DE3030259C2

DE3030259C2 - Verfahren und Einrichtung zum berührungsfreien Messen des Füllstandes einer durchsichtigen Flüssigkeit

Info

Publication number: DE3030259C2
Application number: DE19803030259
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 7514 Eggenstein-Leopoldshafen Rapp
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1980-08-09
Filing date: 1980-08-09
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE3030259A1

Description

gekennzeichnet
folgender Merkmale:

durch die Vereinigung

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c) eine von dem Sender (I) emittierte elektromagnetische Grundstrahlung (so) wird beim Durchgang durch ein flüssiges oder ein gasförmiges Medium (4, 7) in einem für die Flüssigkeit (4) oder das Gas (7) spezifischen Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums in ihrer Intensität durch Absorption spezifisch geschwächt;

d) aus der geschwächten Strahlung (St) wird nach deren Austritt aus der Flüssigkeit (4) oder dem Gas (7) eine Meßstrahlung (S2) bestimmter Wellenlänge ausgefiltert;

e) die Wellenlänge der Meßstrahlung (Si) liegt in einem für das Absorptionsvermögen der Flüssigkeit (4) oder des Gases (7) spezifisch ausgeprägten Wellenlängenbereich und die Absorption oti der Flüssigkeit (4) ist groß/klein gegenüber der Absorption λ₂ des Gases (7);

f) ein sich meniskusförmig ausbildender Verlauf der Schichtgrenze (3) der Flüssigkeit (4) wird durch Vibration im Ultraschallfrequenzbereich in eine von der Oberflächenspannung unabhängige ebene Fläche umgeformt.

2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer in einer zur Schichtgren- *s ze (3) parallelen Ebene auf der einen Seite des Gefäßes (5) eine Glühlampe (1) zum Erzeugen eines Lichtstrahles und auf der anderen Seite des Gefäßes (5) einen Detektor (9) zum Messen der Intensität des Lichtstrahles aufweisenden Anordnung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) zwischen dem Gefäß (5) und dem Detektor (9) ist ein selektives Bandfilter (8) angeordnet, dessen Durchlaßbereich in den Wellenlängenbereich ausgeprägter Absorption eines der zwei an der Schichtgrenze (3) miteinander in Kontakt stehenden Medien (4,7) gelegt ist;

b) an das die Flüssigkeit (4) aufnehmende Gefäß (5) ist ein Ultraschallerzeuger (15) angekoppelt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in einer zur Schichtgrenze (3) parallelen Ebene mehrere jeweils aus Glühlampe (1), Detektor (9) und selektivem Bandfilter (8) bestehende Lichtschranken angeordnet sind,

b) die Bandfilter (8) unterschiedliche Durchlaßbereiche aufweisen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Lichtschranken bekannt, deren Lichtstrahl von der Flüssigkeit oder einem Schwimmer unterbrochen wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur geeignet für nahezu undurchsichtige Flüssigkeiten oder Anwendungsfälle, bei denen durch den Schwimmer bedingte Ungenauigkeiten außer Betracht bleiben können. Es ist auch bekannt, mit dem durch Adhäsion an der Oberfläche der Flüssigkeit sich bildenden Meniskus den Lichtstrahl durch Totalreflexion zu unterbrechen. Mit keinem dieser bekannten Verfahren ist aber eine Aussage möglich, ob sich im Bereich der Lichtschranke eine Flüssigkeit oder ein Gas befindet.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Brechkraft der Flüssigkeit zum Ablenken des Lichtstrahles verwendet und dadurch die Lichtschranke unterbrochen. Nachteilig ist jedoch bei diesem Verfahren, daß Grenzschichten unlöslicher durchsichtiger Flüssigkeiten nur unzureichend bestimmt werden können und bei Benetzung der Gefäßwand mit Fehlmessungen zu rechnen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Meßsignales zu entwickeln, das eine eindeutige Aussage über die Art des Mediums (Flüssigkeit oder Gas) in der Meßebene oder das Vorliegen einer Schichtgrenze zwischen zwei durchsichtigen Flüssigkeiten oder einer Flüssigkeit und einem Gas ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale und durch eine Einrichtung zur Füllstandsmessung nach dem Oberbegriff des Anspruches 2 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst.

Die mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der Einrichtung zu dessen Ausführung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für jedes Medium ein spezifisches von Meßsignalen anderer Medien deutlich verschiedenes Meßsignal erzeugt wird, daß eine exakte Bestimmung der Füllstandshöhe oder der Höhe einer Schichtgrenze unterschiedlicher Medien insbesondere auch dann möglich ist, wenn diese Medien, also Flüssigkeiten und Gase durchsichtig sind, und daß bei Flüssigkeiten mit großer Adhäsionskraft eine das Meßergebnis verfälschende Meniskusbildung ausgeschlossen wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum berührungsfreien Messen des Füllstandes einer durchsichtigen Flüssigkeit oder der Lage der Schichtgrenze zweier gegenseitig unlöslicher durchsichtiger Flüssigkeiten ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren arbeitende Einrichtung in schematischer Darstellung.

Eine Lichtquelle 1 mit einem Reflektor la emittiert eine elektromagnetische Grundstrahlung 6b deren Strahlachse 2 parallel zu einer von der Schichtgrenze 3 gebildeten Ebene einer Flüssigkeit 4 verläuft. Die Flüssigkeit 4 befindet sich in einem rohrförmigen Gefäß 5, das in vertikaler Richtung 6 bewegbar ist. Oberhalb

der Schichtgrenze 3 befindet sich ein Medium 7, das entweder gasförmig oder flüssig sein kann.

Die Grundstrahlung So durchdringt in dem dargestellten Beispiel die Flüssigkeit 4 und wird dabei in einem für die Flüssigkeit 4 spezifischen Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums in ihrer Intensität durch die Absorption tx\ der Flüssigkeit geschwächt.

Aus der geschwächten Strahlung S\ wird nach deren Austritt aus der Flüssigkeit 4 mit einem in den Strahlengang geschalteten selektiven Bandfilter 8 eine Meßsliählung S2 ausgefiltert, die in einem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums liegt, in dem das Absorptionsvermögen der Flüssigkeit 4 besonders ausgeprägt ist Das selektive Bandfilter 8 ist gleichzeitig so ausgewählt, daß sich das Absorptionsvermögen <x\ der Flüssigkeit 4 deutlich von dem Absorptionsvermögen X2 des an die Schichtgrenze 3 der Flüssigkeit 4 anschließenden Mediums 7 unterscheidet, so daß gilt αϊ > «2 oder «2 > Λι.

Die Durchlaßkurve des selektiven Bandfilters 8 wird z. B. so ausgewählt, daß diese in dem Wellenlängenbereich ausgeprägter Absorption der Flüssigkeit 4 liegt. In diesem Fall ist die aus dem selektiven Bandfilter 8 austretende Meßstrahlung S₂ von sehr geringer Intensität und das Signal eines dem Bandfilter 8 nachgeschalteten Detektors 9 deutlich abgeschwächt. Dieses Signal kann z. B. verwendet werden zum Steuern eines Elektromotors 10 der über eine Spindel ti einen das Gefäß 5 aufnehmenden Haltering 12 in vertikaler Richtung bewegt, bis die Schichtgrenze 3 der Flüssigkeit 4 von der Strahlachse 2 erreicht wird und die Grundstrahlung ib mindestens teilweise das oberhalb der Schichtgrenze 3 befindliche Medium 7, z. B. Luft, durchdringt, dessen Absorption «2 < «i ist. Jetzt erzeugt der Detektor 7 ein deutlich größeres Ausgangssigna!, das den Antrieb 10 abschaltet und bremst. Eine in Längen- oder Volumeneinheiten geeichte, mit dem Elektromotor 10 verbundene Anzeigeeinrichtung 13, zeigt den Füllstand an. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist vor dem Detektor 9 eine Blende 14 angeordnet. Die meniskusförmige Schichtgrenze 3 der Flüssigkeit 4 wird durch einen mit dem Gefäß 5 kontaktierten Llltraschallerzeuger 15 in eine von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit 4 unabhängige ebene Fläche umgesetzt.

Es kann in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein, zwei oder mehrere Lichtschranken mit dem vorgeschlagenen Aufbau in einer Ebene um das Gefäß anzuordnen. Werden die Wellenlängenbereiche der Durchlaßkurven der verwendeten Filter mit hinreichendem Abstand unter Berücksichtigung der Absorptionsspektren der in dem Gefäß befindlichen Medien ausgewählt, so können mit einer derartigen Anordnung die Füllstände bzw. Schichtgrenzen der Medien bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum berührungsfreien Messen des Füllstandes

a) einer durchsichtigen Flüssigkeit (4) oder der Lage der Schichtgrenze (3) zweier gegenseitig unlöslicher durchsichtiger Flüssigkeiten unterschiedlichen spezifischen Gewichtes, unabhängig von der Oberflächenspannung der Flüssigkeiten, bei dem

b) die in dem Bereich einer aus Sender (1) und Empfänger (9) gebildeten Schranke geführte Flüssigkeit eine von dem Sender (1) ausgehende elektromagnetische Strahlung (5b) in ihrer Intensität durch Absorption schwächt,