DE2406640A1 - Anordnung zur kontinuierlichen messung von fluessigkeitsstaenden in rohren und kapillarrohren - Google Patents

Description

• Anordnung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeitsständen in Rohren und Kapillarrohren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeitsständen transparenter Flüssigkeiten in Rohren und Kapillarrohren.
• Viele physikalische Größen (wie Druck, Temperatur, Dichte usw.) in den verschiedensten Anwendungsbereichen von. Technik und Wissenschaft werden mit Hilfe von Flüssigkeitsständen in Rohren und Kapillarrohren gemessen. Obwohl diese Messmethode in der Regel einfach, billig und unproblematisch ist, wenn Vorgänge nur quantitativ und qualitativ abgeschätzt werden müssen, bereitet die Umwandlung von Flüssigkeits-ständen in Kapillarrohren in ein proportionales, kontinuierliches elektrisches Signal zur Registrierung oder Steuerung und Regelung oft erhebliche Schwierigkeiten.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung arbeitet nach einem an sich bekannten optischen Prinzip, wobei das Messrohr oder Kapillarrohr, das mit einem abzutastenden flüssigen Messmedium gefüllt ist, als optisches Element benutzt wird. Es verwendet dabei in an sich bekannter Weise die Totalreflexion an den Grenzschichten von durchsichtiger ungefüllter Messröhre und Luft. Dieses Prinzip wurde bisher lediglich dazu benutzt, das Erreichen eines bestimmten Füllstandes anzuzeigen (vergl. bspw. die DT-AS 1202514). Dabei wird ein verhältnismäßig schmales Lichtbündel durch das Kapillarrohr geschickt und auf einer Photozelle fokussiert.
• Die bekannte Vorrichtung dient so als Anzeige- und Warnvorrichtung für einen bestimmten Pegelstand, eine kontinuierliche Messung bzw. Anzeige der Standhöhe und damit eine kontinuierliche Messung und -eventuell Registrierung anderer physikalischer Werte, wie Druck, Temperatur, Dichte etC., ist damit nicht möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die eine kontinuierliche Messung dieser Werte unter Verwendung des an sich bekannten optischen Prinzip gestattet.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Mittel..
• Mit der Anordnung können Flüssigkeitsstände in einem relativ großen Bereich mit guter Linearität in proportionale elektrische Signale umgewandelt werden. Die Figuren 1 - 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Anordnung bzw. Weiterbildungen. In Figur 1 ist schematisch der Strahlengang bei einer ungefüllten und einer mit (transparenter) Lösung geringer Extinktion gefüllten Röhre dargestellt. Ein Teil des Lichtstrahls wird nach dem Brechungsgesetz an der Grenzfläche von Luft und Glasrohr reflektiert (gestrichelte Linie); der restliche Anteil dringt ins Glas ein und wird nach dem Brechungsgesetz abgelenkt.
• Ist das Rohr mit einer Flüssigkeit gefüllt, konvergieren die Strahlen (I und II) in einem bestimmten Bereich in Achsennähe.
• Ist das Glasrohr ungefüllt, divergieren die Strahlen zum Teil durch Totalreflexion an der Innenwand des Rohres (Strahl IV), zum anderen Teil durch mehrfache Brechung (Strahl III). Nähert sich der Quotient von hußen- und Innendurchmesser R/r des Rohres dem Wert 1, nimmt der Anteil der Totalreflexion zu, und der Anteil der Störstrahlen, die unabhängig von der Füllung sind (Strahl V), wird kleiner. Diese Anteile müssen durch Blenden ausaeschaltet werden. Figur 2 zeigt die prinzipielle Anordnung, welche die Röhre MR als optisches Element benutzt und bei guter Linearität auf eine Zusatzoptik verzichten kann.
• Als Sender wird vorzugsweise eine Lumineszenzdiode verwendet, als Empfänger eine großflächige, rechteckige Photodiode, die auf den Spektralbereich des Senders abgestimmt ist. Nach einer Weiterbildung kann der Sender im Pulsbetrieb mit kleinem Tastverhältnis t I = P T betrieben werden. Es können so wesentlich höhere Strahlungsleistungen erreicht werden. Dies ist wichtig, da dann durch Empfindlichkeitssteigerung auch noch Flüssigkeiten mit einer größeren Extinktionskonstanten abgetastet werden können.
• Eine andere Weiterbildung betrifft eine Störlichtunterdrükkung, die durch folgende Maßnahmen erreicht wird (Figur 3).
• Mit dem Empfängerelement E1 wird ein zweites gleichartiges Element E2 in einer Differenzverstärkerstufe D verwendet.
• Die Differenz der beiden Eingangssignale ist dann das Nutzsignal. Durch Parallelschaltung von Drosseln, die für Gleich.
• stron einen Kurzschluß darstellen, mit den Fotoelementen E und E2 werden Gleichlichtanteile unterdrückt. Eine weiter Störsignalunterdrückung von Wechsellichteinflüssen kann man bei der Erfindung durch Synchronisation von Sender und Empfänger (gestrichelte Linien in Figur 3) erreichen. Nach einer Symmetrierung SM der Eingangsimpulse, Gleichrichtung G und Verstärkung V ist eine analoge Füllstandsanzeige A möglich (Figur 3).
• Im Gegensatz zu bekannten Verfahren nach der Impedanzmethode, die die Änderung der elektrischen Impedanz der Messflüssigkeit (induktiver, kapazitiver und ohm'scher Komponenten) ausnutzen, ist die beschriebene Anordnung völlig ohne Rückwirkung auf die Konstitution des Messmediums. Die Messung ist außerdem trägheitsfrei.

Claims (6)

1. Ansrüche: "Anordnung zur kontinuierlichen Messung von Flüssigkeitsständen in Rohren und Kapillarrohren", wobei das Messrohr, das mit dem abzutastenden flüssigen Messmedium gefüllt list, als optisches Element zwischen einer Strahlungsquelle und einem photoelektrischen Bauteil benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein annähernd punktförmiger Sender (S) dient, und daß der Empfänger (E) eine Länge aufweist, die etwa dem zu erfassenden Messbereich entspricht.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daR als Sender (S) eine GaAs-Diode verwendet wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die GaAs-Diode im Pulsbetrieb betrieben wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger (E) eine rechteckige Photodiode verwendet wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, nur dem Umlicht ausgesetzten Empfänger (E2) vorgesehen ist, und daß ein Differenzverstärker (D) vorgesehen ist, der die Differenz der Ausgangssignale beider Empfänger (E1, E2) bildet.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (S) und Empfänger (E) synchron betrieben werden.