Ölstandsanzeiger für ölarme Schalter, deren Schaltgefäss mit einem keramischen Überwurf versehen ist
Die Erfindung bezieht sich auf Ölstandsanzeiger für öl arme Schalter, deren Schaltgefäss mit einem keramischen Überwurf versehen ist. Bei derartigen Schaltern wird zur Kontrolle des Ölstandes bisher beispielsweise eine verglaste Sichtöffnung verwendet; diese Sichtöffnung kann aber nicht in dem keramischen Isolator, sondern nur in einem besonderen metallischen Flansch angebracht werden, was die Herstellung des Schalters erheblich kompliziert und verteuert. Ausserdem kann das Fenster nach Schaltvorgängen im Laufe der Zeit durch Beschlagen mit Ölruss undurchsichtig werden. Man kann den Ölstand auch mit Hilfe eines Schwimmers feststellen, der mittels mechanischer Übertragungseinrichtungen eine Anzeige des Ölstandes liefert.
Derartige Mechanismen sind jedoch störanfällig.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Ablesung des Ölstandes unter Vermeidung der Mängel der bekannten Einrichtungen. Sie besteht darin, dass der Ölraum des Schalters an seinem unteren Ende mit einem Flüssigkeitsmanometer verbunden ist, dessen unterer Teil mit einer schweren Flüssigkeit gefüllt ist, die in dem zur Ablesung bestimmten Steigrohr mit einer leichteren Flüssigkeit überdeckt ist, wobei der Querschnitt des Steigrohres im Ablesebereich mehrfach kleiner ist als im Bereich der Grenzfläche von schwerer und leichter Flüssigkeit. Bei dem Ölstandanzeiger nach der Erfindung wird der relativ hohe Grundbetrag des Öldruckes durch eine kurze Säule schwerer Flüssigkeit abgefangen, wobei jedoch Schwankungen dieses Druckes mit hoher Genauigkeit angezeigt werden.
Da die Baulänge des verwendeten Manometers gering sein kann, kann der Ölstand am Fusse des Schalters abgelesen werden, wobei der Isolationsabstand des Schalters praktisch unvermindert bleibt.
Es sind auch Schalter bekannt, die auf einem ölgefüllten Stützer angeordnet sind, wobei der Ölraum des Stützers mit dem des Schalters in Verbindung steht. In diesem Falle kann das Manometer am Fusse des Stützers angebracht werden.
Bei der Messung des Ölstandes von Schaltern kommt es auf die Feststellung an, ob die vorgeschriebene Ölmenge im Schalter vorhanden ist. Änderungen des Ölniveaus infolge von Temperaturschwankungen sind nicht von Bedeutung. Das gemäss der vorliegenden Erfindung verwendete Manometer hat in dieser Beziehung den weiteren Vorteil, dass es derartige temperaturbedingte Schwankungen des Ölstandes nur stark vermindert anzeigt.
Zur Erzielung einer kompakten Bauweise des Ölstandsanzeigers kann gemäss einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung der druckseitige Teil als Topf ausgebildet sein, der die schwere Flüssigkeit enthält und in den das Steigrohr axial hineinragt. Mit Vorteil ist das Steigrohr aus einem am oberen Ende trichterförmig erweiterten Teil und einem gegenüber der Trichteröffnung verengten, dickwandigen Glasrohr unter Zwischenlage eines Dichtungsringes zusammengesetzt. Als schwerere Flüssigkeit kann beispielsweise Quecksilber, als leichtere Flüssigkeit Öl verwendet sein.
Das Verhältnis der Steigrohr-Querschnitte im erweiterten Bereich und im Ablesebereich ist vorzugsweise mindestens gleich dem Verhältnis der spezifischen Gewichte der beiden Flüssigkeiten.
Die Wirkungsweise des Ölstandsanzeigers nach der Erfindung sei anhand der Fig. 1 im folgenden erläutert.
In Fig. 1 ist mit B ein Behälter bezeichnet, der eine Flüssigkeit F1 mit dem spezifischen Gewicht si, beispielsweise Quecksilber, enthält. In den Queck silbervorrat ragt ein Steigrohr R hinein, das bei W eine Querschnittserweiterung besitzt.
Auf die Oberfläche des Quecksilbers im Behälter B möge ein Druck P wirken; diesem Druck wird im Steigrohr R durch eine Flüssigkeitssäule das Gleichgewicht gehalten, die aus der Flüssigkeit F1 und einer weiteren Flüssigkeit F2 mit einem kleineren spezifischen Gewicht s2, z. B. Ö1, zusammengesetzt ist. Die Höhe der Säule F1 betrage ht, die Höhe der Säule F2 betrage h.,. Der Querschnitt des Steigrohres R hat an der erweiterten Stelle W den Betrag qt, am oberen Ende der Flüssigkeitssäule den Betrag q2.
Der Einfachheit halber sei vorausgesetzt, dass die Oberfläche q0 der Flüssigkeit im Behälter B sehr viel grösser ist als qt, so dass bei Anderungen des Druckes P das Flüssigkeitsniveau im Behälter B sich nicht wesentlich ändert.
Es sei nun angenommen, dass sich der Druck P um den Betrag AP erhöht. Dadurch vergrössert sich die Höhe der Flüssigkeitssäule F1 um den Betrag Seht, die Höhe der Flüssigkeitssäule F2 um den Betrag dhS.
Für den Zusammenhang zwischen dP, dht und 3h, ergibt sich dP=dh,.s,3oh,s, (1)
Anderseits ist Ah2 = Shl-ql dh, q2
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so dass sich Gleichung (1) auch schreiben lässt
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Die Höhenänderung des Meniskus der Säule F2, an der die Druckänderung abgelesen wird, ist in Fig. 1 mit dH bezeichnet.
Für diese Ablese-Differenz gilt: AH=Ah1.ff (4) q2
Damit ergibt sich
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Für die Ablese-Empfindlichkeit, d. h. das Verhältnis von Ablese-Differenz zur Druckdifferenz, erhält man
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Wird beispielsweise das Verhältnis der Querschnitte im Steigrohr gleich dem Verhältnis der spezifischen Gewichte der beiden Flüssgikeiten, also ql : q2 = s1 : 52 gewählt, so ergibt sich auch Glei- chung (5)
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Unter diesen Umständen ist also die Ablese Empfindlichkeit etwas mehr als halb so gross wie bei einem Manometer, das nur mit der leichteren Flüssigkeit gefüllt ist. Wird das Querschnittsverhältnis q : q2 weiter vergrössert, so nähert sich die Ablese-Empfindlichkeit a, wie aus Gleichung (5) ableitbar, dem Grenzwert 1 /s2.
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, dass der relativ hohe Grundbetrag des Druckes durch eine kurze Säule schwerer Flüssigkeit kompensiert wird. Schwankungen dieses Druckes können am oberen Meniskus einer ebenfalls kurzen Säule leichter Flüssigkeit mit einer Genauigkeit abgelesen werden, die mehrfach grösser ist als bei alleiniger Verwendung der schweren Flüssigkeit.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im einzelnen stellt Fig. 2 eine Seitenansicht des Ölstandsanzeigers dar, während die Fig. 3 und 4 Schnitte längs der Linien III-III bzw. IV-IV wiedergeben.
Das dargestellte Manometer besitzt einen Grundkörper 1 mit einem etwa topfförmigen Innenraum 2.
Der Boden des Innenraumes 2 ist mit einer Quecksilberfüllung 3 bedeckt. In den Raum 2 ragt ein trichterförmiger Einsatz 4 hinein, der den unteren Teil des Steigrohres bildet. Der Trichter 4 stützt sich mit seinem unteren Rand auf den Boden des Behälters 1/2; das Trichterrohr 4a steht über zwei Öffnungen 5 mit dem Quecksilbervorrat 3 in Verbindung. Der Raum 2 ist über eine Bohrung 2a mit dem Ölraum des Ölschalters verbunden, so dass über der Quecksilberfüllung 3 eine Ölfüllung 6 liegt. Zur Verbindung des Manometers mit dem Schalter sind im Grundkörper 1 zwei Bohrungen 7 vorgesehen, durch die Schrauben geführt werden können.
Über der oberen Öffnung des Trichters 4 ist ein dickwandiges Glasrohr 10 angeordnet, das sich über einen Dichtungsring 11 auf den oberen Rand des Trichters 4 abstützt. Der Dichtungsring 11 dichtet gleichzeitig die Fuge zwischen dem Trichter 4 und dem Grundkörper 1 ab. Das Glasrohr 10 ist mit einer Haube 13 überdeckt, die durch vier Schrauben 12 mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Bei der Verschraubung der Haube 13 mit dem Grundkörper 1 wird gleichzeitig das Glasrohr 10 gegen den Dichtungsring 11 gepresst. Die Haube 13 ist mit zwei Sichtöffnungen 14 versehen. Als Anzeigeflüssigkeit im Innenraum 10a des Glasrohres 10 dient Öl. Zum Einfüllen von Quecksilber und Öl ist die Haube 13 mit einer Öffnung 15 versehen, die durch eine Schraube 16 verschlossen werden kann. Der Innenraum des Rohres 10 steht durch einen Kanal 17 mit der Umgebung in Verbindung.
Bei dem dargestellten Manometer verhält sich der Querschnitt des Steigrohres im Bereich der Grenzfläche von Quecksilber-Öl qt zu dem Innenquerschnitt q2 des Glasrohres 10 etwa wie 16 : 1.
Das im Massstab 1:1 dargestellte Manometer misst eine Ölsäule von etwa 1 m Höhe, wobei einer Ände- rung des Ölstandes von 1 cm eine Ablese-Differenz von etwa 0,54 cm am Manometer entspricht.
Zur Dämpfung schlagartiger Druckerhöhungen, wie sie bei einem Schaltvorgang auftreten, kann in der Öffnung 2a oder zwischen ihr und dem Ölraum des Schalters eine nicht dargestellte Drossel vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer Kapillare von einigen Zentimetern Länge. Eine derartige Drossel gestattet die Messung des statischen Druckes im Schalter, hält jedoch kurzdauernde Druckimpulse von dem Manometer fern.
Der Einfluss der Temperatur auf die Länge der Ölsäule im Steigrohr des Manometers kann dadurch herabgesetzt werden, dass der ölgefüllte Raum im erweiterten Teil W des Steigrohres (Fig. 1) klein gehalten wird.
Oil level indicator for low-oil switches, the switching vessel of which is provided with a ceramic sleeve
The invention relates to oil level indicators for low-oil switches, the switching vessel of which is provided with a ceramic cover. In switches of this type, for example, a glazed viewing opening has been used to check the oil level; however, this viewing opening cannot be made in the ceramic insulator, but only in a special metallic flange, which makes the production of the switch considerably more complicated and expensive. In addition, after switching operations, the window can become opaque over time due to fogging with oil soot. The oil level can also be determined with the aid of a float, which provides an indication of the oil level by means of mechanical transmission devices.
Such mechanisms are, however, prone to failure.
The present invention enables the oil level to be read while avoiding the deficiencies of the known devices. It consists in the fact that the oil chamber of the switch is connected at its lower end to a liquid manometer, the lower part of which is filled with a heavy liquid which is covered with a lighter liquid in the riser pipe intended for reading, the cross section of the riser pipe in the reading area is several times smaller than in the area of the interface between heavy and light liquids. In the oil level indicator according to the invention, the relatively high base amount of the oil pressure is intercepted by a short column of heavy liquid, but fluctuations in this pressure are displayed with high accuracy.
Since the overall length of the pressure gauge used can be short, the oil level can be read off at the foot of the switch, whereby the insulation distance of the switch remains practically unchanged.
There are also known switches which are arranged on an oil-filled post, the oil chamber of the post being in communication with that of the switch. In this case the pressure gauge can be attached to the foot of the post.
When measuring the oil level of switches, it is important to determine whether the prescribed amount of oil is present in the switch. Changes in the oil level as a result of temperature fluctuations are not important. The pressure gauge used according to the present invention has the further advantage in this respect that it shows such temperature-related fluctuations in the oil level only to a greatly reduced extent.
To achieve a compact design of the oil level indicator, according to a preferred embodiment of the invention, the pressure-side part can be designed as a pot that contains the heavy liquid and into which the riser pipe projects axially. The riser pipe is advantageously composed of a part that is widened in the shape of a funnel at the upper end and a thick-walled glass tube narrowed in relation to the funnel opening with a sealing ring in between. For example, mercury can be used as the heavier liquid and oil as the lighter liquid.
The ratio of the riser pipe cross-sections in the extended area and in the reading area is preferably at least equal to the ratio of the specific weights of the two liquids.
The operation of the oil level indicator according to the invention is explained below with reference to FIG.
In Fig. 1, B denotes a container which contains a liquid F1 with the specific gravity si, for example mercury. A riser pipe R protrudes into the mercury supply and has an enlarged cross-section at W.
Let a pressure P act on the surface of the mercury in container B; this pressure is kept in equilibrium in the riser pipe R by a column of liquid composed of the liquid F1 and another liquid F2 with a smaller specific gravity s2, e.g. B. Ö1, is composed. The height of the column F1 is ht, the height of the column F2 is h.,. The cross-section of the riser pipe R has the amount qt at the expanded point W and the amount q2 at the upper end of the liquid column.
For the sake of simplicity, it is assumed that the surface q0 of the liquid in the container B is much larger than qt, so that when the pressure P changes, the liquid level in the container B does not change significantly.
It is now assumed that the pressure P increases by the amount AP. This increases the height of the liquid column F1 by the amount Seht, the height of the liquid column F2 by the amount dhS.
The relationship between dP, dht and 3h results in dP = dh, .s, 3oh, s, (1)
On the other hand, Ah2 = Shl-ql dh, q2
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so that equation (1) can also be written
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The change in height of the meniscus of column F2, from which the change in pressure is read, is denoted by dH in FIG. 1.
The following applies to this reading difference: AH = Ah1.ff (4) q2
This results in
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For the reading sensitivity, i.e. H. the ratio of the reading difference to the pressure difference is obtained
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If, for example, the ratio of the cross-sections in the riser is chosen to be equal to the ratio of the specific weights of the two liquids, i.e. ql: q2 = s1: 52, then equation (5) also results.
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Under these circumstances, the reading sensitivity is a little more than half as great as with a manometer that is only filled with the lighter liquid. If the aspect ratio q: q2 is increased further, the reading sensitivity a approaches the limit value 1 / s2, as can be derived from equation (5).
From the above explanation it can be seen that the relatively high basic amount of pressure is compensated for by a short column of heavy liquid. Fluctuations in this pressure can be read on the upper meniscus of an equally short column of light liquid with an accuracy that is several times greater than when the heavy liquid is used alone.
Figs. 2 to 4 show an embodiment of the invention. In detail, Fig. 2 shows a side view of the oil level indicator, while Figs. 3 and 4 show sections along the lines III-III and IV-IV.
The manometer shown has a base body 1 with an approximately pot-shaped interior 2.
The floor of the interior 2 is covered with a mercury filling 3. A funnel-shaped insert 4 protrudes into space 2 and forms the lower part of the riser pipe. The funnel 4 is supported with its lower edge on the bottom of the container 1/2; the funnel tube 4a is connected to the mercury supply 3 via two openings 5. The space 2 is connected to the oil space of the oil switch via a bore 2a, so that an oil filling 6 lies above the mercury filling 3. To connect the pressure gauge to the switch, two bores 7 are provided in the base body 1 through which screws can be passed.
A thick-walled glass tube 10 is arranged above the upper opening of the funnel 4 and is supported on the upper edge of the funnel 4 via a sealing ring 11. The sealing ring 11 simultaneously seals the joint between the funnel 4 and the base body 1. The glass tube 10 is covered with a hood 13 which is connected to the base body 1 by four screws 12. When the hood 13 is screwed to the base body 1, the glass tube 10 is pressed against the sealing ring 11 at the same time. The hood 13 is provided with two viewing openings 14. Oil is used as the display liquid in the interior 10a of the glass tube 10. To fill in mercury and oil, the hood 13 is provided with an opening 15 which can be closed by a screw 16. The interior of the tube 10 communicates with the environment through a channel 17.
In the manometer shown, the cross section of the riser pipe in the region of the mercury-oil interface qt to the inner cross section q2 of the glass tube 10 is approximately 16: 1.
The pressure gauge shown on a 1: 1 scale measures an oil column about 1 m high, with a change in the oil level of 1 cm corresponding to a reading difference of about 0.54 cm on the pressure gauge.
To dampen sudden pressure increases, such as occur during a switching process, a throttle (not shown) can be provided in the opening 2a or between it and the oil chamber of the switch, for example in the form of a capillary a few centimeters long. Such a throttle allows the measurement of the static pressure in the switch, but keeps short pressure pulses away from the manometer.
The influence of the temperature on the length of the oil column in the riser pipe of the manometer can be reduced by keeping the oil-filled space in the widened part W of the riser pipe (Fig. 1) small.