DE2717089B2

DE2717089B2 - Anzeigevorrichtung zur Erfassung des Pegelstandes von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsbehältern

Info

Publication number: DE2717089B2
Application number: DE2717089A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Von Dipl.-Ing. 8031 Olching Tluck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1979-04-12
Also published as: BE859273A; IT1085277B; GB1584041A; US4242590A; CA1137588A; FR2388256B3; CH620518A5; DE2717089A1; JPS53129678A; DE2717089C3; NL7709758A; FR2388256A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung zur Erfassung des Pegelstandes von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsbehältern unter Verwendung eines bei gefülltem Behälter in die Flüssigkeit eintauchenden transparenten Stabes, dessen in die Flüssigkeit ragendes so Fühlende derart ausgeformt ist, daß ein im transparenten Stab verlaufender Lichtstrahl dann am Fühlende eine Totalreflexion erfährt, wenn das Fühlende nicht von Flüssigkeit benetzt ist, wobei an dem Fühlende abgewandten Ende des Stabes eine fotoelektrische Einrichtung aus einer Lichtquelle und einem daneben angeordneten Lichtempfänger vorgesehen ist.

Zur Messung des Säurepegels in Akkumulatoren ist es bekannt, anstelle der Vtrschlußstopfen der einzelnen Akkumulatorenzellen Anzeigevorrichtungen einzu- to schrauben. Diese Anzeigevorrichtungen bestehen aus Glasstäben, die an ihrem Ende konisch zugeformt sind und eine Länge entsprechend dem Mindestpegel des Säurestandes in dem Akkumulator aufweisen. Eine derartige Anzeigevorrichtung arbeitet nun folgendermaßen: Ist der Säurepegel im Akkumulator unter den durch die Länge des Stabes bestimmten Mindeststand gefallen und wird deswegen der Konus am Stab nicht mehr benetzt, so erfährt das von außen einfallende Licht am konischen Ende des Glasstabes eine Totalreflexion und das plane Ende des Glasstäbe!, erscheint als heller Fleck. Bei gefülltem Akkumulator dagegen wird das einfallende Licht nicht reflektiert und das plane Ende des Glasstabes erscheint dunkel.

Die Messung des Pegelstandes in einem Flüssigkeitsbehälter auf die vorgenannte visuelle Weise ist nur dann möglich, wenn der Flüssigkeitsbehälter direkt zugänglich ist

Soll mit einem derartigen transparenten Stab ζ. Β. der Pegelstand des Reinigungs- und Trennmittels für die Walzen gegenüber der Tonersubstanz in einer elektrografischen Schnelldruckeinrichtung gemessen werden, so ist es notwendig, eine Vorrichtung vorzusehen, die bei tJnterschreitung einer Mindestmenge des Reinigungs- und Trennmitteis diesen Pegelstand der Bedienperson zuverlässig signalisiert

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung zur Erfassung des Pegelstandes von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsbehältern bereitzustellen, die es ermöglichen, den Pegelstand von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsbehältern zu erfassen, ohne daß dabei zufällige Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels Einfluß auf die Messung haben.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 48 983 ist ein lichtelektrischer Flüssigkeitsdetektor bekannt, der aus einem Glasstab aus Acrylglas besteht, an dessen einem Ende eine Lichtquelle und an dessen anderem Ende ein fotoelektrischer Wandler angeordnet ist. Die beschriebene Vorrichtung dient zur Lecküberwachung großer Behälter, wobei sie verzögerungsfrei beim Auftreten eines Leckes anspricht.

Im Unterschied dazu soll beim Anmeldungsgegenstand der Flüssigkeitspegel eines Flüssigkeitsbehälters überprüft werden. Damit muß die Vorrichtung gegenüber zufälligen Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels infolge Hin- und Herschwappens der Flüssigkeit abgesichert sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vereinigung folgender Merkmale gelöst:

a) bei Änderung des Reflexionsverhaltens des Fühlendes des Stabes wird eine Warnvorrichtung mittels einer elektrischen Schaltungsanordnung betätigt;

b) die Schaltungsanordnung enthält eine die Ansprechempfindlichkeit bestimmende Einstellanordnung, eine nachgeschaltete Verstärkeranordnung und eine hysteresebehaftete Schwellwertschaltungsanordnung.

Mit der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Pegelstand von Flüssigkeiten zu erfassen, ohne daß dabei zufällige Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels Einfluß auf die Messung haben.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung in einem Flüssigkeitsbehälter,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Befestigung der Lichtquelle und des Lichtempfängers auf dem transparenten Stab,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und

F i g. 4 eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2.

In einer hier nicht dargestellten elektrografischen Schnelldruckeinrichtung, die nach dem Zwischenträger-

verfahren und mit Warmefixierung durch Walzen arbeitet, wird das als Reinigungs- und Trennmittel für die Walzen gegenüber der Tonersubstanz dienende öl im Vorratsbehälter 1 gespeichert Dieses Öl unterliegt einem Verbrauch, weshalb über eine Anzeigevorrichtung die Unterschreitung eines Mindestpegels sofort signalisiert werden muß, da sich ansonsten die Druckqualität der Druckeinrichtung wesentlich verschlechtert. Die Anzeigevorrichtung selbst besteht dabei aus einem Stab 2 aus transparentem Material, das z. B. Plexiglas sein kann, der in den Flüssigkeitsbehälter 1 hineinragt und an der Stelle endet, bei deren Unterschreitung ein Warnsignal abgegeben werden soll. Der transparente Stab 2 ist an dem in die Flüssigkeit ragenden Fühlende 3 mit einem 90°-Konus versehen. Das andere Ende 4 ist plan und trägt nebeneinander eine Lichtquelle 5, die in diesem Fall eine Leuchtdiode ist und einen Lichtempfänger 6, z. B. einen Phototransistor.

Ein von der Lichtquelle 5 ausgehende:· Lichtstrahl wird an dem konischen Ende 3 dann reflektiert, wenn sich der transparente Stab 2 mit seinem Ende 3 in der Luft befindet. Taucht der Stab mit seinem Ende 3 in die Flüssigkeit ein, findet am Ende 3 keine Reflexion statt, sondern der Lichtstrahl 7 wird in der Flüssigkeit zerstreut. Diese durch die Form des Stabes 2 bestimmte physikalische Eigenschaft wird nun dazu ausgenützt, mit Hilfe einer Schaltungsanordnung gemäß Fig.3 bei L'nterschreiten eines gewissen Mindestpegels der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter ein Warnsignal zu erzeugen. jn

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht dabei aus einem Lichtempfänger 6, einem nachgeschalteten Empfindlichkeitseinsteller 8 mit einem Linearverstärker 9, an den sich ein hysteresebehafteter Schwellwertschalter 10 anschließt, ii

Im einzelnen ist die Schaltung gemäß der Fig.4 aufgebaut.

Sie besteht aus einer als Lichtquelle dienende Leuchtdiode 5, die über einen Widerstand 11 aus einer Spannungsquelle 12 versorgt wird.

Als Lichtempfänger dient ein Phototransistor 13, der an den Minuseingang eines integrierten Operationsverstärkers 14 angeschlossen ist. Die Ansprechschwelle des Phototransistors 13 kann mit Hilfe eines über einen Widerstand 15 begrenzten Potentiometers 16 einge- 4^r> stellt werden. Über die einen Spannungsteiler bildenden Widerstände 17 und 18 wird das Ansprechpotential des Operationsverstärkers 14 bestimmt. Ein Gegenkopplungswiderstand 19 definiert zusammen mit den Widerständen 17 und 18 die später noch im einzelnen w erläuterte Hysterese der Schaltungsanordnung. Ein Widerstand 20 dient als Arbeitswiderstand am Schaltungsausgang 21, seine Größe richtet sich nach der Art der hier nicht dargestellten Nachfolgeschaltung. Ein weiterer Widerstand 22 versorgt den Operationsver- ■->-> stärker 14; mit einem Kondensator 23 werden Störspannungsspitzen, die dem Signal des Phototransistors 13 überlagert sein können, beschnitten.

Im einzelnen funktioniert die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wie folgt: Solange im Konus 3 des bo Glasstabes 2 eine Lichtreflexion nicht auftritt, weil der Glasstab in die Flüssigkeit eintaucht, ist der Phototransistor 13 unbeleuchtet. Er führt keinen Strom. Dadurch tritt ein Spannungsabfall an den Widerständen 16, 15 nicht auf und der Minuseingang des Operationsverstärkers 14 liegt auf positivem Potential. Sein Ausgang 21 ist dadurch negativ und über den Rückkopplungswiderstand 19 wird auch der Pluseingang des Operationsverstärkers 14 etwas negativer gehalten, als der Spannungsteilung durch den Spannungsteiler 17 und 18 entspricht.

Bei absinkendem Füllstand wird ein Punkt erreicht, wo der Konus 3 aus der Flüssigkeit auszutauchen beginnt. Mit fortschreitendem Austauchen wird ein immer größer werdender Teil der Kegelfläche des Konus 3 reflektierend. Der Phototransistor 13 erhält mehr und mehr Licht und führt dementsprechend mehr und mehr Strom, was einen zunehmenden Spannungsabfall an den Widerständen 16, 15 zur Folge hat. Das Potential am Minuseingang des Operationsverstärkers 14 wird negativer und erreicht schließlich den am Pluseingang liegenden Wert. Der Operationsverstärker 14 beginnt umzuschalten. Sein Ausgang 21 wird positiver. Über den Gegenkopplungswiderstand 19 wird gleichzeitig auch der Piaseingang etwas positiver. Das unterstützt die Wirkung des Phototransistors 13 und läßt den Operationsverstärker 14 schlagartig voll umschalten. Am Ausgang 21 erscheint positives Potential, das der Bedeutung »Leerstandspegel unterschritten« entspricht.

Der Pluseingang des Operationsverstärkers 14 wird jetzt durch die Wirkung der Gegenkopplung auf einem etwas positiveren Potential gehalten, als der Spannungsteilung durch die Widerstände 17 und 18 entspricht. Ein geringfügiger Wiederanstieg des Flüssigkeitspegels, wie er z. B. durch Hin- und Herschwanken der Flüssigkeit im Behälter 1 oder durch andere mechanische oder elektrische Störungen vorgetäuscht werden kann, führt nicht zum Verschwinden des Signales mit der Bedeutung »Leerstandspegel unterschritten«. Zum Verschwinden ist es vielmehr erforderlich, daß der Pegel der Flüssigkeit um einen gewissen in seiner Größe durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände 19, 17 und 18 dimensionierbaren Wert ansteigt. In der Praxis hat sich eine Dimensionierung bewährt, bei der die Hysterese, d. h. der Unterschied zwischen Einschalt- und Ausschaltpotential auf den Ausgang des Phototransistors bezogen, etwa 10% des Nutzhubes beträgt.

Selbstverständlich ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur möglich, den Leerstand eines Flüssigkeitsbehälters festzustellen, sondern es können auch mit mehreren derartigen Anordnungen diskrete Pegelstufen der Flüssigkeit festgestellt werden. Als Medium für die Pegelmessungen kommen neben Flüssigkeiten auch pulverförmige Güter mit entsprechenden optischen Eigenschaften in Betracht. Diesen Gütern angemessen, kann die Spitze 3 des Glasstabes 2 entsprechend verändert sein und z. B. eine kugel- oder parabelförmige Ausbildung aufweisen.

Zur Befestigung der Lichtquelle 5 und des Lichtempfängers 6 auf der planen Oberfläche 4 des Glasstabes 2 ist es möglich, beide Bauelemente stöpselartig auf dem Glasstab 2 entsprechend der Darstellung in der Fig.2 zu vergießen bzw. sie mit Hilfe einer stöpseiförmigen Haivirung 23 zu verankern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anzeigeeinrichtung zur Erfassung des Pegelstandes von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsbehältern unter Verwendung eines bei gefülltem Behälter in die Flüssigkeit eintauchenden transparenten Stabes, dessen in die Flüssigkeit ragendes Fühlende derart ausgeformt ist, daß ein im transparenten Stab verlaufender Lichtstrahl dann am Fühlende eine Totalreflexion erfährt, wenn das Fühlende nicht von Flüssigkeit benetzt ist, wobei an dem Fühlende abgewandten Ende des Stabes eine fotoelektrische Einrichtung aus einer Lichtquelle und einem daneben angeordneten Lichtempfänger vorgesehen ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) bei Änderung des Reflexionsverhalteis des Fühlendes (3) des Stabes (2) wird eine Warnvorrichtung (21) mittels einer elektrischen Schaltungsanordnung (6,8,9,10) betätigt;

b) die Schaltungsanordnung enthält eine die Ansprechempfindlichkeit bestimmende Einstellanordnung (8), eine nachgeschaltete Verstärkeranordnung (9) und eine hysteresebehaftete Schwellwertschaltungsanordnung (10).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen am positiven Eingang eines Differenzverstärkers (14) anliegenden ersten Spannungsteilers (17, 18) und einen den Ausgang des Differenzverstärkers (21) auf den Spannungsteiler (17, 18) rückkoppelnden Widerstand (19) und einen am negativen Eingang des Differenzverstärkers (14) anliegenden zweiten Spannungsteiler (16,15,13).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsteiler (16, 15,13) aus einem einstellbaren Widerstand (16) und dem Lichtempfänger(6,13) besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (5) eine Leuchtdiode und als Lichtempfänger (C) ein Fhototransistor (13) angeordnet ist.