DEP0000126MA - Electrical device for measuring the filling level of a container, in particular a coal bunker or silo - Google Patents

Description

Zur Anzeige oder Registrierung der Füllhöhe eines Kohlenbunkers oder, allgemeiner, eines Behälters zur Aufnahme einer Flüssigkeit oder eines stückigen, festen Gutes, bestehen schon zahlreiche Vorrichtungen, von denen jedoch keine allgemein anwendbar ist. Jeder Fall erfordert eine besondere Lösung. Ausserdem enthalten diese Vorrichtungen mehr oder weniger bewegliche, dem Verschleiss ausgesetzte Teile, die eine Ursache von Ungenauigkeit sind. Auch das System mit einer durch einen Lichtstrahl getroffenen Photozelle zur Anzeige der Füllhöhe ist zu verwerfen, wenn es sich um ein staubiges Gut handelt; denn der Staub kann während des Füllens dicht genug werden, um ein vorzeitiges Auffangen des Strahles zu verursachen.Numerous devices already exist for displaying or registering the filling level of a coal bunker or, more generally, a container for holding a liquid or a lumpy, solid material, none of which, however, is generally applicable. Each case requires a special solution. In addition, these devices contain more or less moving parts that are exposed to wear and tear, which are a cause of inaccuracy. The system with a photocell struck by a light beam to display the filling level must also be discarded if it is a dusty item; because the dust can become dense enough during filling to cause the jet to be caught prematurely.

Die Hauptvorzüge der vorliegenden Erfindung sind die ausgedehnte Anwendbarkeit in fast allen Fällen der Praxis mit ein und derselben Vorrichtung und des Nichtvorhandenseins irgendwelcher beweglicher Teile, und damit der Ausschaltung von Verschleiss und Verstellung.The main advantages of the present invention are the wide applicability in almost all cases of practice with one and the same device and the absence of any moving parts, and thus the elimination of wear and displacement.

Das Gerät nach der Erfindung besteht aus einer Elektrode (in Form eines oder mehrerer Metallfinger, einer oder mehrerer leitender Platten oder irgendeiner leitenden Vorrichtung), welche von der Masse des Behälters oder Bunkers, oder auch - falls der Behälter oder Bunker nicht metallisch ist - einer zweiten sog. Massenelektrode E(sub)m isoliert ist, die in ihrer Ausführung der ersten Elektrode ähnlich oder von ihr abweichend sein kann. Diese Elektrode E kann starr an einer inneren Wand des Behälters oder Bunkers befestigt oder im Inneren desselben aufgehängt sein, und zwar in der für das zu meldende Niveau bestimmten Höhe, gleich ob es sich um das maximale oder um irgendein dazwischen liegendes Niveau handelt. Bei Anwendung einer Massenelektrode wird diese unterhalb des betreffenden Niveaus angebracht.The device according to the invention consists of an electrode (in the form of one or more metal fingers, one or more conductive plates or any conductive device), which from the mass of the container or bunker, or - if the container or bunker is not metallic - one second so-called. Ground electrode E (sub) m is insulated, which may be similar to or different from the first electrode in its design. This electrode E can be rigidly attached to an inner wall of the container or bunker or suspended inside the same, at the height determined for the level to be reported, whether it is the maximum or any intermediate level. If a ground electrode is used, it is placed below the relevant level.

Zwischen der Elektrode einerseits und der Masse des Bunkers oder der Massenelektrode andererseits besteht ein Isolationswiderstand, dessen Wert, bei Abwesenheit des in den Behälter oder Bunker einzufüllenden Gutes, R(sub)i ist. Wenn das betreffende Gut das Niveau der Elektrode E erreicht, so entsteht parallel zu R(sub)i ein Widerstand R, dessen Höhe der Leitfähigkeit des Gutes zwischen der Elektrode E und der Masse oder Massenelektrode entspricht.Between the electrode on the one hand and the ground of the bunker or the ground electrode on the other hand, there is an insulation resistance, the value of which, in the absence of the material to be filled into the container or bunker, is R (sub) i. When the material in question reaches the level of the electrode E, a resistance R arises parallel to R (sub) i, the level of which corresponds to the conductivity of the material between the electrode E and the ground or ground electrode.

Allgemein schwankt dieser Widerstand R zwischen Null und einem hohen Wert, je nach der Beschaffenheit des Füllgutes, oder auch - wenn es sich um ein stückiges Gut handelt wie Kohle, Erz o.dgl. - je nach seinem Feuchtigkeitsgehalt. Im folgenden wird der höchstmögliche Wert dieses Widerstandes R mit R(sub)h bezeichnet. Den äquivalenten Widerstand R(sub)ä erhält man aus der bekannten FormelIn general, this resistance R fluctuates between zero and a high value, depending on the nature of the product, or - if it is a lumpy product such as coal, ore or the like. - depending on its moisture content. In the following, the highest possible value of this resistance R is denoted by R (sub) h. The equivalent resistance R (sub) ä is obtained from the known formula

ebenso den äquivalenten Maximalwiderstand: also the equivalent maximum resistance:

Davon ausgehend besteht die Erfindung auch in irgendeiner Vorrichtung, die fähig ist, einen elektrischen Strom J zu verursachen, dessen Wert, ohne vollkommen konstant zu sein, sich innerhalb zweier, einander derart angenäherter Grenzwerte befindet, dass man ihn zur Erregung eines Relais oder irgendeines anderen Gerätes ohne Beschädigungsgefahr desselben verwenden kann, und zwar unabhängig von dem zwischen Null und R(sub)h liegenden Widerstandswert des Gutes; über R(sub)h hinaus, und insbesondere für den Isolationswiderstand R(sub)i, ist der Wert des elektrischen Stromes gleich Null oder zur Betätigung des Relais oder Gerätes ausgesprochen ungenügend.On this basis, the invention also consists in any device capable of generating an electric current J, the value of which, without being perfectly constant, is within two limit values so approximated to one another that it can be used to energize a relay or some other Can use the device without risk of damage to it, regardless of the resistance value of the goods between zero and R (sub) h; Beyond R (sub) h, and especially for the insulation resistance R (sub) i, the value of the electrical current is equal to zero or is extremely insufficient to operate the relay or device.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigtIn the drawing, the invention is illustrated by way of example, namely shows

Fig. 1 die in beliebigem Masstab wiedergegebene Kurve des Stromes J, als Funktion des aus Formel (1) erhaltenen Widerstandes R(sub)ä,1 shows the curve of the current J, reproduced on any scale, as a function of the resistance R (sub) ä obtained from formula (1),

Fig. 2 das Schaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Verwirklichung der Erfindung und2 shows the circuit diagram of an embodiment of a device for realizing the invention and

Fig. 3 eine zum Verständnis der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 erforderliche charakteristische Kurve.3 shows a characteristic curve required for understanding the mode of operation of the device according to FIG.

In Fig. 1 bedeuten:In Fig. 1:

J(sub)o die Ansprechschwelle des Relais oder Gerätes, dem Maximalwiderstand R(sub)ämax entsprechend, der selbst eine Funktion von R(sub)h und durch Formel (2) gegeben ist,J (sub) o is the response threshold of the relay or device, corresponding to the maximum resistance R (sub) ämax, which itself is a function of R (sub) h and is given by formula (2),

J(sub)l den maximalen Überlaststrom, über den hinaus eine Beschädigung des Gerätes erfolgt, r einen Sicherheitsbereich R(sub)ämax und dem Isolationswiderstand R(sub)i.J (sub) l is the maximum overload current beyond which damage to the device occurs, r a safety area R (sub) ämax and the insulation resistance R (sub) i.

Ersetzt man in Formel (2) den Widerstand R(sub)ämax durch seinen Wert:If one replaces the resistance R (sub) ämax in formula (2) with its value:

R(sub)ämax = R(sub)i - r, (3)R (sub) ämax = R (sub) i - r, (3)

so erhält man: woraus nach erfolgten Umrechnungen entsteht: und, indem man r gegenüber R(sub)i vernachlässigt: this is how you get: which results after the conversions have taken place: and by neglecting r with respect to R (sub) i:

Unter Voraussetzung eines Bereiches von K% des Isolationswiderstandes, also:Assuming a range of K% of the insulation resistance, i.e.:

r = 0,01 mal K mal R(sub)1r = 0.01 times K times R (sub) 1

folgert man oder der ausgedehnte, ein besonderes Merkmal darstellende Wirkungsbereich der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung wird von der letzten Gleichung ins rechte Licht gestellt. In der Tat ist das Gerät beispielsweise in der Lage, bei Zulassung eines auf K = 3% herabgesetzten Sicherheitsbereiches - was in gewissen Fällen möglich ist -, und da sich eine Isolierung von 1 bis 10 Megohm sehr leicht erreichen lässt, Widerstände R zwischen Null und 30 bis 300 Megohm anzuzeigen. Diese Zahlen sind Grenzwerte, welche die meisten Fälle der Praxis einschliessen, von sehr feuchtem, daher gut leitendem Gut bis zu Steinen und bisweilen sehr schlecht leitenden Flüssigkeiten. Die einzelnen Faktoren, welche von Fall zu Fall verschieden sein können, sind: Die Nutzfläche der Elektroden einerseits und der Isolationswiderstand andererseits.one deduces or the extended range of action of the device according to the present invention, which is a special feature, is shown in the right light by the last equation. In fact, the device is able, for example, to allow a safety range reduced to K = 3% - which is possible in certain cases - and since an isolation of 1 to 10 megohms can be achieved very easily, resistances R between zero and Display 30 to 300 megohms. These numbers are limit values that include most cases in practice, from very moist, therefore highly conductive material to stones and sometimes very poorly conductive liquids. The individual factors, which can vary from case to case, are: the usable area of the electrodes on the one hand and the insulation resistance on the other.

Der einzige Anlass zum Versagen des Isolationswiderstandes könnte nach Entleerung des Behälters durch Verbleib einer gewissen Menge des Füllgutes zwischen Elektrode und Masse gegeben werden, insbesondere wenn das Füllgut zähflüssig, dickflüssig oder flüssig ist. Daher sieht die Erfindung, wie oben bereits gesagt, die Aufhängung der Elektrode E im Innern des Behälters oder Bunkers vor, unter Annahme einer äusserlich isolierenden, weit genug vom Füllgut entfernten Anbringung zur Gewährleistung einer vollkommenen Sicherheit.The only reason for the failure of the insulation resistance could be given by a certain amount of the filling material remaining between the electrode and the mass after the container has been emptied, especially if the filling material is viscous, viscous or liquid. Therefore, as already stated above, the invention provides for the electrode E to be suspended in the interior of the container or bunker, assuming an externally insulating attachment that is far enough away from the filling material to ensure complete safety.

Mehrere Vorrichtungen sind geeignet, den eingangs beschriebenen Strom J hervorzurufen. Die Erfindung ist daher nicht auf eine bestimmte Vorrichtung beschränkt. Eine besonders zweckmässige Vorrichtung ist in Fig. 2 schematisiert.Several devices are suitable for producing the current J described at the beginning. The invention is therefore not restricted to a specific device. A particularly useful device is shown schematically in FIG.

In Fig. 2 bedeuten:In Fig. 2:

W eine unter eine konstanten Gleichspannung U(sub)1 stehende Wheatstone'sche Brücke, deren Polarität und Schaltdiagonale diejenigen der Darstellung sind; diese Brücke besteht aus zwei unveränderlichen Widerständen a und b, einem veränderlichen Widerstand m und einem vierten, an die Klemmen c und d geschalteten Widerstand, dessen Natur weiter unten näher beschrieben wird.W a Wheatstone bridge under a constant DC voltage U (sub) 1, the polarity and switching diagonal of which are those in the illustration; this bridge consists of two fixed resistors a and b, a variable resistor m and a fourth resistor connected to terminals c and d, the nature of which is described in more detail below.

Rö eine Elektronenröhre nach Art einer Triode oder Pentode, mit geeigneten Charakteristiken.Rö an electron tube like a triode or pentode, with suitable characteristics.

Th ein Thyratron.Th a thyratron.

M das o.a. Relais oder Gerät.M the above-mentioned relay or device.

Bei Abgleich der Brücke ist die Polarisationsspannung e des Gitters von Rö gleich Null (Fig. 3). Man richtet es so ein, dass der entsprechende Wert der Leistung i der Anode im Widerstand N einen Spannungsabfall verursacht, der die Polarisation von Th genügend herabsetzt, um die Leistung dieses Thyratrons auf Null oder wenigstens auf einen wesentlich kleineren Wert als J(sub)o (Fig. 1) zu bringen. Demzufolge bleibt das Gerät M in der Ruhelage.When balancing the bridge, the polarization voltage e of the grid of Rö is equal to zero (Fig. 3). You set it up so that the corresponding value of the power i of the anode in the resistor N causes a voltage drop which lowers the polarization of Th enough to bring the power of this thyratron to zero or at least to a value significantly smaller than J (sub) o (Fig. 1) . As a result, the device M remains in the rest position.

Wenn der Widerstand bei c d zunimmt, wird die Spannung e positiv, und die voraufgehenden Erscheinungen dauern an, oder verstärken sich, je nach den Charakteristiken der Röhren.As the resistance at c d increases, the voltage e becomes positive and the foregoing phenomena continue or intensify, depending on the characteristics of the tubes.

Wenn dieser Widerstand dagegen abnimmt, so werden die Spannung e negativ und die Leistung i von Rö sowie der Spannungsabfall im Widerstand N kleiner, und, für einen gewissen Wert dieses Widerstandes, aus dem sich die Werte e(sub)o und i(sub)o auf Fig. 3 ergeben, erreicht man plötzlich die ausreichende Polarisationsspannung für eine Leistung von Th, die dem Strom J(sub)o auf Fig. 1 gleich ist; das Gerät arbeitet.If, on the other hand, this resistance decreases, the voltage e becomes negative and the power i of Rö as well as the voltage drop in the resistor N become smaller, and, for a certain value of this resistance, from which the values e (sub) o and i (sub) o on FIG. 3, one suddenly reaches the sufficient polarization voltage for a power of Th which is equal to the current J (sub) o on FIG. 1; the device is working.

Wenn der betreffende Widerstand gleich Null ist (Kurzschluss zwischen Elektrode und Masse), so ist die Spannung e negativ genug, damit die Leistung i gleich Null sei. Es folgt daraus, dass die Leistung von Th ihren Höchstwert erreicht hat, aber infolge der Sättigung dieses Thyratrons immer noch kleiner ist als der gefährliche Wert J(sub)l nach Fig. 1.If the resistance in question is equal to zero (short circuit between electrode and ground), then the voltage e is negative enough that the power i is equal to zero. It follows from this that the power of Th has reached its maximum value, but as a result of the saturation of this thyratron is still smaller than the dangerous value J (sub) l according to FIG. 1.

Die vorhergehende Darstellung wurde unter Annahme eines beliebigen, zwischen Null und Unendlich veränderlichen, an den Klemmen c und d geschalteten Widerstandes gegeben.The previous illustration was given assuming any resistance, variable between zero and infinity, connected to terminals c and d.

Schliessen wird nur eine dieser Klemmen an die Elektrode oder Elektrodengruppe E und die andere an die Masse oder Massenelektrode E an, so wird bei Abwesenheit von Füllgut zwischen E und E(sub)m der Widerstand bei c und d der Isolations- widerstand sein.If only one of these clamps is connected to the electrode or electrode group E and the other to the ground or ground electrode E, if there is no product between E and E (sub) m, the resistance at c and d is the insulation be resistance.

Wenn man m einen solchen Wert gibt, dass der Brückenausgleich einem Widerstand g entspricht, welcher kleiner ist als R(sub)i, und da man eben gesehen hat, dass die Ansprechschwelle von M bei einem Widerstand erreicht wird, der selbst schwächer ist als der Ausgleichswiderstand, so wird man sicher sein, dass der oben beschriebene Sicherheitsbereich r zwischen diesem Schwellenwiderstand und R(sub)i vorhanden sein wird.If one gives m such a value that the bridge compensation corresponds to a resistance g, which is smaller than R (sub) i, and since one has just seen that the response threshold of M is reached at a resistance which is itself weaker than that Balance resistance, one will be sure that the safety range r described above will exist between this threshold resistance and R (sub) i.

Tatsächlich ist dieser Ansprechschwellenwiderstand genau der durch Gl. (2) beschriebene Widerstand R(sub)ämax.In fact, this response threshold resistance is exactly that given by Eq. (2) described resistance R (sub) ämax.

Von nun an und unter der durch Gl. (7) gegebenen Sicherheitsbedingung, berechtigt Gl. (9) zur Behauptung, dass die erwähnte Vorrichtung unter den in der Einleitung bestimmten Bedingungen arbeitet.From now on and under the equation given by Eq. (7) given safety condition, Eq. (9) to assert that the device mentioned works under the conditions specified in the introduction.

Jede Vorrichtung, welche zur Steuerung irgendeines Gerätes die Widerstandsänderung zwischen der Elektrode E und der Masse oder Massenelektrode E(sub)m benutzt, liegt im Rahmen dieser Erfindung.Any device which uses the change in resistance between the electrode E and the ground or ground electrode E (sub) m to control any device is within the scope of this invention.

Claims (3)

1. Elektrische Vorrichtung zum Messen der Füllhöhe eines Behälters oder Bunkers, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Widerstandes zwischen einer in der anzuzeigenden Füllhöhe im Füllraum angeordneten Elektrode und dem Metallbehälter oder einer Massenelektrode durch das Füllgut ein Anzeigegerät steuert.1. Electrical device for measuring the filling level of a container or bunker, characterized in that the change in resistance between an electrode arranged in the filling level to be displayed in the filling space and the metal container or a ground electrode through the filling material controls a display device. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zwischen den beiden Elektroden den Zweig einer Wheatstone'schen Brücke bildet.2. Device according to claim 1, characterized in that the resistance between the two electrodes forms the branch of a Wheatstone bridge. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Diagonale der Brücke unter einer konstanten Gleichspannung steht, während in die andere Diagonale der Gitterkreis einer Triode oder einer anderen Röhre mit geeigneten Charakteristiken geschaltet ist, wobei in den Kreis ein Spannungsverlustwiderstand eingebaut ist, der das Zünden eines Thyratrons oder irgendeiner Vorrichtung mit Ansprechschwelle betätigt, die das Anzeigegerät steuert je nach dem, ob das Füllgut die gewünschte Niveauhöhe erreicht oder nicht.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that one diagonal of the bridge is under a constant DC voltage, while the grid circuit of a triode or another tube with suitable characteristics is connected to the other diagonal, with a voltage loss resistor built into the circuit is that actuates the ignition of a thyratron or any device with a response threshold that controls the display device depending on whether the product reaches the desired level or not.