DE2113711A1

DE2113711A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Messen und UEberwachen der Fuellstaende von Fluessigkeitsbehaeltern

Info

Publication number: DE2113711A1
Application number: DE19712113711
Authority: DE
Inventors: Josef Karl; Werner Kirschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1971-03-22
Publication date: 1972-09-28
Also published as: NL7116039A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Messen und ttberwachen der Füllstände von Flüssigkeitsbehältern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Messen und Überwachen der Füllstände von Flüssigkeissbehältern, wobei Lichtquellen und den Füllstand markierende lichtempfindliche Geber verwendet werden.
In der Verfahrenstechnik sind zur Überwachung der Füllstände von Flüssigkeiten in Behältern eine Reihe von Püllstandsgebern entwickelt worden, die nach den verschiedensten physikalischen Gesetzen arbeiten (technica (1970) Seiten 83-84).
Im Zuge der fortschreitenden Rationalisierung tritt die Aufgabe des automatischen Messens und Überwachens der Füllstände von Flüssigkeiten in Behältern in verstärktem Maße auch in der Analysen- und Metechnik auf. So muß z.B. für die Strichskalen an Reagenzgläsern ein für die Automation geeigneter Ersatz geschaffen werden und es müssen die Meßverfahren, die ihr Meßergebnis in Form der Höhe einer Flüssigkeitssäule anbieten, wie z.B. die verbreiteten Niederdruck-Verfahren für Längenfeinmessungen einer vom Menschen unabhängigen Ablesemöglichkeit zugänglich gemacht werden.
Aus der Verfahrenstechnik sind zur Lösung einer solchen Aufgabe z.B. auch optische Geber bekannt, die aus einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Element bestehen und nach dem Lichtschrankenprinzip arbeiten und ein Signal geben, sobald die Flüssigkeit das von der Lage der Lichtquelle und des lichtempfindlichen Elementes gekennzeichnete Niveau erreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um die optische Überwachung und Messung von Füllständen wesentlich zu vereinfachen.
Diese aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das von einer in der Bodenmitte des Behälters angeordneten gemeinsamen Lichtquelle ausgehende Licht am Meniskus der zu messenden oder zu überwachenden Flüssigkeit reflektiert wird und daß durch das reflektierte Licht in einem oder mehreren lichtempfindlichen Gebern ein elektrisches- Signal ausgelöst wird, das einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.
Gemäß weiterer Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei lichtdurchlässigen Flüssigkeitsbehältern so aufgebaut, daß die Lichtquelle und der oder die lichtempfindlichen Geber außerhalb des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind. Bei lichtundurchlässigen Flüssigkeitsbehältern sind die Lichtquelle und der oder die lichtempfindlichen Geber zweckmäßig innerhalb oder in der Wand des Behälters angeordnet.
Gemäß weiterer Erfindung läßt sich das Verfahren derart abwandeln, daß es zum automatischen ttberwachen der Lage der Luftblase in Wasserwaagen angewendet werden kann. Hierbei wird durch das an dem von der Luftblase gebildeten Meniskus reflektierte Licht in dem an einer vorgegebenen Marke angeordneten lichtempfindlichen Geber ein Signal erzeugt.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, da3 die Zahl der Lichtquellen auf eine beschränkt bleibt und nicht proportional zur Zahl der Meß- und Überwachungsstellen anwächst, wie es bei der bisher üblichen Lichtschrankentechnik der Fall wäre. Dieser Vorteil ist von besonderem Gewicht, wenn die Füllstandshöhe mit Hilfe vieler äquidistanter Geber digitalisiert werden müßte.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehen die Abmessungen der Lichtquellen bei der Analog-Digital-Wandlung nicht mehr einschränkend ein, da sie bis auf die am Boden des Behälters befindliche ganz fehlen. Die gleiche Unabhängigkeit ließe sich andererseits nur realisieren, wenn mittels einer aufwendigen und raumerfordernden Optik von einer Lichtquelle aus paralleles Licht auf die Meßstrecke geworfen würde. Das erfindungsgemäße Verfahren spart somit sowohl an Aufwand als auch an Raum.
Anhand der Zeichnung und einiger Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Fig 1 und 2 zeigen einen lichtdurchlässigen Behälter 1, in dem die Flüssigkeit 2 unterschiedliche Höhe haben kann. Die Flüssigkeit 2 schließt in dem rohrförmigen Behälter 1 an der freien Oberfläche mit einem Meniskus M ab.
Im oberen Teil der Fig. 1 ist zunächst der Stand der Technik skizziert. Die aus der Lichtquelle 7 austretenden Lichtstrahlen 5 werden durch die aufsteigende Flüssigkeit 2, die zweckmäßigerweise noch dunkel gefärbt werden muß, unterbrochen, wodurch in dem lichtempfindlichen Geber 4 ein Signal erzeugt wird.
Demgegenüber ist im unteren Teil der Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, welches die Lichtquelle 6 unterhalb des Behälters 1 in dessen Bodenmitte und den lichtempfindlichen Geber 7 benötigt. Als lichtempfindliche Geber eignen sich z.B.
Fototransistoren, Fotodioden oder Fotozellen. Mit 8 ist der Strahlengang gekennzeichnet, aufgrund dessen Reflexion der Geber 7 anspricht, wenn der Meniskus M das dem lichtempfindlichen Geber 7 zugeordnete Niveau erreicht hat. Die von der Lichtquelle 6 ausgehenden Lichtstrahlen 8 werden derart am Meniskus M reflektiert, daß die Lichtstrahlen 8 auf den lichtempfindlichen Geber 7 einwirken können und in diesem ein elektrisches Signal erzeugen, das z.B. einer elektrischen Zähleinrichtung weitergeleitet wird.
In Fig. 2 ist unter Beibehaltung der Lichtquelle 6 eine Geberanordnung dargestellt, die aus einer Anzahl von lichtempfindlichen Gebern 7 besteht, die außerhalb der Wandung des lichtdurchlässigen Behälters 1 angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich die Anzeige des Flüssigkeitsstandes digitalisieren. Für jeden lichtempfindlichen Geber 7 wird die einzige Lichtquelle 6 verwendet. Ist der Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit 2 jeweils bis zur Höhe eines lichtempfindlichen Gebers 7 angestiegen, so wird in diesem durch Reflexion der Lichtstrahlen 8 am Meniskus ein elektrisches Signal erzeugt.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Behälterwandung 9 lichtundurchlässig ist. In diesem Falle ist die Lichtquelle 6 in die Bodenmitte im Inneren des Behälters verlegt. Die lichtempfindlichen Geber 7 sind in der Wandung des Behälters angeordnet.
Während in der Anordnung nach Fig. 3 aufgrund der Undurchlässigkeit kein Fremdlicht in den Behälter fallen kann, ist bei den Anordnungen nach Fig. 1 und 2 eine Abschirmung gegen Fremdlicht zweckmäßig. Dies stellt jedoch keine Einschränkung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da aufgrund der automatischen Überwachung oder Messung eine Beobachtbarkeit der Meßstrecke nicht mehr erforderlich ist.
In Fig. 4 ist eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der am Meniskus einer Flüssigkeit umgelenkte Strahlengang auch zur Überwachung der Luftblase in Wasserwaagen für automatische Nivellierverfahren eingesetzt werden kann. Hierzu wird neben der Luftblase 10 nur die Lichtquelle 6 und der lichtempfindliche Geber 7 benötigt. Der lichtempfindliche Geber 7 ist an einer der beiden Eichmarken angeordnet, zwischen denen sich die Luftblase 10 befinden muß, wenn sich die Wasserwaage in Waage befindet. Auch hier werden die von der-Lichtquelle 6 ausgehenden Lichtstrahlen 8 am Meniskus derart reflektiert, daß in dem lichtempfindlichen Geber ein Signal erzeugt wird, wenn sich die. Luftblase 10 genau zwischen den beiden Eichmarken befindet.
4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

PatentansDrüche ( 9 Verfahren zum automatischen Messen und Überwachen der Füllstände von Flüssigkeitsbehältern, bei dem Lichtquellen und den Füllstand markierende lichtempfindliche Geber verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das von einer in der Bodenmitte des Behälters (1, 9) angeordneten gemeinsamen Lichtquelle (6) ausgehende Licht (8) am Meniskus (M) der zu messenden oder zu überwachenden Flüssigkeit (2) reflektiert wird und daß durch das reflektierte Licht in einem oder mehreren lichtempfindlichen Gebern (7) ein elektrisches Signal ausgelöst wird, das einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei lichtdurchlässigen Flüssigkeitsbehältern (1) die Lichtquelle (6) und der oder die lichtempfindlichaiGeber (7) außerhalb des Behälters angeordnet sind.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei lichtundurchlässigen Blüssigkeitsbehältern (9) die Lichtquelle (6) und der oder die lichtempfindlichen Geber (7) innerhalb oder in der Wand des Behälters angeordnet sind.
4. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum automatischen Überwachen der Lage der Luftblase in Wasserwaagen, dadurch gekennzeichnet, daß durch das an dem von der Luftblase (10) gebildeten Meniskus (M) reflektierte Licht in dem an einer vorgegebenen hIarke angeordneten lichtempfindlichen Geber (7) ein elektrisches Signal erzeugt wird, das einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

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