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DE2724039A1 - Elektro-optisches geraet fuer den nachweis des vorhandenseins von fluessigkeit - Google Patents

Elektro-optisches geraet fuer den nachweis des vorhandenseins von fluessigkeit

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DE2724039A1
DE2724039A1 DE19772724039 DE2724039A DE2724039A1 DE 2724039 A1 DE2724039 A1 DE 2724039A1 DE 19772724039 DE19772724039 DE 19772724039 DE 2724039 A DE2724039 A DE 2724039A DE 2724039 A1 DE2724039 A1 DE 2724039A1
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Germany
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electro
ultrared
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light
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Benno Perren
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    • 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
    • G01F23/2925—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms using electrical detecting means
    • G01F23/2927—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels with light-conducting sensing elements, e.g. prisms using electrical detecting means for several discrete levels, e.g. with more than one light-conducting sensing element

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Description

Benno Perren, Austrasse 33, CH-5430 Wettingen
Elektro-cptisches Gerät für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro-optisches Gerät für den Nachv/eis des Vorhandenseins von Flüssigkeit, bestehend aus wenigstens je einem monochromatischen Ultrarot-Sender, lichtleitenden Körper mit jeweils wenigstens einer endseitigen, die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden Grenzfläche, Ultrarot-llmpfanger sowie Schaltungsanordnung zur Signal-Verarbeitung.
Derartige Geräte werden in der Praxis als Flüssigkeitsfühler bezeichnet; aus CK-PS 512060 ist eine kompakte bauliche Ein-
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heit bekannt, welche eine hohe Ansprechempfxndlxchkeit aufweist und gegen mechanische Beanspruchungen weitgehend unempfindlich ist und keiner nachträglichen Justierung bedarf.
Sämtliche bisher bekannten Flüssigkeitsfühler erfordern eine relativ hohe Sendeenergie der lichtemittierenden Diode um ein reproduzierbares Ansprechverhalten zu gewährleisten. Es ist bekannt, dass aus diesem Grunde der Einsatz derartiger Geräte insbesondere für die Verwendung in Zusammenhang mit hochexplosiven Medien aus Sicherheitsgründen in einzelnen Ländern verboten ist.
notwendige
Die Erfindung stellt sich daner die Aufgabe, dieVSendeleistung zu verringern und zudem das Ansprechverhalten des Gerätes derart zu verbessern, dass auch bei Bildung von Kondensationstropfen am Messfühler kein ungewolltes Ansprechen des Gerätes erfolgt. Ebenso soll das neue Gerät auch für Flüssigkeiten geeignet sein bei denen bisherige Geräte ihren Dienst versagten, wie beispielsweise bei Schweröl, Flüssig-Te=»r etc. ,wobei sich beim Absenken des Flüssigkeitsniveaus am 'lessfühler Rückstände bilden können.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraroot-Sender eine maximale Strahlungsstärke J von weniger als
max
200 mW/sterad aufweist, dass das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung wenigstens annähernd achsial-svmr"etrisch und in Richtung der optischen Achse des lichtleitenden Körpers ausgerichtet ist und dass die räumliche Verseilung der Strahlungsstärke in der Ebene halber Leistung eine Halb-Winkelöffnung von weniger als U aufweist.
Durch die im Patentanspruch genannte Lehre wird es möglich, Flüssigkeitsfühler zu bauen, welche mit weit unter den strengsten Sicherheitsbestimmungen liegenden Sendeleistungen funktionssicher arbeiten.
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Im praktischen Ausführungsbeispiel wurde es möglich, bei einer Sendeleistung von 10 bis 20 mW Flüssigkeitsniveau-"aiderungen von einigen Zehntelsmillimetern reproduzierbar nachzuweisen.
Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1, einen Fühler in explosionssicherer Ausführung,
Fig. 2, zwei Fühler, welche auf einem Flansch zu einer Maximum-Minimum-Schaltung zusammengefasst sind,
Fig. 3, die räumliche Strahlungsverteilung eines erfindungsgemässen Ultrarot-Senders,
Fig. 4, die Charakteristik des Stroms im Ultrarot-Empfanger in Funktion der Eintauchtiefe des Konus ani Fühler,
Fig. 5, der Strahlenverlauf im lichtleitenden Körper bei nicht in die Flüssigkeit eingetauchtem Konus,
Fig. 6, der Strahlenverlauf im lichtleitenden Körper bei eingetauchtem Konus,
Fig. 7, das Grundprinzip einer Überwachungsschaltung,
Fig. 8, eine autonome Montageeinheit basierend auf der Überwachungsschaltung Fig. 7,
Fig. 9, die detaillierte elektronische Schaltungsanordnung der Montageeinheit Fig. 8,
Fig.10, eine Ansicht der Montageeinheit Fig. 8 von der Anschluss-Seite her gesehen»
Fig.11, eine Schaltungsanordnung zur Selbstüberwachung eines Fühlers Fig. 1,
Fig.12a, eine schematisch, dargestellte Variante des Fühlers
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Fig. 1, insbesondere geeignet für hochyiskose Medien,
Fig.12b, den Konus des Fühlers Fig. 12a Cvon der Flüssigkeit her gesehen).
!!ach Fig. 1 weist ein Fühler 1 ein Gehäuse 10 mit einem lichtleitenden Körper 11 auf, welcher Körper 11 endseitig einen Konus 12 mit einer Grenzfläche 12a besitzt. Das Gehäuse 10 ist zylinderförmig und stirnseitig mit einer Verschlusskappe 13 sowie einer Zentriermuffe IU versehen. Die Zentriermuffe IH weist eine Anfräsung IHa auf, welche einem Sechskant 15 am Gehäuse 10 gegenüberliegt. Eine Stopfbüchse 16 mit Kabel ist in die Verschlusskappe 13 eingeschraubt.
Der lichtleitende Körper 11 besteht aus einem zylindrischen, blasen- und lunkerfreien Quarz-Stab, welcher endseitig einen Konus 12 mit einem Kegelwinkel von 90° aufweist. Die optische Achse, im vorliegenden Fall identisch mit der Symmetrieachse des Quarz-Stabes ist mit Q-O bezeichnet.
Ein am Konus 12 auftretendes Flüssigkeitsniveau -symbolisiert dargestellt in Fig. 1 - bewirkt im Fühler 1 einen Signair Unterbruch und ergibt somit eine Anzeigegrösse.
Es haben sich zu diesem Zweck lichtleitende Körper verschiedenster Materialien zum Beispiel aus Acryl-Glas oder aus gewöhnlichen Glasmischungen bewährt. Die Grenzflächen 12a des lichtleitenden Körpers 11 haben dabei jeweils mit der optischen Achse 0-0 einen Winkel von 30 - 120° gebildet, wobei nicht notwendigerweise ein Konus vorhanden sein muss, eine einfache Schrägfläche genügt den Anforderungen ebenfalls.
In Fig. 2 sind zwei Fühler 1, 1* mit den korrespondierenden lichtleitenden Körpern 11 bzw. 11' dargestellt. Beide Fühler 1, I1 sind auf einea Flansch 30 aufgebaut.
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Durch die unterschiedlichen Längen der lichtleitenden Körper 11, 11* kann somit eine Maximum-Miniraum Niveauschaltung gebildet werden.
Die Fühler 1 bzw. I1 weisen je einen Ultrarot-Sender 17 auf, welcher bei einer Wellenlänge von 940 mn eine maximale Strahlungsstärke von 32 mW/sterad abzugeben imstande ist. Bewährt hat sich hierzu eine lichtemittierende Diode vom RaAs PN-Typ (ASEA, 1AH8).
Um die in der Aufgabenstellung geforderten Eigenschaften erfüllen zu können, muss der Ultrarot-Sender 17 eine zur optischen Achse 0-0 des lichtleitenden Körpers achsial-symmetrisch ausgerichtete räumliche Strahlungsverteilung besitzen. Diese Strahlungsverteilung ist in Fig. 3 exemplarisch dargestellt. Es hat sich gezeigt, dass eine einwandfreie Funktion des Fühlers 1 nur mit einer Strahlencharakteristik gewährleistet ist, welche in der Ebene halber Leistung, mit E-E bezeichni
weist.
zeichnet, eine Halb-Winkelöffnung O^ von weniger als U auf-
Im Beispiel Fig. 3 besitzt der Ultrarot-Sender eine maximale Strahlungsstärke J„x von 28 mW/sterad, wobei das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung nahezu absolut achsial-symmetrisch zur mechanischen Achse mit 0 bezeichnet, ausgerichtet ist. Die Halb-Winkelöffnung 1Xin der Ebene halber Leistung beträgt hier zirka - 3°.
Je nach Eintauchtiefe h des Konus 12, in Fig. U durch ein schwarzes Dreieck symbolisiert, ergibt ein Ultrarot-Empfangel1, ebenfalls im Fühler 1 bzw. 1* eingebaut, einen exponentialfunktionsähnlichen Empfangsstrom.
Als Ultrarot-Empfanger 18 hat sich eine Silizium-Foto-PIN-
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Diode vom 9 mm· strahlungsempfindlicher Fläche bewährt. (Telefunken S 138P oder ASEA 6B9/2).
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Die Wirkungsweise eines erfxndungsgemässen Fühlers lässt sich anhand der Fig. 5 und 6 erläutern. Nach Fig. 5 strahlt der Ultrarot-Sender 17 in Richtung der optischen Achse, stark gebündelt auf die Grenzflächen 12a des lichtleitenden Körpers 11. Hier erfahren diese Strahlen durch eine gestrichelte Linie dargestellt, zufolge Totalreflexion eine Umlenkung und erzeugen im Ultr-Arot-Tlmpf anger 18 eine Widerstandsänderung, d.h. bei ständiger Einstrahlung von Ultrarot ergibt sich ein konstanter Widerstandswert im Ultrarot-Empfänger 18.
Tauchen die Grenzflächen 12a in eine Flüssigkeit, in Fig. dargestellt, trifft keine Strahlung auf den Ultrarot-Empfänger 18, es stellt sich ein gegenüber dem nicht eingetauchten Zustand höherer Widerstandswert im Ultrarot-Empfänger ein.
In Fig. 7 ist das Prinzip-Schaltbild einer derartigen Anordnung dargestellt. Mit A, B, C sind die Anschlüsse für die Signalleitung bzw. Speisung des Ultrarot-Senders 17 dargestellt.
Aus Fig. 8 ist eine autonome Montageeinheit, welche nach dem vorherig beschriebenen Prinzip arbeitet, dargestellt. Diese Montageeinheit ist in vergrössertem Masstab als Schnittdarstellung gezeichnet und findet im Gehäuse 10 des Fühlers 1 Verwendung. Die in Fig. 8 aufgezeigten konstruktiven Bauteile sind aus Isoliermaterial gefertigt und entsprechend schraffiert, Der Ultrarot-Sender 17 befindet sich zentriert durch eine Linse 21 mit zentraler Bohrung 21a hinter einem Ultrarot-Filter 22. Das Ultrarot-Filter 22 ist stirnseitig in einen abgesetzten Hohlzylinder 24 eingelassen. Der Ultrarot- Sender 17 sowie die Linse 21 sind durch einen Montagering 23 im Innern des Hohlzylinders 21 fixiert. Dahinter befindet sich in einem Abstand der auf eine Montageplatte ISb aufgesetzte Ultrarot-Empfänger 18. Anschlüsse 18a'des Ultrarot-Em-
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pfängers 18 führen zu einer Verstärkerschaltung 19, welche sich auf einer Schaltungsplatte befindet. Diese Schaltungsplatte ist mit einer Vergussmasse 20 C3M> Scotch Cast Nr. 8) vergossen. Aus dieser Vergussmasse 20 ragen die steckbaren Anschlüsse A, B, C heraus.
Die in Fig. 8 dargestellte Montageeinheit befindet sich im Gehäuse 10 des Fühlers 1, Fig. 1, direkt an der Stirnseite des lichtleitenden Körpers 11. Der über die Anschlussleitungen 17a gespeiste Ultrarot-Sender 17 strahlt durch das Ultrarot-Filter 22 in Richtung der optischen Achse 0-0. Befindet sich am Konus 12 kein Flüssigkeitsniveau, erfahren die paraxialen Strahlen an der Grenzfläche 12a Totalreflexion und werden Richtung Ultrarot-Sender 17 zurückgeworfen. Die Sammellinse 21 lenkt diese Strahlen in Richtung des Ultrarot-Empfängers 18, welcher die Funktion eines foto-elektrischen Wandlers hat.
In Fig. 9 ist detailliert die elektronische Schaltungsanordnung der Fig. 8 aufgezeichnet. Der Ultrarot-Sender 17 als Diode dargestellt, strahlt auf den Ultrarot-Empfänger 18 eine monochromatische Ultrarot-Strahlung von 940 nm mit einer spektralen Bandbreite Λ λ. von 60 nm, gemessen zwischen Punkten halber Leistung.
Die Strahlungsstärke der lichtemittierenden Diode von 30mW/ sterad gemessen mit einem kreisförmigen Fotodetektor von
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1 cm Detektorfläche in einer Entfernung von 3 2 tarn von der frontseitigen Glaslinse der lichtemittierenden Diode bewirkt eine Änderung des Fotodioden-Stromes im Ultrarot-Empfanger 18. Dieser Fotodioden-Strom erfährt in einem zweistufigen Transistor-Verstärker CDarlington Amplifier) eine ca. 10 fache Verstärkung. Durch ein Trimm-Potentiometer P kann der Arbeitspunkt der Transistoren T. und T„ und damit die Verstärkung der Verstärkerschaltung eingestellt werden.
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Fig. 10 zeigt die Stirnseite der Montageeinheit Fig. 8 auf der Anschluss-Seite. Hier sind wiederum die Anschlüsse A, B, C ersichtlich sowie ausserdem die aus der Vergussmasse leicht hervorragenden Transistoren T , T„ sowie das Trimm-Potentiometer P mit seiner Abgleichschraube.
Lurch den Einsatz einer ausserhalb des Fühlers 1 befindlichen Schaltungsanordnung kann ein elektrischer Schwingkreis gebildet werden.
Ein derartiger Schwingkreis mit Selbstüberwachung ist in Fig. 11 dargestellt. Hier ist der Fühler 1,durch eine gestrichelte Linie abgegrenzt, symbolisch dargestellt. Dem Anschluss C des Fühlers 1 ist ein Minuspotential angelegt. Der Anschluss B führt auf einen Emitter-Kollektor-Widerstand R1. eines Transistors T5. Der Anschluss A des Fühlers 1 führt über einen Widerstand R. einerseits zu einem Pluspotential und andererseits zu einem Eingang eines Schaltverstärkers 2. Der Ausgang des Schaltverstärkers 2 ist über die monostabilen Multivibratoren 3a, 3b ie auf die Basis von Transistoren T. , T,. sowie auf die Basis des Transistors T5 geführt. Am zweiten Eingang des Schaltverstärkers 2 befindet sich eine Referenzspannung Ref. Die Emitter der Transistoren T1+ , T1^, liegen am Plus- bzw. Minuspotential . Die Kollektoren der Transistoren T1^ , T^, führen zur Wicklung eines Ausgangsrelais H. Die Relais-Kontakte sind mit 4a bezeichnet.
Ein Oberwachungszyklus dieses Systems läuft wie folgt ab: Beim Einschalten des Systems strahlt der Ultrarot-Sender des Fühlers 1 noch nicht, der Foto-Uiderstand des Ultrarot-Im pfängers 18 ist hochohmig. Am einen Eingang des Schaltverstärkers 2 - Anschluss A - steigt die Spannung an. Oberschreitet diese Spannung den Schaltpunkt des Schaltverstärkers 2 so ändert dieser sein Ausgangssignal derart, dass der Ultrarot-Sender 17 eingeschaltet wird. Sobald
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Ultrarot-Strahlung auf den Ultrarot-Empfänger 18 trifft, ändert sich sein Fotowiderstand^ d.h. der Ultrarot-Fjnpfanger 18 wird niederohmig, die Spannung am Schaltverstärker sinkt. Unterschreitet diese Spannung den Schaltpunkt des Schaltverstärkers 2, so verändert sich wiederum dessen Ausgangssignal und unterbricht den Strom im Ultrarot-Sender Der Fotowiderstand des Ultrarot-Empfängers 18 wird wieder hochohmig. Die Spannung am Eingang des Schaltverstärkers 2 steigt erneut an, sobald der Schaltpunkt des Schaltverstärkers 2 überschritten wird, wird über dessen Ausgangssignal der Ultrarot-Sender 17 wieder eingeschaltet usw.
Die am Schaltverstärker 2 anstehende Schwingung wird von zwei parallel geschalteten, monostabilen Multivibratoren 3a, 3b überwacht. Jeder dieser Multivibratoren 3a, 3b steuert unabhängig vom andern Multivibrator den Ausgangskreis, das Ausgangsrelais 4 mit potentialfreien Relais-Kontakten Ha an.
iJas oben beschriebene System ergibt somit eine Anzeige, wenn sich der Betriebszustand bzw. das Flüssigkeitsniveau ändert oder bei einer Störung durch defekte Komponenten bzw. Fehler in der Obertragungsstrecke.
Die in den Ausführungsbeispielen genannten Einzelheiten lassen sich in verschiedener Weise variieren.
So kann zum Beispiel die Sammellinse, Linse 21, durch eine Fresnel-Linse ersetzt werden. Dies hat vor allem den Vorteil der leichteren mechanischen Bearbeitung der zentralen Bohrung 21a.
Um zu verhindern, dass an der Mantelfläche des lichtleitenden Körpers 11 reflektierte Strahlen ausgewertet werden, empfiehlt es sich, an der Mantelfläche des lichtleitenden Körpers wenigstens partiell einen Ultrarot-Strahlungs-Ab-
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sorber 11a beispielsweise in Form einer Bitumen-Lackschicht anzubringen, vgl. Fig. 1.
Diese Massnahme empfiehlt sich besonders bei der Überwachung von stark lichtstreuenden emulgierten Flüssigkeiten. Aufgrund der geringen optischen Dichte dieser Flüssigkeiten ist nur eine etwa 20%ige relative Abschwächung der Empfangsenergie 'im eingetauchten Zustand des Konus 12 feststellbar gegenüber dem ausgetauchten Zustand, so dass die eventuell an der Mantelfläche des lichtleitenden Körpers 11 reflektierten Strahlen zur Fehlanzeige führen könnten.
Verfahren zum Betrieb des elektro-optischen Gerätes zeichnet sich dadurch aus, dass im Ultrarot-Empfanger 18 nur diejenigen Paraxialstrahlen ausgewertet werden, welche eine maximale 2-malige Umlenkung an der Grenzfläche 12a erfahren haben.
Alle Massnahmen, z.B. enge Strahlbündelung, Absorber, Ultra rot-Filter und geometrische Anordnung des Ultrarot-Senders bzw. -Empfängers, die zu diesem Ziel führen, erlauben eine reproduzierbare Schaltschwelle bei geringsten Energien.
In Fig. 4 ist ein derart optimierter Fühler durch seine Stromcharakteristik im Ultrarot-Empfanger 18 repräsentiert. Der Schaltpunkt befindet sich hier bei 95-99% der Höhe des Konus 12.
Im Ausführungsbeispiel wurde bei vollständig eingetauchtem Konus 12 ein Ultrarot-Empfänger-Strom von 0,1 μΑ gemessen; die Schaltschwelle konnte einwandfrei auf 0,15 μΑ festgelegt werden.
In Fig. 4 ist der Strom im nicht eingetauchten Zustand mit I , im 1/3 und 2/3 eingetauchten Zustand des Konus 12 mit I, bzw. I2 bezeichnet, während der als Arbeitsbereich gün-
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stig erscheinende Kurvenverlauf mit L bezeichnet ist.
Diese Festlegung des Arbeitsbereiches geschieht durch einen zum Ultrarot-Empfanger 18 in Serie geschalteten Widerstand, z.B. durch den Widerstand RA, Fig. 11.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Fühlers nach Fig. 1 ist in Fig. 12a, 12b dargestellt. Diese Art Fühler hat sich besonders zum Nachweis des Vorhandenseins von hochviskosen Medien wie Schweröl, Harz etc. vorzüglich bewährt.
Ein lichtleitender Körper II1 weist an einer Endseite einen Konus 12' mit einem Kegelwinkel von 90 auf und ist gemäss Fig. 12b mit partiell verspiegelter Grenzfläche 12's versehen. An der anderen Endseite befinden sich nebeneinander angeordnet der Ultrarot-Sender 17 und der Ultrarot-Empfänger
Der Ultrarot-Sender 17 ist mit seiner Strahlungscharakteristik parallel zur optischen Achse 0-0 des lichtleitenden Körpers 11 ausgerichtet. Die gestrichelt eingezeichneten Strahlen verlaufen dementsprechend ebenfalls parallel zur optischen Ach-&e 0-0, werden an der verspiegelten Grenzfläche 12'3 reflektiert undafter gegenüberliegenden Grenzfläche - je nach Vorhandensein von Flüssigkeit - umgelenkt und treffen auf den Ultrarot-Empfänger 18.
Die Schaltungsanordnung von Ultrarot-Sender 17 und Ultrarot-Empfänger 18 entsprechen dabei Fig. 7.
Durch die verspiegelte Grenzfläche 12's erfolgt eine höhere Intensität der zurückgeworfenen Strahlung und somit ein günstigeres Schaltpegelverhältnis im Ultrarot-Empfänger 18.
Diese gleiche besonders in hochviskosen Medien günstige Wirkung kann ebenfalls durch eine dem Ultrarot-Empfänger 18 gegenüberliegende, verspiegelte Grenzfläche 12's erzielt werden.
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Das neue Gerät eignet sich, vorzüglich zur Überwachung der Flüssigkeitsniveaus in explosionsgefährdet«! Tanks in öl-, Benzin-, Benzol- und Flüssiggas-Lagern; es kann Aufgaben übernehmen, die mit den bisher bekannten Mitteln nicht durch geführt werden konnten.
Die bestechendsten Vorteile des Fühlers 1 lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Keine beweglichen Teile
- Flüssigkeitsanaloge Prüfmöglichkeit
- Mit entsprechender Elektronik vollkommen selbstüberwachend
- Eigensichere Stromkreise (Ex) i G5
- Unempfindlich auf: - DampfSchwaden
- Restflüssigkeit
- Schaum
- Verschmutzung
- Flüssigkeitsspritzer
- Nicht beeinflussbar durch:
- Viskosität der Flüssigkeit
- Temperatur (Fühlerspitze -190 bis + 350° C)
- Dielektrische Konstante
- Brechungsindex
- Farbe
- Tageslicht
- Einsetzbar in: - Allen Lösungsmitteln
- Säuren
- Laugen
- Mineralölprodukten, wie Heizöl, Benzin, Petrol, Heizöl mittel, Heizöl schwer (T * 30° C).
- Emulsionen, wie Milch, Rahm, Farbe etc.
- Bier (als Trennschichtdetektor)
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L e e r s e i t e

Claims (15)

1005 PPS-Fkt Patentansprüche:
1. Elektro-optisches Gerät für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit, bestehend aus wenigstens je einem monochromatischen Ultrarot-Sender, lichtleitenden Körper mit jeweils wenigstens einer endseitigen, die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden Grenzfläche, Ultrarot-Dnpfanger sowie Schaltungsanordnung zur Signal-Verarbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrarot-Sender (17) eine maximale Strahlungsstärke J von weniger als 200 mW/sterad aufweist, dass das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung wenigstens annähernd achsial-symmetrisch und in Richtung der optischen Achse (0-0) des lichtleitenden Körpers (11, 11'). ausgerichtet ist und dass die räumliche Verteilung der Strahlungsstärke in der Ebene halber Leistung (E-E) eine Halb-Winkelöffnung (oO von weniger als U aufweist.
2. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ultrarot-Empfanger (18) wenigstens eine Linse (21) und/oder ein Ultrarot-Filter (22) vorgesetzt sind.
3. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (21) eine Sammellinse mit zentraler Bohrung (21a) ist.
4. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse C21) eine Fresnel-Linse ist.
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5. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper (11, 11') eine Grenzfläche (12a) aufweist, welche zur optischen Achse (0-0) einen Winkel von 30 - 120° bildet.
6. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper (11, II1) ein Quarz-Stab ist und auf einer Endseite einen Konus (12) mit einer Grenzfläche (12a) aufweist, wobei der Kegelwinkel (X ) des Konus (12) wenigstens annähernd 90 beträgt .
7. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtleitende Körper (11, 11M zylindrisch ist und auf seiner Manrelfläche wenigstens partiell einen Ultrarot-Strahlungs-Absorber (lla) und/oder einen halbtransparenten Spiegel aufweist.
5. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrarot-Sender (17) eine lichtemittierende Diode ist und eine Strahlungsstärke von maximal 30mW/sterad aufweist, gemessen mit einem kreisförmigen Fotodetektor von 1 cmi Detektorfläche in einer Entfernung von 3 2 mm von der frontseitigen Glaslinse der lichtemittierenden Diode.
9. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrarot-Sender (17), die Linse (21),
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der Ultrarot-Empfanger (18) und eine die im Ultrarot-Empf anger (18) gebildeten elektrischen Signale verstärkende elektronische Verstärkerschaltung (19) zu einer autonomen Montageeinheit zusammengefasst sind.
10. Verfahren zum Betrieb eines elektro-optischen Gerätes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ultrarot-Empfanger (18) nur diejenigen Paraxialstrahlen ausgewertet werden, welche eine maximal 2-malige Umlenkung an der Grenzfläche (12a) erfahren haben.
11. Elektro-optisches Gerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ultrarot-Empfanger (18) ein Widerstand (R.) in Serie geschaltet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nichtvorhandensein von Flüssigkeit mit einer Schaltungsanordnung ein elektrischer Schwingkreis gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12.mit Selbstüberwachung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels monostabiler Multivibratoren (3a, 3b) Oberwachungszyklen gebildet werden, wodurch der Ultrarot-Sender (17) mit einer Frequenz von 1 Hz bis 200 kHz moduliert wird, dass der Schwingkreis durch das Vorhandensein eines an der Grenzfläche (12a) des lichtleitenden Körpers (11, 11f) vorhandenen Flüssigkeitsniveaus und/oder durch eine im Gerät vorhandene Störung, hervorgerufen durch defekte Komponenten bzw. Fehler in
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der Übertragungsstrecke unterbrochen wird und ein Signal zur Weiterverarbeitung in einer Überwachungseinheit abgegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (I.) des Ultrarot-Empfängers (18) durch Dimensionierung des zum Ultrarot-Empfängers (18) in Serie geschalteten Widerstands (Ra) derart festgelegt wird, dass der Fühler (1) bei mehr als 30% der Eintauchtiefe des Konus (12) in die nachzuweisende Flüssigkeit ein Signal zur Weiterverarbeitung abgibt.
15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fühler (1) mit lichtleitenden Körpern (11, 11') von zueinander unterschiedlichen Längen auf einem Flansch (30) zu einer Maximum-Minimum-Niveauschaltung zusammengefasst werden.
15. Verwendung eines elektro-optischen Gerätes nach Anspruch zur Überwachung der Flüssigkeitsniveaus in explosionsgefährdeten Tanks in öl-, Benzin-, Benzol- und Flüssiggas-Lagern.
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DE2724039A 1977-03-07 1977-05-27 Elektro-optische Meßvorrichtung für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit Expired DE2724039C2 (de)

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CH278877A CH614044A5 (de) 1977-03-07 1977-03-07

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DE2724039A1 true DE2724039A1 (de) 1978-09-14
DE2724039C2 DE2724039C2 (de) 1981-10-15

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