DE3703629C2

DE3703629C2 - Füllstandsanzeiger

Info

Publication number: DE3703629C2
Application number: DE3703629A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Knoll; Franz Pachner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2007-02-07
Also published as: FR2610720B1; IT1216729B; DE3703629A1; FR2610720A1; IT8819248A0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Füllstandsanzeiger für Flüssigkei ten nach der Gattung des Anspruchs 1 oder 2.

Bei bekannten Füllstandsanzeiger weist der Lichtleiter an seiner Mantelfläche meh rere nach außen weisende Erhöhungen auf. An diesen Erhöhungen kann Licht aus dem Lichtleiter austreten, sobald die jeweilige Erhöhung in die Flüssigkeit eintaucht. Je mehr Erhöhungen sich in der Flüs sigkeit befinden, desto mehr Licht wird ausgekoppelt und desto weniger Licht gelangt zum Empfänger. Dieser Füllstandsanzeiger hat aber den Nachteil, daß nur bestimmte, abhängig von der Anzahl der Erhöhungen vorgegebene Füllstände detektiert werden können. Es ist deshalb nur eine quasidigitale Überwachung eines Flüssigkeitstandes möglich.

In der DE-PS 34 15 242 wird ein Grundprinzip eines faseroptischen Füllstandsanzeigers dargestellt. Hierbei wird das Licht über einen Lichtwellenleiter abhängig von der Füllstandshöhe in den anderen Lichtwellenleiter übergekoppelt. Ihr eigentlicher Meßbereich wird hierbei auf einen definierten Sensorspalt begrenzt. Seine Verwendung wird nicht zur Füllstandshöhenmessung sondern zur Temperaturmessung der Flüssigkeit, oder zur Überwachung von Flüssigkeiten auf Blasen bildung bzw. zur Trübungsmessung vorgeschlagen. Insbesondere bei der Überwachung der Blasenbildung soll eine sprunghafte Signaländerung erreicht werden.

Mit Hilfe der in der DE-OS 31 44 541 beschriebenen Vorrichtung zur Erfassung des jeweiligen Niveaus von Flüssigkeiten in Behältern wird mit Hilfe eines Lichtleiters gearbeitet. Hierbei ist im Lichtleiter in regelmäßigen Abständen eine Verspiegelung angebracht. In den Be reichen zwischen der Verspiegelung kann Licht austreten. Somit kann ein Teil der eingestrahlten Strahlung aus dem Lichtleiter heraus treten, wenn er mit der zu messenden Flüssigkeit benetzt wird. An hand der am Empfänger eintreffenden Reststrahlung kann die Füll standshöhe ermittelt werden. Schwappende Flüssigkeiten verändern aber auch hier in verfälschender Weise das Meßsignal.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 oder 2 hat demgegenüber den Vorteil, daß es möglich ist, bei stark schwappenden Flüssigkeiten zu messen, d. h. bei Flüssigkeiten, deren Flüssigkeitspegel sich ständig schnell verän dert, wobei aber die gesamte Flüssigkeitsmenge praktisch konstant bleibt. Durch die besondere Ausbildung ist eine Art Integration über die sich ändernden Flüssigkeitsstände möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Lichtleiter und einen Flüssigkeitsbehälter und die Fig. 2 und 3 je eine Abwandlung der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 ein Füllstandsanzeiger bezeichnet, mit dessen Hilfe die Hohe einer Flüssigkeit 11 in einem Behälter 12 bestimmt werden kann. Der Füllstandsanzeiger 10 besteht aus zwei faserop tischen Leitersträngen 13, 14, die direkt nebeneinander angeordnet sind. Im Bereich, in dem sich die beiden Leiterstränge 13, 14 gegen überstehen, weisen die Leiter keinen Schutzmantel 15 auf. Dieser Mantel 15 dient insbesondere im Anfangsbereich der Leiterstränge 13, 14 dazu, um die Leiterstränge vor mechanischen Verletzungen oder dem Angriff durch aggressive Medien zu schützen. Ferner verhindert er auch den Austritt der eingekoppelten Strahlung. Der Bereich mit dem Schutzmantel 15 soll bei normalem Gebrauch nicht in die Flüssigkeit eintauchen.

Die Strahlung wird durch eine Strahlungsquelle 16 in den Leiter strang 13 eingespeist und durch einen Strahlungsempfänger 17 am Ende des Leiterstrangs 14 detektiert. Als Strahlungsquelle 16 wird eine im infraroten oder im sichtbaren Licht emittierende Lumineszenzdiode (LED) verwendet. Falls die Enden der beiden Leiterstränge 13, 14 nahe genug beieinander angeordnet sind, kann auch ein sogenannter Reflexlichtsensor verwendet werden.

Ferner befindet sich an den in die Flüssigkeit 11 ragenden Enden 18, 19 beider Leiterstränge 13, 14 eine reflektierende Schicht 20. Diese Schicht 20 kann z. B. ein Spiegel sein, um die Verluste an optischer Strahlung möglichst gering zu halten. Die Schicht 20 kann getrennt für jedes Ende 18, 19 oder gemeinsam ausgebildet sein.

Befindet sich der Füllstandsanzeiger 10 außerhalb der Flüssigkeit 11, so kann keine in den Leiterstrang 13 eingekoppelte Strahlung den Leiterstrang 13 verlassen und in den Leiterstrang 14 und somit zum Empfänger 17 gelangen. Die die Leiterstränge 13, 14 umgebende Luft hat die Brechzahl n_L = 1, die wie ein den Leiter umgebender Mantel wirkt und einen Austritt der Strahlung verhindert.

Sobald der Flüssigkeitsanzeiger 10 in die Flüssigkeit eintaucht, ändert sich die Brechzahl des die Leiterstränge 13, 14 umgebenden Mediums. Hat die Flüssigkeit 11 eine Brechzahl von n_F < 1 kann die eingespeiste Strahlung teilweise durch die Flüssigkeit aus dem Lei terstrang 13 austreten und in den Leiterstrang 14 eingekoppelt wer den. Je tiefer somit der Flüssigkeitsanzeiger 10 in die Flüssigkeit eintaucht, desto mehr Strahlung kann in den Leiterstrang 13 gelan gen, da die die Strahlung auskoppelnden Oberflächenbereiche des Lei terstrangs 13 bzw. 14 größer werden. Die am Empfänger 17 ankommende Strahlungsmenge ist somit ein Maß für die Höhe des Flüssigkeits stands.

Es ist aber auch möglich, daß zwischen den beiden Leitern ein gerin ger Abstand besteht, in der sich die Flüssigkeit 11 befindet. Dabei ist aber darauf zu achten, daß der Abstand zwischen den beiden Lei tersträngen möglichst gering ist, da dadurch der Meßeffekt größer und besser ist. Dabei ist es aber nur notwendig, den Schutzmantel 15 auf der dem anderen Leiterstrang zugewandten Seite zu entfernen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die faseroptischen Leiter als zwei Halbschalen 27, 28 eines Lichtleiterrohrs ausgebildet. Zwi schen den beiden Halbschalen 27, 28 muß sich ein geringer Abstand "d" befinden, damit die Flüssigkeit 11 auch ins Innere des Lichtlei terrohrs eindringen kann. Nur dadurch ist eine Auskopplung der in die eine Halbschale 27 eingespeiste Strahlung und eine Einkopplung in die andere Halbschale 28 möglich.

Besonders vorteilhaft ist die in Fig. 3 dargestellte konzentrische Anordnung aus einem Leiterrohr 30 und einem darin befindlichen Lei terstab 31. Damit die Flüssigkeit in den Zwischenraum 32 zwischen dem Leiterrohr 30 und dem Leiterstab 31 gelangen kann, sind Aus- und Einströmöffnungen vorgesehen. Durch besonders enge Dimensionierung dieser Öffnungen bzw. des Zwischenraums 32 ist eine integrierende Messung bei sich rasch ändernden Flüssigkeitsoberflächen möglich. Falls die Flüssigkeit 11 schwappt und sich der Flüssigkeitsstand ständig schnell bei aber nahezu gleichbleibender Flüssigkeitsmenge verändert, ist bei herkömmlich bekannten Lösungen keine genaue Mes sung möglich. Durch entsprechende enge Dimensionierung verändert sich der Flüssigkeitspegel im Zwischenraum 32 nicht so rasch, wie in der Umgebung des Füllstandsanzeigers. Er bestimmt also immer einen Mittelwert, der unabhängig von den raschen zeitlichen Änderungen der Flüssigkeitsoberfläche ist.

Claims

1. Füllstandsanzeiger (10) für Flüssigkeiten (11) mit einem sich in einem Behälter (12) im wesentlichen von oben nach unten erstreckenden faseroptischen Leiter (13, 14), der mit einem Strahlensender (16) versehen ist, so daß aus der Empfängerstrahlenmenge die Füllstandshöhe ablesbar ist, wobei der faseroptische Leiter aus zwei Strängen (13, 14) besteht, und der erste Strang (13) den Strahlensender (16) und der zweite Strang (14) den Strahlenempfänger (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge als Halbschalen (27, 28) ausgebildet sind, zusammen ein Lichtleiterrohr bilden und im Bereich des Lichtleiterrohres keinen Schutzmantel aufweisen, und daß sich zwischen den Halbschalen (27, 28) ein geringer Abstand befindet, so daß Flüssigkeit in das Innere des Lichtleiterrohres eindringen kann.

2. Füllstandsanzeiger (10) für Flüssigkeiten (11) mit einem sich in einem Behälter (12) im wesentlichen von oben nach unten erstreckenden faseroptischen Leiter (13, 14), der mit einem Strahlensender (16) versehen ist, so daß aus der Empfängerstrahlenmenge die Füllstandshöhe ablesbar ist, wobei der faseroptische Leiter aus zwei Strängen (13, 14) besteht, und der erste Strang (13) den Strahlensender (16) und der zweite Strang (14) den Strahlenempfänger (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strang als Leiterrohr (30) ausgebildet ist und der zweite Strang ein konzentrisch im Leiterrohr (30) angeordneter Leiterstab (31) ist, daß das Leiterrohr (30) mehrere Einlaß- und Auslaßöffnungen für die Flüssigkeit aufweist und die Stränge im Bereich des Leiterrohres (30) keinen Schutzmantel aufweisen.

3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge an ihren sich in der Flüssigkeit (11) befindenden Enden eine die Strahlung reflektierende Schicht (20) aufweisen.

4. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlensender (16) eine im infraroten oder im sichtbaren Bereich emittierende Lumineszenzdiode ist.