DE1172870B

DE1172870B - Method and device for determining the liquid level of low-boiling liquids

Info

Publication number: DE1172870B
Application number: DEM45084A
Authority: DE
Inventors: Dr Gustav Klipping
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1960-04-22
Filing date: 1960-04-22
Publication date: 1964-06-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes tiefsiedender Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes tiefsiedender Flüssigkeiten, insbesondere kondensierter Gase in Behältern (Kühlfallen od. dgl.) Außerdem wird eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschla.. gen.Method and device for determining the liquid level of low-boiling Liquids The invention relates to a method for determining the liquid level low-boiling liquids, especially condensed gases in containers (cold traps or the like.) In addition, a device for performing this method is proposed. gene.

Bei der Durchführung von Laborversuchen und beim Betrieb von Hochvakuumanlagen werden häufig kondensierte Gase, vorzugsweise flüssige Luft, als Tiefkühlmittel verwendet und aus einem Vorratsgefäß über entsprechende Zuleitungen in den vorgesehenen Kühlmittelbehälter eingefüllt. Dabei stellt sich häufig die Aufgabe, den Flüssigkeitsstand der kondensierten Gase in einem Behälter laufend zu überwachen und eine Nachfüllung vorzunehmen, wenn eine entsprechend festgelegte Einstellhöhe unterschritten wird. Da sich die Oberfläche eines derartigen kondensierten Gases fortgesetzt in Bewegung befindet, erweist es sich als recht schwierig, eine genaue Feststellung der Füllhöhe in einem Gefäß durchzuführen. Die bisher auf dem Gebiete der Behälterinhaltsmessung gebräuchlichen Anordnungen konnten auf das Gebiet der tiefsiedenden Flüssigkeiten nicht übertragen werden. When carrying out laboratory tests and when operating high-vacuum systems Condensed gases, preferably liquid air, are often used as refrigerants used and from a storage vessel via appropriate supply lines in the intended Coolant tank filled. The task often arises of the fluid level continuously monitor the condensed gases in a container and refill to be carried out if the value falls below a correspondingly defined setting height. As the surface of such a condensed gas continues to move is located, it turns out to be quite difficult to determine the exact filling level to be carried out in a vessel. So far in the field of container content measurement Conventional arrangements could apply to the field of low-boiling liquids not be transferred.

Dies würde zu unhandlichen und relativ unempfindlichen Meßgeräten führen, deren Anwendung außerdem einen erheblichen Verlust der tiefsiedenden Flüssigkeiten verursacht.This would result in cumbersome and relatively insensitive measuring devices lead, their use also a significant loss of low-boiling liquids caused.

Es ist bereits bekannt, die Widerstandsänderung eines in das zu messende Medium eintauchenden Widerstandselementes in einer entsprechenden Schaltung dazu auszunutzen, um den Flüssigkeitsstand in einem Behälter anzuzeigen. Derartige Vorrichtungen wurden beispielsweise zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes in Heißwasserpeichern, Dampfkesseln, Ölbehältern, Brennstofftanks und dergleichen vorgeschlagen. Die temperaturabhängigen Widerstandselemente waren dabei Halbleiterwiderstände, dünne Metallrohre, beheizte Stäbe mit zusätzlicher Meßwicklung und auch beheizte Drahtwendel, deren Länge sich über die ganze Höhe des zu überwachenden Flüssigkeitsstandes erstreckte. Dabei wurden die Vergleichswiderstände in Brückenschaltungen ebenfalls in der Flüssigkeit angeordnet, so daß beim Absinken des Füllstandes einer oder mehrere Brückenwiderstände relativ zu den vollständig eingetauchten Widerständen eine Widerstandsänderung erfahren. It is already known to measure the change in resistance of one in the one to be measured Medium immersed resistance element in a corresponding circuit to it to display the liquid level in a container. Such devices were used, for example, to monitor the liquid level in hot water storage tanks, Steam boilers, oil tanks, fuel tanks and the like have been proposed. The temperature-dependent Resistance elements were semiconductor resistors, thin metal tubes, heated Rods with additional measuring winding and also heated wire helix, the length of which is different extended over the entire height of the liquid level to be monitored. There were the comparison resistances in bridge circuits are also arranged in the liquid, so that when the level drops, one or more bridge resistances are relative experience a change in resistance to the fully immersed resistors.

Wegen des besonderen Charakters der tiefsiedenden Flüssigkeiten ist man jedoch bestrebt, im Flüssigkeitsstand liegende, wärmeerzeugende Meß elemente zu vermeiden, weil diese einen sehr unerwünschten Verlust des mit erheblichen Kosten hergestellten kon- densierten Gases herbeiführen können. Man muß daher die Meßanordnung derart ausbilden, daß nur ein Meßelement von relativ geringen Abmessungen mit dem Flüssigkeitsspiegel nahezu punktförmig in Berührung kommt. Die besondere Schwierigkeit besteht darin, trotz dieser Forderung eine hinreichende Empfindlichkeit der Füllgradbestimmung zu erzielen.Because of the special character of the low-boiling liquids However, one strives to be located in the liquid level, heat-generating measuring elements Avoid this because this is a very undesirable loss of money at a considerable cost manufactured con- can bring about condensed gas. One must therefore use the measuring arrangement form such that only a measuring element of relatively small dimensions with the The liquid level comes into contact almost point-like. The particular difficulty is, despite this requirement, a sufficient sensitivity of the degree of filling determination to achieve.

Gemäß der Erfindung wird daher zur Messung des Flüssigkeitsstandes tiefsiedender Flüssigkeiten vorgeschlagen, daß im Behälter in entsprechend festgelegter Einstellhöhe über dem Flüssigkeitsspiegel ein elektrisch beheiztes Widerstands element von- geringer Wärmeträgheit vorgesehen ist, und daß aus dessen absoluter Widerstandsänderung beim Eintauchen in die tiefsiedende Flüssigkeit bzw. beim Heraustreten in die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindliche Dampfphase ein elektrischer Meßimpuls abgeleitet wird. Man verwendet demnach ein je nach der gewünschten Füllhöhe in seiner Höhenlage einstellbares Widerstands element und sorgt durch eine elektrische Beheizung dafür, daß dieses Widerstandselement durch die in seiner Nähe befindliche Flüssigkeitsoberfläche nicht erheblich abgekühlt wird, so daß beim Eintauchen in den Flüssigkeitsspiegel plötzlich eine wesentliche Temperaturänderung des Widerstands elementes und dementsprechend eine Anderung der elektrischen Leitfähigkeit eintritt, wodurch ein hinreichender elektrischer Steuertinpuls abgeleitet werden kann. Zweckmäßigerweise ordnet man das Widerstandselement als Widerstand einer elektrischen Brückenschaltung so an, daß sich die übrigen nicht temperaturabhängigen Brückenwiderstände außerhalb des Behälters befinden, wobei die Beheizung durch den Brückenteilstrom erfolgen kann. In einer einfachen Ausführung ist das Widerstandselement als Zweigwiderstand einerWheatstone' schen Brückenschaltung ausgebildet, wobei in der Anzeigediagonale ein Relais vorgesehen ist. Beim Eintauchen des Widerstandselementes in den Flüssigkeitsspiegel ändert sich innerhalb kürzester Zeit dessen Widerstandswert, so daß eine Verstimmung der Brücke eintritt, und der nunmehr vorliegende Strom in der Anzeigediagonale einen Schaltvorgang des Relais auslöst. An Stelle einer Wheatstone'schen Brücke können auch andere, an sich bekannte elektrische Brückenschaltungen, gegebenenfalls unter Verwendung eines Verstärkerelementes, vorgesehen werden. According to the invention, therefore, to measure the liquid level Low-boiling liquids suggested that in the container in accordance with fixed Adjustment height above the liquid level an electrically heated resistance element of low thermal inertia is provided, and that from its absolute change in resistance when immersing in the low-boiling liquid or when stepping out of the liquid above of the liquid level located vapor phase derived an electrical measuring pulse will. One therefore uses a depending on the desired filling level in its altitude adjustable resistance element and ensures, through electrical heating, that this resistance element through the liquid surface located in its vicinity is not cooled significantly, so that when immersed in the liquid level suddenly a significant temperature change of the resistance element and accordingly a change in the electrical conductivity occurs, whereby a sufficient electrical control pulse can be derived. It is expedient to arrange the resistance element as the resistance of an electrical bridge circuit in such a way that that the remaining non-temperature-dependent bridge resistances outside the Container are located, where the heating can be done by the bridge partial flow. In a simple embodiment, the resistor element is a branch resistor of a Wheatstone ' rule bridge circuit formed, with a relay provided in the display diagonal is. At the Immersion of the resistance element in the liquid level its resistance value changes within a very short time, causing a detuning the bridge enters, and the current present in the display diagonal one Switching process of the relay triggers. Instead of a Wheatstone bridge you can also other known electrical bridge circuits, if necessary under Use of an amplifier element can be provided.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann so ausgebildet sein, daß das Widerstandselement eine Drahtwendel aus Widerstandsmaterial ist. Bei der Durchführung von Versuchen haben sich kleine Drahtwendeln, wie sie in Lampen von Taschenleuchten vorhanden sind, als besonders zweckmäßig erwiesen. Ein weiterer Vorteil kann unter Umständen dadurch erreicht werden, daß die Drahtwendel durch einen Überzug, vorzugsweise aus einem Kunstharz, gegen den Zutritt von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre gestützt werden. Je nach der Art des kondensierten Gases besteht nämlich bei entsprechender Heizung des Widerstandselementes die Gefahr, daß dieses im Sauerstoffanteil plötzlich aufglüht und verbrennt. An advantageous device for performing the method can be designed so that the resistance element is a wire coil made of resistance material is. When carrying out experiments, you have small coils of wire, like them are present in lamps of flashlights, proven to be particularly useful. Another advantage can be achieved under certain circumstances that the wire helix by means of a coating, preferably made of a synthetic resin, against the ingress of oxygen be supported from the ambient atmosphere. Depending on the type of condensed gas if the resistance element is appropriately heated, there is a risk of that this suddenly glows and burns in the oxygen content.

In der Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Man erkennt ein Vorratsgefäß 1 für flüssige Luft, das nach der Art der Dewar-Gefäße doppelwandig mit verspiegelter Innenseite ausgebildet ist. In diesem Vorratsgefäß 1 befindet sich eine Füllung flüssiger Luft, welche mit der Positionsnummer 2 bezeichnet werden soll. Das Vorratsgefäß 1 ist nach oben durch einen Deckel 3 verschlossen, in dem Führungshülsen 5, 6 eingesetzt sind. Durch diese Führungshülsen 5, 6 können elektrische Zuleitungen 23, 24 zum wendelförmigen Widerstandselement 4 hindurchgeführt und in ver schiedener Höhenlage festgehalten werden, so daß sich eine Einstellmöglichkeit für das den Schaltvorr gang auslösende Flüssigkeitsniveau ergibt. In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment explained. You can see a storage vessel 1 for liquid air, which is based on the type of Dewar vessels are double-walled with a mirrored inside. In this Storage vessel 1 is filled with liquid air with the item number 2 is to be designated. The storage vessel 1 is at the top through a cover 3 closed, in which guide sleeves 5, 6 are used. Through these guide sleeves 5, 6 electrical leads 23, 24 to the helical resistance element 4 passed through and held at different heights, so that a setting option for the liquid level that triggers the switching process results.

Das wendelförmige Widerstandselement 4 ist mit Hilfe der elektrischen Zuleitungen 23, 24 und an diesen angeschlossene weitere elektrische Zuleitungen 7, 8 als Brückenwiderstand einer zusammen mit den Zweigwiderständen 9, 10 und 11 gebildeten Wheatstone'schen Brücke geschaltet. Die Stromzuführung erfolgt an den Knotenpunktenl9, 21, wobei die Stromstärke in den Brückenzweigen und damit die Beheizung des wendelförmigen Widerstandselementes 4 von der Größe der Widerstände 9, 10 und 11 sowie von der Einstellung eines zusätzlichen Regelwiderstandes 22 im Hauptstromkreis der Stromquelle 16 abhängt. Für den Ein- und Ausschaltvorgang ist im Hauptstromkreis außerdem ein Ausschalter 17 angeordnet. In der Anzeigediagonale zwischen den Knotenpunkten 18, 20 ist ein Stromrelais 12 vorgesehen, dessen Anker einen Schaltkontakt 13 betätigt, so daß die Klemmen 14, 15 je nach dem Schaltzustand des Relais, entweder voneinander getreunt oder elektrisch leitend verbunden sind. Diese Klemmenl4, 15 ermöglichen die gewünschte Steuerung weiterer Geräte, z. B. des Magnetventils einer an sich bekannten Nachfüllvorrichtung für kondensier- bare Gase, mit deren Hilfe über nicht gezeichnete Bauelemente eine Nachfüllung des Flüssigkeitsstandes in dem gezeigten Vorratsgefäß erfolgen kann. Je nach Wahl der Brückenwiderstände kann man dabei den Schaltvorgang nach dem Arbeits- oder Ruhestromprinzip ausbilden, und beispielsweise die Brücke auf verschwindenden Strom in der Anzeigediagonale abgleichen, solange das wendelförmige Heizelement außerhalb des Flüssigkeitsspiegels bleibt. The helical resistance element 4 is with the help of the electrical Supply lines 23, 24 and further electrical supply lines connected to them 7, 8 as a bridge resistor one together with the branch resistors 9, 10 and 11 formed Wheatstone bridge. Power is supplied to the Nodesl9, 21, where the current strength in the bridge branches and thus the heating of the helical resistance element 4 of the size of the resistors 9, 10 and 11 and the setting of an additional variable resistor 22 in the main circuit the power source 16 depends. For switching on and off is in the main circuit also a circuit breaker 17 is arranged. In the display diagonal between the nodes 18, 20 a current relay 12 is provided, the armature of which actuates a switching contact 13, so that the terminals 14, 15 depending on the switching state of the relay, either from each other are faithful or electrically conductively connected. These terminals 14, 15 allow the desired control of other devices, e.g. B. the solenoid valve per se known refill device for condensing bare gases, with the help of which about not Drawn components a refill of the liquid level in the one shown Can be made storage vessel. Depending on the choice of bridge resistances, you can use the Train switching process according to the open-circuit or closed-circuit principle, and for example adjust the bridge for vanishing current in the display diagonal as long as the helical heating element remains outside the liquid level.

Eine andere Schaltungsmöglichkeit arbeitet im Normalfall mit verstimmter Brücke, und das Eintauchen des wendelförmigen Widerstandselementes 4 verbessert den Abgleich, so daß das Schaltrelais stromlos wird, und der Anker abfällt. Zum Ausgleich schädlicher Temperatureinflüsse der Umgebung können zusätzlich bekannte Temperaturkompensationsschaltungen Anwendung finden.Another circuit option works normally with a detuned Bridge, and the immersion of the helical resistance element 4 is improved the adjustment, so that the switching relay is de-energized and the armature drops out. To the Compensation for harmful temperature influences in the environment can also be known Temperature compensation circuits are used.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung eine exakt arbeitende Vorrichtung geschaffen worden ist, mit deren Hilfe der Flüssigkeitsspiegel kondensierter Gase in einem Vorratsgefäß unter Verwendung einer bekannten Nachfüllvorrichtung sehr genau eingehalten werden kann. It has been shown that an exactly working by the invention Device has been created by means of which the liquid level is condensed Gases in a storage vessel using a known refill device can be adhered to very precisely.

Claims

Claims: 1. Method for determining the liquid level low-boiling liquids, especially condensed gases in containers, d a d u r c h g e - indicates that in the container in a correspondingly defined setting height an electrically heated resistance element of less than the liquid level Thermal inertia is provided, and that from its absolute change in resistance when Immerse into the low-boiling liquid or, when stepping out, into the above of the liquid level located vapor phase derived an electrical measuring pulse will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature-dependent Resistance element in a known manner branch resistance of an electrical Bridge circuit is, the rest of which is not temperature-dependent resistances outside of the container are, and that the heating of the resistance element by the bridge partial flow he follows.

3. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the resistance element is a dwarf helix made of resistance material is.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the dwarf helix 4. Made of tungsten wire.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the dwarf helix (4) has a protective coating against the ingress of oxygen from the Has ambient atmosphere, which preferably consists of plastic.

Considered publications: German Patent Specifications No. 907 469, 869 701, 813 968, 645 025, 595 691.