ES2277809T3 - Transformador de medida para detectores de nivel. - Google Patents
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Abstract
Transformador de medida para detectores de nivel que presentan un electrodo (6) de medida y un electrodo (9) de compensación, los cuales para el control de las diferencias de nivel por debajo del valor límite del nivel (2) de un líquido (3) conductor de la electricidad cooperan ambos con un electrodo (7) de base, con ¿ un circuito (12) de medida para la conexión del electrodo (6) de medida, del electrodo (9) de compensación y del electrodo (7) de base y ¿ un dispositivo (13) de evaluación conectado al circuito (12) de medida para la producción de una señal de alarma cuando existe una diferencia de nivel por debajo del valor límite, en donde ¿ el circuito (12) de medida presenta dos resistencias (23, 24) de prueba conectadas en serie que constituyen un primer ramal de un montaje (21) en puente (21), y ¿ el electrodo (6) de medida, el electrodo (9) de compensación y el electrodo (7) de base están conectados al circuito (12) de medida de tal manera que la resistencia (17) de medida eléctrica que se configura entre el electrodo (6) de medida y el electrodo (7) de base en correspondencia con el nivel (2) del líquido (3) conductor de la electricidad está conectada en serie con la resistencia (18) de compensación eléctrica que se configura entre el electrodo (9) de compensación y el electrodo (7) de base, y estas dos resistencias (17, 18) forman conjuntamente el segundo ramal del montaje (22) en puente, caracterizado porque ¿ en ambos extremos del primer ramal (21) del puente están conectados sendos elementos (30, 31) rectificadores, midiendo cada elemento (30, 31) rectificador la tensión parcial del puente entre el respectivo extremo del primer ramal (21) del puente y el potencial (25) de base y generando una correspondiente tensión continua, ¿ entre los dos ramales (21, 22) del puente está prevista una línea (26) diagonal con un interruptor (27) de prueba, ¿ están previstos medios (13) de control para el interruptor (27) de prueba que cierran el interruptor (27) de prueba fuera delos periodos de prueba y lo abren en los periodos de prueba predeterminados, ¿ el extremo de la línea (26) diagonal ubicado entre las dos resistencias (23, 24) de prueba está unido con el potencial (25) de base del circuito (12) de medida, ¿ las resistencias (17, 18, 23, 24) del montaje en puente están configuradas de tal manera que, con el interruptor (27) de prueba cerrado, el desacoplamiento en el puente que determina la señal del puente de medida se determina mediante el segundo ramal (22) del puente, mientras que con el interruptor (27) de prueba abierto el desacoplamiento en el puente se determina mediante el primer ramal (21) del puente y se simula una diferencia de nivel por debajo del valor límite, emitiendo el dispositivo (13) de evaluación una señal de error cuando hay una señal del circuito (12) de medida que no corresponde.
Description
Transformador de medida para detectores de
nivel.
La invención concierne a un instrumento de
control del tipo especificado en el preámbulo de la reivindicación
principal.
En algunos recipientes, por ejemplo en calderas
de vapor, el descenso del nivel del líquido conductor de
electricidad por debajo de un determinado valor límite puede
conducir a situaciones operativas peligrosas. En este tipo de
instalaciones hay que vigilar por tanto el nivel de llenado de
líquido por si sobrepasa por debajo el valor límite.
Para este tipo de controles del nivel de relleno
tan importantes para la seguridad se utilizan con preferencia
detectores de nivel con un electrodo de medida y un electrodo de
compensación. Ambos electrodos actúan conjuntamente con un electrodo
de base o contraelectrodo. El electrodo de medida sirve para el
control de nivel propiamente dicho. El electrodo de compensación
está presente para impedir señales defectuosas que, de no ser así,
se podrían originar por los precipitados o depósitos conductores de
la electricidad que eventualmente se forman sobre los detectores de
nivel. Como electrodo de base o contraelectrodo puede estar
previsto, por ejemplo, un tubo conductor de la electricidad que
rodea con cierta separación a los otros dos electrodos (US PS .3 910
118). Pero también es absolutamente usual hacer actuar al recipiente
conductor de la electricidad como electrodo de base o
contraelectrodo (DE PS 25 31 915). Los detectores de nivel están
conectados al transformador de medida para la producción de la señal
de nivel cuando se sobrepasa por debajo el valor límite. Además, por
el documento US 4,761,638 es conocida la disposición de un circuito
de prueba con un interruptor de prueba.
En algunos casos de utilización existe el
requisito de configurar el transformador de medida como
autorregulador, véase por ejemplo "Technischen -Regeln für
Dampfkessel" (RD 604). Los transformadores de medida tienen
que comprobar por sí mismos, a intervalos de tiempo predeterminados,
su capacidad para poder emitir de modo fiable la correspondiente
señal de alarma ante la aparición de diferencias de nivel negativas
o por debajo del valor límite.
La invención tiene como tarea principal
presentar un transformador de medida del tipo mencionado al
principio en el que se logre dicha autorregulación.
Esta tarea queda resuelta mediante las
características indicadas en la reivindicación 1.
Durante el control del nivel en el recipiente el
interruptor de prueba está cerrado, es decir, intercalado en el
proceso. La resistencia de medida y la resistencia de compensación
configuradas en el recipiente determinan el desacoplamiento
(desintonización, desvío en la resonancia, "detuning")
en el puente y con ello determinan la señal de salida del
transformador de medida. Cuando se produce una diferencia de nivel
por debajo del valor límite, el transformador de medida emite una
correspondiente señal de nivel. Si el nivel está situado por encima
del valor límite, el transformador de medida indica esto mediante
una señal. A intervalos de tiempo predeterminados el transformador
de medida verifica su capacidad de funcionamiento para comprobar si
en caso de que aparezca una diferencia de nivel por debajo del valor
límite podría generar una correspondiente señal de nivel. Para ello
se abre el interruptor de prueba. La resistencia de medida y la
resistencia de compensación no tienen en este caso trascendencia
para el desacoplamiento en el puente. Esta se determina con
preferencia mediante las dos resistencias de prueba las cuales
simulan la situación de "diferencia de nivel por debajo del valor
límite". Durante la verificación, se tiene que poder formarse en
el dispositivo de evaluación la señal de nivel de "insuficiencia
de líquido". Si no sucede esto, aparece un error y el
transformador de medida emite una correspondiente señal de error. La
verificación es independiente de la conductividad del líquido
contenido en el recipiente.
Las características de la reivindicación 2
afectan muy ventajosamente en la generación de una clara señal de
nivel. Las características de la reivindicación 3 llevan a cabo un
desacoplamiento particularmente fuerte del circuito montado en
puente cuando el electrodo de medida está sumergido en el líquido.
Este fuerte desacoplamiento es contrario al desacoplamiento en el
puente definido mediante las resistencias de prueba. La producción
de la señal es independiente de eventuales oscilaciones o
diferencias de la tensión de alimentación del transformador de
medida.
El desarrollo del transformador de medida según
la reivindicación 4 muestra una determinación particularmente
ventajosa del desacoplamiento en el puente y de la producción de la
señal. La señal conseguida es independiente de eventuales
oscilaciones en la tensión de alimentación del circuito de medida.
Al mismo tiempo se facilita la producción de la señal con medios
digitales.
El control de las pruebas y la producción de la
señal se pueden realizar de modo particularmente ventajoso de
acuerdo con la reivindicación 5.
En los dibujos se ha representado
esquemáticamente un ejemplo de ejecución de la invención que a
continuación se describe con mayor detalle. Se muestran:
Figura 1 el transformador de medida que está
conectado al detector de
nivel de un recipiente, y
Figura 2 el transformador de medida representado
en detalle.
La figura 1 muestra un recipiente 1 en el que
con un detector 4 de nivel se tiene que supervisar el nivel 2 de un
líquido 3 que se encuentra en él y que es conductor de la
electricidad. El detector 4 de nivel presenta un electrodo 6 de
medida que se extiende hacia abajo en el recipiente 1 hasta un valor
5 límite inferior predeterminado. En la zona de la pared 7 del
recipiente el electrodo 6 de medida está rodeado por un aislamiento
8 que a su vez está rodeado por un electrodo 9 de compensación. El
electrodo 9 de compensación está por una parte aislado
eléctricamente frente al electrodo 6 de medida mediante el
aislamiento 8, y por otra parte está aislado eléctricamente frente a
la pared 7 del recipiente mediante otro aislamiento10.
Un transformador 11 de medida electrónico
presenta un circuito 12 de medida y un dispositivo 13 de
evaluación. El circuito 12 de medida está unido eléctricamente a
través de una primera línea 14 con el electrodo 6 de medida y a
través de una segunda línea 15 con el electrodo 9 de compensación
del sensor 4 de nivel. La pared 7 del recipiente hace las veces de
electrodo de base o contraelectrodo para el electrodo 6 de medida y
el electrodo 9 de compensación. Para este fin está conectada a
través de una tercera línea 16 con el circuito 12 de medida.
De acuerdo con el medio que tienen
alrededor
-líquido o fluido en forma de gas- se forma entre el electrodo 6 de medida y la pared 7 del recipiente una resistencia 17 de medida eléctrica y entre el electrodo 9 de compensación y la pared 7 del recipiente una resistencia 18 de compensación. En la figura 1 se han representado ambas de forma simbólica mediante líneas de trazos.
-líquido o fluido en forma de gas- se forma entre el electrodo 6 de medida y la pared 7 del recipiente una resistencia 17 de medida eléctrica y entre el electrodo 9 de compensación y la pared 7 del recipiente una resistencia 18 de compensación. En la figura 1 se han representado ambas de forma simbólica mediante líneas de trazos.
El dispositivo 13 de evaluación presenta un
transformador 19 analógico-digital y un
microprocesador 20 (figura 2). El circuito 12 de medida presenta un
montaje en puente con dos ramales 21, 22 del puente. En el primer
ramal 21 del puente están conectadas en serie dos resistencias 23,
24 de prueba. La conexión entre ambas resistencias 23, 24 de prueba
está ligada al potencial 25 de base del circuito 12 de medida. Las
líneas 14, 15, 16 están conectadas de tal manera al circuito 12 de
medida que la resistencia 17 de medida y la resistencia 18 de
compensación quedan conectadas en serie y constituyen entre ambas el
segundo ramal 22 del puente. Ambos ramales 21, 22 del puente están
unidos entre sí en las conexiones de sus dos resistencias 17, 18;
23, 24, es decir en el punto central de una línea 26 diagonal en la
que está dispuesto el interruptor 27 de prueba que acciona al
dispositivo 13 de evaluación. Ambos ramales 21, 22 del puente están
además conectados entre sí en sus extremos y conectados mediante
líneas 28, 29 de alimentación a una fuente de tensión alterna que no
se ha representado. En ambos extremos del primer ramal 21 del
puente están conectados sendos elementos 30, 31 rectificadores. Cada
elemento 30, 31 rectificador mide la tensión parcial del puente
entre los correspondientes extremos del ramal 21 del puente y el
potencial 25 de base y produce una correspondiente tensión continua.
Las tensiones continuas de los dos elementos 30, 31 rectificadores
se suman y se amplifican en un primer amplificador 32 operacional
que está a continuación. La tensión continua del elemento 30
rectificador que está conectado con el extremo del ramal 21 del
puente contiguo a la resistencia 17 de medida, se amplifica por
separado en un segundo amplificador 33 operacional y precisamente
con el mismo factor de amplificación que la otra tensión
continua.
La superficie del electrodo 6 de medida en el
interior del recipientes 1 está configurada claramente mayor que la
superficie del electrodo 9 de compensación. Por tanto, la
resistencia 18 de compensación es claramente mayor que la
resistencia 17 de medida. Esto es válido cuando el electrodo 6 de
medida está sumergido en solitario en el líquido 3 pero también es
válido cuando adicionalmente tenga que estar sumergido el electrodo
9 de compensación en el líquido 3 o presente depósitos/precipitados
conductores de la electricidad. El líquido 3 contenido en el
recipiente 1 presenta una conductividad eléctrica sustancialmente
mayor que la del medio gaseoso, por ejemplo aire o vapor de agua,
que se encuentra por encima de él.
Los valores de resistencia de las dos
resistencias 23, 24 de prueba están entre sí en una relación que es
menor que la relación de los valores de resistencia de la
resistencia 17 de medida y la resistencia 18 de compensación. Esto
se refiere a aquellas relaciones que existen cuando tanto el
electrodo 6 de medida como el electrodo 9 de compensación están
sumergidos en el líquido 3. En el primer ramal 21 del puente la
secuencia mayor/menor de los valores de resistencia es por cierto
contraria o inversa a la secuencia de los valores de resistencia del
segundo ramal 22 del puente. En este, como ya ha sido mencionado, la
resistencia 17 de medida presenta el valor más bajo y la
resistencia 18 de compensación el valor más alto. Por el contrario,
en el primer ramal 21 del puente la resistencia 24 de prueba
paralela a la resistencia 17 de medida presenta el mayor valor de
resistencia de ambas resistencias 23, 24 de prueba. En otras
palabras, la resistencia 24 de prueba en mayor que la resistencia 23
de prueba en un factor que es menor que aquel factor que hace que la
resistencia 18 de compensación sea mayor en dicho factor que la
resistencia 17 de medida.
El nivel 2 en el recipiente 1 ha de ser pues
vigilado por si sobrepasa por debajo el valor 5 límite inferior
prefijado. Para el control del nivel 2 se cierra el interruptor 27
de prueba del dispositivo 13 de evaluación gobernado por el
microprocesador 20. Si el nivel 2 está por encima del valor 5 límite
la resistencia 17 de medida que se configura entre el electrodo 6 de
medida y la pared 7 del recipiente es menor que la resistencia 18 de
compensación que se configura entre el electrodo 9 de compensación y
la pared 7 del recipiente. En general, la resistencia 17 de medida
también es tanto menor que las resistencias 23, 24 de prueba, y la
relación de resistencia 17 de medida a resistencia 18 de
compensación es tanto mayor que la relación de las resistencias 23,
24 de prueba, que el segundo ramal 22 del puente domina el
desacoplamiento en el puente. Es el que ocasiona un desacoplamiento
en el puente con una tensión parcial baja del puente en el órgano 30
rectificador y una tensión parcial elevada del puente en el órgano
31 rectificador. Desde los elementos 30, 31 rectificadores y a
través de los amplificadores 32, 33 operacionales llegan a la unidad
13 de evaluación las correspondientes señales de tensión. En el
transformador 19 analógico-digital se producen
valores digitales a partir de las señales de tensión analógicas del
circuito 12 de medida, a partir de cuyos valores el microprocesador
20 produce una señal de nivel designada "nivel suficiente". A
este respecto, la suma de ambas tensiones parciales generada por el
amplificador 32 operacional se divide por la señal de tensión
obtenida del amplificador 33 operacional. Las eventuales
oscilaciones de la tensión de alimentación suministrada mediante las
líneas 28, 29 de alimentación no afectan a la producción de la
señal.
Si el nivel 2 en el recipiente 1 sobrepasa por
debajo el valor 5 límite, entonces el electrodo 6 de medida queda
por fuera del líquido 3. La resistencia 17 de medida y la
resistencia 18 de compensación adoptan ambas en consecuencia
elevados valores de resistencia. Estos valores quedan tan altos por
encima de los de las resistencias 23, 24 de prueba, que ahora domina
el primer ramal 21 del puente. Puesto que la resistencia 23 de
prueba presenta el valor de resistencia más bajo y la resistencia 24
de prueba presenta el más alto, el ramal 21 del puente origina un
desacoplamiento en el puente de sentido contrario. La tensión
parcial en el puente que llega al órgano 30 rectificador es
entonces mayor que la que llega al órgano 31 rectificador. El
dispositivo 13 de evaluación emite como resultado la señal de nivel
designada como "insuficiencia de líquido".
El transformador 11 de medida comprueba
periódicamente de modo automático su capacidad de funcionamiento
para comprobar si en el caso de que apareciese una diferencia de
nivel por debajo del valor límite del nivel 2 puede emitir con
seguridad la correspondiente señal de nivel. La comprobación se
produce durante el tiempo que el nivel 2 no sobrepasa por debajo el
valor 5 límite, es decir que no está presente una diferencia de
nivel por debajo del valor límite. Esta condición comprueba el
dispositivo 13 de evaluación mediante el microprocesador 20 antes de
la comprobación del funcionamiento.
Para la comprobación del funcionamiento, el
interruptor 27 de prueba es de tal manera excitado por el
dispositivo 13 de evaluación que desde la posición "interruptor
cerrado" se conmuta a la posición "interruptor abierto" para
una duración prefijada de la prueba. Durante la interrupción de la
línea 26 diagonal el segundo ramal 22 del puente no tiene ninguna
influencia sobre el desacoplamiento en el puente. Esto se determina
durante la prueba únicamente por el primer ramal 21 del puente. Como
ya se ha indicado anteriormente, el primer ramal 21 del puente
simula la situación de "diferencia de nivel por debajo del valor
límite" y en consecuencia conduce hacia una mayor tensión
parcial del puente en el órgano 30 rectificador, y una tensión menor
en el órgano 31 rectificador. Las señales de tensión que desde allí
llegan al dispositivo 13 de evaluación vía amplificador 32, 33
operacional son evaluadas por el microprocesador 20. Si la
evaluación conduce internamente en el dispositivo 13 de evaluación a
la adecuada señal de nivel "insuficiencia de líquido", al final
del periodo de prueba el interruptor 27 de prueba es de tal manera
excitado por el dispositivo 13 de evaluación que nuevamente procede
a cerrar y se continúa con el control del nivel 2. Durante el tiempo
que dura una prueba de corta duración no se emite ninguna señal de
nivel "insuficiencia de líquido" por el dispositivo 13 de
evaluación. Si durante la prueba en el dispositivo 13 de evaluación
no se llega realmente a la señal de nivel "insuficiencia de
líquido", aparece un error en el transformador 11 de medida y el
dispositivo 13 de evaluación emite una señal de error. De esta forma
se descubren eventuales errores de funcionamiento del transformador
11 de medida que pueden ser relevantes para la seguridad.
- 1
- recipiente
- 2
- nivel
- 3
- líquido
- 4
- detector de nivel
- 5
- valor límite
- 6
- electrodo de medida
- 7
- pared del recipiente
- 8
- aislamiento
- 9
- electrodo de compensación
- 10
- aislamiento
- 11
- transformador de medida
- 12
- circuito de medida
- 13
- dispositivo de evaluación
- 14
- línea
- 15
- línea
- 16
- línea
- 17
- resistencia de medida
- 18
- resistencia de compensación
- 19
- transformador analógico-digital
- 20
- microprocesador
- 21
- ramal del puente
- 22
- ramal del puente
- 23
- resistencia de prueba
- 24
- resistencia de prueba
- 25
- potencial de base
- 26
- línea diagonal
- 27
- interruptor de prueba
- 28
- línea de alimentación
- 29
- línea de alimentación
- 30
- órgano rectificador
- 31
- órgano rectificador
- 32
- amplificador operacional
- 33
- amplificador operacional
Claims (5)
1. Transformador de medida para detectores de
nivel que presentan un electrodo (6) de medida y un electrodo (9)
de compensación, los cuales para el control de las diferencias de
nivel por debajo del valor límite del nivel (2) de un líquido (3)
conductor de la electricidad cooperan ambos con un electrodo (7) de
base, con
\bullet un circuito (12) de medida para la
conexión del electrodo (6) de medida, del electrodo (9) de
compensación y del electrodo (7) de base y
\bullet un dispositivo (13) de evaluación
conectado al circuito (12) de medida para la producción de una señal
de alarma cuando existe una diferencia de nivel por debajo del valor
límite, en donde
\bullet el circuito (12) de medida presenta
dos resistencias (23, 24) de prueba conectadas en serie que
constituyen un primer ramal de un montaje (21) en puente (21), y
\bullet el electrodo (6) de medida, el
electrodo (9) de compensación y el electrodo (7) de base están
conectados al circuito (12) de medida de tal manera que la
resistencia (17) de medida eléctrica que se configura entre el
electrodo (6) de medida y el electrodo (7) de base en
correspondencia con el nivel (2) del líquido (3) conductor de la
electricidad está conectada en serie con la resistencia (18) de
compensación eléctrica que se configura entre el electrodo (9) de
compensación y el electrodo (7) de base, y estas dos resistencias
(17, 18) forman conjuntamente el segundo ramal del montaje (22) en
puente,
caracterizado porque
\bullet en ambos extremos del primer ramal
(21) del puente están conectados sendos elementos (30, 31)
rectificadores, midiendo cada elemento (30, 31) rectificador la
tensión parcial del puente entre el respectivo extremo del primer
ramal (21) del puente y el potencial (25) de base y generando una
correspondiente tensión continua,
\bullet entre los dos ramales (21, 22) del
puente está prevista una línea (26) diagonal con un interruptor
(27) de prueba,
\bullet están previstos medios (13) de control
para el interruptor (27) de prueba que cierran el interruptor (27)
de prueba fuera de los periodos de prueba y lo abren en los periodos
de prueba predeterminados,
\bullet el extremo de la línea (26) diagonal
ubicado entre las dos resistencias (23, 24) de prueba está unido con
el potencial (25) de base del circuito (12) de medida,
\bullet las resistencias (17, 18, 23, 24) del
montaje en puente están configuradas de tal manera que, con el
interruptor (27) de prueba cerrado, el desacoplamiento en el puente
que determina la señal del puente de medida se determina mediante el
segundo ramal (22) del puente, mientras que con el interruptor (27)
de prueba abierto el desacoplamiento en el puente se determina
mediante el primer ramal (21) del puente y se simula una diferencia
de nivel por debajo del valor límite, emitiendo el dispositivo (13)
de evaluación una señal de error cuando hay una señal del circuito
(12) de medida que no corresponde.
2. Transformador de medida según la
reivindicación 1, caracterizado porque
\bullet las resistencias (23, 24) de prueba en
el primer ramal (21) del puente están configuradas de tal manera que
sus valores de resistencia están en una relación que es más pequeña
que la relación entre los valores de la resistencia (17) de medida y
de la resistencia (18) de compensación cuando el electrodo (6) de
medida y el electrodo (9) de compensación están ambos sumergidos en
el líquido (3), y
\bullet las secuencias ordenadas de los
valores altos y bajos de las resistencias en ambos ramales (21, 22)
del puente van en sentido contrario.
3. Transformador de medida según la
reivindicación 2, caracterizado porque
\bullet la resistencia (23) de prueba presenta
un valor de resistencia mayor que la resistencia (17) de medida
estando sumergido el electrodo (6) de medida,
\bullet la otra resistencia (24) de prueba
presenta un valor de resistencia mayor que la resistencia (18) de
compensación estando sumergido el electrodo (9) de compensación,
y
\bullet los valores de resistencia de las
resistencias (23, 24) de prueba son hasta tal punto más altos que,
estando el electrodo (6) de medida sumergido en el líquido (3), el
segundo ramal (22) del puente domina el desacoplamiento en el puente
de medida.
4. Transformador de medida según una o varias de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
\bullet los dos ramales (21, 22) del puente
están unidos por sus extremos contiguos,
\bullet están previstos medios (30) para la
medición de una primera tensión parcial del puente entre el
potencial(25) de base y una de las uniones por sus extremos
de ambos ramales (21, 22) del puente,
\bullet están previstos medios (31) para la
medición de una segunda tensión parcial del puente entre el
potencial (25) de base y la otra unión por sus extremos de ambos
ramales (21, 22) del puente,
\bullet está previsto un órgano (32) sumador
que suma las dos tensiones parciales del puente, y
\bullet para la producción de la señal, el
dispositivo (13) de evaluación divide la suma de ambas tensiones
parciales del puente entre la tensión parcial del puente medida en
el extremo cercano a la resistencia (17) de medida.
5. Transformador de medida según una o varias de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo (13) de evaluación presenta un transformador (19)
analógico-digital para las tensiones de señal
entrantes del circuito (12) de medida y un microprocesador (20) para
el control del interruptor (20) de pruebas y para la producción de
la señal.
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