DE4403418A1 - Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Flüssigkeiten - Google Patents
Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von FlüssigkeitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Er
fassung der Trübung von Flüssigkeiten mit einem opti
schen Sender und einem zugeordneten optischen Empfän
ger, wobei die zu prüfende Flüssigkeit zwischen diesen
beiden Bauelementen hindurchströmt.
Der Einsatz solcher Sensoreinrichtungen, kurz genannt
auch "Trübungssensoren", ist vorteilhaft beispielsweise
bei Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder derglei
chen. Durch Feststellung der Trübung des Spülwassers
kann man bei wiederholten Spülgängen feststellen, wann
das ablaufende Wasser sauber genug ist und daher der
Spülvorgang beendet werden kann. Dadurch ist es mög
lich, die Zahl der Spülvorgänge den tatsächlichen Gege
benheiten bei einem mehr oder weniger stark verschmutz
ten Waschgut anzupassen und nicht die Spülgänge unab
hängig vom Verschmutzungsgrad auf die höchstzulässige
Verschmutzung festzulegen. Auf diese Weise trägt ein
Trübungssensor zu einer deutlichen Verringerung der
Menge des erforderlichen Wasch- und Spülwassers bei.
Gleichzeitig kann auch die Waschmittelzugabe auf den
tatsächlichen, durch den Trübungssensor gemessenen Ver
schmutzungsgrad abgestimmt werden. Dies bedeutet, daß
auch eine Einsparung an Waschmittel möglich ist.
Grundsätzlich sind Trübungssensoren bereits bekannt. In
dem DE-GM 92 13 279 ist beispielsweise ein solcher
Trübungssensor beschrieben und die Maßnahmen angegeben,
durch welche die Verschmutzung eines solchen Trübungs
sensors an seinem Einsatzort möglichst gering gehalten
werden können. Ausführungen zur Auswertung der Signale
des Trübungssensors sind dort nicht gemacht. Der be
schriebene Trübungssensor kann vorzugsweise im
Infrarotbereich betrieben werden.
Die Erfindung befaßt sich nicht mit den Maßnahmen zur
Verringerung der Verschmutzung eines solchen Trübungs
sensors, sondern ihr ist die Aufgabe gestellt, die Aus
wertung der Signale eines solchen Trübungssensors zu
verlässig und weitgehend unabhängig vom Verschmutzungs
grad des Trübungssensors vorzunehmen.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch eine elektro
nische Auswerteeinrichtung, die bei Anforderung einer
Messung zunächst vermittels optischer Sender und Emp
fänger eine Referenzmessung ohne Flüssigkeit oder bei
klarer Flüssigkeit durchführt, den gewonnenen Referenz
meßwert als Basiswert definiert, anschließend die zu
messende Flüssigkeit prüft und aus dem gewonnenen Prüf
meßwert in Beziehung zum Referenzmeßwert ein Meßsignal
als Kennwert für die festgestellte Trübung der Flüssig
keit abgibt.
Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, durch
Vornahme einer der eigentlichen Trübungsmessung vorge
schalteten Referenzmessung zunächst die optischen Ver
hältnisse im Meßraum festzustellen, d. h. den Verschmut
zungsgrad des Trübungssensors, und/oder den etwaigen
Verschmutzungsgrad der Referenzflüssigkeit. Dieser ge
messene Wert für die Verschmutzung im Meßraum wird als
Basiswert definiert. Der daraufhin erfolgende tatsäch
liche Meßwert aufgrund der Messung der zu prüfenden,
verschmutzten Flüssigkeit wird in Beziehung zu dem Re
ferenzwert gesetzt und die sich ergebende Differenz als
die relative Verschmutzung oder Trübung als Meßsignal
weiterverarbeitet. Im Falle einer Waschmaschine würde
dieses Meßsignal die Weiterführung oder die Beendigung
eines Spülvorganges bewirken.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist
vorgesehen, daß die elektronische Auswerteeinrichtung
einen Mikroprozessor und einen Digital-Analog-Wandler
aufweist, welch letzterer zur Durchführung der Refe
renz- und/oder der Prüfmessung eine stufenweise anstei
gende Spannung an den optischen Sender zur Erzeugung
einer stufenweise ansteigenden Helligkeit an diesem,
anlegt und daß der Empfänger bei Erkennung eines aus
reichend hellen Signals ein elektrisches Signal an die
Auswerteeinrichtung abgibt, die daraufhin die Erzeugung
der Spannung für den Sender beendet und das Meßsignal
erzeugt. Die Nutzung einer stufenweise ansteigenden
Helligkeit am optischen Sender weist den besonderen
Vorteil auf, daß der Empfänger sehr feinstufig den
Punkt erreicht, wo er ein die trübe Flüssigkeit durch
dringendes, ausreichend helles Signal erkennt. Zu die
sem Zeitpunkt wird durch Erzeugung eines elektrischen
Signals am Ausgang des Empfängers die Erzeugung weite
rer Spannungsstufen für den optischen Sender beendet.
Der in der Auswerteeinrichtung erreichte Zählerstand,
der korreliert ist mit der Zahl der erreichten Span
nungsstufen, wird "eingefroren" und dient als Maß für
die gemessene Trübung. Im Sinne der Erfindung wäre es
auch möglich, die Zeitspanne, die zwischen dem Beginn
und dem Ende der Spannungserzeugung für den optischen
Sender vergangen ist, als Maß für die Trübung der ge
messenen Flüssigkeit heranzuziehen. Ferner wäre es je
doch auch möglich, die Höhe der erreichten Spannungs
stufe als Maß für die gemessene Trübung zu verwenden.
Diese und andere vorteilhafte Weiterbildungen der Er
findung sollen an einem Ausführungsbeispiel anhand der
Zeichnung noch näher erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Sensoreinrich
tung;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen am
optischen Sender und am Empfänger;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Sensoreinrich
tung;
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf von Referenz- und
Meßwert.
In Fig. 1 ist ein Mikrocomputer 1 dargestellt, dem an
einem Ausgang ein D/A-Wandler 2 nachgeschaltet ist.
Dieser D/A-Wandler erhält über den Pfad 3 ein durch
einen 2⁷-Bit-Zähler im Mikrocomputer 1 erzeugtes,
7-Bit-breites Ausgangssignal zur Erzeugung eines 2⁷-stu
figen, d. h. 127-stufigen Spannungsanstiegs. Dem
D/A-Wandler 2 ist eine optische Strecke 4 mit einem opti
schen Sender 5 und einem optischen Empfänger 6 nachge
schaltet. Der optische Sender 5 ist als Infrarotdiode,
der optische Empfänger 6 als infrarotempfindlicher
Transistor ausgebildet. Dem Empfänger 6 nachgeschaltet
ist ein Schmitt-Trigger 7 oder ein mit ähnlicher Funk
tion arbeitendes Schwellwertelement, dessen Ausgang mit
dem Mikrocomputer 1 verbunden ist. Der Mikrocomputer
gibt am Ausgang 8 das Meßsignal aus, welches aus der
Differenz des Referenzmeßwertes und des Prüfmeßwertes
im Mikrocomputer errechnet wird und ein Maß für die re
lative Trübung der gemessenen Flüssigkeit darstellt.
In Fig. 2 ist die Spannung an den Schaltungspunkten a
und b der Fig. 1 in Abhängigkeit vom Zählerstand im
Mikrocomputer dargestellt. Diese Spannungsverläufe gel
ten im Prinzip sowohl für die Referenz- als auch für
die Prüfmessung. Aus der Linie a ist erkennbar, daß an
Punkt a eine stufenweise ansteigende Spannung ansteht,
solange, bis der optische Empfänger 6 ein ausreichend
helles Signal erkennt und am Schaltungspunkt b eine
Spannung auftritt, die dazu führt, daß im Mikrocomputer
1 ein Inkrementieren des Zählers und damit die Ausgabe
weiterer Impulse, über den Pfad 3 an den D/A-Wandler
gestoppt wird. Bei der Referenzmessung, die entweder
ohne durchströmende Flüssigkeit oder zumindest bei
klarem Wasser erfolgt, ist davon auszugehen, daß be
reits nach weniger Spannungsanstiegsstufen ein Signal
am optischen Empfänger entsteht. Bei der eigentlichen
Prüfmessung wird hingegen, je nach dem Trübungsgrad der
zu messenden Flüssigkeit, ein solches Signal am Empfän
ger 6 erst nach vielen Spannungsstufen entstehen. Dem
7-Bit-breiten Signal auf dem Pfad 3 sind bis zu 127
Spannungsstufen am optischen Sender 5 und damit bis zu
127 Helligkeitsstufen von dessen Lichtsignal zugeord
net. Aufgrund dieser Feinstufigkeit kann die Trübung
der Flüssigkeit sehr genau festgestellt werden. Der
Zählerstand im Mikrocomputer 1 wird zu dem Zeitpunkt t₁
festgehalten, wenn der optische Empfänger 6 einen Im
puls abgibt als Zeichen, daß er ein ausreichend helles
Signal erkannt hat. Der erreichte Zählerstand ist ein
Maß für die gemessene Trübung. Die Signale auf den Li
nien a) und b) bleiben bestehen, bis der Mikrocomputer
1 wieder zurückgesetzt wird.
Der Aufbau der Anordnung ermöglicht es auch, den Ver
schmutzungsgrad der Sensoreinrichtung, d. h. der opti
schen Strecke 4, zu überprüfen, da der Zählerstand auch
im Falle des Referenzsignales ein Maß ist für die dort
vorhandene Verschmutzung. Übersteigt der Zählerstand in
diesem Falle einen vorbestimmten Wert, so kann vom Mi
krocomputer 1 ein Signal ausgegeben werden, das die
Reinigung der optischen Strecke empfiehlt.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Gleiche Baugruppen wie in Fig. 1 sind mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Aus dem Mikrocompu
ter 1 führen insgesamt sieben Leitungen 3 heraus, wel
che an sieben Widerstände 9 im D/A-Wandler 2 führen.
Der Wert der Widerstände ist binär gewichtet. Die zwei
ten Klemmen dieser Widerstände sind zusammengefaßt und
führen an den einen Eingang eines Operationsverstärkers
10. Dessen Ausgang liegt am Schaltungspunkt a, an den
wiederum ein Verstärker 11 für den optischen Sender 5
angeschlossen ist. Letzterer ist über einen Widerstand
12 mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt c zwischen
dem optischen Sender 5 und dem Widerstand 12 liegt am
zweiten Eingang des Operationsverstärkers 10.
Das dem optischen Empfänger 6 nachgeordnete Schwellwer
telelement 7 besteht aus einem zweiten Operationsver
stärker 13 sowie einem hier nicht näher zu erläuternden
Widerstandsnetzwerk 14 zur Schwellwerterzeugung. Der
Schaltungspunkt b am Ausgang des Schwellwertelementes 7
ist mit dem Eingang E₂ des Mikrocomputers 1 verbunden.
Über den Eingang E₁ erhält der Mikrocomputer ein Signal
Rx, welches das Anforderungssignal für die Durchführung
einer Trübungsmessung, bestehend aus Referenz- und
Prüfmessung, auslöst. Am Ausgang 8 des Mikrocomputers
wird das Signal Tx ausgegeben, welches die Information
über die Trübung der gemessenen Flüssigkeit enthält.
Der zeitliche Verlauf der Signale Rx und Tx ist in
Fig. 4 näher dargestellt.
An den "+"-Eingang des Operationsverstärkers 10 werden
nacheinander von den verschiedenen Ausgängen des Mikro
computers 1 über die verschiedenen Widerstände 9 an
steigende Spannungen angelegt, die korreliert sind mit
dem Zählerstand im Mikrocomputer. Jeweils bei Erreichen
einer neuen Stufe steht die neue Spannung am Ausgang
des Operationsverstärkers 10 und am Emitter des Transi
stors 11, wodurch durch den optischen Sender 5 ein
Strom fließt und diesen zur Abgabe eines Lichtsignales
veranlaßt. Dieser Strom wird durch das Verhältnis der
Werte des gerade angesteuerten Widerstandes 9 und dem
Widerstand 12 bestimmt. Aufgrund des fließenden Stro
mes steigt die Spannung am Verbindungspunkt c zwischen
optischem Sender und Widerstand 12 an, solange, bis am
"-"-Eingang des Operationsverstärkers 10 die gleiche
Spannung liegt wie am "+"-Eingang. Wenn die nächsthö
here Spannungsstufe am "+"-Eingang des Operationsver
stärkers 10 erscheint, wiederholt sich das Spiel von
neuem; das vom optischen Sender 5 ausgegebene Lichtsi
gnal ist heller als das der vorhergehenden Stufe.
Sobald der optische Empfänger 6 ein ausreichendes
Lichtsignal erkennt, schaltet er den Stromfluß durch,
das Potential am "-"-Eingang des Operationsverstärkers
13 geht an Masse, am Ausgang des letzteren verschwindet
das Potential, was am Eingang E₂ des Mikrocomputers 1
als Signal für das Ende der Trübungsmessung ausgewertet
wird.
Das Signal Rx wird beispielsweise zu Beginn eines
Spülzyklus in einer Waschmaschine oder Geschirrspülma
schine von der Programmsteuereinheit ausgegeben und
setzt dann den vorbeschriebenen Meßzyklus in Gang. In
Fig. 4 ist die zeitliche Zuordnung der entsprechenden
Impulse dargestellt.
Claims (5)
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Flüssig
keiten mit einem optischen Sender und einem zugeordneten
optischen Empfänger, wobei die zu prüfende Flüssigkeit
zwischen diesen beiden Bauelementen hindurchströmt,
gekennzeichnet durch eine elektronische Auswerteeinrich
tung (1, 2), die bei Anforderung einer Messung zunächst
vermittels optischer Sender (5) und Empfänger (6) eine
Referenzmessung ohne Flüssigkeit oder bei klarer Flüs
sigkeit durchführt, den gewonnenen Referenz-Meßwert als
Basiswert definiert, anschließend die zu messende Flüs
sigkeit prüft und aus dem gewonnenen Prüfmeßwert in Be
ziehung zum Referenzmeßwert ein Meßsignal als Kennwert
für die festgestellte Trübung der Flüssigkeit abgibt.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Auswerteeinrichtung einen Mikro
computer (1) und einen Digital-Analogwandler (2) auf
weist, welch letzterer zur Durchführung der Referenz- und/oder
der Prüfmessung eine stufenweise ansteigende
Spannung an den optischen Sender (5) anlegt zur
Erzeugung einer stufenweise ansteigenden Helligkeit an
diesem und daß der Empfänger (6) bei Erkennung eines
ausreichend hellen Signals ein elektrisches Signal an
die Auswerteeinrichtung (1, 2) abgibt, die daraufhin die
Erzeugung der Spannung für den optischen Sender (5)
beendet und das Meßsignal erzeugt.
3. Sensoreinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der optische Sender (5) und der optische Empfänger
(6) auf Infrarotbasis arbeiten.
4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Digital-Analogwandler (2) einen Operationsver
stärker (10) aufweist, der an der Basis eines im Strom
kreis des optischen Senders (5), z. B. Photodiode, ange
ordneten Steuertransistors (11) liegt und zur Regelung
des Stromflusses durch den optischen Sender (5) dient.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem optischen Empfänger (Phototransistor) (6) ein
Schwellwertelement (7) nachgeordnet ist, welches mit der
elektronischen Auswerteeinrichtung (1, 2) verbunden ist
und ein Signal abgibt, wenn der optische Empfänger ein
ausreichend helles Signal erkennt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944403418 DE4403418A1 (de) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Flüssigkeiten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944403418 DE4403418A1 (de) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Flüssigkeiten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4403418A1 true DE4403418A1 (de) | 1995-08-10 |
Family
ID=6509442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944403418 Withdrawn DE4403418A1 (de) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | Sensoreinrichtung zur Erfassung der Trübung von Flüssigkeiten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4403418A1 (de) |
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-
1994
- 1994-02-04 DE DE19944403418 patent/DE4403418A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DIEHL STIFTUNG & CO., 90478 NUERNBERG, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |