DE3341265C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandsmesser für Flüssigkeitsbehälter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei heute üblichen Füllstandsmessern wird die durch den Flüssigkeitsspiegel vorgegebene Position des Schwimmers auf verschiedene Weise in eine elektrische Größe und diese dann in der Meß- und Anzeigevorrichtung in eine sichtbare Meßwertanzeige umgewandelt. Solche Füllstandsmesser haben zwar ein großes Auflösungsvermögen, erfordern allerdings einen großen technischen Aufwand.

Es sind auch schon Füllstandsmesser bekannt, bei welchen ein dauermagnetischer Schwimmer magnetische Anzeigeelemente einstellt, so daß der Füllstand in diskreten Werten abgelesen werden kann. Eine solche direkte Kopplung von mechanischen Anzeigeelementen an den Meßwertaufnehmer ist fertigungstechnisch sehr aufwendig und empfindlich gegen rauhe Betriebsbedingungen. Darüber hinaus ist das Auflösungsvermögen recht begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandsmesser der eingangs genannten Art mit hohem Auflösungsvermögen zu schaffen, bei welchem die erfaßte Meßgröße "Füllstand" ohne elektrische, elektronische und mechanische Hilfsmittel direkt optisch angezeigt wird.

Die Aufgabe ist bei einem Füllstandsmesser der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllstandsmesser wird von einem an sich bekannten sog. Faraday-Rotator Gebrauch gemacht. Faraday-Rotatoren sind magnetooptische Elemente, die durch geeignete Auswahl des Magnetmaterials die Polarisationsebene des sie in Achsrichtung durchdringenden polarisierten Lichtes um einen Drehwinkel in oder entgegen Uhrzeigersinn drehen, wenn sie von einem Magnetfeld durchsetzt werden, dessen Feldlinien parallel zur Lichteinfallsrichtung verlaufen. Die Größe des Drehwinkels ist von der Größe der magnetischen Feldstärke abhängig und erreicht bei magnetischer Sättigung ^π/₄. Die Drehrichtung der Polarisationsebene ändert sich mit der Feldrichtung des magnetischen Feldes.

Die Drehung der Polarisationsebene des polarisierten Lichtes, im allgemeinen Faraday-Effekt oder Faraday-Drehung genannt, wird in der Technik vielfach angewendet. So bei Meßgeräten wie z. B. Strommesser für Hochspannungsanlagen, bei bistabilen magnetooptischen Schaltern, z. B. Hell-Dunkel-Schaltern, digitalen und analogen magnetooptischen Speicher u. dgl. mehr. Als Materialien für das magnetooptische Element werden Yttriumeisengranate, die gadolinium- und galliumsubstituiert sein oder Beimengungen aus seltenen Erden enthalten können, in Form von Einstristallen oder expitaxialen Schichten verwendet.

Aus der DE-OS 27 29 890 ist es auch schon bekannt, die magnetooptischen Elemente in Domänen aus parallelen dünnen Streifen zu magnetisieren, deren Magnetisierungsrichtungen, d. h. magnetischen Vorzugsrichtungen, von einer Domäne zur nächsten regelmäßig abwechseln, wobei die Magnetisierungsvorrichtungen zweier unmittelbar aneinandergrenzender Domänen einander entgegengesetzt sind. Solche magnetooptischen Elemente werden als magnetooptische Ablenker verwendet, in welchen unter einem Winkel zu den Domänen einfallendes monochromatisches Licht an diesen teilweise gebeugt wird.

Aus der Literaturstelle "Revue Generale de l′Electricite, Juli/August 1967, S. 1045-1051" ist ein Strommesser bekannt, der unter Ausnutzung des sog. Faraday-Effektes den elektrischen Strom bei Hochspannungsanlagen berührungslos mißt. Der Faraday-Rotator ist mit einer stromführenden Spule umwickelt und in Achsrichtung von polarisiertem Licht durchdrungen, das durch Beleuchten eines Polarisators mit einer monochromatischen Lichtquelle gewonnen wird. Die Polarisationsebene des dem Rotator in Lichteinfallsrichtung nachgeordneten Analysators ist um 45° gegenüber der Polarisationsebene des Polarisators gedreht. Ein Fotoverstärker mißt das am Analysator austretende Licht. Die Intensität dieses Lichtes ist proportional der Drehung der Polarisationsebene des polarisierten Lichtes bei Durchlaufen des Rotators und erreicht bei einer Drehung von 45° ihr Maximum. Die Lichtintensität ist wiederum proportional der Größe des den Rotator durchsetzenden Magnetfeldes, das wiederum proportional dem die Meßspule durchfließenden Strom ist.

Aus der DE-OS 23 46 199 ist ein bistabiler magnetooptischer Hell-Dunkel-Schalter bekannt, bei dem Licht einen Polarisator, einen Faraday-Rotator und einen Analysator durchstrahlt. Der Faraday-Rotator besteht aus einer Einkristallplatte mit einer zur Plattenfläche senkrechten magnetischen Vorzugsachse und ist so ausgebildet, daß er eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes um +45° oder -45° bewirkt, wenn er in einer Richtung oder in der Gegenrichtung bis zur Sättigung magnetisiert wird. Je nach Feldrichtung des angelegten magnetischen Feldes wird Licht durch den Analysator hindurchtreten oder nicht. Der Schalter nimmt damit seinen Hell- bzw. Dunkel-Zustand an.

Aus der DE-OS 22 55 796 ist eine Schaltmaske mit steuerbarer Transparenz aus Magnetmaterial bekannt, das von einer optisch transparenten Einkristallscheibe aus substituiertem Eisen-Granant mit Dotierungen aus seltenen Erden besteht. Durch geeigneten Aufbau besitzt die Einkristallscheibe eine Anzahl periodisch nebeneinanderliegender Kompensationslinien mit einer Sättigungsmagnetisierung Null, an denen sich bei Anlegen eines magnetischen Feldes sog. Kompensationswände ausbilden. Wird ein solches Magnetmaterial von polarisiertem Licht durchleuchtet, so erscheinen bei geeigneter Azimutstellung des Analysators die kreisförmigen Domänenbereiche dunkel und der Untergrund hell oder umgekehrt (unbeschriebener Zustand). Durch Aufwärmen einzelner Domänenbereiche mittels eines Lichtstrahls lassen sich beliebige Kompensationsbubbles löschen (eingeschriebener Zustand), wobei die Kompensationswand verbreitert bzw. entfernt wird, und ein Domänenbereich mit geänderter Reflexion oder Transmutation entsteht. Dieser Zustand bleibt auch nach Belichtung erhalten. Erst durch starke Abkühlung oder Erhöhung bzw. Umpolung des Magnetfeldes bilden sich alle Kompensationsbubbles zurück.

Die DE-PS 26 06 596 zeigt eine Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung von Bildprojektoren, bei welcher mit zeilen- und spaltenweise angeordnete magnetooptische Schaltzellen aus ferrimagnetischem Material durch einen vom Schaltzustand abhängigen Faraday-Effekt mit Hilfe von Polarisatoren und Analysatoren ein auf die Schaltzellen auftreffender Lichtstrahl modulierbar ist. Eine solche Lichtmodulationsmatrix besteht beispielsweise aus strukturierten magnetooptischen Schichten, z. B. Eisengranatschichten, die senkrecht zur Schichtfläche magnetisiert sein können. Im Bereich der sog. Kompensationstemperatur verschwindet die Magnetisierung. Durch Ätztechnologie werden Teile des Materials entfernt, bis magnetisch voneinander isolierte Inseln oder Zellen übrigbleiben, in denen die Magnetisierung zur Schichtnormalen parallel oder antiparallel ausgerichtet werden kann und die damit zwei Schaltzustände einnehmen. Alle diese Schaltzellen sind auf Kompensationstemperatur gehalten und von einem Magnetfeld gleichzeitig durchdrungen. Auf jeder Schaltzelle ist ein lichtdurchlässiges Widerstandselement angebracht. Durch Erzeugung lokaler Stromwärme in ausgewählten Widerstandselementen wird die Temperatur in den zugehörigen Schaltzellen über die Kompensationstemperatur erhöht und der Schaltzustand der Schaltzellen entsprechend der Richtung des angelegten Magnetfeldes geändert.

Bei dem erfindungsgemäßen Füllstandsmesser wird durch Ausnutzung des Faraday-Effekts die Meßgröße "Füllstand" als scharfe Hell-Dunkel-Grenze unmittelbar auf dem Analysator dargestellt. Da diese Grenze oder Kante mit Veränderung der Meßgröße auf dem Analysator wandert, z. B. von oben nach unten oder umgekehrt, ist ihre Lage auf dem Analysator ein direktes Maß für die Meßgröße, wobei der optische Eindruck einer kontinuierlichen Anzeige entsteht. Zur Anzeige der Meßgröße sind keinerlei Hilfsmittel, wie Lichtverstärker, Intensitätsmesser oder sonstige elektrische Bauteile erforderlich, die das Licht in eine elektrische Größe und diese dann in eine Informationsgröße, z. B. einem digitalen oder analogen Zahlenwert, umwandeln. Messung und Anzeige erfolgen mit dem gleichen Medium Licht. Der Füllstandsmesser benötigt keine elekrische Energie. Der angezeigte Meßwert wird solange sichtbar gespeichert, bis ein neuer Meßwert erfaßt wird. Die Auflösung des Füllstandsmessers ist sehr hoch und nur vom Aufwand bei der Herstellung des magnetooptischen Elements, d. h. bei der Erzeugung der aus Domänen zusammengesetzten Struktur des magnetooptischen Elements mit Hilfe fotografischer Verfahren oder von Elektronenstrahllithografie, beschränkt. Zur Ansteuerung des magnetooptischen Elements sind nur geringe Feldstärken von etwa 5-10 Oe erforderlich. Dadurch können Schwimmer mit extrem leichtem Magnetfeldgenerator, z. B. kleinem Dauermagnet, verwendet werden und damit wiederum kleinere Schwimmer und kleinere Meßrohre. Neben technischen Vorteilen ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen. Außerdem bieten sich für die eigentliche Meßanordnung im Meßrohr neue Gestaltungsmöglichkeiten und damit größere Freiheiten in der konstruktiven Gestaltung des Meßrohrs nebst Inhalt. Insgesamt läßt sich eine verbesserte Ergonomie, erhöhte Genauigkeiten und mechanische Unempfindlichkeit und bei gleichzeitiger Systemverkleinerung ein geringerer Gesamtaufwand erzielen.

Der erfindungsgemäße Füllstandsmesser ist äußerst robust, da mechanisch unempfindlich, und eignet sich zum Einsatz unter rauhen Betriebsbedingungen, auch in explosionsgefährdeter Umgebung. Da keine beweglichen mechanischen Bauteile vorhanden sind, ist es unempfindlich gegen Erschütterungen und zeigt langsfristig keine materialbedingten Ermüdungserscheinungen.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Füllstandsmesser mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 am Analysator eine Skalierung vorgesehen, deren Skalenteilung den Abmessungen der Domänen in Hubrichtung des Schwimmers oder einem Vielfachen davon entspricht, so kann die Meßgröße "Füllstand" am Analysator exakt abgelesen werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 3. Bei Anordnung von magnetooptischem Element und Polarisationsanordnung auf einem Lichtsammler, in dem zweckmäßigerweise noch Fluoreszenzpartikel eingegossen werden, genügt als Lichtquelle zur Erzeugung einer hellen Anzeige Umgebungslicht. Eine evtl. zur Verbesserung der Ablesehelligkeit vorzusehende Kunstlichtquelle kann entfallen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 5. Das von dem Dauermagneten erzeugte Magnetfeld durchsetzt die jeweils ober- und unterhalb der Magnetmitte liegenden Domänen in entgegengesetzter Richtung. Damit wird der hinter den Domänen mit gleichgerichteter Magnetisierungsrichtung jeweils sich erstreckende Skalenbereich beleuchtet bzw. abgedunkelt. Die Magnetmitte stimmt dann mit dem momentanen Füllstand überein, der durch die Trennkante zwischen Hell- und Dunkel-Bereich der Skala angezeigt wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 6. Bei dieser Ausbildung des Magnetfeldgenerators wird das magnetooptische Element in drei Richtungen vom Magnetfeld durchsetzt, wobei das etwa mit der Scheibe fluchtende Magnetfeld beidseitig von zwei Magnetfeldern begrenzt wird, die jeweils gleiche aber dem mittleren Magnetfeld entgegengerichtete Feldrichtungen aufweisen. In diesem Fall wird vorteilhaft der Analysator auf die Polarisationsebenen-Drehung durch das mittlere Magnetfeld eingestellt. Dadurch wird eine sehr schmale Zone der Skala beleuchtet, die einen den Füllstand kennzeichnende Strichmarkierung sichtbar macht und damit eine punktweise Anzeige ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 8. Mittels solcher Magnetfeldsensoren läßt sich in einfacher Weise eine elektrische Fernanzeige der Meßwerte realisieren. Solche Sensoren sind mit preiswerten Verfahrenstechniken auf oder in dem magnetooptischen Element anbringbar.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 9. Solche Permalloy-Sensoren lassen sich entsprechend dem Raster der Domänen ausbilden, so daß die Auflösung bei einer solchen elektrischen Fernanzeige wesentlich höher ist, als dies mit bekannten Reedkontakt-Leisten möglich ist. In explosionsgefährdeter Umgebung können aber auch optische Sensoren, wie Gabellichtschranken, eingesetzt werden.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt jeweils in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Flüssigkeitsbehälters mit daran angeschlossenem Füllstandmesser,

Fig. 2 einen Querschnitt des Füllstand­ messers gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt eines magnetooptischen Elements des Füllstandmessers in Fig. 1, ausschnittweise,

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht von Polarisator, magneto­ optischem Element, Analysator und Skalenträger des Füllstandmessers in Fig. 1, ausschnittweise, zur Er­ läuterung der Wirkungsweise

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht eines Magnetfeldgenerators des Füllstand­ messers in Fig. 1 mit angedeutetem Magnetfeld,

Fig. 6 und 7 jeweils eine vergrößerte Ansicht eines Skalenträgers des Füllstand­ messers in Fig. 1, ausschnittweise,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Schaltungs­ anordnung zur elektrischen Fernüber­ tragung von Meßwerten.

Mittels des in Fig. 1 und 2 dargestellten Füllstandmes­ sers soll der Flüssigkeitspegel 10 in einem Flüssig­ keitsbehälter 11 optisch angezeigt werden. Zu diesem Zweck ist ein Meßrohr 12 als Bypass an dem Flüssig­ keitsbehälter 11 angeschlossen, so daß nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren der Flüssigkeitsspiegel 10′ im Meßrohr 12 das gleiche Niveau einnimmt. Die Lage des Flüssigkeitsspiegels 10′ wird über einen Schwimmer 13 auf die Meß- und Anzeigevorrichtung 14 des Füllstandmessers übertragen. Zur Übertragung dient ein im Gehäuse 15 des Schwimmers angeordneter Magnetfeldgenerator 16, dessen Magnetfeld auf den Meßwertaufnehmer des Meßgerätes wirkt, der wiederum die Meßwertanzeige steuert. Der Magnetfeldgenerator 16 ist im einfachsten Fall als kleiner Dauermagnet ausgebildet, dessen Polachse sich in Hubrichtung des Schwimmers 13 bzw. Flüssigkeitsspiegels 10′ erstreckt.

Der Meßwertaufnehmer und die Meßwertanzeige der Meß- und Anzeigevorrichtung 14 des Füllstandmessers wird von einem magnetooptischen Element 17 mit einer Polari­ tätsanordnung 47 gebildet. Letztere weist einen Polari­ sator 18 und einen Analysator 19 auf, jeweils in Licht­ einfallsrichtung vor bzw. hinter dem Element 17 angeordnet. Hinter dem Analysator 19 ist ein transparenter Skalenträger 20 angeord­ net, auf dem eine Skalierung 21 angebracht ist (Fig. 4). Solche Skalierungen 21 können - wie Fig. 6 und 7 zei­ gen - verschieden ausgebildet sein und mittels Auf­ dampfprozesse bzw. Ätztechniken problemlos auf den Skalenträger 20 aufgebracht werden. Es ist auch möglich, auf den Skalenträger 20 ganz zu verzichten und die Skalie­ rungen 21 mit entsprechenden Verfahren auf der Rückseite des Analysators 19 oder des Elements 17 unmittelbar anzubringen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Meß- und Anzeige­ vorrichtung 14 außen auf dem aus diamagnetischem Material bestehenden Meßrohr 12 aufgebracht. Zur Befestigung der Meß- und Anzeigevorrichtung 14 am Meßrohr 12 ist ein Träger 22 vorgesehen, der gleichzeitig als Lichtsammler ausgebildet ist. Der Träger 22 ist aus transparentem Kunststoff und weist eingeschlossene Fluoreszenz­ partikel auf, so daß die Meßwertanzeige auch bei schwa­ chem Umgebungslicht einwandfrei abzulesen ist. Zur Erzielung farbiger Gestaltung können die Fluoreszenz­ partikel farbig sein. Zur Wärmeisolation ist zwi­ schen der Wand des Meßrohrs 12 und der Unterseite des Trägers 22 eine isolierende Unterlage 23 ange­ bracht.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das magnetooptische Element 17 aus einer Vielzahl von sog. Domänen 24, das sind Zonen mit jeweils einheitlicher Magneti­ sierungsrichtung aufgebaut. Diese Domänen 24 sind quer zur Lichteinfallsrichtung aneinandergereiht und durch im wesentlichen gradlinig verlaufende scharfe Domänengrenzen 25 voneinander getrennt. In dem Aus­ führungsbeispiel sind die Domänen aus einem Granatkristall mit Beimengungen anderer Metalle, wie Gadolinium oder Yttrium hergestellt. Jede Domäne 24 besteht aus einem dünnen Plättchen, das aus einem sog. Einkristall geschnitten wird. Als Domänen 24 können aber auch im sog. Epitaxieverfahren aufgedampfte dünne Schichten zur Anwendung kommen. Die dünnen Plättchen bzw. Schichten liegen quer zur Lichteinfallsrichtung 26 (Fig. 4). Der Polarisator 18, der Analysator 19 und der Skalenträger 20 erstrecken sich quer zur Lichtein­ fallsrichtung über die gesamte Länge des aus einzelnen Domänen 24 bestehenden magnetooptischen Elements 17, und die gesamte Meßanordnung 14 erstreckt sich über den maximalen Hub des Schwimmers bzw. des Magnetfeldgenera­ tors 16, also letztlich über den Hubbereich des Flüssig­ keitsspiegels 10′ im Meßrohr 12. Die Skalierung 21 ist dabei so gewählt, daß die Skaleneinteilung der quer zur Lichteinfallsrichtung sich erstreckenden Abmessung der Domänen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.

In der Meß- und Anzeigevorrichtung 14 wird der bei magnetooptischen Substanzen bekannte Faraday-Effekt ausgenutzt. Dies sei kurz anhand der Fig. 4 erläutert:

Aus der Richtung 26 einfallendes, in beliebig vielen Polarisations­ ebenen schwingendes Licht 27 wird durch den Polarisa­ tor 18 in der Schwingungsrichtung 28 polarisiert, wie sie in Fig. 4 durch einen Pfeil symbolisch angedeutet ist. Zwei aneinanderliegende und durch die Domänen­ grenze 25 voneinander getrennte Gruppen von Domänen 24 werden mittels des von dem Magnetfeldgenerator 16 er­ zeugten Magnetfelds in entgegengesetzter Richtung ma­ gnetisiert, was in Fig. 4 durch Feldlinienpfeile ange­ deutet ist. Nach dem Faraday-Effekt wird dann die Po­ larisationsebene 28 des durch das magnetooptische Element 17 hindurchtretenden Lichtes bis zu 45° ge­ dreht, und zwar in der oberen Domänengruppe in Licht­ einfallsrichtung 26 gesehen im Linkssinn, also ent­ gegen Uhrzeigersinn, und in der unteren Domänegruppe im Rechtssinn. Die Polarisationsebene des die oberen Domänengruppe verlassenden Lichtes ist in Fig. 4 mit 29 gekennzeichnet, während die Polarisationsebene des die untere Domänengruppe verlassenden Lichtes mit 30 gekenneichnet ist. Der Analysator 19 ist nunmehr so eingestellt, daß er nur Licht hindurchtreten läßt, das in der Polarisationsebene 29 schwingt. Für den Betrach­ ter zeigt sich das in Fig. 4 dargestellte Bild des Skalenträgers 20, nämlich eine obere Hellzone 31 und eine untere Dunkelzone 32 mit einer scharfen Trennungs­ linie 33. Diese Trennungslinie 33 bildet sich immer dort aus, wo Domänen 24 mit entgegengesetzter Feld­ richtung aneinanderstoßen. Die Magnetisierung der Domänen 24 bleibt solange erhalten, bis entweder der Curiepunkt überschritten wird oder ein entgegen­ gesetztes Magnetfeld an die betreffende Domäne 24 gelegt wird. Damit bleibt der Meßwert, der durch die Trennungslinie 33 an der Skalierung 21 ablesbar ist, auf lange Zeit gespeichert, und zwar solange, bis der nächste demgegenüber veränderte Meßwert ange­ zeigt wird. Die beiden Magnetfelder mit jeweils im wesentlichen in Lichteinfallsrichtung 26 sich erstrec­ kender aber antiparalleler Magnetisierungsrichtung werden von dem Magnetfeldgenerator 16 erzeugt. Die beschriebene obere Hellzone und untere Dunkelzone 32 mit Trennungslinie 33 (Fig. 4 und 7) ergibt sich bei Ausbildung des Magnetfeldgenerators 16 als kleiner Permanentmagnet, dessen Polachse in Hubrichtung aus­ gerichtet ist. Die Trennungslinie 33 liegt dann etwa in Höhe der Magnetmitte und zeigt damit das Niveau des Flüssigkeitsspiegels 10′ an. Verschiebt sich die­ ses, so wandert die Trennungslinie 33 an der Skalierung 21 entsprechend nach oben oder unten.

Wie aus Fig. 5 und Fig. 2 ersichtlich, kann der Ma­ gnetfeldgenerator 16 auch aus zwei in entgegengesetzter Richtung von einer ferromagnetischen Scheibe 34 im wesentlichen rechtwinklig abstehenden Dauermagneten 35, 36 gebildet sein, wobei die Polachsen 37, 38 der Dauer­ magnete 35, 36 fluchten. Die Dauermagnete 35, 36 wei­ sen gleiche Abmessungen auf, und die Polachsen 37, 38 sind antiparallel ausgerichtet, so daß die Nordpole der Dauermagnete 35 und 36 an den freien Enden und die Südpole an der Scheibe 34 liegen. Das von diesem Ma­ gnetfeldgenerator 16 ausgebildete Magnetfeld ist in Fig. 5 strichliniert symbolisch dargestellt. Das magneto­ optische Element 17 wird in einem gewissen Bereich oberhalb und unterhalb des momentanen Flüssigkeits­ spiegels 10′, d. h., der momentanen Lage des Schwim­ mers 13 und damit des Magnetfeldgenerators 16, von insgesamt drei Magnetfeldern in Lichteinfallsrichtung durchsetzt. Eine mittlere, mit der Scheibe 24 im wesent­ lichen fluchtende Zone des magnetooptischen Elements 17 wird von einem Magnetfeld durchsetzt, dessen Feld­ richtung der Lichteinfallsrichtung 26 entgegenge­ setzt gerichtet ist. Die daran sich anschließenden oberen und unteren Bereiche des magnetooptischen Elements 17 werden von Magnetfeldern durchsetzt, deren Magnetisierungsrichtung gleich ist, aber der des mitt­ leren Magnetfeldes entgegengesetzt. Bei dieser Aus­ richtung der Magnetfelder am magnetooptischen Element 17 wird die Polarisationsebene 28 des durch das ma­ gnetooptische Element 17 hindurchtretenden Lichtes wie beschrieben gedreht, und zwar in den äußeren Domänen­ gruppen in Lichteinfallsrichtung gesehen im Rechts- oder Uhrzeigersinn und in der mittleren, sehr viel kleineren und meist nur wenige Domänen 24 umfassende Domänengruppe im Linkssinn. Der Analysator 19 läßt wiederum nur Licht, welches in der Polarisationsebene 29 schwingt, hindurch. Auf dem Skalenträger 21 entsteht ein optischer Eindruck wie er in Fig. 6 dargestellt ist, und zwar erscheint auf der Skalierung 21 eine mitt­ lere sehr schmale Hellzone 39, die beidseitig von ausgestreckten Dunkelbereichen 40 bzw. 41 begrenzt ist. Diese sehr schmale Hellzone 39 bildet die An­ zeigemarke, die ein Ablesen des momentanen Flüssigkeits­ niveaus an der Skalierung 21 erlaubt.

In vielen Fällen ist eine elektrische Fernanzeige der an der Skalierung sichtbaren Meßwerte erwünscht.

Bei explosionsgefährdeter Umgebung können z. B. optische Sensoren, wie Gabellichtschranken verwendet werden, die die Anzeigewerte optisch abtasten und als elektri­ sche Signale an eine Auswerteschaltung geben. in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind hin­ gegen sog. Magnetfeldsensoren verwendet, die als Permalloy-Schichten 42 (Fig. 3), das sind Eisen- Nickel-Legierungen mit besonders hoher magnetischer Suszeptibilität, ausgebildet sind. Diese Permalloy-Schich­ ten 42 sind innerhalb der Domänen 24 angeordnet, wobei ihre Abmessungen kleiner sind als die der Domänen 24. Diese Permalloy-Schichten 42 können ebenfalls durch Aufdampfen bei der Herstellung des magnetooptischen Elements 17 erzeugt werden. Die elektrischen Signalausgänge der Permalloy-Schichten 42 sind - wie in Fig. 8 schematisch angedeutet - mit einer Auswertelogik 43 verbunden, die einerseits eine digitale Meßwertanzeige 44 und andererseits eine Grenz­ wertanzeige 45 mit Warnlampe 46 steuert. Anstelle der Warnlampe 46 können auch Ventile oder Pumpen angesteuert werden. Da eine Permalloy-Schicht 42 in jeder Domäne 24 vorhanden sein kann, läßt sich eine dem Raster der Domänen entsprechende Auflösung bei der Fernan­ zeige erreichen. Diese Auflösung ist höher als sie heute mit bekannten Reedleisten realisiert werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschrie­ bene Ausführungsbeispiel des Meßgeräts als Füll­ standmesser beschränkt. So kann dieses Meßgerät mit allen beschriebenen Vorteilen überall dort angewendet werden, wo sich die zu messende physikalische Größe in irgendeiner Art und Weise über ein Magnetfeld darstellen läßt. Dies gilt z. B. sowohl für Längen­ messung als auch für Stromstärkemessung als auch für Temperaturmessung. Das als Thermometer ausge­ bildete Meßgerät wurde eingangs bereits beschrie­ ben und beruht auf der Tatsache, daß die magnetische Ausrichtung der Domänen 24 bei Überschreiten des Curiepunktes aufgehoben wird. Werden die Domänen 24 durch Anlegen eines magnetischen Feldes in gleicher Richtung magnetisiert und sind die Do­ mänen so eingestellt, daß der Curiepunkt aufein­ anderfolgender Domänen mit zunehmender Temperatur überschritten wird, so läßt sich in sehr einfacher Weise ein Temperaturmeßgerät realisieren.

Weiterhin braucht bei dem beschriebenen Füllstand­ messer der Magnetfeldgenerator 16 nicht mit dem Schwimmer 13 beweglich und die Meß- und Anzeigevor­ richtung 14 nicht feststehend am Meßrohr 12 ange­ ordnet zu sein. Da es nur auf die Relativbewegung zwischen beiden Baugruppen ankommt, ist eine Ver­ tauschung ohne weiteres möglich.

Auch kann der Skalenträger 20 zwischen dem Analy­ sator 19 und dem magnetooptischen Element 17 ange­ ordnet sein. Ein Verzicht auf den Skalenträger 20 und die Anbringung der Skalierung 21 unmittelbar auf dem Analysator 19 oder dem magnetooptischen Element 17 ist möglich.

Claims (12)

1. Füllstandsmesser für Flüssigkeitsbehälter mit einem in die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter oder in einem mit diesem kommunizierenden Meßrohr eintauchenden Schwimmer und mit einer Meß- und Anzeigevorrichtung für die Schwimmerposition, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Anzeigevorrichtung (14) ein als Faraday-Rotator wirkendes, belichtetes und magnetfelddurchsetztes magnetooptisches Element (17) und eine Polarisationsanordnung (47) aufweist, die aus einem jeweils in Lichteinfallsrichtung dem magnetooptischen Element (17) vorgeordneten Polarisator (18) und einem dem magnetooptischen Element (17) nachgeordneten Analysator (19) besteht, dessen Polarisationsebene gegenüber der des Polarisators (18) um einen Drehwinkel gedreht ist, der einer von dem Magnetfeld hervorgerufenen Drehung der Polarisationsebene des polarisierten Lichtes im magnetooptischen Element (17) entspricht, daß das magnetooptische Element (17) mit Polarisationsanordnung (47) sich über mindestens einen Teilhubweg des Schwimmers (13), vorzugsweise über dessen maximalen Hubweg erstreckt und eine Vielzahl von Domänen (24) genannten Zonen mit einheitlicher Magnetisierungsrichtung aufweist, die in einer zum Polarisator (18) etwa parallelen Ebene liegen, in Richtung der Normalen zur Polarisationsebene (28) des Polarisators (18) in Hubrichtung des Schwimmers (13) unmittelbar aneinandergereiht und durch im wesentlichen scharfe Domänengrenzen (25) voneinander getrennt sind, und daß der Schwimmer (13) derart ausgebildet ist, daß er bei Änderung des Flüssigkeitsspiegels und seinem dadurch bewirkten Hub eine Änderung des das magnetooptische Element (17) durchsetzenden Magnetfelds in Teilbereichen bewirkt.

2. Füllstandsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichteinfallsrichtung vor oder hinter dem Analysator (19) eine Skalierung (21) angebracht ist und daß die Skalenteilung der in Richtung der Normalen zur Polarisationsebene (28) des Polarisators (18) sich erstreckenden Abmessung der Domänen (24) oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.

3. Füllstandsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element (17) mit Polarisationsanordnung (47) auf einem als Lichtsammler ausgebildeten Träger (22) angeordnet ist, in dem vorzugsweise Fluoreszenzpartikel eingegossen sind.

4. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einem am Schwimmer (13) angeordneten Magnetfeldgenerator (16) erzeugt ist, der derart ausgebildet ist, daß in mindestens einem Teilbereich der Längserstreckung des magnetooptischen Elements (17) zwei parallel zur Lichteinfallsrichtung (26) sich erstreckende, einander entgegengesetzte magnetische Feldrichtungen des Magnetfelds auftreten, die ober- und unterhalb einer Domänengrenze (25) verlaufen.

5. Füllstandsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (16) als ein sich in Hubrichtung erstreckender stabförmiger Dauermagnet ausgebildet ist.

6. Füllstandsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (16) zwei auf gegenüberliegenden Seiten einer ferromagnetischen Scheibe (34) von dieser in deren Achsrichtung abstehende Dauermagnete (35, 36) mit vorzugsweise gleichen Abmessungen aufweist, deren Polachsen in Hubrichtung des Magnetfeldgenerators (16) ausgerichtet sind und vorzugsweise miteinander fluchten und deren Magnetisierungsrichtungen einander entgegengesetzt sind.

7. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme des Magnetfeldgenerators (16) hohl ausgebildete Schwimmer (13) und das Meßrohr (12) aus eine diamagnetischen Werkstoff bestehen.

8. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am magnetooptischen Element (17) zum Zwecke der magnetischen Fernanzeige Magnetfeldsensoren (42) vorgesehen sind, deren elektrische Signalausgänge mit einer Auswertelogik (43) verbunden sind.

9. Füllstandsmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Domäne (24) ein vorzugsweise als Permalloy-Schicht (42) ausgebildeter Magnetfeldsensor vorgesehen ist.

10. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Domänen (24) von aus einem Einkristall geschnittenen dünnen Plättchen gebildet sind.

11. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Domänen (24) von im Expitaxieverfahren aufgedampften dünnen Schichten gebildet sind.

12. Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Domänen (24) aus Granat, ggef. mit Beimengungen anderer Metalle, wie Gadolinium oder selten Erden, bestehen.