DE2837920A1

DE2837920A1 - Multiple probe distinguishing between oil and water layers - measures refractive, conductive, and capacitive characteristics and contains printed circuit board

Info

Publication number: DE2837920A1
Application number: DE19782837920
Authority: DE
Inventors: Hermann Muennich-Debus
Original assignee: MUENNICH DEBUS HERMANN
Current assignee: MUENNICH-DEBUS MESSTECHNIK KG 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2837920C2

Abstract

The multiple probe for distinguishing between different media esp. oil and water, lying one upon the other, is in the media with both its measurement planes immersed. It uses several different measurement methods, eg. capacitive, conductive, refractive index measurements etc. This ensures reliable determination of the media characteristics. It detects very thin layers, detects oil water boundaries even when very pure water is present, enables determination of when the probe is mainly in a medium or air, requires only short immersion times, and is insensitive to contamination. The electronic circuitry is mounted on a circuit board inside the probe. Refractometric measurements take place in a prism notch arranged at different angles. Capacitive and conductive measurement electrodes are arranged in the same or different measurement planes.

Description

MEHRFACHSONDE ZUR UNTERSCHEIDUNG VERSCHIEDENER MEDIEN .( INSBESONDERE ÖLE UND WASSER) Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßsonde, die verschiedenartige Medien, insbesondere Öle und Wasser, unterscheiden kann, welche schichtförmig übereinander liegen. Dabei erfolgt die Meßung zur eindeutigen Unterscheidung mit mehreren Meßprinzipien gleichzeitig, insbesondere durch elektrische und optische Maßnahmen Alle bisher eingeseteten Meßsonden zur Unterscheidullg verschiedenartiger Medien, insbesondere Öle und Wasser, verwenden als Unterscheidungskriterium jeweils ein einziges Meßprinzip. Entweder Kapazitätsmessung oder Dielektrizitätsmessung oder Leitfähigkeitsmessung, um nur die wichtigsten -zu nennen. Die Anwendung pptischer Methoden unter Ausnutzung des Brechungsindex erfordert einen zu großen technischen Aufwand um dafür erfolgreich eingesetzt werden zu können.MULTIPLE PROBE FOR DISTINCTIONING DIFFERENT MEDIA (IN PARTICULAR OILS AND WATER) The invention relates to a measuring probe, the various Media, especially oils and water, can distinguish which ones are layered on top of each other lie. The measurement is carried out with several measurement principles for clear differentiation at the same time, especially through electrical and optical measures. All so far used measuring probes for differentiating different media, in particular Oils and water each use a single measuring principle as a distinguishing criterion. Either capacitance measurement or dielectricity measurement or conductivity measurement, just to name the most important ones. The application of pptical methods with exploitation the refractive index requires too great a technical effort in order for it to be successful can be used.

Bei der kapazitiven und der dielektrischen Meßmethode ist die Unterscheidung der Medien nur dadurch möglich.- Der eine Fühler spricht bereits auf die geringen Kapazitäts-, bzw. Dielektrizitätskonstanten-Werte (Bei Öl z.B. ca.3), der Andere- nur auf hohe Werte (Bei Wasser z0B. ca.80) an.There is a difference between the capacitive and dielectric measuring methods of the media is only possible in this way. One feeler already speaks to the minor ones Capacity or dielectric constant values (for oil e.g. about 3), the other only on high values (with water e.g. about 80).

Die erfass-baren Schichtdicken des leichteren Mediums sindverhältnismäßig groß Bei der Unterscheidung durch das Leitfähigkeitsprinzip ist, ohne unverhältnismäßig hohem technischen Aufwand, das Eintauchen in Stoffe, wie zOBo Öle nicht feststellbar, sondern nur das Eintauchen in Wasser. Bei sehr reinem Wasser bereitet auch dies Schwierigkeiten0 Die technische Praxis erfordert jedoch 1) Erfassung sehr dünner Medienschichten, wie z.B. Ölaugen die auf dem Wasser schwimmen.The detectable layer thicknesses of the lighter medium are proportional great When differentiating by the conductivity principle, without disproportionately high technical effort, immersion in substances such as zOBo oils cannot be determined, only immersion in water. With very pure This is also difficult for water0 However, technical practice requires 1) Detection of very thin layers of media, such as oil eyes floating on the water.

2) Erfassung der Mediengrenze, auch wenn das darunter liegende Wasser sehr rein ist.2) Detection of the media boundary, even if the water below is very pure.

3) Feststellung, ob die Meßsonde überhaupt in ein Medium eingetaucht ist, oder sich in Luft befindet.3) Determination of whether the measuring probe is immersed in a medium at all is, or is in the air.

4 )Erfassung der Meßsituation auch bei kurzzeitigem Eintauchen der Meßsonde.4) Acquisition of the measurement situation even when the Measuring probe.

5) Unempfindlichkeit der Meßsonde gegen Fehlmessungen durch Verschmutzung der Meßorgane.5) Insensitivity of the measuring probe to incorrect measurements due to contamination the measuring organs.

Die bisher verwendeten Sonden erfüllen diese Forderungen nicht oder nur unvollkommen0 Die erfindungsgemäße Mehrfachsonde erfüllt alle geforderten Sondeneigenschaften bei einem geringen technisch-wirtschaftlichen Aufwand und vermeidet die bisherigen Fehlerquellen Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mehrere verschiedene Meßkriterien gleichzeitig und unabhängig voneinander erfasst werden, wobei die Art der Me8-methode und die Empfindlichkeit jedes Meßzweiges den zu messenden Medien angepasst werden. Die Meßwerte werden zur Auswertung in einem elektronischen Kalkulator abgetastet ttffd das Ergebnis je einer, dem jeweiligen Meßzustand zugeoraneten, Meldeleitung eingeprägt0 Dies ist z.B. bei einer Sonde die Öl, Wasser und Luft zu unterscheiden hat, ein Gleichspannungssprung auf einer der drei Leitungen, die dem jeweiligen Meßzustand zugeordnet ist.The probes used up to now do not or do not meet these requirements only imperfectly0 The multiple probe according to the invention fulfills all the required probe properties with a low technical and economic effort and avoids the previous ones Sources of error This is achieved according to the invention in that several different Measurement criteria are recorded simultaneously and independently of one another, whereby Art the Me8 method and the sensitivity of each measuring branch to the media to be measured be adjusted. The measured values are used for evaluation in an electronic calculator scanned ttffd the result of each one assigned to the respective measuring state, Embossed message line 0 This is e.g. the oil, water and air of a probe has to distinguish a DC voltage jump on one of the three lines that denote the is assigned to the respective measuring state.

Nachstehend wird die Funktion an einem Ausführungsbeispiel, nämlich einer Sonde zur Unterscheidung von Öl, Wasser und Luft erklärt: Die dafür verwendeten Meßmethoden sind : Leitfähigkeit, hapazität und Brechungsindex0 Die Leitfähigkeit definiert Wasser gegenüber Cl und Luft.The function of an exemplary embodiment, namely a probe to differentiate between oil, water and air explains: The ones used for this Measurement methods are: conductivity, capacity and refractive index0 The conductivity defines water versus Cl and air.

Dafür empfiehlt sich eine hohe Empfindlichkeit der Meßstrecke, die durch die erfindungsgemäße Anordnung ausreichend erfüllbar ist. Die Messung des kapazitiven Widerstands grenzt die Erfassung von Medien mit anderer Dielektrizitätskonstante als Öle, jedoch bei geringer Leitfähigkeit, gegen diese ab.A high sensitivity of the measuring section is recommended for this can be sufficiently fulfilled by the arrangement according to the invention. The measurement of the capacitive resistance limits the detection of media with a different dielectric constant than oils, but with low conductivity, against them.

Die Messung des Brechungsindex durch eine Refraktorschranke mit angepasster Lichtfrequenz (Im Beispiel wurde Infrarot gewählt) unterscheidet Flüssigkeit von Luft. Eine Prismenkerbe 11 im Plexiglaskopf 14 wirkt beim Eindringen von Flüssigkeit in die Kerbe als ablenkendes Prisma, Zur Messung taucht die Sonde mit den Meßebenc-n M1 und M2 in die Flüssigkeiten ein, Die elektronische Funktion der Sonde ist folgende : (Fig.1.) Ein Oszillator 1 liefert hochfrequente Impulse an den zweistufigen Meßverstärker 2. Die beiden Elektroden 10 steuern je eine Basis der Transistoren des symetrisch aufgebauten Verstärkers. Die Elektroden 10 erfassen sowohl die Leitfähigkeit (größer 10 6 S), als auch die Kapazität des berührten Mediums (größer 1 pF). Der Meßverstärker 2 steuert über die Treiberstufe ) das Sperrglied 4 an, welches nur bei Flüssigkeit in der Kerbe 11 über den Refraktorverstärker 5 und den Inverter 6 geöffnet wird und dann ein Signal weitergeben kann. Je nach Kombination der Signale von 4 und 5, geben die Tare 7 bei Öl, 8 bei Wasser und 9 bei Luft einen positiven Spannungssprung an die jeweilige Meldeleitung abO Die Ansprech-und Meßzeit kann durch elektronische Maßnahmen bekannter Art einfach festgelegt und begrenzt werden. Dadurch ist eine meßtechnische Erfassung einer Ols schicht auf dem Wasser auch bei raschen Durchstoßen dersel- ben durch die Sonde gegeben.The measurement of the refractive index through a refractor barrier with adapted Light frequency (infrared was selected in the example) distinguishes liquid from Air. A prism notch 11 in the plexiglass head 14 acts when liquid penetrates into the notch as a deflecting prism. For the measurement, the probe with the measuring planes is immersed M1 and M2 into the liquids, the electronic function of the probe is as follows : (Fig.1.) An oscillator 1 supplies high-frequency pulses to the two-stage measuring amplifier 2. The two electrodes 10 each control a base of the transistors of the symmetrical built-up amplifier. The electrodes 10 detect both the conductivity (greater 10 6 S), as well as the capacity of the touched medium (greater than 1 pF). The measuring amplifier 2 controls the locking member 4 via the driver stage), which only applies to liquid in the notch 11 via the refractor amplifier 5 and the inverter 6 is opened and then pass on a signal. Depending on the combination of signals from 4 and 5, the tare 7 for oil, 8 for water and 9 for air give a positive voltage jump to the respective message line abO The response and measuring time can be through electronic Measures of a known type can simply be determined and limited. This is a Metrological detection of a layer of oil on the water even when it is punctured quickly the- ben given by the probe.

Zwei Beispiele des mechanischen Aufbaus einer solchen erfindungsgemäßen Sonde zeigen Fig.2 und Fig.3.Two examples of the mechanical structure of such a device according to the invention Fig. 2 and Fig. 3 show the probe.

Sonde nacch Fig.2. : In einem Schutzrohr 16 mit abgedichtetem Deckel 17 und Rabeldurchführung 18 aus Metall oder Kunststoff, unten dicht abgeschlossen von eie Plexiglaskopf 14 steckt die Printplatte mit der Elektronik 13 mit der Refraktorschranke 12 in Höhe der Meßebene Ml Im Plexiglaskopf 14 befinden sich die in den Innenraum durchgeführten Elektroden 10, deren Spitzen in der etwas tiefer als M1 liegenden Meßebene M2 enden. Der Abstand der beiden Meßebenen M1 und M2 entspricht der zu messenden Scrichtdicke des Ölso Die Prismenkerte 11 im Plexiglaskopf 14 ist senkrecht angeordnet unG lenkt den Lichtstrahl der Refraktorschranke 12 bei Eindringen von Flüssigkeit in die Kerbe 11 aus dem Empfangsbereich der Schranke 12 ab. Ein Beruhigungsrohr 15 sorgt für eine beruhigte Medienoberfläche an der Meßstelle. Die Entlüftungslöcher 19 verhindern einen Luftstau. Eine Reinigungsdüse 20 ermöglicht die Meßflächen-Reinigung mit einem Reinwasserstrahl.Probe according to Fig. 2. : In a protective tube 16 with a sealed cover 17 and rifle bushing 18 made of metal or plastic, sealed at the bottom from a plexiglass head 14 is the printed circuit board with the electronics 13 with the refractor barrier 12 at the level of the measuring plane Ml. The plexiglass head 14 is located in the interior performed electrodes 10, the tips of which are located somewhat deeper than M1 End measuring plane M2. The distance between the two measuring planes M1 and M2 corresponds to that of measuring thickness of the oil so the prism core 11 in the plexiglass head 14 is vertical arranged UNG directs the light beam of the refractor barrier 12 when penetrating Liquid into the notch 11 from the receiving area of the barrier 12. A calming pipe 15 ensures a calm media surface at the measuring point. The vent holes 19 prevent air congestion. A cleaning nozzle 20 enables the measuring surfaces to be cleaned with a pure water jet.

Sonde nach Fig.3.Probe according to Fig. 3.

Diese Sonde ist ähnlich aufgebaut, jedoch mit folgenden Unters chieden: Das Schutzrohr 22 die#nt gleichzeitig als Beruhigungsrohr.This probe has a similar structure, but with the following differences: The protective tube 22 acts as a calming tube at the same time.

Statt des Plexiglaskopfes 14 findet eit Plexiglasrohr 21- Verwendung, in welchem an der Unterseite die Kerbe 11 waagrecht eingearbeitet ist. Instead of the plexiglass head 14, plexiglass tube 21 is used, in which the notch 11 is incorporated horizontally on the underside.

Die Elektroden 1Q sind in den Prismenwänden eingesetzt. The electrodes 1Q are inserted in the prism walls.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1.) Multiple probe for differentiation different media, especially oils and water, which are layered on top of each other lie and in which the probe with both measuring planes M1 and M2 is immersed, whereby it only a relative movement between the probe and the media is important, characterized in that that at the same time several different measurement methods, such as capacitance measurement, conductivity measurement, Measurement of the refractive index, etc., to record the medium to be measured and thus a safe one Determination of the properties of the same enable that to carry out the The electronics required for measurement are accommodated on the printed circuit board 13 in the probe, That the measured values are jointly evaluated in a calculator inside or outside the probe so that defined signals are available for sequential control the refractometric measurement takes place in a prism notch-11, which is in different, adapted to the intended use, position, such as in Fig. 2 and 3, provided is and when filled with liquid the light beam of the refractor barrier 12 deflects that the electrodes 10 for the capacitive and conductivity measurement in one or different measuring levels can be attached, which are fixed or movable against each other are arranged so that different layered.

strengthen and possibly also several layers of different Media of the same or different thickness can be detected 2o probe. after Claim 1-., Characterized in that by fine adjustment of the measuring planes very thin layers of medium, such as olyes floating on the water, are detected can.

3. Probe according to claims 1 and 2, characterized in that the measuring zones of the probe by liquid jets or mechanical cleaning devices are protected against incorrect measurements due to contamination of the nervous organs claims 1, 2 and 3, characterized in that the probe by known electromechanical devices are led to one or more measuring points can, depending on the application.

Sun probe according to claims 1 to 4, characterized in that the parallel arrangement of several measuring systems in a probe or a probe group, enables the measurement of large areas,