NO325408B1 - Maleomformer for vaeskestandsensorer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en måleomformer av den art som er angitt i innledningen av det selvstendige patentkrav.

I beholdere, for eksempel i dampkjeler, kan en reduksjon av væskestanden i den elektrisk ledende væske under en nedre grenseverdi føre til farlige driftstilstander. I slike anlegg må derfor væskestanden kontrolleres med hensyn til grenseverdiunderskridelse.

For slike sikkerhetsmessige kontroller av væskestanden anvendes det fortrinnsvis væskestandsensorer med en måleelektrode og en kompensasjonselektrode. Begge elektroder virker sammen med en motelektrode. Måleelektroden tjener til den egentlige overvåkning av væskestanden. Kompensasjonselektroden er anordnet for å motvirke feilaktig signaler som på forskjellige måter kunne forårsakes av eventuelle elektrisk ledende av-setninger eller belegg, som dannes på væskestandsensorene. Som motelektrode kan det for eksempel være anordnet et elektrisk ledende rør som omgir de andre to elektroder i avstand fra disse (US PS 3910118). Det er imidlertid også helt vanlig å la den elektrisk ledende beholder virke som motelektrode (DE PS 2531915). Væskestandsensorene er for dannelse av væskestandsignalet ved grenseverdiunderskridelse tilkoplet ved en måleomformer. Det er dessuten fra US PS 4761638 kjent en kontrollkoplingskrets som skal anordnes med en kontrollbryter.

På enkelte områder finnes det krav om at måleomformeren skal være selvkontrolleren-de, se for eksempel "Technischen Regeln fur Dampfkessel" (TRD 604). Måleomformeren skal på det forhåndsangitte tidsmellomrom selv kontrollere sin evne til å avgi det tilhørende alarmsignal på en pålitelig måte, hvis det inntreffer grenseverdiunderskridelse.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å frembringe en måleomformer av den innledningsvis nevnte art der en slik selvkontroll utføres.

Denne oppgave blir løst med de trekk som er angitt i patentkrav 1.

Under overvåkning av væskestanden i beholderen er kontrollbryteren sluttet, altså tilkoplet for strømgjennomgang. Den målemotstand som er tildannet i beholderen så vel som komperisasjonsmotstanden, bestemmer brobalansen og dermed måleomformerens utgangssignal. Ved underskridelse av en grenseverdi avgir måleomformeren et tilsvarende væskestandsignal. Ligger væskestanden over grenseverdien, signaleres dette av måleomformeren. På tidspunktet som er bestemt på forhånd, kontrollerer måleomformeren sin evne til å fungere om den i tilfelle av en grenseverdiunderskridelse for væskestanden ville kunne frembringe et tilsvarende væskestandsignal. For dette blir kontrollbryteren åpnet. Målemotstanden og kompensasjonsmotstanden er da ikke av betydning for brobalansen. Denne bestemmes i stedet av de to kontrollmotstander som simulerer tilstanden "grenseverdiunderskridelse". Ved kontrollen må væskestandsignalet "væskemangel" kunne dannes i beregningsanordningen. Er dette ikke tilfelle, foreligger det en feil og måleomformeren angir et tilsvarende feilsignal. Denne kontroll er uavhengig av ledningsevnen for væsken i beholderen.

Trekkene fra patentkrav 2 virker særlig fordelaktig for dannelsen av et utpreget væskestandsignal. Trekkene i patentkrav 3 frembringer en sterk ubalanse i brokoplingen når måleelektroden er neddykket i væsken. Denne sterke ubalanse står i motsetning til uba-lansen i broen som bestemmes av kontrollmotstandene. Signaldannelsen er uavhengig av eventuelle svingninger eller forskjeller i tilførselsspenningen til målomformeren.

Den videreutvikling som er angitt i patentkrav 4 oppviser en særlig fordelaktig angivel-se av brobalansen og signaldannelsen. Det signal som fremkommer er uavhengig av eventuelle svingninger i matespenningen til målekoplingen. Signaldannelsen med digi-tale midler er likeledes forenklet.

Styringen av kontrollene så vel som signaldannelsen kan virkeliggjøres på en særlig fordelaktig måte svarende til patentkrav 5.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen er vist skjematisk på tegningen og blir nærmere beskrevet i det følgende. Tegningene viser:

Fig. 1 måleomformeren som er tilkoplet væskestandsensoren i en beholder, og

Fig. 2 måleomformeren mer i detalj.

Fig. 1 viser en beholder 1 der væskestanden 2 for en elektrisk ledende væske 3 som befinner seg i beholderen, skal overvåkes med en væskestandsensor 4. Væskestandsensoren 4 har en måleelektrode 6 som i beholderen 1 strekker seg ned til en forhåndsbestemt nedre grenseverdi 5.1 området ved beholderveggen 7 er måleelektroden 6 omgitt av en isolasjon 8 som på sin side er omgitt av en kompensasjonselektrode 9. Kompensasjonselektroden 9 er på den ene siden elektrisk isolert mot måleelektroden 6 med isolasjonen 8 og på den annen side isolert mot beholderveggen 7 med ytterligere isolasjon 10. En elektronisk måleomformer 11 har en målekopling 12 og en beregningsanordning 13. Målekoplingen 12 er over en første ledning 14 elektrisk forbundet med måleelektroden 6 og med andre en andre ledning 15 elektrisk forbundet med kompensasjonselektroden 9 i væskestandsensoren 4. Beholderveggen 7 virker som motelektrode for måleelektroden 6 og kompensasjonselektroden 9. For dette formål er den over en tredje ledning 16 tilsluttet målekoplingen 12.

Svarende til det omgivende medium - væske eller gassformet medium - dannes det mellom måleelektroden 6 og beholderveggen 7 en elektrisk målemotstand 17 og mellom kompensasjonselektroden 9 og beholderveggen 7 en kompensasjonsmotstand 18. På fig. 1 er disse motstander vist symbolsk som stiplet linje vist symbolsk som stiplet linje. Beregningsanordningen 13 har en analog - digital omformer 19 og en mikroprosessor 20 (fig. 2). Målekoplingen 12 har en brokopling med to brogrener 21,22.1 den første brogren 21 er to kontrollmotstander 23,24 koplet i serie. Forbindelsen mellom de to kontrollmotstander 23,24 er koplet til jordpotensialet 25 for målekoplingen 12. Led-ningene 14,15,16 er slik tilsluttet målekoplingen 12 at målemotstanden 17 og kompensasjonsmotstanden 18 blir seriekoplet og sammen danner den andre brogren 22. Begge brogrener 21,22 er ved forbindelsene mellom deres to motstander 17,18,23,24, altså på midten forbundet med hverandre over en diagonalledning 26, og i denne er det anordnet en kontrollbryter 27 som betjenes fra beregningsanordningen 13. Begge brogrener 21,22 er dessuten forbundet med hverandre ved sine ender og med tilførselsled-ningene 28,29 tilsluttet en ikke vist vekselstrømkilde. Ved begge ender av den første brogren 21 er det innkoplet en likeretter 30, 31. Hver likeretter 30, 31 måler brodel-spenningen mellom enden av brogrenen 21 og jordpotensialet 25 og frembringer en tilsvarende likespenning. Likespenningene fra begge likerettere 30, 31 blir summert i en operasjonsforsterker 32 som er koplet som summeringsanordning, og forsterket. Like-spenningen fra likeretteren 30 som er forbundet med den tilstøtende ende av målemotstanden 17 i brogrenen 21 blir separat forsterket i en andre operasjonsforsterker 33 og da med samme faktor som den andre likespenning.

Overflaten av måleelektroden 6 i beholderen 1 er utført tydelig større enn overflaten av kompensasjonselektroden 9. Derfor er kompensasjonsmotstanden 18 tydelig større enn målemotstanden 17. Dette gjelder når måleelektroden 6 alene er neddykket i væsken 3, men også når i tillegg kompensasjonselektroden 9 er neddykket i væsken 3, eller når den har elektrisk ledende belegg/avsetninger. Væsken 3 i beholderen 1 har en vesentlig større elektrisk ledningsevne enn det gassformede medium som befinner seg over væsken, for eksempel luft eller vanndamp.

Motstandsverdiene for de to kontrollmotstander 23,24 står i et forhold til hverandre

som er mindre enn forholdet mellom motstandsverdien for målemotstanden 17 og kompensasjonsmotstanden 18. Dette gjelder forholdet da så vel måleelektroden 6 som kompensasjonselektroden 9 er neddykket i væsken 3.1 den første brogren 21 er rekkefølgen høyere/lavere motstandsverdi i alle tilfeller motsatt rekkefølgen av motstandsverdien i den andre brogren 22.1 denne har som tidligere nevnt målemotstanden 17 den lavere verdi og kompensasjonsmotstanden 18 den høyere verdi. I den første brogren 21 har derimot kontrollmotstanden 24 som er parallelt med målemotstanden 17 den høyere motstandsverdi for de to kontrollmotstander 23,24. Kontrollmotstanden 24 er med andre ord kontrollmotstanden 24 større enn kontrollmotstanden 23 med en faktor som er mindre enn den faktor hvormed kompensasjonsmotstanden 18 er større enn målemotstanden 17.

Væskestanden 2 i beholderen 1 blir kontrollert om den underskrider den forhåndsangitte nedre grenseverdi 5. Til kontroll med væskestanden 2 blir kontroUbryteren 27 sluttet av beregningsanordningen 13, styrt av mikroprosessoren 20. Ligger væskestanden 2 over grenseverdien 5 er den målemotstand 17 som dannes mellom måleelektroden 6 og beholderveggen 7 mindre enn den kompensasjonsmotstand 18, som dannes mellom kompensasjonselektroden 9 og beholderveggen 7. For øvrig er målemotstanden 17 så meget mindre enn kontrollmotstandene 23,24 og forholdet mellom målemotstanden 17 og kompensasjonsmotstanden 18 desto større enn forholdet mellom kontrollmotstandene 23,24 slik at den andre brogren 22 dominerer broens balanse. Den forårsaker en ubalanse i broen med en lavere brodelspenning ved likeretteren 30 og en høyere brodelspenning ved likeretteren 31. Fra likeretterene 30, 31 kommer det tilsvarende spenningssignaler over operasjonsforsterkerene 32, 33 til beregningsanordningen 13.1 den analoge-digitale omformer 19 blir det med de analoge spenningssignaler fra målekoplingen 12 dannet digitalverdier og på grunnlag av disse danner mikroprosessoren 20 et væskestandsignal "væskestand tilstrekkelig". For dette blir den sum av begge delspenninger som dannes med operasjonsforsterkeren 32 dividert med det spenningssignal som fremkommer fra operasjonsforsterkeren 33. Eventuelle svingninger i tilførselsspenningen som kommer gjennom tilførselsledningene 28, 29 vil ikke innvirke på signaldannelsen.

Underskrider væskestanden 2 i beholderen 1 grenseverdien 5, står måleelektroden 6 ikke lenger i væsken 3. Både målemotstanden 17 og kompensasjonsmotstanden 18 antar da følgelig meget høy motstandsverdi. De ligger så langt over motstandsverdiene for kontrollmotstandene 23,24 at den første brogren 21 nå dominerer. Da kontrollmotstanden 23 er lav og kontrollmotstanden 24 har den høyere motstandsverdi, fører dette til at brogrenen 21 skaper en motsatt rettet ubalanse i broen. Den brodelspenning som kommer til likeretteren 30, er da høyere enn spenningen som ligger på likeretteren 31. Beregningsanordningen 13 gir da væskestandsignalet "væskemangel".

Periodisk kontrollerer måleomformeren 11 automatisk sin funksjonsevne for å finne ut om det ved en grenseverdiunderskridelse for væskestanden 2 kan gis et pålitelig tilsvarende signal om væskestanden. Kontrollen foregår så lenge væskestanden 2 ikke underskrider grenseverdien 5. Denne betingelse kontrollerer beregningsanordningen 13 ved hjelp av mikroprosessoren 20 før funksjonen kontrolleres.

For fuksjonskontroll blir kontrollbryteren 27 styrt slik av beregningsanordningen 13 at den koples om fra stilling "bryter sluttet" i en forhåndsangitt kontrollperiode til stilling-en "bryter åpen". Under den frembrakte avbrytelse av diagonalledningen 26 har den andre brogren 22 ingen innflytelse på brobalansen. Denne blir under kontrollen ensidig bestemt av brogrenen 21. Som tidligere forklart simulerer den første brogren 21 tilstanden "grenseverdiunderskridelse" og fører tilsvarende til en høyere brodelspenning ved likeretteren 30 og en lavere ved likeretteren 31. Spenningssignalene som kommer fra operasjonsforsterkerene 32, 33 til beregningsanordningen 13 blir vurdert av mikroprosessoren 20. Fører denne vurdering internt i beregningsanordningen 13 til det adekvate væskestandsignal "væskemangel" blir ved kontrollens slutt kontrollbryteren 27 styrt av beregningsanordningen 13, slik at den igjen slutter og kontrollen av væskestanden 2 fortsetter. Et væskestandsignal "væskemangel" blir i løpet av den kortvarige kontroll ikke sendt ut av beregningsanordningen 13. Hvis allikevel, i løpet av kontrollen, beregningsanordningen 13 ikke kommer til væskestandsignalet "væskemangel", foreligger det en feil i måleomformeren 11 og beregningsanordningen 13 avgir et feilsignal. Eventuelle funksjonsfeil ved målomformeren 11, som kan gå ut over sikkerheten blir på denne måte angitt.

Claims (5)

1. Måleomformer for væskestandsensorer (4) som har en måleelektrode (6) og en kompensasjonselektrode (9), som for overvåkning av grenseverdiunderskridelser av væskestanden til en elektrisk ledende væske (3) begge samvirker med en motelektrode (7), med en målekopling (12) for tilslutning av måleelektroden (6), kompensasjonselektroden (9) og motelektroden (7) og en til målekoplingen (12) tilsluttet beregningsanordning (13) for dannelse av et alarmsignal ved grenseverdiunderskridelse, der målekoplingen (12) har to seriekoplede kontrollmotstander (23,24) som danner en første gren (21) av en brokopling, og måleelektroden (6), kompensasjonselektroden (9) og motelektroden (7) er slik tilsluttet målekoplingen (12) at en elektrisk målemotstand (17) tildannet mellom måleelektroden (6) og motelektroden (9), svarende til væskestanden av den elektrisk ledende væske (3), er seriekoplet med en elektriske kompensasjonsmotstand (18) tildannet mellom kompensasjonselektroden (9) og motelektroden (7), og disse to motstander (17,18) sammen danner en andre gren (22) av brokoplingen, karakterisert ved at ved begge ender av den første brogrenen (21) er det respektivt tilsluttet en likeretterkomponent (30, 31), der hver likeretterkomponent (30,31) måler brodelsspen-ningen mellom den respektive ende av den første brogrenen (21) og et jordpostensial (25) og danner en tilsvarende likespenning, det mellom de to brogrener (21,22) er anbrakt en diagonalledning (26) med en kontrollbryter (27), det er anordnet en styreanordning (13) for kontrollbryteren (27) som utenfor de forhåndsbestemte kontrolltider slutter kontrollbryteren (27) og åpner denne til forhåndsbestemte kontrolltider, og enden av diagonalledningen (26) som ligger mellom kontrollmotstandene (23, 24), er forbundet med jordpotensialet (25) for målekoplingen (12), motstandene (17,18,23, 24) i brokoplingen er slik tildannet at ved sluttet kontrollbryter (27) er den signalbestemmende brobalanse for målebroen bestemt ved hjelp av den andre brogren (22), mens ved åpnet kontrollbryter (27) er brobalansen bestemt ved hjelp av den første brogren (21) og en grenseverdiunderskridelse er simulert, hvor-ved beregningsanordningen (13) ved manglende signal fra målekoplingen (12) gir et feilsignal.

2. Måleomformer som angitt i krav 1, karakterisert ved at kontrollmotstandene (23,24) i den første brogren (21) er slik utført at deres motstandsverdier står i et forhold som er mindre enn forholdet mellom motstandsverdiene for målemotstanden (17) og kompensasjonsmotstanden (18), når måleelektroden (6) og kompensasjonselektroden (9) er neddykket i væsken (3), og rekkefølgen av høyere og lavere motstandsverdier i begge brogrener (21,22) er motsatt.

3. Måleomformer som angitt i krav 2, karakterisert ved at den ene kontrollmotstand (23) har en høyere motstandsverdi enn målemotstanden (17) ved neddykket måleelektrode (6), den andre kontrollmotstand (24) har en høyere motstandsverdi enn kompensasjonsmotstanden (18) ved neddykket kompensasjonselektrode (9), og motstandsverdien for kontrollmotstandene (23,24) er så meget høyere at når måleelektroden (6) i den andre brogren (22) er neddykket i væsken (3), dominerer denne brogren målebroens brobalanse.

4. Måleomformer som angitt i et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at begge brogrener (21,22) er forbundet med hverandre ved sammenstøtende ender, det er anordnet en innretning (30) for måling av en første brodelspenning mellom jordpotensialet (25) og den ene endeforbindelse mellom de to brogrener (21,22), det er anordnet en innretning (31) for måling av en andre brodelspenning mellom jordpotensialet (25) og den andre endeforbindelse mellom de to brogrener (21,22), det er anordnet en summeringsdel (32) som summerer begge brodelspenninger, og beregningsanordningen (13) for signaldannelse dividerer summen av begge brodelspenninger ved hjelp av den brodelspenning som er målt ved enden i nærheten av målemotstanden (17).

5. Måleomformer som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at beregningsanordningen (13) har en analog-digital omformer (19) for den inngående signalspenning fra målekoplingen (12) og en mikroprosessor (20) for styring av kontrollbryteren (27) og for signaldannelse.