DE3703629C2

DE3703629C2 - Level indicator

Info

Publication number: DE3703629C2
Application number: DE3703629A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Knoll; Franz Pachner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2007-02-07
Also published as: IT1216729B; FR2610720A1; FR2610720B1; DE3703629A1; IT8819248A0

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Füllstandsanzeiger für Flüssigkei ten nach der Gattung des Anspruchs 1 oder 2.The invention is based on a level indicator for liquids ten according to the preamble of claim 1 or 2.

Bei bekannten Füllstandsanzeiger weist der Lichtleiter an seiner Mantelfläche meh rere nach außen weisende Erhöhungen auf. An diesen Erhöhungen kann Licht aus dem Lichtleiter austreten, sobald die jeweilige Erhöhung in die Flüssigkeit eintaucht. Je mehr Erhöhungen sich in der Flüs sigkeit befinden, desto mehr Licht wird ausgekoppelt und desto weniger Licht gelangt zum Empfänger. Dieser Füllstandsanzeiger hat aber den Nachteil, daß nur bestimmte, abhängig von der Anzahl der Erhöhungen vorgegebene Füllstände detektiert werden können. Es ist deshalb nur eine quasidigitale Überwachung eines Flüssigkeitstandes möglich. In known level indicators, the light guide has more on its outer surface rer outward elevations. At these increases can Light emerge from the light guide as soon as the respective increase immersed in the liquid. The more increases are in the rivers the more light is emitted and the more less light reaches the receiver. This level indicator has but the disadvantage that only certain, depending on the number of Increases predetermined fill levels can be detected. It is therefore only a quasi-digital monitoring of a liquid level possible.

In der DE-PS 34 15 242 wird ein Grundprinzip eines faseroptischen Füllstandsanzeigers dargestellt. Hierbei wird das Licht über einen Lichtwellenleiter abhängig von der Füllstandshöhe in den anderen Lichtwellenleiter übergekoppelt. Ihr eigentlicher Meßbereich wird hierbei auf einen definierten Sensorspalt begrenzt. Seine Verwendung wird nicht zur Füllstandshöhenmessung sondern zur Temperaturmessung der Flüssigkeit, oder zur Überwachung von Flüssigkeiten auf Blasen bildung bzw. zur Trübungsmessung vorgeschlagen. Insbesondere bei der Überwachung der Blasenbildung soll eine sprunghafte Signaländerung erreicht werden.DE-PS 34 15 242 describes a basic principle of an optical fiber Level indicator shown. Here the light is over a Optical fibers depending on the level in the others Optical fiber coupled over. Your actual measuring range will be limited to a defined sensor gap. Its use does not become a level measurement but a temperature measurement the liquid, or to monitor liquids for bubbles education or proposed for turbidity measurement. Especially with the Monitoring blistering is said to be a sudden signal change can be achieved.

Mit Hilfe der in der DE-OS 31 44 541 beschriebenen Vorrichtung zur Erfassung des jeweiligen Niveaus von Flüssigkeiten in Behältern wird mit Hilfe eines Lichtleiters gearbeitet. Hierbei ist im Lichtleiter in regelmäßigen Abständen eine Verspiegelung angebracht. In den Be reichen zwischen der Verspiegelung kann Licht austreten. Somit kann ein Teil der eingestrahlten Strahlung aus dem Lichtleiter heraus treten, wenn er mit der zu messenden Flüssigkeit benetzt wird. An hand der am Empfänger eintreffenden Reststrahlung kann die Füll standshöhe ermittelt werden. Schwappende Flüssigkeiten verändern aber auch hier in verfälschender Weise das Meßsignal.With the help of the device described in DE-OS 31 44 541 Detection of the respective level of liquids in containers worked with the help of an optical fiber. Here is in the light guide a mirroring is applied at regular intervals. In the Be light can escape between the mirroring. So can part of the irradiated radiation out of the light guide occur when it is wetted with the liquid to be measured. On The filling can be handled by the residual radiation arriving at the receiver stand height can be determined. Change sloshing liquids but also here in a falsifying manner the measurement signal.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 oder 2 hat demgegenüber den Vorteil, daß es möglich ist, bei stark schwappenden Flüssigkeiten zu messen, d. h. bei Flüssigkeiten, deren Flüssigkeitspegel sich ständig schnell verän dert, wobei aber die gesamte Flüssigkeitsmenge praktisch konstant bleibt. Durch die besondere Ausbildung ist eine Art Integration über die sich ändernden Flüssigkeitsstände möglich.The level indicator according to the invention with the Features of independent claim 1 or 2 has the advantage that it is possible to measure with heavily sloshing liquids, d. H. at Liquids whose fluid levels are constantly changing rapidly changes, but the total amount of liquid is practically constant remains. The special training is a kind of integration the changing liquid levels possible.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmale möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial further developments and improvements of claims 1 or 2 specified characteristics possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description. It demonstrate

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Lichtleiter und einen Flüssigkeitsbehälter und die Fig. 2 und 3 je eine Abwandlung der Erfindung. Fig. 1 shows a longitudinal section through an optical fiber and a liquid container and FIGS. 2 and 3 each a modification of the invention.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist mit 10 ein Füllstandsanzeiger bezeichnet, mit dessen Hilfe die Hohe einer Flüssigkeit 11 in einem Behälter 12 bestimmt werden kann. Der Füllstandsanzeiger 10 besteht aus zwei faserop tischen Leitersträngen 13, 14, die direkt nebeneinander angeordnet sind. Im Bereich, in dem sich die beiden Leiterstränge 13, 14 gegen überstehen, weisen die Leiter keinen Schutzmantel 15 auf. Dieser Mantel 15 dient insbesondere im Anfangsbereich der Leiterstränge 13, 14 dazu, um die Leiterstränge vor mechanischen Verletzungen oder dem Angriff durch aggressive Medien zu schützen. Ferner verhindert er auch den Austritt der eingekoppelten Strahlung. Der Bereich mit dem Schutzmantel 15 soll bei normalem Gebrauch nicht in die Flüssigkeit eintauchen.In Fig. 1, 10 denotes a level indicator, with the help of which the height of a liquid 11 in a container 12 can be determined. The level indicator 10 consists of two fiber optic conductor strands 13 , 14 which are arranged directly next to each other. In the area in which the two conductor strands 13 , 14 face each other, the conductors have no protective jacket 15 . This sheath 15 is used in particular in the initial region of the conductor strands 13 , 14 to protect the conductor strands from mechanical injuries or attack by aggressive media. It also prevents the launched radiation from escaping. The area with the protective jacket 15 should not be immersed in the liquid during normal use.

Die Strahlung wird durch eine Strahlungsquelle 16 in den Leiter strang 13 eingespeist und durch einen Strahlungsempfänger 17 am Ende des Leiterstrangs 14 detektiert. Als Strahlungsquelle 16 wird eine im infraroten oder im sichtbaren Licht emittierende Lumineszenzdiode (LED) verwendet. Falls die Enden der beiden Leiterstränge 13, 14 nahe genug beieinander angeordnet sind, kann auch ein sogenannter Reflexlichtsensor verwendet werden.The radiation is fed through a radiation source 16 into the conductor strand 13 and detected by a radiation receiver 17 at the end of the conductor strand 14 . A luminescence diode (LED) emitting in infrared or visible light is used as radiation source 16 . If the ends of the two conductor strands 13 , 14 are arranged close enough to one another, a so-called reflected light sensor can also be used.

Ferner befindet sich an den in die Flüssigkeit 11 ragenden Enden 18, 19 beider Leiterstränge 13, 14 eine reflektierende Schicht 20. Diese Schicht 20 kann z. B. ein Spiegel sein, um die Verluste an optischer Strahlung möglichst gering zu halten. Die Schicht 20 kann getrennt für jedes Ende 18, 19 oder gemeinsam ausgebildet sein.Furthermore, there is a reflective layer 20 at the ends 18 , 19 of both conductor strands 13 , 14 projecting into the liquid 11 . This layer 20 may e.g. B. be a mirror to keep the losses of optical radiation as low as possible. Layer 20 may be formed separately for each end 18 , 19 or together.

Befindet sich der Füllstandsanzeiger 10 außerhalb der Flüssigkeit 11, so kann keine in den Leiterstrang 13 eingekoppelte Strahlung den Leiterstrang 13 verlassen und in den Leiterstrang 14 und somit zum Empfänger 17 gelangen. Die die Leiterstränge 13, 14 umgebende Luft hat die Brechzahl n_L = 1, die wie ein den Leiter umgebender Mantel wirkt und einen Austritt der Strahlung verhindert.The level indicator 10 is located outside of the fluid 11, so no power coupled into the conductor strand 13 radiation can leave the wire bundle 13 and pass into the conductor strand 14, and thus to the receiver 17th The air surrounding the conductor strands 13 , 14 has a refractive index n _L = 1, which acts like a jacket surrounding the conductor and prevents the radiation from escaping.

Sobald der Flüssigkeitsanzeiger 10 in die Flüssigkeit eintaucht, ändert sich die Brechzahl des die Leiterstränge 13, 14 umgebenden Mediums. Hat die Flüssigkeit 11 eine Brechzahl von n_F < 1 kann die eingespeiste Strahlung teilweise durch die Flüssigkeit aus dem Lei terstrang 13 austreten und in den Leiterstrang 14 eingekoppelt wer den. Je tiefer somit der Flüssigkeitsanzeiger 10 in die Flüssigkeit eintaucht, desto mehr Strahlung kann in den Leiterstrang 13 gelan gen, da die die Strahlung auskoppelnden Oberflächenbereiche des Lei terstrangs 13 bzw. 14 größer werden. Die am Empfänger 17 ankommende Strahlungsmenge ist somit ein Maß für die Höhe des Flüssigkeits stands.As soon as the liquid indicator 10 is immersed in the liquid, the refractive index of the medium surrounding the conductor strands 13 , 14 changes. If the liquid 11 has a refractive index of n _F <1, the radiation fed in can partially escape through the liquid from the conductor strand 13 and be coupled into the conductor strand 14 . Thus, the deeper the liquid indicator 10 dips into the liquid, the more radiation can pass into the conductor strand 13 since the surface areas of the conductor strand 13 or 14 which couple out the radiation become larger. The amount of radiation arriving at the receiver 17 is thus a measure of the level of the liquid.

Es ist aber auch möglich, daß zwischen den beiden Leitern ein gerin ger Abstand besteht, in der sich die Flüssigkeit 11 befindet. Dabei ist aber darauf zu achten, daß der Abstand zwischen den beiden Lei tersträngen möglichst gering ist, da dadurch der Meßeffekt größer und besser ist. Dabei ist es aber nur notwendig, den Schutzmantel 15 auf der dem anderen Leiterstrang zugewandten Seite zu entfernen.But it is also possible that there is a small distance between the two conductors in which the liquid 11 is located. However, it should be ensured that the distance between the two conductor strands is as small as possible, since this makes the measuring effect larger and better. However, it is only necessary to remove the protective jacket 15 on the side facing the other conductor strand.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die faseroptischen Leiter als zwei Halbschalen 27, 28 eines Lichtleiterrohrs ausgebildet. Zwi schen den beiden Halbschalen 27, 28 muß sich ein geringer Abstand "d" befinden, damit die Flüssigkeit 11 auch ins Innere des Lichtlei terrohrs eindringen kann. Nur dadurch ist eine Auskopplung der in die eine Halbschale 27 eingespeiste Strahlung und eine Einkopplung in die andere Halbschale 28 möglich.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the fiber-optic conductors are designed as two half-shells 27 , 28 of an optical fiber tube. Between the two half-shells 27 , 28 there must be a small distance "d" so that the liquid 11 can penetrate into the interior of the Lichtlei terrohrs. This is the only way to decouple the radiation fed into one half shell 27 and to couple it into the other half shell 28 .

Besonders vorteilhaft ist die in Fig. 3 dargestellte konzentrische Anordnung aus einem Leiterrohr 30 und einem darin befindlichen Lei terstab 31. Damit die Flüssigkeit in den Zwischenraum 32 zwischen dem Leiterrohr 30 und dem Leiterstab 31 gelangen kann, sind Aus- und Einströmöffnungen vorgesehen. Durch besonders enge Dimensionierung dieser Öffnungen bzw. des Zwischenraums 32 ist eine integrierende Messung bei sich rasch ändernden Flüssigkeitsoberflächen möglich. Falls die Flüssigkeit 11 schwappt und sich der Flüssigkeitsstand ständig schnell bei aber nahezu gleichbleibender Flüssigkeitsmenge verändert, ist bei herkömmlich bekannten Lösungen keine genaue Mes sung möglich. Durch entsprechende enge Dimensionierung verändert sich der Flüssigkeitspegel im Zwischenraum 32 nicht so rasch, wie in der Umgebung des Füllstandsanzeigers. Er bestimmt also immer einen Mittelwert, der unabhängig von den raschen zeitlichen Änderungen der Flüssigkeitsoberfläche ist.The concentric arrangement shown in FIG. 3 of a conductor tube 30 and a conductor rod 31 located therein is particularly advantageous. Outflow and inflow openings are provided so that the liquid can get into the intermediate space 32 between the conductor tube 30 and the conductor rod 31 . Due to the particularly narrow dimensioning of these openings or the intermediate space 32 , an integrating measurement is possible with rapidly changing liquid surfaces. If the liquid 11 sloshes and the liquid level constantly changes rapidly but the amount of liquid remains almost the same, no exact measurement is possible with conventionally known solutions. The liquid level in the intermediate space 32 does not change as quickly as in the vicinity of the level indicator due to the correspondingly narrow dimensioning. It therefore always determines an average value that is independent of the rapid changes in the surface of the liquid over time.

Claims

1. Level indicator ( 10 ) for liquids ( 11 ) with a in a container ( 12 ) extending essentially from top to bottom fiber-optic conductor ( 13 , 14 ), which is provided with a radiation transmitter ( 16 ), so that from the receiver beam amount the level can be read, the fiber-optic conductor consisting of two strands ( 13 , 14 ), and the first strand ( 13 ) having the radiation transmitter ( 16 ) and the second strand ( 14 ) having the radiation receiver ( 17 ), characterized in that the Strands are designed as half-shells ( 27 , 28 ), together form an optical fiber tube and have no protective jacket in the area of the optical fiber tube, and that there is a small distance between the half-shells ( 27 , 28 ) so that liquid can penetrate into the interior of the optical fiber tube .

2. Level indicator ( 10 ) for liquids ( 11 ) with a in a container ( 12 ) extending essentially from top to bottom fiber-optic conductor ( 13 , 14 ) which is provided with a radiation transmitter ( 16 ), so that from the receiver beam amount the fill level can be read, the fiber optic conductor consisting of two strands ( 13 , 14 ), and the first strand ( 13 ) having the radiation transmitter ( 16 ) and the second strand ( 14 ) having the radiation receiver ( 17 ), characterized in that the the first strand is designed as a conductor tube ( 30 ) and the second strand is a conductor rod ( 31 ) arranged concentrically in the conductor tube ( 30 ), that the conductor tube ( 30 ) has a plurality of inlet and outlet openings for the liquid and the strands in the region of the conductor tube ( 30 ) do not have a protective jacket.

3. Level indicator according to claim 1 or 2, characterized in that the strands at their ends in the liquid ( 11 ) have a radiation-reflecting layer ( 20 ).

4. Level indicator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation transmitter ( 16 ) is a luminescent diode emitting in the infrared or in the visible range.