DE1190689B - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Grenzflaeche zwischen einer Fluessigkeit und einem Gas - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung, wann die freie Oberfläche einer Flüssigkeit in einem Behälter in einer bestimmten Ebene liegt, und bezieht sich außerdem auf ein verbessertes Gerät zur Feststellung des Flüssigkeitsspiegels.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feststellung, wann die Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem gasförmigen Medium innerhalb eines Behälters in einer besonderen Ebene liegt, besteht darin, daß man einen Strahl sichtbarer oder annähernd sichtbarer Strahlung längs eines Materialstückes richtet, welches für die Strahlung durchlässig ist, innerhalb des Behälters sitzt und eine Rille aufweist, welche die mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Oberfläche des Materials einkerbt, so daß eine reflektierende, von der Ebene geschnittene Oberfläche entsteht und der Unterschied der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlungsintensitäten festgestellt wird, der davon abhängig ist, ob es sich bei der reflektierenden Oberfläche um die Zwischenfläche zwischen dem Material und dem gasförmigen Medium oder zwischen dem Material und der Flüssigkeit handelt.
• Vorzugsweise ist die reflektierende Oberfläche im wesentlichen unter 450 zu dieser Ebene geneigt.
• Zweckmäßig handelt es sich bei dem Materialstück um eine Stange oder ein Rohr von kreisförmigem Querschnitt, wobei die reflektierende Oberfläche durch eine Umfangsrille gebildet wird. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Verwendung von Kieselsäureglas als durchsichtiges Material, da wegen des hohen Erweichungspunktes und der geringen chemischen Aktivität von Kieselsäureglas eine aus diesem Material hergestellte Feststellvorrichtung für den Flüssigkeitsspiegel in weitem Umfange bei verschiedensten Flüssigkeiten und über einen weiten Bereich von Arbeitstemperaturen verwendet werden kann.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Feststellvorrichtung für den Flüssigkeitsspiegel aus einem durchsichtigen Rohr von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt, das an einem Ende geschlossen ist und auf der Außenoberfläche eine Umfangsrille trägt, welche eine kegelstumpfförmige, reflektierende Oberfläche liefert, die in Richtung des geschlossenen Endes des Rohres konvergiert. Normalerweise verwendet man eine fotoelektrische Vorrichtung zur Feststellung der Intensitätsänderungen der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlung. Die Vorrichtung kann innerhalb des Rohres sitzen oder kann die reflektierte Strahlung über einen innerhalb des Rohres angeord- neten, einen Strahl aussendenden Stab aufnehmen.
• An Stelle eines durchsichtigen Rohres kann man auch eine durchsichtige Stange oder Schiene verwenden. Bei der fotoelektrischen Vorrichtung kann es sich um einen Fototransistor handeln.
• Ausführungsformen der Erfindung sollen im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Diese zeigen in F i g. 1 eine schematische, teilweise im Schnitt gezeichnete Wiedergabe einer ersten Ausführungsform einer Feststellvorrichtung mit dazugehöriger elektrooptischer Ausrüstung und in Fig. 2 eine schematische Wiedergabe einer zweiten Ausführungsform einer Feststellvorrichtung mit einer fotoelektrischen Vorrichtung und einer Lampe.
• Nach F i g. 1 besteht die Feststellvorrichtung für den Flüssigkeitsspiegel aus einem durchsichtigen, aus Kieselsäureglas hergestelltem Rohr 1, das an seinem Ende 2 verschlossen ist. Das Rohr 1 weist eine Umfangsrille3 auf, die in die Außenoberfläche eingeschliffen ist. Die Mittelebene der Rille 3 liegt senkrecht zur Längsachse des Rohres 1. Die Rille 3 liefert eine kegelstumpfförmige, reflektierende Oberfläche 5 mit dem Halbwinkel 450, welche in Richtung des Endes 2 konvergiert. Das Rohr 1 sitzt senkrecht innerhalb eines Behälters 6 für eine Flüssigkeit 7.
• Die Mittelebene der Rille 3 ist dabei in einer besonderen waagerechten Ebene angeordnet und soll von der Flüssigkeit erreicht werden, wenn der Spiegel festgestellt werden soll. Im Betrieb der Vorrichtung wird eine geeignete Lampe 8 oberhalb des Rohres 1 angeordnet, so daß das obere Ende des Rohres 1 beleuchtet wird. Die Lampe ist so angeordnet, daß das Licht nach unten längs der Wandung des Rohres, wie es gestrichelt in Fig. 1 angedeutet wird, ausgesandt wird. Ein Fototransistor 9 hängt so innerhalb des Rohres 1, daß die lichtempfindliche Fläche des Transistors das von der Oberfläche 5 reflektierte Licht auffangen kann.
• Befindet sich der Flüssigkeitsspiegel unterhalb der Ebene der Rille 3, dann ist die Oberfläche 5 eine Zwischenfläche zwischen Kieselsäureglas und Luft, und das längs der Wandung des Rohres 1 nach unten laufende Licht wird von der Oberfläche 5 total reflektiert, so daß es auf den Transistor 9 auftrifft. Beim Anstieg des Flüssigkeitsspiegels wird schließlich die Rille 3 mit der Flüssigkeit gefüllt, so daß die Oberfläche 5 eine Zwischenfläche zwischen Glas und Flüssigkeit wird und das Licht zum großen Teil durch die Oberfläche 5 gebrochen, statt vollständig durch sie reflektiert wird. Die lichtempfindliche Fläche des Transistors 9 wird daher nicht mehr merklich beleuchtet. F i g. 1 zeigt, daß der Transistor schematisch an einen Tastkreis 10 angeschlossen ist, der so ausgelegt ist, daß eine Signallampe 11 angeschaltet wird, sobald der Transistor beleuchtet ist, dagegen erlischt, wenn der Transistor 9 im wesentlichen nicht mehr beleuchtet ist.
• Eine praktische Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 wiedergegeben ist, ermöglicht die Feststellung von Anderungen in der freien Oberfläche unter 0,05 mm.
• Bei einer nicht wiedergegebenen, abgeänderten Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 sind im Rohr zwei Rillen vorgesehen, wobei ein getrennter Fototransistor innerhalb des Rohres in der Mittelebene jeder Rille angeordnet ist. Jeder Fototransistor besitzt seinen eigenen Feststellkreis ähnlich dem, der im Zusammenhang mit der Vorrichtung nach F i g. 1 Verwendung findet, so daß der Flüssigkeitsspiegel beim Erreichen dieser Rille festgestellt werden kann. Diese Abänderung kann deshalb dazu Verwendung finden, um die Flüssigkeit in einem Behälter zwischen einem hohen und einem niedrigen Spiegel zu steuern, indem man die Signallampe jedes Detektorkreises 6 durch ein Relais oder eine andere bekannte Regelvorrichtung ersetzt. Abänderungen dieser Vorrichtungen sind nicht auf zwei Rillen beschränkt, da man so viele Rillen, wie erforderlich sind, in das Glasrohr einfräsen kann und durch geeignete Schaltung tatsächliche Spiegelmessungen zu erzielen in der Lage ist.
• Die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung eignet sich zur Verwendung mit allen Flüssigkeiten bis zu einer Temperatur, die bis zur maximalen Betriebstemperatur der verwendeten Fototransistoren geht. Im Fall der wiedergegebenen Vorrichtung, bei der ein Germaniumfototransistor Verwendung findet, liegt diese Grenztemperatur bei 650 C. Diese Temperatur kann erhöht werden durch Verwendung anderer Fototransistoren oder anderer fotoelektrischer Vorrichtungen, die eine höhere maximale Betriebstemperatur aufweisen. Ist es erforderlich, den Spiegel einer Flüssigkeit festzustellen, die sich auf einer höheren Temperatur als der maximalen Betriebstemperatur einer praktischen fotoelek- trischen Vorrichtung befindet, dann kann man diese Vorrichtung dadurch kühlen, daß man ein flüssiges Kühlmittel längs des Rohres nach unten strömen läßt.
• Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, in der der Fototransistor 9 aus der Bohrung des Rohres 1 entnommen und durch einen durchsichtigen, aus Kieselsäureglas bestehenden, einen Lichtstrahl übertragenden Stab 20 ersetzt ist, dessen Ende unter 450 angeschliffen oder wie bei der wiedergegebenen Vorrichtung um 900 umgebogen ist. Der Stab 20 erstreckt sich von der Rille 3, die bei dieser Ausführungsform nur um einen Teil des Rohrumfanges verläuft, bis unter das freie Ende des Rohres 1, und der Fototransistor 9 ist am freien Ende des Stabes 20 montiert. Das Licht von der Oberfläche 5 wird in den Stab 20 reflektiert und zum Fototransistor 9 übertragen, welcher, wie vorher, an einen geeigneten Detektorkreis angeschaltet ist.
• Ein geeigneter Deckel 21 umgibt den Transistor 9, um ihn von direkter Bestrahlung durch die Lampe 8 abzuschirmen.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Feststellung, wann die Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem gasförmigen Medium innerhalb eines Behälters in einer bestimmten Ebene liegt, d a -durch gekennzeichnet, daß ein Strahl sichtbarer oder wenigstens annähernd sichtbarer Strahlung längs eines für diese Strahlung durchlässigen Materialstückes geführt wird, welches innerhalb des Behälters angeordnet ist und eine Rille aufweist, die die mit der Flüssigkeit in Berührung kommende Oberfläche des Materialstückes einkerbt, so daß eine reflektierende, von der festzustellenden Ebene geschnittene Oberfläche entsteht, und daß der Intensitätsunterschied der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlung in Abhängigkeit davon festgestellt wird, ob sich die reflektierende Oberfläche in der Grenzfläche zwischen dem Material und dem gasförmigen Medium oder dem Material und dem flüssigen Medium befindet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche im wesentlichen unter 450 zu der festzustellenden Ebene geneigt ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück eine Rohr- oder Stablänge von kreisförmigem Querschnitt hat und die reflektierende Oberfläche durch eine Umfangsrille, die den Stab oder das Rohr einkerbt, gebildet wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück eine Vielzahl reflektierender Oberflächen aufweist und die von jeder Fläche reflektierte Strahlung festgestellt wird.
5. 5. Feststellvorrichtung für einen Flüssigkeitsspiegel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchsichtiges Rohr (t) mit kreisförmigem Querschnitt an einem Ende (2) verschlossen ist und eine Umfangsrille (3) in der Außenoberfläche aufweist, die eine kegelstumpfförmige, reflektierende Oberfläche (5) liefert, die in Richtung zum geschlossenen Ende konvergiert
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Oberfläche einer fotoelektrischen Vorrichtung (9) innerhalb des Rohres angeordnet ist und die längs der Rohrwandung verlaufende und von der reflektierenden Oberfläche reflektierte Strahlung aufnimmt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Strahl übertragende Stange innerhalb des Rohres zur Auf- nahme der Strahlung vorgesehen ist, die von der reflektierenden Oberfläche reflektiert und auf das vom geschlossenen Ende abgewendete Rohrende übertragen wird.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rillen in Längsrichtung des Rohres oder der Stange im Abstand angeordnet ist, wobei eine getrennte, fotoelektrische Vorrichtung das von jeder reflektierenden Oberfläche reflektierte Licht anzeigt.