektrode. Die so ausgebildete Vorridhtung erlaubt zugleich eine Feineinstellung des Abstandes zwischen den Belegungen, um eine große Meßgenauigkeit zu erzielen und um die Elektrode in verschiedenen Höhenlagen, die mehr oder weniger stark entfernt sind, festzustellen, was sehr nützlich ist beispielsweise bei der Herstellung von bestimmten verschiedenen gewalzten Gläsern.

Vorzugsweise ist die Halterung für die Elektrode kombiniert mit einer Marke, die die Höhenlage der Elektrode bezeichnet. Man hat so die Möglichkeit, einen festen Bezugsnullpunkt sicher zu bezeichnen, der sichere absolute Messungen und nicht nur relative Messungen zu erhalten gestattet»

Zweckmäßig ist das Gerät zur Messung der Kapazität kombiniert mit einem Generator zur Erzeugung von Wechselstrom hoher Frequenz, wodurch man für eine gegebene Genauigkeit die Spannung an der Elektrode und die Kapazität des gebildeten Kondensators vermindern kann, z.B. durch Vergrößerung des Abstandes zwischen den Belegungen, um so die Gefahr des Nichtfunktionierens durch zufällige Berührung der Flüssigkeit mit der Elektrode zu vermindern, oder durch Verminderung der Abmessungen der der Flüssigkeit zugekehrten Fläche der Elektrode, um somit den Umfang dieser Elektrode

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zu begrenzen und ihre Handlichkeit zu verbessern.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gerät zur Messung der Kapazicät von einer Umschließung umgeben, die mit Mitteln zur Regelung der inneren Temperatur versehen ist« Die ReproduzierbarkeiO und die Genauigkeit der Messung sind verbessert, wenn das Meßgerät, das empfindlich für die Temperatur ist., mit Genauigkeit; thermostatisiert ist.

Die Umschließung, die die über der freien Oberfläche der

t Flüssigkeit befindlichen Gase umschließ*», ist in der Nähe der Elektrode mit einer Rohrleitung zur kessung des Druckes versehen, welche mit einem Druckregulator verbunden ist. Diese Vorrichtung erlaubt,einen gut konstanten Druck zu bestimmten, der vorzugsweise in dem Gasraum in der Nähe und unter der Elektrode etwas positiv ist, um Kapazitätsveränderungen zu vermeiden, die allein durch die Veränderung der Feuchtigkeit der Gase bedingt sind.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die Elektrode mit einer Schicht versehen aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante, die unter den Betriebsbedingungen unveränderlich ist. Der Vorteil dieser Schicht besteht darin, die metallische Oberfläche zu sdhützen gegen jegliche Korrosion, Oxydation oder Ab-

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lagerung, um so Jegliche Änderung sowohl des Abstandes zwischen den Belegungen des Kondensators wie-auch der Dielektrizitätskonstanten des Mediums zu vermeiden. Die untere Fläche dieser isolierenden Schicht ist zweckmäßig in einem Abstand von der Flüssigkeit angebracht, der die Gefahr einer Berührung mit der Flüssigkeit ausschließt; es folgt daraus,daß der Abstand zwischen der unteren leitenden Fläche der Elektrode und der Flüssigkeit größer ist, als wenn die isolierende Schicht nicht vorgesehen wäre. Die Kapazität ist somit vermindert, und aus diesem Grunde verwendet man zweckmäßig ein Material hoher DieleKtrizitätskonstante, die die Wirkung hat, die Verminderung der Kapazität zu begrenzen«

Zweckmäßig^ ist die Elektrode verbunden mit einer metallischen Röhre, die an eine Leitung angeschlossen ist, welche im Betriebe mit Kühlluft gespeist wird, wodurch man den Widerstand gegen Verformungen erhönen kann, die den Festsitz der Elektrode gefährden wurden.

Ebenfalls vorzugsweise ist die Elektrode gehaltert durch eine isolierende Röhre, in deren Innern ein Leiter angeordnet ist, der für dän Anscnluß* der EleKtrode benutzt wird. Eine solche Isolierung des Leiters ist vorteilnaft zur Abdichtung der Öffnung in der Wandung des unscnlie-3enäen .iaunies, die auf diese V/eise leicnt und vollständig vorgeno:iL~en werden kann. Außerdem ist die Isolierung so

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ausgeführt, wie es nötig ist, um einen sehr hohen Widerstand gegen Kriechströme auszubilden, denn eine selbst sehr schwache Leitung zwischen dem Leiter und der Umschließung an der Stelle des Durchtritts würde einen Kurzschlußkreis des zu messenden Kondensators erzeugen, da die Umschließung normalerweise auch Kontakt hat mit dem geschmolzenen Glas, das die andere Belegung des zu messenden Kondensators bildet. Außerdem bildet eine isolierende Röhre v.on genügendem Durchmesser eine verhältnismäßig feste Halterung für den Leiter, an dem die Elektrode befestigt ist, und deren Stellung ist hierdurch um so stabiler.

Vorzugsweise schließt man in diesem Falle die isolierende Eöhre an eine Leitung zur Speisung mit Kühlluft an, was zugleich die Kühlung der isolierenden Röhre und des Leiters bewirkt, so daß man Verformungen vorbeugt und die Widerstandsfähigkeit der einen und des anderen sichert·

Eine isolierende Röhre aus Quarz hat die erforderlichen Eigenscnaf ien der mechanischen, chemischen und elektrischen Widerstandsfähigkeit bei hoher Temperatur, und eine Röhre aus Aluminiumoxyd von sehr großer Reinheit hat außerdem eine große Stabilität des spezifiscnen eleKtriscnen Widerstandes.

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Eine Elektrode aus massivem leitendem Material, die also nicht durch die Zirkulation eines Fluidums gekühlt ist, ist vorteilhaft wegen der Abwesenheit schädlicher Kondensation.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gerät zur Messung der Kapazität kombiniert mit Mitteln zur Regelung, die ein Organ zur Beschickung des Behälters betätigen. Diese Kombination mit dem Regulierorgan ist besonders von Interesse wegen der Genauigkeit und der Augenblicklichkeit der Reaktion des Meßsystems mit Kondensator.

Vorzugsweise umfaßt dann das Meßgerät ein bewegliches Organ, dessen Stellung sich ebenso verändert wie das Flüssigkeitsniveau und das zwei elektrische Kontakte in Tätigkeit setzt, und zwar je einen für Jede Richtung, wenn das Organ von der Stellung abrückt, die dem für die Flüssigkeit vorgegebenen Niveau entspricht, und die Betätigung jedes Kontaktes verändert die Geschwindigkeit des Organs zur Beschickung des Behälters· Eine solche Vorrichtung ist einfach und widerstandsfähig und hat einen mäßigen Preis und gestattet eine ausgezeichnete Regulierung der Spiegelhöhe bzw. des Niveaus wegen der Möglichkeit einer raschen Reaktion, die wirksam die Störung korrigiert.

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Nach einer anderen Ausfiihrungsform ist das Meß_&erät « kombiniert mit Reguliermitteln nach wenigstens einer der Methoden der proportionalen und eventuell integralen und differentialen Wirkung. Die Möglichkeit der Dosierung dieser Mittel zur Regelung macht daraus in Kombination -mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem eine Vorrichtung, die geeignet ist, das iiiveau bzw. die Spiegelhöhe mit der größten Genauigkeit in allen schwierigen Fällen zu regeln.

Gewisse Vorteile und Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung werden an Hand der nachstehenden Beschreibung erläutert:

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt einen EleKtrodenhalter und einen Teil eines Ofens.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Teil eines Ofens und scnematisch eine Vorrichtung zur Messung und zur Regulierung.

Die Fig. 3 zeigt als Variante scnematisch eine Einzelheit der Reguliervorrichtung.

Die Fig. 4 zeigt im Schnitt eine andere EleKtrode gemäß der Erfindung.

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Eine Wanne 1 eines Ofens enthält ein Bad geschmolzenen Glases 2, das das Niveau bzw. die Spiegelhöhe 3 erreicht. Es ist überbaut von einem Gewölbe 4, welches mit den Wangenmauern 5 eine heiße Gasatmosphäre 6 umschließt. Die Wangenmauer 5 ist von einer Öffnung 7 durchsetzt, durch die eine Halterung für die Elektrode eingeführt ist. Die Halterung ist gebildet durcn eine isolierende Röhre 9 aus <iuarz oder aus sehr reinem Aluminiumoxyd, die mit einer Öffnung 10 versehen ist, welche sich in einiger Entfernung von der Wangenmauer befindet. Diese isolierende Röhre trägt im Innern in der Achse mittels isolierender Stopfen 11, 12 und 13 eine Röhre 14 aus nicht oxydierendem Stahl, die ebenfalls mit einigen Löchern 15 versehen ist, und zwar an dem Ende, das sicη "innerhalb des Ofens luiiuavjt, Die ütählröu?e

trägt an diesem selben Ende- einen massiven vertikal en Schaft

16, der am Ende mit einer horizontalen Hut te

versehen ist, die sehr nahe über der Niveauebciie 3 angeordnet ist, Dieser Schaft 16 und die Platte 17 sind aus hitζebeständigem Stahl.

Die zentrale Röhre 14 ist durch einen Schlauch 1a mit einer Leitung zur Speisung mit Kühlluft verbunden. Im Betriebe zirkuliert die Kühlluft in der metallischen Röhre 14 bis in den Ofen hinein, wo sie durch die Löcher 15 den ringförmigen Zwischenraum 19 erreicht, der in der isolierenden Röhre 9 .enthalten ist, von wo

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sie durch, die öffnung 10 in die Atmosphäre entweicht· Diese Luftzirkulation gestattet, die zwei horizontalen Röhren auf verhältnismäßig niedriger Temperatur zu halten, um so ihre Verformung zu verhindern. Demgegenüber ist die Platte 17 nicht merklich gekühlt. Die zentrale Röhre 14 ist außerdem elektrisch mit einer isolierten Leitung 20 verbunden. Andererseits ist die isolierende Röhre 9 gehaltert durch einen Reifen 21, der fest verbunden ist mit einem festen Ring 22, welcher mit einem Zeiger 23 versehen ist, der seinerseits in unmittelbarer Nähe einer festen Gradeinteilung 24 angeordnet ist. Die vertikale Gewindespindel 25 ist.. fest verbunden mit einem sechseckigen Teil 26 und einem drehbaren Ring 27, welcher eine kreisfprmige Gradeinteilung trägt. Wenn man mittels eines Schlüssele das sechseckige Teil 26 betätigt, schraubt sich die Gewindespindel 25 in die Tragmutter 28 herein oder aus ihr heraus, wobei sie sich frei in dem festen Ring 22 dreht, dessen Höhe auf diese Weise genau eingestellt und markiert werden kann mit Hilfe der Gradeinteilungen 24 und 27. Gleichzeitig schwenkt das ülektrodentragrohr 9 auf der Abstützung auf der Wangenmauer 5 derart, daß die Höhe der Elektrode gleichfalls mit Genauigkeit eingestellt wird.

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Die Leitung 20 verbindet die Elektrode 17 mit einem Gerät 29 zur Messung der Kapazität (Fig. 2), das einerseits mittels der Leitungen 30 mit einer üblichen Netzspannung gespeist ist und andererseits mittels der Leitungen 31 mit einer Wechselspannung hoher Frequenz,

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die im Oszillator 32 erzeugt wird. Die Kapazität, die mit dem Gerät 29 gemessen werden soll, ist diejenige des Kondensators, der gebildet wird aus der Elektrode 17 und dem geschmolzenen Glase 2, das die Spiegelhöhe 3 · erreicht. In Anbetracht der großen Ausdehnung des Glasschmelzbades 2 ist es nicht nötig, es besonders mit der Erde zu verbinden, damit es sich auf Erdpotential befindet. Der Kreis, der den Kondensator und das Meßgerät enthält, umfaßt also: das Glasschmelzbad 2 auf Erdpotential, die Elektrode 17»* die metallische Röhre 14, die Verbindung 20, die Meßvorrichtung, die sich im Gerät 29 befindet, und die Erdverbindung 33= Das Ausgangssignal der elektrischen Messung, das im Meßgerät 29 gebildet wird, welches einen Verstärker aufweist, ist z.B. eine Spannung, die proportional oder wenigstens abhängig ist von dem Abstand der festen Elektrode 17 und der veränderlichen Spiegelhöhe 3· Das Signal wird einem Niveauanzeiger bzw» Spiegelhöhenanzeiger 34 zugeleitet durch die Verbindungen 35 sowie,vorzugsweise einem Regulierorgan 36 durch die Verbindungen 37«.

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Das Regulierorgan 36 umfaßt z.B. ein bewegliches Gerät 38, das sich verschiebt, wenn das elektrische Signal sich verändert, also mit der Spiegelhöhe. Das bewegliche Gerät 38 trägt bewegliche Kontaktstücke 39 und 40, die gegenüber den Kontaktstücken 41 bzw« 42 angeordnet sind, die von Hand einstellbar und durch bewegliche Verbindung mit den entsprechenden Leitungen 43 bzw. 44 verbunden sind. Die beweglichen Kontaktstücke 39 und 40 sind alle beide verbunden durch einen biegsamen Draht mit einem der Drähte der Verbindung 45, der mit den Leitungen 30 verbunden ist, die an der Netzspannung liegen. Die Leitungen 43 und 44 sind mit Relaisspulen 46 und 47 im Gerät verbunden, welche ihrerseits mit der anderen Klemme alle beide mit dem anderen Draht der Verbindung 45 verbunden sind. Das Gerät 48 wird außerdem durch eine Netzspannung 49 gespeist und ist durch die Verbindung 50 mit dem Motor 51 verbunden, der die Beschickungsmaschine 52 steuert.

Wenn die Spiegelhöhe 3 des geschmolzenen Glases zwischen den vorgesehenen Grenzen liegt, liegen die Kapazität des Kondensators und somit auch das elektrische Signal zwischen bekannten Grenzen; das bewegliche Gerät befindet sich dann zwischen den Kontaktstücken 41 und 42, ohne sie zu berühren. Wenn die Spiegelhöhe steigt, wächst die Kapazität ebenso wie das elektrische Signal, das bewegliche Gerät 38 verschiebt sich nach rechts und setzt die

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Relaisspule 4-7 unter Spannung, die auf die Speisespannung oder die Speisespannungen des Motors 51 einwirkt derart, daß er verlangsamt wird zwecks Verminderung der Beschickung. Ebenso setzt das bewegliche Gerät, wenn die Spiegelhöhe ihre untere Grenze erreicht, die Relaisspule

MLWBElffBHi 4-6 unter Spannung, die die Beschleunigung der -Beschickung bewirxt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung (Fig. 3) speist die Verbindung 37 ein Regulierorgan 53» das die Elemente 54-, 55 und 56 umfaßt·, mit proportionaler, integraler bzw. differentialer Wirkung, deren Einfluß dosiert oder ausgeschaltet werden kann durch die drei Regelknöpfe 57- Das so verarbeitete Regelsignal wird durch die Verbindung 58 auf das Gerät 48 übertragen, welches den Motor 51 in entsprechender V/eise aus der Netzspannung 4-9 durch die Verbindung 50 speist.

Die Fig. 4 zeigt eine Elektrode 17» die mit einer Schutzschicht 59 auf der unteren Fläche und einer Scnicht 60 auf der oberen Fläche bedeckt ist, ebenso wie ein Schaft 16 von einer Schicht 61 umkleidet ist. Man sieht zweckmäßig denselben Abstand 62 ζ v/i sehen der Spiegelhöhe 3 und der Unterfläche der Schicht 59 vor, wie bei den nicht geschützten Elektroden, um so auf die gleiche Weise die Gefahr einer Berührung zwischen

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dem geschmolzenen Glase 2 und der Elektrode zu vermeiden. Die Unterfläche 63 der Elektrode befindet sich, somit in einem größeren Abstand von der anderen Belegung, die durch das Glas mit der Spiegelhöhe 3 gebildet wird. Man verwendet daher vorzugsweise ein Material hoher Dielektrizitätskonstante, um die Schicht 59 auszubilden, so daß man die Verkleinerung der Kapazität, die mit dem zusätzlichen Abstand zwischen den Belegungen verbunden ist, begrenzt. Außerdem müssen die Materialien der Schichten 59, 60 und 61, von denen alle oder bestimmte fehlen können, derart gewählt werden, daß sie geeignet sind, das Metall der Elektrode gegen Oxydation oder jegliche Ablagerung oder Korrosion zu schützen. Insbesondere trifft dies zu für die Schicht 59« Iian kann hierzu sehr wenig schmelzbare Gläser, Karbide, Nitride, Silicide, Boride verwenden.

Man vermindert so weit wie möglich die Veränderungen der Feuchtigkeit der Gase in dem Raum 62, die das Dielektrikum des Kondensators bilden, um so Kapazitätsänderungen zu vermeiden, die unabhängig von dem Abstand zwischen den Belegungen sind. Hierzu (Fig. 1) dichtet man die öffnungen in der Nähe der Elektrode möglichst gut mit Dichtungsmaterialien 64· ab, um das Ausströmen der warmen Gase und das Eintreten äußerer Luft zu vermindern. Außerdem ordnet man zweckmäßig in der Nähe den röhrenförmigen Druck-

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ansciiluß 65 an, der mit dem Ende 66 mit einem nicht gezeichneten Regulator für den Druck der Atmosphäre 6 verbunden ist, und man regelt diesen Druck auf einen Wert, der leicht über dem äußeren Atmosphärendruck liegt.

Durch Benutzung einer thermostatisierten Umschließung 67 zur Umschließung des- Kapazitätsmeßgerätes 29 und durch genaue Regulierung der Temperatur verbessert man merklich die Genauigkeit der Messung«.

Mit Hilfe dieser Vorsichtsmaßnahmen hat man erreicht, Änderungen der Spiegelhöhe des Glases in einem industriellen Ofen mit einer Genauigkeit von 0,002 mm anzuzeigen und im Laboratorium mit einer viel größeren Genauigkeit, die praktisch unbegrenzt iste

Die Spiegelhöhe vieler anderer Flüssigkeiten, die elektrisch leitend sind, kann ebenso angezeigt werden.. Die Messung erfolgt dabei wie bei den vorstehenden Beispielen im Falle geschmolzenen Glases«

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen, und man-verläßt nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man Abwandlungen hereinbringt, die im

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Bereich liegen, der durch die folgenden Ansprüche gegeben ist.

Alle Merkmale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht enthalten sind.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Messen der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere der Spiegelhöhe von geschmolzenem Glase in einer Wanne, mittels einer Elektrode, die über der Flüssigkeit in einer festen bekannten Höhe angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entfernung zwischen der festen Elektrode (17) und der freien Oberfläche (3) der elektrisch leitenden Flüssigkeit (2), die die zwei Belegungen eines Kondensators bilden, dadurch mißt, daß man die Kapazität dieses Kondensators mißt. "■

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet, daß man vor der Durchführung der Messungen die Stellung der Elektrole auf dan kleinsten Abstand von der Flüssigkeit einstellt, der die Berührung zwischen der .elektrode und der FlüssigKeit im Laufe der Messungen zu vermeiden gestattet.

3) Verfanren nach Anspruch 1, dadurch ge&ennzeicnnet, daß man die Elektrode jedes iial verstellt, wenn, der Änderungsbereich des Flüssigkeitsniveaus verändert wird.

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4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Messung jder Kapazität des Kondensators diesen mit einem Wechselstrom hoher Frequenz belastet.

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die der Flüssigkeit gegenüberstehende Fläche

. der EleKtrode auf der Temperatur der umgebenden Gase hält. .

6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck der Gasatmosphäre in der Nähe der üeictrode regelt bzw. reguliert, um so die Veränderungen der Feuchtigkeit der unter der -elektrode befindlichen Gase zu begrenzen.

7) Verfahren nach Ansprucn 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasatmosphäre auf einem Überdrucke in bezug auf die äußere Atmosphäre hält.

6) Verfanren nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, da.i man las FlUssigKeitsniveau regelt, indem man ein

Organ zur Speisung bzw. Beschickung des Behälters in von den
dsax gemessenen Veränderungen der Kapazi-

tät steuert.

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9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Beschickungsorgan mit einer mittleren Geschwindigkeit steuert, wenn die gemessene Kapazität zwischen einer unteren Grenze entsprechend einer unteren festgelegten Grenze für die Spiegelhöhe und einer oberen Grenze entsprechend einer oberen festgelegten Grenze für die Spiegelhöhe liegt, mit einer größeren Geschwindigkeit$. wenn die Kapazität unter der unteren Grenze für die Kapazität und mit einer ■ kleineren Geschwindigkeit, wenn die Kapazität über der oberen Grenze für die Kapazität liegt_o

10) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Beschickungsorgan nach wenigstens einer der Methoden der proportionalen, integralen und differentialen Eegelung steuerte

11) Vorrichtung zum kessen gemäß dem Verfanren nach Anspruch 1 der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere der Spiegelhöhe von geschmolzenem Glas in einer Wanne, wobei die Vorrichtung eine -Elektrode und Mittel zur Befestigung dieser Elektrode über der Flüssigkeit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrode (17) und der elektrisch leitenden Flüssigkeit (2) ein Gerät (29) zur Messung der Kapazität des Kondensators, dessen Belegungen sie bilden, zugeordnet ist ο 009825/0202

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12) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet;, daß die Mittel zur Befestigung der Elektrode mit Mitteln (23, 24, 25, 26, 27) zur Einstellung der Höhe der Elektrode versehen sindo

13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Elektrode kombiniert ist mit einer Marke (24, 27), die die Höhe der Elektrode

f bezeichnet.

14) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (29) zur Messung der Kapazität kombiniert ist mit einem 3-enerator (32) zur Erzeugung eines Wechselstromes hoher Frequenz·

15) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (29) zur Messung der Kapazität von einer Umschließung (67) umgeben ist, die mit Mitteln zur Regelung der inneren Temperatur verseilen ist.

16) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung (1, 5» 4), die die oberhalb der freien Oberfläche (3) der Flüssigkeit befindlichen Gase umschließt, in der Nähe der Elektrode (17) mit einer Rohrleitung (65) versehen ist, die der Messung des Druckes in der Umschließung dient, und die mit einem Druckregulator verbunden ist.

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17) Vorrichtung nach. Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet! daß die Elektrode (1?) mit einer Schicht (59) versehen ist aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante, die unter den Betriebsbedingungen unveränderlich ist.

18) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (17) verbunden ist mit einer metallischen Röhre (14), die angeschlossen ist an eine Leitung (18) zur Einspeisung von Kühlluft,

19) Vorrichtung nacn Anspruch 11, dadurch _beKerinzeichnet, daß die -^leKtrode (17) gehaltert ist -.iurcn eine isolierende Röhre (9)» in deren Innern eine Leimung (14) angeordnet ist, die zum Anschluß (2C, 16) der

(17) dient-

20) Vorrichtung nach Anspruch 19* dadurch _e e-riennzc-icnnet, daß die Röhre (9) angeschlossen ist an eine Leitung (18 über 1h-, I5) zur Einspeisung von Kühlluft.

£1) Vorrichtung nach Anspruch 19, daiurcn _LeKennst-ic;..iet;, xj die is j Ii erende Röhre (9) oois ^uarz ist.

) Vorrichtung nach Ansprucn 1--, d.idui-ch .e-Lennz-.ici-r.e ^ -iit isolierende Höhre ,v; au-? Aluminiumoxyd i?t

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DÄL)

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23) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dai: die Elektrode (1_%7) aus massivem leitendem katerial besteht.

24) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (29) zur Messung der Kapazität kombiniert ist mit Mitteln (36, 48), die ein Organ (51, 52) zur Beschickung des Behälters betätigen«.

25) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (29) ein bewegliches Organ (39, 40) aufweist, dessen Stellung sich ebenso verändert wie das FlüssigKeitsniveau und das zwei elektrische Kontakte (41, 42) in Tätigkeit setzt, und zwar je einen für jede Richtung, wenn das Organ von der Stellung abrückt, die dem für die Flüssigkeit vorgegebenen Niveau entspricht, und daß die Betätigung jedes Kontaktes die Gescnwindigkeit der Organe (51» 52) zur Beschickung des Behälters (1) verändert.

26) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (29) kombiniert ist mit Mitteln zur Regelung nach wenigstens einer der Methoden der proportionalen (54) und eventuell integralen (55) und differentialen (56) Wirkung.

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27) Verfahren zur Messung der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer elektrisch leitenden Flussigkei-t wie vorstenend beschrieben.

28) Vorrichtung zur Messung der Spiegelhöhe der freien Oberfläche einer elektrisch leitenden Flüssigkeit wie vorstehend beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungο

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