DE2840848A1

DE2840848A1 - Fluessigkeitspegel-ueberwachungssystem

Info

Publication number: DE2840848A1
Application number: DE19782840848
Authority: DE
Inventors: William B Hamelink
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB2005415A; FR2404207A1; JPS5458055A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ÜBerwachungssystem nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Widerstands-Detektoreinrichtungen für Flüssigkeiten in Form von Fühlern zur Erfassung des Vorhandenseins bzw. der Abwesentheit von Wasser in Boilern einer Heizeinrichtung sind seit langem bekannt. Diese Art von Fühlern benutzt normalerweise einen einzigen Leiterkreis zwischen einem Fühler und dem Boiler oder zwischen zwei Elementen bzw. Bereichen eines einzelnen Fühlers. Die Widerstandsmessung wird sodann benutzt, um festzustellen, ob Wasser in dem Boiler vorhanden ist oder nicht. Diese Art von Fühlern erfordert einen großen Aufwand bei der Wartung, um sicherzustellen, daß der durch das Boilerwasser hervorgerufene Kesselstein der sich auf dem Fühler absetzt, den Fühler nicht kurzschließt und fälschlicherweise das Vorhandensein von Boilerwasser simuliert.

Diese Schwierigkeiten werden durch einen aus der DE-OS 26 43 522 bekannten Fühler vermieden. Diese Veröffentlichung beschreibt eine Widerstands-Detektoreinrichtung für Flüssigkeiten mit 3 elektrisch leitenden Bereichen,die normalerweise elektrisch voneinander isoliert sind. Durch einen geeigneten Anschluß dieser Fühlerbereiche an einen Auswerteschaltkreis ist es möglich, die bei dem eingangs genannten Fühler mit 2 leitenden Bereichen auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. Dieser verbesserte Fühler wird normalerweise an einen einen Verstärker aufweisenden elektrischen Schaltkreis angeschlossen, der mit seinem Ausgang einen Schalter bzw. ein Relais steuert. Während die Fühlerfunktion selbst im wesentlichen eigensicher ist, kann der zugeordnete Schaltkreis ein fehlerhaftes, Verhalten aufweisen, durch das das Vorhandensein einen leitfähigen Flüssigkeit angezeigt wird, obgleich eine solche Flüssigkeit nicht vorhanden ist.

Es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um diesen Mangel zu beheben, aber diese Lösungen sind "verhältnismäßig komplex und teuer gewesen. Eine mögliche vorgeschlagene Lösung besteht darin, den

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Wasserpegel in einem Boiler anzuheben und abzusenken, um einen . . Schaltkreis zu öffnen und zu schließen, sodaß dessen Funktion durch die Prüfung des Betriebs des gesamten Systems erfaßt werden kann. Dies erfordert normalerweise einen übertriebenen Aufwand an zusätzlicher Ausrüstung, wobei eine Modifikation des Boilers bzw. des Behälters, in dem sich die leitfähige Flüssigkeit befindet, erforderlich^ werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne das Erfordernis solcher Modifikationen den dem Fühler nachgeschalteten Schaltkreis so auszubilden, daß er eine eigensichere Funktion aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die vorliegende Erfindung verwendet einen Fühler, wie er in der DE-OS 26 43 522 dargestellt und beschrieben ist. Der Fühler ist dabei so angeordnet, daß er ein zyklisches Ausgangssignal aufgrund eines dem System zugeführten zyklischen Speisesignals liefert. Das zyklische Ausgangssignal tritt nur auf, wenn der Fühler von einer leitfähigen Flüssigkeit benetzt wird, wodurch eine vorbestimmte gewünschte Widerstandsstrecke gebildet wird. Dieses zyklische Ausgangssignal wird sodann einem elektrischen Schaltkreis zugeführt, der nur auf ein zyklisches Eingangssignal anspricht und der ein Ausgangs-Schaltsignal_liefert, wenn das zyklische Eingangssignal vorliegt. Da der Fühler selbst im wesentlichen eigensicher arbeitet, ruft ein jeglicher Fehler in dem elektronischen Schaltkreis zwischen dem Fühler und einer Ausgangs-Schalteinrichtung eine Abschaltung des Systems hervor, wodurch der Fehler erkannt werden kann.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Figur 1 einen eigensicheren Fühler; und

Figur 2 einen Schaltkreis des Pegel-Überwachungssystems unter Verwendung des Fühlers gemäß Figur 1.

Firgur d zeigt eine einfache Darstellung des eigensicheren Fühlers, wie er bereits in der DE-OS 26 43 522 dargestellt und beschrieben ist. Eine kurze Beschreibung seiner Wirkungsweise erscheint jedoch an dieser Stelle angebracht, um das gesamte in Figur 2 dargestellte uberwachungssystem für den Pegel von leitfähigen Flüssigkeiten besser verstehen zu können.

Der Fühler 10 besteht aus Metall und kann mittels eines Gewindeteils 11 in eine Öffnung eines Behälters eingeschraubt werden, wobei der Behälter die zu erfassende leitfähige Flüssigkeit aufweist. Die Flüssigkeit kann beispielsweise durch das Wasser in einem Boiler gebildet werden. Zwecks Vereinfachung der Erläuterung sei hier angenommen, daß es sich bei der leitfähigen Flüssigkeit um Wasser handelt und daß das Überwachungssystem den Pegelstand von Wasser in einem Boiler überwacht. Ferner sei angenommen, daß das Wasser auf einem Pegel gehalten wird, der normalerweise unterhalb des isolierten Teiles des Fühlers liegt. Der Fühler 10 besitzt ein zentrales Fühlerelement 12,das durch einen Isolator 19 hindurch geführt ist und sich um eine gewünschte Länge in einen Boiler erstreckt, um das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit von Wasser zu erfassen.

Im Anschluß an das Gewindeglied 11 befindet sich ein Paar isolierender Ringe 13 und 14, die einen Ring 15 aus Metall zwischen sich einschließen. Der Ring 15 ist über einen durch den Isolator 19 hindurchgeführten Leiter 16 an einen Draht 17 anschließbar. Der Ring 15 sei als Schutz bzw. Überwachungsring bezeichnet. Das Fühlerelement 12, das Gewindeglied 11 und der Schutzring 15 bilden 3 vonein-

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ander getrennte isolierte stromführende Elemente des Fühlers. Durch, das Fühlerelement 12_r das Gewindeglied 11 und den Schutzring; 15, werden 3 verschiedene Stromwege bzw. Widerstände definiert. Das Gewindeglied 11 kann als geerdet angesehen werden und ist normalerweise elektrisch mit der Masse eines Wasserboilersystems verbunden. Bei ansteigendem Wasser wird zunächst das Fühlerelement 12 von dem Wasser benetzt. Infolgedessen wird ein Stromweg 20 mit einem bestimmten Widerstand gebildet, durch den normalerweise das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit von Wasser in dem Boiler erfaßt wird. Ein zweiter Strompfad 21 kann zwischen dem Fühlerelement 12 und dem Schutzring 15 entstehen. Dieser Stromweg entspricht einem abnormalen Zustand und erliefert einen Hinweise/ daß sich eine Kesselsteinablagerung in unerwünschter Weise gebildet hat. Ein weiterer Strompfad 22 der öinem unerwünschten Zustand entspricht, ist zwischen dem Schutzring 15 und dem Gewindeglied 11 bzw. Masse dargestellt. Auch dieser Strompfad kann durch vorliegenden Kesselstein hervorgerufen werden.

Ein den Fühler gemäß Figur 1 verwendendes System zeigt den Pegel des Wassers in dem Boiler an, indem es das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit des Strompfades 20 feststellt. Das Vorliegen des Strompfades 21 bzw. 22 stellt einen fehlerhaften bzw. einen unerwünschten Zustand dar, der anzeigt, daß das Wasser zu hoch ist bzw. daß sich Kesselstein gebildet hat, wodurch der Fühler 10 kurzgeschlossen wird. Unter Zugrundelegung vorstehender Ausführung sei nunmehr das Überwachungssystem gemäß Figur 2 beschrieben.

Gemäß Figur 2 ist eine übliche Wechselspannungsquelle 25 an ein paar von Anschlüssen 26 und 27 angeschlossen, die mit der Primärwicklung 28 eines Transformators 30 verbunden sind. Der Transformator 30 besitzt eine Sekundärwicklung 31, die den Fühler 10 zwischen dem Gewindeglied 11 und dem Schutzring 15 über einen Begrenzungswider stand 32 speist. Ein weiterer Anschluß des Fühlers 10 ist dem Fühlerelement 12 zugeordnet. Es ist somit ersichtlich, daß bei einer Wechselspannungsversorgung aus der Quelle 25 der Trans-

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formator 30 eine Wechselspannung zwischen dem Gewindeglied 11 und dem Schutzring 35 anlegt, wobei letzterer an eine gemeinsame Leitung 33 angeschlossen ist. Der Transformator 30 besitzt eine weitere Wicklung 34, die über eine Gleichrichterdiode 35 an einen Filterkondensator 36 angeschlossen ist. Die Diode 35 und der Filterkondensator 36 liefern eine gefilterte Gleichspannung auf einer Leitung 37/ die benutzt wird, um einen Teil des Pegelüberwachungssystems zu speisen.

Der Fühler 10 ist mit seinem Fühlerelement 12 an eine Leitung 40 angeschlossen, die ihrerseits an einen ersten Transistor 41 angeschlossen ist. Der Transistor 41 wird über einen Widerstand 42 von der Leitung 37 gespeist, und er liefert ein Ausgangssignal auf der Leitung 43, die an einen zweiten Transistor 44 angeschlossen ist. Der Transistor 44 wird über einen Widerstand 45 von der Leitung gespeist, und er ist über eine Leitung 46 an die Leitung 33 angeschlossen. Die elektronische Eingangsschaltung wird durch eine Diode 47 vervollständigt, die zwischen die Leitungen 33 und 40 geschaltet ist und während eines Halbzyklus der an das System angelegten Spannung den Schutzring 15 mit dem Widerstandselement 12 kurzschließt. Die soweit beschriebene elektronische Schaltung bildet eine Eingangs-Schalteinrichtung, die an den Fühler 10 und an die periodisch veränderliche Spannungsquelle 25 angeschlossen ist. Es sei darauf verwiesen, daß die periodisch veränderliche Spannungsquelle auch in anderer Art als durch eine herkömmliche Wechselspannungsquelle und einen Transformator realisiert werden kann. Es kann beispielsweise eine Impulsquelle, ein Rechteckwellengenerator, eine digitale Signalquelle oder eine andere herkömmliche Quelle verwendet werden, die eine sich periodisch verändernde elektrische Energie liefert.

Das System gemäß Figur 2 wird durch eine elektrische Speichereinrichtung 50 vervollständigt, die an eine Ausgangs-Schalteinrichtung 51 angeschlossen ist. Die elektrische Speichereinrichtung 50 umfaßt

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einen ersten Kondensator 52, der über eine Diode 53 dem Transistor 44 parallel geschaltet ist. Eine weitere Diode 54 und ein weiterer Kondensator 55 sind der Diode 53 parallel geschaltet. Die Ausgangs-Schalteinrichtung 51 umfaßt eine Relaisspule 56, die dem zweiten Kondensator 53 parallel geschaltet ist» Die Relaisspule 56 wirkt über ein Betätigungsglied 57 auf einen normalerweise geöffneten Schaltkontakt 58 ein. Die Ausgangs-Schalteinrichtung bzw. das Relais 51 kann soviele Arbeits- und Ruhekontakte aufweisen,, wie dies für den jeweiligen Änwendungsfall gefordert ist, wobei der Einfachheit halber, im vorliegenden Fall nur ein Kontakt dargestellt ist.

Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des überwachungssystems sie nunmehr dessen Wirkungsweise beschrieben;

Die Wirkungsweise des Überwachungssystems gemäß Figur 2 wird am besten verständlich., wenn als Spannungsquelle 25 eine herkömmliche Wechselspannungsquelle und als Fühlerelement 10 der in Figur 1 dargestellte Fühler zu Grunde gelegt werden. Ferner sei als Flüssigkeit, die den Fühler benetzt, Boilerwasser angenommen, durch welches normalerweise ein elektrischer Schaltkreis, d.tu ein Widerstand 20, zwischen den Fühlerelementen 11 und 12 gebildet wird.

Die angelegte Wechselspannung wird durch die Sekundärwicklung 34 transformiert und über die Diode 35 dem Filterkondensator 36 zugeführt, um ein Gleichspannungspotential auf der Leitung 37 zu liefern. Es fließt ein Strom über die Leitung 37 und den Widerstand 45 zu dem Kondensator 52 und über die Diode -53 und die Leitung 33 zu dem Kondensator 36. Der Kondensator 52 wird hierbei aufgeladen und weist die in der Zeichnung.dargestellte Polarität auf.

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Wird der Fühler 10 nicht von einer leitfähigen Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, benetzt, so wird kein elektrischer Strompfad zwischen dem Fühlerelement 11 und dem Fühlerelement 12 gebildet. Ebenso werden keine Strompfade zwischen dem Element 11 und dem Schutzring 15, sowie dem Fühlerelement 12 und dem Schutzring 15;gebildet. Infolgedessen führt die Leitung 40 keine Spannung und der Transistor 41 bleibt gesperrt. Wenn sich der Transistor 41 nicht im stromführenden Zustand befindet, so kann sich auch der Transistor 44 nicht im stromführenden Zustand befinden, und das System befindet sich, im ausgeschalteten Zustand, wobei sich eine Ladung auf dem Kondensator 52 befindet und der Relaisschalter 58 die geöffnete Stellung einnimmt.

Wenn das Wasser soweit ansteigt, daß es das Fühlerelement 12 berührt, so wird ein Strompfad 20 mit einem bestimmten Widerstand zwischen dem Element dl und dem Fühlerelement 12 gebildet, so daß über die Leitung 40 der Transistor 41 und somit auch der Transistor 44 eingeschaltet wird. Der Kondensator 52 wird sodann unmittelbar über-- den Transistor 44 und die Diode 54 in die aus Relaisspule 56 und Kondensator 55 bestehende Kombination entladen. Diese Ladungsübertragung von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 bildet eine begrenzte Energieübertragung von dem einen Kondensator zu dem anderen, wodurch andererseits die Speisespannung für die Ausgangs-Schalteinrichtung 51 geliefert wird. Wenn die angelegte Wechselspannung ihre Polarität umkehrt, und wenn das Fühlerelement 12 weiterhin von Wasser benetzt ist, so gelangt der Transistor 41 in den nicht- stromführenden Zustand und der Strom verläuft über die Diode 47 zu dem Widerstandselement 12 zurück. Der Transistor 41 wird somit gesperrt und sperrt seinerseits den Transistor 44. Sobald der Transistor 44 gesperrt wird, erfolgt eine .neue Aufladung des Kondensators 52 aus dem Kondensator 36, wobei der Strom über den Widerstand 45 und die Diode 53 fließt. Wenn die an den Fühler 10 angelegte Spannung erneut ihre"Polarität wechselt, so wird der Transistor 41 zusammen mit dem Transistor 44 durchgeschaltet, wobei zu diesem Zeitpunkt die in dem Kondensator 52 gespeicherte Energie zu dem Kondensator 55 übertragen wird, um die Ausgangs-

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Sehalteinri.ch.tung im erregten Zustand zu halten.

Es ist somit ersichtlich, daß das vorliegende System eine abwechselnde Ein - und Ausschaltung der an den Fühler 10 angeschlossenen Eingangs-Schalteinrichtung aufgrund der dem System zugeführten periodischen Wechselspannung erfordert. Solange die vorstehend beschriebenen Zustände vorliegen, ruft der Fühler 10 eine Stromführung der Transistoren 41 und 42 während jedes Halbzyklus der speisenden Wechselspannung hervor, wodurch die Energie von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 übertragen wird. Dies stellt die normale Betriebsweise des Systems dar, welche eigensicher ist. Der Fühler selbst ist ein eigensicheres Instrument und die Energieübertragung von dem Kondensator 52 zu dem Kondensator 55 muß aufrecht erhalten bleiben, um die Ausgangs-Schalteinrichtung 51 zu speisen. Wenn irgendein Teil des Schaltkreises kurzgeschlossen oder getrennt wird, so wird die zyklische Energieübertragung unterbrochen. Wenn der Fühler 10 Strompfade 21 bzw. 22 mit niedrigem Widerstand zwischen dem Element 11 und dem Schutzring 15 oder zwischen dem Fühlerelement 12 und dem Schutzring 15 bildet, so wird der Eingangskreis des Transistors 41 kurzgeschlossen, mit der Wirkung, daß der Transistor 41 gesperrt wird und die zyklische Betriebsweise der Energiespeichereinrichtung unterbrochen wird. Hierdurch wird die Speisung der Ausgangs-Schalteinrichtung bzw. des Relais 51 praktisch unmittelbar unterbrochen, wodurch der Kontakt 58 abfällt bzw. geöffnet wird.

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Claims

1 Η-. Sep. 1978

HONEYWELL INC. 1007150 Ge,Sz

Honeywell Plaza .

Minneapolis, Minn., USA

Flüssigkeitspegel - Überwachungssystem Zusatz zu P 26 43 522,3

Patentansprüche:

tnach P 26 43 522.3r
1. übervrachungssystem'für den Pegelstand einer leitfähigen Flüssigkeit, das: von einer Spannungsquelle gespeist wird, mit einer an die Spannungsquelle angeschlossenen Widerst ands-Detektoreinrichtung, um das Vorhandensein der leitfähigen Flüssigkeit festzustellen, wobei diese Einrichtung einen Fühler mit 3 getrennten elektrisch gegeneinander isolierten leitenden Bereichen umfaßt und einen Strom führt, wenn sich die Flüssigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich befindet, und mit einer Ausgangs-Schalteinrichtung, welche in Abhängigkeit von dem Pegelstand betätigt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung einer periodisch sich verändernden elektrischen Spannungsquelle (25), eine an den Fühler (10) und die periodisch veränderliche Spannungsquelle (25) angeschlossene Eingangs-Schalteinrichtung (41-44), welche durch jeden Stromfluß - außer zwischen dem ersten und zweiten Bereich - gesperrt wird, und durch ein erstes und zweites Stromspeicherglied (52,55), wobei das erste Stromspeicherglied (52) aufgrund des periodischen Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten Bereich (11,12) und des Stromes der periodisch veränderlichen Spannungsquelle (25) die Ladung auf das zweite Stromspeicherglied (55) überträgt und die Ausgangs-Schalteinrichtung (51) durch die Ladung des zweiten Stromspeichergliedes (55) betätigt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wechselspannungsquelle als periodisch veränderliche Spannungsquelle und durch ' eine Festkörper-Schalteinrichtung (41) als Eingangs-Schalteinrichtung.

3. Überwachungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Festkörper-Schalteinrichtung einen Transistor (41) und eine Diode (47) umfaßt, wobei durch die Polung der Diode der Transistor nur während einer Halbwelle der Wechselspannung stromführend ist.

4. überwachungs sys tem nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Schalteinrichtung (41-44) einen an die Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichter (35) und einen Filterkondensator (36) aufweist, um eine Gleichstromversorgung zu bilden.

5. Überwachungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c'h gekennzeichnet , daß das erste Stromspeicherglied einen Kondensator (52) und eine Diode (53) umfaßt, um Strom von der Eingangs-Schalteinrichtung (41-44) zugeführt zu erhalten, wenn diese nicht stromführend ist, und entladen zu werden, wenn diese stromführend ist, und daß das zweite Stromspeicherglied einen Kondensator (55) aufweist, dem der Entladestrom des ersten Kondensators zugeführt wird.

6. Überwachungssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Relais (51) als Augsgangs-Schalteinrichtung, das dem zweiten Kondensator (55) parallel geschaltet ist.

7. überwachungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine weitere Diode (54) zwischen beiden Kondensatoren (52,55).

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