CH149194A - Verfahren zum Kontrollieren von Flüssigkeitshöhen in Behältern. - Google Patents

Description

      Y#rfahren    zum Kontrollieren von     Flüssigkeitshöhen    in Behältern.    Die einfachsten Vorrichtungen, welche  Flüssigkeitshöhen in Behältern zu erkennen  gestatten, sind Schaugläser. Je nach dem  Drucke und der Temperatur, welche in dem  Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise einem  Dampfkessel, herrschen, müssen dieselben  widerstandsfähig genug gegen mechanische  Temperaturbeanspruchungen ausgebildet sein.  



  Für moderne Hochdruckbehälter mit  Drucken bis zu<B>100</B>     Atm.    und mehr und Tem  peraturen bis zu<B>500 '</B> ist es bisher nicht     ge-          iungen,    genügend haltbare Gläser herzustel  len. Infolgedessen ist die Bestimmung der       Flüssigkeitshölie    in einem solchen Hoch  druckbehälter bis heute eine nicht oder     mir          niangelhaft    gelöste Aufgabe.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein Ver  fahren zum Kontrollieren von Flüssigkeits  höhen in Behältern, dessen Hauptvorteil darin  besteht, bis zu den höchsten Drucken und  Temperaturen anwendbar zu sein. Infolge  seiner besonderen Eigenart ist es weiterhin    leicht möglich, es zur Fernübertragung der  Anzeige der Flüssigkeitshöhe zur Registrie  rung derselben und insbesondere auch zur  Impulsgabe an Einrichtungen, welche die       Konstanterhaltung    einer gewissen     Fliissig-          keitshöhe    bewirken, auszugestalten.  



  Der Grundgedanke des neuen Verfahrens  ist der,     dass    Schwingungen des Behälters oder  eines mit demselben elastisch verbundenen  kommunizierenden Hilfsbehälters zur     Er-          kennbarmachung    der Flüssigkeitshöhe heran  gezogen werden, und zwar sind für den  Zweck des Verfahrens sowohl freie oder       Eigenschwingungen.    wie auch erzwungene  Schwingungen verwendbar.  



  Die Verwendbarkeit der Eigenschwingun  gen zur Anzeige von     Flüssigkeitshöhen    be  ruht dabei auf folgenden Überlegungen:  Die Eigenschwingungszahl eines elastisch  gelagerten Körpers hängt bekanntlich ab von  seiner Masse. Ist der Körper ein Flüssigkeits  behälter, dessen Flüssigkeitshöhe sich verän-           dert,    so wird hierdurch auch eine Verände  rung der Eigenschwingungszahl des     dutch     den Körper mit seiner elastischen Lagerung  dargestellten     scliwingungsfähigen    Systems  bewirkt.

   Man kann also umgekehrt eine Ver  änderung im     Flüssigkeitssfande    an einer Ver  änderung der Eigenschwingungszahl erken  nen, das heisst, bei geeigneter Anordnung  kann die Eigenschwingungszahl als Mass für  die Höhe des Flüssigkeitsstandes in dem  elastisch gelagerten Behälter dienen.  



  Im Falle     von    erzwungenen Schwingungen       beeinflusst,    wie bekannt, die schwingende  Masse die Grösse der sich ausbildenden Am  plitude, so     dass    die Messung der     Amplituden-          grösse    umgekehrt zur Bestimmung der vor  handenen Masse, das heisst in diesem Falle  des Flüssigkeitsstandes, dienen kann.  



  Eine einfache Anwendung des Verfahrens  zur Anzeige des Wasserstandes in einem  Dampfkessel ist in     Fig.   <B>1</B> beispielsweise     dar-          gestellt:    Mit dem Dampfkessel<B>1</B> ist durch  die Rohre 2 und<B>3</B> ein kommunizierender  Hilfsbehälter 4 von beliebiger Form elastisch  verbunden.

   Werden durch irgendwelche     Ur-          ##achen,    etwa durch einen Stoss oder durch<B><U>die</U></B>  im Kesselhaus stets vorhandenen Erschütte  rungen die Eigenschwingungen des     sc'hwin-          gungsfähigen    Systems 2,<B>3,</B> 4 erregt, so zeigt  ein     Scliwingungsmesser   <B>5,</B> zweckmässig ein       Zungenfrequenzmesser,    die     Eigenschwin-          ,u        ngszahl        an,        welche,        wie        oben        ausgeführ        t,

       als     Mass    für die Höhe des     V#7asserstandes    in  dem Hilfsbehälter 4 dienen kann. Jede Ver  änderung des     Wasserstaiides    in dem Behälter  <B>1</B> und dem mit ihm kommunizierenden Hilfs  behälter 4 bewirkt also eine Veränderung in  der Anzeige des     Zungenfrequenzmessers.     



  Ist der Behälter<B>1</B> selbst elastisch ge  lagert oder aufgehängt, so kann auch seine       Eigeiischwingungszahl    zur Bestimmung der  Flüssigkeitshöhe in ihm benutzt werden. In  diesem Falle kann der Hilfsbehälter 4 in       ffegfall    kommen.  



  Die Erregung der Schwingungen des Behäl  ters oder des Hilfsbehälters kann in verschie  denster Weise erfolgen. In vielen Fällen wer-    den bereits die in der Umgebung vorhandenen  Erschütterungen hierzu ausreichend sein.  Will man jedoch alle Möglichkeiten einer  Täuschung ausschalten     bezw.    wird eine be  sonders genaue Anzeige der Flüssigkeitshöhe       ae     <B>"</B> fordert, so erweist es sich als zweckmässig,  besondere Mechanismen zur     Seliwingungs-          erregung    anzubringen. Unter den Möglichkei  ten, welche sich hierbei bieten, seien folgende  erwähnt:  <B>1.</B> Erregung durch Stösse oder Schläge  vermittelst einfacher Schlagmechanismen,  welche von Hand oder automatisch betätigt  werden.

   Zweckmässig i     s-t    damit gleichzeitig  eine     Dämpfungsvorrich'miig    verbunden, wel  che die Zungen des     Erequenzmessers    im ge  wünschten Augenblick zur Ruhe bringt.  



  2. Erregung im Rhythmus der mit der  Flüssigkeitshöhe veränderlichen Eigenschwin  gungszahl durch rotierende oder hin-     und     hergehende     Schwingungserzeugung,    deren  Periodenzahl automatisch auf Synchronismus  mit den Eigenschwingungen gesteuert wird.  Es kann dies beispielsweise     unt'er    Benutzung  geeignet abgestimmter elektrischer Schwin  gungskreise, deren Selbstinduktion oder Ka  pazität veränderlich gemacht ist. erreicht  werden.  



  <B>3.</B> Erregung mit gleichbleibender Fre  quenz     bezw.    einer Anzahl gleichbleibender  Frequenzen, zum Beispiel durch einen oder  mehrere mit konstanter Drehzahl laufende  Motoren oder     Oszillatoren,    wobei sich dann  die oben bereits erwähnten erzwungenen  Schwingungen ausbilden, deren     Amplituden-          grösse    als Massstab für die Flüssigkeitshöhe  benutzt werden kann.  



  Liegt die Aufgabe vor, die Anzeige der  Flüssigkeitshöhe nach irgendeiner räumlich  von dem Behälter entfernten Stelle zu     Übe,-          tragen.,    so ist dies auf verschiedenen Wegen  möglich. Es kann zum Beispiel in einfacher  Weise die Anzeige des     Zungenfrequenzmes-          sers   <B>5</B> in     Fig.   <B>1</B> räumlich übertragen werden  durch Lichtstrahlen, welche an der ge  wünschten Stelle ein vergrössertes Bild der  Anzeige entwerfen, Für Übertragung auf  grössere.

   Entfernung kann das dem     Telephon          zz         zugrunde liegende Prinzip nutzbar gemacht  werden, indem man durch die Schwingungen  der Zungen des     Frequenzmessers   <B>5</B> in einem  Magnetfeld Induktionsströme hervorbringen       lässt,    welche entsprechende Zungen eines  räumlich entfernten zweiten     Frequenzmessers     zum Schwingen bringen.  



  Eine andere Möglichkeit der räumlichen  Übertragung von Impulsen, die von den  Schwingungen des Behälters oder des Hilfs  behälters herrühren, besteht darin,     dass,    wie  in     Fig.    2 beispielsweise schematisch skizziert,  vermittelst Lichtstrahlen, die durch den von  der     Flüssigkeitshöl   <B>-</B> direkt     beeinflussten          Zungenfrequenzmesser   <B>5</B> gesteuert werden,       Selenzellen   <B>9</B> und<B>10</B> belichtet werden, wel  che in einer     Wheatstonschen    Brückenschal  tung angeordnet sind.

   Je nachdem, ob die  Zunge<B>6</B> oder die Zunge<B>8</B> die grössere     Ai#,          plitude    hat, wird     Selenzelle   <B>9</B> oder     Selenzelle     <B>10</B> stärker belichtet. Es ist dabei angenom  men,     dass    die Flüssigkeit auf der Höhe, wie       sie        s        durch        die        Zunge   <B>7</B>     gekennzeichnet        ist,        ge-          halten    werden soll.

   Wenn der Flüssigkeits  stand hiervon abweicht, geht die maximale  Amplitude über auf eine der anliegenden  Zungen<B>6</B> oder<B>8,</B> wobei vorgesehen ist,     dass     die Frequenzen der Zungen so dicht beiein  ander liegen,     dass    stets mindestens zwei Zun  gen zu gleicher Zeit schwingen, so     dass    eine  kontinuierliche Regelung gesichert ist.  



  Jede Änderung des Brückengleichgewich  tes ruft einen Strom in der Diagonalen<B>11</B>  hervor, welcher ein Relais 12 im einen oder  andern Sinne betätigt. Dieses Relais 12  steuert. Ströme, welche auf Anzeige- oder       Relgistriervorriehtungen    oder, was hierbei  von besonderer Wichtigkeit ist, auf Regel  vorrichtungen für die in dem Behälter ge  speiste Flüssigkeitsmengen einwirken.     Be-          einflusst    die Regeleinrichtung etwa die Dreh  zahl einer Speisepumpe.

   so kann zur Rück  führung der durch den Primärimpuls     hervor-          mzebrachten        Drehzahländerun",    ein     Drehzahl-          .messer    dienen, welcher das     Brückengleic'h-          gewicht    durch einen sekundären Impuls im  umgekehrten Sinne zu verschieben trachtet.

      In     Fig.    2 ist angenommen,     dass    die Dreh  zahländerung der Speisepumpe auf einen       Zungenfrequenzmesser        lä    wirkt, dessen Zun  gen 14 und<B>16</B> Lichtstrahlen steuern, welche  durch Einwirkung auf die     Selenzellen   <B>10</B>       bezw.   <B>9</B> das Brückengleichgewicht im Sinne  der Rückführung beeinflussen.     [Trn.    eine An  passung der Regelgeschwindigkeit an<B>die</B>       Träglieiten    der bewegten Steuerorgane zu er  zielen, ist es zweckmässig, die von dem Re  lais 12 ausgehenden Steuerimpulse in regel  baren Zeitabständen aufeinander folgen     züi     lassen.  



  Es hat sieh gezeigt,     dass    ein sehr     aus-          siclitsreiches    Mittel zur Übertragung von Im  pulsen, welche von den Schwingungen des  Behälters oder des Hilfsbehälters. insbeson  dere von den     Zungensehwingungen    des da  durch     beeinflussten        Frequenzmessers,    oder  sonstiger     beeinflusster    Federpendel, herrüh  ren, in der Erzeugung der     Beeinflussun.-          elektrischer    Schwingungen gegeben ist.

   Da  bei brauchen dieselben nicht, wie bereits oben  ausgeführt, unter Benutzung des dem     Tele-          phon    zugrunde liegenden Prinzips, also durch  Induktion, gewonnen zu sein. Eine andere  Möglichkeit zur Erzeugung     bezw,    Beeinflus  sung elektrischer Schwingungen besteht in  der Veränderung elektrischer Kapazitäten  oder Induktionen durch die mechanischen  Schwingungen des Hilfsbehälters.

   Dies kann  beispielsweise dadurch geschehen,     dass    die  eine Platte eines     Kondensators        bezw.    eine  Spule oder der Eisenanker einer Selbstinduk  tion mit dem schwingenden Hilfsbehälter  verbunden ist, so     dass    sich in einem Falle die  Kapazität des Kondensators im andern Falle  die Selbstinduktion im Rhythmus der  Schwingungen des Hilfsbehälters verändert.

    Durch geeignete Anordnung der Kapazität  oder der Selbstinduktion in elektrischen  Schwingungskreisen ist es unter Anwendung  von Elektronenröhren     usw.    als Verstärker  oder Schwingungserzeuger möglich, von der  Flüssigkeitshöhe des Behälters abhängige<B>Im-</B>  pulse zu erhalten, welche stark genug sind,  um entfernt stehende Anzeige- oder     Re-          ,i     er     striergeräte    oder insbesondere Einrichtun-           tuen   <B>zur</B> Regelung der in dem Behälter ge  speisten Flüssigkeitsmengen     züi    betätigen.

    Die Regelung der     zugespeisten        FlÜssigkeits-          mengen    erfolgt durch Veränderung der       Speisepumpendrehzahl    oder durch Verstel  lung geeigneter Drossel- oder     Überström-          organe    in der Speiseleitung. Die     Püekfüh-          rung    kann prinzipiell in ähnlicher Weise     wie     in     Fig.    -2 dargestellt, ausgebildet sein.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH:</B> Verfahren zum Kontrollieren von Flüs- si.-keitshöhen in Behältern, dadurch o"ekenn- zeichnet, dass hierzu Schwingungen, die die Behälter bemv. elastisch mit diesen verbun dene kommunizierende Hilfsbehälter ausfüh ren, benutzt werden.

   UNTERANSPRüCHE: <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der<B>Flüssig-</B> keitshöhe veränderliche Eigenschwin gungszahl des Behälters bezw. des Hilf,3- behälters zur Kontrollierung der Flüs sigkeitshöhe benutzt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der<B>Flüssig-</B> keitshöhe veränderliche Amplitude von erzwungenen Schwingungen, welche der Behälter bezw. der Hilfsbehälter aus führt, zur Kontrollierung der Flüssig keitshöhe benutzt wird.

   <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Eigensellwingungen des Behäl ters bezw. des Hilfsbehälters erregt wer den durch Stösse oder Schläge, welche durch besonders hierfür vorhandene Me chanismen hervorgebracht werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet.

   dass die Eigenseliwingungen des Behäl ters bezw. des Hilfsbehälters erregt wer den durch Schwingoungserzeuger, deren Periodenzahl automatisch auf Synehro- nismus mit der von der Flüssigkeitshöhe abhängigen Eigenschwingungszahl ge- ,qte-tiert wird, <B>5.</B> Verfahren nach Paientanspruch i-iiid U-i.,- teranspruch 2, dadurA1 gekennzeichnet,

   dass der Behälter bezw. der Hilfsbehälter in Schwingungen versetzt wird dLirch Schwingungserzeuger. die mit gleichblei- n tD <B>,</B> bender Frequenz arbeiten. <B>6.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch 0,ekennzeichnet, dass zur Erkennbar- machung der Flüssigkeitshöhe und ihrer Veränderung verschieden abgestimmte Zungen Verwendung finden.

   <B>7.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Ilii- teranspruch <B>6,</B> dadurch gekennzeichnet. (lass zur räumlichen<B>Üb</B> ertragung und zur Vergrösserung t' der Anzeige der sellwin--enden Zungen Lichtstrahlen ver wendet werden.

   <B>8,</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters elektrische Ströme beein flussen, die auf Vorrichtungen zur Kon trolle der Flüssigkeitshöhe einwirken. <B>9.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters elektrische Ströme erzeu gen, welche auf Vorrichtungen zur Kon trolle der Flüssigkeitshöhe einwirken.

   <B>10.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Un- teransprueh <B>7,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die von den mechanischen Seliwin- gungen des Behälters bezw. des Hilfs behälters hergeleiteten Lichtschwingun- ,(yen Vorrichtungen beeinflussen, deren <B>2</B> elektrische Eigenschaften sich bei Be lichtung verändern, und dass die hier durch erhaltenen elektrischen Impulse auf Einrichtun-,en wirken, die die Flüs sigkeitshöhe kontrollieren.

   <B>11.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch<B>10,</B> dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtungen, deren elek- irische Eiaenschaffen sich unter dem Einfluss der von den Schwingungen des Behälters bezw. des ffilfsbehälters ge steuerten Lichtstrahlen. verändern, in einer Wheatstonschen Brückenschaltung angeordnet sind. 12.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch (r gekennzeichnet, dass die Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters unmittelbar Änderungen in Magnetfel dern erzeugen, welche Induktionsströme in elektrischen Leitern hervorbringen. <B>13.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen des Behälters bezw.--Hilfsbeliälters unter Zwischenschaltung von mindestens einem die Amplituden vergrössernden Federpen del Änderungen in Magnetfeldern erzeu gen, welche Induktionsströme in elektri- sehen Leitern hervorbringen.

   14. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters un mittelbar Änderungen von Kapazitäten, welche in elektrischen Schwingungskrei sen angeordnet sind, hervorbringen. <B>1 .5.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters unter Zwischenschaltung von mindestens einem die Amplituden vergrössernden Federpendel Änderungen von Kapazitä- ten, welche in elektrischen Schwingungs kreisen angeordnet sind, hervorbringen.

   <B>1</B> G. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet. dass Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters un mittelbar Änderungen von Selbstindu-k- tionen, welche in elektrischen Schwin- gungskreisen angeordnet sind, hervor bringen. <B>17.</B> Verfahren nach Patentanspruch. dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters unter Zwischenschaltung von mindestens einem die Amplituden vergrössernden Fe derpendel Änderungen von Selbstinduk tionen, welche in elektrischen Schwin gungskreisen angeordnet sind, hervor bringen.

   <B>18.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die ine- ehanischen Schwingungen des Behälters bezw. des Hilfsbehälters erzeugten bezw. beeinflussten elektrischen Impulse nach Verstärkung auf Vorrichtungen zur Kol)- trolle der in dem Behälter gespeisten Flüssigkeiten einwirken.

   <B>19.</B> Verfahren nach Patentanspruch, dadurch llekennzeichnet, dass die von den Schwin gungen des Behälters bezw. des Hilfs- behälfers hergeleiteten Impulse die Dreh zahl einer Speisepumpe beeinflussen. 20. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass von den Schwingun gen d6s Behälters bezw. des Hilfsbehäl ters hergeleitete Impulse bei gleichblei bender Drehzahl die Liefermenge der Speisepumpe durch Verstellung von Drossel- oder Überströmorganen verän dern.