DE19714168C2

DE19714168C2 - Arrangement for hydrostatic level measurement in a pressure vessel

Info

Publication number: DE19714168C2
Application number: DE1997114168
Authority: DE
Inventors: Horst-Michael Prasser; Carola Schneider
Original assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: DE19714168A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur hydrostatischen Füllstandsmessung in Druckbehältern unterschiedlicher Größe, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, über der sich ein Gas befindet.The invention relates to an arrangement for hydrostatic level measurement in Pressure vessels of different sizes, which are filled with a liquid over which a Gas is located.

Das hydrostatische Verfahren ist seit langem das klassische Standardverfahren für die Füll standsmessung in Behältern, die teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sind. Es hat breite Anwendung in der thermischen und chemischen Verfahrenstechnik gefunden. Die Methode beruht darauf, daß die Druckdifferenz zwischen zwei Anschlußstutzen, die am Behälter angebracht sind, gemessen wird und unter Zugrundelegung der bekannten Dichten von Flüssigkeit und Gas der Füllstand berechnet wird [Profos, Pfeifer: Handbuch der industriellen Meßtechnik, 6. Auflage, Oldenburg-Verlag München/Wien (1994), 612].The hydrostatic process has long been the classic standard process for filling Level measurement in containers that are partially filled with liquid. It has wide application found in thermal and chemical engineering. The method is based on that the pressure difference between two connection pieces which are attached to the container, is measured and based on the known densities of liquid and gas Level is calculated [Profos, Pfeifer: Handbook of industrial measurement technology, 6th edition, Oldenburg-Verlag Munich / Vienna (1994), 612].

Wenn die Messung an Behältern durchzuführen ist, die unter Druck stehen, wird es erforderlich, einen sogenannten Differenzdruckumformer einzusetzen, bei dem die an den beiden Eingängen anstehenden Drücke auf ein und dieselbe Meßmembran wirken und die Druckdifferenz mit hoher Genauigkeit direkt gemessen wird. Der Systemdruck im Behälter hat dabei keinen Einfluß auf das Meßergebnis.If the measurement is to be carried out on containers that are under pressure, it will be necessary to use a so-called differential pressure converter, in which the at the two inputs existing pressures act on one and the same measuring membrane and the pressure difference with high accuracy is measured directly. The system pressure in the container has no influence on the measurement result.

Da sich die Anschlußstutzen am Behälter auf unterschiedlichen Höhen befinden müssen, ist es nicht möglich, beide Meßleitungen vom Behälter zum Differenzdruckumformer nur horizontal zu verlegen. Es müssen vertikale Abschnitte vorgesehen werden, mindestens um den Höhenunterschied zwischen den beiden Anschlußstutzen zu überwinden. Da sich in den Anschlußleitungen ebenfalls Meßmedium in gasförmiger oder flüssiger Form befinden kann, kommt es zu einer zusätzlichen Druckdifferenz, die bei der Ermittlung des Füllstands berücksichtigt werden muß. Der vom Differenzdruckumformer gemessene Wert ist eine Summe von Nutzsignal (Druckdifferenz zwischen den Anschlußstutzen) und der Druckdifferenzen innerhalb der Anschlußleitungen. Letztere müssen bekannt sein und vom Meßwert abgezogen werden.Since the connecting pieces on the container must be at different heights, it is not possible, both measuring lines from container to differential pressure transducer only horizontally relocate. Vertical sections must be provided, at least around the To overcome the height difference between the two connecting pieces. Because in the Connecting lines can also be measuring medium in gaseous or liquid form, there is an additional pressure difference when determining the level must be taken into account. The value measured by the differential pressure converter is a sum of the useful signal (pressure difference between the connecting pieces) and the pressure differences within the connecting lines. The latter must be known and subtracted from the measured value become.

Um sicherzustellen, daß die Druckdifferenzen in den Anschlußleitungen bekannt sind, wird der Füllstand in der Plusleitung des Differenzdruckumformers immer auf dem Niveau des oberen Anschlußstutzens gehalten bzw. es wird dafür gesorgt, daß er zumindest bekannt ist. Hierfür kommen sogenannte Pegelgefäße zum Einsatz. Das Pegelgefäß wird von einem seitlichen Stutzen aus über eine annähernd horizontal verlegten Leitung mit dem oberen Anschlußstutzen am Behälter verbunden. Am Boden des Pegelgefäßes wird die Anschlußleitung zum Differenzdruckgeber (Plusleitung) geführt (Profos, Pfeifer ebenda).To ensure that the pressure differences in the connection lines are known, the Level in the positive line of the differential pressure converter is always at the level of the upper one Connection piece held or it is ensured that it is at least known. Therefor so-called level vessels are used. The level vessel is from a side Connection from an approximately horizontally laid pipe with the upper connection piece connected to the container. At the bottom of the level vessel, the connecting line to Differential pressure transmitter (positive line) led (Profos, Pfeifer ibid).

Bei Behältern, in denen das Meßmedium im Siedezustand vorliegt, wird im Hinblick auf die Dichte in den Leitungen zum Differenzdruckumformer meist dafür gesorgt, daß die Leitungen ausreichend gekühlt werden, damit sie stets mit Kondensat gefüllt sind. Die Dichte in den Leitungen wird mit ausreichender Genauigkeit als Dichte des flüssigen Mediums bei Umgebungstemperatur angenommen. Zur Gewährleistung einer bekannten konstanten Temperatur in den Anschlußleitungen kann auch ein Kühlmantel zum Einsatz kommen, der die Leitungen und das Pegelgefäß umgibt und der in einen Kühlkreislauf eingebunden ist (DE-PS 30 46 933).For containers in which the measuring medium is in the boiling state, with regard to the Density in the lines to the differential pressure transducer mostly ensured that the lines be cooled sufficiently so that they are always filled with condensate. The density in the Pipes are added with sufficient accuracy as density of the liquid medium Ambient temperature assumed. To ensure a known constant Temperature in the connecting lines can also be used a cooling jacket that the Lines and the level vessel surrounds and which is integrated in a cooling circuit (DE-PS 30 46 933).

Eine andere Methode besteht in der Anwendung von sogenannten Zweikammerpegelgefäßen, die gewährleisten, daß sich das Medium in der Verbindungsleitung möglichst genau auf Sättigungstemperatur befindet (Hampel, R., Prasser, H.-M.; Fleischer, S.: Ausgewählte Probleme der Höhenstandsmeßtechnik für Druckbehälter in Kernkraftwerken mit WWER, Kernenergie 32 (1989) Heft 3, S. 106-112). In diesem Fall weist das Medium in der Verbindungsleitung die Dichte im Sättigungszustand auf, die ebenfalls ausreichend genau bekannt ist.Another method is the use of so-called two-chamber level vessels, which ensure that the medium in the connecting line is as precise as possible Saturation temperature (Hampel, R., Prasser, H.-M .; Fleischer, S .: Selected Problems of level measurement technology for pressure vessels in nuclear power plants with WWER, Nuclear Energy 32 (1989) Issue 3, pp. 106-112). In this case, the medium points in the Connection line on the density in the saturation state, which is also sufficiently accurate is known.

Weiterhin ist eine Meßanordnung mit zwei Differenzdruckumformern bekannt, bei der beide Umformer ihren unteren Anschlußstutzen am Behälter im Bereich unterhalb des Füllstands haben, der obere Anschlußstutzen des ersten Umformers ebenfalls unterhalb des Füllstandes, der des zweiten jedoch oberhalb des Füllstandes an den Behälter angebracht ist (DE-OS 30 39 210). Ein Nachteil der beschriebenen bekannten Anordnungen besteht darin, daß der Zustand im Pegelgefäß und in den Verbindungsleitungen zum Differenzdruckumformer nur bei konstantem Druck im Behälter dem für die Berechnung des Füllstands angenommenen Wert entspricht. Besonders problematisch sind Prozesse, die mit einer Abnahme des Drucks verbunden sind. Hierbei kann es zum Ausgasen bzw. Ausdampfen eines Teils der Flüssigkeit im Pegelgefäß und in den Verbindungsleitungen kommen, wenn der Druck den Sättigungswert unterschreitet oder wenn in der Flüssigkeit gelöste Gase vorliegen. Der Ausgasungs- bzw. Ausdampfprozeß ist mit einer starken Abnahme der Dichte durch Bildung eines Zweiphasengemischs verbunden, die nicht genau erfaßt oder berechnet werden kann. In der Regel findet die Gasbildung in der Plusleitung statt, wodurch der angezeigte Wert der Druckdifferenz abnimmt. Wenn zur Ermittlung des Füllstands für die Dichte in den Verbindungsleitungen weiterhin die Dichte der Flüssigkeit eingesetzt wird, wird ein Anstieg des Füllstands im Behälter ermittelt, der nicht der Tatsache entspricht (Hampel, R., Prasser, H.-M., Fleischer, S.: Ausgewählte Probleme der Höhenstandsmeßtechnik für Druckbehälter in Kernkraftwerken mit WWER, Kernenergie 32 (1989) Heft 3, S. 106-112).Furthermore, a measuring arrangement with two differential pressure transducers is known, in which both transducers have their lower connecting piece on the container in the area below the fill level, the upper connecting piece of the first transducer also below the fill level, but the second one is attached to the container above the fill level (DE -OS 30 39 210). A disadvantage of the known arrangements described is that the state in the level vessel and in the connecting lines to the differential pressure transducer corresponds only to the value assumed for the calculation of the fill level when the pressure in the vessel is constant. Processes that are associated with a decrease in pressure are particularly problematic. This may result in the outgassing or evaporation of part of the liquid in the level vessel and in the connecting lines if the pressure falls below the saturation value or if there are gases dissolved in the liquid. The outgassing or evaporation process is associated with a sharp decrease in density due to the formation of a two-phase mixture, which cannot be precisely determined or calculated. As a rule, gas formation takes place in the positive line, causing the value of the pressure difference to decrease. If the density of the liquid is still used to determine the fill level for the density in the connecting lines, an increase in the fill level in the container is determined which does not correspond to the fact (Hampel, R., Prasser, H.-M., Fleischer, S .: Selected problems in level measurement technology for pressure vessels in nuclear power plants with WWER, Nuclear Energy 32 ( 1989 ) Issue 3, pp. 106-112).

Es ist auch bekannt, derartige Ausdampfvorgänge dadurch zu verhindern, daß in unmittelbarer Nähe des Anschlußstutzens zur Verbindungsleitung zwischen Druckbehälter und Differenzdruckumformer Membranglieder eingesetzt werden, in denen eine Druckübertragung vom Meßmedium auf ein flüssiges Füllmedium mit einem Siedepunkt überhalb der im Behälter maximal auftretenden Temperatur erfolgt. Im weiteren Verlauf sind die Verbindungsleitungen nur mit dieser Flüssigkeit gefüllt, so daß dort Ausdampf- und Ausgaserscheinungen nicht stattfinden sollen (DE-OS 32 15 238). Nachteilig ist hierbei, daß bei der Druckübertragung vom Meßmedium auf das Füllmedium eine zusätzliche Druckdifferenz auftritt, die durch die Steifigkeit der Membran im Membranglied hervorgerufen wird und einen zusätzlichen Meßfehler verursacht.It is also known to prevent such evaporation processes in that immediate Proximity of the connecting piece to the connecting line between the pressure vessel and Differential pressure transducer diaphragm members are used in which a pressure transmission from the measuring medium to a liquid filling medium with a boiling point above that in the container maximum occurring temperature. In the further course are the connecting lines only filled with this liquid so that there are no evaporation and outgassing phenomena should take place (DE-OS 32 15 238). The disadvantage here is that the pressure transfer from Measuring medium on the filling medium an additional pressure difference occurs, which is caused by the Stiffness of the membrane in the membrane member is caused and an additional Measurement error caused.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Anordnungen, der besonders dann von Bedeutung ist, wenn eine unzulässige Abnahme des Füllstands aus Sicherheitsgründen mit großer Zuverlässigkeit angezeigt werden soll (z. B. in der Kerntechnik), besteht darin, daß ein Leck, welches zum Leerlaufen der Plusleitung führt, ebenfalls einen scheinbaren Anstieg des Füllstands hervorruft. Ein derart beschädigtes Meßsystem ist dann nicht mehr in der Lage, einen tatsächlich vorliegenden Füllstandsabfall richtig wiederzugeben.Another disadvantage of conventional arrangements, which is particularly important if an inadmissible decrease in the level for safety reasons with a large Reliability should be displayed (e.g. in nuclear technology) is that a leak, which leads to the idle of the positive line, also an apparent increase in Level. A measuring system damaged in this way is then no longer able to detect one to actually reflect the actual level drop.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Messung der Druckdifferenz zwischen den beiden Anschlußstutzen am Behälter vorzuschlagen, durch die auch bei nicht konstantem Druck im Behälter eine exakte Berechnung des Füllstandes im Behälter vorgenommen werden kann. Dabei soll das Ausdampfen von Flüssigkeit vermieden werden oder nur dort stattfinden können, wo es keine Auswirkungen auf das Meßergebnis hat.The object of the invention is to provide an arrangement for measuring the pressure difference between the to propose two connecting pieces on the tank, through which even with non-constant pressure an exact calculation of the fill level in the container can be carried out in the container. The evaporation of liquid should be avoided or only be able to take place there, where it has no effect on the measurement result.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl der obere als auch der untere Anschlußstutzen des Behälters mit einem der Eingänge von je einem Differenzdruckumformer verbunden sind. Die Verbindungsleitungen zwischen den Anschlußstutzen und den Differenz druckumformern sollen horizontal verlegt sein. Die beiden anderen Eingänge der Differenz druckumformer sind miteinander verbunden, die hierfür verwendete Verbindungsleitung ist mit einem Medium stets bekannter Dichte gefüllt. Die Verbindungsleitung überbrückt die Höhen differenz zwischen den beiden Anschlußstutzen am Behälter. Die Meßsignalausgänge der beiden Differenzdruckumformer sind mit einer Schaltung zur Differenzbildung verbunden, die sowohl analog als auch digital ausgeführt sein kann. Das Ausgangssignal der Schaltung ist ein Maß für die Höhe des Füllstands.According to the invention the object is achieved in that both the upper and the lower Connection piece of the tank with one of the inputs of a differential pressure transducer are connected. The connecting lines between the connecting piece and the difference pressure transmitters should be installed horizontally. The other two inputs of the difference pressure transmitters are connected to each other, the connection line used for this is connected to filled with a medium of known density. The connecting line bridges the heights difference between the two connecting pieces on the tank. The measuring signal outputs of the two Differential pressure transducers are connected to a circuit for difference formation, both can be designed analog as well as digital. The output signal of the circuit is a measure of the level.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Verbindungs leitung zwischen den Differenzdruckumformern mit einem Gas gefüllt ist. In diesem Fall wird der Druckausgleich zwischen der Verbindungsleitung der Differenzdruckumformer und dem Behälter durch ein Druckausgleichsgefäß realisiert. Die Verbindungsleitung ist über eine Druck ausgleichsleitung mit dem Kopfbereich des Druckausgleichsgefäßes verbunden. Der Boden anschluß des Druckausgleichsgefäßes ist an den Teil des Druckbehälters angeschlossen, in dem sich Flüssigkeit befindet. Im Druckausgleichsgefäß stellt sich ein Flüssigkeitsspiegel ein. Wenn die Verbindungsleitung zwischen den Differenzdruckumformern mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, ist im Druckausgleichsgefäß eine elastische Membran zur Trennung von zu messender Flüssigkeit und Füllflüssigkeit anzuordnen.An advantageous embodiment of the invention is achieved in that the connection line between the differential pressure converters is filled with a gas. In this case the pressure equalization between the connecting line of the differential pressure transducer and the Container realized by a pressure compensation vessel. The connecting line is over a pressure compensation line connected to the head area of the pressure compensation vessel. The floor Connection of the pressure compensation vessel is connected to the part of the pressure vessel in which there is liquid. A liquid level is set in the pressure compensation vessel. If the connection line between the differential pressure transducers with a liquid is filled, there is an elastic membrane in the pressure compensation vessel to separate it from to arrange measuring liquid and filling liquid.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung in ihrer Grundausführung; Fig. 1 shows the arrangement according to the invention in its basic design;

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1, ergänzt um einen Druckausgleich über ein Druckausgleichsgefäß, wobei die Verbindungsleitungen mit Gas gefüllt sind; FIG. 2 shows the arrangement according to FIG. 1, supplemented by pressure equalization via a pressure equalization vessel, the connecting lines being filled with gas;

Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1, ergänzt um einen Druckausgleich über ein Druckausgleichsgefäß, wenn die Verbindungsleitungen mit Flüssigkeit gefüllt sind. Fig. 3 shows the arrangement of FIG. 1, supplemented by a pressure equalization via a pressure equalization vessel when the connecting lines are filled with liquid.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist der Behälter 1 mit einem unter Druck stehenden Medium gefüllt, wobei ein Teil des Mediums in flüssiger Form, der übrige Teil in Gasform vorliegt. An dem Behälter 1 befinden sich ein oberer Anschlußstutzen 2 und ein unterer Anschlußstutzen 3. Die Lage der Anschlußstutzen muß so gewählt sein, daß sich der zu bestimmende Füllstand 4 der Flüssigkeit innerhalb des Meßbereichs stets zwischen den beiden Anschlußstutzen 2 und 3 befindet. Der obere Anschlußstutzen ist über eine horizontal zu verlegenden Leitung 5 mit einem der Eingänge eines Differenzdruckumformers 6 verbunden. Der untere Anschlußstutzen steht über die ebenfalls horizontal zu verlegende Leitung 7 mit einem der Eingänge eines weiteren Differenzdruckumformers 8 in Verbindung. Die exakt horizontale Verlegung der Leitungen 5, 7 ist die beste Lösung. Eine leicht geneigte Verlegung dieser Leitungen 5, 7 kann sich als notwendig erweisen, um die Differenzdruckumformer 6, 8 vor dem Eindringen von Dampf zu schützen. In diesem Fall muß die dabei auftretende Höhendifferenz in einer Fehlerberechnung berücksichtigt werden. Die beiden anderen Eingänge der Differenzdruckumformer 6, 8 werden durch eine Verbindungsleitung 9 zusammengeschaltet. Während die Leitungen 5 und 7 horizontal zu verlegen sind, überbrückt die Verbindungsleitung 9 den Höhenunterschied zwischen den beiden Anschlußstutzen 2 und 3 und entsprechend den Höhenunterschied zwischen den Differenzdruckumformern 6 und 8, die sich wegen der horizontalen Verlegung der Leitungen 5, 7 auf den Höhenpositionen der entsprechenden Anschlußstutzen 2 bzw. 3 befinden. Die Verbindungsleitung 9 muß mit einem Füllmedium von stets bekannter Dichte gefüllt sein. Dies geschieht über das Füllventil 10. Durch Zuspeisen bzw. Ablassen von Füllmedium über das Füllventil 10 wird in der Verbindungsleitung 9 ein Druck eingestellt, der dem Systemdruck im Behälter 1 nahekommt. Der Druck in der Verbindungsleitung 9 muß nicht exakt dem Druck im Behälter 1 entsprechen. Es muß jedoch stets gewährleistet sein, daß der Meßbereich bei keinem der beiden Differenzdruckumformer 6, 8 überschritten wird. Die Signalausgänge der Differenzdruckumformer 6 und 8 werden auf eine Schaltung zur Differenzbildung 11 gelegt. Der Füllstand im Behälter 1 ergibt sich aus dem am Ausgang 12 der Schaltung 11 anliegenden Differenzsignal als von den beiden Differenzdruckumformern 6 und 8 ermittelten Druckdifferenzen ΔΔp = Δp₁ - Δp₂. Die Bildung der Differenz der beiden Meßwerte wird von der Schaltung 11 elektronisch auf analogem oder digitalem Weg vorgenommen. Das Ausgangssignal der Schaltung 11 ist das Maß für den Füllstand im Behälter. Die Ermittlung des Füllstands im Behälter 1 hat nach folgender Formel zu erfolgen:
In the arrangement according to FIG. 1, the container 1 is filled with a medium under pressure, part of the medium being in liquid form and the rest being in gaseous form. An upper connection piece 2 and a lower connection piece 3 are located on the container 1 . The position of the connecting piece must be selected so that the level 4 of the liquid to be determined is always within the measuring range between the two connecting pieces 2 and 3 . The upper connecting piece is connected via a line 5 to be laid horizontally to one of the inputs of a differential pressure converter 6 . The lower connection piece is connected via the line 7, which is also to be laid horizontally, to one of the inputs of a further differential pressure converter 8 . The exact horizontal laying of lines 5 , 7 is the best solution. A slightly inclined laying of these lines 5 , 7 may prove necessary to protect the differential pressure transducers 6 , 8 from the ingress of steam. In this case, the height difference that occurs must be taken into account in an error calculation. The two other inputs of the differential pressure transducers 6 , 8 are interconnected by a connecting line 9 . While the lines 5 and 7 are to be laid horizontally, the connecting line 9 bridges the height difference between the two connecting pieces 2 and 3 and accordingly the height difference between the differential pressure transducers 6 and 8 , which are due to the horizontal laying of the lines 5 , 7 at the height positions of the corresponding connector 2 or 3 are. The connecting line 9 must be filled with a filling medium of always known density. This is done via the filling valve 10 . By feeding or draining the filling medium via the filling valve 10 , a pressure is set in the connecting line 9 which comes close to the system pressure in the container 1 . The pressure in the connecting line 9 does not have to correspond exactly to the pressure in the container 1 . However, it must always be ensured that the measuring range is not exceeded in either of the two differential pressure transducers 6 , 8 . The signal outputs of the differential pressure transducers 6 and 8 are placed on a circuit for forming the difference 11 . The fill level in the container 1 results from the differential signal present at the output 12 of the circuit 11 as pressure differences ΔΔp = Δp ₁ - Δp ₂ determined by the two differential pressure converters 6 and 8 . The formation of the difference between the two measured values is carried out electronically by the circuit 11 in an analog or digital way. The output signal of the circuit 11 is the measure of the fill level in the container. The level in container 1 must be determined using the following formula:

wobei
Δp₁ Meßwert des Differenzdruckumformers 6,
Δp₂ Meßwert des Differenzdruckumformers 8,
ΔΔp Differenz der Meßwerte der beiden Differenzdruckaufnehmer 6 und 8,
ρ_v Dichte des Füllmediums in der Verbindungsleitung 9,
ρ_G Dichte des Gases/Dampfes im Behälter 1,
ρ_F Dichte der Flüssigkeit im Behälter 1,
g Erdbeschleunigung,
ΔH Höhendifferenz zwischen oberem und unterem Anschlußstutzen 2, 3 am Behälter 1,
L Füllstand im Behälter 1, von der Höhe des unteren Anschlußstutzens 2 aus gerechnet,
bedeuten. in which
Δp ₁ measured value of the differential pressure transducer 6 ,
Δp ₂ measured value of the differential pressure converter 8 ,
ΔΔp difference of the measured values of the two differential pressure transducers 6 and 8 ,
ρ _v density of the filling medium in the connecting line 9 ,
ρ _G density of gas / vapor in container 1 ,
ρ _F density of the liquid in container 1 ,
g gravitational acceleration,
ΔH height difference between the upper and lower connecting piece 2 , 3 on the container 1 ,
L level in container 1 , calculated from the height of the lower connection piece 2 ,
mean.

Als Füllmedium ist vorzugsweise ein nichtkondensierbares Gas zu verwenden. Dieses Gas ga rantiert, daß in der Verbindungsleitung 9 keinerlei Kondensations-, Verdampfungs- oder Ausga sungsprozesse ablaufen können, die bei Füllung mit einem anderen Füllmedium auftreten würden. Solche Vorgänge können fortan nur noch in den Leitungen 5, 7 zwischen den Differenz druckaufnehmern 6 und 8 und dem Behälter 1 vorkommen, wo jedoch durch die horizontale Verlegung keine hydrostatischen Druckdifferenzen vorliegen. Gas hat weiterhin den Vorteil geringer Dichte, so daß die hydrostatische Druckdifferenz in der Verbindungsleitung 9 gering ist.A non-condensable gas should preferably be used as the filling medium. This gas guarantees that no condensation, evaporation or Ausga processing processes can occur in the connecting line 9 , which would occur when filling with another filling medium. From now on, such processes can only occur in the lines 5 , 7 between the differential pressure transducers 6 and 8 and the container 1 , but where there are no hydrostatic pressure differences due to the horizontal laying. Gas also has the advantage of low density, so that the hydrostatic pressure difference in the connecting line 9 is low.

Es besteht die Möglichkeit, die Dichte des Füllgases in der angegebenen Formel zu vernachlässigen und den maximal auftretenden Fehler duch eine Fehlerrechnung abzuschätzen. Bei höheren Behälterdrücken kann die Gasdichte jedoch Werte annehmen, die berücksichtigt werden müssen. Die Dichte kann mit guter Genauigkeit aus dem Systemdruck im Behälter 1 und der Temperatur der Umgebung der Verbindungsleitung 9 ermittelt werden. Es kann auch eine Helium- oder Wasserstofffüllung in Betracht gezogen werden, wodurch die Dichte in der Verbindungsleitung 9 besonders klein gehalten werden kann.It is possible to neglect the density of the filling gas in the specified formula and to estimate the maximum error that can occur using an error calculation. At higher tank pressures, however, the gas density can assume values that have to be taken into account. The density can be determined with good accuracy from the system pressure in the container 1 and the temperature of the surroundings of the connecting line 9 . Helium or hydrogen filling can also be considered, as a result of which the density in the connecting line 9 can be kept particularly low.

Durch die Differenzbildung fließen die Systemdrücke im Behälter 1 und in der Verbindungs leitung 9 sowie die Dichte des Meßmediums unterhalb des unteren Anschlußstutzens 3 nicht in das Meßergebnis ein. Daraus folgt, daß ein eventueller Fehler beim Druckausgleich keinen Ein fluß auf die Meßgenauigkeit hat.Due to the difference, the system pressures in the container 1 and in the connecting line 9 and the density of the measuring medium below the lower connecting piece 3 do not flow into the measurement result. It follows that a possible error in the pressure compensation has no influence on the measuring accuracy.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Druckausgleich zwischen dem Systemdruck im Behälter 1 und der Verbindungsleitung 9 mit Hilfe eines Druckausgleichsgefäßes 13 vorgenommen werden. Über das Füllventil 10 wird zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anordnung das nichtkondensierbare Gas (für viele praktische Fälle z. B. Stickstoff, aber auch Helium oder Wasserstoff) eingespeist. Im Druckausgleichsgefäß 13 stellt sich ein Füllstand ein. Bei einem Anstieg des Drucks im Behälter 1 gelangt Flüssigkeit über die Leitung 14 in das Druckaus gleichsgefäß 13, der Füllstand im Druckausgleichsgefäß 13 steigt daraufhin an und das Gas im Kopfbereich des Druckausgleichsgefäßes 13 sowie in der Verbindungsleitung 9 wird komprimiert. Bei Druckabfall strömt die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zurück in den Behälter 1. Dadurch wird in jedem Fall der Druckausgleich vollzogen. Das Volumen des Druckausgleichsgefäßes 13 ist so zu bemessen, daß bei Druckanstieg keine Flüssigkeit in die Verbindungsleitung 9 gelangen kann. As shown in FIG. 2, the pressure compensation between the system pressure in the container 1 and the connecting line 9 can be carried out with the aid of a pressure compensation vessel 13 . The non-condensable gas (for many practical cases, for example nitrogen, but also helium or hydrogen) is fed in via the filling valve 10 when the arrangement is started up. A fill level is established in the pressure compensation vessel 13 . With an increase of the pressure in container 1 passes the liquid via line 14 the same vessel in the Druckaus 13, the level in the pressure equalizing vessel 13 rises thereafter, and the gas in the head region of the pressure equalizing vessel 13 and in the connecting pipe 9 is compressed. If the pressure drops, the liquid flows back into the container 1 in the opposite direction. This ensures that the pressure is equalized in every case. The volume of the pressure compensation vessel 13 is to be dimensioned such that no liquid can get into the connecting line 9 when the pressure rises.

Tritt ein Leck auf der Seite der mit Gas gefüllten Verbindungsleitung 9 auf, so füllt sich diese mit Flüssigkeit aus dem Behälter 1 über das Druckausgleichsgefäß 13. Dabei nimmt ΔΔp ab, wodurch der angezeigte Füllstandswert abfällt. Für Füllstandsmeßstellen bei Kernreaktoren führt dieser Abfall zur Verfälschung des Anzeigewerts in Auslöserichtung von wichtigen sicherheits technischen Einrichtungen (Reaktornotkühlung). Damit ist der Nachteil von Systemen mit Pegelgefäß behoben, die bei Leckagen an der Verbindungsleitung eine Zunahme des Anzeigewertes gegenüber dem tatsächlichen Höhenstand liefern.If there is a leak on the side of the gas-filled connecting line 9 , it is filled with liquid from the container 1 via the pressure compensation vessel 13 . In the process, ΔΔp decreases, as a result of which the displayed level value drops. For fill level measuring points in nuclear reactors, this drop leads to falsification of the display value in the direction of triggering of important safety-technical devices (reactor emergency cooling). This eliminates the disadvantage of systems with a level vessel, which provide an increase in the displayed value compared to the actual level in the event of leaks in the connecting line.

Als Füllmedium in der Verbindungsleitung 9 kann auch eine Flüssigkeit verwendet werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Siedepunkt der Flüssigkeit bei keinem der zu erwartenden Anlagenzuständen erreicht werden kann. Desweiteren muß die Füllflüssigkeit möglichst frei von gelösten Gasen sein, damit ein Druckabfall nicht zu Ausgasungsvorgängen führen kann.A liquid can also be used as the filling medium in the connecting line 9 . It is important to ensure that the boiling point of the liquid cannot be reached in any of the expected system states. Furthermore, the filling liquid must be as free as possible of dissolved gases so that a pressure drop cannot lead to outgassing processes.

Gemäß Fig. 3 kann bei Verwendung einer Flüssigkeit der Druckausgleich durch eine elastische Membran 15, die im Druckausgleichsgefäß 13 angeordnet ist, erfolgen. Wegen der geringen Kompressibilität der Flüssigkeit ist die Herstellung des Druckausgleichs zwischen Behälter 1 und Verbindungsleitung 9 nur mit kleinen Volumenänderungen verbunden. Die Membran 15 kann auch in Form eines Faltenbalgs ausgeführt sein.Referring to FIG. 3, when using a liquid, the pressure equalization through an elastic membrane 15 which is disposed in the pressure equalizing tank 13, take place. Because of the low compressibility of the liquid, the production of the pressure compensation between the container 1 and the connecting line 9 is only associated with small changes in volume. The membrane 15 can also be designed in the form of a bellows.

Beim Auftreten einer Leckage nimmt der Druck in der mit Flüssigkeit gefüllten Verbin dungsleitung 9 rasch ab. Dadurch werden beide Differenzdruckumformer 6, 8 übersteuert, wodurch die Anordnung ausfällt. Die Übersteuerung kann mit Hilfe von Schwellwertbausteinen nachgewiesen werden mit der Folge, daß eine automatische Erkennung des Ausfalls der Meßanordnung gegeben ist.When a leak occurs, the pressure in the liquid-filled connec tion line 9 decreases rapidly. As a result, both differential pressure converters 6 , 8 are overridden, as a result of which the arrangement fails. The overload can be detected with the aid of threshold value modules, with the result that there is an automatic detection of the failure of the measuring arrangement.

Claims

1. Anordnung zur hydrostatischen Füllstandsmessung in einem Druckbehälter, der zu einem Teil mit Gas, zum anderen mit einer Flüssigkeit, deren Füllstand zu bestimmen ist, gefüllt ist, bei der der Füllstand unter Kenntnis der Dichten von Flüssigkeit und Gas sowie der Erdbeschleunigung aus der zwischen zwei, auf unterschiedlichen Höhen am Behälter angebrachten Anschlußstutzen vorliegenden Druckdifferenz bestimmt wird und die Druckdifferenz durch Differenzdruckumformer gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der obere als auch der untere Anschlußstutzen mit einem der Eingänge von je einem Differenzdruckumformer über horizontal verlegte Verbindungsleitungen verbunden sind, daß die beiden anderen Eingänge der Differenzdruckumformer miteinander verbunden sind, wobei die hierfür verwendete Verbindungsleitung mit einem Medium bekannter Dichte gefüllt ist und daß die Meßsignalausgänge der beiden Differenzdruckumformer mit einer Schaltung zur Differenzbildung verbunden sind, die die Druckdifferenz als Maß für den Füllstand ausgibt.1. Arrangement for hydrostatic level measurement in a pressure vessel, which is partly filled with gas, partly with a liquid, the level of which is to be determined, in which the level with knowledge of the densities of liquid and gas and the acceleration due to gravity from between two, at the different heights attached to the container connecting piece present pressure difference is determined and the pressure difference is measured by differential pressure transducer, characterized in that both the upper and the lower connecting piece are connected to one of the inputs of a differential pressure transducer via horizontally laid connecting lines, that the two other inputs of the differential pressure transducers are connected to one another, the connecting line used for this being filled with a medium of known density and that the measurement signal outputs of the two differential pressure transducers are connected to a circuit for forming the difference unden, which outputs the pressure difference as a measure of the level.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen den Differenzdruckumformern mit einem Gas gefüllt ist und daß die Verbindungsleitung über eine Druckausgleichsleitung mit dem Kopfbereich eines Druckausgleichsgefäßes verbunden ist, dessen Bodenanschluß an den Teil des Druckbehälters angeschlossen ist, in dem sich die Flüssigkeit befindet. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the connecting line is filled with a gas between the differential pressure transducers and that the Connection line via a pressure compensation line to the head area of a Pressure compensation vessel is connected, the bottom connection to the part of the Pressure vessel is connected, in which the liquid is located.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen den Differenzdruckumformern mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und daß die Verbindungsleitung über eine Druckausgleichsleitung mit einem Druckausgleichsgefäß verbunden ist, dessen zweiter Anschluß an den Druckbehälter angeschlossen ist, wobei eine im Druckausgleichsgefäß angeordnete elastische Membran die Trennung von zu messender Flüssigkeit und Füllflüssigkeit gewährleistet.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the connecting line between the differential pressure transducers is filled with a liquid and that the Connection line via a pressure compensation line with a pressure compensation vessel is connected, the second connection of which is connected to the pressure vessel, one elastic membrane arranged in the pressure compensation vessel separates the one to be measured Liquid and filling liquid guaranteed.