DE3922951A1 - Fluessigkeitsniveaudetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Detektoren für Flüssigkeitsniveaus in Brunnen, Bohrlöchern und anderen Erdhöhlungen.

Es besteht ein Bedürfnis, das Vorhandensein von Flüssigkeiten in Erdhöhlungen aus der Ferne, d.h. von der Oberfläche her festzustellen. In Wasserbrunnen ist es ein übliches Erfordernis festzustellen, in welcher Tiefe sich die Wasseroberfläche im Brunnen befindet und ob auf dem Wasser eine Schicht Gasolin oder eines anderen flüssigen Kohlenwasserstoffes schwimmt. Falls eine derartige schwimmende Schicht festgestellt wird, ist es auch notwendig, die Dicke oder Tiefe der Schicht genau zu bestimmen. Einige Kohlenwasserstoffe oder andere verschmutzende Flüssigkeiten, welche mitunter in Erdhöhlungen angetroffen werden, sind schwerer als Wasser und können demzufolge eine Schicht unterhalb des Wassers bilden. Auch in solchen Fällen ist es wiederum erforderlich, derartige Schichten festzustellen und ihre Dicke zu messen.

Es ist bekannt, festzustellen, ob eine aufgefundene Flüssigkeit entweder Wasser oder ein Kohlenwasserstoff wie Gasolin oder Öl ist. Diese Feststellung erfolgt durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit der gefundenen Flüssigkeit. Flüssige Kohlenwasserstoffe tendieren dazu, einen höheren elektrischen Widerstand aufzuweisen als Grundwasser, so daß der Unterschied bezüglich des Widerstandes verwendet werden kann, um Kohlenwasserstoffe mit angemessener Zuverlässigkeit und Eindeutigkeit unter Verwendung einfacher elektrischer Techniken vom Grundwasser zu unterscheiden. Andererseits ist der Widerstand flüssiger Kohlenwasserstoffe so groß, daß es ohne hochentwickelte Geräte nicht möglich ist, den Widerstand als Meßgröße zur Bestimmung des Unterschiedes zwischen flüssigen Kohlenwasserstoffen und Luft zu verwenden.

Es ist auch bekannt, den Unterschied zwischen Luft und einer Flüssigkeit, wie Wasser oder einem flüssigen Kohlenwasserstoff, durch die Ausnutzung der optischen Eigenschaften der Flüssigkeit zu bestimmen.

Der Brechungsindex einer Flüssigkeit unterscheidet sich wesentlich vom Brechungsindex der Luft. Die Brechungsindizes verschiedener im Boden gefundener Flüssigkeiten unterscheiden sich nicht wesentlich voneinander, so daß es nicht praktisch ist, eine bestimmte Flüssigkeit aus der Ferne zu identifizieren, indem ihr Brechungsindex gemessen wird. Man braucht auch lediglich nur die Anwesenheit von Flüssigkeit - irgendeiner Flüssigkeit - optisch festzustellen. Die Natur oder Identität der Flüssigkeit kann wie beschrieben durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt werden.

Nachfolgend wird eine bekannte Apparatur beschrieben, bei der der Brechungsindex zur Bestimmung einer Flüssigkeit verwendet wird. Die Apparatur weist eine Sonde auf, die mit einer Lichtquelle und einem Lichtsensor versehen ist. Der Lichtstrahl von der Lichtquelle wird durch ein Prisma geführt. Das Prisma ist so angeordnet, daß der Lichtstrahl eine totale innere Reflexion im Prisma erfährt, wenn das Prisma von Luft umgeben ist. Wenn das Prisma jedoch von einer Flüssigkeit umgeben ist, geht die interne Reflexion verloren, was bedeutet, daß in der Flüssigkeit der Lichtstrahl nicht auf den Lichtsensor trifft. Der Sensor erzeugt ein Signal, welches an der Oberfläche empfangen werden kann.

Nachteile der bekannten Apparatur bestehen nicht nur darin, daß eine sehr sorgfältige Einstellung erforderlich ist, sondern auch darin, daß die Apparatur sehr empfindlich ist in dem Sinne, daß ein Stoß die Einstellung des Prismas beeinträchtigen kann. Es ist auch schwierig, eine solche Anordnung zu erreichen, daß der Lichtpfad lang genug wird, so daß eine Änderung des Winkels des Strahles infolge einer Änderung des Brechungsindex den Strahl hinreichend weit bewegt, um die gesamte interne Reflexion zu beseitigen.

Es ergeben sich daher Zuverlässigkeitsprobleme: In manchen Fällen unterbricht die Anwesenheit von Flüssigkeit den Lichtstrahl zum Sensor nicht und in anderen Fällen kann der Lichtstrahl einfach durch unbeabsichtigte Stoßeinwirkung unterbrochen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor zu schaffen, der die Unterschiede im Brechungsindex ausnutzt, dessen Sonde weniger anfällig ist und genauer, empfindlicher und gleichzeitig physisch robuster.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit der Unterschied der Brechungsindizes zwischen Luft und Flüssigkeit verwendet, um die Unterschiede zwischen Luft und Flüssigkeit in der Höhlung festzustellen.

Bei der Erfindung wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle durch ein transparentes Medium geführt, welches beispielsweise ein Stück eines Kunststoffrohres sein kann. Eine Oberfläche des transparenten Mediums ist dem Inhalt der Höhlung ausgesetzt, d.h. entweder Luft oder irgendeine in der Höhlung befindliche Flüssigkeit. Diese Oberfläche bildet eine optische Grenzschicht, durch die der Lichtstrahl hindurchgeht.

Erfindungsgemäß ist die Grenzschicht in einem Winkel zum Lichtstrahl angeordnet. Die Anordnung ist so vorgenommen, daß, wenn die Grenzschicht Luft ausgesetzt ist, der Lichtstrahl an der Grenzschicht gebrochen wird, und, nach der Brechung auf einen Lichtsensor gerichtet wird, der im Pfad des Lichtstrahles angeordnet ist. Wenn die Grenzschicht einer Flüssigkeit ausgesetzt ist, wird der Lichtstrahl gleichfalls an der Grenzschicht gebrochen; die Anordnung ist jedoch derart, daß der geänderte Winkel, unter dem der Lichtstrahl von der Grenzschicht weiterverläuft, so bestimmt ist, daß der Lichtstrahl nicht auf den Sensor trifft.

Um eine gute Empfindlichkeit zu erzielen, sollte der Lichtsensor einen ausreichenden Abstand von der Grenzschicht haben. Der Unterschied zwischen dem Winkel und dem, unter dem der luftgebrochene Strahl die Grenzschicht verläßt, und dem Winkel, unter dem der flüssigkeitsgebrochene Strahl die Grenzschicht verläßt, kann als Differenzwinkel bezeichnet werden. Der Differenzwinkel hängt von den optischen Eigenschaften der Luft, der Flüssigkeiten und des transparenten Mediums ab. Der Lichtsensor sollte hinreichend weit von der Grenzschicht angeordnet sein, um zu gewährleisten, daß der Differenzwinkel ausreicht, um den Lichtpfad soweit zu bewegen, daß der Lichtstrahl nicht länger auf den Lichtsensor fällt.

Es wurde für die Erfindung als zweckmäßig erkannt, daß ein geeigneter Abstand zwischen der Grenzschicht und dem Lichtsensor dadurch erreicht werden kann, daß die Grenzschicht und der Lichtsensor auf gegenüberliegenden Seiten eines Rohres angeordnet sind; vorzugsweise wird ein Rohr mit diametralen Dimensionen verwendet, um eine Sonde in eine Höhlung abzusenken.

Ein typischer Wert für einen Differenzwinkel ist 15°. Der Abstand zwischen der Grenzschicht und dem Lichtsensor kann in einer typischen Sonde etwa 5 mm betragen. Es wurde erkannt, daß ein kleiner Fototransistor zweckmäßig als Lichtsensor verwendet werden kann, der genau und zuverlässig auf eine derartige Bewegung reagiert.

Die Sonde arbeitet erfindungsgemäß sehr zuverlässig, da der Lichtsensor klein genug ist, um in die Sondenwand eingebettet zu werden: nicht nur die Sonde selbst ist robust, sondern auch die Einstellung des Lichtsensors wird selbst von starken Stößen nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung ermöglicht es, daß der optische Sensor und der Leitfähigkeitssensor der Vorrichtung kompatibel bezüglich der Servicezuverlässigkeit und der Arbeitsgenauigkeit sind. Bei der Erfindung können zwei physikalisch völlig unabhängige Sensoren verwendet werden und dennoch können ihre Funktionen miteinander kombiniert werden, um die erforderliche Genauigkeit und eine Freiheit von falschen Ergebnissen zu gewährleisten.

Ein Beispiel für einen Flüssigkeitsdetektor zum Absenken in eine Höhlung oder Bohrung, der gleichfalls die Brechung von Licht benutzt, ist in der GB-PS 15 08 085 (Hectronic 1978) beschrieben. Andere Beispiele von Vorrichtungen, welche die Brechung von Licht zur Feststellung von Flüssigkeitsoberflächen verwenden, sind in der US-PS 42 97 588 (Hastbacka 1981), in der GB-PS 13 59 161 (Jobling 1974) und der US-PS 41 93 004 (Lobdell 1980) dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Sonde;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Sonde gemäß Fig. 1, entlang der Linie 2-2;

Fig. 3A und 3B Lichtpfaddiagramme der Sonde gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Sonde der Fig. 1; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung zur Verwendung mit der Sonde.

Die in Fig. 1 zu sehende Sonde weist ein Gehäuse 2 und ein Aufhängeband 3 auf.

Das Aufhängeband 3 weist eine Meßskala 4 auf. Entlang der beiden Kanten der Meßskala 4 erstrecken sich Paare elektrisch leitender Drähte 5.

Das entfernte Ende des Aufhängebandes 3 ist auf eine Trommel gewickelt, die an der Oberfläche bleibt, während die Sonde 1 in eine Prüfhöhlung bzw. Bohrung im Boden abgesenkt wird. Der elektrische Status der Leiter wird mit einer geeigneten Einrichtung überwacht.

Das Gehäuse 2 der Sonde 1 weist eine dicke Wand 7 auf, deren Innenfläche 8 einen inneren Hohlraum begrenzt. Ein Stück 10 eines Glasrohres ist in das Gehäuse eingesetzt und sitzt abgedichtet in der inneren Bohrung 8 des Gehäuses. Das Rohr 10 kann mittels einer Klebeverbindung fixiert sein.

In der dicken Wand 7 des Gehäuses 2 sind zwei Taschen 11, 12 gebildet. Jede Tasche steht mit einer entsprechenden engeren Bohrung 13, 14 in Verbindung. Die engeren Bohrungen 13, 14 sind koaxial angeordnet und als einzige sich durch das Gehäuse erstreckende Bohrung hergestellt. Es sei angemerkt, daß die Achse der durchgehenden Bohrung 13, 14 sich bezüglich des Rohres 10 nicht diametral sondern sehnenartig erstreckt.

Die Tasche 11 des Gehäuses bildet die lichtausstrahlende Station und weist eine lichtemittierende Diode 15 auf. Die elektrischen Leitungen zur LED 15 verlaufen durch geeignete Ausnehmungen und Durchgänge, die im Gehäuse angebracht sind, wie in Fig. 1 zu sehen ist. Die LED und ihre Leitungen sind im Gehäuse unter Verwendung einer geeigneten Gießcompoundmasse verklebt.

Die äußere Tasche 12 nimmt eine lichtempfangende Station auf und beinhaltet einen Phototransistor 16, der, zusammen mit seinen elektrischen Leitungen, in ähnlicher Weise im Gehäuse 2 verklebt bzw. vergossen ist.

Das Innere des Rohrstückes 10 bildet eine Kammer 17. Die Kammer 17 ist durchgängig offen. Wenn die Sonde beim Absinken auf eine Flüssigkeit trifft, dringt diese Flüssigkeit durch eine Eingangsöffnung 70 in die Kammer 17 ein und verläßt diese durch eine Ausgangsöffnung 76.

Der von der LED 15 emittierte Lichtstrahl wird bis zu einem gewissen Grad von der Linse gesammelt, die bei den meisten Ausführungsformen von LED′s integraler Bestandteil ist. Der Lichtstrahl wird ferner beim Durchgang durch die enge Bohrung 13 gesammelt.

Der gesammelte Strahl trifft auf die äußere zylindrische Fläche 18 des durchsichtigen Rohres 10, dringt durch die Wand des Rohres und tritt aus der inneren Fläche 19 des Rohres 10 aus in die Kammer 17. Der Strahl geht dann durch die innere Fläche, die Wand und die äußere Oberfläche und tritt in die enge Bohrung 14 ein, bevor er schließlich den Phototransistor 16 erreicht. Der Strahl wird entlang dieses Pfades gebrochen, wie in Fig. 3A dargestellt.

Die innere Fläche 19 des Rohres 10 definiert eine Grenzfläche 20 zwischen dem transparenten Material des Rohres 10 und dem Inhalt der Kammer 17. Wenn die Kammer Luft enthält, verläuft der Lichtstrahl von der lichtemittierenden Station zur lichtaufnehmenden Station entlang des in Fig. 3A dargestellten Weges.

Es sei angemerkt, daß der Einfallwinkel 26 beträchtlich ist. (Der Einfallwinkel 26 ist der Winkel des Lichtweges zur Grenzfläche 20 hin bezüglich der auf der Grenzfläche 20 bestehenden Normalen 27). Das bedeutet, daß der einen Richtungswechsel bewirkende Brechungseffekt sehr deutlich ist.

Der Winkel, in dem die Grenzschicht bezüglich zum Lichtstrahl verläuft, ist bei der beispielhaft dargestellten Sonde festgelegt und wird automatisch beibehalten. Es ist nicht notwendig, die richtigen optischen Winkel der Sonde einzustellen und zu justieren und es ist sehr unwahrscheinlich, daß die Winkel sich verändern, selbst wenn die Sonde Stößen ausgesetzt ist oder sonstwie unvorsichtig behandelt wird.

Um eine gute Empfindlichkeit zu erreichen, ist die Achse 24 der durchgehenden Bohrung 13, 14 mit beträchtlichem Abstand von der Achse 25 des Rohres 10 angeordnet. Der vom Lichtstrahl (in Luft) eingeschlagene tangentiale Weg 23 durch die Kammer weist somit gleichfalls einen beträchtlichen Abstand von der Achse 25 auf. Die Normale 27 zur Grenzfläche 20 verläuft daher automatisch in einem beträchtlichen Winkel zum Einfallwinkel 26 des Weges 28 des Lichtstrahles zur Grenzfläche 20 hin.

Falls die Kammer 17 eine Flüssigkeit enthält, ändert sich der Brechungsindex der Grenzfläche 20 und der Lichtstrahl tritt daher entlang eines anderen Pfades 29 in die Kammer 17 ein, d.h. mit einem anderen Brechungswinkel 37. Die Abmessungen der Bauteile sind so vorgenommen, daß der unterschiedlich gebrochene Strahl (d.h. der flüssigkeitsgebrochene Strahl) nicht in die enge Öffnung 14 eintritt; dieser Zustand ist in Fig. 3B dargestellt.

Wenn daher in der Kammer 17 eine Flüssigkeit vorhanden ist, erreicht der Lichtstrahl den Phototransistor 16 nicht. Der Transistor 16 sendet ein entsprechendes Signal, welches an der Oberfläche empfangen wird.

Der Ausdruck "Licht" in dieser Beschreibung schließt sowohl infrarotes wie auch sichtbares Licht ein. Infrarote Strahlungsquellen und Detektoren sind tatsächlich im allgemeinen wesentlich preisgünstiger bei einem bestimmten Grad optischer Zuverlässigkeit als entsprechende Komponenten, die mit sichtbarem Licht arbeiten.

Infrarote Lichtquellen werden bevorzugt, da sie mit einem vernachlässigbaren Temperaturanstieg arbeiten.

Es wurde gefunden, daß jede klare Flüssigkeit (wie sie normalerweise in Erdhöhlungen auftritt) den Strahl vom Phototransistor 16 wegbricht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weder überempfindlich noch fehleranfällig. Es wird auch vergleichsweise wenig Geschicklichkeit und Präzision benötigt, um die Komponenten im Gehäuse derart zu montieren, daß der Lichtstrahl immer auf den Phototransistor trifft, wenn die Kammer frei von Flüssigkeit ist.

Die Montageweise ist derart, daß die Einstellungen und Winkel sich nicht verändern, selbst wenn die Sonde grob behandelt wird und Stöße erleidet. Die vergleichsweise empfindlichen elektrischen Komponenten sind sicher in der dicken Gehäusewand eingebettet.

Für die Erfindung ist es wichtig, daß der Lichtpfad einen korrekten Abstand von der Achse 25 der Kammer hat. Wenn die Mittellinie 24 zu weit von der Achse 25 entfernt ist, sind die Brechungswinkel zu groß und der Lichtstrahl unterliegt einer totalen inneren Reflexion und erreicht den Fototransistor überhaupt nicht. Andererseits sollte die Mittellinie 24 nicht zu nahe an der Achse 25 verlaufen, da sonst die Brechung so gering ist, daß der Strahl auch nach der Brechung noch auf den Fototransistor trifft.

Die tatsächlichen Grenzen hängen von den Brechungsindizes der betreffenden Flüssigkeiten ab und vom Brechungsindex und dem Durchmesser des Rohres 10. Es wurde gefunden, daß der Abstand zwischen der Achse 25 und der Mittellinie 24 umso kritischer wird, je geringer der Durchmesser des Rohres 10 ist. Es wurde ferner gefunden, daß bei einem Außendurchmesser des Glasrohres von 16 mm und einem nominalen Abstand der Mittellinie 24 von der Achse 25 von 6,92 mm die Herstellungstoleranzen bezüglich dieses Abstandes akzeptabel sind; die Toleranzprobleme würden jedoch wesentlich problematischer bei Rohren mit geringerem Durchmesser. Tatsächlich wurde gefunden, daß bei einem zu kleinen Rohrdurchmesser es praktisch unmöglich wird, die Brechung des Lichtstrahles zu verwenden, um den Fototransistor zu aktivieren, wie dies die Erfindung vorsieht.

Es hat sich auch herausgestellt, daß die erforderlichen Abmessungen des Rohres, die durch die Anwendung der Sonde in unterirdischen Höhlungen vorgegeben sind, in der Nähe eines Abmessungsgrenzbereiches liegen, der eine geeignete Brechungswirkung gewährleistet und annehmbare Herstellungstoleranzen bezüglich des Abstandes der Mittellinie 24 von der Achse 25, daß jedoch nichts destoweniger das Rohr innerhalb eines annehmbaren Bereiches liegt.

Es ist wichtig, daß die Leistung der LED 15 innerhalb annehmbarer Grenzen liegt. Natürlich muß die LED eine hinreichende Leistung haben, um den Transistor zu erreichen, jedoch braucht sie nicht zu stark sein: wenn die Ausgangsleistung der LED zu hoch ist, könnte Streulicht den Fototransistor selbst dann erreichen, wenn der Strahl gebrochen ist.

Die Sonde 1 enthält einen Leitfähigkeitssensor 60, der von herkömmlicher Bauart sein kann und zwei Stifte aufweist, die mit geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Der Leitfähigkeitssensor ist in die dicke Gehäusewand eingebettet und die Leitungen verlaufen durch geeignete Kanäle und Durchgänge im Gehäuse.

Als Alternative zur Form des Leitfähigkeitssensors, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, können zwei Elektroden im Sensor voneinander beabstandet angeordnet sein, entweder entlang des Umfanges des Gehäuses oder an unterschiedlichen axialen Stellen des Gehäuses.

Es ist vorteilhaft, wenn die Elektroden des Leitfähigkeitssensors relativ groß sind, um einen zuverlässigen Kontakt mit der Flüssigkeit zu gewährleisten; die Elektroden weisen hierfür zweckmäßig die Form zweier voneinander beabstandeter Ringe auf, die das Gehäuse umgeben.

Um eine gute Genauigkeit bei der Tiefenmessung zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden, selbst wenn sie relativ großflächig sind, keine große axiale Abmessung haben. Aus Genauigkeitsgründen sind die Elektroden daher aus entsprechenden Drahtstücken 86, 87 gebildet, die sich am Umfang erstrecken und übereinander angeordnet sind, wie in Fig. 4 dargestellt.

Wenn die Elektroden axial beabstandet sind, braucht aus Gründen der Genauigkeit nur die obere Elektrode eine geringe axiale Abmessung aufzuweisen. Die andere Elektrode kann alternativ vom Gehäuse 7 selbst gebildet sein, falls dieses aus Metall besteht; vorzugsweise besteht das Gehäuse jedoch aus einem (inerten) Kunststoffmaterial, wie beispielsweise PTFE.

Wenn die Sonde in eine Flüssigkeit eintaucht, wird eine Tiefe L1 erreicht, bei der die Flüssigkeit den Lichtstrahl vom Sensor 14 wegbricht, so daß das vom optischen Bereich des Sensors ausgehende Signal anzeigt, daß eine Flüssigkeit erreicht wurde. Es wird auch eine Flüssigkeit L2 erreicht, bei der die Flüssigkeit den Abstand zwischen den beiden Elektroden überbrückt; wenn die Flüssigkeit Gasolin usw. ist, ist der Widerstand über den Abstand meßbar größer als in Wasser.

Ein großer oder kleiner Widerstand zwischen den Elektroden des Leitfähigkeitssensors wird an der Oberfläche festgestellt. Die Anwesenheit von Luft oder Flüssigkeit kann mittels des optischen Sensors ebenfalls an der Oberfläche festgestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine elektrische Schaltung, wie sie in Verbindung mit der beschriebenen Sonde zur Anwendung kommen kann. (Mit dem Kaltdiagramm sollen lediglich die erforderlichen Funktionen dargestellt werden:

Zur tatsächlichen Ausführung werden, für den Fachmann erkennbar, kompliziertere Bauteile erforderlich sein.)

An der Oberfläche können zwei Signallampen 90 vorgesehen sein, eine für den Leitfähigkeitssensor und eine für den optischen Sensor und die Kombination der Lampen kann verwendet werden, um die Tiefe anzuzeigen, in der die Sonde in Gasolin eintritt, sowie die (größere) Tiefe, in der die Sonde in Wasser eintritt. Falls keine Gasolinschicht vorhanden ist, ist dies durch die Art und Weise, wie die Lampen 90 wirksam werden, klar feststellbar.

Anstelle der Signallampen können auch andere Anzeigen verwendet werden, wie akustische Alarmeinrichtungen und dergleichen.

Vorzugsweise sind der optische Sensor und der Leitfähigkeitssensor so positioniert, daß beide in genau der gleichen Tiefe betätigt werden, wobei es aus Gründen der bequemen Handhabbarkeit zweckmäßig ist, wenn diese Tiefe dem Nullpunkt auf der Skala 4 entspricht.

Wenn die zwei Sensoren nicht auf demselben Niveau sind, beispielsweise wenn die Betätigungstiefe L1 des optischen Sensors höher liegt als die Betätigungstiefe L2 des Leitfähigkeitssensors, wäre es nicht möglich, eine schwimmende Gasolinschicht festzustellen, wenn die Schichtdicke geringer ist als der Abstand zwischen L1 und L2; umgekehrt würde eine Gasolinschicht mit einer Dicke gleich dem Abstand zwischen L1 und L2 angezeigt werden, selbst wenn eine solche Schicht überhaupt nicht vorhanden wäre, wenn L1 geringer ist als L2. In beiden Fällen würde der von der Skala 4 abgelesene Abstand für die Dicke oder Tiefe der Gasolinschicht durch den Unterschied zwischen L1 und L2 fehlerhaft.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Glasrohr 10 mechanisch im Gehäuse 7 zwischen oberen und unteren Schultern 78, 79 in der Bohrung 8 gehalten. Die Abmessungen sind so gewählt, daß das Rohr geringfügig kürzer ist als der Abstand zwischen den Schultern.

In Nuten, die in der Bohrung 8 des Gehäuses gebildet sind, werden Dichtungen 80 aufgenommen. Die lichtemittierenden und lichtempfangenden Stationen sind in dem Abschnitt der Bohrung untergebracht, der zwischen den Dichtungen liegt, wodurch die Punkte, an denen der Lichtpfad die äußere zylindrische Fläche 18 schneidet, isoliert sind: die Flüssigkeit, in die die Sonde eintaucht, erhält keinen Zutritt zu den Schnittpunkten.

Es sei angemerkt, daß die konstruktive Anordnung der beschriebenen Vorrichtung es ermöglicht, daß die optischen und Leitfähigkeitssensoren unabhängig voneinander arbeiten; es wird erreicht, daß die Elektroden elektrisch von der Flüssigkeit und voneinander isoliert sind; weiterhin können die optischen Stationen robust und sicher gegen Störungen geschützt montiert werden; und gleichzeitig wird es ermöglicht, daß der Leitfähigkeitssensor und der optische Sensor auf demselben Niveau liegen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Absenken in eine Höhlung und zum Feststellen und Signalisieren der Anwesenheit einer Testflüssigkeit in der Höhlung, gekennzeichnet durch:
eine lichtemittierende Station (15), die in der Lage ist, einen Lichtstrahl auszusenden und eine lichtempfangende Station (16);
eine Einrichtung, um den von der lichtemittierenden Station (15) ausgehenden Lichtstrahl zu sammeln;
ein lichtübertragendes Medium, und eine Einrichtung zum Richten des gesammelten Lichtstrahles durch das Medium;
wobei das Medium aus einem transparenten, festen und im wesentlichen starren Material besteht;
eine Kammer (17);
wobei eine Wand der Kammer im Medium gebildet ist, derart, daß die Oberfläche der Wand eine Grenzfläche (20) zwischen dem Medium und dem Inhalt der Kammer bildet;
wobei die Anordnung derart vorgenommen ist, daß der Lichtstrahl durch die Grenzfläche (20) verläuft;
wobei ferner die Kammer (17) offen ist, so daß Prüfflüssigkeit in sie eintreten kann;
wobei die lichtempfangende Station (16) so angeordnet ist, daß sie im Pfad des Lichtstrahles liegt, nachdem dieser durch die Grenzschicht (20) getreten ist, wenn sich Luft in der Kammer befindet;
eine Signaleinrichtung, welche ein Signal aussendet, das unterscheidet, ob die lichtaufnehmende Station sich im Lichtpfad befindet oder ob die lichtaufnehmende Station sich nicht im Lichtpfad befindet;
wobei die Normale (27) auf die Grenzfläche (20) mit dem Bewegungsweg des Lichtstrahles an der Grenzfläche einen wesentlichen Winkel bildet; und
wobei der Lichtstrahl von der lichtaufnehmenden Station weggebrochen wird, wenn sich Flüssigkeit in der Kammer (17) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Medium die Form eines aufrechten zylindrischen Rohres (10) aufweist;
wobei das hohle Innere des transparenten Rohres die Kammer (17) bildet; und
wobei der Ort der lichtemittierenden Station (15) bezüglich des transparenten Rohres derart gewählt ist, daß der Lichtstrahl, der die Grenzfläche (20) passiert hat, nicht durch die Achse des Rohres hindurchgeht, sofern in der Kammer Luft enthalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (2), dessen Wand im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist;
wobei das Rohr (10) im hohlen Inneren des Gehäuses (2) angeordnet ist;
eine Tasche (11), die in der Wand ausgebildet ist und in der die lichtemittierende Station (15) angeordnet ist;
eine enge, gerade zylindrische Bohrung (13), die durch die Wand des Gehäuses (2) hindurchführt und die mit der Tasche (11) in Verbindung ist;
wobei die enge Bohrung die Einrichtung zum Sammeln des Lichtstrahles bildet; und
wobei die Anordnung so vorgenommen ist, daß der Lichtstrahl durch die Bohrung (13) geführt wird, bevor er durch die Grenzfläche (20) hindurchgeht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Bohrung (13) tangential zum Rohr (10) verläuft und einen wesentlichen Abstand von der Achse des Rohres aufweist.

5. Vorrichtung zum Absenken in eine Prüfflüssigkeit zum Feststellen und Signalisieren der Anwesenheit der Prüfflüssigkeit, gekennzeichnet durch:
eine lichtemittierende Station (15), die in der Lage ist, einen Lichtstrahl zu emittieren, eine lichtaufnehmende Station (16), ein Gehäuse (2) und ein Rohr (10):
wobei das Rohr (10) aus einem festen transparenten Material besteht und eine zylindrische Form aufweist, mit einer äußeren zylindrischen Fläche und einer inneren zylindrischen Fläche; und
wobei die innere zylindrische Fläche eine hohle innere Kammer der Vorrichtung bildet;
ein Gehäuse, das eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der lichtemittierenden Station (15), die lichtaufnehmende Station (16) und das Rohr (10) aufweist, wobei die Befestigungseinrichtung so angeordnet ist, daß die Stationen (15, 16) und das Rohr (10) mechanisch gegen eine Bewegung bezüglich des Gehäuses (10) und gegen eine Bewegung relativ zueinander gesichert sind;
wobei ferner die Befestigungseinrichtung so angeordnet ist, daß die Stationen (15, 16) außerhalb des Rohres an einer Tangentialen des Rohres angeordnet sind, die nicht einem Durchmesser des Rohres entspricht;
wobei die Befestigungseinrichtung weiterhin so angeordnet ist, daß das von der lichtemittierenden Station (15) ausgehende Licht infolge entlang eines Lichtpfades verläuft, der die äußere zylindrische Fläche schneidet, durch das transparente Material hindurchgeht, die innere zylindrische Fläche schneidet, die hohle Kammer durchquert, die innere zylindrische Fläche schneidet, durch das transparente Material verläuft, die äußere zylindrische Fläche schneidet und, sofern sich keine Flüssigkeit in der Kammer befindet, auf die lichtaufnehmende Station (16) trifft;
eine Signaleinrichtung, die ein Signal senden kann, welches unterscheidet, ob die lichtaufnehmende Station (16) im Bewegungspfad des Lichtes oder außerhalb desselben liegt;
wobei die Kammer (17) eine Öffnung aufweist, durch die Prüfflüssigkeit in die Kammer eintreten kann, wenn diese in Flüssigkeit gesenkt wird; und
ferner gekennzeichnet durch Dichtmittel, die so angeordnet sind, daß sie beim Einsenken der Vorrichtung in die Prüfflüssigkeit verhindern, daß die Flüssigkeit die beiden Punkte an der äußeren zylindrischen Fläche erreicht, an denen der Lichtpfad die äußere zylindrische Fläche schneidet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung ein Signal sendet, wenn die Vorrichtung bis zu einer Tiefe (L1) in die Prüfflüssigkeit abgesenkt ist;
daß die Vorrichtung ein Paar Elektroden aufweist, die beabstandet voneinander am Gehäuse befestigt sind;
daß die Vorrichtung eine Widerstandsmeßeinrichtung aufweist zum Messen des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden;
daß die Elektroden so angeordnet sind, um in elektrischen Kontakt mit der Flüssigkeit zu treten, wenn die Vorrichtung in die Prüfflüssigkeit gesenkt wird;
daß die Elektroden so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den Elektroden von der Prüfflüssigkeit nur dann überbrückt wird, wenn die Vorrichtung weiter als bis zu einer Tiefe (L2) in die Flüssigkeit gesenkt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveaus L1 und L2 im wesentlichen dieselben sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (17) eine Ausgangsöffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß die in der Kammer befindliche Flüssigkeit aus dieser austreten kann, wobei die Anordnung der Öffnungen so vorgenommen ist, daß die Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung durch die Kammer läuft, wenn die Vorrichtung in die Flüssigkeit abgesenkt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) einander gegenüberliegende obere und untere innere Schultern bildet;
daß das Gehäuse (2) zwischen den Schultern eine zylindrische Bohrung bildet;
daß das Rohr (10) zwischen den Schultern in der Bohrung gehalten ist;
daß die Bohrung obere und untere Dichtnuten aufweist, die mit entsprechenden Dichtungen versehen sind, derart, daß die Dichtungen das Rohr (10) umgeben und den Abschnitt des Rohres, der zwischen der oberen und unteren Dichtung liegt, dicht abschotten;
daß die zwei Stationen (15, 16) in Stationsaufnahmeöffnungen angeordnet sind, die im Material des Gehäuses (2) ausgebildet sind, wobei die Ausnehmungen durch die zylindrische Bohrung des Gehäuses gebildet sind und zum Rohr hin offen sind; und
daß die stationsaufnehmenden Ausnehmungen in dem Bereich des Gehäuses (10) liegen, der sich zwischen den beiden Dichtungen befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Glas besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (17) eine Ausgangsöffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß das in der Kammer befindliche Wasser aus dieser austreten kann, wobei die Anordnung so vorgenommen ist, daß die Flüssigkeit in einer aufwärts gerichteten Richtung durch die Kammer strömt, wenn die Vorrichtung in die Flüssigkeit abgesenkt wird;
daß das Gehäuse einander gegenüberliegende obere und untere innere Schultern aufweist;
daß das Gehäuse zwischen den Schultern eine zylindrische Bohrung bildet;
daß das Rohr (10) zwischen den Schultern in der Bohrung gehalten ist;
daß die Bohrung obere und untere Dichtnuten bildet, die mit entsprechenden Dichtungen versehen sind, so daß die Dichtungen das Rohr umgeben und den Abschnitt des Rohres, der zwischen den Dichtungen liegt, dicht abschotten;
daß die beiden Stationen (15, 16) in entsprechenden Ausnehmungen aufgenommen sind, die im Gehäusematerial angebracht sind, wobei die Ausnehmungen durch die zylindrische Bohrung des Gehäuses ausgebildet und zum Rohr geöffnet sind;
und die die Stationen aufnehmenden Ausnehmungen in dem Bereich des Gehäuses zwischen den Dichtungen liegen; und
daß das Rohrmaterial Glas ist.