DE3335585A1

DE3335585A1 - Verfahren zur meniskuspositionsbestimmung und meniskuspositionsdetektor

Info

Publication number: DE3335585A1
Application number: DE19833335585
Authority: DE
Inventors: James P.von 78731 Austin Tex. Wolske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1984-04-05
Also published as: US4654535A

Description

Verfahren zur Meniskuspositionsbestimmung und Meniskuspositionsdetektor

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Detektor zur Bestimmung des Ortes des Meniskus an der Grenzfläche von zwei unvermischbaren Fluiden sowie zur Bestimmung der relativen Längen der beiden Fluide, die z.B. von Flüssigkeits-Gassystemen oder Flüssigkeits-Flüssigkeits-Systemen innerhalb eines Rohres gebildet werden.

Die Erfindung ist anwendbar im Zusammenhang mit einem Sichtrohr und insbesondere einem geneigten U-Rohr eines Manometers zur elektronischen Bestimmung von Differenzdrucken, wobei so geringe Differenzen wie 0,0025 cm Wassersäule mit dem Manometer gemessen werden können.

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Die Erfindung ist auch anwendbar zur photoelektronischen Bestimmung der Höhe einer Flüssigkeitsäule innerhalb eines Sichtglases, wie sie üblicherweise bei Boilern oder Flüssigkeitsbehältern zu finden sind.

Da ein Fluid im genauen wissenschaftlichen Sinne entweder als Flüssigkeit oder als Gas definiert ist, wird bei der Bestimmung der Position eines Meniskus auch definitionsgemäß der Ort der Grenzfläche von zwei Flüssigkeiten bestimmt.

Somit werden die Länge oder der Ort einer Fluidsäule üblicherweise von einem beobachtbaren Meniskus bis zu einem willkürlichen Bezugspunkt gemessen. Historisch hat man diese Messung durch visuelle Beobachtung des Meniskus innerhalb eines Rohres durchgeführt und die Messung unter Verwendung eines Fadenkreuzes oder einer Skaleneintailung durchgeführt.

Man kennt bereits eine Reihe von photoelektronischen Ablesesystemen, bei denen Licht durch ein Rohr hindurchgeht, das zwei verschiedene Fluide enthält. Obwohl gemäß dem Stande der Technik verschiedene Lichtverstärkungen und Steuerungen bekannt sind, ist die genaue Ablesung der Grenzfläche von zwei Fluiden iaraier noch ein großes Problem.

Die Erfahrung und Beobachtung haben gezeigt, daß Herstellungs-Qualitätskontrollschwankungen unerwünschte, aber unvermeidbare Eigenschaftsschwankungen innerhalb der Linsen-Phototransistoren selbst hervorrufen, und somit können die Ausgangscharakteristiken von irgendeinem Bereich oder Feld sich in nicht tolerierbarer Weise von denen eines anderen Feldes oder Bereiches unterscheiden.

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Obwohl beim Stande der Technik das aktive Element eines Photoempfängers am Brennpunkt der austretenden Strahlen angeordnet wird, wird dieser Brennpunkt durch die Konzentrierung von parallelem Licht zustandegebracht, das aus dem mit Flüssigkeit gefüllten Rohr austritt, indem man es durch eine zusätzliche konvexe Fokussierungslinse hindurchtreten läßt, die an der Vorderseite eines herkömmlichen Phototransistors angeformt ist. Infolgedessen wird die effektive Öffnungsweite für das Lichtsammei vermögen beim Stande der Technik durch den Durchmesser der Empfangs-Phototransistorlinse angenähert, wo sämtliche Strahlen parallel sind, und somit haften einer derartigen Ausführungsform optische Mängel an.

Gemäß der Erfindung wird ein ganz anderer Ansatz gemacht, und der Empfänger wird dabei im wesentlichen direkt in der Brennebene des mit Flüssigkeit gefüllten Rohres angeordnet, um das Licht direkt zu empfangen, wie es in dem mit Flüssigkeit gefüllten Rohr erzeugt wird, was in Kombination mit einer im wesentlichen parallelen Eingangslichtstrahlquelle zu einer wesentlichen Änderung des Ausgangssignales führt, wenn die Flüssigkeit nicht vorhanden ist. Die Apertur oder Öffnung ist gemäß der Erfindung somit die volle Breite des Durchmessers des transparenten Rohres, die wesentlich größer ist und somit ein entsprechend stärkeres Signal liefert. Gemäß der Erfindung wird somit eine wesentlich größere Differenz der Signalstärke oder -intensität geliefert. Somit kann gemäß der Erfindung ohne weiteres ein Signalintensitätsverhältnis von 10:1 im Gegensatz zu herkömmlichen Änderungen von etwa 3,5:1 erzeugt werden. Die Resultatsdifferenz ergibt

sich aus der vielfachen Vergrößerung der effektiven Öffnungs- oder Aperturweite oder der Lichtsammelfähig keit gemäß der Erfindung«

Somit wird gemäß der Erfindung eine Lichtquelle mit im wesentlichen parallelen Strahlen verwendet, die auf die Seite des mit Flüssigkeit gefüllten Rohres fallen, und die Lichtstrahlen werden unverändert durch andere Linsen, Schlitze, Masken oder andere

IQ Mittel auf den aktiven Bereich oder die aktive Fläche eines Photoempfängers fokussiert, der einen großen Aufnahmewinkel besitzt, d.h. sowohl paralleles Licht als auch konvergierendes Licht empfängt. Dieser sehr große Empfangswinkel ist nur bei Photoempfängern 5 mit flacher oder konkaver Vorderseite zu finden, und die Photoempfängereinrichtung gemäß der Erfindung verwendet nur eine derartige Empfangsfläche oder eine Fläche, die im wesentlichen und effektiv von dieser Gestalt ist.

Das große Signalverhältnis und die Toleranz bei der

Ausfluchtung ermöglichen insbesondere die Verwendung der Erfindung in Zusammenhang mit einer Konfiguration einer Anordnung aus einer Vielzahl von Elementen, 2g wie es bei einer der wesentlichsten Ausführungsformen gemäß der Erfindung erforderlich ist.

Von Haus aus anhaftende Unterschiede bei bestimmten Mengen von herkömmlichen Phototransistoren konnten

OQ das Verhalten von einer derartigen Anordnung unvorhersehbar und die Verwendung von komplizierten Kompensationstechniken erforderlich machen. Beim Stande der Technik werden nur Einzelpunktdetektoren verwendet, während die Probleme und Aspekte nicht an-

gg gesprochen werden, die bei Detektoranordnungen mit einer Vielzahl von Elementen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren sowie eine optoelektronische Anordnung zur Bestimmung des Ortes eines Flüssigkeitsäule innerhalb eines Rohres und gegebenenfalls auch die relative Länge der Flüssigkeitssäule anzugeben. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei der Überwachung eines mit Flüssigkeit gefüllten U-Rohr-Manometers mit einem elektronischen Ausgangssignal, das zu einer entfernten Station übertragen werden kann. 10

Gemäß der Erfindung wird außerdem eine neuartige optoelektronische Anordnung geschaffen, um die Position oder die Länge von einer Luftblase innerhalb eines Rohres zu bestimmen, beispielsweise eines Fluidglasfläschchens einer Wasserwaage, die verwendet wird, um den Neigungswinkel gegenüber einer horizontalen Ebene zu messen. Das Licht wird dabei vertikal durch die Anordnung hindurchgelassen.

Lediglich beispielsweise seien einige Vorteile der Erfindung aufgeführt, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt ist:

1. Das Behälterrohr kann zylindrische Gestalt mit kreisförmigem Querschnitt haben, üblicherweise aus Glas oder klarem Kunststoff beliebiger Art bestehen und eine große Vielfalt von Abmessungen besitzen. Dieses Rohr ist sehr billig, erfordert weder ein spezielles Schleifen der Oberflächen noch eine spezielle oder in der Herstellung schwierige extrudierte Form, ist sehr stark und widerstandsfähig bei hohem Druck oder unter Hochvakuumverhältnissen und besitzt einen einstückigen Aufbau ohne leckanfällige, abzudichtende und zueinander passende Oberflächen. Derartige Rohre sind vorzugsweise farblos und transparent, können jedoch leicht gefärbt oder sogar leicht durchscheinend sein, solange ein ausreichendes Lichtsignal die Photo-

empfänger erreicht.

2. Es ist eine einzige Lichtquelle ohne spezielle Säülenlinsen, Aperturschlitze oder Maskentechniken verwendbar. Die Ausrichtung der Lichtquelle ist einfach und besteht lediglich darin, die gesamte Seitenfläche des Rohres der Lichtquelle auszusetzen, die sich in einem Abstand von dem. Rohr befindet, damit im wesentlichen parallele Lichtstrahlen mit hohem Photonenfluß auf die gesamte Rohrseitenwand fallen können, die zweckmäßigerweise in der interessierenden Zone senkrecht zur Rohrachse verläuft« Eine einzige Lichtquelle, die sich in dem erforderlichen Abstand befindet, hat den erheblichen Vorteil, daß sie den Detektor mit einer sehr gleichmäßigen Beleuchtung beaufschlagt, d.h„ mit einer Gleichmäßigkeit, die beim Stande der Technik im allgemeinen nicht möglich ist. Mehrere Lichtquellen können verwendet werden, wenn das gleiche Ziel erreicht wird.

3. Ein einfaches Feld oder eine einfache Anordnung von diskreten Lichtdetektoren, wie Phototransistoren oder andere Photodetektoren mit einer im wesentlichen unversperrten oder nicht mit Linsen versehenen aktiven Fläche, wird verwendet, um eieen großen Empfangswinkel zu erzeugen. Diese ohne weiteres verfügbaren Anordnungen besitzen einen kompakten Abstand von Zentrum zu Zentrum zwischen aktiven Flächen, die eine ausgezeichnete Positionsauflösung des Meniskus auf 0,254 cm (0,10 inch) bzw. auf 0,00254 cm (0,001 inch) mit selbstabtastenden, linearen Festkörper-Photodiodenanordnungen vom Typ der Texas Instrument TIL 621 Serie bzw. der Reticon "S" Serie ermöglichen. Die Phototransistoren können dabei in der Betriebsart von Photowiderständen oder von Photoleitern verwendet werden. Außerdem können auch andere Bauelemente, wie z.B. Photodioden oder Solarzellen, beispiels-

weise vom Typ International Rectifier SAR-10-08-BPL, in Selbsterregungsbestriebsart als lichtabhängige Stromquelle verwendet werden. Phototransistoren haben ein hohes Ausgangsansprechvermögen oder Signal- ° intensität pro Lichtflußeinheit, und bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden sie, bei richtiger Vorspannung, ihren elektrischen Zustand um einen Faktor von 10 oder mehr ändern. Diese starke Änderung des elektronischen Zustandes eignet sich für die binäre Logik mit der ihr eigenen Präzision, Wiederholbarkeit, Eindeutigkeit und nicht-driftendem Ausgangssignal. Dieses binäre elektronische Ausgangssignal eignet sich ohne weiteres für eine weitere elektronische Verarbeitung in eine besser verwendbare Form.

4. Aus einer großen Auswahl von Arbeitsfluiden sind beliebige Flüssigkeiten einschließlich transparenter, leicht durchscheinender und gefärbter Flüssigkeiten verwendbar, vorausgesetzt daß der Brechungsindex des Fluids innerhalb des Rohres eine ausreichend starke Signaländerung auf der Phototransistor-Oberflache hervorruft. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet gut bei den meisten Fluiden, einschließlich Säuren, Laugen, Salzlaugen, Wasser, Öl oder Sirup, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt ist. Die Erfindung arbeitet auch bei einigen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Systemen, z.B. bei Systemen mit Wasser über Quecksilber oder Schaum über Wasser, wo der Brechungsindex des Wassers beim Licht eine Linsenwirkung auf die aktive Oberfläche des Phototransistors bewirkt.

5. Einfache Ausfluchtungs- oder Ausrichtungsvorgänge ermöglichen die Anordnung des Empfängers am Brennpunkt des Rohres und erfordern nur eine Positionierung

der Phototransistoranordnung gegenüber oder nahezu in Kontakt mit der Oberfläche des zylindrischen Rohres iH einer Position, die der Lichtquelle diametral gegenüberliegt, und an einem Ort, der vernünftigerweise senkrecht zur Durchitiesserlinie liegt» Da keine Linsen, Aperturschlitze, Masken oder Abschirmungen, Säulenanordnungen, Lichtleiter oder wesentliche Änderungen beim austretenden fokussierenden Licht verwendet werden, besteht die Ausrichtung oder Äusfluchtung in der Bestimmung des richtigen Abstandes vom Rohr zum Phototransistor, so daß die aktive Oberfläche des Phototransistors sich am Punkt der größten Lichtintensität oder dem Brennpunkt des Strahles befindet, der die Flüssigkeit innerhalb des Rohres durchsetzt. Eine leichte Einstellung des Abstandes tritt in der Praxis auf, da das aktive Element vorzugsweise in dünnem, klarem Kunststoff eingeschlossen oder eingekapselt ist und nicht an der freien Luft gehalten wird. Die Erfindung ist somit besonders für große Anordnungen geeignet, bei denen die gesteigerte optische Signalintensität, die sich aus der großen effektiven Öffnung des gesamten Rohrdurchmessers ergibt, die normalen Herstellungstoleranzen kompensiert, die bei herkömmlichen Phototransistoren oder dergl. auftreten» Die Signalintensitätsverhältnisses sind außerdem empfindlich gegenüber schärferen Ausrichtungsanforderungen beim Stande der Technik mit dem geringen Empfangswinkel beim Empfänger im Unterschied zu dem sehr großen Empfangswinkel gemäß der Erfindung. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird durch den starken parallelen Strahl der Lichtquelle, der auf den vollen Durchmesser des Rohres auftrifft, das Lichtsammelvermogen des Systems maximal, wobei der große Empfangswinkel der Phototransistoren die Photoneneinfang-

rate maximal macht und gleichzeitig den Transistor-Leckstrom minimal macht, wenn die Flüssigkeitslinsenwirkung nicht vorhanden ist.

° Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die starke Kondensor- oder konvergierende Linsenwirkung der lichtdurchlässigen Flüssigkeit, die sich innerhalb des Rohres befindet, für eine Fokussierung des einfallenden parallelen Lichtstrahles auf eine ebene optoelektronische Oberfläche mit einer mehrfachen Erhöhung der Lichtintensität am Brennpunkt sorgen wird, was eine ganz erhebliche, quasi-binäre Änderung des elektronischen Zustandes der optoelektronischen Sensoranordnung hervorrufen wird, die sich am Brennpunkt befindet. Dieses binäre Datensignal kann elektronisch verarbeitet werden, um ein Signal zu liefern, das repräsentativ für die Position des Meniskus ist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich

weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
25

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Manometers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Teilansicht eines Teiles des Manometerrohres gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der

Fig. 2;
35

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der

Fig. 2;

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vJ O *.) **J \J ^J V-/

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung im Schnitt des mit Flüssigkeit gefüllten Rohres, das die konvergierende Wirkung einer Linse hat;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung zur Erläuterung der Lichtdispersion;

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht zur Erläuterung des projizierten Brennpunktes, der von der Schutzschicht der photoempfindlichen Einrichtung erzeugt wird;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Schaltung zur Signalverarbeitung für die Manoineter-

anordnung gemäß Fig, I;

Fig. 9 eine wahrscheinliche Grenzfläche bei einem geneigten Manometer mit einer Signalverteilung;

Fig. 10 eine der Fig. 9 ähnliche Darstellung zur Erläuterung einer anderen Grenzfläche mit dem dazugehörigen Signal; und in

Fig. 11 ein abgewandeltes zylindrisches Rohr, das eine Linsenwirkung besitzt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen die Anordnung einer Vorrichtung mit einer Standard-Glühbirne 12, die ungefähr 20 bis 50 Durchmesser von den Schenkeln eines Manometerrohres 11 entfernt angeordnet ist. Die Glühbirne 12 befindet sich orthogonal zu und äquidistant von den entsprechenden Schenkeln 11 des Manometers und ist derart angeordnet, daß sich die Glühbirne

im allgemeinen vertikal oberhalb der Manometerschenkel befindet=

* Das Manometer 11 wird aus zylindrischem Glasrohr hergestellt, üblicherweise mit 6,35 mm (1/4 inch) Außendurchmesser, wird aufgeheizt und zu einer U-förmigen Gestalt mit 15,24 cm (6 inch) Länge mit vertikalen Schenkeln, 7,62 cm (3 inch) hoch gebogen, um einen Verlust an Fluid 10 zu verhindern, das sich bei Überdruckbeaufschlagung innerhalb des Rohres 11 befindet. Das Fluid 10 bedeckt teilweise jedes Feld bzw. jede Anordnung von Phototransxstoren 13. Die vertikalen Schenkel 9 sind an die Rohrleitung zu den Druckquellen angeschlossen, die gemessen werden sollen. Das gesamte Ü-Rohr-Manometer ist gegenüber der Horizontalen geneigt und vorzugsweise um die Achse der Manometerschenkel 11 drehbar.

Unterhalb der jeweiligen Manometerschenkel befinden sich zwei lineare Anordnungen oder Felder von Phototransistoren 13 mit sehr großem Empfangswinkel, flacher und polierter Oberfläche, die in linearen Fassungsanordnungen so befestigt sind, daß die Anordnungen sich in einer geradlinigen Projektion von der Lichtquelle 12 und der Achse des jeweiligen Manometerschenkels 11 befinden. Jede Anordnung von Phototransistoren 13 befindet sich im Brennpunkt des entsprechenden, mit Flüssigkeit gefüllten Rohres 11 und somit in unmittelbarer Nähe der Manometerrohre 11, so daß das durch Gas mit Flüssigkeit gefüllte Rohr hindurchgehende Licht auf dem kleinen photoempfindlichen Chip im Phototransistor 13 konzentriert wird. Jede gesamte Anordnung ist axial über die Länge des Glasrohres einstellbar.

Phototransistor-Anordnungen oder -Felder sind ohne weiteres erhältlich mit Abständen von Zentrum zu Zentrum der aktiven Flächen von 0,254 cm (0,1Q inch)

2 und aktiven Empfängerflächen von 1 mm und kleiner

(Texas Instrument TIL 620 Serie). Eine hohe Verstärkung oder Empfindlichkeit kombiniert mit dem kompakten Abstand der Phototransistoren ermöglicht die Verwendung der Phototransistoranordnung, um ein binäres logisches Ausgangssignal mit hohem Auflösungsvermögen als Funktion der Meniskusposition zu liefern.

Jeder einzelne Phototransistor 13 ist in Reihe mit einem Widerstand 14 geschaltet, wobei die Vielzahl von resultierenden Serienschaltungen als Mehrfachelement-Spannungsteileranordnung von angepaßten bzw. abgestimmten Bauteilen geschaltet sind. Die Emitter der Phototransistoren 13 sind gemeinsam geerdet, und die anderen Enden der jeweiligen Widerstände 14 sind in der in der Zeichnung dargestellten Weise an eine gemeinsame Spannungsversorgung von +5 Volt angeschlossen.

Die Kollektoranschlüsse sind einzeln an die jeweiligen Eingänge von Schmitt-Triggern 15 angeschlossen, deren Ausgangsanschlüsse an einzelne angepaßte Summations-Widerstände 16 angeschlossen sind. Die Ausgänge von sämtlichen Summations-Widerständen 16 jedes Schenkels 11 sind jeweils an einem Summierpunkt zusammengeschaltet und versorgen die invertierenden bzw. nicht-invertierenden Eingänge des Operationsverstärkers 18. Ein geeigneter Verstärkungsfaktor wird durch Einstellung einer Impedanz 19 vorgegeben, was zu einer Ausgangsspannung VO führt, die proportional zu dem Differenzdruck ist, mit dem die jeweiligen Schenkel des Manometers beaufschlagt sind. Bei sehr kleinen Neigungswinkeln wird ein derartiges System Differenzdrucke von 0,00254 cm (0,001 inch) Wassersäule messen.

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Der Lichtweg für eine mit Flüssigkeit gefüllte Säule ist allgemein in Fig. 5 dargestellt. Die Darstellung zeigt eine idealisierte Annäherung des Strahlverlaufes und dient zur deutlichen Beschreibung der Linsenwirkung der Flüssigkeit 10 innerhalb des Rohres 11. In gleicher Weise zeigt Fig. 6 eine Anordnung mit Gas in demselben Rohr 11 und verdeutlicht allgemein den Ort bzw. die Ortskurve eines Strahlverlaufes. Dies zeigt in klarer Weise das deutliche Ergebnis, das darin besteht, daß Fig. 5 eine vielfache und nützliche Intensivierung des Lichtes in der kleinen Fläche des Brennpunktes erzeugt, während Fig. 6 eine geringfügige, aber merkliche Abnahme der austretenden Lichtintensität relativ zum Umgebungspegel in derselben xnteressierenden Ebene zeigt. Die zylindrische Gestalt des Rohres bei den Anordnungen gemäß Fig. 5 und 6 kann im Rahmen der Erfindung etwas abgeflacht sein, aber ein konvexseitiges Rohrteil bilden und wird eine deutliche Konvergenzlinse darstellen, wie ^es ⁱⁿ Fig. 11 dargestellt ist. Die Anordnung gemäß Fig. 11 kann aus der Verwendung eines biegsamen Kunststoffrohres anstelle eines runden Glasrohres resultieren. Da Infrarot-Strahlung von einigen Kunststoffen, Glas und Flüssigkeiten stark gedämpft bzw. geschwächt wird, ist sichtbares Licht das bevorzugte Spektrum.

Bei der Ausführung der Erfindung wurden ab Lager erhältliche, kommerziell verfügbare Phototransistoren verwendet, nachdem man die vordere Linsenkappe von den Anordnungen entfernt hatte, um eine Anordnung herzustellen, wie sie in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Somit ergab sich ein Aufbau, der einen nicht mit Linsen versehenen, polierten Empfänger mit flacher Vorderseite bildete. Dies stellte einen geeigneten Empfänger dar, der den gewünschten großen Empfangs-

3235585 winkel ohne sekundäre Linsenanordnung besaß. Somit werden sämtliche Kondensor- und Fokussierfunktionen allein von dem mit Flüssigkeit gefüllten Rohr 11 ausgeübt. Die dünne Schutzschicht, die im allgemeinen nur 0,762 mm (0,030 inch) dick sein wird, kann eine geringfügige, keine Konsequenzen nach sich ziehende Änderung bei der Empfänger-Abstandsposition erfordern, um den projizierten Konvergenzpunkt zu kompensieren, der aus der "äquivalenten Luftschichtdicke" des Einkapselungsmaterials resultiert. Diese Einstellung der Abstandsposition wird somit durch die äquivalente Luftschichtdicke bestimmt und ist eine Funktion des Brechungsindex des Einkapselungsmaterials, ist aber üblicherweise zwei Drittel von dem von Luft. Das

IQ bedeutet, das aktive Element ist um ein Drittel dichter als es in Luft wäre. Fig. 7 zeigt, wie der wahre Brennpunkt durch die "äquivalente Luftschichtdicke" beeinflußt wird. Einige Flüssigkeiten, beispielsweise Kerosin, haben einen Brechungsindex, der sich beispielsweise von dem von Wasser unterscheidet; somit kann eine geringfügige Positionseinstellung der Empfängeranordnung wünschenswert sein, um eine Anpassung an diesen anderen Brennpunkt vorzunehmen. Das Spannungsteiler-Ausgangsverhältnis der Anordnung gemäß Fig. 1 ist üblicherweise 10:1 bei den bevorzugten Flachlinsen-Anordnungen mit großem Empfangswinkel.

Bei erfindungsgemäßen Tests wurden unveränderte QQ Phototransistoranordnungen verwendet, jedoch war zu beobachten, daß die Verhaltenscharakteristiken von benachbarten Anordnungsgruppen und sogar von angrenzenden Phototransistoren, die integral innerhalb derselben geformten Anordnung waren, beträchtgg liehe und nicht akzeptable Ausgangssignalabweichungen besaßen, wenn sie im wesentlichen identischen Test-

O O ~ ü 7 Q C

bedingungen unterworfen wurden. Dennoch zeigte derselbe Vergleich unter Verwendung von modifizierten oder mit Flachseite versehenen Phototransistoranordnungen gemäß Fig. 5 und 6 ein hohes Spannungsverhältnis von 10:1, das von Element zu Element innerhalb einer einzigen integral geformten Anordnungsgruppe im wesentlichen konstant war und in gleicher Weise von einer Anordnung zur nächsten konstant war.

Die Verwendung einer klaren, farblosen, transparenten Flüssigkeit, z.B. von Kerosin oder Wasser, innerhalb eines Glasrohres erzeugte den gewünschten Lichtkontrast am Brennpunkt des mit Flüssigkeit gefüllten Rohres. Somit wird gemäß der Erfindung ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohr verwendet, das als Kondensor- oder Konvergenzlinse'für die volle seitliche Parallelstrahlenbeleuchtung ohne irgendwelche dazwischen angeordnete Konvexlinsen oder andere modifizierende Elemente dient, welche eine unerwünschte sekundäre Fokussierung mit sich bringen könnten.

Die Erfindung resultiert somit in einer Vorrichtung, die als optoelektronischer Sensor mit quasi-binärem elektronischen Ausgangssignal einsetzbar ist, um sich mit und ohne implizierte Beschränkungen einsetzen zu lassen, beispielsweise bei Manometern, Sichtgläsern oder Wasserwaagen.

Gemäß der Erfindung können auch Standard-Detektoren ohne Linse verwendet werden, wie z.B. lineare Photodiodenanordnungen der Reticon "S" Serie oder Litronix BPX92 oder BPX93 Photodioden oder Litronix BPY11P-4, 5, 6 Silizium-Photoelemente, die in der primären Brennebene eines mit Flüssigkeit gefüllten Rohres angeordnet werden, solange die aktive Fläche von dem Keil

des fokussierten Lichtes bedeckt wird und Dunkelströme kein Rauschen erzeugen, welches den Rauschabstand verringert.

Aufgrund der wesentlich größeren effektiven Apertur oder Öffnung kann gemäß der Erfindung ein wesentlich größeres oder stärkeres Lichtsignal erhalten werden, ohne daß dies auf irgendwelchen präzisen Ausrichtungsanforderungen beruht. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, eine zweite Anordnung an jedem Rohr zu verwenden, die um eine halbe Schrittbreite versetzt ist und ihre eigene Lichtquelle besitzt, um das Auflösungsvermögen der Meniskusposition von beispielsweise 0,254 cm (0,10 inch) auf 0,127 cm (0,05 inch) zu erhöhen.

Es wurden verschiedene Konfigurationen für die Rohrgröße, dia Beleuchtungsrichtung und den relativen Abstand der Phototransistoren von der Mittellinie oder Achse des Rohres untersucht. Eine Lichtquelle, die sich als einfach und funktionsgemäß erwies, besteht aus einer Glühbirne 12, die viele Durchmesser von dem Rohr entfernt angeordnet ist, um zu gewährleisten, daß im wesentlichen parallele Lichtstrahlen auf die Seitenwände des Rohres unter einem Winkel auftreffen, der im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse im interessierenden Bereich des Rohres liegt.

Die Benetzungsexgenschaften des Fluids, der Kippwinkel des Rohres und der Rohr-Innendurchmesser sind wichtige Faktoren für die Gestalt und Form des Meniskus, wie sich Fig. 9 und 10 entnehmen läßt. In Fig. 9 ist ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 1,27 cm (0,5 inch) dargestellt, das teilweise mit Wasser gefüllt ist und einen Meniskus besitzt, der typisch für ein unter einem Winkel von 15° gegenüber der Horizontalen geneigtes

Q Q O C C Q [Γ

w O ö O ο W Rohr ist. Der Meniskus in Fig. 9 hat ein relativ längeres Profil als der Meniskus gemäß Fig. 10, der sich bei Wasser in einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 0,397 cm (5/32 inch) ausbildet, wobei das Rohr ebenfalls unter einem Winkel von 15° gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Selbstverständlich hat die Form des Meniskus in Rohren von nahezu jeder Größe, also bei großen oder kleinen Rohren, ein geeignetes kurzes Profil, wenn das Rohr senkrecht zur horizontalen Ebene geneigt ist. Somit wird die Änderung der Lichtintensität am Brennpunkt den gewünschten abrupten Übergang von hoher zu niedriger Helligkeit besitzen, wenn das Licht entweder durch die Flüssigkeit oder durch das Gas hindurchgeht.

Da der Meniskus in Fig. 9 ausgebreitet ist, ist die Position des Meniskus tatsächlich eine Zone begrenzter Länge, während eine kürzere, aber begrenzte Länge beim Beispiel unter Verwendung einer anderen Anordnung oder eines kleineren Rohres zu beobachten ist, wie beispielsweise in Fig. 10. Aus Gründen der Einheitlichkeit wird im Zusammenhang mit der Erfindung die Position des Meniskus nur als relative Position interpretiert. Diese relative Position kann dann als Punkt irgendwo längs der Flüssigkeits-Gas-Grenzschicht-Oberfläche identifiziert werden, ein Punkt, an dem beispielsweise das hindruchgelassene Licht fokussiert und auf einen bestimmten willkürlichen Wert intensiviert ist. Mit dem Wissen, daß die Position des Meniskus von einer willkürlichen Definition abhängig wird, wird es überflüssig und unzweckmäßig, darüber zu argumentieren, ob die Erfindung die richtige Position des Meniskus oder irgendeinen anderen willkürlichen Punkt relativ zum Meniskus bestimmt. Da

gg außerdem die optoelektronische Detektoranordnung einen begrenzten Abstand zwischen den Empfängern

hat und die diskreten Elemente der Anordnung in einer quasi-binären Betriebsart arbeiten sollen, ist offensichtlich, daß die Position des Meniskus in der Interpretation der Erfindung eine Approximation von dem ist, was ein Anderer als die wahre Position des Meniskus und innerhalb des Rahmens der Erfindung liegend ansehen mag, so daß derartige Argumente gegenstandslos werden.

Da das Profil des Meniskus relativ konstant bleibt, wenn sich der Meniskus über die Rohrlänge bewegt, und da die Blase bei einer Wasserwaagen-Anordnung symmetrisch um eine Mittelebene ist, werden irgendwelche willkürlichen Versetzungen der wahren Position des Meniskus, verglichen mit der optoelektronischen Positionsanzeige gemäß der Erfindung, sich wechselseitig aufheben. Diese Versetzungs-Aufhebung eignet sich für Manometer, und dieser sozusagen automatische symmetrische Ausgleich eignet sich für Wasserwaagen-Anwendungsfalle.

Bei Anwendung auf Flüssigkeitsmanometer spricht die erfindungsgemäße Anordnung auf Beleuchtungskontraste an, wenn die Phototransistoranordnung in einem Abstand von 1 bis 3 Rohrradien von der Rohrmittellinie angeordnet ist. Die stärkste Fokussierung tritt bei einem Abstand von ungefähr 1,1 Radien von der Mittellinie auf.

Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß Her-3Q Stellungsdifferenzen bei Phototransistoren solche Schwankungen hervorrufen, daß es wünschenswert ist, daß sie an eine Art von Ausgangssignal-Aufbereitungseinrichtung angeschlossen werden, wie z.B. 74LS14 Schmitt-Trigger, wie sie mit dem Bezugszeichen 15 in Fig. 1 bzeeichnet sind, oder an eine andere binäre Einrichtung, z.B. Schalttransistoren oder Komparatoren.

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Schmitt-Trigger haben den Vorteil einer eingebauten Hystereseschleife, um Ausgangssignal-Doppeldeutigkeiten oder Schwingungen zu beseitigen.

° Richtige Beleuchtungspegel können erreicht werden, indem man die Lichtquelle weiter weg von dem oder dichter an das Glasrohr bewegt oder indem man die Lichtquelle abschirmt oder abschattet oder indem man eine einfache elektrische Dimmer-Schaltung verwendet, beispielsweise einen Rheostaten oder einen selbsteinstellenden Festkörper-Lichtdimmer, der mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.

Gemäß der Erfindung ist auch eine Spannungsteileranordnung von richtig vorgespannten Phototransistoren vorgesehen, die sich längs des jeweiligen Manometerschenkels befindet, wobei jeder einzelene Phototransistor elektrisch in Reihe mit entsprechenden einzelnen Widerständen von geeignetem Widerstandswert geschaltet ist, so daß dann, wenn eine Gleichspannung auf irgendeines der Widerstands-Phototransistor-Paare aufgeprägt wird, eine Spannungsteilerschaltung ausgebildet wird. Das Ausgangssignal dieser Anordnung von Spannungsteilern wird dann Element für Element auf die Anwesenheit oder Abwesenheit des Fluids an diesem speziellen Ort des Elementes ansprechen. Es ist klar, daß die Phototransistoren und Spannungsteilerwiderstände dazwischengeschaltet werden können oder daß die Schmitt-Trigger auch nichtinvertierenden Aufbau haben können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Diese typische Variation oder Änderung des Ausgangssignals der Spannungsteileranordnungen erfordert üblicherweise eine Signalaufbereitung mit Schmitt-Triggern, Komparatoren oder eine andere Signalaufbereitung, um Sxgnaldoppeldeutigkeiten, Vaszillationen, Drifteffekte oder Rauschen auszuschalten und von jedem Phototransi-

stor/Widerstands-Spannungsteilerpaar ein verwendbares binäres logisches Ausgangssignal zu erzeugen.

Das von den Schmitt-Triggern erzeugte Hysteresenschleife-Ausgangssignal ergibt ein außerordentlich gutes, nicht-vaszillierendes Ausgangssignal entweder im hohen Logikzustand mit +4,0 Volt oder im niedrigen Logikzustand mit ungefähr 0,1 Volt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Spannung des Ausgangssignals unterhalb oder oberhalb der Ansprechsspannung des Schmitt-Triggers liegt.

Gemäß der Erfindung ist auch eine Einrichtung vorgesehen, mit der das individuelle Ausgangssignal von jedem Schmitt-Trigger 15 einen einzelnen Summierwiderstand 16 versorgt und bei der jede Kombination aus Schmitt-Trigger und Summierwiderstand bei demselben Schenkel des Manometers an einen elektrisch gemeinsamen Eingangspunkt 21 angeschlossen ist, der auch als Summierpunkt für den Operationsverstärker 18 bezeichnet wird. Jeder Summierpunkt repräsentiert elektrisch den Pegel der Flüssigkeitssäule innerhalb des jeweiligen Manometerschenkeis, wie sich aus Fig. 1 entnehmen läßt. Die Subtraktion der elektrisehen Signale an den jeweiligen Summierpunkten 17 und 21 voneinander wird das elektrische Äquivalent des herrschenden Differenzdruckes ergeben, der von dem geneigten U-Rohrmanometer gemessen wird. Dieser elektrische Subtraktionsprozeß wird in

OQ einfacher Weise unter Verwendung eines Operationsverstärkers in Form einer integrierten Schaltung durchgeführt, z.B. mit einem Verstärker vom Typ 741.

Dieser Verstärker wird als linearer Differenzverstärker ker 18 auf die Eingangssignaldifferenz ansprechen und unter Verwendung eines Rückkopplungszweiges 19 ein verwendbares Ausgangssignal mit geeigneter Verstärkung

3 3 5 und Zeitkonstante liefern. Nach Wahl des Benutzers kann dieses Ausgangssignal aufbereitet oder durch Zeitintegration modifiziert oder aber anderweitig verarbeitet werden, beispielsweise durch Summenbildung, Wurzelziehen oder Multiplikation, oder aber in eine andere Signalform umgewandelt werden, z.B. pneumatisch, mechanisch oder in anderer Weise; dies hängt davon ab, was bei den jeweiligen Anwendungsfällen für die gemessenen oder kontrollierten physikalischen Parameter am besten geeignet ist. Diese Signaländerungen oder -Umwandlungen sind keinesfalls einschränkend oder abschließend aufzufassen, vielmehr sind sie lediglich als Beispiele genannt, bei denen Differenzdrucke als Primärdaten für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten, Strömungsdurchsätzen, Flüssigkeitstiefen oder andere physikalische Größen bzw. zur Steuerung dieser Variablen verwendet werden.

Gemäß der Erfindung kann auch eine zweite, andere elektronische Schaltung vorgesehen sein, bei der eine digitale elektronische Einrichtung in Form eines sogenannten Prioritätskodierers anstelle der Summierwiderstände und des Summierpunktes verwendet wird. Das ursprüngliche geneigte U-Rohr-Manometer mit seiner Lichtquelle und mit seinen Phototransistor /Wider st ands-Spannungsteileranordnungen und den jeweiligen Schmitt-Triggeranordnungen wird beibehalten, aber die Summierwiderstände und der Operationsverstärker werden durch einen Prioritätskodierer 22 ersetzt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Dieser oder diese Prioritätskodierer haben die gleiche Anzahl von Signaleingängen wie Phototransistoren in der Anordnung vorhanden sind. Das resultierende Ausgangssignal des Prioritätskodierers ist eine binär kodierte Größe (BCD), welche den Ort innerhalb der Anordnung des ersten Logiküberganges der

3 3 3 5 5 S jeweiligen in einer Anordnung, einem Feld oder einer Matrix angeordneten Photosensoren repräsentiert.

Wie bei der ersten Ausfuhrungsform der Erfindung hat auch diese Ausführungsform eine identische Sensorschaltung an jedem Schenkel des Manometers, aber bei dieser Ausführungsform werden die Ausgangssignale der jeweiligen Prioritätskodierer, wie aus Fig. 8 ersichtlich, ohne weiteres subtrahiert, indem man eine

,λ an sich bekannte binäre arithmetische Elektroniktechnik verwendet, um ein einziges binäres Ausgangssignal zu 1"> fern, das repräsentativ für den Differenzdruck isL» der im Manometer herrscht. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Verwendung von

,g Schmitt-Triggern oder anderen Signalaufbereitungselementen wegzulassen, wenn die Eingangssignalintensität und die Empfindlichkeit des Prioritätskodierer s eine derartige Weglassung ermöglichen.

„« Fig. 8 zeigt die Verwendung von zwei Meßbereichsüberschreitungs-Detektorsystemen 27, um Alarm zu geben, wenn der Meniskus die Endgrenzen der Anordnung überschreitet. Exklusiv-OR-Gatter 27 liefern ihr Signal einem AND-Gatter 26, das bei Meßbereichs-

2g Überschreitung in den hohen Logikzustand gehen wird.

Fig. 8 zeigt die elektronische Anordnung, welche ein binäres Digitalisierungssystem zur Verwendung mit dem Manometer 11, eine Lichtquelle 12, Widerstände _o_ 14, Phototransistoren 13 und Schmitt-Trigger 15 aufweist, wie es in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Die Ausgangssignale von den aufeinander folgenden Schmitt-Triggern 15 sind direkt an eine gleiche Anordnung von Invertern 23 angeschlossen. Die Ausgangssignale der Inverter 23 gehen direkt zu den aufeinander folgenden

Eingängen eines anderen Satzes von Prioritätskodierern

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Diese gesamte Schaltung existiert für jeden Schenkel des Manometers und seine entsprechende Phototransistoranordnung 13.

Das Ausgangssignal von einer Gruppe von Prioritätskodierern 22 liefert eine binär kodierte Stelle, die äquivalent zu der Position des Meniskus in diesem Schenkel ist, und die andere Gruppe des Prioritätskodierers 22 liefert eine zweite binär kodierte Stelle, die bei Normalbetrieb die Komplementzahl zur ersten Zahl ist.

Fig. 8 zeigt die Schaltungsanordnung, welche eine Paritätsprüfung für die beiden komplementären Binärzahlen unter Verwendung eines Addierers 24 durchführt, dessen Ausgangssignal mit dem Addierer mit vorher einstellbarem oder setzbarem Eingangssignal addiert wird. Das Ausgangssignal des Addierers 28 wird mit AND-Gattern 26 geprüft, so daß sämtliche Ausgangsleitungen im hohen Logikzustand sind und mit dem Meßbereichsüberschreitungs-Logiktest 27 geprüft werden. Ein niedriger Logikzustand vom Ausgangssignal von einem der AND-Gatter 26 wird einen Alarmzustand erzeugen.

Die binär kodierte Zahl, die dem Differenzdruck am Manometer äquivalent ist, wird durch die binäre Subtraktion des Ausgangssignals der einen Anordnung von dem binären Ausgangssignal der anderen Anordnung erzeugt, indem man eine an sich bekannte binäre Arithmetikeinheit verwendet.

Die Paritätsprüfung unter Verwendung der Bauelemente 24, 28 und 26 ist zusätzlich zu den jeweiligen opto-3g elektronischen Ausleseschaltungen des Manometers vorgesehen, um ausgefallene Bauelemente oder den Einschluß

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von Schmutz innerhalb des mit Flüssigkeit gefüllten Manometers zu testen. Diese vorgesehene Paritätsprüfung erfordert üblicherweise Signal-Inverter 23 an den Ausgängen der Schmitt-Trigger-Anordnung, wobei ^ diese Inverterausgangssignale einen anderen Prioritätskodierer versorgen, der dann die komplementäre Binärzahl für die Anordnung dieses Schenkels in der dargestellten Weise liefert. Die Funktion dieser Paritätsprüfung besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, um von einem Ende längs einer vorgegebenen Anordnung von dem mit Flüssigkeit gefüllten Ende hochzuzählen und gleichzeitig von oben längs derselben Anordnung vom anderen Ende derselben Anordnung herunterzuzählen. Wenn beispielsweise 18 Elemente in einer einzigen Anordnung vorhanden sind und der erste Prioritatskodxerer von unten bis 5 zählt, werden logischerweise die ersten 5 Phototransistoren durch die Linsenwirkung der Flüssigkeit innerhalb des Manometerrohres getriggert. Dann wird der komplementäre Prioritatskodxerer voraussichtlich von oben oder vom anderen Ende des Manometers bis 13 (18-13=5) herunterzählen. Ein einfacher, vorher setzbarer binärer Addierer 28 und die Logikprüfung beim AND-Gatter 26 werden ein Alarmsignal liefern, wenn die jeweiligen Prioritätskodierer kein Komplement liefern, beispielsweise die Addition nicht 18 ergibt. Der offensichtliche Vorteil dieser Paritätsprüfung besteht darin, daß in wirksamer Weise ausgefallene Bauteile oder Einschlüsse innerhalb des Manometerfluids identifiziert werden und Alarm gegeben wird, und in der Tat kann dies als Erfordernis bei Vorgängen angesehen werden, die ausfallsichere Kontrollen erfordern.

Das Alarmsystem 27 überwacht die Logikpegel der beiden

-«Τ-, 31- 3335535 gegenüberliegenden Endelemente innerhalb einer Anordnung und wird Alarm geben, immer wenn beide Endelemente auf demselben Logikpegel sind. Somit wird der hier vorgesehene Logiktest jedesmal dann Alarm geben, wenn entweder der Fluidpegel die Abtastgrenzen der Phototransistoranordnungen überschreitet oder wenn die Lichtquelle ausfällt oder zu hell oder zu dunkel wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß dieses digital kodierte Ausgangssignal zur Datenübertragung, digitalen QuadratwurzelZiehung, digitalen Multiplikation und für die direkte Eingabe in andere Überwachungs- und Steuersysteme verarbeitet wird.

Unter Verwendung einer nicht-modifizierten TIL 621 Phototransistoranordnung mit Kappenlinse kann auch ein Ausgangssignal zwischen den Kollektor/Emitteranschlüssen gemessen werden. Das dargestellte Prioritätskodiersystem vom Typ 74LS348 kann verwendet werden, um diesen Übergangspunkt in Form von verwendbaren elektronischen Daten repräsentativ für die Meniskusposition zu verwenden. Entweder die modifizierte oder die nicht-modifizierte Phototransistoranordnung, die bei den Prioritätskodierern verwendet wird, wird beispielsweise als elektronische Ausleseeinrichtung für eine Wasserwaage dienen.

Leerseite

Claims

Verfahren zur Menxskuspositionsbestinunung und Meniskus-

positionsdetektor

Patentansprüche

!/^Verfahren zur Bestimmung des Ortes eines Meniskus an der Fluidgrenzflache von zwei unvermischbaren Fluiden in einem Rohr, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr von einer Lichtquelle mit sichtbarem Licht eines im wesentlichen parallelen Lichtstrahles bestrahlt wird, daß der Lichtstrahl ohne zusätzliche Linsen ausschließlich von dem in dem Rohr enthaltenen Fluid auf einen Brennpunkt fokussiert wird, und daß das derart fokussierte Licht von einer Photodetektoranordnung ohne zusätzliche Fokussierlinsen aufgefangen und in Form eines Signales verarbeitet wird, wobei von den Photodetektoren der große Lichtintensitätsunterschied, bedingt durch die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Flüssigkeit im Rohr, verwendet und damit quasi-binäre

-2-Signale erzeugt werden.

2t Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel eines U-Rohres mit derselben Lichtquelle aus vorgegebenem Abstand bestrahlt werden, daß die von den jeweiligen Schenkeln des Rohres hindurchgelassenen Lichtintensit-äten von den dem jeweiligen Schenkel des O-Rohres zugeordneten Photodetektoranordnungen gemessen werden und daß die so gemessenen Signale dann einer gemeinsamen Verarbeitung unterworfen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet, daß Photodetektoranordnungen mit einer Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten Photodetektoren zur genauen Bestimmung des Ortes des jeweiligen Meniskus verwendet werden und daß ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn der vorgegebene Meßbereich über die Länge des zu überwachenden Rohres verlassen wird.

4. Photoelektronische Vorrichtung zur Bestimmung des Ortes eines Meniskus an der Fluidgrenzflache von zwei unvermischbaren Fluiden innerhalb eines Rohres, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (11) mit einem im wesentlichen zylindrischen Querschnitt aus einem lichtdurchlässigen Material vorgesehen ist, wobei sich die Fluide und die Fluidgrenzflache durch das Rohr (11) bewegen und unterschiedliche Brechungseigenschaften besitzen und wobei zumindest das erste Fluid eine Flüssigkeit ist, deren Brechungseigenschaften innerhalb des Rohres (11) mit dem Rohr unter Bildung einer Sammellinse zusammenwirken,
daß eine Lichtquelle (12) auf einer Seite des Rohres

(H) vorgesehen ist und im wesentlichen parallele Lichtstrahlen erzeugt, die im wesentlichen auf die

3 3 3 b ο 8

ι gesamte ausgerichtete freiliegende Seite des Rohres (11) treffen und von. dem ausgerichteten Rohr (11} und den Fluiden (10) hindurchgelassen werden, daß eine photoempfindliche Anordnung (13) mit freien liegender aktiver Fläche vorgesehen ist, wobei die photoempfindliche Anordnung (13) sich auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres und im Abstand von dem Rohr (11) befindet, wobei der Abstand zwischen der aktiven Fläche und dem Rohr im wesentlichen von

_1n dem konstanten gleichförmigen Medium gebildet wird, um das gesamte Licht direkt längs des von dem mit Flüssigkeit (10) gefüllten Rohr (11) emittierten Weges zu übertragen, wobei die Flüssigkeit (10) mit dem Rohr (11) unter Bildung der Sammellinse

₁,- zusammenwirkt und das Licht auf die photoempfindliche Anordnung (13) konzentriert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) eine

Glühbirne ist, die sich im Abstand eines Vielfachen 20

des Rohrdurchmessers von dem Rohr (11) befindet und im wesentlichen paralleles Licht erzeugt, das auf das Rohr (11) fällt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e -

kennzeichnet , daß die elektromagnetische Strahlung der Lichtquelle (12) Licht aus dem sichtbaren Bereich enthält und daß die Empfängerfläche auf sichtbares Licht anspricht, wobei das Rohr (11)

und die Flüssigkeit (10) im wesentlichen transparent 30

und farblos sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß

das Rohr (11) kreisförmigen Querschnitt mit iin wesent-35

liehen konstanter Wandstärke besitzt.

* 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangsfläche sich in einer von der Sammellinse (10, 11) gebildeten Brennebene befindet und senkrecht zu der Ebene steht, die von der zentralen optischen

Achse der Lichtquelle (12) und des Rohres (11) gebildet wird, und daß die Empfangsfläche eine effektive Breite besitzt, die im wesentlichen, gleich der Breite des Lichtstrahles in der Brennebene ist. 10

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Empfänger eine Anordnung von Elementen (13) aufweist, die zur Erzeugung einer Folge von binären Ausgangssignalen verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfängerelemente Phototransistoren sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren, der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß an die Anordnung eine Ausgangseinrichtung (14-21; 22-28) angeschlossen ist und Mittel aufv/eist, um die Anzahl der Elemente in einem entsprechenden Zustand zu zählen.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, durch gekennzeichnet , daß die photoempfindliche Anordnung eine Vielzahl von aktiven Elementen (13) aufweist, die in einer linearen Anordnung am Brennpunkt der Sammellinse (10, 11) angeordnet sind, und daß ein Medium ohne Linsenwirkung zwischen dem Rohr (11) und der aktiven Fläche angeordnet ist und das Licht aus dem Rohr direkt auf eine im wesentlichen lineare Strecke richtet.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der Elemente als ebenes Element ausgebildet ist, das in einer das Medium ohne Linsenwirkung bildenden Kunststoffschale eingebettet ist, wobei die Schale einen dünnen Film aufweist, der das ebene Element bedeckt und eine das Licht empfangende glatte Oberfläche besitzt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 13, gekennzeichnet durch eine binäre Zähleinrichtung (22-28), die an die Elemente (13) angeschlossen ist und die Anzahl von Elementen von den gegenüberliegenden Enden der Anordnung aufzeichnet, und durch eine Einrichtung (24-28) zum Vergleich der Zählergebnisse mit den Elementen in der Anordnung.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohr (11) ü-förmig ausgebildet ist und die Flüssigkeit in seinen beiden Seiten und der verbindenden Basis enthält, wobei erste und zweite Detektoranordnungen vorgesehen sind, die mit jeweils einer Seite des U-förmigen Rohres (11) ausgefluchtet sind, und daß eine Einrichtung (13-21) zum Vergleich der Ausgangssignale der Anordnungen vorgesehen ist.

16. Detektoranordnung zur nicht-eingreifenden Pegelbestimmung, gekennzeichnet durch ein Strahlung hindurchlassendes Rohrelement (11), das eine erste Flüssigkeit (10) und ein zweites Fluidmedium enthält, die miteinander eine zu messende Grenzfläche bilden, wobei die Flüssigkeit (10) mit dem Rohrelement (11) zusammenwirkt und die Strahlung auf eine Brennebene in der Nähe der Außenoberfläche

des Rohrelementes (11) fokussiert und wobei das zweite Fluidmedium mit dem Rohrelement (11) zusammenwirkt und die Strahlung bezüglich der Brennebene streut, um ein binäres Logikausgangssignal in Abhängigkeit von der vorgewählten Positionierung der Grenzfläche relativ zu der Umwandlungseinrichtung zu erzeugen.