DE3346198A1 - Sensor fuer die beruehrungsfreie erkennung von fluessigkeiten in leitungen - Google Patents

Description

• Gegenstand: Sensor für die berhrungsfreie
• Erkennung von Flüssigkeiten in Leitungen Allgemeines, Zweck und Abgrenzung Wenn Flüssigkeiten in Leitungen transportiert, verteilt oder in Teilmengen dosiert werden, ist es nötig, zu erkennen, ob sich in einer Leitung Flüssigkeit befindet oder nicht.
• Automatisch arbeitende Apparaturen werden dazu mit Flüssigkeitssensoren ausgestattet, die den jeweiligen Füllzustand der Leitung an eine zentrale Steuer- und Überwachungseinheit melden. Solche Apparaturen oder Vorrichtungen finden u.a.
• Verwendung in der Chemischen und Pharmazeutischen Industrie (Prozeßsteuerung in der Produktion; Qualitätskontrolle), in der Medizin (Kontrolle und Analyse der Körperflüssigkeiten), in der Wasserchemie (Wasserwerke), in der Lebensmittelchemie, im Bereich Atomenergieerzeugung (Überwachung der Kühlwassersysteme im Reaktor) und vielen anderen Institutionen aus Forschung und Industrie, und zwar sowohl im Labormaßstab, als auch im Werksbereich.
• Entsprechende Sensoren sind bekannt. Sie arbeiten unter Ausnutzung verschiedener physikalischer Phänomene, wie z.B.: O Elektrische Leitfähigkeit O Wärmeleitfähigkeit . Ultraschall-Leitfähigkeit Lichtabsorption . Kapazitive Änderung . Änderung des Dielektrikums . Gewichtsänderung O Kreisel- oder Giro-Effekte Alle diese Systeme haben mindestens einen der nachfolgend genannten Nachteile: . Die Flüssigkeiten werden durch Elektroden oder dergl. berührt oder abgetastet und müssen elektrisch leiten.
• o Die Flüssigkeiten werden durch die Messung chemisch oder physikalisch verändert.
• . Die Flüssigkeiten müssen in der Leitung fließen, dürfen nicht in der Leitung stillstehen.
• o Der Querschnitt der Leitungen darf nicht zu klein werden.
• .0 Die Messung erfolgt nicht totvolumenfrei.
• Der Sensor stellt den Flüssigkeitsstand in der Leitung nur recht ungenau fest.
• Der Sensor wird durch Fremdlicht oder Fremdwärme bzw.
• fremde elektrische Feldlinien beeinflußt bzw. getäuscht.
• per erfindungsgemäße, neuartige Sensor arbeitet nach keinem der genannten Prinzipien.
• Er berührt die Flüssigkeiten nicht und verändert sie nicht.
• Er stellt den Flüssigkeitsstand in einer Leitung auf 0,1 mm genau fest mit bester Reproduzierbarkeit, gleichgültig ob die Flüssigkeit fließt oder ruht und unabhängig davon, ob die Flüssigkeit elektrisch leitend ist oder nicht, oder unter welchem Druck sie steht. Der Sensor funktioniert auch bei Leitungen mit kleinsten Querschnitten (z.B. lichte Weite 0,1 mm) Er wird durch Fremdlicht oder andere äußere Parameter nicht beeinflußt.
• Hintergrund der Erfindung ElektromOgnetische Wellen des sichtbaren Bereiches werden beim Durchgang durch eine transparente oder teiltransparente Flüssigkeit gebeugt, abgelenkt bzw. teilweise reflektiert0 Die Ablenkung, Reflexion bzw. Beugung hängt von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts und dem Brechungsindex der unterschiedlichen Füllmedien ab. Letztere sind stoffspezifisch.
• Wird eine Lichtquelle, zBo ein Infrarotemitter (LED), so an der Außenwand einer transparenten (Glasrohr) oder halbtransparenten (Teflonschlauch) Röhre angebracht, daß ihre Hauptstrahlen vollständig oder nahezu senkrecht auf die gedachte Leitungsachse treffen, und ist der Leitungsquerschnitt an dieser Stelle rund oder besitzt angenähert eine geometrische Form ähnlich dem Querschnitt einer optischen Sammellinse, so wird das von der Lichtquelle ausgehende Licht an den leeren Schlauchwänden zerstreut und erreicht nur zu einem kleinen Teil den gegenüber der Lichtquelle in der gleichen Ebene aber auf der anderen Schlauchseite montierten Empfänger.
• (Siehe dazu Skizze 1).
• Sobald die Schlauchleitung mit einer ganz oder teilweise transparenten Flüssigkeit gefüllt ist, wirkt,aufgrund der Geometrie des Schlauchquerschnitts, das Flüssigkeitssegment zwischen Emitter und-Empfänger wie eine optische Linse, die den größten Teil des eingestrahlten Lichts der Lichtquelle auf den Empfänger bringt, sofern dieser in der ungefähren Lage des Brennpumktes situiert ist0 (Siehe dazu Skizze 2)o Umgekehrt kann ein zu einer als optische Streulinse verformter Leitungsquerschnitt luftgefüllt mehr Licht auf den Empfänger gelangen lassen, als wenn er flüssigkeitsgefu'llt ist.
• (Ohne Skizze).
• Außerdem sind Anordnungen mit oder ohne Zwischenschaltung eines Reflektors denkbar, die den Hauptstrahl der Lichtquelle auf den Empfänger lenken, sobald die Leitung flüssigkeitsgefüllt und nicht mehr luft- bzw. gasgefüllt ist, oder auch solche Anordnungen, die umgekehrt wirken. In diesen Fällen erreicht mehr Licht durch die gas ge füllte Leitung den Empfänger, während die mit Flüssigkeit gefüllte Leitung die Lichtstrahlen von den Empfänger ablenkt, Eine dem Empfänger nachgeordnete Schwellwertschaltung, etwa der Art Skizze 3, verstärkt das Empfängersignal und verursacht die Erregung eines magnetischen bzw. die Durchschaltung eines Transistorrelais, wodurch der Füllzustand der Leitung an eine Steuerungs- und Überwachungsanlage gemeldet werden kann.
• Zur Ausschaltung von Fremdlichteinflüssen bestehen drei Möglichkeiten.
• . Lichtundurchlässiges Gehäuse um Sensor und Schlauchleitung.
• . Man verwendet Licht einer bestimmten Wellenlänge, das im Meßraum sonst nicht vorkommt (z.B. Infrarot).
• . Man verwendet (beispielsweise über eine nand/nor-watterschaltung) gepulstes Licht, welches über ein synchron geschaltetes Tor den Empfänger erreicht. Die Pulsfrequenz ist so zu wählen, daß sie im Meßraum nicht nochmals vorkommt.
• Die genannten Möglichkeiten sind Stand der Technik, ebenfalls die Schwellwertschaltung,und werden daher an dieserStelle nicht näher erläutert.
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Claims (1)

1. Patentansprüche 3 Flüssigkeitssensor, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle bzw. Lichtzuleitung (z.E. Glasfaserleitung) und Lichtempfänger bzw. Lichtableitung (z,B. Glasfaserleitung) radial an der Außenwand einer transparenten oder teiltransparenten Leitung so angeordnet sind, daß die Strahlen der Lichtquelle den Lichtempfänger je nach Füllstand der Leitung direkt oder über zwischengeschaltete Reflektoren oder Lichtleiter mehr oder weniger stark erreichen, wobei die Intensitätsänderung des Lichtempfangs hauptsächlich auf Effekte der unterschiedlichen Lichtablenkung bzw. Lichtbeugung und Lichtreflexion an Medien verschiedener Brechungs- bzw. Beugungs- bzw. Reflexionseigenschaften zurückzufuhren sind und weniger auf Effekte der Lichtabsorption.

   2o Flüssigkeitssensor nach (1) dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente oder halbtransparentes mit Flüssigkeit gefüllte und lichtdurchstrahlte Leitung durch die geometrische Form ihres Querschnittes mehr oder weniger Licht auf den Empfänger ablenkt bzw. gelangen läßt, als die mit Gas oder Luft gefüllte gleiche Leitung, wobei dies nicht auf Effekte der Lichtabsorption zurückgeführt werden kann.