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Einrichtung zur elektrischen Anzeige und/oder Auswertung des Flüssigkeitsstandes
in Behältern oder anderen Teilen des Leitungssystems von Wärmekraftanlagen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Anzeige bzw. Auswertung des Flüssigkeitsstandes
in Behältern oder anderen Teilen des Leitungssystems von Wärmekraftanlagen od. dgl.
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Die Erfindung macht dabei von dem an sich bekannten Prinzip des in
einer Flüssigkeit stattfindenden Wärmeentzuges erwärmter Widerstände mit temperaturabhängigem
Widerstandswert Gebrauch.
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Es ist bekannt, daß die Wärmeübergangszahl von Metall auf Flüssigkeiten
im ruhenden Medium etwa zehnmal so groß wie die Wärmeübergangszahl von Metall auf
Gase oder Dämpfe ist. Wenn man einem Körper, welcher sich innerhalb einer Flüssigkeit
befindet, Wärme zuführt, so wird diesem also erheblich mehr Wärme entzogen als in
dem Falle, wenn er sich in einem gas- oder dampfförmigen Medium befindet.
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Bei der Anwendung dieses Prinzips hat man sich bisher im allgemeinen
darauf beschränkt, Flüssigkeitsstände zu überwachen, bei denen niedrigere Temperaturen,
d. h. Temperaturen unter 400 C, vorhanden waren. Demgegenüber hat man sich bei Wärmekraftanlagen,
bei denen einerseits weit höhere Temperaturen vorkommen und bei denen andererseits
diese Temperaturen unter Umständen stark schwanken können, anderer Mittel bedient,
um Flüssigkeitsstände zu überwachen.
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Die Erfindung ermöglicht die Anwendung des geschilderten Prinzips
für Wärmekraftanlagen, bei denen in Behältern oder anderen Teilen des Leitungssystems
vielfach hohe Drücke und Temperaturen herrschen und diese zeitweise starken Anderungen
unterworfen sind.
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Es ist bereits ein Flüssigkeitsstandsalarmanzeiger für einen eine
veränderliche Flüssigkeitsmenge enthaltenden Behälter bekanntgeworden, bei dem ein
in wärmeleitender Verbindung mit dem Behälterinneren stehendes Heißleiterelement
durch die wärmeableitende Wirkung dieser Flüssigkeit in Abhängigkeit davon, ob das
Element unter oder über dem Spiegel der freien Flüssigkeitsoberfläche liegt, einen
Alarmkreis aus-oder einschaltet. Dabei ist dieses Heißleiterelement in einer in
das Behälterinnere tauchenden Kammer angeordnet, die von einem mit Schraubgewinde
versehenen Stutzen gebildet wird, in welchem von ihm elektrisch isoliert ein Leiterstift
gelagert ist. Die nach außen weisende Seite des Leiterstiftes ist mit einer Klemme
zum Anschluß eines äußeren Stromkreises versehen, während die andere Seite elektrisch
leitend mit dem Heißleiterelement verbunden ist. Das stabförmige Heißleiterelement
liegt dabei parallel zur Achse des Schraubgewindes, innerhalb der auch der Leiterstift
verläuft. Die bekannte Anordnung ist so getroffen, daß der Heißleiter durch seine
horizontale Anordnung beim Steigen des Flüssigkeitsspiegels auf seiner ganzen Länge
hin gleichzeitig eintaucht und im
ganzen von der Flüssigkeit umspült wird. Darüber
hinaus handelt es sich aber um eine Bauart, die nur für ganz bestimmte Anwendungsfälle
Bedeutung hat, wie sie z. B. bei der Uberwachung von Benzin, Dieselöl od. dgl. in
einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges in Betracht kommt, sich aber nicht
für Anwendungsfälle eignet, bei denen hohe Drücke und Temperaturen zu erwarten sind.
Bei der Erfindung kommt es gerade darauf an, eine exakt arbeitende Flüssigkeitsstandsüberwachung
für Kesselanlagen oder andere Zwecke zu schaffen, bei denen in den Behältern ho
e-Drücke und Temperaturen herrschen und dabei die Anzeige weitgehend unabhängig
von schwankenden Druck- und Temperaturwerten bleibt.
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Auch bei einer anderen bekannten Anordnung handelt es sich lediglich
darum, Flüssigkeitsstände unter normalen Temperaturen, die sich nicht oder nicht
wesentlich von der Außentemperatur unterscheiden, zu überwachen. So arbeitet ein
solcher bekannter Tankinhaltsanzeiger für Kraftfahrzeuge mit Halbleitern, wobei
durch Verwendung eines Schwimmerhebels ein an sich zur stufenweisen Anzeige von
Flüssigkeitsständen bekannter, in die Flüssigkeit getauchter Halbleiter so vorgesehen
ist, daß er erst bei einer Hebelstellung austaucht und den zu einer zusätzlichen
Anzeige
erforderlichen ohmschen Widerstand erlangt, bei der der Tankinhalt auf den Reservebetrag
abgesunken ist.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß ein oder mehrere Niveauwächter
mit innerhalb einer druckfesten, zunder- und korrosionsbeständigen, insbesondere
als Schutzrohr ausgebildeten Ummantelung befindlichem Heizelement mit temperaturabhängigem
Widerstandswert solcher Bemessung vorgesehen sind, daß bei einer Umgebungstemperatur
von etwa 200 C die Heißleitertemperaturen im Bereich von etwa 400 bis 4500 C liegen,
andererseits bei hohen Umgebungstemperaturen bis etwa 4000 C kein Durchbrennen des
Heißleiters erfolgt und die Anzeige weitgehend unabhängig vom Druck und von der
Temperatur des zu überwachenden Mediums ist.
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Erst durch diese Maßnahmen gelingt es, die Flüssigkeitsstandsüberwachung
unter Ausnutzung des bekannten Prinzips für Leitungssysteme von Wärmekraftanlagen
od. dgl. nutzbar zu machen.
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Wird das Heizelement durch Eintauchen in die Flüssigkeit überflutet,
dann erfolgt eine starke Abkühlung und entsprechend dem Temperaturbeiwert des Werkstoffes
des Heizelements eine sprunghafte Änderung, insbesondere Erhöhung, der Stromaufnahme
des Heizelements. Diese Erhöhung der Stromstärke kann als Impuls für ein Relais,
einen Verstärker od. dgl. herangezogen werden. Unabhängig von den Temperaturen ist
im ruhenden Medium die Stromaufnahme des Heizelements bei Wasser immer höher als
bei Dampf oder Luft. Die Erfindung ermöglicht, die Stromaufnahme bei Wasser mit
einer Temperatur von etwa 3000 C ohne weiteres höher zu machen als bei Dampf mit
einer Temperatur von 1000 C. Es kann dabei vorteilhaft sein, zur weiteren Berücksichtigung
der Temperaturunterschiede zusätzliche Ausgleichsmaßnahmen heranzuziehen. So können
zur Kompensation schwankender Flüssigkeitstemperaturen zwei oder mehr Niveauwächter
(Heizelemente) in einer Differenz-oder Brückenschaltung in geeigneter Weise zusammengeschaltet
werden.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen
Teilen in vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung veranschaulicht.
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In Fig. 1 ist ein Niveauwächter in einer beispielhaften Ausführungsform
in teilweiser Schnittdarstellung veranschaulicht. Die beiden Zuleitungen 1 und 2
sind druckdicht isoliert in das Innere des Schutzrohres 3 eingeführt. Zur Abdichtung
der Zuführung dient eine Packung 4, die mit Hilfe der eingesetzten Schraube 5 zusammengepreßt
wird. Der Körper 6 dient als Träger für das Schutzrohr 3 und die Druckschraube 5.
Innerhalb des Schutzrohres 3 liegt das Heizelement 7, das zweckmäßig in Quarzsand
oder einem anderen gut wärmeleitenden, isolierenden Mittel eingebettet ist. Der
Übergang der Stromzuführung zum Heizdraht an den Stellen 8 und 9 liegt zweckmäßig
innerhalb des Schutzrohres kurz vor dem wirksamen Teil des Heizelements, insbesonder
der Spirale oder Wendel, damit eine Erwärmung im wesentlichen auf diese beschränkt
bleibt. Zur Durchführung könnten auch an sich bekannte metallkeramische Massen herangezogen
werden. Die Zuleitung kann dementsprechend beispielsweise nach Art der bekannten
Zündkerzen oder Glühkerzen erfolgen. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, daß
die beiden Zuleitungen getrennt herausgeführt werden, vielmehr kann auch die eine
Zuleitung über Masse erfolgen, so daß nur der eine Pol
isoliert durchgeführt werden
muß. Die Heizspirale wird zweckmäßig für eine geringe Spannung von beispielsweise
3 bis 10 V ausgelegt. Damit kann man den Heizdraht kurz und verhältnismäßig stark
bemessen, so daß er eine größere Lebensdauer erhält, wobei sich gleichzeitig wünschenswert
große Ströme ergeben.
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Ferner wird die Isolierung des Heizdrahtes innerhalb des Heizrohres
dadurch einfacher. Der erforderliche Transformator zur Erzeugung der niedrigen Spannung
ist in Anbetacht der geringen Leistung klein zu bemessen, und somit erfordert die
Einrichtung keine höheren Kosten für die Stromversorgung.
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In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung unter Verwendung von zwei
Niveauwächtern veranschaulicht, die weitgehend unabhängig gegen stark schwankende
Temperaturen eine außerordentlich betriebssichere Nivauanzeige liefert. Die beiden
Nivauwächter 10 und 11 sind von einpoliger Bauart, bei denen die zweite Zuleitung
an Masse gelegt ist. Die Stromquelle 12 ist ebenfalls einpolig an Masse gelegt,
wobei der andere Pol über die Widerstände 13 und 14 mit den Heizern 15 und 16 in
den Niveauwächtern verbunden ist. Auf diese Weise entsteht eine Brückenschaltung,
in deren Diagonalzweig die Auswertungseinrichtung liegt, welche bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel durch ein Relais 17 versinnbildlicht ist. Der Widerstand 14
ist als veränderbarer Widerstand ausgebildet, so daß man in der Lage ist, je nach
den gegebenen Erfordernissen einen Gleichgewichtszustand der Brücke beispielsweise
dann hervorzurufen, wenn der Niveauwächter 11 sich innerhalb der Flüssigkeit und
der Niveauwächter 10 sich im Dampfraum befindet. Bei steigendem Flüssigkeitsstand
wird dann der Niveauwächter 10 von der Flüssigkeit überflutet, so daß seine Temperatur
sprunghaft abnimmt. Diese Abkühlung bedeutet bei Verwendung eines Widerstandsmaterials
mit positivem Temperaturkoeffizienten eine sprunghafte Erhöhung der Stromaufnahme
des Heizelements.
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Das Brückengleichgewicht wird dadurch gestört, und es fließt ein Strom
durch das Relais 17.
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Wenn umgekehrt bei stark absinkendem Flüssigkeitsspiegel der Niveauwächter
11 austaucht, so erfolgt eine sprunghafte Erwärmung desselben und damit eine Erniedrigung
seiner Stromaufnahme. In diesem Falle wird das Brückengleichgewicht in entgegengesetztem
Sinne gestört, und es fließt ein entgegengesetzt gerichteter Strom durch das Relais
17. Bei Verwendung eines polarisierten Relais wird man also im Normalfall die Nullstellung
des Relais vorfinden, während im einen Falle das Relais in die eine und im anderen
Falle in die entgegengesetzte Endstellung übergeht.