DE2355097A1

DE2355097A1 - Ueberwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE2355097A1
Application number: DE19732355097
Authority: DE
Inventors: Henri Bernard Andre Balsan; Jean Lievaux; Georges Patchett; Jacques Pierre Pellet
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-03
Publication date: 1974-05-16
Also published as: GB1443991A; NL7315172A; FR2213487B1; BE807028A; US3864577A; FR2213487A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR-ING. SCKDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SELTING

5 KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

2. Nov. 1973 Sch-DB/ls

THE BRITISH PETROLEUM COMPANY LIMITED

Britannic House, Moor Lane, London EC2Y 9BU/England

Überwachungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung ■ der Füllung eines Tanks' oder eines Behälters, die auf der Dämpfung eines Lichtsignales basiert, das von einem gleicheckigen Prisma mit doppelter Totalreflektion abgegeben wird, wenn das Prisma allmählich in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, deren Brechungszahl zu der der Tjmgebungsatmosphäre unterschiedlich ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Überwachungseinrichtung zur Kontrolle des Niveaus eines Tanks oder Behälters mit einem Füllventil gekennzeichnet durch mindestens ein nach unten gerichtetes gleicheckiges Prisma oder einen Kegel, das bzw. der in Luft innere Totalreflektion zeigt und bei Eintauchen in einen Flüssigkeitsbehälter ■ durchlässig ist, durch eine Lichtquelle und einen Lichtempfänger, die im Abstand zu dem Prisma angeordnet sind,

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und durch ein Lichtleitfasersystem, das Licht von der Lichtquelle in das Prisma leitet und in dem Prisma innen total reflektiertes Licht auf den Lichtempfänger überträgt, wobei ein Teil des Lichtleitfasersystems den am Prisma auftreffenden und auch den reflektierten Lichtstrahlen gemeinsam ist und der Lichtempfänger die Schliessung eines Behälterfüllventiles einleitet, wenn die von dem Prisma empfangene Lichtintensität unter einen vorbestimmten Schwellwert sinkt.

Insbesondere ein gleicheckiges Prisma, das auf maximaler Füllhöhe angeordnet ist und dessen Basis waagerecht verläuft, während sein Scheitel sich auf einem Niveau befindet, das etwas niedriger als das dieser Basis liegt, reflektiert von seinen zur Senkrechten um 45 geneigten symmetrischen Flächen auftreffende Lichtstrahlen total, solange es nicht in Flüssigkeit innerhalb des Tanks eingetaucht wird. Wenn das Flüssigkeitsniveau eine Bezugshöhe erreicht, die z.B. der Gesamteintauchung des gleicheckigen Prismas entspricht, wird das auf dieses Prisma auftreffende Strahlenbündel beinahe völlig in die Flüssigkeit hineingelenkt und zu dem die reflektierten Strahlen aufnehmenden Lichtempfänger gelangen z.B. im Falle von Kohlenwasserstoffen nur 4 % des einfallenden Lichtes, weil der Totalreflexionswinkel in diesem Fall 71 erreicht anstatt kleiner als 45 zu sein.

Der Lichtempfänger wird daher so gewählt, daß unter einem bestimmten Schwellwert der Lichtintensität kein wahrnehmbares Signal den Empfänger, z.B. das bloße Auge oder in der Weise erreicht, daß unter einem solchen

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Schwellwert das empfangene Signal nicht langer einen den Flüssigkeitseinlaß in den Tank steuernden Schütz entgegen der Wirkung einer ihn in Schließrichtung belastenden Feder offenhalten kann.

Zur Übertragung der Lichtstrahlen sowohl von der Lichtquelle zum Prisma als auch vom Prisma zum Lichtempfänger bzw. einem Empfängermittel, können Lichtleitfasern geeigneter Länge verwendet werden.' " .

Die Länge der benutzten Lichtleitfasern wird begrenzt durch die Absorption der Lichtstrahlen in dem Glaskörper der Lichtleitfasern, durch die Intensität des von der Quelle ausgesandten Lichtstromes und durch die Empfindlichkeit des verwendeten Empfängers.

Bei einigen bekannten Vorrichtungen sind die Lichtquelle und die Zelle in unmittelbarer Nähe des Prismas zur Feststellung der Füllhöhe angeordnet, möglicherweise innerhalb einer gasförmigen und explosiven Atmosphäre.

Durch die Verwendung von Lichtleitfasern gelingt es jedoch, die Lichtquelle und die die Elektromagnetventile zum Einlaß von Luft steuernden Zellen mit beträchtlichem Abstand zu den Prismen anzuordnen, deren Eintauchung überwacht werden soll.

Als Lichtempfänger kann anstatt des menschlichen Auges eine industrielle lichtempfindliche Zelle verwendet werden, wobei das elektronische Ausgangssignal des Empfängers an das System weitergeleitet wird, das überwacht und gesteuert werden soll. Wenn dieses Signal

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unter einen gegebenen Schwellwert absinkt, wird ein Elektromagnetventil für den Flüssigkeitseinlaß, z.B. unter der Wirkung einer Feder, geschlossen.

Es können auch zwei ähnliche, auf verschiedenen Höhen angeordnete Prismen vorgesehen sein, die über optische/ elektronische Servomechanismen die Schließung eines elektromagnetischen Ventils mit großem Durchgang und eines solchen mit kleinem Durchlaß steuern. Die Schliessung des Elektromagnetventils mit großem Durchlaß für eine festgelegte Füllhöhe des Tanks an der Stelle der Anbringung des ersten Prismas hat eine Verlangsamung des Füllvorganges zur Folge und bewirkt, daß die Füllung nur noch über das Elektromagnetventil mit kleinem Durchlaß vor sich geht, das zu dem erstgenannten parallel geschaltet ist. Das Elektromagnetventil mit kleinem Durchlaß wird geschlossen, wenn die Flüssigkeit die angegebene Höhe erreicht, die im allgemeinen ein wenig unter der Bezugshöhe auf der die Basis des zweiten Prismas liegt'vorgesehen ist.

Diese Prismen können auch durch Rotationskegel ersetzt werden, die gegebenenfalls von Zylindern mit senkrechten Achsen überragt sein können.

Die Unterbrechung des Füllvorganges des Tanks tritt im allgemeinen ein bevor das entsprechende Prisma vollständig eingetaucht ist, wobei der Flüssigkeitsspiegel in variablem Abstand zu dem erwähnten Bezugsniveau bleibt, Der Abstand verändert sich in Abhängigkeit von der Höhe des verwendeten Prismas oder Kegels, der Größe des Scheitelwinkels dieses Prismas oder Kegels und der Empfind-

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lichkeit des Empfängers.

Es ist möglich, den Scheitelwinkel des Prismas oder Kegels in Abhängigkeit von der Brechungszahl der Flüssigkeit zu verändern, deren Niveau in diesem Tank oder dem Behälter überwacht werden soll. In diesem Falle muß der Strahleneinfallwinkel so geändert werden, daß die auf der ersten Totalreflexionsfläche reflektierten Strahlen waagerecht bleiben.

Die von der zweiten Totalreflexionsfläche reflektierten Strahlen behalten auf diese Weise einen Winkel, der symmetrisch zu dem der einfallenden Strahlen ist.

Beispielsweise kann die Einrichtung gemäß der Erfindung zur Trennung von zwei übereinandergeschichteten Flüssigkeiten, z.B. Kohlenwasserstoff und Wasser, eingesetzt werden, indem das Prisma oder der Kegel auf dem Niveau . des unteren Teiles eines Kohlenwasserstoff-Ablaßsiphons angeordnet wird.

Die Veränderung des reflektierten Signales bei Eintauchen des Prismas in Wasser anstatt in Kohlenstoff definiert eine kennzeichnende Höhe, die es möglich macht, das Eindringen von Wasser zu verhindern, bevor es den oberen Bereich des unteren Teiles des Ablaßsiphons erreichen kann.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Einrichtung ausfallsicher arbeitet, weil das Elektromagnetventil dann nicht Öffnet, wenn die Lichtleitfasern oder gewisse Anschlüsse bbrechen, wenn die Lichtquelle aus-

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gelöscht ist oder wenn der Empfänger versagt.

Die kennzeichnende Höhe, bei der das Elektromagnetventil schließt, wird durch Temperatur, Farbe oder Dchte der Füllflüssigkeit nicht beeinflußt.

Die Erfindung wird anhand in derZeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die bei der Befüllung eines Tanks den Verlauf der Lichtstrahlen veranschaulicht, die von einer Lichtquelle ausgesandt und nacheinander von einem ersten Spiegel, zwei symmetrischen Prismaflächen, die eine doppelte Totalreflexion in Luft hervorrufen und einem zweiten Spiegel reflektiert werden, bevor sie einen Empfänger erreichen, der das Auslöschen des Signales in dem Moment feststellt, in dem das Prisma beinahe vollständig, in die Füllflüssigkeit eingetaucht ist, deren Niveau überwacht werden soll;

Fig. 2 veranschaulicht schematisch das Bezugsniveau, das der Höhe entspricht, bei der die Befüllung des Tanks aufhört;

Fig. 3 zeigt schematisch eine Doppeiniveauüberwachungseinrichtung mit Lichtleitfasern, wobei diese Einrichtung die Steuerung a) des Verschlusses eines Ventiles mit großem Durchlaß zur Verlangsamung der Füllrate und b) eines Ventiles mit kleinem Durchlaß ermöglicht, damit der Füllvorgang des Tanks vollständig unterbrochen wirdj, bevor das entsprechende Prisma völlig in die

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Füllflüssigkeit eintaucht.

Von einer Lichtquelle 1 ausgesandte parallele Lichtstrahlen werden zunächst von eitlem zur Waagerechten unter 45° geneigten Spiegel 2 senkrecht auf die Basis ja. eines Prismas 3 reflektiert. Diese Strahlen erfahren zwei Totalreflexionen auf zwei symmetrisch geneigten Flächen des Prismas 3 bevor sie in Richtung des Pfeiles 5 auf einen zweiten.ebenfalls unter 45° zur Horizontalen geneigten Spiegel 6 zurückgeworfen werden, der die Strahlen zu einem Empfänger 7 reflektiert. Als Empfänger 7 kann das menschliche Auge oder eine Vorrichtung dienen., die die Intensität der reflektierten Strahlen kontrolliert. Der Empfänger 7 kann so ausgebildet sein, daß er ein Elektromagnetventil betätigen kann, das die Füllrate des Tankes 4 steuert.

Das Prisma 3 besitzt eine in Fig. 2 sichtbare Bezugsfläche 8, die der vollständigen Eintauchung des Prismas entspricht. Da jedoch die einfallenden Lichtstrahlen auf eine Mittelzone des Prismas beschränkt sind, wird die Auslöschung des dem verringerten Prozentsatz der von diesem Prisma reflektierten Strahlen entsprechenden Signales, vor der völligen Eintauchung erzielt und die Empfindlichkeit des¹ verwendeten Empfängers 7 definiert, in der Praxis eine kennzeichnende Hohe 9* auf der die Befüllung des Tanks unterbrochen wird. Der Abstafid a zwischen den beiden Höhen 8 und 9 ist gleich einem * veränderlichen Bruchteil der Höhe h des Prismas.

Die bei der Füllung erzielte Genauigkeit entspricht unabhängig von der Empfindlichkeit des Empfängers ei-

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ner Niveauveränderung, die kleiner als die Höhe h des Prismas ist, die im allgemeinen im Verhältnis zur Höhe des zu füllenden Tankes sehr klein ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind zwei Einrichtungen ähnlichen derjenigen nach Fig. 1 vorgesehen, wobei jedoch die einfallenden und die reflektierten Lichtstrahlen im Falle, des die Verlangsamung des FUIlvorganges steuernden Prismas 12 jeweils in Lichtleitfasern 10 und 11 und im Falle des die vollständige Unterbrechung des Füllvorganges steuernden Prismas 3 in Lichtleitfasern I3 und 14 geführt sind.

Die Lichtempfänger 15» 7* die die von den beiden Prismen 12 und 3 reflektierten Lichtstrahlen aufnehmen, kontrollieren, jeweils die Schließung eines Elektromagnetventiles 16 mit großer Durchflußrate und eines Elektromagnetventiles 17 mit reduzierter Durchflußrate, wodurch nacheinander eine Verlangsamung der Zuflußmenge der in die Leitung 18 einströmenden Füllflüssigkeit bewirkt wird. Diese Flüssigkeit kann dann nur durch das Elektromagnetventil YJ mit verringerter Durchflußrate strömen, bis dieses Ventil durch die Auslöschung des von dem Empfänger 7 aufgenommenen Signales ebenfalls geschlossen wird.

In der Fülleitung 18 ist ebenfalls ein im wesentlichen elektromagnetisches Ventil 19 mit Handsteuerung und einem Schließhahn 20 vorgesehen.

Die beiden Lichtleitfasern 10 und 11 weisen einen gemeinsamen Teil 21 auf und entsprechend haben die beiden Lichtleitfasern 13 und 14 einen gemeinsamen Teil 22.

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Claims

Ansprüche

1.]Überwachungseinrichtung für den Füllstand bei Flüssig- K^y keitsbehältern, Tanks und dgl., gekenn.zei c h net durch mindestens ein nach unten gerichtetes gleicheckiges Prisma (3; 12) oder einen Kegel, das bzw. der in Luft innere Totalreflexion zeigt und bei Eintauchen in einen Flüssigkeitsbehälter durchlässig ist, durch eine Lichtqulle (1) und einen Lichtempfänger (7; 15), die im Abstand zu dem Prisma angeordnet sind, und durch ein Lichtleitfasersystem (10, 11; 13j 1^)* das Licht von der Lichtquelle (1) in das Prisma (3; 12) leitet und in dem Prisma innen total reflektiertes Licht auf den Lichtempfänger (7; 15) überträgt, wobei ein Teil des Lichtleitfasersystems den am Prisma auftreffenden -und auch den reflektierten Lichtstrahlen gemeinsam ist und der Lichtempfänger (7j 15) die Schließung eines Behälterfüllventiles (l6, 17) einleitet, wenn die von dem Prisma empfangene Lichtintensität unter einen vorbestimmten Schwellwerk sinkt.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites Prisma (12) sich unterhalb des von dem ersten Prisma (3) bestimmten gewünschten Füll- oder Entleerungsniveaus befindet und dieses zweite Prisma mittels eines Lichtleitfasersystems (10, 11j" 13, I²O mit einer weiteren Lichtquä-le und einem weiteren Lichtempfänger (15) verbunden ist, wobei der Lichtempfänger den Flüssigkeitsstrom durch das Füllventil (17) des Tanks verringert, wenn die von dem zweiten'Prisma (12) empfangene Lichtintensität unter einen vorbestimmten Schwellw'ert sinkt.

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3· Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (7> 15) als lichtempfindliche Zelle ausgebildet ist.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch ~$, dadurch gekennzeichnet , daß als lichtempfindliche Zelle eine Widerstandszelle oder eine lichtelektrische Zelle verwendbar ist.

5- Vorrichtung zur Trennung von zwei Flüssigkeiten, bestehend aus einer Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und einem Entleerungssiphon zur Durchführung der Flüssigkeitstrennung, z.B. Wasser und Kohlenwasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (12) auf dem Niveau des unteren Teiles eines Kohlenwasserstoff-Entleerungssiphons angeordnet ist, und daß die Veränderung des in dem in Wasser anstatt in Kohlenwasserstoff eingetauchten Prisma reflektierten Signales den Verschluß des Entleerungssiphons steuert.

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