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.
Photoelectric Liquid Detector Parts of the present invention refer to a photoelectric liquid detector for displaying or controlling a liquid level or for displaying an outflow of a liquid due to a leak.
Devices for the mentioned purpose are already known, e.g. mechanically, by means of floats and similar devices, or electrically, by registering the changes in the electrical resistance or the capacitance between two electrodes due to the changes in the liquid level, or furthermore by means of a photometric method by means of a light beam that is directed to a photoelectric converter has to strike, the liquid either directly influencing the intensity of the light beam or its direction as a result of refraction.
In particular, the photoelectric liquid detectors of the last-mentioned type are characterized by high sensitivity and therefore allow an exact display or control as a function of the liquid level.
In known designs of photoelectric liquid detectors, a light-permeable body is inserted between a light source and a photoelectric converter, into which light coming from the light source is guided. The light-guiding body has at least one totally reflective surface part which throws the light against the photoelectric converter by total reflection, as long as the said reflective surface part is outside the liquid. However, if it is wetted by the liquid, the ratio of the refractive index of the translucent body and the adjacent surrounding medium decreases, so that there is no longer total reflection on the surface of the body and most of the light emerges from the body.
Therefore, the amount of light falling on the photoelectric converter decreases and a signal or a control process is triggered electrically.
The reflective surface parts of the transparent body of the previously known liquid detectors of the type described are flat surfaces which must be arranged at an angle of exactly 450 to the direction of the incident light. In the case of several reflection surfaces, these must also be precisely directed with respect to one another. The required precision results in relatively high manufacturing costs for the light-permeable body and the entire liquid detector. In addition, certain problems such as The leak monitoring of large containers or even a long pipeline can only be solved incompletely or with considerable effort.
The invention aims to eliminate the disadvantages outlined and to create a photoelectric liquid detector, the light-permeable body of which can be manufactured more easily and cheaply than was previously the case. In the liquid detector according to the invention, the stated object is essentially achieved in that the light-permeable body is a straight light guide rod or a light guide rod bent without kinks, the two ends of which are located at the light source or at the photoelectric converter.
Further features and details of exemplary embodiments of the liquid detector according to the invention are explained with reference to the drawing. Show it:
1 shows a section through the first embodiment of the liquid detector according to the invention;
2 shows a longitudinal section through the second exemplary embodiment of the liquid detector according to the invention;
3 shows a cross section through a pipeline which is monitored for leakage by the liquid detector according to the second exemplary embodiment;
FIG. 4 shows a partial longitudinal section through the arrangement according to FIG. 3.
According to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the liquid detector according to the invention has an electrical light source 1 which is accommodated in a housing 4 at the end of an energy supply line 18.
The luminous flux from the light source 1 is directed through a converging lens 7 towards one end of a rod-shaped light-guiding body 3 which extends up to a photoelectric converter 2, which e.g. is a photoresistor or a photocell and is again housed in the housing 4 at the other end of the light guide rod 3. The light guide rod 3 is preferably made of acrylic glass (Plexiglas).
According to Fig. 1, the light guide rod 3 has a U-shaped curved course without sharp kinked edges and has a curvature 3a at its lower lying central part, which works together with the liquid level to be monitored. The light guide rod 3 has neither specially shaped nor specially directed reflective surface parts, apart from its two end faces. The photoelectric converter 2 is connected by means of a signal line 19 to display or control elements (not shown).
The curved light guide rod 3 according to FIG. 1 is surrounded at a distance by a cover 5 which is provided with recesses 15 so that the liquid to be controlled has free entry and exit.
In Fig. 1, a second photoelectric converter 6 is also shown, which only has to monitor the proper operating state of the light source 1, so that an incorrect display cannot take place.
The described first embodiment of the liquid detector according to the invention enables a very precise and sudden reaction to the level of a liquid and a similar response of the connected display or control elements.
If the liquid level is below the curvature 3a of the light guide rod 3 and thus the liquid does not touch the light guide rod 3, there is a relatively large difference in the refractive index on both sides of the interface between the material of the light guide rod 3 and the surrounding air, because the refractive index of the Light guide rod 3 forming material is considerably higher than that of the air. Therefore, the light propagating within the light guide rod 3 when it hits the surface of the light guide rod is constantly reflected back into the material of the light guide rod by total reflection and prevented from exiting the light guide rod. The luminous flux therefore follows the curvatures of the light guide rod up to the receiving point, i.e. to the photoelectric converter 2.
If, on the other hand, the liquid level rises so far that the curvature 3a is wetted by the liquid, the ratio of the refractive index in the light guide rod 3 to that of the surroundings changes suddenly at this point. The difference between the two mentioned refractive indices is considerably reduced, which is why a considerable proportion of the light coming from the lamp 1 then exits into the liquid at the wetted point of the light guide rod 3. The luminous flux impinging on the photoelectric converter 2 experiences a noticeable change to which the converter 2 reacts and thereby influences the connected display of straight control organs.
When the curvature 3a of the light guide rod 3 emerges from the liquid again as the liquid level drops, the conditions described above are restored and the luminous flux reaches the photoelectric converter 2 again with almost full intensity.
In the second exemplary embodiment of the liquid detector according to the invention, which is illustrated in FIG. 2, the light guide rod 3 has a straight course.
The electrical light source 1 is embedded in a recess in one end section of the light guide rod 3 and is partially surrounded by a reflector 8 which almost completely throws the light emitted by the source 1 into the light guide rod 3. The reflector 8 can be a metallic coating on the relevant, preferably at least partially paraboloidal shaped outer surface of the light guide rod 3. The end section of the light guide rod 3 provided with the reflector 8 is held in a housing 10. The opposite end of the light guide rod 3 and the adjacent photoelectric converter 2 are located in a second housing 11.
The main part of the light guide rod 3 lying between the two housings 10 and 11 can have a considerable length of, for example, 100 m and is surrounded by several support rings 9 arranged at a distance from one another. The support rings 9 are tapered wedge-shaped in cross section towards the light guide 3, so that undesired luminous flux losses due to larger contact surfaces are avoided.
Only the light rays reflected on the outer surface of the light guide rod experience changes when the light guide rod 3 is touched by a liquid. The directly directed light beams from the light source 1 to the light-sensitive element 2, as they can occur in the exemplary embodiment according to FIG. 2, on the other hand, are not influenced by the presence of a liquid. In most applications, the length of the light guide is large and the proportion of the direct light flux in the total light flux to the element 2 is relatively small.
With a shorter light guide rod 3, however, the fibers or rods from which the light guide rod is usually composed can be twisted a little with each other, or the light source 1 in the middle of the light guide rod 3 can be partially shielded with a thin strip (not shown) turn off a direct luminous flux from the light source 1 to the photoelectric converter 2 completely.
The second embodiment according to Fig. 2 is preferably used for long distances, e.g. for the monitoring of pipelines (pipeline) against leakage, as shown in FIGS. 3 and 4. A protective sheath 13 is arranged around a pipe 12 and forms a collecting channel 14 at the bottom, in which the light guide rod 3 is placed along the line 12 by means of the support rings 9. If liquid collects in the collecting channel 14 due to a possible leak in the pipeline 12, the surface of the light guide rod 3 is partially wetted, which results in a reduction in the luminous flux from the light source 1 to the photoelectric converter 2. to which the converter 2 reacts accordingly.