DE1118480B - Pegeltaster zur Anzeige eines Fluessigkeitsstandes mit Hilfe reflektierter Signale - Google Patents

Description

• Pegeltaster zur Anzeige eines Flüssigkeitsstandes mit Hilfe reflektierter Signale Die Erfindung bezieht sich auf Pegeltaster, insbesondere auf Pegeltaster, welche reflektierte Signale verwenden.
• Die Erfindung erstrebt unter anderem die Schaffung zuverlässiger, robuster, billiger und leicht zu unterhaltender Taster, die Ausscheidung beweglicher Teile, Verwendbarkeit beim Ertasten von Oberflächen vieler verschiedener Substanzen, Taster, die leicht zum Messen des Pegels äußerst heißer oder kalter Materialien, wie z. B. heißer Öle oder kalter flüssiger Gase verwendet werden können.
• Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Pegeltasters zur Verwendung bei der Ertastung und Messung von Pegeln flüssigen Sauerstoffes in Anlagen zur Umwandlung von Flüssigkeiten in Gase in der Luftfahrt und bei Anlagen zur Brennstoffversorgung von Raketen. Bei diesen Verwendungszwecken muß das Gerät zur Ertastung des Pegels bei jeglicher Ausrichtung betriebsfähig sein, es muß äußerster Kälte und höchsten Beschleunigungskräften widerstehen und für den Einbau in Konstruktionen geeignet sein, welche den besonderen Dichtungsschwierigkeiten, die bei der Lagerung flüssigen Sauerstoffes auftreten, gewachsen sind.
• Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Vorsehung von Sende- und Empfangsmitteln gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung für reflektierbare Signale und Mitteln zur Reflexion des Signals als eine Funktion des Pegels des Materials, dessen Pegel ertastet wird, verwirklicht. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird das Signal nur dann reflektiert, wenn es nicht in das Material, dessen Pegel ertastet wird, hineingelenkt wird.
• Das Signal kann verschiedene Formen annehmen, bevorzugt wird es jedoch in Form von Licht. Licht ist nicht nur leicht zu erzeugen und zu empfangen, sondern es kann auch leicht gesammelt werden, wodurch eine große Auswahl baulicher Anordnungen und Verkörperungen in kleinen leichten Baueinheiten ermöglicht wird. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Pegeltaster, der sich optischer Elemente bedient und diese Vorteile schafft.
• Während die Erfindung gut für die Ertastung von Pegeln über einen zusammenhängenden Pegelbereich geeignet ist, kann sie auch vorteilhaft zur Lieferung eines Signals zur Anzeige vorbestimmter Pegelbedingungen verwendet werden.
• In einer Rakete wird der flüssige Brennstoff z. B. in verschiedenen Tanks gelagert, wodurch es erforderlich ist, das Absinken des Brennstoffes auf einen vorbestimmten niedrigen Pegel in einem Tank zu ertasten, so daß ein zweiter Versorgungstank geöffnet werden kann. Die zur Veranschaulichung gewählte Ausführung der Erfindung ist zur Ertastung eines vorbestimmten Pegels geeignet, wobei vorausgesetzt ist, daß verschiedene Abwandlungen und andere Ausführungen, einschließlich solcher zur Ertastung mehr als eines vorbestimmten oder Jedes beliebigen Pegels innerhalb eines vorbestimmten Bereiches vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
• Da die Elemente in ihrer Anwendungsform klein sind und eng aneinanderliegen, wird die in der Fig. 1 gezeigte Ausführung der Erfindung im Interesse der Deutlichkeit schematisch in einem Teil eines Flüssigkeitstanks dargestellt, wobei sich die Flüssigkeit unterhalb des zu ertastenden Pegels befindet. Fig. 2 zeigt einen Teil des in der Fig. 1 gezeigten Gerätes, wobei sich die Flüssigkeitsoberfläche oberhalb des zu ertastenden Pegels befindet.
• In der Zeichnung ist der Pegeltaster so angeordnet, daß ein vorbestimmter Flüssigkeitspegel in einem mit 10 bezeichneten Flüssigkeitstank angezeigt wird, welcher innere und äußere Behälter 11 und 12, die durch einen Leerrauml3 voneinander getrennt sind, enthalten kann.
• Die Tasteinheit besteht aus Mitteln zum Senden und Empfangen reflektierbarer Signale und Mitteln zum reflektieren des von dem Sendemittel oder der Signalquelle stammenden Signals auf einen Empfänger als eine Funktion des Pegels der Flüssigkeit, wie z. B. des mit 14 bezeichneten flüssigen Sauerstoffs. Das Reflektiennittel ist im Hinblick auf den Charakter des zu reflektierenden Signals so gewählt, daß seine Reflektierbarkeit in Abhängigkeit seines Eingetauchtseins oder Nichteingetauchtseins in die Substanz, deren Pegel zu ertasten ist, verändert wird. Obwohl nicht wesentlich, ist es doch wünschenswert, daß die Sende-, Reflektier- und Empfangsmittel miteinander verbunden sind, um eine Baueinheit zu bilden, die eine leichte Verbindung mit und Trennung von dem Behälter gestattet. Eine solche Baueinheit ist in der dargestellten Ausführung mit 15 bezeichnet, in welcher 16 eine Signalquelle darstellt, die imstande ist, Signale an ein Reflektiermittel 17 weiterzugeben. Das Reflektiermittel 17 bewirkt eine Veränderung des Teiles des Signals, welcher auf das Empfangsmittel 16 reflektiert wird, je nachdem ob es durch das Material, dessen Pegel zu ertasten ist, bedeckt oder freigelegt ist.
• Die Signalquelle 16 ist vorteilhaft als eine Lichtquelle ausgebildet. Das Empfangsmittel 18 ist ein lichtempfindlicher Empfänger, welcher eine Sonnenbatterie sein kann. Die Quelle 16 ist eine Glühbirne von einem der zahlreichen hochempfindlichen, langlebigen Miniaturtypen. Das Reflektiermittell7 kann ein beliebiger Reflektor sein, welcher so arbeitet, daß er den Grad seiner Reflexion nur dann ändert, wenn er entweder eingetaucht oder nicht eingetaucht ist; im eingetauchten Zustand ist er weniger reflektiv.
• Luft, Gase und Dämpfe haben nur eine geringe Fähigkeit, Licht oder andere Signale abzulenken, während die Fähigkeit der meisten Flüssigkeiten und vieler fester Stoffe zur Ablenkung des Lichtes und anderer Signale besonders in pulverisiertem Zustand erheblich ist. Vorzugsweise wird das Reflektiermittel so gewählt, daß das Signal reflektiert wird, wenn das Reflektiermittel der Luft, Gas oder Dampf ausgesetzt ist und bei eingetauchtem Zustand des Reflektiermittels in eine Flüssigkeit zur Flüssigkeit oder einer anderen Substanz, deren Pegel zu ertasten ist, hingelenkt wird. Die Wahl eines geeigneten Reflektiermittels bei der Anwendung der Erfindung bleibt der Geschicklichkeit der Fachleute überlassen. In der dargestellten Ausführung, in welcher der Raum 20 oberhalb des flüssigen Sauerstoffes durch gasförmigen Sauerstoff eingenommen wird, wird das Reflektiermittel vorteilhaft aus einem Kunststoff gebildet und besteht vorzugsweise aus einem Lucitekörper 17.
• Lucite ist sogar bei sehr niedrigen Temperaturen dauerhaft und hat ein geringes Gewicht. In der gezeigten Form weist der Reflektor 17 Reflexionsoberflächen 17A und 17B auf, welche abgeschrägt oder V-förmig sind, so daß sie zusammen die Richtung eines anstoßenden Lichtstrahls um 1800 ändern.
• Der Reflektor 17 wird innerhalb des Tanks 10 in einer vorbestimmten Höhe angeordnet, welche den zu ertastenden Pegel des flüssigen Sauerstoffes darstellt.
• Er könnte zur Anordnung auf dem Tank eingerichtet sein, wird jedoch vorteilhaft mit der Lichtquelle 16 und dem Empfänger 18 verbunden, vorzugsweise durch einen lichtleitenden Körper, welcher den lichtbrechenden Inhalt des Tanks von dem Lichtweg ausschließt. Der gezeigte lichtleitende Körper besteht aus einer Säule21, die an dem einen Ende mit dem V-förmigen Reflektor 17 aus einem Stück gebildet und an ihrem anderen Ende mit Bezug auf die Quelle 16 und den Empfänger 18 in Nebeneinanderstellung angeordnet ist. Von der Quelle 16 kommendes Licht wird durch Sammeln des Lichtes in einem scharfen Bündel oder durch Zwischenschalten einer Lichtsperre oder durch beide Mittel gegen den Empfänger 18 abgeschirmt, außer wenn es bei 17 reflektiert wird.
• Die Lichtsperre kann in der Form eines verlängerten Schlitzes in der lichtleitenden Säule21 ausgebildet sein, so daß die Säule in einen Schenkel 22, durch den das Licht von der Quelle 16 zum Reflektor 17 wandert und in einen Schenkel 23, durch den das Licht vom Reflektor 17 zum Empfänger 18 wandert, unterteilt ist.
• Die Quelle 16, der Empfänger 18 und die erweiterten oberen Enden der Schenkel 22 und 23 werden durch Anordnung einer Grundplatte 25 und eines Gehäuses 26 mittels beliebiger geeigneter Mittel wie z. B. Passungen in der Grundplatte und in dem Gehäuse mit Bezug aufeinander, wie gezeigt, in einer festgelegten Stellung gehalten. Ein Deckel 27 wird über das obere Ende des Gehäuses 26 geschraubt und eine Scheibe28, welche dazwischen angeordnet ist, dient als Dichtung. Elektrische Leitungsdrähte von der Quelle 16 und dem Empfänger 18 werden an einem elektrischen Verbinder 29 zu einem elektrischen Kabel 30, welches zu geeigneten Anzeige- und Signalverwertungsmitteln 31 führt, zusammengefügt. Durch die Leitungen 32 und 33 wird der Einheit von einer elektrischen Quelle x-x Strom zugeführt.
• Der Pegeltaster 15 ist mit dem Tank 10 verbunden, so daß der Reflektor 17 durch ein beliebiges passendes Mittel auf dem gewünschten Pegel gehalten wird.
• Das verjüngte Ende des Gehäuses 26 kann in den Nippel 35, welcher eine Zugangsöffnung in den Tank 10 bildet, eingeschraubt werden. Der Nippel ist durch beliebige geeignete Mittel an dem Tank befestigt.
• Gemäß der Zeichnung ist er an die Ränder der in den Behältern 11 und 12 gebildeten Öffnungen mit Silber angelötet.
• Im Betrieb des Tastgerätes speist der von der Quelle x-x kommende Strom die Lichtquelle 16, welche ein gesammeltes Lichtbündel aussendet, das durch die gestrichelte Linie 36 dargestellt wird. Das Bündel überquert die Länge des Schenkels 22 bis zu der abgeschrägten Oberfläche 17A des Reflektors 17.
• Wenn, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, diese Oberfläche nicht in das Ablenkungsmedium - in diesem Falle flüssiger Sauerstoff - eingetaucht, sondern sich in dem nichtreflektierenden gasförmigen Sauerstoffmedium befindet, wird das Licht auf die Reflektoroberfläche 17B reflektiert und hier wiederum nach oben durch den Schenkel 23 des Körpers 21 auf den Empfänger 18 reflektiert. Das bei dem Empfänger 18 anlangende Licht-wird in ein elektrisches Signal umgewandelt5 -welches durch das Kabel 30 an das Verwertungsmittel 31 weitergegeben wird.
• Wenn jedoch die Reflexionsflächen 17A und 17B in ein Ablenkungsmedium eingetaucht sind, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, dann wird das Lichtbündel an der Oberfläche 17A nicht reflektiert, sondern es wird an dieser Stelle in das flüssige Sauerstoffmedium 14 hineingelenkt. Wenn eine geringe Menge des Lichtes bei der Oberfläche 17A reflektiert wird, wird es bei der Oberfläche 17B in die Flüssigkeit 14 hineingelenkt. Es wird kein oder sehr wenig Licht bei dem Empfänger 18 anlangen und das Fehlen oder die Verminderung der Empfängerleistung wird von dem Verwertungsmittel 31 wahrgenommen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Anzeige, ob der Spiegel einer Flüssigkeit eine vorbestimmte Höhe überschreitet, gekennzeichnet durch die Verbindung einer Lichtquelle (16), eines lichtempfindlichen Elementes, z. B. einer fotoelektrischen Zelle (18), und eines lichtleitenden Körpers (21), welcher einen niedrigeren Brechungsexponenten als die Flüssigkeit besitzt und mit freien Oberflächen (17A, 17B) versehen ist, die in dieser Höhe angeordnet und so ausgerichtet sind, daß von der Quelle (16) kommendes und in diesem Körper entlanggeführtes Licht von diesen Oberflächen nacheinander total reflektiert und an das lichtempfindliche Element (18) zurückgegeben wird, wenn sich die Oberflächen (17A, 17B) außerhalb der Flüssigkeit befinden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper (21) in eine V-Form (17) endet, um die freien Flächen vorzusehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Kör- per (21) über seinen größeren Umfang in Längsrichtung für getrennte Lichtpfade von der Quelle (16) zu einer Oberfläche (17A) und von der anderen Oberfläche (17B) zum lichtempfindlichen Element (18) geteilt ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Gehäuse (26) aufweist, welches die Lichtquelle (16) und das lichtempfindliche Element (18) enthält, sowie ein Ende des lichtleitenden Körpers (21) festhält und an einer Wand des Behälters abnehmbar befestigt werden kann, wobei der lichtleitende Körper (21) durch eine in dieser Wand befindliche Öffnung in den Behälter hineinragt.
5. 5. Vorrichtung nach jedem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Element (18) mit einer elektrischen Anzeigevorrichtung (31) verbunden ist.