DE1548983A1

DE1548983A1 - Lichtelektrischer Fluessigkeitsdetektor

Info

Publication number: DE1548983A1
Application number: DE19661548983
Authority: DE
Inventors: Perren Dipl-Ing Benno
Original assignee: HACTRONIC AG
Current assignee: HACTRONIC AG
Priority date: 1965-04-29
Filing date: 1966-04-28
Publication date: 1970-04-02
Also published as: CH447382A; DE1548983C3; AT263405B; DE1548983B2

Description

Lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektor zum Anzeigen oder Steuern eines Flüssigkeitapegels oder zum Anzeigen einea Ausflusses einer Flüssigkeit infolge eines Looks.
Es sind Einrichtungen zum erwKhnten Zweck schon bekannt, die z. B. auf mochzntsehem Weg, mittels Schwimmer und ännlichen Vorrichtungen, oder auf elektrisohem Weg, mittels einer Registrierung der Aenderungen des elektrischen Widerstandes oder der KapasltAt swischen zwei Elektroden durch die Aenderungen des Flüesigkeitspegels, 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 Blchtstrahls oder dessen Richtung infolge Brochung beeinflusst wird. Insbesondere die lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektoren der letztgenannten Art zeichnen sich durch hohe Ansprechompfindlichkeit aus und erlauben daher eine genaue Anzeige oder Steuerung in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand.
Bei bekannten Ausführung gen 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 refelektierende Oberflächenpartie auf, die das Licht durch Totalreflexion gegen den photoelektrischen Wandler wirft, solange die genannte reflektierende Oeberfläohenpartie sich ausserhalb der FlUssigkeit befindet. Wenn sie jedoch durch die FlUssigkeit benetzt wird, vermindert sich das Verhältnis des Brechungsindizes des lichtdurchlässigen Kdrpers und des angrenzenden Umgebungsmediums, so dass an der Obertl§¢he des tUrpers 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 elektrischen Weg ein Signal oder ein Steuervorgang ausgelöst.
Die refelektrierende Oberflächenpartien des lichtdurchlässigen Körpers der bisher bekannt gewordenen Flüssigkeitsdetektoren beschriebener Art sind ebene Flächen, die unter einem Winkel von genau 45° zur Richtung des einfallenden Lichtes angeordnet sein müsaan. In falle mehrerer Reflexionsflächen mössen diese in Bezug aufeinander ebenfalls genou gerichtet sein. Dieerforderliche Präzision bedingt verhältnismässig hohe Herstellungskosten des lichtdurchlässigen Körpers und des genzen Flüssigkeitsdetektors.
-Zudem lassen sich bei der herkömmlichen Ausbildung gewisse Probleme, wie z.B. die Lecküberwachung grosser Behälter oder gar eine lange Rohrleitung nur unvollkommen doer mit erheblichem Aufwand losen.
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 lichtdurohläseige Körper ein gerader oder unter Vermeidung scharfer Knickkanten gebogener Lichtleiterstab ist, dessen beide Enden bei der Lichtquelle bzw. beim photoelektrischen Wandler liegen und der abgesehen von seinen Enden keine speziell geformten oder speziell gerichteten Oberflächenpartien aufweist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten des FlUssigkeitsdetektors gemmes der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen, der Beschreibung-und der Zeichnung, in welcher zwei Ausführungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel dargestellt sind. Es zeigen : Fig. 1 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des Flssigieitadetektors gemmas der Erfindung ; Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zweite AusfUhrungsbeispiel des FlUssigkeitsdetektors gambes der Erfindung ; Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Rohrleitung, die durch den Flüssigkeitsdetektor gemmes dom zweiten Ausführungsbeispiel auf Leckage überwacht ist ; Fig. 4 einen teilweiaen Lüngsschnitt 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 Llchtstrom von der Lichtquelle 1 wird durch eine Sammellinse 7 gegen das eine Ende veines 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 Lichtleiterststabes 3 wiederum in dem Gehäuse 4 untergebracht ist. Der Lichtleiterstab 3 besteht vorzugsweise aus Acrylglas ("Plexiglas").
Nach Fig. I hat der Lichtleiterstab 3 einen U-förmig gekrümmten Verlauf ohne scharfe Kniokkanten und weist an seiner zu unterst liegenden Mittelpartie eine KrUmmung 3a auf, die mit dem zu Uberwachenden Flüssigkeitsspiegel zusammenarbeitet. Der Liohtleiteretab 3 weist weder sepziell geformte noch speziell gerichtete reflektrierende Oberfllehenpartien auf, abgesehen von seinen zwei Endflächen. Der photoelektrische Wandler 2 steht mittels einer Signalleitung 19 mit nicht dargestallten Anzeige- oder Steuerorgahen 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 photoelektrisoher Wandler 6 dargestellt, welcher lediglich don ordnungsgemässen Betriebszu--stand der Lichtquelle 1 zu überwachen hat, damit ein falsches Anzeigen nicht erfolgen kann.
Das beschriebene erste Ausführungsbeispiel des Flüssigkeits-'detektore 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 beidereeits der GrensSlGche 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 hdher ist ale jener der Luft.
Deshalb wird das sich innerhalb des Lichtleiterstabes 3 fortpflanzende Licht beim Auftreffen auf die Oberfläche des Liohtleiterstabos durch Totalreflexion ständig in das Material des Lichtleiterstabes zurUckgeworfen und am Austritt aus dem Lichtleiterstab gehindert. Der Lichtstrom folgt daher den KrUmmungen des Lichtleiterstabes bis zur Empfangsstelle, d. h. zum photoelektrischen Wandler 2. Steigt hingegen der Flüssigkeitsspiegel so weit, dass die KrUmmung 3a durch die Flüssigkeit benetzt wird, so net sikh an dieser Stelle das Verhältnis des Brechungsindex im Lichtleiterstab 3 zu jenem der Umgebung schlagartig. Der Unterschied der beiden genannten Brechungsindize wird beträchtlich verringert, weshalb dann an der benetsten Stelle des Lichtleiterstabea 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 Aenderung, auf welche der Wandler 2 reagiert und dabei die angesahloasenen Anzeige-oder Steuerorgane beeinflusst.
Wenn bei sinkendem Flüssigkeitsspiegel die KrUmmung 3a des Lichtleiterstabes 3 wieder aus der Flüssigkeit austaucht, werden die vorhor beschriebenen Verhältnisse wieder hergestellt, und der Liahtstrom golangt wieder mit annähernd voller Intensität zum photoelektrischen Wandler 2.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen FlUssigkeitsdetektors, 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 Liohtleiterstabes 3 eingebettet und teils. von einem Reflektor 8 umgeben, der das von der Quelle 1 ausgesandte Licht praktisch vollständig in den Liohtleiterstab 3 wirft. Der Reflektor 8 kann ein metallischer Belag an der betreffenden, vorzugsweise wenigstens zum Teil paraboloidisch geformten AussenflEehe des Lichtleiterstabes 3 sein. Die mit dom 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 Gehkusen 10 und 11 liegende Hauptteil des Liohtleiterstabes 3 kann eine beträchtliche Länge von beispielsweise 100 a haben und ist von mehreren im Abstand voneinmander angeordneten Stützringen 9 umgeben. Dia Stützringe 9 sind gegen den Lichtleiter 3 hin in Querschnitt keilförmig verjüngt, damit unerwünschte Lichtstromverluste durch grössere Berührungsflächen vermieden werden.
Nur die an der aussenfläche das Lichtleiterstabes reflektierten Lichtstrahlen erfahren Aenderungen bei einer Berührung des Lichtleiterstabes 3 durch eine Flüssigkeit. Die direkt gerichteten Lichtstrahlen von der Lichtquelle 1 zum lichtempfindlichen Element 2, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemmes Fig. 2 auftreten kdnt nen, werden hingegen durch die Anwesenheit einer Flüssigkeit nicht beeinflusst. In den meisten Anwendungsfallen ist die Longe de Lichtleiters gross und der Anteil des direkten Lichtstromes an dem gosamten LicMBtrom zum Element 2 verhältnismässig gering.
Bel einem kürzeren Llchtleltcratab 3 kdnnen aber die Pasern oder Stäbchen, aus denen der Lichtleiterstab meistens zusammangesetzt 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 dlrokten Lichtstrom von der Liohtquelle 1 zum photoelektrischen Wandler 2 gans auszuschalten.
Bas zweite Ausführungsbeispiel gemmes Fig. 2 wird vorzugsweise fUr lange Strecken verwendet, z. B. fUr die Ueberwachuhg 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 longs der Leitung 12 gelogt ist. Wenn sich in der Sammelrinne 14 wegen einea eventuelden Lecks der Rohrleitung 12 2 Flüssigkeit ansammelt, wird die Oberfläche des Lichtleiterstabes 3 teilweise benetzt, was eine Vermindering des Lichtstromes von der Lichtquelle 1 sum photoelektrischen Wandler 2 zur Folge hat, auf die der Wandler 2 entsprechend reagiert.

Claims

P a t e n t a n 8 p r U c h e 1. Lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor zum Anzeigen oder Stauern eines FlUssigkeltspegels oder zum Anzeigen eines Leckausflusees einer FlUssigkeit, mit einem zwisehen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandler eingeschalteten lichtdurchlässigen Ebrpar 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 Oberflachenpartie sich ausserhalb der Flüssigkeit befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtdurchläasige Körper (3) ein gerader oder unter Vermeidung scharfer Knickkanten gebogener Lichtleiterstab ist, dessen beide Enden bei der Lichtquelle (1) bzw. beim photoelektrischen Wandler (2) liegen und der abgesehen von seinen Enden keine speziell geformten oder speziell gerichteten Oberflächenpartien aufweist.
2. Flüssigkeitsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, dass der Lichtleiterstab (3) im wesentlichen U-förmig gebogen ist und mit seinen beiden Endpartien in ein gemeinsammes GehOuee (4) eingreift, das die Lichtquelle (1) und den photoelektrisochen Wandler (2) enthält, und dass der aus des Gehduse (4) herausragende, U-förmig verlaufende Tell des Lichtleiterstabes (3) mit Ab~ stand von einem Deckel (5) magaben ist, in dessen Innenraum die zu kontrollierende FlUssigkoit Zutritt hat.
3. Flüssigkeitsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichtnet, dass der Lichtleiterstab (3) unterhalb eines Flüssigkeitsbehälters (12) in einer Sammelrinne (14) angeordnet ist, in der sich die infolge aines eventuellen Looks aus dem Behdlter (12) austretende Flüssigkeit sammeln muss.
4. Flüssigkeitsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) entlang einer Rohrleitung (12) verläuft und die Sammelrinne (14) ein Teil einer die Rohrleitung umschliessenden SchutzhUlle (13) ist.
5. Flüssigkeitsdetaktor nach. einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterstab (3) von Stützringen (9) umgeben ist, die zweeks Verminderung von Lichtstromverlusten gegen den Lichtleiterstab hin im Quersohnitt keilförmig verjüngt sind.
6. FlUssigkeitsdetektor nach den AnsprUchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) in eine Ausnehmung in der sinon Endpartie des Lichtleiterstabes (3) eingesetst ist und die Oberfläche der betreffenden Endpartie mit einem lichtreftektierenden Belag (8) worsohon ist.
7. FlUssigkeitsdetektor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Lichtquelle (1) ein sweiter photoelektrischer Wandler (6) sur Kontrolle des Betriebszustandes der Lichtquelle angeordnet net.

L e e r s e i t e