SE511605C2 - Nivågivare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511605 med sådan reflextejp är emellertid att dess retroreflektion väsentligt försämras när reflextejpen blir regnvát. Just denna effekt hos reflextejp av retroreflektortyp utnyttjas på gynn- samt vis vid uppfinningen. Man kan såsom ett exempel montera en sådan retroreflektortejp i tanken, och placera emittern och sensorn så att emittern kan belysa tejpenq och så att sensorn kan mäta den retroreflekterade ljusmängden. Retroreflektionen innebär att en ljusstråle som riktas mot reflextejpen reflekte- ras med förhållandevis liten spridningsvinkel mot ljuskällan.

När reflextejpen är neddoppad i vätska, blir emellertid denna spridningsvinkel mycket större. Även om vätskan har hög trans- parens, kommer enbart en obetydlig andel av reflekterat ljus från den retroreflekterande anordningen under vätskenivån att avkännas av sensorn. Härav inses att uppfinningen är oberoende av transparensen hos materialet vars nivå i tanken skall mätas.

Uppfinningsidén är emellertid mer generell än det givna illus- trativa exemplet.

Emittern, sensorn och reflektorn är sålunda generellt anpassade för elektromagnetisk strålning. Det för enkelhets skull utnytt- jade uttrycket "ljus" skall därför tolkas som elektromagnetisk strålning, av vilken som helst våglängd.

Vidare är reflektorn generellt av sådan art att den förändrar en egenskap hos det "ljus" den emottar från emittern, beroende på i vilken omfattning reflektorn befinner sig i det ena eller det andra mediet i tanken. Sensorn är belägen så att den kan emotta det från emittern avgivna ljuset som reflekterats av reflektorn mot sensorn så att denna kan avkänna den ifråga- varande egenskapsförändringen. Sensorn är anordnad att på basis av denna egenskapsförändring etablera en indikation på läget för gränsytan mellan de ifrågavarande medierna.

Emittern och sensorn behöver givetvis inte vara placerade inuti tanken, men kan av praktiska skäl vara placerade i denna. 10 15 20 25 30 35 511605 Uppfinningen är naturligtvis användbar för nivåmätning av mate- rial som inte är flytande/vätskeformiga. Om materialet i fråga består av exempelvis sand, kommer visserligen materialets nivå att vara ojämn, men fackmannen inser möjligheten av att begrän- sa denna olägenhet genom att man tillhandahåller flera retro- reflekterande anordningar i tanken, på avstånd från varandra.

Ett sådant utförande är givetvis av intresse även för sådana applikationer där tanken lutas eller snedställes under använd- ning, eller där tankens vätska intar en snedställning relativt horisontalplanet.

En mätning av höjdläget/nivån för gränsytan mellan ett medium A och ett annat medium B i en tank ger möjlighet till att utvär- dera t ex medium Azs vätskevolym i tanken. Om exempelvis tanken har konstant tvärsnittsarea utmed sin höjd, kommer den avkända nivån att vara direkt proportionell mot medium Azs volym i tan- ken, så att sensorns utsignal blir direkt indikativ på medium Azs volym, utan behov av bearbetning av ljussensorns utsignal för beräkning av vätskevolymen. Genom uppfinningen kan man variera den retroreflektiva anordningens breddvariation i ver- tikalled så, att den retroreflektiva anordningens relativa bredd på en nivå motsvarar tankens relativa area på denna nivå, var- igenom ljusmängden som avkännes av sensorn är proportionell mot tankvolymen ovanför materialnivån. Alternativt kan skärmens effektivitet varieras så att samma effekt uppnås.

Om reflektorn ("skärmen") har en effektivitet som är beroende av belysningsvinkeln, kan detta kompenseras antingen genom att man återigen varierar skärmens bredd eller genom att man varie- rar transmittansen så att uppmätt reflektion blir likformig över hela skärmen när tanken är tom. Med effektivitet avses graden av retroreflektivitet eller absorptionen i skärmen. Om mer än en skärm installeras eller alla sidor i tanken utformas som eller förses med skärmar, kommer avläsningen att vara obe- roende av tankens orientering eller rörelse. Den uppmätta strål- ningsstyrkan blir ett mått på materialnivån i tanken. iWi-fi 10 15 20 25 30 35 511 605 I en aspekt på uppfinningen kommer den del av skärmen som omges av ett medium A under en gränsyta mellan detta medium A och ett medium B i tanken, att sända ljus från emittern át alla häll.

Irradiansen mot detektorn frán denna del av skärmen blir liten även om medium A är transparent.

Den del av skärmen som finns i medium B ovanför gränsytan, kom- mer att fungera som en retroreflektor och sända tillbaka nästan allt ljus till ett område nära strålningsemittern. Irradiansen mot detektorn från denna del av skärmen blir hög. Den totala irradiansen mot detektorn blir därmed beroende av nivån för materialet/medium A. Man antar att medium A och B har olika brytningsindex.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i exempelform med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig 1-4 visar schematiskt olika utföringsformer av en nivá- givare enligt uppfinningen.

Fig 5 visar en variant av nivågivarna enligt fig 1-4.

Fig 6 visar en utföringsform av en retroreflektiv skärm som kan användas i en tank enligt uppfinningen.

I fig 3 visas en tank 1 som med sin undre del innehåller ett medium A, t ex en transparent vätska, och som i sin övre del ovanför medium A innehåller ett medium B, t ex luft. Brytnings- index för medium A avviker från det för medium B.

En retroreflektiv skärm 2 visas i tanken l, exempelvis pà en sidovägg därav. Denna skärm/retroreflektor 2 är i utförings- exemplet en kommersiellt tillgänglig flexibelt retroreflektor.

Sá länge skärmen är omgiven av luft/gas, har den en retro- reflekterande egenskap, dvs att den,när det träffas av en ljusstràle från en ljuskälla,reflekterar denna ljussträle med liten spridningsvinkel tillbaka mot området för ljuskällan. 10 15 20 25 30 35 511 605 I tankens 1 överdel visas vidare en ljuskälla 3 som är anordnad att kunna belysa skärmen 2. En ljussensor 4 är placerad för att kunna avskärma det retroreflekterade ljuset från skärmen 2.

I fig 3 visas en retroreflektorn 2 som, då denna är omgiven av mediet A reflekterar ljuset från källan 3 med en relativ stor spridningsvinkel, vilket innebär att enbart en försumbar andel av det ljus som reflekteras från reflektorns 2 i mediets A be- lägna del när sensorn 4. Den ljusintensitet som sensorn 4 av- känner, utgör därför ett mätt på den totala arean av reflex- bandet 2 ovanför mediets A överyta. Om skärmen 2 har jämn bredd utmed sin längd, utgör den av sensorn 4 uppmätta ljusmängden en indikation på längden av bandet 2 cwanför vätskans A ytan Härav kan man enkelt härleda nivån för vätskan A i tanken. Denna vät- skenivá motsvarar volymen av vätskan i tanken, om tankens hori- sontella tvärsnittsarea är konstant i tankens alla höjdniväer.

Om tankens horisontella tvärsnittsarea varierar över tankens höjd, kan man kompensera för detta genom att exempelvis utforma retroreflektorskärmen (som förutsetts ha likformig retroreflek- tionsförmàga per ytenhet) med en bredd som varierar i höjdled motsvarande tankens tvärsnittsareavariation i höjdled, såsom illustreras i fig 6, där den yttre konturen ll indikerar tan- kens tvärsnitt och den inre konturen 21 indikerar skärmens 2 motsvarande form.

I fig 1 visas en utföringsform där skärmen 2 i stället erbjuder spegelreflex i närvaro av medium B och retroreflex eller lam- bertreflex i närvaro av medium B, varvid sensorn 4 är placerad i tankens undre del för att avkänna reflexen från skärmen i medium B.

I fig 2 visas en utföringsform där skärmen i stället erbjuder retroreflex eller lambertreflex i medium B och spegelreflex i medium A, varvid sensorn år placerad för att avskärma spegel- reflexljuset. 10 15 20 25 30 35 511605 I fig 4 visas en utföringsform där skärmen i stället har lam- bertreflex eller spegelreglex i medium B och har retroreflektiv reflex i medium A varvid sensorn 4 är placerad i närheten av ljuskällan 3.

Som ett alternativ kan naturligtvis retroreflektionsskärmen ha en likformig bredd men en varierande reflektivitet i höjdled.

Om ljuskällan 3 eller sensorn 4 har varierande intensitet/käns- lighet i olika riktningar, kan man kompensera för detta på mot- svarande sätt.

I det fall nivåmätaren enbart skall användas som nivávakt, kan man ersätta den lângsträckta skärmen 2 med en liten retroflek- tionsskärm vid den nivå man önskar bevaka.

I fig 5 visas tanken 1 innehålla två åtskilda skärmar 2. Dessa kan båda belysas av en och samma ljuskälla 3, varvid retroref- lekterat ljus från båda skärmarna kan avkännas med enda sensor 4.

En utföringsform enligt fig 5 erbjuder kompensation för att tanken 1 under drift intar ett lutande läge, eller för situa- tionen att vätskans A yta avviker från horisontalplanet.

En utföringsform motsvarande fig 5 är av fördel även i det fall att mediet A inte är flytbart utan har en varierande överyta.

Exempelvis skulle mediet A kunna vara sand, varvid den av sen- sorn 4 avkända ljusintensiteten utgör ett slags medelvärde för sandens nivå i tanken.

Det bör vidare stå klart att den uppfinningsenliga nivåmätaren även är operabel om materialet A är icke-transparent.

Uppfinningen finner generell användning för mätning av nivå och/eller volym av ett medium i en tank. Åtminstone i det fall då reflektorn 2 är retroreflektiv, bör de aktuella medierna ha olika brytningsindex. Uppfinningen kan tillämpas särskilt en- kelt i de fall då medierna är sådana, att gränsytan dem emellan 10 15 511605 blir plan och horisontell då tanken och medierna befinner sig i vila. Men uppfinningen kan även användas då tankens lutning förändras,<3ch då tanken accelereras, roteras eller dylikt, genom lämplig placering av retroreflektorn och/eller användning av flera uppfinningsenliga anordningar i en och samma tank, för etablering av mätvärden för gränsytan i olika områden av tanken.

I den ovan givna redovisningen är medium A och medium B sins- emellan utbytbara. I fig 1-4 visas emittern 3 och sensorn 4 placerade i tanken, men de kan givetvis även placeras utanför tanken, om tanken förses med lämpliga fönster eller vid använd- ning av fiberoptik. Vidare behöver naturligtvis inte sensorn vara belägen i närheten av emittern, utan bör generellt place- ras i en position där den reflekterade strålningen bäst kan avkännas. Tankens insida kan behandlas, helt eller delvis, så att den blir retroreflexibel.

Claims (7)

1.0 15 20 25 30 35 511605 P a t e n t k r a v

1. Givare för detektering av läget för en gränsyta mel- lan ett första medium (A) och ett andra medium (B) i en tank (1), innefattande en strålningsemitter (3) och en strålnings- sensor (4), och en reflektiv anordning (2) som är placerad i tanken för att kunna bestrålas av emittern (3), varvid den reflektiva anordningen (2) är vald för att vid strålnings- reflektionen förändra en egenskap hos den från emittern avgivna strålningen, i beroende av omfattningen av de båda mediernas (A, B) närvaro vid den reflektiva anordningen (2), och varvid sensorn (4) är anordnad att avkänna förändringen såsom en indi- kation på läget för gränsytan, relativt den reflektiva anord- ningen, kânnetecknad av att den reflektiva anordningen (2) är retroreflektiv och är vald för att ge väsentligt olika sprid- ningsvinkel för den reflekterade strålningen, i beroende av huruvida reflektionen sker i närvaro av ett av medierna (A, B).

2. Givare enligt krav 1, kånnetecknad av att den retro- reflektiva anordningen har ringa vertikal utbredning, varigenom givaren fungerar som nivávakt.

3. Givare enligt krav 1, kännetecknad av att den retro- reflektiva anordningen har en vertikal utbredning över ett valt nivåmätningsområde för att medge utvärdering av mediets volym.

4. Givare enligt något av kraven 1 och 3, kännetecknad av att givaren innehåller flera åtskilda retroreflektiva anord- ningar vilka bestrålas av en eller flera emittrar och vilkas reflekterade ljus avkännes av en eller flera sensorer.

5. Givare enligt något av kraven 1, 3 och 4, känneteck- nad av att den retroreflektiva anordningen har en reflektivi- tetsfördelning i vertikalled, vilken motsvarar tankens verti- kalledsvariation i fri horisontal area. 10 511 605

6. Givare enligt något av kraven 1, 3, 4 och 5, känne- tecknad av att den reflektiva anordningen har en jämn reflekti- vitet per ytenhet och att anordningens bredd varierar i verti- kalled, i motsvarighet till vertikalledsvariationen i tankens fria horisontalarea.

7. Givare enligt något av kraven 1, 3, 4, 5 och 6, kän- netecknad av att den retroreflektiva anordningen har en lutning eller krökning som frambringar en reflektivitet,vilken motsva- rar vertikalledsvariationen i tankens fria horisontalarea.