EP0224513A1 - Optischer flüssigkeitsfühler - Google Patents

Optischer flüssigkeitsfühler

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Publication number
EP0224513A1
EP0224513A1 EP19860903183 EP86903183A EP0224513A1 EP 0224513 A1 EP0224513 A1 EP 0224513A1 EP 19860903183 EP19860903183 EP 19860903183 EP 86903183 A EP86903183 A EP 86903183A EP 0224513 A1 EP0224513 A1 EP 0224513A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
radiation
sensor
interface
sensor according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19860903183
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benno Perren (verstorben)
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0224513A1 publication Critical patent/EP0224513A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2922—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms

Definitions

  • the invention relates to an optical liquid sensor for monitoring and determining the presence of liquid, into which rays coming from a radiation transmitter enter, a radiation receiver is provided for rays emerging from the sensor, and the sensor has at least one for radiation direction lying in the radiation path inclined interface of a radiolucent body.
  • Liquid sensors are used wherever liquid levels are controlled or monitored, or where the presence of a liquid is an essential requirement for the proper functioning of the system.
  • “for example, are high-voltage insulators, capacitors and transformers governance regimes with oil-filled. A ⁇ lver ⁇ are lost with such a system has a directly elek ⁇ tric breakdown and destruction of the plant result.
  • Optical liquid sensors take advantage of the physical phenomenon that the reflective and / or refractive properties of the interface of a radiation-transmissive body depend on whether the interface with a gas shaped medium, such as air, or in contact with a liquid.
  • a liquid sensor (CH patent 512060) which essentially consists of a rod-shaped body and which at the end has an interface which is inclined with respect to the longitudinal axis of the body.
  • a light source is arranged in a central recess of the body, in the area of the interface, and a photosensitive receiver rests on the other end of the body. If the sensor is immersed in liquid, the reflection property of the interface is eliminated, the light emerges into the liquid and practically no light reaches the receiver. As long as the sensor is not immersed, a defect in the light source, in the receiver or an interruption in the supply lines can be determined using known, conventional means. By reducing the current for the light source, it can even be checked whether the associated external circuitry responds. The disadvantage of these sensors is that they cannot be checked for functionality when immersed, which means that functional reliability is not guaranteed.
  • the present invention has for its object to provide an optical liquid sensor of the type mentioned, which is compact and robust, has no moving parts, is insensitive to extreme temperatures, its functioning due to high voltage and strong electrical or magnetic Fields is not impaired, which is used without restriction in an explosive atmosphere and its functionality also Presence of liquid can be checked ' .
  • the receiver lies in the radiation path of the rays emerging from the sensor and at most partially attenuated by reflection and / or refraction at the interface.
  • a sensor designed in this way is sufficient for all of it to be placed on it or for any requirements that arise when it is used.
  • it is used to determine whether or not there is liquid in the area of the interface. It can be checked at any time, both in immersed and in immersed condition, for its functionality, which is uninfluenced by fluctuating or extreme temperatures and by electrical or magnetic fields. Even in the case of highly explosive liquids, its use means that there is no danger since only rays of low intensity but no electrical current are passed through it. It is conceivably simple in construction and therefore inexpensive to manufacture. According to an advantageous further development, it can also be used to check the constancy of the refractive index of the liquid and, in the event of a deviation, to trigger a control process or an alarm.
  • FIG. 2 shows a further development of the sensor according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a sensor with juxtaposed radiation-permeable bodies and an opposing reflector
  • Fig. A sensor with level control option
  • Fig. A sensor with lens systems.
  • the beams 2 emanating from the radiation transmitter 1 are fed to the sensor 4 via the beam guide 3, where they are directed to the plane, preferably to the beam direction. so dipped by 5 ° inclined interface 5 of the radiolucent rod, so or refraction at the interface 5 ' through the rod 6, at least partially hit the beam guide 8 connected to its flat surface and are guided through this to the beam receiver 9.
  • the rays 2 are reflected at the interface 5; the rays 2 1 deflected in this way no longer arrive in the receiver 9, which proves the absence of the liquid.
  • the radiation-transmissive rod 6 can also be connected to the radiation guide 3, that is to say it can be connected downstream of the latter.
  • the mode of operation is then the same as before, except that in the absence of liquid the reflection of the rays 2 takes place on the inside of the interface 5.
  • the functional test of the device when immersed is very simple. By changing the radiation intensity emitted by the transmitter 1, the radiation intensity arriving at the receiver 9 must also change accordingly if it functions properly. If a functional test is to be possible even when the sensor is immersed, then a separate receiver must also be provided for the reflected rays 2 *.
  • a certain simplification of the sensor according to FIG. 1 results if the two beam guides 3 t 8 are omitted. This does not change the mode of operation and the ability to be checked, but then the transmitter 1, the rod 6 and the receiver 9 must be exactly aligned with one another so that the emitted beam arrives at least partially at the receiver.
  • the transmitter and receiver can be arranged next to each other at the most suitable location.
  • the sensor 10 according to FIG. 2 has two radiation-transmissive rods.
  • the beam guide 8 is, as in Fig.1, the Rod 6 upstream, the beam guide 3, the rod 11 is connected downstream. Furthermore, the optical collection system 12 is provided between the rod 6 and the beam guide 8 and the optical expansion system 13 between the rod 11 and the beam guide 3.
  • the collection and expansion system can, for example, each consist of a mirror lens optic. With these two systems it is achieved that the rays supplied to the expansion system 13 via the beam guide 3 practically fill the entire cross section of the rod 11 more or less uniformly after leaving the same. Likewise, on the opposite side, all the rays arriving at the rod 5 are again bundled in the collection system 12 and coupled into the beam guide 8, so that a majority of the rays emitted by the transmitter 1 arrive in the receiver 9. The higher the intensity of the received rays, the higher the measurement accuracy, and deviations are easier to determine.
  • the injected beams 2 exit through the interface 14 of the rod 11, meet the interface 5 of the rod 6 and are directed to the receiver 9 via the collecting system 12 and the radiation guide 8.
  • the rays 2 ′′ already reflected at the interface 14 no longer reach the rod 6 and thus also not to the receiver 9. Residual rays which penetrate the interface 14 as a result of possible impurities hit the interface and are emitted by this is also deflected by reflection as rays 2 f .
  • the two rods are radiolucent 6.11 juxtaposed and the two beams conductor 3 '8 are therefore at the inlet side or sel ⁇ ben carried away, resulting in a more compact and simpler construction results Bauwei ⁇ se .
  • the rods 14 of the double-acting Reflk- is arranged tor 16, which has an aperture angle of 90 °.
  • the injected rays 2 exit into the liquid through the interface 14, are reflected twice at the reflector 16, hit the interface 5 and are fed to the receiver 9 through the rod 6, the collecting optics 12 and the radiation guide 8.
  • the rays are already reflected at the interface 14 and only scattered rays that may occur pass through the reflector 16 to the interface 5, where they do not enter the rod 6 but are also reflected.
  • the sensor 17 according to FIG. casual rods 11, 5 » 5 '5", which are arranged in pairs next to each other or opposite each other. This sensor can not only be used to check whether it is immersed or immersed, but also precise statements can be made over the respective level of the liquid. To do this, the sensor must be in a vertical position, ie the
  • Fig. 4 think counterclockwise rotated by 90.
  • the beams 2 reach the receiver in the manner described several times .9. If the liquid level drops to the level of y'I-I, the rays penetrate the liquid level, are reflected at the free interfaces 5 and 5V, and the rays 2 'hit the receiver 9'. If the liquid level drops even further to the level of the line II-II, the interfaces 14 and 5 "also become free and the beams 2" which are reflected twice on it reach the receiver 9 ". Depending on which of the receivers one When the radiation is received, the level of the liquid can be assessed. Of course, these displays can also be used for control processes, for example to keep a liquid level constant.
  • one of the two pairs of rods for example 6th and 6th, axially displaceable.
  • the sensor 18 includes two biconvex, each optically aligned lens systems 19 »20 with the wesent ⁇ in this connection union interface 21, 22, respectively.
  • the beam guides 3, 8 are arranged in such a way that their ends are each in a focal point of the system 19 or 20.
  • the space between each end of a beam guide and the associated lens system is closed by the housing 23, 24.
  • the lens system 20 There is liquid between the lens systems 19 and 20, the widened rays 2 penetrate the liquid, are collected by the lens system 20 at the focal point and pass through the beam guide 8 to the receiver 9. If there is no liquid, the rays are broken at the interface 21 of the lens system 19 ⁇ chen and collected in the other focus of this system. So that they, even partially, can not reach the 'radiation conductor 8 and cause a display in the receiver 9, the lens system 20, the central rays cover 25 is provided which is arranged at least approximately in the focal point of the Lin ⁇ sensystems 19th
  • the rays 2 no longer emerge in parallel, they are therefore not collected at the end of the conductor 8, but in an axially displaced focal point, and the display in the receiver 9 is correspondingly weaker. This can be countered if at least one of the lens systems 19, 20 and the associated beam guide 3 or 8 can be axially displaced. The extent of the shift allows conclusions to be drawn about the changed liquid.
  • the radiation transmitter can e.g. an incandescent lamp, a light-emitting diode or a laser are used.
  • the receiver can be, for example, a photo resistor, a photo diode or a photo multiplayer. In any case, it must be matched to the spectrum of the rays emitted by the transmitter.
  • Single fibers or fiber bundles can be used as the radiation guide, e.g. are made of quartz, glass or plastic.
  • the radiolucent bodies are preferably made of glass or of a material which is transparent to the relevant rays.
  • the ends of the beam conductors can also be designed such that they deflect the beams when there is no liquid. Because of the small extent of the surface of the fiber ends, however, these would have to be embedded in a correspondingly large area and with this water would be processed, otherwise small spheres would form on the sensor due to the surface tension of the liquid because of the surface tension of the liquid, which would impair the function of the sensor. Furthermore, it must be taken into account that small areas are more sensitive to contamination.
  • the interfaces of the radiolucent bodies can be flat, conical, prismatic, roof-shaped, spherical, etc. and can be designed in a symmetrical or asymmetrical form. It is only important that the rays are reflected or scattered at the interfaces when the sensor is immersed in such a way that at most a small part of them hits the receiver.

Description

Optischer Flüssigkeitsfühler
Die Erfindung betrifft einen optischen Flüssigkeitsfühler zur Überwachung und Feststellung des Vorhandenseins von Flüssigkeit, in welchen von einem Strahlensender kommende Strahlen eintreten, ein Strahlenempfänger für aus dem Füh¬ ler austretende Strahlen vorgesehen ist, und der Fühler mindestens eine im Strahlenweg liegende, zur Strahlenrich¬ tung geneigte Grenzfläche eines strahlendurchlässigen Kör¬ pers aufweist. Flüssigkeitsfühler werden überall dort verwendet, wo Flüs¬ sigkeitsniveaus gesteuert oder überwacht werden, oder wo das Vorhandensein einer Flüssigkeit eine unabdingbare Not¬ wendigkeit für das einwandfreie Funktionieren der Anlage ist. So sind "beispielsweise Hochspannungsisolatoren, -kon- densatoren und -transformatoren mit öl gefüllt. Ein Ölver¬ lust bei einer solchen Anlage hat unmittelbar einen elek¬ trischen Durchschlag und die Zerstörung der Anlage zur Folge.
Wegen der vorhandenen Hochspannung und starken elektri- sehen und magnetischen Feldern konnte die Flüssigkeit in solchen Anlagen bis heute nicht wirkungsvoll überwacht werden.
Optische Flüssigkeitsfühler nützen die physikalische Er¬ scheinung aus, dass die Reflexions- und/oder Refraktions- eigenschaft der Grenzfläche eines strahlendurchlässigen Körpers davon abhängt, ob die Grenzfläche mit einem gas- förmigen Medium, z.B. Luft, oder mit einer Flüssigkeit in Berührung steht.
Es kommt auf den Unterschied der optischen Brechungsindi- zes des den Körper bildenden Werkstoffs und des angrenzen- den Mediums an. Ist dieser Unterschied gering oder null, so erfolgt keine Reflexion und keine Refraktion der Strah¬ len an der Grenzfläche, sodass diese praktisch geradlinig aus dem Körper in die Flüssigkeit austreten.
Bekannt ist ein Flüssigkeitsfühler (CH-Patent 512060), der im wesentlichen aus einem stabförmigen Körper besteht und der am Ende eine gegenüber der Längsachse des Körpers ge¬ neigte Grenzfläche aufweist. In einer zentralen Ausnehmung des Körpers, im Bereiche der Grenzfläche, ist eine Licht¬ quelle angeordnet und ein fotoempfindlicher Empfänger liegt am anderen Ende des Körpers an. Taucht der Fühler in Flüssigkeit ein, so wird die Reflexionseigenschaft der Grenzfläche aufgehoben, das Licht tritt in die Flüssigkeit aus und es erreicht praktisch kein Licht mehr den Empfän¬ ger. ■ Solange der Fühler nicht eingetaucht ist, kann ein Defekt an der Lichtquelle, am Empfänger oder ein Unterbruch der Zuleitungen mit bekannten, herkömmlichen Mitteln festge¬ stellt werden. Durch Reduzieren des Stromes für die Licht¬ quelle kann sogar geprüft werden, ob die zugehörige Aus- erteschaltung anspricht. Der Nachteil dieser Fühler liegt darin, dass sie in eingetauchtem Zustand nicht auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden können, womit die Funktionssicherheit nicht gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei- nen optischen Flüssigkeitsfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, der kompakt und robust ist, keine bewegli¬ chen Teile aufweist, unempfindlich ist gegen extreme Tem¬ peraturen, dessen Funktionieren durch Hochspannung und starke elektrische oder magnetische Felder nicht beein- trächtigt wird, der uneingeschränkt in explosibler Atmo¬ sphäre eingesetzt und dessen Funktionstüchtigkeit auch bei Vorhandensein von Flüssigkeit geprüft werden kann'.
Die Losung dieser Aufgabe besteht darin, dass bei Anwesen¬ heit von Flüssigkeit der Empfänger im Strahlenweg der aus dem Fühler austretenden, durch Reflexion und/oder Refrak- tion an der Grenzfläche höchstens teilweise abgeschwächten Strahlen liegt.
Ein derart ausgebildeter Fühler genügt allen an ihn zu stellen oder bei seiner Verwendung auftretenden Anforde¬ rungen. In -erster Linie dient er zur Feststellung, ob im Bereich der Grenzfläche Flüssigkeit vorhanden ist oder nicht. Er kann jederzeit, sowohl in ein- als auch in auε- getauchtem Zustand, auf seine Funktionstüchtigkeit über¬ prüft werden, die unbeeinflussbar ist durch schwankende oder extreme Temperaturen sowie durch elektrische oder ma- gnetische Felder. Selbst bei hochexplosiven Flüssigkeiten bedeutet seine Verwendung, da nur Strahlen geringer Inten¬ sität, aber kein elektrischer Strom durch ihn hindurchge¬ schickt werden, keinerlei Gefahr. Er ist von denkbar ein¬ facher Konstruktion und daher preisgünstig anzufertigen. Gemäss einer vorteilhaften Weiterentwicklung kann er auch zur Überprüfung der Konstanz des Brechungsindexes der Flüssigkeit herangezogen werden und bei einer Abweichung zur Auslösung eines Regelvorganges oder eines Alarms die¬ nen. In der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei¬ spiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. eine einfache Ausgestaltung des Fühlers;
Fig.2 eine Weiterentwicklung des Fühlers nach Fig.1;
Fig.3 einen Fühler mit nebeneinanderliegenden strahlen- durchlässigen Körpern und gegenüberliegendem Reflek¬ tor;
Fig. einen Fühler mit Niveaukontrollmöglichkeit;
Fig. einen Fühler mit Linsensystemen.
Nach Fig.1 werden die vom Strahlensender 1 ausgehenden Strahlen 2 über den Strahlenleiter 3 dem Fühler 4- zuge¬ führt, wo sie auf die ebene, zur Strahlenrichtung Vorzugs- weise um ° geneigte Grenzfläche 5 des strahlendurchläs¬ sigen Stabes getaucht, so oder Refraktion an der Grenzfläche 5» durch den Stab 6 hindurch, treffen mindestens teilweise auf den mit dessen planen Fläche verbundenen Strahlenleiter 8 und werden durch diesen zum Strahlenempfänger 9 geleitet. Bei Abwe¬ senheit von Flüssigkeit werden die Strahlen 2 an der Grenzfläche 5 reflektiert; die solcherart abgelenkten Strahlen 21 treffen nun nicht mehr im Empfänger 9 ein, wo¬ mit der Nachweis der Abwesenheit der Flüssigkeit erbracht ist.
Prinzipiell kann der strahlendurchlässige Stab 6 auch mit dem Strahlenleiter 3 verbunden, diesem also nachgeschaltet sein. Die Funktionsweise ist dann die gleiche wie vorher, nur dass bei Abwesenheit von Flüssigkeit die Reflexion .der Strahlen 2 an der Innenseite der Grenzfläche 5 erfolgt.
Die Funktionsprüfung des Gerätes in eingetauchtem Zustand ist sehr einfach. Durch Änderung der vom Sender 1 ausge- henden Strahlungsintensität muss sich bei einwandfreiem Funktionieren auch die beim Empfänger 9 eintreffende Strah¬ lungsintensität entsprechend ändern. Soll auch bei ausge¬ tauchtem Fühler eine Funktionsprüfung möglich sein, dann ist auch für die reflektierten Strahlen 2* ein eigener Empfänger vorzusehen.
Eine gewisse Vereinfachung des Fühlers nach Fig.1 ergibt sich, wenn die beiden Strahlenleiter 3t 8 weggelassen wer¬ den. Es ändert sich dadurch nichts an der Funktionsweise und an der Uberprüfbarkeit, doch müssen dann der Sender 1, der Stab 6 und der Empfänger 9 genau aufeinander ausge¬ richtet sein, damit das ausgesandte Strahlenbündel wenig¬ stens teilweise am Empfänger eintrifft. Bei Verwendung von Strahlenleitern können Sender und Empfänger am jeweils passensten Orte, selbst nebeneinander angeordnet werden. Der Fühler 10 nach Fig.2 weist zwei strahlendurchlässige Stäbe auf. Dem Strahlenleiter 8 ist, so wie in Fig.1, der Stab 6 vorgeschaltet, dem Strahlenleiter 3 ist der Stab 11 nachgeschaltet. Ferner ist zwischen dem Stab 6 und dem Strahlenleiter 8 das optische Sammelsystem 12 und zwischen dem Stab 11 und dem Strahlenleiter 3 das optische Aufwei- tungssystem 13 vorgesehen. Sa mel- und Aufweitungssystem können beispielsweise aus je einer Spiegellinsenoptik be¬ stehen. Mit diesen beiden Systemen wird erreicht, dass die über den Strahlenleiter 3 dem Aufweitungssystem 13 zuge¬ führten Strahlen nach Verlassen desselben praktisch den gesamten Querschnitt des Stabes 11 mehr oder weniger gleichmässig ausfüllen. Ebenso werden auf der Gegenseite alle beim Stab 5 eintreffenden Strahlen im Sammelsystem 12 wieder gebündelt und in den Strahlenleiter 8 eingekoppelt, sodass ein Grossteil der vom Sender 1 ausgesandten Strah- len im Empfänger 9 eintrifft. Je höher die Intensität der empfangenen Strahlen ist, desto höher ist auch die Messge¬ nauigkeit, und Abweichungen sind umso leichter feststell¬ bar.
Bei eingetauchtem Fühler treten die eingespeisten Strahlen 2 durch die Grenzfläche 14 des Stabes 11 aus, treffen auf die Grenzfläche 5 des Stabes 6 und werden über Sammelsy¬ stem 12 und Strahlenleiter 8 zum Empfänger 9 geleitet. Bei ausgetauchtem Fühler gelangen die bereits an der Grenzflä¬ che 14 reflektierten Strahlen 2" nicht mehr zum Stab 6 und damit auch nicht zum Empfänger 9. Reststrahlen, die infol¬ ge eventueller Störstellen die Grenzfläche 14 durchdringen, treffen auf die Grenzfläche auf und werden von dieser durch Reflexion als Strahlen 2f ebenfalls abgelenkt.
Bisher wurde stillschweigend vorausgesetzt, dass die strahlendurchlässigen Körper und die Flüssigkeit gleichen Brechungsindex aufweisen. In diesem Falle gehen die Strah¬ len durch den Körper und die Flüssigkeit praktisch gerad¬ linig hindurch, ohne Refraktion an der Grenzfläche. Es ist daher auch belanglos, ob die beiden Grenzflächen 5 und 14 den selben Neigungswinkel zur Strahlenrichtung haben oder nicht.
Anders verhält es sich, wenn Körper und Flüssigkeit von- einander abweichende Indizes aufweisen. Da werden die Strahlen an den Grenzflächen gebrochen und es gelangt be¬ stenfalls noch ein Teil derselben zum Empfänger.- Diesem Umstand kann begegnet werden, wenn die ebenen Grenzflächen 5 und 14 der Stäbe parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch werden die zweimal gebrochenen Strahlen nur paral¬ lel verschoben, behalten aber ihre ursprüngliche Richtung bei. Die Ausmessung dieser Verschiebung ergibt ein Mass für den Brechungswinkel und erlaubt einen Rückschluss auf die Änderung der Flüssigkeit. Die Abweichung kann aber auch als Regelgrδsse herangezogen werden und solcherart der Fühler zur Überwachung, z.B. zur Konstanthaltung der Zusammensetzung der Flüssigkeit, auch zur Auslösung eines Alarmsignals dienen. Ähnliches kann erreicht werden, wenn man den Winkel des einmal gebrochenen Strahls ausmisst. Das kann am einfach¬ sten derart erfolgen, dass mindestens einer der Stäbe 6,11 schwenkbar angeordnet ist.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Fühler 15 sind die beiden strahlendurchlässigen Stäbe 6,11 nebeneinander angeordnet und die beiden Strahlenleiter 3»8 werden daher an der sel¬ ben Seite zu- bzw. weggeführt, was eine kompaktere Bauwei¬ se und einfachere Konstruktion ergibt. Gegenüber den Grenzflächen 5»14 der Stäbe ist der doppelwirkende Reflk- tor 16 angeordnet, welcher einen Öffnungswinkel von 90° aufweist.
Bei eingetauchtem Fühler treten die eingespeisten Strahlen 2 durch die Grenzfläche 14 in die Flüssigkeit aus, werden am Reflektor 16 zweimal gespiegelt, treffen auf die Grenz- fläche 5 und werden durch den Stab 6, die Sammeloptik 12 und den Strahlenleiter 8 dem Empfänger 9 zugeleitet. Bei ausgetaüchtem Fühler werden die Strahlen.bereits an der Grenzfläche 14 reflektiert und nur eventuell auftretende Streustrahlen gelangen über den Reflektor 16 bis zur Grenz- fläche 5 wo sie aber nicht in den Stab 6 eintreten, son¬ dern ebenfalls reflektiert werden.
Der Fühler 17 gemäss Fig.4 weist die vier strahlendurch- lässigen Stäbe 11, 5» 5' 5" auf, die paarweise nebeneinan¬ der bzw. einander gegenüber angeordnet sind. Mit diesem Fühler kann nicht nur überprüft werden, ob er ein- oder ausgetaucht ist, sondern es lassen sich auch präzise Aus- sagen über die jeweilige Niveauhöhe der Flüssigkeit machen. man Dazu mussYsich den Fühler in vertikaler Lage, d.h. die
Fig.4 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90 gedreht denken.
Bei eingetauchtem Fühler gelangen die Strahlen 2 auf die mehrfach beschriebene Weise zum Empfänger .9. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel bis auf die Höhe dery'I-I ab, so durch- stossen die Strahlen den Flüssigkeitsspiegel, werden an den freien Grenzflächen 5 und 5V-;weimal reflektiert und die Strahlen 2' treffen auf den Empfänger 9'. Bei noch weiterem Absinken des Flüssigkeitsspiegels bis auf die Hö- he der Linie II-II werden auch die Grenzflächen 14 und 5" frei und die daran zweimal reflektierten Strahlen 2" ge¬ langen zum Empfänger 9". 'Je nachdem, welcher der Empfänger einen Strahlenempfang anzeigt, lässt sich die Niveauhöhe der Flüssigkeit beurteilen. Auch diese Anzeigen können na- türlich zu Regelvorgängen, z.B. zur Konstanthaltung eines Flüssigkeitsspiegels, herangezogen werden. Zur besseren Anpassung des Intervalls zwischen den beiden Niveauhöhen, bei denen die Strahlen einmal zum Empfänger 9* und einmal zum Empfänger 9" geleitet werden, an den jeweiligen Be- triebsfall kann es zweckmässig sein, eines der beiden Stabpaare, beispielsweise 6. und 6', axial verschiebbar auszuführen.
Fig. zeigt eine ganz andere Ausführungsart. Der Fühler 18 weist zwei bikonvexe, zueinander optisch ausgerichtete Linsensysteme 19»20 mit den in diesem Zusammenhang wesent¬ lichen Grenzfläche 21 bzw. 22 auf. Die Strahlenleiter 3,8 sind derart angeordnet, dass ihre Enden in je einem Brenn¬ punkt des Systems 19 bzw. 20 liegen. Der Raum zwischen je einem Strahlenleiterende und dem zugehörigen Linsensystem ist durch die Gehäuse 23,24 abgeschlossen.
Befindet sich Flüssigkeit zwischen den Linsensystemen 19 und 20, so durchdringen die aufgeweiteten Strahlen 2 die Flüssigkeit, werden vom Linsensystem 20 im Brennpunkt ge¬ sammelt und gehen durch den Strahlenleiter 8 zum Empfän¬ ger 9. Ist keine Flüssigkeit vorhanden, so werden die Strahlen an der Grenzfläche 21 des Linsensystems 19 gebro¬ chen und im anderen Brennpunkt dieses Systems gesammelt. Damit sie nicht, auch nur teilweise, zum' Strahlenleiter 8 gelangen und eine Anzeige im Empfänger 9 auslösen können, ist am Linsensystem 20 die zentrale Strahlenabdeckung 25 vorgesehen, die zumindest annähernd im Brennpunkt des Lin¬ sensystems 19 angeordnet ist.
Bei unterschiedlichem Brechungsindex von Linsensystem und Flüssigkeit treten die Strahlen 2 nicht mehr parallel aus, sie werden daher nicht am Ende des Leiters 8 gesammelt, sondern in einem axial verschobenen Brennpunkt, und die Anzeige im Empfänger 9 ist entsprechend schwächer. Dem kann begegnet werden, wenn mindestens eines der Linsensy¬ steme 19,20 und der zugehörige Strahlenleiter 3 bzw. 8 ax¬ ial verschiebbar ist. Das Ausmass der Verschiebung lässt einen Rückschluss auf die veränderte Flüssigkeit zu.
Als Strahlensender kann bei allen Ausführungen z.B. eine Glühlampe, eine Leuchtdiode oderein Laser verwendet wer¬ den. Der Empfänger kann beispielsweise ein Fotowiderstand, eine Fotodiode oder ein Fotomultiplayer sein. Er muss auf jeden Fall auf das Spektrum der vom Sender ausgehenden Strahlen abgestimmt sein. Als Strahlenleiter können Ein¬ zelfasern oder Faserbündel verwendet werden, die z.B. aus Quarz, Glas oder Kunststoff hergestellt sind. Die strah¬ lendurchlässigen Körper sind vorzugsweise aus Glas oder aus einem für die betreffenden Strahlen transparenten Werkstoff gefertigt.
Selbstverständlich können auch die Enden der Strahleniei- ter so ausgebildet werden, dass sie die Strahlen ablenken, wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist. Wegen der geringen Ausdehnung der Fläche der Faserenden müεsten diese aber in einer entsprechend grossen Fläche eingebettet und mit die- ser verarbeitet werden, sonst würden sich bei ausgetauch¬ tem Fühler wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit an den Faserenden kleine Sphären bilden, welche die Funk¬ tion des Fühlers beeinträchtigen würden. Im weiteren muss berücksichtigt werden, dass kleine Flächen empfindlicher auf Verschmutzung sind.
Die Grenzflächen der strahlendurchlässigen Körper können eben, kegelförmig, prismatisch, dachförmig, kugelförmig usw. und in symmetrischer oder asymmetrischer Form ausge- führt sein. Wichtig ist lediglich, dass die Strahlen an den Grenzflächen bei ausgetauchtem Fühler so reflektiert oder gestreut werden, dass höchstens ein geringer Teil von ihnen auf den Empfänger trifft.

Claims

Patentansprüche
1. Optischer Flüssigkeitsfühler zur Überwachung und Fest¬ stellung des Vorhandenseins von Flüssigkeit, in welchen von einem Strahlensender kommende Strahlen eintreten, ein
5 Strahlenempfänger für aus dem Fühler austretende Strahlen vorgesehen ist, und der Fühler mindestens eine im Strah¬ lenweg liegende, zur Strahlenrichtung geneigte Grenzfläche eines strahlendurchlässigen Körpers aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwesenheit von Flüssig- 0 keit der Empfänger (9) im Strahlenweg der aus dem Fühler (4,10, 15,17,18) austretenden, durch Reflexion und/oder Refraktion an der Grenzfläche (5,14,21,22) höchstens teil¬ weise abgeschwächten Strahlen (2) liegt.
2. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 15 net, dass die Grenzfläche (5,14) auf einem strahlendurch¬ lässigen Stab(6 bzw.11) angebracht ist.
3. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Strahlen (2) durch einen Strahlenleiter (3) in den Fühler eintreten und/oder durch einen Strahlenlei-
20 ter (8) aus dem Fühler austreten.
4. Flüssigkeitsfühler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (6) dem Strahlenleiter (8) vorgeschaltet und der Stab (11) dem Strahlenleiter (3) nachgeschaltet ist.
255. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass zwischen dem Stab (6) und dem Strahlenleiter (8) ein optisches Sammelsystem (12) und/oder zwischen dem Stab (11) und dem Strahlenleiter (3) ein optisches Aufweitungs¬ system (13) vorgesehen ist.
306. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeich¬ net, dass das Sammelsystem (12) und das Aufweitungssystem (13) aus je einer Spiegellinsenoptik besteht.
7. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass mindestens einer der Stäbe (6,11) schwenkbar ist.
8. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Grenzflächen (5,14) unter einem Winkel von zumindest annähernd 45° zum Strahlenweg geneigt' sind.
9. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- net, dass die Grenzflächen ( , parallel zueinander an¬ geordnet sind.
10. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Stäbe (6,11) nebeneinander angeordnet sind und gegenüber ihren Grenzflächen (5 bzw.14) ein dop-
10 pelwirkender Reflektor (16) vorgesehen ist.
11. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass bei nur teilweise in Flüssigkeit eingetauch¬ tem Fühler (17) die Strahlen ( 1) erst an der Grenzfläche (5), nachher an der Grenzfläche (5f) reflektieren und über
15 den Strahlenleiter (8') im Empfänger (9') eintreffen, bei ausgetauchtem Fühler die Strahlen (2") erst an der Grenz¬ fläche (14), nachher an der Grenzfläche (5") reflektieren und über den Strahlenleiter (8") im Empfänger (9") ein¬ treffen.
2012. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- net, dass der Fühler (18) zwei zueinander optisch ausge¬ richtete Linsensysteme (19,20) mit den Grenzflächen (21 bzw.22) aufweist, und die Strahlenleiter (3,8) zumindest ■ annähernd im Brennpunkt je eines der Linsensysteme (19
25 bzw.20) enden.
13. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zumindest das Linsensystem.(20) .empfangs- seitig eine zentrale Strahlenabdeckung (25) aufweist.
14. Flüssigkeitsfühler nach Anspruch 12, dadurch gekenn- 30 zeichnet, dass mindestens eines der Linsensysteme (19,20) und sein zugehöriger Strahlenleiter (3bzw.8) axial ver¬ schiebbar ist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0232263A4 (de) * 1984-04-10 1988-06-23 Bioflow Inc Anzeigeanordnung für flüssigkeitsspiegel und harnfluss.
DE3716538A1 (de) * 1987-05-16 1988-12-08 Timm Elektronik Gmbh Anordnung zur erfassung eines fluessigkeitsfuellstandes
US4878383A (en) * 1987-11-02 1989-11-07 United Technologies Corporation Optical fluid level sensor
US6997042B2 (en) 2002-09-10 2006-02-14 Gilbarco Inc. Secondary containment leak prevention and detection system and method
US6978661B2 (en) 2002-09-10 2005-12-27 Gilbarco Inc. Secondary containment leak prevention and detection system and method in fuel dispenser
US7010961B2 (en) 2002-09-10 2006-03-14 Gilbarco Inc. Power head secondary containment leak prevention and detection system and method
US7251983B2 (en) 2002-09-10 2007-08-07 Gilbarco Inc. Secondary containment system and method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3005345A (en) * 1959-05-01 1961-10-24 Maxime G Kaufman Fluid level indicator
GB1051462A (de) * 1963-12-05 1966-12-14
GB1355088A (en) * 1971-06-16 1974-06-05 Nagy S B Liquid level responsive means
DE2534057A1 (de) * 1975-07-30 1977-02-17 Labtronic Ag Vorrichtung zur fuellstandsanzeige und -ueberwachung
JPS57110922A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Mitsubishi Electric Corp Liquid level sensor
US4355238A (en) * 1981-02-20 1982-10-19 Siemens Corporation Liquid level indicator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8607446A1 *

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