DE2824807A1

DE2824807A1 - Elektro-optisches geraet fuer den nachweis des vorhandenseins von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2824807A1
Application number: DE19782824807
Authority: DE
Inventors: Benno Perren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-06
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1979-12-13

Description

Elektro-optisches Gerät für den Nachweis des Vorhandenseins
von Flüssigkeit Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektro-optisches Gerät für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit,bestehend aus wenigstens einem monochromatischen Ultrarot-Sender, welcher im Bereich eines die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden, aus synthetischem, hochmolekularem Stoff bestehenden Sonden-Hohlkörpers angeordnet ist,sowie aus wenigstens einem Ultrarot-Empfänger und einer Schaltungsanordnung zur Signal-Verarbeitung.
Derartige Geräte werden in der Praxis als Flüssigkeitsfühler bezeichnet; aus CH-PS 51 20 60 ist eine kompakte bauliche Einheit bekannt, welche eine hohe AnsprechempZindlichkeit aufweist und gegen mechanische Beanspruchungen weitgehend unempfindlich ist und keiner nachträglichen Justierung bedarf.
Der beim Bekannten verwendete lichtleitende Körper zum Nacheis des Vorhandenseins von Flüssigkeit muss von hoher optischer Transparenz sein und ist daher in praxi aus Acrylglas gefertigt.
Aufgrund der beschränkten Resistenz von Acrylglas sowie von ähnlichen, lichtleitenden Produkten gegenüber als aggressiv bezeichneten Flüssigkeiten, ist der Einsatz derartiger Flüssigkeitsfühler beschränkt bzw. dessen Standzeit limitiert.
Sämtliche bisher bekannten Flüssigkeitsfühler erfordern zudem eine relativ hohe Sendeenergie der lichtemittierenden Diode, um ein reproduzierbares Ansprechverhalten zu gewährleisten. Es ist bekannt, dass aus diesem Grunde der Einsatz derartiger Geräte insbesondere für die Verwendung in Zusammenhang mit hochexplosiven Medien aus Sicherheitsgründen in einzelnen Ländern verboten ist.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine kompakte bauliche Einheit eines elektro-optischen Gerätes zum Nachweis von auch chemisch agressiven Flüssigkeiten zu schaffen, welches zudem leicht zu reinigen und relativ unempfindlich gegenüber Verschmutzungen bzw. Verkrustungen durch Kristallisation von Flüssigkeiten etc. ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung soll zudem erlauben, aufgrund der geringen notwendigen Sendeenergie auch in hochexplosiven Flüssigkeiten eingesetzt zu werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Sonden-ohlkörper wenigstens im Bereich wenigstens einer die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden Grenzfläche aus einem halogenhaltigen Polymerisat besteht.
Die im Patentanspruch genannte Lehre ermöglicht mit geringen wirtschaftlichen Mitteln elektro-optische Geräte für den Nachweis von Flüssigkeiten zu schaffen, welche in hohem Masse jeweiligen Einbauverhältnissen angepasst werden können.
Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, Es zeigen: Fig. 6> ein in einem Sonden-Hohlkörper achsial verschiebbar angeordneter Körper aus einem halogenhaltigen Polymerisat mit total reflektierenden Grenzflächen, Fig. 7, ein mittels Feingewinde achsial einstellbarer Körper, Fig. 8, einen teleskopartig einstellbaren Sonden-Iohlkörper, Fig. 9, einen durch Einschrauben justierbaren Sonden-Hohlkörper Nach Fig. i besteht ein Sonden-Ilohlkörper 1' im wesentlichen aus einem rostfreien Stahlrohr, in welchem ein aus Perfluoralkoxy (PFA) gefertigter, rotationssymmetrischer Körper K mit total reflektierenden Grenzflächen lb' achsial verschiebbar angeordnet ist.
In den Mantelflächen des Körpers K sind zwei Ringnuten 4 eingelassen, in welchen je ein aus Fluoräthylenpropylen (FEP; Teflon) bestehender Dichtring 5 eingesetzt ist.
Die Funktionsweise des Geräts ist grundsätzlich bekannt, der eine LED-Diode (1A48 von ASEA) aufweisende Ultrarot-Sender 10 strahlt eine monochromatische Ultrarot-Strahlung von 940 nm mit einer spektralen Bandbreite Bandbreite von 60 nm aus, welche an der total reflektierenden Grenzfläche 1 zu einem Teil total reflektiert und auf die gegenüberliegende Grenzfläche umgelenkt wird. Da an dieser Grenzfläche wiederum eine gewisse Totalreflexion erfolgt, empfängt ein eine Silizium-PIN-Diode CS 138 P von Telefunken) aufweisender Ultrarot-Empfänger 11 ein Ultrarot-Signal.
Tauchen die Grenzflächen lb' in eine Flüssigke.t, wird die vorgängig beschiebene optische Übertragungsstrecke unterbro-.
chen, da die Ultrarot-Strahlung jetzt in die Flüssigkeit tritt; die Signalverarbeitung setzt ein, Dementsprechend kann durch ein nach Fig. 6 ausgeführtes Gerät die Höhe eines zu überwachenden Flüssigkeitsniveaus durch Verschieben des Körpers K im Bereich von bis ca. 2 cm eingestellt werden.
Eine Verjüngung lc am Körper K bezweckt ein rasches Abfliessen eines eventuell an den Grenzflächen lb' anhaftenden Flüssigkeitsfilms.
Die einmal eingestellte Arbeitshöhe des Geräts und damit das zu überwachende Flüssigkeitsniveau lassen sich auch in den nachfolgend beschriebenen Geräten mit bekannten Mitteln fixieren, beispielsweise mit einer auf den Körper K einwirkenden Stellschraube etc.
Ein in Fig. 7 dargestelltes Gerät besitzt einen innenseitig abgesetzten Sonden-Hohlkörper 1' mit einem Innen-Feingewinde 6.
Im Bereich des Innen-Feingewindes 6 lässt sich ein aus Fluoräthylenpropylen (FEP) gefertigter Körper Klmit einem Aussen-Feingewinde 7 durch mehr oder weniger tiefes Eindrehen in den Sonden-Hohlkörper 1' einstellen.
Gedreht wird der Körper K'durch einen stirnseitig mit Nocken versehenen Rohrschlüssel, welcher mit seinen Nocken in die Bohrungen ld des Körpers K'eingreift.
In diesem Ausführungsbeispiel laufen die Grenzflächen lb' zu einer Spitze zusammen; in Flüssigkeiten niedriger Viskosität ist damit ein Ablaufen bzw. Abtropfen der einnal eingetauchten Grenzflächen lb' ebenfalls gewährleistet.
Bekanntlich ist auch eine aus Feingewinden bestehende Verschraubung nicht absolut flUssigkeits- bzw. gasdicht.
Aus diesem Grunde wurde im abgesetzten Teil des Sonden-Hohlkörpers mittels einer Dichtung 9 ein Glaskörper 8 eingeklebt.
Der Glaskörper 8ist im vorliegenden Fall ein Ultrarot-Filter, könnte jedoch auch, beispielsweise in nicht aggressiver Umwelt, aus Acrylglas sein, welches in einem Sonden-Hohlkörper 1' aus Polyvinylchlorid (PVC) eingeklebt ist.
Ultrarot-Sender und -Empfänger 10 bzw. 11 sind in eine Zentrier-Hülse 12" eingesetzt und in gewohnter Weise betrieben.
Anstelle eines aus Einzelelementen aufgebauten Geräts könnte der Sonden-Hohlkörper 1', der Glaskörper 8 sowie die Zentrier-Hülse 12' aus einem transparenten, einstückigen Kunststoff - z.B. aus einem Spritzgussteil - gefertigt sein.
Die in Fig. 8 dargestellte Variante eines Geräts besitzt einen fest in einem aus zwei Teilen bestehenden Sonden-Hohlkörper lleingepressten Körper Kqaus Polyvinylfluorid (PVF); eine Dichtung 9' aus plastischem Kautschuk ergibt einen zusätzlichen Schutz vor eventuell stirnseitig eintretenden Gasen.
Die Einstellung der Arbeitshöhe des Geräts erfolgt in der mit Fig. 6 beschriebenen Weise.
Ringnuten 4' sind mit resistenten Dichtringen 5' ausgelegt Csynthetische Gummi 0-Ringe2, welche aufgrund ihrer Rollbewegung ein präzises Justieren der Arbeitshöhe in weiten Grenzen ermöglicken.
Aus Fig. 9 ist das zu Fig, 8 analoge Prinzip, jedoch mit einschraubbarem Sonden-HoMkörper 1' dargestellt, wobei Signalleitungen 21, 21' zu Ultrarot-Sender und -Empfänger 10, 11 führen und verdrillt sind.
Eine relativ lange aus Präzisionsgewinden le, lf bestehende Verbindung wirkt als Labyrinth-Dichtung gegenüber eventuell auftretenden Dämpfen und ist zudem mit einem chemisch neutralen Schmierfilm versehen.
Zum leichten Justieren des Geräts dient eine sechskantförfliege Verjüngung lc", s welche ausserdem als Tropfnase wirkt.
Durch Verwendung von ausgewählten Ultrarot-Sendern in Verbindung mit dem neuen Sonden-Hohlkörper kann die zum Betrieb des Geräts notwendige Sendeenergie auf weniger als 30 mW reduziert werden.
Besonders bei der Verwendung von halogenhaltigen Polymerisaten ist es wichtig, dass der Ultrarot-Sender eine möglichst achsial-symmetrische Strahlungsverteilung aufweist. Als optimal konnte eine räumliche Verteilung der Strahlungsstärke in der Ebene halber Leistung bei einer Halbwinkelöffnung von weniger als 40 festgestellt werden.
Die derart ausgewählten Ultrarot-Sender 10 werden mit Strahlungsleistungen von 15 bis 30 mW/sterad betrieben und erfüllen somit auch die Sicherheitsanforderungen für den Einsatz in hochexplosiven Flüssigkeiten.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf verstellbare Geräte beschränkt, die Ausführungsbeispiele ebenso wie die dafür verwendeten Materialien zeigen die Adaptionsfähigkeit der Erfindung und müssen entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten variiert werden.
Beispielsweise empfiehlt es sich, beim Einsatz von Geräten, welche die Niveaus von Flüssigkeiten mit relativ hohem Tropfpunkt überwachen müssen, im Bereich der total reflektierenden Grenzfläche des Sonden-Itohlkörpers wenigstens ein Heizelement anzuordnen.
Besonders geeignet sind zu diesem Zweck PTC-Widerstände, welche entweder über die bereits im Gerät vorhandenen Signalleitungen bzw. Signalkabel gespeist werden, oder zur Verhinderung von Störungen in der optischen Übertragungsstrecke extern gespeist werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 9 Elektrc-optisches Gerät für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit, bestehend aus wenigstens einem monochromatischen Ultrarot-Sender, welcher im Bereich eines die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden, aus synthetischem, hochmolekularem Stoff bestehenden Sonden-Hohlkörpers angeordnet ist, sowie aus wenigstens einem Ultrarot-Empfänger und einer Schaltungsanordnung zur Signal-Verarbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonden-Hohlkörper (1) wenigstens im Bereich wenigstens einer die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden Grenzfläche (la) aus einem halogenhaltigen Folymerisat besteht.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Körper (K) im Sonden-Hohlkörper (1) aus einem der nachfolgend aufgeführten halogenhaltigen Polymerisate besteht: Fluoräthylenpropylen, Perfluoralkoxy, Polychlortrifluoräthylen, hthylen-Chlortrifluoräthylen, Äthylentetrafluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoräthylen.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (K) axial verschiebbar angeordnet ist.
4, Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das der 8onden-Hohlkörper (1) aus wenigstens zwei Teilen besteht, welche ineinanderschiebbar sind.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer total reflektierenden Grenzfläche (Ib') des Sonden-Hohlkörpers (1) wenigstens ein Heizelement angeordnet ist.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrarot-Sender (10) eine maximale Strahlungsstärke Jmax von weniger als 200 mW/sterad aufweist, dass das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung wenigstens annähernd axial-symmetrisch und in Richtung der optischen Achse des Ultrarot-Senders (10) ausgerichtet ist und dass die räumliche Verteilung der Strahlungsstärke in der Ebene halber Leistung eine Halb-;Vinkelöffnung von weniger als 40 aufweist.