DE2940799A1 - Fotoelektrisches niveauschaltgeraet - Google Patents

Description

Ludwi£Piiafen/Phein, den 8.10. 1979 P 545O Il/ber

Vertreter:

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H. Fischer Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer Kurfürstenstraße 6700 Ludwigshafen/Rhein

Anmelder:

Dipl.-Ing. Robert Hansmann

Helenengasse 2

1020 Wien / Österreich

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Foto elektrisches Ni v.eauschalt gerät

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fotoelektrisch« Niveauschalter, mit mindestens einer Lichtquelle, deren Strahlenbündel in Abhängigkeit von der optischen Dichte eines in einem Steigrohr befindlichen Mediums einer von mehreren Fotozellen od. dgl. zugeleitet wird.

Bei bekannten fotoelektrischen Niveauschaltgeräten für Flüssigkeiten wird eine Lichtquelle verwendet, deren Lichtstrahlen ein durchsichtiges Steigrohr durchdringen, und eine Fotozelle, die entweder nur bei leeren oder nur bei vollem Steigrohr im Lichtstrahl der Lichtquelle angeordnet ist. Die Fotozelle ändert ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der auftretenden Lichtmenge. Im allgemeinen werden Fototransistoren verwendet, die unbeleuchtet den Stromdurchgang sperren und bei Beleuchtung einen Stromdurchfluß, abhängig von der Betriebsspannung und der Beleuchtungsstärke, aufweisen. Um bereits geringe Änderungen des Flüssigkeitsstandes als Schaltimpulse zu verwerten, müssen Bauteile geringer Größe verwendet werden. Die Lichtquellen haben daher eine geringe Leuchtstärke, um den Fototransistor muß ein Verstärker nachgeschaltet werden, der auf geringe Spannungsunterschiede reagiert. Die Umweltbedingungen wie z.B. die Temperatur und die variablen optischen Eigenschaften des Steigrohres und der Flüssigkeit bei zunehmender Verschmutzung, erfordern eine genaue Justierung des Verstärkers. Diese Art der Niveauschaltgeräte haben bei industrieller Anwendung den Nachteil, daß sie oftmalig nachjustiert werden müssen und daher störanfällig sind.

Bei einem anderen bekannten Niveauschalter der eingangs genannten Art sind mehrere Fotozellen am Umfng des Steigrohres angeordnet. Dadurch sollen Flüssigkeiten mit verschiedenem Brechungsindex unter schieden werden. Diese bekannte Einrichtung besitzt im Wesentlichen die gleichen Nachteile wie die vorstehend beschriebenen Geräte. Zufolge der vergleichsweise geringen Umlenkung des Lichtstrahles bei vollem und leerem Steigrohr wird nämlich die bekannte Einrichtung schon bei geringfügigen anderen Umweltbedingungen anders reagieren und daher störanfällig sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf optischem und elektrischem Wege den fotoelektrischen Niveauschalter so zu gestalten, daß er weitgehend unabhängig von seinen Umweltbedingungen arbeitet. Das wird dadurch erreicht, daß eine Fotozelle bei leerem Steigrohr im Strahlenverlauf des vom Rohrinnenmantel reflektierten Lichtstrahles

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und eine zweite Fotozelle bei mit Flüssigkeit gefülltem Steigrohr irr, Sfcrahlenverlauf des durchgehenden Lichtes angeordnet ist. V/eitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Patentansprüchen.

Fig. 1 zeigt den Strahlenverlauf bei leerem Steigrohr, Fig. 2 zeigt den Strahlenverlauf bei vollem Steigrohr und in Fig. 3 ist die elektrische Schaltung der Fotozellen als Blockschaltbild dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Variante mit zwei Lichtquellen. Das Steigrohr ist in den Figuren 1 bis 4 mit ringförmigen Querschnitt dargestellt, als Querschnitt ist aber jede geometrische Form geeignet, die den in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten Strahlenverlauf der Lichtschranken ermöglicht.

Fig. 1 zeigt das durchsichtige Steigrohr 1 und einen Flüssigkeitsspiegel 6, welcher unterhalb der Strahlungsrichtung 5 von der Lichtquelle 2 zur Fotozelle 3 liegt. Der von der Lichtquelle 2 ausgehende Strahl 8 wird beim Übergang von der Luft ins optisch dichtere Medium des Steigrohres 1 gebrochen und läuft als Strahl 9 innerhalb der Rohrwand weiter. Beim Auftreffen an den Rohrinnenmantel 18 teilt sich der Strahl 9 in einen reflektierenden Strahl 10 und einen durchgehenden Strahl 12. Der reflektierte Strahl 10 wird am Rohraußenmantel 17 beim Übergang vom dichteren Medium in die Luft wieder gebrochen, nimmt die Richtung 11 an und trifft auf die Fotozelle 3. Der das leere Rohr 1 durchdringende Strahl 12 trifft auf keine Fotozelle.

Fig. 2 zeigt das Steigrohr 1 mit einem Flüssigkeitsspiegel 7, welcher oberhalb der Strahlungsrichtung 16 von der Lichtquelle 2 zur Fotozelle 4 liegt. Der von der Lichtquelle 2 ausgehende Strahl 8 wird beim übergang von der Luft ins optisch dichtere Medium des Steigrohres 1 gebrochen und läuft als Strahl 9 weiter. Das Steigrohr 1 ist mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllt, deren optische Dichte sich im allgemeinen wesentlich von der Dichte der Luft, aber nur geringfügig von der optischen Dichte des Steigrohres unterscheidet. Die das volle Steigrohr 1 durchdringenden Strahlabschnitte 9, 13 und 14 werden nur sehr geringe Richtungsänderungen aufweisen. Erst wenn der Strahlabschnitt 14 auf dem Rohraußenmantel 17 trifft, erfolgt eine deutliche Brechung durch den Übergang vom dichteren Medium des Rohres in die Luft. Der gebrochene Strahl 15 trifft auf die Fotozelle 4.

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Fig. 3 zeigt im Blockschaltbild die prinzipielle elektrische Schaltung der Fotozellen 3 und 4, welche beispielsweise durch Fototransistoren dargestellt sind. Die Betriebsspannung bzw. die Stromversorgung wird von den Leitungen 19 positiv und 20 negativ geliefert. Die Fototransistoren 3 und 4 sind in Serie geschaltet, das bedeutet, daß die Eingangsleitung 21 der Fotozelle 3 an die positive Versorgungsleitung 19, die Ausgangsleitung 22 der Fotozelle 3 mit der Eingangsleitung 23 der Fotozelle und die Ausgangsleitung 24 der Fotozelle 4 an die negative Versorgungsleitung 20 angeschlossen sind.

Ein Verstärker 33 von an sich bekannter Bauweise ist mit der Leitung 25 an die positive Versorgungsleitung 19 und mit der Leitung 26 an die negative Versorgungsleitung 20 angeschlossen. Der Verstärker 33 übernimmt die Aufgabe, den durch die Fotozellen 3 und 4 durchgehenden Strom zu verstärken. Der Eingangspunkt 34 des Verstärkers 33 ist über die Leitung 27 in dem Verknüpfungspunkt 32 sowohl an die Ausgangsleitung 22 der Fotozelle als auch an die Eingangsleitung 23 der Fotozelle 4 angeschlossen.

Bei leerem Steigrohr 1 nimmt das von der Lichtquelle 2 ausgehende Lichtbündel den Weg 8, 9, 10, 11 zur Fotozelle 3 und der elektrische Fotostrom fließt in Pfeilrichtung 29. Bei mit Flüssigkeit gefüllten Steigrohr 1 nimmt das von der Lichtquelle ausgehende Lichtbündel den Weg 8, 9, 13, 14, 15 zur Fotozelle 4 und der elektrische Fotostrom fließt in Pfeilrichtung 30. Die von der Betriebsspannung und den Umweltbedingungen abhängigen Ausgleichs- und Ruheströme fließen in Pfeilrichtung 31 und beeinflussen daher gleichartig den Fotostrom 29 oder 30 bei leerem Steigrohr 1 und bei vollem Steigrohr 1. Der Übergang von leerem zu vollem Steigrohr durch Steigen eines Flüssigkeitsspiegels im Bereich der Lichtschranken 2,3 und 2,4 wird als Schaltimpuls vom Ausgangspunkt 35 des Verstärkers 33 über die Ausgangsleitung 28 weitergeleitet. Als Schaltimpuls dient eine Änderung der Spannung 36 zwischen den Leitungen 19 und 28 oder der Spannung 37 zwischen den Leitungen 20 und 28. Durch die Serienschal-

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tung der Fotozellen 3 und 4 und der Verknüpfung der Eingangsleitung 27 des Verstärkers 33 mit der Eingangsleitung 23 der einen Fotozelle und der Ausgangsleitung 31 der anderen Fotozelle im Knotenpunkt 32, können umweltabhängige Ausgleichsströme der Fotozellen, die in Pfeilrichtung 31 fließen, die Ausgangsspannungen und 37 des Verstärkers 33 nicht mehr wesentlich beeinflussen. Da sich außerdem der umweltbedingte Ausgleichsstrom 31 in gleicher Weise auf den Stromfluß 29 bei leerem und auf den Stromfluß bei vollem Steigrohr 1 auswirkt, werden sich die Mittelwerte der Spannungen 36 und 37 nicht verschieben.

Als Verstärker 33 dient jede Schaltung, die geeignet ist, aus geringen Spannungsunterschieden der Leitungen 25 und 27 bzw. 26 und 27 höhere Spannungsunterschiede zwischen den Leitungen 19 und 28 bzw. 20 und 28 zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt eine Variante mit 2 Lichtquellen. Jeder Lichtquelle ist nur eine Fotozelle zugeordnet. Bei leerem Steigrohr 1 wird der Fotostrom von der Fotozelle 3 erzeugt, wenn das von der Lichtquelle 2 ausgehende Lichtbündel den Strahlenverlauf 8, 9, 10, 11 nimmt. Bei mit Flüssigkeit gefülltem Steigrohr 1 wird der Fotostrom von der Fotozelle 4 erzeugt, wenn das von der zweiten Lichtquelle 38 ausgehende Lichtbündel den Strahlenverlauf 39, 40, 41 nimmt. Die elektrische Schaltung der Fotozellen erfolgt aber wieder prinzipiell wie in Fig. 3 dargestellt.

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Fotoelektrischer Niveauschalter, rait mindestens einer Lichtquelle, deren Strahlenbündel in Abhängigkeit von der optischen Dichte eir:es in einem Steigrohr befindlichen Mediums einer von mehreren FoVozellen od. dgl. zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fotozelle (3) bei leerem Steigrohr (1) im Strahlenverlauf des vom Rohrinnenmantel (18) reflektierten Lichtstrahles (10, 11) und eine zweite Fotozelle (4) bei mit Flüssigkeit gefülltem Steigrohr .(1) im Strahlenverlauf des durchgehenden Lichtes (13, 14, 15) angeordnet ist.
2. 2. Fotoelektrischer Niveauschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozellen (3) und (4) in Serie geschaltet sind und die Eingangsleitung (23) der einen Fotozelle, die Ausgangsleitung (22) der anderen Fotozelle und die Eingangsleitung (27) des nachgeschalteten Verstärkers (33) einen gemeinsamen Verknüpfungspunkt (32) aufweisen.
3. 3. Fotoelektrischer Niveauschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fotozelle (3, 4) eine eigene Lichtquelle (2, 38) zugeordnet ist.

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