CH447382A

CH447382A - Lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor

Info

Publication number: CH447382A
Application number: CH628966A
Authority: CH
Inventors: Perren Benno
Original assignee: Hectronic Ag
Priority date: 1965-04-29
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1967-11-30
Also published as: DE1548983C3; AT263405B; DE1548983B2; DE1548983A1

Description

Lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor Teile vofliegende Irtinctung rezleht sicn aur einen lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektor zum Anzeigen oder Steuern eines Flüssigkeitspegels oder zum Anzeigen eines Ausflusses einer Flüssigkeit infolge eines Lecks.

Es sind Einrichtungen zum erwähnten Zweck schon bekannt, die z.B. auf mechanischem Weg, mittels Schwimmer und ähnlichen Vorrichtungen, oder auf elektrischem Weg, mittels einer Registrierung der Änderungen des elektrischen Widerstandes oder der Kapazität zwischen zwei Elektroden durch die Änderungen des Flüssigkeitspegels, oder weiters auf lichttechnischem Weg mittels eines Lichtstrahles arbeiten, der auf einen photoelektrischen Wandler aufzutreffen hat, wobei durch die Flüssigkeit entweder direkt die Intensität des Lichtstrahls oder dessen Richtung infolge Brechung beeinflusst wird.

Insbesondere die lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektoren der letztgenannten Art zeichnen sich durch hohe Ansprechempfindlichkeit aus und erlauben daher eine genaue Anzeige oder Steuerung in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand.

Bei bekannten Ausführungen lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektoren ist zwischen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandler ein lichtdurchlässiger Körper eingeschaltet, in welchen von der Lichtquelle kommendes Licht hineingeleitet wird. Der lichtleitende Körper weist mindestens eine total reflektierende Oberflächenpartie auf, die das Licht durch Totalreflexion gegen den photoelektrischen Wandler wirft, solange die genannte reflektierende Oberflächenpartie sich ausserhalb der Flüssigkeit befindet. Wenn sie jedoch durch die Flüssigkeit benetzt wird, vermindert sich das Verhältnis des Brechungsindizes des lichtdurchlässigen Körpers und des angrenzenden Umgebungsmediums, so dass an der Oberfläche des Körpers keine Totalreflexion mehr erfolgt und das Licht grösstenteils aus dem Körper austritt.

Daher nimmt die auf den photoelektrischen Wandler fallende Lichtmenge ab und wird auf elektrischem Weg ein Signal oder ein Steuervorgang ausgelöst.

Die reflektierenden Oberflächenpartien des lichtdurchlässigen Körpers der bisher bekannt gewordenen Flüssigkeitsdetektoren beschriebener Art sind ebene Flächen, die unter einem Winkel von genau 450 zur Richtung des einfallenden Lichtes angeordnet sein müssen. Im Falle mehrerer Reflexionsflächen müssen diese in bezug aufeinander ebenfalls genau gerichtet sein. Die erforderliche Präzision bedingt verhältnismässig hohe Herstellungskosten des lichtdurchlässigen Körpers und des ganzen Flüssigkeitsdetektors. Zudem lassen sich bei der herkömmlichen Ausbildung gewisse Probleme, wie z.B. die Lecküberwachung grosser Behälter oder gar eine lange Rohrleitung nur unvollkommen oder mit erheblichem Aufwand lösen.

Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile zu beseitigen und einen lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektor zu schaffen, dessen lichtdurchlässiger Körper einfacher und billiger hergestellt werden kann als dies bisher der Fall war. Die gestellte Aufgabe ist beim erfindungsgemässen Flüssigkeitsdetektor im wesentlichen dadurch gelöst, dass der lichtdurchlässige Körper ein gerader oder ohne Knickstellen gebogener Lichtleiterstab ist, dessen beide Enden bei der Lichtquelle bzw. beim photoelektrischen Wandler liegen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten von Ausführungsbeispielen des Flüssigkeitsdetektors gemäss der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsdetektors gemäss der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsdetektors gemäss der Erfindung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Rohrleitung, die durch den Flüssigkeitsdetektor gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel auf Leckage überwacht ist;
Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 3.

Gemäss dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Flüssigkeitsdetektor nach der Erfindung eine elektrische Lichtquelle 1 auf, die in einem Gehäuse 4 am Ende einer Energie-Zuleitung 18 untergebracht ist.

Der Lichtstrom von der Lichtquelle 1 wird durch eine Sammellinse 7 gegen das eine Ende eines stabförmigen lichtleitenden Körpers 3 gerichtet, der sich bis zu einem photoelektrischen Wandler 2 erstreckt, der z.B. ein Photowiderstand oder eine Photozelle ist und am anderen Ende des Lichtleiterstabes 3 wiederum in dem Gehäuse 4 untergebracht ist. Der Lichtleiterstab 3 besteht vorzugsweise aus Acrylglas (Plexiglas).

Nach Fig. 1 hat der Lichtleiterstab 3 einen U-förmig gekrümmten Verlauf ohne scharfe Knickkanten und weist an seiner zu unterst liegenden Mittelpartie eine Krümmung 3a auf, die mit dem zu überwachenden Flüssigkeitsspiegel zusammenarbeitet. Der Lichtleiterstab 3 weist weder speziell geformte noch speziell gerichtete reflektierende Oberflächenpartien auf, abgesehen von seinen zwei Endflächen. Der photoelektrische Wandler 2 steht mittels einer Signalleitung 19 mit nicht dargestellten Anzeige- oder Steuerorganen in Verbindung.

Der gebogene Lichtleiterstab 3 gemäss Fig. 1 ist mit Abstand von einem Deckel 5 umgeben, der mit Ausnehmungen 15 versehen ist, damit die zu kontrollierende Flüssigkeit freien Eintritt und Austritt hat.

In Fig. 1 ist weiters ein zweiter photoelektrischer Wandler 6 dargestellt, welcher lediglich den ordnungsgemässen Betriebszustand der Lichtquelle 1 zu überwachen hat, damit ein falsches Anzeigen nicht erfolgen kann.

Das beschriebene erste Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsdetektors nach der Erfindung ermöglicht eine sehr genaue und plötzliche Reaktion auf das Niveau einer Flüssigkeit und ein ebensolches Ansprechen der angeschlossenen Anzeige- oder Steuerorgane.

Wenn der Flüssigkeits-Spiegel unterhalb der Krümmung 3a des Lichtleiterstabes 3 liegt und somit die Flüssigkeit den Lichtleiterstab 3 nicht berührt, ist beiderseits der Grenzfläche zwischen dem Material des Lichtleiterstabes 3 und der umgebenden Luft ein verhältnismässig grosser Unterschied des Lichtbrechungsindizes vorhanden, weil der Brechungsindex des den Lichtleiterstab 3 bildenden Materials beträchtlich höher ist als jener der Luft. Deshalb wird das sich innerhalb des Lichtleiterstabes 3 fortpflanzende Licht beim Auftreffen auf die Oberfläche des Lichtleiterstabes durch Totalreflexion ständig in das Material des Lichtleiterstabes zurückgeworfen und am Austritt aus dem Lichtleiterstab gehindert. Der Lichtstrom folgt daher den Krümmungen des Lichtleiterstabes bis zur Empfangsstelle, d.h. zum photoelektrischen Wandler 2.

Steigt hingegen der Flüssigkeitsspiegel so weit, dass die Krümmung 3a durch die Flüssigkeit benetzt wird, so ändert sich an dieser Stelle das Verhältnis des Brechungsindex im Lichtleiterstab 3 zu ienem der Umgebung schlagartig. Der Unterschied der beiden genannten Brechungsindize wird beträchtlich verringert, weshalb dann an der benetzten Stelle des Lichtleiterstabes 3 ein erheblicher Anteil des von der Lampe 1 kommenden Lichtes in die Flüssigkeit austritt. Der auf den photoelektrischen Wandler 2 auftreffende Lichtstrom erfährt dadurch eine spürbare Änderung, auf welche der Wandler 2 reagiert und dabei die angeschlossenen Anzei gerader Steuerorgane beeinflusst.

Wenn bei sinkendem Flüssigkeitsspiegel die Krümmung 3a des Lichtleiterstabes 3 wieder aus der Flüssigkeit austaucht, werden die vorher beschriebenen Verhältnisse wieder hergestellt, und der Lichtstrom gelangt wieder mit annähernd voller Intensität zum photoelektrischen Wandler 2.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Flüssigkeitsdetektors, das in Fig. 2 veranschaulicht ist, hat der Lichtleiterstab 3 geradlinigen Verlauf.

Die elektrische Lichtquelle 1 ist in eine Ausnehmung in der einen Endpartie des Lichtleiterstabes 3 eingebettet und teils von einem Reflektor 8 umgeben, der das von der Quelle 1 ausgesandte Licht praktisch vollständig in den Lichtleiterstab 3 wirft. Der Reflektor 8 kann ein metallischer Belag an der betreffenden, vorzugsweise wenigstens zum Teil paraboloidisch geformten Aussenfläche des Lichtleiterstabes 3 sein. Die mit dem Reflektor 8 versehene Endpartie des Lichtleiterstabes 3 ist in einem Gehäuse 10 gefasst. Das entgegengesetzte Ende des Lichtleiterstabes 3 und der angrenzende photoelektrische Wandler 2 befinden sich in einem zweiten Gehäuse 11.

Der zwischen den beiden Gehäusen 10 und 11 liegende Hauptteil des Lichtleiterstabes 3 kann eine beträchtliche Länge von beispielsweise 100 m haben und ist von mehreren im Abstand voneinander angeordneten Stützringen 9 umgeben. Die Stützringe 9 sind gegen den Lichtleiter 3 hin im Querschnitt keilförmig verjüngt, damit unerwünschte Lichtstromverluste durch grössere Berührungsflächen vermieden werden.

Nur die an der Aussenfläche des Lichtleiterstabes reflektierten Lichtstrahlen erfahren Änderungen bei einer Berührung des Lichtleiterstabes 3 durch eine Flüssigkeit. Die direkt gerichteten Lichtstrahlen von der Lichtquelle 1 zum lichtempflindlichen Element 2, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2 auftreten können, werden hingegen durch die Anwesenheit einer Flüssigkeit nicht beeinflusst. In den meisten Anwendungsfällen ist die Länge des Lichtleiters gross und der Anteil des direkten Lichtstromes an dem gesamten Lichtstrom zum Element 2 verhältnismässig gering.

Bei einem kürzeren Lichtleiterstab 3 können aber die Fasern oder Stäbchen, aus denen der Lichtleiterstab meistens zusammengesetzt ist, ein wenig miteinander verdrillt werden, oder man kann die Lichtquelle 1 in der Mitte des Lichtleiterstabes 3 mit einem dünnen Streifen teilweise abschirmen (nicht dargestellt), um einen direkten Lichtstrom von der Lichtquelle 1 zum photoelektri schen Wandler 2 ganz auszuschalten.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 wird vorzugsweise für lange Strecken verwendet, z.B. für die Überwachung von Rohrleitungen (Pipeline) gegen Leckage, wie das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Um eine Rohrleitung 12 ist eine Schutzhülle 13 angeordnet, die unten eine Sammelrinne 14 bildet, in welche der Lichtleiterstab 3 mittels der Stützringe 9 längs der Leitung 12 gelegt ist. Wenn sich in der Sammelrinne 14 wegen eines eventuellen Lecks der Rohrleitung 12 Flüssigkeit ansammelt, wird die Oberfläche des Lichtleiterstabes 3 teilweise benetzt, was eine Verminderung des Lichtstromes von der Lichtquelle 1 zum photoelektrischen Wandler 2 zur Folge hat. auf die der Wandler 2 entsprechend reagiert.

Claims

PATENTANSPRUCH I Lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor zum Anzeigen oder Steuern eines Flüssigkeitspegels oder zum Anzeigen eines Leckausflusses einer Flüssigkeit, mit einem zwischen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandler eingeschalteten lichtdurchlässigen Körper mit wenigstens einer total reflektierenden Oberflächenpartie, welche das von der Lichtquelle her in den Körper eingeleitete Licht durch Totalreflexion auf den photoelektrischen Wandler wirft, wenn die genannte Oberflächenpartie sich ausserhalb der Flüssigkeit befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtdurchlässige Körper (3) ein gerader oder ohne Knickstellen gebogener Lichtleiterstab ist, dessen beide Enden bei der Lichtquelle (1) bzw. beim photo elektrischen Wandler (2) liegen.

UNTERANSPRÜCHE 1. Flüssigkeitsdetektor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) im wesentlichen U-förmig gebogen ist und mit seinen beiden Endpartien in ein gemeinsames Gehäuse (4) ragt, das die Lichtquelle (1) und den photoelektrischen Wandler (2) enthält, und dass der aus dem Gehäuse (4) herausragende, U-förmig verlaufende Teil des Lichtleiterstabes (3) mit Abstand von einem Deckel (5) umgeben ist, der Öffnungen aufweist, um den Eintritt der zu kontrollierenden Flüssigkeit in den vom Deckel umschlossenen Raum zu gestatten.

2. Flüssigkeitsdetektor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) in einer Sammelrinne (14) für die zu kontrollierende Flüssigkeit angeordnet ist.

3. Flüssigkeitsdetektor nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) von Stützringen (9) umgeben ist, die zwecks Verminderung von Lichtstromverlusten gegen den Lichtleiterstab hin im Querschnitt keilförmig verjüngt sind.

4. Flüssigkeitsdetektor nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) in eine Ausnehmung in dereinen Endpartie des Lichtleiterstabes (3) eingesetzt ist und die Oberfläche der betreffenden Endpartie mit einem lichtreflektierenden Belag (8) versehen ist.

5. Flüssigkeitsdetektor nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Lichtquelle (1) ein zweiter photoelektrischer Wandler (6) zur Kontrolle des Betriebszustandes der Lichtquelle angeordnet ist.

PATENTANSPRUCH II Verwendung des Flüssigkeitsdetektors nach Patentanspruch I zur Leckanzeige an einer Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) in Längsrichtung der Rohrleitung (12) verlaufend in einer Sammelrinne (14) unterhalb der Rohrleitung (12) angeordnet ist.

UNTERANSPRUCH 6. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrinne (14) ein Teil einer die Rohrleitung (12) umschliessenden Schutzhülle (13) ist.