DE1172870B - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Fluessigkeitsstandes tiefsiedender Fluessigkeiten - Google Patents

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.
• 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.
• Dies würde zu unhandlichen und relativ unempfindlichen Meßgeräten führen, deren Anwendung außerdem einen erheblichen Verlust der tiefsiedenden Flüssigkeiten verursacht.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes tiefsiedender Flüssigkeiten, insbesondere kondensierter Gase in Behältern, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß im Behälter in entsprechend festgelegter Einstelihöhe über dem Flüssigkeitsspiegel ein elektrisch beheiztes Widerstandselement 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.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Widerstands element in an sich bekannter Weise Zweigwiderstand einer elektrischen Brückenschaltung ist, deren übrige nicht temperaturabhängigen Widerstände außerhalb des Behälters liegen, und daß die Beheizung des Widerstandselementes durch den Brückenteilstrom erfolgt.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement eine Zwergwendel aus Widerstandsmaterial ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwergwendel (4) aus Wolfram-Draht besteht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwergwendel (4) einen Schutzüberzug gegen den Zutritt von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre aufweist, welcher vorzugsweise aus Kunststoff besteht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 907 469, 869 701, 813 968, 645 025, 595 691.