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Vorrichtung zunl kontinuierlichen meßtechnischen Erfassen der
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Verschmutzung einer wässrigen Flüssigkeit durch Öl.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen meßtechnischen
Erfassen der Verschmutzung einer strömenden wässrigen Flüssigkeit durch Öl, insbesondere
der Oberflächenverschmutzung, mit mindestens einer ein Lichtstrahlenbündel auf die
Flüssigkeit werfenden Lichtquelle und mindestens einem 1 vom reflektierten Licht
getroffenen lichtempfindlichen De-Detektor.
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Eine bekannte Vorrichtung dieser Art, die zur Überwachung von Öl-Einbrüchen-in
Kondensat oder andere ReinwasserLrreisläufe dient, weist ein geschlossenes Gehäuse
auf, in dem mittels eines Überlaufwehres ein konstantes Niveau der zu überwachenden
Flüssigkeit aufrechterhalten wird. Zur Erfassung von auf der Oberfläche der Flüssigkeit
schwimmendem Öl ist ein Lichtstrahl unter einem Winkel von 4.50 auf die Flüssigkeitsoberfläche
gerichtet. Ein Teil dieses Lichtes wird unter dem gleichen Winkel reflektiert und
trifft auf einen ersten Photo-Widerstand. Ein anderer Teil des Lichtes tritt unter
einem
kleineren Winkel in die Flüssigkeit ein und fällt auf einen
zweiten Photowiderstand, der in der Flüssigkeit angeordnet ist. Beide Photowiderstände
sind zu einer elektrischen Brücken schaltung zusammengefaßt, die durch eine vor
dem zweiten Photowiderstand angeordnete Irisblende und durch ein Potentiometer so
eingestellt wird, daß sich bei ölfreiem Wasser der Nullpunkt in der Skalenmitte
des Anzeigeinstrumentes einstellt.
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Beim Auftreten von freiem Öl auf der Oberfläche der Flüssigkeit steigt
der Reflexionsanteil des Lichtes, die Brücke kommt aus dem Gleichgewicht und der
Zeiger des Anzeigeinstrumentes schlägt nach der einen Seite aus. Wenn dagegen emulgiertes
Öl auftritt, wird der Lichteintritt am zweiten Photowiderstand verringert und das
Instrument schlägt nach der entgegengesetzten Seite aus.
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Treten jedoch gleichzeitig emulgiertes Öl und Oberflächenöl auf, so
können sich die hierdurch ausgelösten Signale unter Umständen gegenseitig aufheben,
so daß das Anzeigeinstruinent nicht ausschlägt und ölfreies Wasser vortäuscht. Zudem
besteht die Gefahr der Verschmutzung des Fensters jenes zweiten Photowiderstandes,
der von der Flüssigkeit beriihrt ist, durch mitgeführte Schmutzstoffe.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau Öl, insbesondere
Oberflächenöl, mit Sicherheit erfaßt und angezeigt wird.Darüber hinaus soll die
Vorrichtung universell einsetzbar und den betrieblichen Anforderungen in hohem Maße
gewachsen sein.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Lichtquelle und
der Detektor auf einem Schwimmer angeordnet sind und die Lichtquelle für die Aussendung
von ultraviolettem, das Öl zur Fluoreszenz anregenden Licht und der Detektor mit
selektiver Empfindlichlceit für Licht außerhalb des ultravioletten Bereichs ausgebildet
ist. Durch die Anordnung von Lichtquelle und Detektor auf einem von der zu überwachenden
Flüssigkeit getragenen Schwimmer ist mit geringstem Aufwandtein immer gleichbleibender
Abstand zwischen Lichtquelle Detektor und Flüssigl.eitsoberfläche vorhanden und
somit der für eine genaue Erfassung erforderliche gleichbleibende Weg von der Lichtquelle
bis zum Detektor gegeben. Die Lichtquelle ist hierbei für die Aussendung von ultravioletten
Licht ausgebildet, welches insbesondere auf der Flüssigkeitsoberfläche treibendes
Öl zur Fluoreszenz im sichtbaren Lichtbereich anregt. Da der Detektor lediglich
für Licht außerhalb des ultravioletten Bereichs empfindlich istp spricht dieser
nur auf das vom Öl ausgesandte Fluoreszens-Licht an und zeigt eine Ölverschmutzung
über ein angeschlossenes Meß- und/oder Alarmgerät an. Ultraviolettes Ticht,welches
von der ölfreien Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird, bleibt daher ohne Wirkung
auf den Detektor. Somit sind alle Voraussetzungen geschaffen für ein sicheres meßtechnisches
Erfassen der Verschmutzung einer wässrigen Flüssigkeit durch-Öl.
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Es ist bekannt zum Erfassen von Ölspuren, die Flüssigkeiten mit ultravioletten
Licht zu durchleuchten und die dabei entstehende Fluoreszenz zur Messung der Ölkonzentration
auszunutzen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der
Schwimmer wenigstens zwei Pontons aufweist, die mit Abstand breitseits nebeneinander
angeordnet und mit mindestens
einer Brücke verbunden sind, wobei
die Lichtquelle und der Detektor auf die zezischen den Pontons durchströmende Flüssigkeit
gerichtet sind. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Aufbau des Schwimmers und eine
weitgehende Abgrenzung des überwachten Oberflächenbereichs gegenüber der Flüssigkeit
der Umgebung, wodurch Störungen durch Wellenbewegungen von der zwischen den Pontons
strömenden Flüssigkeit ferngehalten sind.
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Um lediglich auf der Oberfläche der Flüssigkeit treibendes Öl erfassen
zu können, bewährte es sich, wenn der Schwimmer ein zweites Meßsystem mit ebenfalls
einer Lichtquelle für ultraviolettes Licht und einen Detektor für Fluoreszenz-Liclnt
aufweist, wobei die Lichtquelle und der Detektor auf die Flüssigkeitsoberfläche
eines mit aus der Tiefe der zu überwachenden Flüssigkeit gespeisten Überlaufbehälters
gerichtet sind. ts wird also mit einem zweiten Meßsystem, welches im prinzipiellen
Aufbau mit dem ersten Meßsystem identisch ist, das von der Flüssigkeit mitgeführte
emulgierte Öl oder andere fluoreszierende Stoffe, wie Waschmittel, Bakterien oder
Algen, geßtechnisch erfaßt und die Differenz oder der Quotient der beiden Meßsignale
gebildet und angezeigt. Auf diese Weise wird der sogenannte Fluoreszenz-Untergrund
berücksichtigt und nur das auf der Oberfläche treibende Öl selektiv erfaßt.
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Hierbei bewährte es sich, den Überlauf des Überlaufbehälters sowie
die Entnahmeleitung für die Speisung des Überlaufbehälters seitlich außerhalb der
durch die Pontons begrenzten Flüssigkeit enden zu lassen. Hierdurch wird nämlich
eine Störung der zwischen den Pontons durchströmenden Flüssigkeit vermieden.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine von der zu überwachenden Flüssigkeit getragene Vorrichtung gemäß der
Erfindung in einer Frontansicht, Fig. 2 den Gegenstand der Figur 1 in einer Draufsicht,
Fig. 3 den Gegenstand der Erfindung mit einem zweiten Meßsystem in einem Vertikalschnitt
gemäß der Schnittlinie III - III und Fig. 4 den Gegenstand der Figur 3 in einer
Draufsicht.
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Wie aus den Figuren zu ersehen, weist der Schwimmer 10 zwei Pontons
12 auf. Diese Pontons bestehen aus geschlossenen, zylinderförmigen Hohlkörpern,
deren Längsachsen etwa in die gleiche Richtung zeigen und die durch jeweils eine
an den Enden angeordnete Brücke 14 in Form eines Trägers mit Abstand miteinander
verbunden sind. Hierbei weisen die Pontons 12 wenigstens am angeströmten Ende kegelförmige
Verjüngungen 16 auf. Etwa in der Mitte der Brücke 14 ist eine Abschirmung 18 in
Form eines vertikalen Bleches vorgesehen, welches sich etwa über die gesamte Länge
des Schwimmers erstreckt und an den Trägern der Brücke 14 befestigffl st. Die Pontons
bestehen vorzugsweise aus Kunststoff und besitzen eine solche Länge und einen solchen
gegenseitigen Abstand, daß eine möglichst ruhige Lage auf der Flüssigkeit erzielt
wird.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 weist die Abschirmung
18 auf ihrer gesamten Länge die gleiche Höhe auf.
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Auf der linken Seite dieser Abschirmung ist, wie insbesondere
aus
Figur 1 zu ersehen, die Lichtquelle 20 über einen Träger 22 derart befestigt, daß
der Lichtauslaß der Lichtquelle unter einem Winkel von etwa 450 auf die Oberfläche
der zu überwachenden Flüssigkeit 24 gerichtet ist. Auf der rechten Seite der Abschirmung
18 ist dementsprechend unter dem gleichen Winkel zur Oberfläche der lichtempfindliche
Detektor 26 auf analoge Weise befestigt. Die Lichtquelle besteht aus einer Quecksilberdampflampe,
die ultraviolettes Licht aussendet und der ein Filter nachgeschaltet ist, und der
Detektor 26 aus einem Pllototransistor, der auf ultraviolettes Licht nicht anspricht.
Lichtquelle und Detektor sind hierbei durch die Abschirmung voneinander getrennt,
wobei jedoch zu beachten ist, daß das untere Ende der Abschirmung so gewählt wird,
daO Licht von der Lichtquelle 20 auf die Oberfläche der Flüssigkeit 24 und von hier
zum Detektor 26 gelangen kann.
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20 Lichtquelle/und Detektor 26 weisen noch Anschlußleitungen 28 auf,
die zu einem stationären, nicht dargestellten Meß- in/ oder Alarmgerät führen.
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Für die Überwachung einer Flüssigkeit auf Verschmutzung durch (31
wiid die Vorrichtung, wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt, auf die überwachende
Flüssigkeit als Schwimmer aufgesetzt.
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Durch geeignete Mittel, wie z.B. eine Leine oder eine Kette, wird
der Schwimmer derart fixiert, daß er Niveauschwankungen der Flüssigkeit folgen kann
und die zu überwachende strömende Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 30 den von
den beiden Pontons 12 seitlich begrenzten vorn und hinten offenen Ztjwischen raum
32 durchströmt. Das von der Lichtquelle 2() auf die Oberfläche der Flüssigkeit 24
gerichtete Lichtstrahlenbündel wird reflektiert und vom Detektor 26 aufgenommen.
Enthält die Flüssigkeit hierbei kein Öl, insbesondere jedoch kein Oberflächenöl,
so
wird von der Oberfläche lediglich ultraviolettes Licht reflektiert, auf welches
der Detektor 26 nicht anspricht, dementsprechend spricht das nachgeschaltete Meßgerät
nicht an.
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Weist die Flüssigkeit 24 dagegen emulgiertes Ö1 oder freies auf der
Oberfläche treibendes Öl auf, so wird dieses Ö1 vom ultravioletten Licht zur Fluoreszenz
angeregt. Der Detektor 26 spricht auf dieses sichtbare Fluoreszenz-Licht an und
gibt ein entsprechendes Signal über die Anschlußleitung 28 an das zugeordnete Meß-
und/oder Alarmgerät weiter, welches den Öleinbruch anzeigt undloder Alarm gibt.
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Wird hierbei die Ansprechschwelle des Meß- und/oder Alarmgerätes auf
einen solchen Wert eingestellt, der größer ist als das durch den Fluoreszenz-Untergrund
ausgelöste Signal, so wird mit der vorbeschriebenen Vorrichtung lediglich Oberflächenöl
erfaßt. Hier gilt allerdings die Einschränkung, daß Oberflächenöl nur in solchen
Mengen erfaßt wird deren Fluoreszenz die Fluoreszenz des Untergrundes übertrifft.
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Dies ist in vielen Fällen jedoch ausreichend um ÖLeinbriiche in Wasser,
wie z.B. Abwasser, zu ermitteln und zu signaLisieren.
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Es ist zwar bekann-t, Ö1 aufgrund seiner Fluoreszenz-Eigenschaften
bei Bestrahlung mit ultraviolettem Leicht nachzuweisen, die Ausnutzung der Oberflächen-Reflexion
von Flüssigkeiten in der vorbeschriebenen einfachen Art is-t bisher noch nicht bekannt
geworden.
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Der Schwimmer 10 weist im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3
und 4 ein zweites Meßsystem auf, das mit dem vorbeschriebenen weitgehend identisch
ist, und das zur meßtechnischen Erfassung von emulgiertem Öl oder anderen, von der
Flüssigkeit mitgeführten fluoreszierenden Stoffen (Fluoreszenz-Untergrund), wie
z.B. Waschmitteln, dient. Durch dieses zweite Meßsystem wird die erfindungsgemäße
Vorrichtung für die selektive Erfassung von Oberflächenöl weitergebildet, bei beliebiger
Stärke des Fluoreszenz-Untergrundes und der Oberflächen-Verschmutzung.
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Im einzelnen besteht das zweite Meßsystem aus einem wannenförmigen,
rechteckigen Überlaufbehälter 94, derkwischen der Lichtquelle 20 des ersten Meßsystems
und dem hinteren Ende des Schwimmkörpers oberhalb des Zwischenraumes 32 angeordnet
und an der hinteren Brücke 14 befestigt ist. Der Überlaufbehälter 34 weist eine
Überlaufleitung 36 auf, die etwas unterhalb des Randes des UberlauSbehältersatlgescilLossen
ist und seitlich außerhalb des Zwischenraum 32 unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit
24 neben dem rechten Ponton 12 ausmündet. Neben dem linken Ponton 12, ebenfalls
unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit und außerhalb des Zwischenraumes 32 ist
ei Ansaugfilter 38 vorgesehen, das über die Ansaugleitung 42 unter Zwischenschaltung
einer Pumpe 44 mit dem unteren Bereich des wannenförmigen Überlaufbehälters 34 verbunden
ist. Der Anschluß an den unteren Bereich ist hierbei wichtig, damit bei einer Förderung
von Flüssigkeit durch den Überlaufbehälter 34 eine möglichst ruhige Fiüssigkeitsoberfläche
im Überlaufbehälter erhalten bleibt. Ebenso ist die etwa diagonale Durchströmung
des rechteckförmigen Überlaufbehälters von Bedeutung, um einen möglichst raschen
vollständigen Flüssigkeitswechsel zu erreichen.
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Auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Überlaufbehälter 34 ist eine
zweite Lichtquelle 40 für die Aussendung von ultraviolettem Licht und ein zweiter
Detektor 4-6 gerichtet, der für ultraviolettes Licht nicht empfindlich ist. Die
Anordnung und die Ausbildung dieser beiden Elemente 40, 46 entspricht weitgehend
der Anordnung und der Ausbildung der Lichtquelle 20 und des Detektors 26 des Meßsystems
gemäß dem Ausfiihrungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2. Die zweite Lichtquelle
40 und der zugehörige zweite Detektor 46 sind durch die Abschirmung 18 voneinander
getrennt, deren unteres Ende zur Anpassung an den erhöht angebrachten Überlaufbehälter
34 ausgespart ist.
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Die zweite Lichtquelle 40 und der zweite Detektor 46 sind über Leitungen
48 ebenfalls an das nicht dargestellte Meß-und/oder Alarmgerät angeschlossen, welches
im vorliegenden Aisführungsbeispiel für die Differenz- -bzw. Quotientenbildung zwischen
den Meßwerten der beiden IIeßsysteme ausgebildet sein muß, wobei der Quotient oder
die Differenz dann dem eigentlichen Meßwert entspricht.
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Fiir den Betrieb wird der Schwimmer genau wie beim Ausführungsbeispiel
nach den Figuren 1 und 2 auf die zu überwachende Flüssigkeit aufgesetzt und mit
der Lichtquelle 20 und dem zugehörigen Detektor 26 die den Zwischenraum 32 in Richtung
der Pfeile 30 durchströmende Flüssigkeit überwacht. Hierbei ggf.
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werden sowohl freies auf der Oberfläche treibendes als auch emulgiertes
Öl bzw. andere in der Flüssigkeit 24 vorhandene fluoreszierende Stoffe erfaßt. Um
nun auf der Flüssigkeit treibendes öl selektiv erfassen zu k(innen, wird das zweite
Meßsystem in Betrieb genommen, die Pumpe 44 eingeschaltet,
Flüssigkeit
aus den tieferen Schichten über das Ansaugfilter 38 entnommen, in den Überlaufbehälter
34 gepumpt und über die Überlaufleitung 36 der Flüssigkeit wieder zugeführt, Hierdurch
weist die Flüssigkeit im Überlaufbehälter 34 lediglich solche fluoreszierende Stoffe
auf, die unterhalb der Oberfläche der zu überwachenden Flüssigkeit 24 mitgeführt
werden. Der Gehalt dieser Stoffe wird mit Hilfe der zweiten Lichtquelle 40 und des
zweiten Detektors 46 erfaßt. Im Zeßgerät wird jetzt das vom Detektor 46 des zweiten
Meßsystems kommende Signal vom Signal des Detektors 26 abgezogen oder der Quotient
aus beiden Signalen gebildet, so daß das iibrigbleibende Signal jetzt lediglich
die Verschmutzung durch Oberflächenöl darstellt und entsprechend weiterbenutzt wird
im Meß- und/oder Alarmgerät.
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Anstelle das zweite Meßsystem auf dem Schwimmer anzuordnen, ist es
ebensogut möglich, das zweite Meßsystem links oder rechts des Schwimmers vorzusehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird hauptsächlich eingesetzt zur
Überwachung von Kühl- oder Abwasser in offenen Rinnen oder Behältern auf Verschmutzung
durch Schmier- oder Ileizöle.
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L e e r s e i t