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Bctre!!-Vorrichtung zur Füllstandsanzeige und- überwachung Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsanzeige und - überwachung einer
Meßflüssigkeit in einem Probengefäss, gebildet aus einer Lichtquelle, die mit einem
Lichtstrahl die Meßflüssigkeit durchstrahlt, und einem lichtempfindlichen Empfänger,
der das Lichtbündel auffängt.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß der Füllstand einer Meßflüssigkeit in einem Probengefäss
angezeigt und überwacht werden kann, wobei das Probengefäss
vorzugsweise
als Durchfluss-Küvette ausgebildet ist.
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Wegen der geringen Abmessungen einer für Laborzwecke verwendeten Durchfluss-Küvette
darf die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht gewisse, vorgegebene Abmessungen überschreiten.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bereits bekannt. Bei
dieser bekannten Vorrichtung wird der Füllstand der Meßflüssigkeit mit einer als
Lichtschranke ausgebildeten Überwachungseinrichtung angezeigt.
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Das Probengefäss ist im Bereich des zu überwachenden Füllstandes durchsichtig.
An der einen Wandseite ist eine Lichtquelle angeordnet, die einen gebündelten Lichtstrahl
durch die Wandung des Probengefässes und durch die Meßflüssigkeit (sofern vorhanden)
zu dem auf der gegenüberliegenden Seite des Probengefässes angeordneten lichtempfindlichen
Empfängers schickt.
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Diese Anordnung ist nur zur Füllstandsanzeige und-überwachung solcher
Meßflüssigkeiten geeignet, die den Lichtstrahl im Vergleich zu dem entleerten Gefäss
so stak schwächen, daß das Differenzsignal des lichtempfindlichen, lichtelektrischen
Empfängers ausreicht, mit der nötigen GenauigWkeit denFüllstand anzuzeigen. Eine
solche bekannte Vorrichtung ist insbesondere nicht zur Verwendung mit Lichtdurchlässigen,
klaren Meßflüssigkeiten geeignet.
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Zudem ist die Herstellung eines-im Bereich der Füllstandsüberwachung-
durchsichtigen Probengefässes teuer und die Bündelung des Lichtstrahles gelingt
nicht vollständig, da die Lichtquelle und der lichtelektrische Empfänger aussFerhalb
des Probengefässes in einer - im Vergleich zur vorliegenden Erfindung - großen Entfernung
voneinander angeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß eine starke Bündelung des Lichtstrahles zwischen
der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Empfänger möglich ist. Die Erfindung
hat die zusätzliche Aufgabe, für durchsichtige und wenig getrübte Meßflüssigkeiten
einsetzbar zu sein.
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Die Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Lichtstrahl
durch zwei sich annähernd koaxial gegenüberliegenden Lichtleitstäben gebildet ist,
deren Stirnflächen in die Meßflüssigkeit tauchen, wobei die Stirnfläche des lichtquellenseitigen
Lichtleitstabes in Bezug zur Strahlungsrichtung ein von der normalen abweichende
Neigung einnimmt, und die Stirnfläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes normal
zur Richtung des Lichtstrahles steht.
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Das wesentliche der vorliegenden Erfindung gegenüber dem vorbekannten
Stand der Technik ist, daß mit Hilfe von zwei in die Meßflüssigkeit tauchenden,
sich annähernd koaxial gegenüberliegenden Lichtleitstäben eine starke
und Richtschärfe des Lichtstrahles innerhalb der Meßflüssigkeit gelingt. Dieses
Merkmal erhöht wesentlich die Genauigkeit einer Füllstandsanzeige.
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Durch die in die Meßflüssigkeit tauchenden Stirnseiten der Lichtleitstäbe
ist ein geringer Abstand zwischen der lichtemittierenin Fläche des lichtquellenseitigen
Lichtleitstabes und der lichtempfangenen Fläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes
gewährleistet.
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Der Lichtstrahl wird deshalb nur durch die Meßflüssigkeit verändert
und nicht durch den Verschmutzungsgrad der Probengefässwände.
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Das Prinzip der vorliegenden Erfindung beruht auf der Anwendung optischer
Brechungseigenschaften einer Meßflüssigkeit zum Zweck der Füllstandsanzeige und-
überwachung in einem Probengefäss. Die Veränderung der empfängerseitigen Lichtintensität
erfolgt durch den Unterschied der Brechungseigenschaften von Luft (ungefülltesGEfäss)
im Vergleich zu den Brechungseigenschaften der Meßflüssigkeit (gefülltes Gefäss).
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Das wesentlichste Merkmal der vorliegenden Erfindung ist,
daß
die Stirnfläche des lichtquellenseitigen Lichtleitstabes in Bezug zur Str ah lungsrichtung
einen von der normalen abweichende Neigung einnimmt und die Stirnfläche des empfängerseitigen
Lichtleitstabes normal zur Richtung des Lichtstrahles steht. Die Stirnfläche des
lichtquellenseitigen Lichtleitstabes ist also in Bezug zur Strahlungsrichtung (Längsachse)
angeschrägt. Der in Längsrichtung durch den Lichtleitstab hindurchtretende Lichtstrahl
wird an der angeschrägten Stirnfläche in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Ein erster
Teilstrahl ist der reflektierte Strahl, der durch REflektion des in Längsrichtung
sich im Lichtleitstab fortpflanzenden Lichtstrahles an der geneigten Stirnfläche
entsteht. Der zweite , sich abspaltende Teilstrahl ist der aus der Stirnfläche in
die Meßflüssigkeit oder in Luft einstrahlende, gebrochene Strahl. Die optische Dichte
des Lichtleitstabes ist groß im Vergleich zur optischen Dichte von Luft bei ungefülltem
Gefäss. Durch den Übergang des Lichtstrahles von einem optisch dichten in ein optisch
dünnes Medium wird der gebrochene Strahl vom Lot weggebrochen. Bei koaxial oder
annähernd koaxial sich gegenüber liegenden Lichtleitstäben bedeutet dies, daß der
aus der Stirnfläche des lichtquellenseitigen Lichtleitstab austretende gebrochene
Strahlungsanteil in einemhestimmten Winkel auf der normal zur Strahlungsrichtung
stehenden
Stirnfläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes auftrifft.
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Mit dem Auftreffen dieses gebrochenen Strahles auf der Stirnfläche
des empfängerseitigen Lichtleitstabes wird dieser Teilstrahl wiederum in zwei weitere
Teilstrahlen aufgespalten. Ein erster Anteil ist durch den an dieser Stirnfläche
reflektierten Teilstrahl gebildet, während der zweite Anteil durch den sich unter
anderen Brechungsverhältnissen fortsetzenden gebrochenen Strahl im empfängerseitigen
Lichtleitstab gebildet ist. Nachdem der auf der Stirnfläche des empfängerseitigen
Lichtleitstabes auftretende Lichtstrahl diesmal von einem dünneren Medium (Luft)
in ein dichteres Medium (empfängerseitiger Lichtleitstab) eintritt, erfolgt eine
Brechung dieses Strahles zum Lot hin. Dies bedeutet, daß der in den empfängerseitigen
Lichtleitstab eintretende gebrochene Strahlanteil einen geringeren Winkel zur LÄngsachse
einnimmt, als vergleichsweise der auf die Stirnfläche auftretende Teilstrahl.
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Wesentlich ist, daß der sich im empfängerseitigen Lichtleitstab fortsetzende
Strahlungsanteil einen Winkel zur Längsachse des Lichtleitstabes bildet. Dieser
Winkel verhindert eine ungestörte Ausbreitung des Teilstrahles im Lichtleitstab;
der Teilstrahl wird an den Grenzflächen des Lichtleitstabes reflektiert, teilweise
zurückgestreut und kommt so stark geschwächt am lichtempfindlichen Empfänger an.
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Im Vergleich zur obigen Darstellung sollen nun die Verhältnisse bei
einem gefüllten Probengefäss erläutert werden, d.h., wenn die STirnflächen der LIchtleitstäbe
in die Meßflüssigkeit eintauchen. Wesentlich gemäss der vorliegenden Erfindung ist,
daß die optische Dichte der Meßflüssigkeit von der optischen Dichte von Luft abweicht.
Das Meßprinzip der vorliegenden Erfindung macht sich diese Abweichung zunutze.
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Der im fichtquellenseitigen Lichtleitstab sich in Längsrichtung ausbreitende
Lichtstrahl wird wiederum an der geneigten Stirnfläche in zwei Teilstrahlen aufgespaltet.
Der eine Teilstrahl ist der reflektierte Strahl, während der andere Teilstrahl der
gebrochene Strahlanteil ist. Wesentlich gemäss der vorliegenden Erfindung ist, daß
nunmehr durch das Vorhandensein des optisch dichteren Mediums eine weniger starke
Brechung des aus der STirnfläche austretenden gebrochenen Strahlanteils erfolgt.
Dies bedeutet, daß der gebrochene Strahl weniger stark vom Lot weggebeugt wird,
und deshalb auch unter einem geringeren Winkel auf der Stirnfläche des empfängerseitigen
Lichtleitstabes auftrifft. An dieser Stirnseite erfolgt wiederum eine Aufspaltung
in einen reflektierten und in einen gebrochenen Strahlanteil.
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Wesentlich gemäss der vorliegenden Erfindung ist, daß der reflektierte
Strahlanteil aufgrund des geringeren Auftreffswinkels auf die geneigte Stirnfläche
des lichtquellenseitigen
Lichtleitstabes auftrifft und von dort
wiederum auf die Stirnfläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes reflektiert werden
kann. Der reflektierte Anteil verstärkt also die in den empfängerseitgen Lichtleitstab
eintretende Lichtmenge.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist,
daß der unter dem geringeren Winkel auf die Stirnfläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes
auftreffende gebrochene Strahlanteil nun annähernd in Richtung zur Längsachse des
empfängerseitigen Lichtleitstabes zurückgebrochen wird. Dies gewährleistet eine
praktisch verlustlose Fortpflanzung des gebrochenen Strahlanteils bis zum lichtempfindlichen
Empfänger. Der lichtempfindliche Empfänger wird jetzt von einer größeren Strahlungsmenge
als vorher, (bei ungefülltem Gefäss) bestrahlt, so daß der Unterschied zwischen
der Lichtmenge des ungefüllten Gefässes und der Lichtmenge des gefüllten Gefässes
zur Generation des Füllstands-Signals herangezogen werden kann.
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Wesentlich bei vorliegender Erfindung ist also, daß zwischen den Stirnflächen
sich annähernd koaxial gegenüberliegender Lichtleitstäbe nur der gebrochene Strahlanteil
überragen wird. Der an der Stirnfläche des lichtquellenseitigen Lichtleitstabes
reflektierte Strahlanteil wird nicht auf die Stirnfläche des empfängerseitigen Lichtleitstabes
übertragen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß allein
die optischen
Brechungseigenschaften der Meßflüssigkeit zur Erzeugung des Füllstandssignales herangezogen
werden.
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Aus der vorstehend gegebenen Erläuterung wird ersichtlich, daß das
erfindungsgemässe Meßprinzip auch bei trüben oder gefärbten Flüssigkeiten funktioniert.
Bei Flüssigkeiten, welche eine geringe Lichtdurchlässigkeit haben, wird die Lichtstärke
der Lichtquelle erhöht. Dazu muß dann zuerst ein Eichversuch bei gefülltem Probengefäss
durchgeführt werden, um ein genügend grosses empfängerseitiges elektrisches Signal
im Vergleich zum ungefüllten Gefäss zu erhalten. Bei trüben oder lichtundurchlässigen
Flüssigkeiten kann dann aber auch das durch den Stand der Technik bekannte Lichtschrankenprinzip
angewendet werden, die Anzeigelogik der Füllstandsüberwachungsvorrichtung wäre dann
umgekehrt. Bei ungefülltem GEfäss würde der Empfänger maximal bestrahlt werden,
während bei gefülltem Gefäss nur ein geringer Strahlungsanteil am Empfänger ankommt.
Dieser Unterschiedsbetrag kann dann gemäss dem bekannten Lichtschrankenprinzip zur
Generation eines Füllstandssignales herangezogen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berühren
sich die Stirnflächen der Lichtleitstäbe. Dieses Merkmal gewährleistet einen geringen
RAumbedarf der erfindungsgemässen Vorrichtung. Weiterhin wird dadurch erreicht,
daß bei trüben,oder stark lichtundurchlässigen
Meßflüssigkeiten
ein genügender Lichtanteil durch die Meßflüssigkeit hindurch auf die Stirnfläche
des empfängerseitigen Lichtleitstabes trifft.
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Das Probengefäss kann beliebig ausgeformt sein; die erfindungsgemässe
Füllstandsüberwachungsvorrichtung ist deshalb für alle Anwendungsbereiche geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Probengefäss
als Durchfluss-Küvette ausgebildet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient dabei
zur Füllstandsanzeige und -überwachung des Füllungszustandes einer Meßkammer. Diese
Meßkammer wird zur Messung der Extinktion mit HIlfe der Durchfluss-Küvette benötigt.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß mit der erfindungsgemässen
Füllstandsanzeige und -überwachung ein vollautomatischer Meßbetrieb möglich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Dabei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Vorteile und Merkmale
der vorliegenden Erfindung hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 schematische Darstellung einer Füllüberwachung (ungefülltes
Gefäss)
Fig. 2 schematische Darstellung gemäß Fig. 1 (gefülltes
Gefäß) Fig. 2.1 - 2.4: weitere Ausführungsformsn der Ausbildung des Lichtleitatabes
2 gem. Fig. 2 Fig. 3 Schnitt gemäß A-R durch eine Durchfluß-Küvettc Fig. 4 Draufsicht
auf die Durchfluß-Küvette Fig. 5 Seitenansicht der Durchfluß-Kuuette Fig. 6 Schnitt
gemäß B-B gemäß Fig. 4 Fig. 7 Detail aus Fig. 6 Fig. 8 schematische Darstellung
einer vollautomatischen Steuer- und tsßeinrichtung unter Zuhilfenahme der vorliegenden
Erfindung Fig. 9 schematische Darstellung der Meßeinrichtung gs.
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Fig. 8 als Blockschaltbild.
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Dabei ist n1 die optische Dichte der Lichtleitstäbe, n L ist die optische
Dichte von Luft und n2 ist die optischs Dichte der msßflüssigksit. Es gilt die Beziehung
n1 größer als nL und n2 großer als n Der Lichtstrahl 6 wird dabei von einer Lichtquelle
4 erzeugt; der empfängerseitige Lichtleitstab 3 bestrahlt einen lichtempfindlichen
Empfänger 5. Der lichtempfindliche
Empfänger 5 kann eine Photodiode
oder eine Photozelle sein und mit der Ausnützung des Inneren oder des äußeren photoelektrischen
Effektes arbeiten. Das Prinzip des lichtempfindlichen Empfängers ist beliebig. In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lichtquelle
4 eine Leuchtdiode und der Empfänger 5 eine Photodiode.
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Die Lichtleitstäbe 2,3 können gleiche optische Dichte nl aufweisen,
oder verschiedene optische Dichte. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die
Lichtleitstäbe 2,3 aus Glas gebildet und weisen eine gleiche optische Dichte nl
auf. Eine andere Ausführungsform könnte jedoch auch ein Lichtleit-Faserbündel verwenden.
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Der an der Stirnfläche 8 des Lichtleitstabes 2 auftreffende Lichtstrahl
6 wird an der Grenzfläche des Lichtleitstabes en zur umgebenden Luft (Fig. 1) in
ein reflektierten (6a) und in einen gebrochenen (6b) Strahlanteil aufgespalten.
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Wesentlich ist, daß der reflektierte Strahlanteil 6a nicht auf die
Stirnfläche 9 des empfängerseitigen Lichtleitstabes 3 gelangt. Würde dies geschehen,
so könnte nicht vollständig die optische Brechkraft der Meßflüssigkeit als Meßprinzip
ausgenützt werden. Der gebrochene Strahlanteil 6b in Fig. 1 trifft in einem bestimmten
Winkel auf die Stirnfläche 9 des Lichtleitstabes 3 auf. An dieser Grenzfläche
findet
ein Übagang von einem dünneren Medium (Luft) in ein dichteres Medium (Lichtleitstab
3) statt.
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Der gebrochene Strahlanteil 6b wird an dieser Stelle wiederum in einen
reflektierten Strahlanteil 6e und in einen gebrochenen Strahlanteil 6c ausfgespalten.
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Dabei wird aufgrund des optischen Brechungsgesetzes der gebrochene
Strahlanteil 6c zum Lot hin gerchen.
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Aufgrund der wesentlichen Abweichung der optischen Dichte nl des Lichtleitstabes
3 von der optischen Dichte der Luft trifft der gebrochene Strahlanteil 6b auf der
Stirnfläche 9 des Lichtleitstabes 3 in einem solchen Winkel auf, daß der reflektierte
Strahlanteil 6e nicht auf die Stirnfläche 8 des Lichtleitstabes 2 zurückgeworfen
wird. Weiterhin pflanzt sich der gebrochene Strahlanteil c im Lichtleitstab 3 unter
einem gewissen Winkel zur LÄngsachse des Lichtleitstabes fort, so daß die dabei
eintretenden Reflektions-und Strahlungsverluste den in den Lichtleitstab 3 eintretenden
Lichtstrahl so stark schwächen , daß am Empfänger 5 nur ein geringes Signal meßbar
ist.
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In Fig. 2 ist eine gleiche schematische Darstellung wie Fig. 1 gegeben;
es sind dort lediglich die Brechungs- und Reflektionswinkel aufgrund der optisch
dichteren Meßflüssigkeit 7 modifiziert. Der im Lichtleitstab 2 transportierte Lichtstrahl
6 wird an der Grenzfläche (Stirnfläche 8) wiederum in einen reflektierten Strahlanteil
6a und in einen gebrochenen Strahlanteil 6b aufgespalten.
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Aufgrund der größeren optischen Dichte n2 der Meßflüsigkeit 7 im Vergleich
zur optischen Dichte nL der Luft wird der gebrochene Strahlanteil 6b nur wenig stark
vom Lot weggebrochen. Er trifft daher fast normal auf die Stirnfläche 9 des Lichtleitstabes
3 auf. Dort erfolgt wiederum eine Ausspaltung in einem reflektierten Strahlanteil
6e und in einen gebrochenen Strahlanteil 6c. Der reflektierte Strahlanteil 6e wird
auf die Stirnfläche8des Lichtleitstabes 2 zurückgeworfen und-verstärkt dort die
aus der Stirnfläche 8 des Lichtleitstabes 2 austretende Lichtmenge. Der sich im
Lichtleitstab 3 fortpflanzende gebrochene Strahlanteil 6c ist annähernd parallel
zur Längsachse des Lidtleitstabes 3 gerichtet, so daß die Strahlungs-und Reflektionsverluste
im Lichtleitstab 3 nur gering sind. Das Empfängersignal im Empfänger 5 ist deshalb
entsprechend höher.
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Aus der schematischen Darstellung der Fig. 1 und Fig. 2 wird deutlich,
daß die am Empfänger 5 eintreffende Lichtmenge von der optischen Dichte nl der Lichtleitstäbe
2,3, von der optischen Dichte n2 der Meßflüssigkeit 7, vom Abstand der Stirnflächen
8,9 voneinander und von den Dimensionen der Lichtleitstäbe 2,3 abhängt. In einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berühren sich die Stirnflächen
8,9 der Lichtleitstäbe 2,3. Diese Berührung ist in Fig. 1 und Fig. 2 nicht
dargestellt;
dabei würde die vordere Spitze der Stirnfläche 8 des Lichtleitstabes 2 an der Stirnfläche
9 des Lichtleitstabes 3 anliegen. Die Streuverluste im Zwischenraum zwischen den
Stirnflächen 8, 9 der Lichtleitstäbe 2,3 sind dadurch minimal.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht die
Ausbildung des Probengefäßes als Durchfluß-Küvette 15 vor. Wie später noch gezeigt
wird, ist mit der erfindungsgemäßen Füllstandseinrichtung eine vollautomatische
Messung mit Hilfe einer Durchfluß-Küvette möglich. Die messung innerhalb der Durchfluß-Küvette
kann verschiedenen Zwecken dienen, beispielsweise wird mit einer solchen Durchfluß-Küvette
15 die Extinktion einer meßflüssigkeit gemessen.
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Dazu wird die meßflüssigkeit in eine meßkammer innerhalb der Durchfluß-Küvette
eingefüllt; die erfindungsgemäße Füllstandsanzeige und -überwachung dient dann dazu,
den richtigen Füllstand der meßkammer innerhalb der Durchfluß-Küvette 15 zu signalisieren
und die Steuergeräte der automatischen meßeinrichtung entsprechend zu steuern.
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In den Fig. 2.1 bis Fig. 2.4 sind weitere Ausführungsbeispiele der
Formgebung des lichtquellenseitigen Lichtleitstabs 2 gegeben. In Fig. 2.1 ist eine
gleiche Ausführungsform wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. In Fig. 2.2 ist der Lichtleitstab
2a an seiner vorderen Stirnfläche 8a
zugespitzt; aus der Darstellung
des eingestrahlten (6) und des reflektierten Lichtanteils (6a) wird deutlich, daß
bei dieser Ausführungsform der reflektierte Lichtanteil 6a nicht in die meßflüssigkeit
austritt, sondern als total reflsktierter Strahl wieder zurück in Richtung zur Lichtquelle
4 gestrahlt wird. Diese Ausführungsform ist dann günstig, wenn es gilt, bei trüben
Seßflüssigkeiten eine Lichtfortpflanzung in den empfängerseitigen Lichtleitstab
3 zu vermeiden. Eine trübe Meßflüssigkeit wird nämlich durch den in die msßflüssigkeit
austretenden reflektierten Strahlenteil erhellt, dadurch könnte dann noch ein geringer
Strahlanteil aus der meßflüssigkeit in den empfängerseitigen Lichtleitstab 3 eintreten.
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In Fig. 2.3 ist gezeigt, daß der lichtqusllsnseitige Lichtleitstab
2b auch eine abgerundete Stirnfläche 8b aufweisen kann. In Fig. 2.4 ist die Stirnfläche
8c in entgegengesetzter Seite abgerundet. Aus beiden Ausführungsbeispielen Fig.
2.3 und 2.4 wird deutlich, daß mit der abgerundeten Stirnfläche 8b, Bc der reflektierte
Strahlanteil 6z weit entfernt von der empfängerseitigen Stirnseite 9 in die Meßflüssigkeit
austritt. mit dieser Anordnung wird also auch der reflektierte Strahlanteil 6a von
der empfängerseitigen Stirnfläche 9 des Lichtleitstabes 3 ferngehalten; eine Fehlbelichtung
des Photoempfängers 5 wird damit vermieden. Wesentlich bei den gezeigten Ausführungsformen
gemäß
den Fig. 2.1 bis Fig. 2.4 ist, daß die Winkel- und Radiusflächen poliert sein müssen.
Erst dieses Merkmal gewährleistet den Austritt des reflektierten Strahlanteils unter
einen definierten Austrittswinkel, die diffuse Streuung an der Stirnfläche 8, 8a,
8b, 8c wird vermieden.
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Als Ausführungsbeispisl der vorliegenden Erfindung zeigen die Fig.
3 - 7 die Ausbildung einer Durchfluß-Küvette 15. Die Durchfluß-Küvette 15 besteht
dabei aus einem Küvetten-Körper 12, einem Seßkammer-Körper 13 und einem
Bodenkörper
14. Auf der Oberseite der Durchfluss-Küvette 15 sind entsprechend der Fig. 4 drei
Stutzen 16,17,18 angeordnet. Diese Stutzen dienen zur Zuführung, Abführung und Auspressung
der Meßflüssigkeit 7. Der STutzen 16 mündet in einen Kanal 20 innerhalb des Küvetten-Körpers
12. Der Kanal 20 mündet in die Deckfläche 28 einer Meßkammer 25, Der Stutzen 16
dient zur Zuführung der Meßflüssigkeit 7 in Richtung 31 in die Meßkammer 25.
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An der Bodenfläche 26 der Meßkammer 25 schließt ein Kanal 22 an, durch
den die Meßflüssigkeit 7 nach erfolgtem Meßvorgang in Richtung 32 (siehe Fig. 3)
aus dem Stutzen 18 herausgedrückt wird.
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Als Auspress-Medium der Meßflüssigkeit dient Luft, die über einen
Stutzen 17 und einen Kanal 21 in Richtung 33 der Meßkammer 25 zugeführt wird. Während
des Auspressvorganges ist die Zufuhrleitung am Stutzen 16 abgeklemmt, so daß die
Meßflüssigkeit 7 aus der Meßkammer 25 in Richtung 32 innerhalb des Kanales 22 aus
dem Stutzen 8 herausgedrückt wird. Eine nähere Erläuterung des automatischen Meßverfahrens
erfolgt später in Zusammenhang mit der Erklärung der Fig. 8.
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Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung it, daß die erfindungsgemässe
Vorrichtung, die im wesentlichen aus den Lichtleitstäben 2,3 gebildet ist, in einem
Kanal
oberhalb der Meßkammer 25 angeordnet ist. Mit dieser Anordnung
ist eine Füllstandsüberwachung der Meßkammer 25 gewährleistet. Wird nädich über
den Stutzen 16 und den Kanal 20 zuviel Meßflüssigkeit 7 zugeführt, so steigt diese
innerhalb der Kanäle 21 und 22 über das Niveau der Deckfläche 28 hinaus. Wesentlich
ist, daß die Lichtleitstäbe 2,3 in einem Kanal oberhalb des Niveaus der Deckfläche
28 angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind
die Lichtleitstäbe 2,3 innerhalb des Kanales 21 zum Auspressen der Meßflüssigkeit
7 mittels Luft aus der Meßkammer 25 angeordnet. Dies gewährleistet eine sofortige
Anzeige der Entleerung der Durchfluss-Küvette 15, wenn LUft über den Stutzen 17
und den Kanal 21 in Richtung 23 in die Meßkammer 25 gedrückt wird.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung geht
aus Fig. 5 hervor. Dort ist ersichtlich, daß die Deckfläche 28 und die Bodenfläche
26 der Meßkammer 25 in Richtung zum Kanal 22 geneigt sind. Dies gewährleistet ein
sofortiges und rückstandsloses Abflissen der Meßflüssigkeit 7 in Richtung zum Kanal
22. Die Deckfläche 28 und die Bodenfläche 26 weisen dabei bevorzugt eine gleiche
Neigung 27 auf.
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Wie in Fig. 3 durch verschiedene Schraffuren angedeutet ist,
wird
es bevorzugt, wenn der Küvetten-Körper 12, der Meßkammer-KOrper 13 und der Boden-Körper
14 aus getrennten Teilen hergestellt ist. Dies gewährleistet eine rationelle und
billige FErtigung einer Durchfluss-Küvette 15, da beispielsweise der Boden-Körper
15 aus einem billigen Material hergestellt werden kann. Der Küvetten-Körper 12 und
der Meßkammer-Körper 13 kann aus verschiedenem Material hergestellt sein. Aus Fig.
5 geht hervor, daß es bevorzugt wird, wenn der Kanal 21 einen zylindrischen Querschnitt
aufweist, und der Kanal 22 einen halbrundförmigen. Die Anordnung der Lichtleitstäbe
2,3 gemäss der Fig. 6 in einem zylindrischen Kanal 21 weist den Vorteil auf, daß
bei sich berührenden Lichtleitstäben 2,3 ein nur geringes Durchfluss-Hinderniss
geschaffen ist. Aus Fig. 4 kann ebenfalls der teilweise Verschluß des Kanals 21
durch die Stirnfläche 8 des Lichtleitstabes 2 ersehen werden. Es ist daher auch
besonders vorteilhaft, daß die Lichtleitstäbe 2,3 im Luftkanal 21 zum Auspressen
der Meßflüssigkeit angeordnet sind, da der teilweise Verschluß des Kanals21 durch
den Lichtleitstab 2 kein wesentliches Fließhinderniss für die Luft darstellt. Ein
wesentliches Fließhinderniss wäre aber dann geschaffen, wenn die erfindungsgemässe
Vorrichtung mit den Lichtleitstäben 2,3 in einem Kanal 20, 22 zur Führung einer
höher viskosen Meßflüsssigkeit angeordnet wären.
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Der halbrundförmige Querschnitt der Kanäle 20,22 ist fertigungsbedingt
und gewährleistet eine billige Herstellung der Durchfluss-Küvette 15.
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In Fig. 7 ist der lichtquellenseitige Lichtleitstab 2 als Detail dargestellt.
Dabei weist die Stirnfläche 8 eine zur normalen angeschrAgte Neigung 30 auf.
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Es wurde in der Einleitung hingewiesen, daß die Neigung 30 beliebig
sein kann. Durch Versuche oder durch Berechnung muß gewährleistet sein, daß der
an der Stirnfläche 8 reflektierte Strahlungsanteil 6a (siehe Fig. 1 und Fig. 2)
nicht auf die empfängerseitige Stirnfläche 9 des Lichtleitstabes 3 gelangt.
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In Fig. 8 ist schematisch eine Vorrichtung zur automatischen Messung
(beispielsweise der Extinktion) mit HILfe der Durchfluss-Küvette 15 gezeigt. Mit
Hilfe der Förderpumpe 37 wird aus dem Probenbehälter 34 über den Schlauch 36 Meßflüssigkeit
7 entnommen und über den Schlauch 16a den STutzen 16 der DurchflussKüvette 15 zugeführt.
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In einem ersten Arbeitsgang wird statt der Meßflüssigkeit 7 eine Spülflüssigkeit
verwendet, mit der die Durchfluss-Küvette 15 ausgespült wird. Die Förderpumpe 37
fördert solange Spül-bzw. Meßflüssigkeit über den Stutzen 16
-in
die Durchfluss-Küvette 15 bis das Niveau der Spülflüssigkeit über der Deckfläche
28 (siehe Fig. 5) der Meßkammer 25 steht und zwischen die Stirnflächen 8,9 der Lichtleitstäbe
2,3 (siehe Fig. 6) gerät. Durch das Eintreten der Meßflüssigkeit oder der Spülflüssigkeit
zwischen die Stirnflächen 8,9 der Licntleitstäbe 2,3 wird die Bestrahlung des Empfängers
5 und damit das elektrische Signales Empfängers verändert. Die Veränderung dieses
Signals stoppt die Förderpumpe 37 und öffnet gleichzeitig die elektromagnetische
Schlauchklemme 39, be während des Füllvorganges vorher geschlossen war. Die elektromagnetische
Schlauchklemme 39 schließt den Abflussschlauch 18a ab, durch den die Meß- bzw. Spülflüssigkeit
dem Auffangbehälter 35 zugeführt wird. Das Ausdrücken der Meß- bzw. Spülflüssigkeit
aus der Durchfluss-Küvette 15 erfolgt durch Einpumpen von LUFt über eine Druckpumpe
38, die Luft 38 a über den Schlauch 17a dem Stutzen 17 der Durchfluss-Küvette 15
zuführt.
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Dadurch wird die Meß- bzw. Spülflüssigkeit aus der Durchfluss-Küvette
15 in Richtung 32 über den Kanal 22 und den Stutzen 18 in den Schlauch 18 a gepresst.
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Mit diesem Verfahrensschritt ist der Zyklus beendet.
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Der Meßvorgang findet dann bei befüllter Meßkammer statt, wenn die
erfindungsgemässe Vorrichtung (Lichtleitstäbe 2,3) ein entsprechendes Füllstandssignal
erzeugen und die Förderpumpe stoppen.
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In Fig. 9 ist schematisch als Blockschaltbild die Seßeinrichtung gemäß
der Fig. 8 dargestellt. Dabei ist ersichtlich, daß hinter dem lichtempfindlichen
Empfänger 5, der vorzugsweise eine Photodiode in Darlington-Schaltung ist, ein Verstärker
41 nachgeschaltet ist. Der Verstärker 41 steuert ein Relais 40 an, das seinerseits
die Förderpumpe 37 steuert. mit dem Bezugszeichen 40 ist das Relais nur symbolisch
dargestellt, in das Blockschaltbild gehört noch ein Schwellwert-Detektor und eine
Abgleichlogik, die das Relais erst bei der Überschreitung einer bestimmten Empfängerausgangsspannung
durchschaltet.
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Patentansprüche