DE2724039C2

DE2724039C2 - Elektro-optische Meßvorrichtung für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2724039C2
Application number: DE2724039A
Authority: DE
Inventors: Benno Wettingen Aargau Perren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1981-10-15
Also published as: GB1600101A; DE2724039A1; US4201914A; CH614044A5; JPS53131071A; FR2383435A1; FR2383435B1

Description

a) Der Ulirarot-Sender (17) weist eine maximale Strahlungsstärke /_rai, von weniger als 200 mW/ sterad auf;

b) das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung ist axial-symmetrisch und in Richtung der optischen Achse (Q-O) des lichtleitenden Körpers (11,11') ausgerichtet;

c) die räumliche Verteilung der Strahlungsstärke in der Ebene halber Leistung (E-E) weist eine Halbwinkelöffnung (α) von weniger als 4° auf;

d) in Serie zum Ultrarot-Empfänger liegt ein Widerstand (R_A).

2. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ultrarot-Empfänger (18) wenigstens eine Linse (21) und/oder ein Ultrarot-Filter (22) vorgesetzt ist.

3. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (21) eine Sammellinse mit zentraler Bohrung (21 a) ist.

4. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (21) eine Fresnel-Linse ist.

5. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper (11, 11') eine Grenzfläche (12a) aufweist, welche zur optischen Achse (O-O) einen Winkel von 30-120° bildet.

6. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper (11,11') ein Quarzstab ist und auf einer Endseite einen Konus (12) mit einer Grenzfläche (12a) aufweist, wobei der Kegelwinkel (γ) des Konus (12) wenigstens annähernd 90° beträgt.

7. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper (11, 11') zylindrisch ist und auf seiner Mantelfläche wenigstens partiell einen Ultrarotstrahlungs-Absorber (11 a) und/oder einen halbtransparenten Spiegel aufweist.

8. Elektro-optische Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultrarot-Sender (17) eine lichtemittierende Diode ist und eine Strahlungsstärke von maximal 30 mW/sterad aufweist.

9. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultrarot-Sender (17), die Linse (21), der Ultrarot-Empfänger (18) und eine die im Ultrarot-Empfänger gebildeten elektrischen Signale verstärkende elektronische Verstärkerschaltung (19) eine selbständige Montageeinheitbilden.

10. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits-

bereich (]_A) des Ultrarot-Empfängers (18) durch Dimensionierung des mit ihm in Serie geschalteten Widerstandes (R_u) derart festgelegt ist, daß der Fühler (1,1') bei mehr als 30% der Eintauchtiefe des Konus (12) in die nachzuweisende Flüssigkeit ein Signal zur Weiterverarbeitung abgibt

11. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fühler (1 und 1') mit lichtleitenden Körpern (11 bzw. 11') von unterschiedlichen Längen zu einer Maximum-Minimum-Niveauschaltung zusammengefaßt sind.

12. Elektro-optische Meßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Überwachung des Flüssigkeitsniveaus in explosionsgefährdeten Tanks in Öl-, Benzin-, Benzol- oder Flüssiggas-Lagern.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen, auch Flüssigkeitsfühler oder Flüssigkeitssonden genannt, werden in der Praxis in verschiedenen Ausführungen verwendet Bekannt ist eine optisch-elektrische Flüssigkeitssonde (CH 5 80 802), bei welcher ausgesandte Lichtstrahlen aus einem lichtdurchlässigen Hohlkörper austreten. Ist die Sonde von Flüssigkeit umgeben, so verlieren sich die austretenden Strahlen in der Flüssigkeit. Ist hingegen die Sonde von Luft umgeben, so treffen die ausgetretenen Lichtstrahlen auf einen Teil des Hohlkörpers mit größerem Durchmesser, treten in ihn wieder ein und treffen, je nach Ausführung der Sonde nach eventuell ein- oder zweimaliger Reflexion, auf den Lichtempfänger, welcher ein entsprechendes Signal weitergibt. — Diese Sonde ist bestenfalls für leichtflüssige und saubere Flüssigkeiten verwendbar. Verschmutzungen, ferner Rückstände hochviskoser Flüssigkeiten, die auch bei geschicktester Formgebung des Hohlkörpers nur sehr langsam und ungenügend abfließen, machen diese Sonde unwirksam. Auch ergibt sich aus der mehrmaligen Brechung und Reflexion der Lichtstrahlen ein hoher Streulicht-Anteil.

Ferner ist eine Anzeigevorrichtung für zwei verschiedene Flüssigkeitshöhen bekannt (US 36 83 196). Ausgesandtes Licht durchdringt einen lichtdurchlässigen Körper, welcher in zwei unterschiedlichen Höhen Reflexionsflächen aufweist. Ist die obere Reflexionsfläehe von Luft umgeben, so wird ein Teil des Lichtbündels reflektiert und tritt auf einen Empfänger; ist auch die untere Reflexionsfläche von Luft umgeben, so wird ein anderer Teil des Lichtbündels reflektiert und von einem Empfänger — es kann der selbe wie vorher sein — aufgefangen. Bei vorhandener Flüssigkeit an einer Reflexionsstelle tritt das Licht in die Flüssigkeit aus. So kann durch Messung der Intensität des empfangenen Lichtes festgestellt werden, ob eine Reflexionsfläche von Luft oder von Flüssigkeit umgeben ist. — Auch diese Vorrichtung wird durch Verschmutzung und Rückstände hochviskoser Flüssigkeiten unbrauchbar und weist keine geeigneten Maßnahmen gegen direkt zurückgestrahltes Streulicht auf.

Sämtliche bisher bekannten Flüssigkeitsfühler erfordem eine relative hohe Sendeenergie, um ein reproduzierbares Ansprechverhalten zu gewährleisten. Aus diesem Grunde ist der Einsatz derartiger Geräte, insbesondere für die Verwendung im Zusammenhang

mit hochexplosiven Medien, in manchen Ländern aus Sicherheitsgründen verboten. Die Sendeleistung muß auch bei den beiden beschriebenen Geräten groß sein, was einen hohen Anteil des direkt zurückgestrahlten Streulichts ergibt, da dieses proportional zur Lichtstärke zunimmt Nähert sich sein Anteil der Größenordnung von 1% des möglichen Maximums des vom Empfänger aufgefangenen Lichtes oder überschreitet diesen Wert sogar, so macht sich sein Einfluß störend bemerkbar und das einwandfreie Funktionieren des Gerätes ist nicht mehr gewäh-'eistet Die Ansprechempfindlichkeit dieser Geräte liegt entsprechend tief, was durch die Verwendung gewöhnlichen Lichtes noch verschlechtert wird, weil mit diesem die Lichtabschwächung bei eingetauchtem Fühler gegenüber luftumgebenem Fühler viel kleiner ist als z. B. bei Ultrarotlicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendige Sendeleistung zu verringern und zudem das Ansprechverhalten des Gerätes derart zu verbessern, daß auch bei Verschmutzung oder Bildung von Kondensationstropfen an der lichtreflektierenden Grenzfläche kein ungewolltes Ansprechen des Gerätes erfolgt Ebenso soll das neue Gerät auch für Flüssigkeiten geeignet sein, bei denen die bisherigen Geräte ihren Dienst versagten, wie beispielsweise bei Schweröl, FIüssig-Teet usw., wo sich beim Absenken des Flüssigkeitsspiegels Rückstände an der lichtreflektierenden Fläche bilden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die im Anspruch 1 geoffenbarte Lehre können Meßvorrichtungen gebaut werden, welche mit weit unter den strengsten Sicherheitsbestimmungen liegenden Sendeleistungen funktionssicher arbeiten. Der Anteil des Streulichts wird auf ein Minimum herabgedrückt, was eine hohe Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung ergibt, die praktisch für alle technisch vorkommenden Flüssigkeiten verwendbar ist. In der Praxis wurde es möglich, bei einer Sendeleistung von 10 bis 20 mW selbst Flüssigkeitsniveau-Änderungen von einigen Zehntelmillimetern reproduzierbar nachzuweisen.

Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

F i g. 1 einen Fühler in explosionssicherer Ausführung,

F i g. 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-Empfänger in Funktion der Eintauchtiefe des Konus am Fühler,

Fig.5 der Strahlenverlauf im lichtleitender. Körper bei nicht in die Flüssigkeit eingetauchtem Konus,

Fig.6 der Strahlenverlauf irr lichtleitenden Körper bei eingetauchtem Konus,

Fig. 7 das Grundprinzip einer Überwachungsschaltung,

Fig.8 eine autonome Montageeinheit basierend auf der Überwachungsschaltung F i g. 7,

F i g. 9 die detaillierte elektronische Schaltungsanordnung der Montageeinheit F i g. 8,

F i g. 10 eine Ansicht der Montageeinheit F i g. 8 von der Anschluß-Seite her gesehen,

Fi g. 11 eine Schaltungsanordnung zur Selbstüberwachung eines Fühlers F i g. 1,

Fig. 12a eine Schenktisch dargestellte Variante des Fühlers F i g. 1, insbesondere geeignet für hochviskose Medien,

Fig. 12b den Konus des Fühlers Fig.2a (von der Flüssigkeit her gesehen).

Nach F i g. 1 weist ein Fühler 1 ein Gehäuse 10 mit einem lichtleitenden Körper It 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 14 versehen. Die Zentriermuffe 14 weist eine A.nfräsung 14a auf, weiche einem Sechskant 15 am Gehäuse 10 gegenüberliegt Eine Stopfbuchse 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 O-O bezeichnet

Ein am Konus 12 auftretendes Flüssigkeitsniveau symbolisiert dargestellt in Fi g. 1 — bewirkt im Fühler 1 einen Signal-Uni<;rbruch 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 O-O einen Winkel von 30—120° gebildet, wobei nicht notwendigerweise ein Konus vorhanden sein muß, eine einfache Schrägfläche genügt den Anforderungen ebenfalls.

In F i g. 2 sind zwei Fühler 1,1' mit den korrespondierenden lichtleitenderi Körpern 11 bzw. 11' dargestellt. Beide Fühler 1,1' sind auf einem Flansch 30 aufgebaut.

Durch die unterschiedlichen Längen der lichtleitenden Körper 11, It' kann somit eine Maximum-Minimum Niveauschaltung gebildet werden.

Die Fühler 1 bzw. Γ weisen je einen Ultrarot-Sender 17 auf, welcher bei einer Wellenlänge von 940 nm eine maximale Strahlungsstärke von 32 mW/sterad abzugeben imstande ist. Bewährt hat sich hierzu eine lichtemittierende Diode vom GaAs PN-Typ.

Um die in der Aufgabenstellung geforderten Eigenschaften erfüllen zu können, muß der Ultrarot-Sender 17 eine zur optischen Achse O-O des lichtleitenden Körpers axial-symmetrisch ausgerichtete räumliche Strahlungsverteilung besitzen. Diese Stahlungsverteilung 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 bezeichnet, eine Halb-Winkelöffnung α von weniger als 4° aufweist.

Im Beispiel Fig. 3 besitzt der Ultrarot-Sender eine maximale Strahlungsstärke J_max von 28 mW/sterad, wobei das Hauptmaximum der räumlichen Strahlungsverteilung nahezu absolut axial-symmetrisch ?.ur mechanischen Achse mit O_m bezeichnet, ausgerichtet ist. Die Halb-Winkelöffnung α in der Ebene halber Leistung beträgt hier zirka ±3°.

Je nach Eintauchtiefe h des Konus 12, in F i g. 4 durch ein schwarzes Dreieck symbolisiert, ergibt ein Ultrarot-Empfänger 18, ebenfalls im Fühler 1 bzw. Γ eingebaut, einen exponentialfunktionsähnlichem Empfangsstrom.

Als Ultrarol-Empfänger 18 hat sich eine Silizium-Foto-PIN-Diode vom 9 mm² strahlungsempfindlicher Fläche bewährt.

Die Wirkungsweise einer Fühlerausführung wird anhand der F i g. 5 und 6 erläutert.

Nach Fig 5 strahlt der Ultrarot-Sender 17 auf die Grenzflächen 12a des lichtleitenden Körpers 11. Hier erfahren diese Strahlen, durch eine gestrichelte Linie dargestellt, zufolge Totalreflexion eine Umlenkung und erzeugen im Ultrarot-Empfänger 18 eine Widerstandsänderung bzw. Stromänderung, d. h. bei ständiger Einstrahlung von Ultrarot ergibt sich ein konstanter Widerstandswert bzw. Stromwert im Ultrarot-Empfänger 18.

Tauchen die Grenzflächen 12a in eine Flüssigkeit, in F i g. 6 dargestellt, trifft keine Strahlung auf den Ultrarot-Empfänger 18, es stellt sich ein gegenüber dem nicht eingetauchten Zustand höherer Widerstandswert im wiirarot-i_,rnpisngcr tu cm.

In F i g. 7 ist das Prinzip-Schaltbild einer derartigen Anordnung dargesellt. Mit A. B, C sind die Anschlüsse für die Signalleitung bzw. Speisung des Ultrarot-Senders 17 dargestellt.

Aus F i g. 8 ist eine autonome Montageeinheit, welche nach dem vorherig beschriebenen Prinzip arbeitet, dargestellt. Diese Montageeinheit ist in vergrößertem Maßstab als Schnittdarstellung gezeichnet und findet im Gehäuse 10 des Fühlers 1 Verwendung. Die in F i g. 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 dem 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 24 fixiert. Dahinter befindet sich in einem Abstand der auf eine Montageplatte 18έ> aufgesetzte Ultrarot-Empfänger 18. Anschlüsse 18a des Ultrarot-Empfängers 18 führen zu einer Verstärkerschaltung 19, welche sich auf einer Schaltungsplatte befindet. Diese Schaltungsplatte ist mil einer Vergußmasse 20 vergossen. Aus dieser Vergußmasse 20 ragen die steckbaren Anschlüsse A, B, C heraus.

Die in F i g. 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 O-O. 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 F i g. 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 Δλ von 60 nm, gemessen zwischen Punkten halber Leistung.

Die Strahlenstärke der lichtemittierenden Diode von 30mW/sterad gemessen mit einem kreisförmigen Fotodetektor von 1 cm² Detektorfläche in einer Entfernung von 32 mm von der frontseitigenjjlaslinse der lichtemittierenden Diode bewirkt eine Änderung des Fotodioden-Stromes im Ultrarot-Empfänger 18. Dieser Fotodioden-Strom erfährt in einem zweistufigen Transistor-Verstärker (Darlington Amplifier) eine ca. 10*fache Verstärkung. Durch ein Trimm-Potentiometer P kann der Arbeitspunkt der Transistoren Ti und Ti und damit die Verstärkung der Verstärkerschaltung eingestellt werden.

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), Ti sowie das Trimm-Potentiometer P mit seiner Abgleichschraube.

ίο Durch den Einsatz einer außerhalb des Fühlers 1 befindlichen Schaltungsanordnung kann ein elektrischer Schwingkreis gebildet werden.

Ein derartiger Schwingkreis mil 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 Einilter-Kollektor-Widerstand R<, eines Transistors Ti. Der Anschluß A des Fühlers 1 führt über einen Widersland Ra einerseits zu einem Pluspotential und andererseits zu einem Eingang eines Schaltverstärker 2. Der Ausgang des Schaltverstärkers 2 ist über die monostabilen Multivibratoren 3a, 3b je auf die Basis von Transistoren T^₁₁, T^₁ sowie auf die Basis des Transistors T-, geführt. Am zweiten Eingang des Schaltverstärkers 2 befindet sich eine Referenzspannung Ref. Die Emitter der Transistoren 74a, Tit, liegen am Plus- bzw. Minuspotential. Die Kollektoren der Transistoren 7i_a, Ttb führen zur Wicklung eines Ausgangsrelais 4. Die Relais-Kontakte sind mit 4a bezeichnet.

Ein Überwachungszyklus dieses Systems läuft wie folgt ab: Beim Einschalten des Systems strahlt der Ultrarot-Sender 17 des Fühlers 1 noch nicht, der Foto-Widerstand des Ultrarot-Empfängers 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 Ultrarot-Strahlung auf den Ultrarot-Empfänger 18 trifft, ändert sich sein Fotowiderstand, d. h. der Ultrarot-Empfänger 18 wird niederohmig, die Spannung am Schaltverstärker sinkt. Unterschreitet diese Spannung den Schaltpunkt des Schaltverstärkers 2, so verändert sich wiederum dessen Ausgangssignal und verändert oder unterbricht den Strom im Ultrarot-Sender 17. 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, Zb steuert unabhängig vom andern Multivibrator den Ausgangskreis, das Ausgangsrelais 4 mit potentialfreien Relais-Kontakten 4a an.

Das 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 Übertragungsstrecke.

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-Absorber 11a beispielsweise in Form einer Bitumen-Lackschicht anzubringen, vgl. Fig.l.

Diese Maßnahme empfiehlt sich besonders bei der Überwachung von stark lichtstreuenden emulgieren 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.

Es ist von Vorteil, wenn im Ultrarot-Empfänger 18 nur diejenigen Paraxialstrahlen ausgewertet werden, welche eine maximal 2malige Umlenkung an der Grenzfläche 12a erfahren haben.

Alle Maßnahmen, z. B. enge Strahlbündelung, Absorber, Ultrarot-Filter und geometrische Anordnung des Ultrarot-Senders bzw. -Empfängers, die zu diesem Ziel führen, erlauben eine reproduzierbare Schaltschwelle bei geringsten Energien.

In F i g. 4 ist ein derart optimierter Fühler durch seine Stromcharakteristik im Ultrarot-Empfänger 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 k, im 'Λ und ²A eingetauchten Zustand des Konus 12 mit I\ bzw. k bezeichnet, während der als Arbeitsbereich günstig erscheindende Kurvenverlauf mit Ia bezeichnet ist.

Diese Festlegung des Arbeitsbereiches geschieht durch einen zum Ultrarot-Empfänger 18 in Serie geschalteten Widerstand, z. B. durch den Widerstand /k, Fig. 11.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Fühlers nach Fi g. 1 ist in F i g. 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 11' 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 18.

Der Ultrarot-Sender 17 ist mit seiner Strahlungscharakteristik parallel zur optischen Achse O-O des leitenden Körpers 11 ausgerichtet. Die gestrichelt eingezeichneten Strahlen verlaufen dementsprechend ebenfalls parallel zur optischen Achse O-O, werden an der verspiegelten Grenzfläche 12's reflektiert und an der gegenüberliegenden Grenzfläche — je nach Vorhandensein von Flüssigkeit — umgelenkt und treffen auf den Ultrarot-Empfänger 18.

ίο Die Schaltungsanordnung von Ultrarot-Sender 17 und Ultrarot-Empfänger 18 entsprechen dabei F i g. 7.

Durch die verspiegelte Grenzfläche 12'j 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 12'₅ erzielt werden.

Das neue Gerät eignet sich vorzüglich zur Überwachung der Flüssigkeitsniveaus in explosionsgefährdeten Tanks in öl-, Benzin-, Benzol- und Flüssiggas-Lagern; es kann Aufgaben übernehmen, die mit den bisher bekannten Mitteln nicht durchgeführt 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

— Flüssig .eitsspritzer

— Nicht ot. "influßbar durch:

— V kosität 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 (7> 30° C).

— Emulsionen, wie Milch, Rahm, Farbe eic-.

— Bier (als Trennschichtdetektor)

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektro-optische Meßvorrichtung für den Nachweis des Vorhandenseins von Flüssigkeit umfassend wenigstens einen Meßumformer mit je einem monochromatischen Ultrarot-Sender, mit einem lichtleitenden Körper mit jeweils wenigstens einer endseitigen, die Ultrarot-Strahlung total reflektierenden Grenzfläche, mit einem Ultrarot-Empfänger und mit einer Schaltungsanordnung zur Signal-Verarbeitung, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: