DE2505485A1

DE2505485A1 - Full-up indicator or level detector - has light conductor rod projecting through container wall and associated temp compensating element

Info

Publication number: DE2505485A1
Application number: DE19752505485
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Ulrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1976-08-19

Abstract

The level detector uses a light conductor rod (10) which is anchored in an opening in the container wall (4), so that its inner end is positioned at a required level. The end (24) of the light conductor rod (10) has a curved cross section, defined by a parabolic or conical function, and exhibits total internal reflection when the container level is at the required level, but does not exhibit total internal reflexion when the level falls. The rod (10) is mounted in the opening in the container wall (4) via a temperature compensating element (1), which extends along the length of the rod (10) and which has a number of vanes for heat dissipation. The temperature compensating element has a central bore accommodating the rod and is fixed to the latter at a point adjacent to the opposite end to that projecting into the container.

Description

Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor (Zusatz zu Patent .......... (Patentanmeldung amtl.Aktenzeiohen P 21 39 865.2-52)) Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor mit einem durch eine Trennwand hindurchgeführten, im wesentlichen geraden Lichtleiterstab, welcher in einer Durchführung der Trennwand verankert ist und im nicht ansprechenden Zustand mit seinem in den zu untersuchenden Bereich hineinragenden, inneren Teil in den Lichtleiterstab eingeleitetes Licht unter Totalreflexion zu einem an dem dem inneren Teil gegenüberliegenden Ende des Lichtleiterstabes befindlichen, lichtempfindlichen Organ reflektiert, während bei Auftreten zu meldender Zustände an dem genannten inneren Teil des Lichtleiterstabes die Totalreflexion beseitigt wird, wobei das innere Ende des Lichtleiterstabes einen zur Längsachse hin zunehmend kleiner werdenden Krümmungsradius aufweist, ohne daß im Scheitelbereich eine Spitze oder Kante gebildet ist, wobei insbesondere das innere Ende in einem Axialschnitt entsprechend einer Parabel, Hyperbel, Kettenlinie oder Ellipsenhälfte profiliert ist.Level indicator or condition detector (addendum to patent .......... (Patent application amtl.Aktenzeiohen P 21 39 865.2-52)) The main patent refers on a level indicator or condition detector with a through a partition guided through, essentially straight light guide rod, which in a bushing the partition is anchored and in the unappealing state with his in the area to be examined protruding, inner part introduced into the light guide rod Total reflection light to an end opposite the inner part The light-sensitive organ located in the light guide rod is reflected while when conditions to be reported occur on said inner part of the light guide rod the total internal reflection is eliminated, whereby the inner end of the light guide rod becomes a has increasingly smaller radius of curvature towards the longitudinal axis without a point or edge is formed in the apex area, in particular the inner End in an axial section corresponding to a parabola, hyperbola, chain line or Ellipse half is profiled.

Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektoren dieser Art vermögen ganz beträchtlichen Drücken bereits dann standzuhalten, wenn der Lichtleiterstab in der Trennwanddurchführung lediglich durch Einkitten oder durch Einspannen mittels einer Sohraubmuffe befestigt ist. Auch die Abdichtung zwischen dem Bereich auf der Innenseite der Trennwand und der freien Umgebung bereitet, wenn ausschließlich die aufzunehmenden Drücke in Betracht gezogen werden, beim Einkitten oder Einspannen des Lichtleiterstabes in die Trennwanddurchführung keine Schwierigkeiten.Level indicators or condition detectors of this type are quite capable to withstand considerable pressures even when the light guide rod is in the Partition wall penetration only by cementing or by clamping by means of a Sohraubmuffe is attached. Also the seal between the area on the inside the partition wall and the free environment prepares, if only those to be recorded Pressures should be considered when cementing or clamping the light guide rod no difficulties in the partition wall duct.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Abdichtung und die einwand freie Halterung des Lichtleiterstabes dann in Frage gestellt sein kann, wenn auf der Trennwand innenseite extrem hohe oder extrem tiefe Temperaturen herrschen, welche sich über die Trennwanddurohführung und den Lichtleiterstab auf die Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes in der Trennwanddurchführung übertragen.However, it has been shown that this seal and the perfect Bracket of the light guide rod can then be in question when on the partition inside extremely high or extremely low temperatures prevail, which spread over the partition wall guide and the light guide rod on the attachment point of the Transfer the light guide rod in the bulkhead feed-through.

Duroh die vorliegende Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, die Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes eines Füllstandsanz-eigers oder Zustandsdetektors der im Hauptpatent besohriebenen Art vor extremen Temperaturbedingungen, insbesondere vor extrem hohen Temperaturen zu schützen.The present invention should accordingly achieve the object the attachment point of the light guide rod of a level indicator or condition detector of the type described in the main patent from extreme temperature conditions, in particular protect from extremely high temperatures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Trennwanddurohführung von einem langgestreckten Temperaturausgleichskörper gebildet ist, welcher eine von einer Mündungsöffnung auf der Trennwand innenseite zu einer Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes reichende Bohrung aufweist, die den Lichtleiterstab unter Bildung eines langgestreckten Ringspaltes solcher Weite umgibt, daß aus auf der Trennwandinnenseite vorhandenen Dämpfen sich bildende Kondensatflüssigkeit in dem Ringspalt durch Kapikarwirkung gehalten wird.According to the invention, this object is achieved in that the partition wall guide is formed by an elongated temperature compensation body, which one from a mouth opening on the inside of the partition to a fastening point the light guide rod has reaching bore that the light guide rod below Formation of an elongated annular gap surrounds such a width that from on the Inside the partition wall existing vapors forming condensate liquid in the Annular gap is held by Kapikarffekt.

Über den genannten Ringspalt können auf der Trennwand innenseite vorhandene Dämpfe bis in nahe der Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes gelegene, kühlere Bereiche dieses Ringspaltes vordringen und an den den Ringspalt begrenzenden Wänden, nämlich der Wand der genannten Bohrung d e s T des Temperaturausgleichskörpers und'der Außenfläche des Lichtleiterstabes, kondensieren, derart, daß sich der Ringspalt allmählich mit Kondensat ausfüllt und, nachdem das Kondensat wegen der geringen Weite des Ringspaltes nicht abfließen kann, ein weiterer Wärmetransport durch in den Ringspalt eindringende und dort kondensierende Dämpfe zur Befestigungsstelle hin unterbunden wird.Via the above-mentioned annular gap, existing on the inside of the partition wall can be used Vapors up to near the attachment point of the light guide rod located, cooler areas of this annular gap penetrate and to the areas delimiting the annular gap Walls, namely the wall of said bore d e s T of the temperature compensation body und'der outer surface of the light guide rod, condense in such a way that the annular gap gradually fills with condensate and after the condensate because of the low Width of the annular gap cannot flow away, further heat transport through in Vapors penetrating the annular gap and condensing there to the fastening point is prevented.

Um das vorstehend angegebene Konstruktionsprinzip auch dann anwenden zu können, wenn das sich auf der Trennwand innenseite bildende Kondensat einen hohen Brechungsindex nahe demjenigen des Lichtleiterstabes hat, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Füllstandsanzeigers oder Zustandsdetektors vorgesehen, daß der Lichtleiterstab hinter dem profilierten Scheitelbereich mit einer optischen Isolationsschicht aus einem Werkstoff mit geringerem Brechungsindex versehen ist.In order to then apply the construction principle given above to be able to when the condensate forming on the inside of the partition has a high Has refractive index close to that of the light guide rod, is advantageous according to one Further development of the fill level indicator or status detector proposed here provided that the light guide rod behind the profiled apex area with an optical isolation layer made of a material with a lower refractive index is provided.

Auf diese Weise wird verhindert, daß das von der Lichtquelle ausgehende, in den Lichtleiterstab hinein ausgesendete Licht bereits in demjenigen Teil des Lichtleiterstabes aus diesemaustritt, welcher in dem Temperaturausgleichskörper verläuft, ohne den Scheitelbereich zu erreichen und dort unter mehr oder weniger starker Totalreflexion an der Zustandsanzeige teilzunehmen.In this way it is prevented that the light emitted by the light source Light emitted into the light guide rod is already in that part of the Light guide rod exits from this, which in the temperature compensation body runs without reaching the apex area and there under more or less strong total reflection to participate in the status display.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Fortbildungen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklioh hingewiesen wird.In addition, expedient refinements and further training are the subject matter of the appended claims, to which here to simplify and shorten the Description is expressly pointed out.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Figur i einen Axialsohnitt durch einen Zustandsdetektor und Figur 2 in vergrößertem Maßstab den vorderen Teil einer gegenüber Figur i abgewandelten Ausführungsform.Below are exemplary embodiments with reference to the attached Drawing explained in more detail. The figures show: Figure i an Axialsohnitt through one Condition detector and Figure 2 shows the front on an enlarged scale Part of an embodiment modified from FIG.

Der in Figur 1 gezeigte Zustandsdetektor weist einen langgestreckten, etwa rohrförmigen Temperaturausgleichs- und Trägerkörper 1 auf, welcher nahe seinem dem zu untersuchenden Bereich zugekehrten Ende ein Schlüsselprofil 2 sowie einen Gewindeansatz 3 besitzt, der in eine Gewindebohrung einer Trennwand 4 eingeschraubt ist, wobei die Trennwand 4 beispielsweise die Wand eines Hochdruckkessels sein kann.The state detector shown in Figure 1 has an elongated, approximately tubular temperature compensation and support body 1, which is close to his the end facing the area to be examined a key profile 2 and a Has a threaded attachment 3 which is screwed into a threaded hole in a partition 4 is, wherein the partition 4 can be, for example, the wall of a high pressure vessel.

Der Temperaturausgleichs- und Trägerkörper 1 enthält eine Axialbohrung 5, welche sich von einer Mündungsöffnung 6 auf der Trennwandinnenseite bis zu einer in größerem axialem Abstand von dieser Mündungsöffnung gelegenen Ausgangskammer 7 erstreckt. Die Ausgangskammer 7 ist in einem becherförmigen Ansatz 8 am äußeren Ende des Temperaturausgleichskörpers 1 gebildet und enthält eine zur Axialbohrung 5 koaxiale Gewindebohrung 9, in welche eine zur Befestigung eines Lichtleiterstabes 10 dienende Sohraubmuffe 11 unter Zusammenpressen einer sich gegen einen Absatz der Gewindebohrung 9 abstützenden Dichtung 12 eingeschraubt ist, so daß der Lichtleiterstab 10 gegen den Temperaturausgleichskörper 1 vollständig abgedichtet und an diesem Bauteil im Bereich der Ausgangskammer 7 befestigt ist.The temperature compensation and support body 1 contains an axial bore 5, which extends from an orifice 6 on the inside of the partition wall to a exit chamber located at a greater axial distance from this mouth opening 7 extends. The output chamber 7 is in a cup-shaped extension 8 on the outside Formed at the end of the temperature compensation body 1 and contains an axial bore 5 coaxial threaded hole 9, in which one for attaching a light guide rod 10 serving Sohraubmuffe 11 with compression of one against a paragraph the threaded bore 9 supporting seal 12 is screwed, so that the light guide rod 10 completely sealed against the temperature compensation body 1 and attached to it Component in the area of the outlet chamber 7 is attached.

Von der durch die Schraubmuffe 11 und die Dichtung 12 gebildeten Befestigungsstelle aus erstreckt sich der Lichtleiterstab 10 bis über die Mündungsöffnung 6 hinaus in den zu untersuchenden Bereich auf der Trennwandinnenseite. Der Durchmesser der Axialbohrung 5 des Temperaturausgleichs- und Trägerkörpers 1 und der Durohmesser des Lichtleiterstabes 10 sind so gewählt, daß ein langgestreckter Ringspalt 13 zwischen den Bauteilen i und 10 entsteht, der so bemessen ist, daß aus auf der Trennwandinnenseite vorhandenen Dämpfen sich bildende Kondensatflüssigkeit in dem Ringspalt 13 durch Kapillarwirkung festgehalten wird.From the fastening point formed by the screw sleeve 11 and the seal 12 The light guide rod 10 extends beyond the mouth opening 6 in the area to be examined on the inside of the partition. The diameter of the Axial bore 5 of the temperature compensation and support body 1 and the Durohmesser of the light guide rod 10 are chosen so that an elongated annular gap 13 between the components i and 10 arises, which is dimensioned so that from on the inside of the partition existing vapors forming condensate liquid in the annular gap 13 Capillary action is recorded.

Der Temperaturausgleiohs- und Trägerkörper 1 weist außer dem bereits erwähnten Ansatz 8 eine Reihe von Radialrippen 14 auf, welohe die Wärmeabfuhr von dem Temperaturausgleichs- und Trägerkörper 1 im Bereich nahe der Befestigungsstelle des Liehtleiterstabes 10 erhöhen und die Kondensatbildung in diesem Bereich begünstigen. Ist der Ringspalt 13 mit Kondensatflüssigkeit ausgefüllt, so wird ein weiteres Eindringen von heißen Dämpfen von der Trennwand innenseite her in den Ringspalt und damit ein weiterer, intensiver Wärmetransport zu der Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes 10 verhindert.The Temperaturausgleiohs- and support body 1 also has mentioned approach 8 a series of radial ribs 14, welohe the heat dissipation from the temperature compensation and support body 1 in the area near the fastening point of the Liehtleiterstabes 10 and favor the formation of condensation in this area. If the annular gap 13 is filled with condensate liquid, further penetration is possible of hot vapors from the inside of the partition into the annular gap and thus into the annular gap further, intensive heat transport to the fastening point of the light guide rod 10 prevented.

Hinter der durch die Schraubmuffe ii und die Dichtung 12 gebildeten Befestigungsstelle setzt sich der Lichtleiterstab 10 über eine Trennfuge 15 in einem Lichtleiter-Verlängerungsansatz i6 fort, an dessen hinterer Stirnfläche eine Miniaturlampe 17 als Lichtquelle und ein Phototransistor 18 als lichtempfindliches Organ angesetzt sind. Der Lichtleiterverlängerungsansatz 16, die Miniaturlampe 17 und der Phototransistor 18 sind in einem mit entsprechenden Bohrungen und Ausnehmungen versehenen Halteblock 19 gehaltert, welcher mittels Schrauben 20 an dem Ansatz 8 des Temperaturausgleichs- und Trägerkörpers 1 festgespannt ist und eine Anschlußkammer 21 enthält, durch welche hindurch die zu der Miniaturlampe 17 und dem Phototransistor 18 führenden Anschlußleitungen geführt sind. Die Anschlußkammer 2i ist mit Gießharz ausgegossen und mittels eines ebenfalls durch die Schrauben 20 festgehaltenen Deckels 22 verschlossen. Wie aus Figur 1 ersichtlioh, ist der Deckel 22 mit Durchführungen versehen, um die Ansohlußleitungen aus der Anschlußkammer 2i herausführen zu können.Behind that formed by the screw sleeve ii and the seal 12 The light guide rod 10 is in one fastening point via a parting line 15 Light guide extension attachment i6, on the rear face of which a miniature lamp 17 as a light source and a phototransistor 18 as a light-sensitive organ are. The fiber optic extension attachment 16, the miniature lamp 17 and the phototransistor 18 are in a holding block provided with corresponding bores and recesses 19 supported, which by means of screws 20 on the approach 8 of the temperature compensation and support body 1 is clamped and contains a connection chamber 21 through which through the connecting lines leading to the miniature lamp 17 and the phototransistor 18 are led. The connection chamber 2i is filled with resin and by means of a also closed by the screws 20 fixed cover 22. How out As can be seen in FIG. 1, the cover 22 is provided with feedthroughs for the connection lines to be able to lead out of the connection chamber 2i.

Die Ausgangskammer 7 des Ansatzes 8 ist einerseits durch die gegenüberliegende Stirnfläche des Halteblockes 19 abgeschlossen, jedoch über einen Entlüftungskanal 23 derart mit der freien Umgebung verbunden, daß die Kammer 7 bei einer an der Befestigungsstelle des Lichtleiterstabes 10 auftretenden Undichtigkeit nicht unter Druck gesetzt und jedwede mechanische Beanspruchung des in dem Halteblook 10 befindlichen Geräteteils im Falle einer solchen Undichtigkeit vermieden wird. Das Vorhandensein der Trennfuge 15 stellt sicher, daß ein Längsriß durch den Lichtleiterstab 10 im Bereich der Befestigungsstelle sich nicht bis zu der Miniaturlampe 17 fortpflanzen kann, sondern an der Trennfuge 15 endet, so daß ein gegebenenfalls auf der Innenseite der Trennwand 4 vorhandenes, hochaktives Medium im Falle eines Bruches des Lichtleiterstabes 10 zuverlässig von den möglicherweise eine Explosion auslösenden Gerateteilen ferngehalten wird.The output chamber 7 of the approach 8 is on the one hand by the opposite End face of the holding block 19 closed, but via a ventilation channel 23 connected to the free environment in such a way that the chamber 7 at a point of attachment of the light guide rod 10 occurring leakage is not pressurized and any mechanical stress on the device part located in the holding bloom 10 in the case of such Leakage is avoided. The presence the parting line 15 ensures that a longitudinal crack through the light guide rod 10 in the The area of the fastening point does not extend to the miniature lamp 17 can, but ends at the parting line 15, so that a possibly on the inside the partition 4 present, highly active medium in the event of a break in the light guide rod 10 reliably kept away from the device parts that could possibly trigger an explosion will.

Die im Bereich der Trennfuge 15 aneinandergrenzenden Lichtleiterflächen können plangeschliffen und unmittelbar aneinandergesetzt sein. Es ist jedoch auch möglich, eine gute optische Kopplung durch Einbringen einer Kopplungsflüssigkeit oder durch Zwischenlage einer opplungsfolie, etwa aus Silikonkautschuk, zu schaffen.The light guide surfaces adjoining one another in the region of the parting line 15 can be ground flat and placed directly next to each other. However, it is too possible good optical coupling by introducing a coupling liquid or by interposing a sealing film, for example made of silicone rubber.

Ist der Brechungsindex des sich aus Dämpfen des zu untersuchenden Bereiches bildenden Kondensates sehr hoch, so könnte ein den Lichtleiterstab 10 im Bereich der Axialbohrung 5 umgebender Kondensatmantel zu einer wesentlichen Schwächung oder sogar Auslösohung des von der Miniaturlampe 17 zu dem Scheitel 24 des Lichtleiterstabes gelangenden Lichtstromes führen. Um dies zu verhindern, ist gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Lichtleiterstab 10 auf seine gesamte Länge bis nahe dem Scheitel 24 mit einer optischen Isolationsschicht 25 aus einem Werkstoff mit niedrigerem Brechungsindex umgeben. Als Lichtleiterstab dient also beispielsweise ein mit einer schwach brechenden Glasschicht überfangener, an seinem Scheitel in der im Hauptpatent beschriebenen Weise profilierter Glasstab oder Quarzstab.Is the refractive index of the vapors under investigation Area forming condensate very high, so the light guide rod 10 in the area of the axial bore 5 surrounding condensate jacket to a substantial weakening or even triggering of the miniature lamp 17 to the vertex 24 of the light guide rod resulting luminous flux lead. To prevent this, according to the one shown in FIG embodiment shown, the light guide rod 10 over its entire length to close the apex 24 with an optical isolation layer 25 made of a material surrounded by a lower refractive index. So, for example, serves as the light guide rod one overlaid with a weakly refractive layer of glass, at its apex in the manner described in the main patent profiled glass rod or quartz rod.

Ein in solcher Weise ausgebildeter Lichtleiterstab kann in einem Füllstandsanzeiger verwendet werden, dessen Lichtleiterstab von unten her in ein Flüssigkeitsvolumen aufragt, so daß der Soheitel 24 beim Absinken des Flüssigkeitsniveaus schließlich freiliegt und zu einem Signal an dem lichtempfindlichen Organ 18 führt, ohne daß die den Lichtleiterstab hinter dem Soheitelbereich 24 benetzende Flüssigkeit die Anzeige verhindert oder verfälscht.A light guide rod designed in this way can be used in a level indicator are used, the light guide rod from below into a volume of liquid rises up so that the Soheitel 24 when the liquid level drops is exposed and leads to a signal at the photosensitive member 18 without the light guide rod behind the solar panel area 24 wetting Liquid prevents or falsifies the display.

Claims

Level indicator or condition detector with one through a partition guided through, essentially straight light guide rod, which in a bushing the partition is anchored and in the unappealing state with his in the area to be examined protruding, inner part introduced into the light guide rod Total reflection light to an end opposite the inner part The light-sensitive organ located in the light guide rod is reflected while when conditions to be reported occur on said inner part of the light guide rod the total internal reflection is eliminated, whereby the inner end of the light guide rod becomes a has increasingly smaller radius of curvature towards the longitudinal axis without a point or edge is formed in the apex area, in particular, the inner end in an axial section corresponding to a parabola, hyperbola, chain line or ellipse half is profiled, according to patent .......... (patent application amtl.

File number P 21 39 865.2), characterized in that the partition wall duct is formed by an elongated temperature compensation body (i), which one from a mouth opening (6) on the inside of the partition to a fastening point (11, 12) of the light guide rod (10) has extending bore (5) which the light guide rod with the formation of an elongated annular gap (13) of such a width that from condensate liquid forming on the inside of the partition wall is held in the annular gap by capillary action.

2. level indicator or condition detector according to claim i, characterized characterized in that the light guide rod (io) behind the profiled apex area (24) with an optical isolation layer (25) made of material is provided with a lower refractive index.

3. level indicator or condition detector according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature compensation body (1) on its outside Has cooling fins (i4).

4. Level indicator or condition detector according to one of the claims i to 3, characterized in that the light guide rod (10) behind the fastening point (11, 12) has a parting line (15) on the temperature compensation body (1) and that on the other side of this parting line part (16) of the light guide rod Light source (17) and the light-sensitive organ (i8) are coupled.

5. level indicator or condition detector according to claim 4, characterized characterized in that the part (16) of the light guide rod located on the other side of the parting line (15) attached to a (20) holder (19) clamped to the temperature compensation body (i) is.

6. level indicator or condition detector according to claim 5, characterized characterized in that between the holder (19) and the temperature compensation body (i) in the area of the parting line (15) via ventilation channels (23) with the free Surrounding connected annular space (7) is formed.

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