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Flüssigkeitsstandanzeiger
Optische Flüssigkeitsstandanzeiger (kurz
mit Anzeiger bezeichnet) wurden bisher immer nach dem Grundprinzip gebaut, daß das
Auge das Beobachters von der Seite her, also in waagerechter oder schräger Richtung,
in den Anzeiger hinein oder durch ihn hindurch blickt und dabei die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
hinter der durchsichtigen, meist aus Glas bestehenden Wand beobachtet. Dabei wird
diese durchsichtige Wand von den beiden Medien, deren Grenzflächenstand gemessen
werden soll, gleichzeitig berührt, und beide Medien sind als obere und untere Schicht
mit ihrer dazwischenliegenden Trennfläche unmittelbar zu erkennen. Die Beobachtung
kann auch mittelbar, z. B. über einen Spiegel oder ein Fernrohr, erfolgen.
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Abgesehen von den Fällen, wo durch Anwendung zweier Flüssigkeiten
mit verschiedenem spezifischem Gewicht die Anzeigenlänge im Anzeiger gegenüber den
Höhenschwankungen des Flüssigkeitsspiegels im Behälter umgeformt, also verkleinert
werden kann. muß der durchsichtige Teil des Anzeigers mindestens so lang sein wie
die zugelassenen oder zu beobachtenden Höhenschwankungen des Flüssigkeitsspiegels.
Dabei kommt man bei kleinen Höhenschwankungen mit ungeteiler Ausführungs des Anzeigers
durch, während er bei großen unterteilt sein
muß. Bei der Forderung
ununterbrochener Standl>eol<achtung müssen hierbei die einzelnen Teile noch
gegenseitig versetzt sein.
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Für die bekannte Anordnung ergeben sich folgende z. T. erhebliche
Nachteile: 1. Grundsätzlich muß die Schauöffnung des Anzeigers so lang sein, daß
die Flüssigkeitsoberfläche sowohl beim höchsten als auch l>eim niedrigsten Stand
der Flüssigkeit beohachtet werden kann, wodurch sehr lange Dichtungsflächen erforderlich
werden.
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2. Die mit Rohrleitung unten und oben am Behälter angebauten Anzeiger
sind bei verschmutzenden oder Sinkstoffe ablagernden Flüssigkeiten einer l<aldigen
Verschmutzung (oft schon nach einmaliger l3enutzung) oder Verstopfung ausgesetzt,
wodurch sie unbrauchbar werden oder sogar falsch anzeigen.
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3. Diese Art von Anzeiger können an Transportgefäßen, z. B. Behältern
von Kesselwagen, oder da, wo starker Verkehr herrscht, wegen der Gefahr des .\breißens
nicht verwendet werden.
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4. Bei den in die Behälterwand unmittelbar eingebauten Anzeigern
sind entsprechend lange Schlitze in der Behälterwand nötig, die diese stark schwächen;
auch hier führt Verschmutzung häufig zu Störungen.
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5. Bei liegenden oder ziemlich voll gefüllten Kesseln, z. 13. bei
Flüssiggaskesselwagen, würden diese Schlitze in der Kesselwand an sehr stark beanspruchten
Stellen liegen.
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6. Diese Anzeiger werden immer teilweise von der Flüssigkeit und
von Gas bespült, so daß sich Dichtungs- und Korrosionsschwierigkeiten ergeben können.
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Regen dieser Nachteile werden Anzeiger in vielen Fällen überhaupt
nicht angewendet, obgleich eigentlich das Bedürfnis danach besteht, z.R. bei Transportbehältern,
insbesondere Flüssiggaskesselwagen. In diesen Fällen gebraucht man bisher andere
Methoden, um den Stand der Flüssigkeit zu bestimmen, diese sind aber meist viel
umständlicher und besitzen ihrerseits auch wieder gewisse Mängel.
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So werden Transportbehälter für verflüssigte Gase, l>ei denen ein
bestimmter Gasraum aus Sicherheitsgründen unerläßlich ist, gewogen, obwohl es hier
auf die Bestimmung des verbleibenden Gasraums ankommt.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile vermeidet, wenn man
einen Flüssigkeitsstandanzeiger verwendet, bestehend aus einem senkrecht oder schräg
von oben in den Gasraum des Behälters hineinragenden, durchsichtigen Schaukörper,
insbesondere aus Glas, an dessen im Behälter Refindlichem Ende der Sehstrahl durch
Spiegelung oder totale lteflexion waagerecht oder schräg nach unten im Behälter
weitergeleitet wird und dort auf eine etwa senkrecht angeordnete, in die Flüssigkeit
hineinragende Skala fällt, die durch eine Lichtquelle erhellt wird.
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In den Abb. 1 und 2 (die Abb. rechts sind gegenjilier links um go0
gedreht) ist eine Ausführungsform des neuen Flüssigkeitsstandanzeigers dargestellt.
Darin bedeutet ,4 die Kesselwand, R einen Aufschweißflansch, C das Schauglasgehäuse,
D den durchsichtigen, meist aus Glas bestehenden Körper mit den geschliffenen Flächen
E, F und G; H bedeutet den Okularaufsatz mit dem Okular I, dem Spiegel K und der
Beleuchtung L; M bedeutet eine Skala, die mit Rückstrahlern, z. B. Katzenaugen,
A' besetzt ist, und 0 einen Blinddeckel. Der Strahlengang ist durch gestrichelte
Linien angegehen.
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Die Arbeitsweise ist dabei folgende: Der Beleuchtungsstrahl fällt
senkrecht auf die waagerechte Fläche E und wird an der schrägen Fläche F total reflektiert,
tritt an der senkrechten Fläche G aus und trifft auf die an einer Skala bs angebrachten
Katzenaugen N. Von dort gehen die reflektierten Strahlen den gleichen Weg zurück
und treffen durch das Okular das Auge des Beobachters.
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Wesentlich und neu ist dabei, daß das Schauglas oberhalb der Flüssigkeit
im Gasraum angebracht ist, daß man in senkrechter oder schräger Richtung hineinblickt,
daß der Sehstrahl durch Spiegelung, am besten durch totale Reflexion, an einer unter
entsprechendem Winkel angeschliffenen, gegebenenfalls gekrümmten Fläche nach der
Seite hin abgelenkt wird und daß er infolgedessen innerhalb des Gasraumes schräg
auf die Flüssigkeitsoberfläche trifft. Bei geeigneterBeleuchtung erscheint dann
die Skala, die z. B. in Form eines Stahes aus dem Gasraum in die Flüssigkeit hineintaucht,
im Gasraum unverzerrt, während den B rechungsgesetzen zufolge der in die Flüssigkeit
eintauchende Teil der Skala verzerrt sichtbar bzw. bei undurchsichtigen Flüssigkeiten
unsichtbar ist. Dadurch ist die Höhe des Flüssigkeitsstandes deutlich zu erkennen.
Man kann die Skala heliel)ig einteilen oder formen oder abknicken, man kann einzelne
Marken anwenden o. dgl.; zweckmäßig wird die Markierung nicht zu fein, sondern genügend
groh und deutlich unterscheidbar vorgenommen.
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Ordnet man Rückstrahler, z. 13. Katzenaugen, als Skala an, so leuchten
diese, solange sie sich im Gasraum befinden, auf. Steigt aber die Flüssigkeit über
ein Katzenauge, so hört die Rückstrahlung ganz oder weitgehend auf, und das Katzenauge
wird dunkel, weil nach den ßrechungsgesetzen jetzt der Lichtstrahl in die Flüssigkeit
weitergeleitet wird.
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Sinkt die Flüssigkeit unter das Katzenauge, so leuchtet es wieder
auf.
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Selbstverständlich kann man den Rückstrahlern die verschiedensten
Formen geben, sie z.B. als Zahlen gestalten, um eine deutliche Unterscheidung zu
erzielen und um dadurch die Höhe des Flüssigkeitsstandes genau ablesen zu können.
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Ist die Reflexionsfläche F el>en geschliffen, so sieht das Auge
nur eine beschränkte Fläche der Skala.
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Wenn aber der Beobachter entweder schräg von vorn oder schräg von
hinten in das Schauglas hineinblickt, wobei als Vorderseite die Seite mit der Fläche
G bezeichnet sei, kann er die Skala mehr oben oder mehr unten betrachten. Gibt man
der Reflexionsfläche F oder, was weniger günstig ist, den beiden anderen Flächen
E und G aber eine Wölbung, z. B. Zylinderschliff mit horizontaler Achse, so erscheint
je nach der Größe des Radius ein größeres
Stück der Skala im Bild.
Es läßt sich leicht ein Austrittswinkel von etwa 90 auf diese Weise auf einmal überschauen.
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Um in dem geschlossenen, an sich dunklen Behälterraum etwas erkennen
zu können, müssen die die Markierung darstellenden Teile, wie Katzenaugen usw.,
beleuchtet werden. Dazu kann man eine Lichtquelle entweder innen im Behälter anbringen.
die dann diese Teile direkt besttrahlt, oder man kann das Licht durch ein zweites
Schauglas hindurch darauf werfen. Oder mnn scliickt das Licht. so wie in der Zeichnung
dargestellt, durch das Schauglas hinein auf die Skala, umnd von dieser beluechteten
Skala geht es durch das gleiche Schauglas zurück zum Ange. Beleuchtungs- und Sehstrahl
verlaufen also parallel durelt das gleiche Schauglas.
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Dieser Parallellauf wird besonders gut erreicht durch einen Okularaufsatz,
in dem das Okular und die Beluechtung zusammengebaut sind, so daß immer der betrachtete
Teil der Skala zugleich beleuchtet ist. Das Okular kann man mit Vergrößerungsoptik
versehen, um das Bild größer erscheinen zu lassen. Falls nötig, lassen sich durch
das Okular Photoaufnahmen machen.
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Zweckmäßig macht man den durchsichtigen Schaukörper so, wie in der
Abbildung dargestellt, aus einem Stück. Man kann ihn aber auch teilen. z. B. in
eine druckfeste Glasscheibe und einen darunter angebrachten Spiegel oder ein Prisma,
das angekittet sein kann. Bei einer Unterteilung erhält man aber Flächen, die verschmutzen
können, oder Kittflächen, bei deuen der Kitt durch die Gase oder Dämpfe des Behälterinhalts
oder durch verschiedenen Druck Schaden leiden kann.
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Die Form des ganzen Schaukörpers ist so gehalten, daß der Okularaufsatz
abgenommen und der Glas- bzw. Glasersatzkorper nach außen leicht durch einen Blinddeckel
verschlossen werden kann. der nur bei der Messung abgenommen wird. Dadurch ist eine
Gefährdung beim Transport völlig ausgeschlossen.
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Gegenüber den eingangs genannten Nachteilen der bisher üblichen optischen
Anzeiger bietet das neue Schauglas folgende Vorteile Die Dichtungsfächen sind klein.
Es ist in den Behsilter so eingebaut, daß es nicht abgerissen werden kann. In die
Behälterwand wird nur eine kleine Öffnung von etwa 100 bis 125 mm geschnitten, die
durch Aufschweißflansch wieder verstärkt werden kann. Diese Öffnung kann oben am
Behälter an günstiger Stelle angebracht werden. Verschmutzung und Diclltungs- und
Korrosionsschwierigkeiten durch die Flüssigkeit sind im allgemeinen ausgeschlossen,
da das Schauglas oben im Gasraum angebracht ist. Selltst ein Platzen des Glaskörpers
wäre auf dem Transport des Behälters ungefährlich bei der bequemen Anwendung eines
Blinddeckels.
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Beim Versagen, bei Beschädigung, bei Verschiebung oder bei Verschmutzung
einzelner Teile, wie Beleuchtung, Okular, Glaskörper, Skala, Rückstrahler usw,,
kant kein Bild entstehen, so daß eine falsche Ablesung des Flüssigkeitsstandes unmöglich
ist.
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Infolge dieser Vorteile ist die neue Bauart besontlers geeignet für
Flüssiggaskesselwagen, ferner bei Verschmutzungsgefahr, dann bei Dichtungs- und
Korrosionsschwierigkeiten durch die Flüssigkeit. kurz überall da, wo bisher die
üblichen Schaugläser nicht als genügend betriebssicher galten.