DE2534057A1 - Vorrichtung zur fuellstandsanzeige und -ueberwachung - Google Patents

Vorrichtung zur fuellstandsanzeige und -ueberwachung

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DE2534057A1
DE2534057A1 DE19752534057 DE2534057A DE2534057A1 DE 2534057 A1 DE2534057 A1 DE 2534057A1 DE 19752534057 DE19752534057 DE 19752534057 DE 2534057 A DE2534057 A DE 2534057A DE 2534057 A1 DE2534057 A1 DE 2534057A1
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light guide
light
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DE19752534057
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Roland Tscherne
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Labtronic AG
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Labtronic AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • G01F23/292Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2922Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms
    • G01F23/2925Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms using electrical detecting means

Description

  • 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.
  • 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.
  • Wegen der geringen Abmessungen einer für Laborzwecke verwendeten Durchfluss-Küvette darf die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht gewisse, vorgegebene Abmessungen überschreiten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Lichtstrahl wird deshalb nur durch die Meßflüssigkeit verändert und nicht durch den Verschmutzungsgrad der Probengefässwände.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung hervor.
  • 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.
  • Fig. 8 als Blockschaltbild.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der gebrochene Strahlanteil 6b wird an dieser Stelle wiederum in einen reflektierten Strahlanteil 6e und in einen gebrochenen Strahlanteil 6c ausfgespalten.
  • Dabei wird aufgrund des optischen Brechungsgesetzes der gebrochene Strahlanteil 6c zum Lot hin gerchen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der halbrundförmige Querschnitt der Kanäle 20,22 ist fertigungsbedingt und gewährleistet eine billige Herstellung der Durchfluss-Küvette 15.
  • In Fig. 7 ist der lichtquellenseitige Lichtleitstab 2 als Detail dargestellt. Dabei weist die Stirnfläche 8 eine zur normalen angeschrAgte Neigung 30 auf.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit diesem Verfahrensschritt ist der Zyklus beendet.
  • Der Meßvorgang findet dann bei befüllter Meßkammer statt, wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung (Lichtleitstäbe 2,3) ein entsprechendes Füllstandssignal erzeugen und die Förderpumpe stoppen.
  • 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.
  • Patentansprüche

Claims (11)

  1. Patentansprüche W 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, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Lichtstrahl (6) durch zwei sich annähernd koaxial gegenüberliegenden Lichtleitstäben (2, 2a, 2b, 2c und 3) gebildet ist, deren Stirnflächen (8, 8a, Bb, 8c und 9) in die Meaflüssigkeit (7) tauchen, wobei die Stirnfläche (8, 8a, 8b, 8c) des lichtquellenseitigen Lichtleitstabes (2, 2a, 2b, 2c) in Bezug zur Strahlungsrichtung eine von der normalen abweichende Neigung (30) einnimmt und die Stirnfläche (9) des empfängerseitigen Lichtleitstabes (3) normal zur Richtung des Lichtstrahles (6) steht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Stirnflächen (8, 8a, 8b, 8c und 9) der Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) berühren (Fig. 6).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtquelle (4) eine Leuchtdiode und der Empfänger (5) eine Photodiode in Darlington-Schaltung ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) aus Glas bestehen.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) aus Lichtleit-Faserbündeln bestehen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die optische Dichte der Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) gleich ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z a i c h n e t , daß das Probengefäß eine Durchfluß-Küvette (15) ist, die eins Meßkammer (25) aufweist, wobei die Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) in einem Kanal (21) oberhalb der Meßkammer (25) angeordnet sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Durchfluß-Küvette (15) drei Anschlußstutzan (16, 17, 18) aufweist, die mit drei Kanälen (20, 21, 22) in die meßkammer (25) führen, von denen einer (20) zur Zuführung der Meßflüssigkeit (7) in die Meßkammer (25) dient, ein zweiter (21) zum Auspressen der Meßflüssigkeit (7) mittels Luft aus der Meßkammer (25) und ein dritter (22) zum Ausführen der Meßflüssigkeit (7) aus der meßkammer (25).
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) in dem Kanal (21) zum Auspressen der Meßflüssigkeit (7) aus der meßkammer (25) angeordnet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 - 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt (23) des Kanals (21) zum Auspressen der Meßflüssigkeit (7) zylindrisch ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stirnflächen (8, 8a, 8b, 8c und 9) der Lichtleitstäbe (2, 2a, 2b, 2c und 3) poliert sind.
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