DE1190689B

DE1190689B - Method and device for determining the interface between a liquid and a gas

Info

Publication number: DE1190689B
Application number: DET23682A
Authority: DE
Inventors: William Charles Reed
Original assignee: Thermal Syndicate Ltd
Current assignee: Thermal Syndicate Ltd
Priority date: 1962-03-29
Filing date: 1963-03-22
Publication date: 1965-04-08

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.Method and device for determining the interface between a liquid and a gas The invention relates to a method for Determining when the free surface area of a liquid in a container turns into a specific level, and also refers to an improved device for Determination of the liquid level.

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. The inventive method for determining when the interface between a liquid and a gaseous medium within a container lies in a special plane, consists in making a ray more visible or approximately visible radiation along a piece of material, which is transparent to the radiation, sits inside the container and has a groove having, which is in contact with the liquid surface of the material notched to create a reflective, plane-cut surface and the difference in radiation intensities reflected from the reflective surface is determined, which depends on whether it is the reflective surface around the interface between the material and the gaseous medium or between the material and the liquid.

Vorzugsweise ist die reflektierende Oberfläche im wesentlichen unter 450 zu dieser Ebene geneigt. Preferably the reflective surface is substantially below 450 inclined to this plane.

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.The piece of material is expediently a rod or a tube of circular cross-section, with the reflective surface through a circumferential groove is formed. Further advantages result from the use of silica glass as a transparent material because of its high softening point and the low chemical activity of silica glass is one made from this material produced locking device for the liquid level to a large extent with a wide variety of liquids and over a wide range of working temperatures can be used.

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. According to a further feature of the invention, there is the locking device for the liquid level from a transparent tube of preferably circular Cross section that is closed at one end and one on the outer surface Carries circumferential groove which provides a frustoconical reflective surface, which converges towards the closed end of the tube. Usually used a photoelectric device for detecting changes in intensity the radiation reflected from the reflective surface. The device can sit inside the pipe or can have the reflected radiation through a arranged inside the pipe Neten, pick up a beam emitting rod.

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.Instead of a transparent tube, you can also use a transparent one Use a rod or rail. The photoelectric device may be be a phototransistor.

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. Embodiments of the invention are set out below, for example will be explained with reference to the drawings. These show in FIG. 1 a schematic, partly in section drawing of a first embodiment of a locking device with associated electro-optical equipment and in Fig. 2 a schematic representation a second embodiment of a locking device with a photoelectric Device and a lamp.

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. According to FIG. 1 consists of the locking device for the liquid level from a transparent, made of silica glass tube 1, which at his End 2 is closed. The tube 1 has a circumferential groove 3 which is cut into the outer surface is ground in. The central plane of the groove 3 is perpendicular to the longitudinal axis of the Tube 1. The groove 3 provides a frustoconical reflective surface 5 with the half-angle 450, which converges in the direction of the end 2. The pipe 1 sits vertically inside a container 6 for a liquid 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.The central plane of the groove 3 is in a special one horizontal Level and should be reached by the liquid when the mirror should be determined. When the device is in operation, a suitable lamp 8 arranged above the tube 1 so that the upper end of the tube 1 is illuminated will. The lamp is arranged so that the light downwards along the wall of the Tube, as indicated by dashed lines in Fig. 1, is sent out. A phototransistor 9 hangs inside the tube 1 that the light-sensitive surface of the transistor can collect the light reflected from the surface 5.

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. The liquid level is below the level of the groove 3, then the surface 5 is an interface between silica glass and air, and the light traveling down the wall of the tube 1 is from the surface 5 totally reflected, so that it strikes the transistor 9. When the At the liquid level, the groove 3 is finally filled with the liquid, see above that the surface 5 becomes an interface between glass and liquid and the light is largely refracted through the surface 5 instead of completely through it is reflected. The photosensitive area of the transistor 9 is therefore no longer noticeably illuminated. F i g. 1 shows that the transistor is shown schematically a sensing circuit 10 is connected, which is designed so that a signal lamp 11 is switched on as soon as the transistor is lit, but goes out when the transistor 9 is essentially no longer illuminated.

Eine praktische Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 wiedergegeben ist, ermöglicht die Feststellung von Anderungen in der freien Oberfläche unter 0,05 mm. A practical device, as it is shown in Fig. 1, allows the detection of changes in the free surface below 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. In a not shown, modified embodiment of the Device according to FIG. 1, two grooves are provided in the tube, one being separate Phototransistor is located within the tube in the median plane of each groove. Each phototransistor has its own detection circuit similar to the one related with the device according to FIG. 1 is used so that the liquid level when reaching this groove can be determined. This amendment can therefore to find use to the liquid in a container between a high and a low level mirror to control by turning the signal lamp of each detector circuit 6 replaced by a relay or other known control device. Amendments of these devices are not limited to two grooves as there are so many grooves as required, can be milled into the glass tube and by suitable circuitry is able to achieve actual mirror measurements.

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. The device described in connection with FIG. 1 is suitable for use with all liquids up to a temperature up to the maximum Operating temperature of the phototransistors used. In the case of the reproduced Apparatus using a germanium phototransistor is this Limit temperature at 650 C. This temperature can be increased by using other phototransistors or other photoelectric devices that have a higher have maximum operating temperature. It is necessary to have the level of a liquid determine which is at a temperature higher than the maximum operating temperature a practical photo elec- tric device is located, then you can use this device cool by flowing a liquid coolant down the tube leaves.

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. Fig. 2 shows another embodiment of the device in which the phototransistor 9 taken from the bore of the tube 1 and replaced by a transparent, Existing of silica glass, a light beam transmitting rod 20 replaced the end of which is ground below 450 or as in the device shown is bent around 900. The rod 20 extends from the groove 3 in this Embodiment runs only around part of the pipe circumference, up to the free one End of the tube 1, and the phototransistor 9 is mounted on the free end of the rod 20. The light from surface 5 is reflected into rod 20 and to the phototransistor 9 transmitted, which, as before, connected to a suitable detector circuit is.

Ein geeigneter Deckel 21 umgibt den Transistor 9, um ihn von direkter Bestrahlung durch die Lampe 8 abzuschirmen.A suitable cover 21 surrounds the transistor 9 to direct it from To shield the radiation from the lamp 8.

Claims

Claims: 1. Method of determining when the interface between a liquid and a gaseous medium within a container lies in a certain plane, d a -characterized in that a ray is more visible or at least approximately visible radiation along a surface that is permeable to this radiation Material piece is guided, which is arranged within the container and has a groove which the surface coming into contact with the liquid of the piece of material notched, so that a reflective, of the to be detected A plane cut surface is created, and that the difference in intensity is that of the reflecting surface reflected radiation determined depending on it is whether the reflective surface is in the interface between the material and the gaseous medium or the material and the liquid medium.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reflective Surface is inclined substantially at 450 to the plane to be determined.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the piece of material has a tube or rod length of circular cross-section and the reflective surface through a circumferential groove that supports the rod or tube notched, is formed.

4. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the piece of material has a plurality of reflective surfaces and the radiation reflected from each surface is detected.

5. Locking device for a liquid level for implementation of the method according to claim 1, characterized in that a transparent tube (t) is closed with a circular cross-section at one end (2) and has a circumferential groove (3) Has in the outer surface, which has a frustoconical, reflective Surface (5) which converges towards the closed end

6th Device according to claim 5, characterized in that the light-sensitive surface a photoelectric device (9) is arranged within the tube and the extending along the pipe wall and reflected from the reflective surface Absorbs radiation.

7. Apparatus according to claim 5, characterized in that a a beam transmitting rod inside the tube for up- taking the radiation is provided, which is reflected from the reflective surface and on the from Closed end facing away from the pipe end is transmitted.

8. Apparatus according to claim 5, characterized in that a Plurality of grooves arranged in the longitudinal direction of the tube or the rod at a distance with a separate photoelectric device being that of each reflective Surface indicating reflected light.