CH425551A

CH425551A - Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter

Info

Publication number: CH425551A
Application number: CH404063A
Authority: CH
Inventors: Charles Reed William
Original assignee: Thermal Syndicate Ltd
Priority date: 1962-03-29
Filing date: 1963-03-29
Publication date: 1966-11-30
Also published as: GB934322A; US3192392A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl entlang einem Stück aus einem für diese Strahlung durchlässigen Material geführt wird, das innerhalb des Behälters angeordnet ist und eine Rille aufweist, die die Oberfläche des Materials, die mit der Flüssigkeit in Berührung ist, einkerbt, so dass eine reflektierende, von der festzustellenden Grenzfläche geschnittene Oberfläche entsteht, und dass ein Unterschied in der Intensität der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlung in Abhängigkeit davon, ob sich die reflektierende Oberfläche in der Grenzfläche zwischen dem Material und dem gasförmigen Medium oder in der Grenzfläche zwischen dem Material und der Flüssigkeit befindet, angezeigt wird.

Vorzugsweise ist die reflektierende Oberfläche praktisch um 450 gegen die Ebene geneigt. Zweckmässig ist das Stück Material ein Stab oder Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, wobei die reflektierende Oberfläche durch eine Rille im Umfang desselben gebildet wird. Aus der Verwendung von glasigem Siliciumdioxyd als durchsichtigem Material ergeben sich Vorteile, da wegen des hohen Erweichungspunktes und der geringen chemischen Aktivität von glasigem Siliciumdioxyd eine aus glasigem Siliciumdioxyd hergestellte Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus für einen grossen Bereich von verschiedenen Flüssigkeiten und über einenogrossen Bereich von Betriebstemperaturen verwendet werden kann.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein durchlässiges Rohr mit kreisförmigem Querschnitt an einem Ende geschlossen ist und eine in die äussere Oberfläche desselben geschnittene Rille längs des Umfanges aufweist, die eine kegelstumpfförmige reflektierende Oberfläche bildet, die in Richtung nach dem geschlossenen Ende zusammenläuft. Gewöhnlich wird eine photoelektrische Vorrichtung verwendet, um änderungen der Intensität der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlung anzuzeigen. Die Vorrichtung kann innerhalb des Rohres angeordnet sein oder kann die reflektierte Strahlung über einen innerhalb des Rohres angeordneten Richtstrahlsenderstab empfangen. Anstelle eines durchlässigen Rohres kann ein durchlässiger Stab oder eine durchlässige Stange verwendet werden.

Die photoelektrische Vorrichtung kann ein Phototransistor sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung mit der damit verbundenen elektrooptischen Ausrüstung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, die mit einer photoelektrischen Vorrichtung und Lampe dargestellt ist.

In Fig. 1 umfasst die Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus ein durchlässiges Rohr 1 aus glasigem Siliciumdioxyd, das an seinem Ende 2 geschlossen ist. Das Rohr 1 weist eine Rille 3 längs seines Umfangs, die in die äussere Oberfläche des Rohres geschliffen ist, auf, wobei die Medianebene der Rille 3 senkrecht auf der Längsachse des Rohres 1 ist. Die Rille 3 weist eine kegelstumpfförmige re flektierende Oberfläche 5 mit einem Halbwinkel von 450 auf, die nach dem Ende 2 zu zusammenläuft. Das Rohr 1 ist senkrecht innerhalb eines Behälters 6, der eine Flüssigkeit 7 enthält, angeordnet dargestellt, wobei die Medianebene der Rille 3 in der speziellen horizontalen Ebene angeordnet ist, die die Flüssigkeit erreichen sollte, wenn ihr Niveau angezeigt wird.

Zur Anwendung der Vorrichtung wird eine geeignete Lampe 8 oberhalb des Rohres 1 angeordnet, so dass das obere Ende des Rohres 1 beleuchtet wird, wobei die Lampe so angeordnet ist, dass das Licht an der Wand des Rohres hinab fortgepflanzt wird (d. h. wie es durch die punktierten Linien in Fig. 1 dargestellt ist). Ein Phototransistor 9 ist innerhalb des Rohres 1 so aufgehängt, dass die lichtempfindliche Fläche des Transistors so angeordnet ist, dass sie von der Oberfläche 5 reflektiertes Licht empfängt.

Wenn das Flüssigkeitsniveau sich unterhalb des Niveaus der Rille 3 befindet, ist die Oberfläche 5 eine Grenzfläche zwischen glasigem Siliciumdioxyd und Luft, und das an der Wand des Rohres 1 hinabkommende Licht wird von der Oberfläche 5 total reflektiert, so dass es auf den Transistor 9 auftritt.

Wenn das Flüssigkeitsniveau genügend steigt, wird die Rille 3 mit Flüssigkeit gefüllt, so dass die Oberfläche 5 eine Grenzfläche zwischen glasigem Siliciumdioxyd und Flüssigkeit wird, und das Licht wird weitgehend durch die Oberfläche 5 gebrochen, statt vollständig durch sie reflektiert zu werden, wobei die empfindliche Fläche des Transistors 9 nicht mehr in irgendeinem merklichen Ausmass beleuchtet ist.

Fig. 1 zeigt den Transistor (schematisch) mit einem anzeigenden Kreis 10 verbunden, der so angelegt ist, dass eine Signallampe 11 angeschaltet wird, wenn der Transistor 9 beleuchtet ist, und ausgeschaltet wird, wenn der Transistor 9 praktisch nicht beleuchtet ist.

Eine praktische Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, gestattet die Anzeige von rinde rungen des Niveaus der freien Oberfläche um weniger als 0,051 mm.

In einer abgeänderten (nicht dargestellten) Form der in Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung befinden sich zwei Rillen in dem Rohr, und ein getrennter Phototransistor ist innerhalb des Rohres in der Medianebene jeder Rille angebracht. Jeder Phototransistor hat seinen eigenen anzeigenden Kreis, der dem in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten ähnlich ist, so dass das Niveau der Flüssigkeit angezeigt werden kann, wenn es jede Rille erreicht. Diese Ab änderung kann daher verwendet werden, um die Flüssigkeit in einem Behälter zwischen einem hohen Niveau und einem niedrigen Niveau zu regeln, in dem die Signallampe eines jeden der Detektorkreise 6 durch ein Relais oder eine andere bekannte Regelvorrichtung ersetzt wird.

Die Abänderungen an dieser Vorrichtung brauchen nicht auf 2 Rillen beschränkt zu sein, sondern es können so viele Rillen, wie erforderlich sind, in dem Rohr aus glasigem Siliciumdioxyd angebracht werden, und durch bekannte Schaltungen kann eine effektive Messung des Niveaus erhalten werden.

Die mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Vorrichtung ist für die Verwendung mit allen Flüssigkeiten bis zu einer Temperatur, die durch die maximale Betriebstemperatur des verwendeten Phototransistors bestirnst wird, geeignet. Im Falle der veranschaulichten Vorrichtung, in der ein Germaniumphototran- sistor verwendet wird, ist diese Grenztemperatur 65" C. Diese Temperatur kann durch Verwendung anderer Phototransistoren oder anderer photoelektrischer Vorrichtungen, die eine höhere maximale Betriebstemperatur haben, erhöht werden.

Wo es erforderlich ist, das Niveau einer Flüssigkeit anzuzeigen, die auf einer höheren Temperatur als der maximalen Betriebstemperatur irgendeiner praktischen photoelektrischen Vorrichtung ist, kann die Vorrichtung gekühlt werden, indem man ein flüssiges Kühlmedium das Rohr hinabfliessen Iässt.

Fig. 2 erläutert eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, in der der Phototransistor 9 aus der Bohrung des Rohres 1 entfernt und durch einen durchlässigen Richtstrahlsenderstab 20 aus glasigem Siliciumdioxyd, dessen Ende auf 45" geschliffen oder wie in der dargestellten Vorrichtung um 900 C gebogen ist, ersetzt worden ist. Der Stab 20 erstreckt sich von der Rille 3 (die sich in dieser Ausführungsform nur um einen Teil des Umfanges des Rohres erstreckt) bis jenseits des freien Endes des Rohres 1, und der Phototransistor 9 ist am freien Ende des Stabes 20 montiert. Das Licht von der Oberfläche 5 wird in den Stab 20 reflektiert und zu dem Phototransistor 9 fortgepflanzt, der wie oben mit einem geeigneten Detektorkreis verbunden ist. Eine geeignete Hülle 21 umgibt den Transistor 9, um ihn vor der direkten Strahlung von der Lampe 8 zu schützen.

Offenbar können viele Abänderungen der beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Obgleich nur glasiges Siliciumdioxyd als durchlässiges Material erwähnt worden ist, ist es klar, dass andere durchlässige Materialien in Abhängigkeit von der Temperatur und der chemischen Beschaffenheit der Flüssigkeit, deren Niveau bestimmt werden soll, verwendet werden können.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Anzeigen eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl entlang einem Stück aus einem für diese Strahlung durchlässigen Material geführt wird, das innerhalb des Behälters angeordnet ist und eine Rille aufweist, die die Oberfläche des Materials, die mit der Flüssigkeit in Berührung ist, einkerbt, so dass eine reflektierende, von der festzustellenden Grenzfläche geschnittene Oberfläche entsteht, und dass ein Unterschied in der Intensität der von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Strahlung in Abhän gigkeit davon, ob sich die reflektierende Oberfläche in der Grenzfläche zwischen dem Material und dem gasförmigen Medium oder in der Grenzfläche zwischen dem Material und der Flüssigkeit befindet, angezeigt wird.

UNTERANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von reflektierenden Oberflächen in einem Abstand voneinander entlang dem Weg des Strahles in dem Stück aus Material gebildet und dass die von jeder Oberfläche reflektierte Strahlung angezeigt wird.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchlässiges Rohr (1) mit kreisförmigem Querschnitt an einem Ende (2) geschlossen ist und eine in die äussere Oberfläche desselben geschnittene Rille (3) längs des Umfangs aufweist, die eine kegelstumpfförmige reflektierende Oberfläche (5) bildet, die in Richtung nach dem geschlossenen Ende zusammenläuft.

UNTERANSPRÜCHE 2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche praktisch um 45" gegen die Ebene geneigt ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindliche Oberfläche einer photoelektrischen Vorrichtung (9) innerhalb des Rohres angebracht ist, um entlang der Wand des Rohres sich ausbreitende und von der reflektierenden Oberfläche reflektierte Strahlung zu empfangen.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Richtstrahlsenderstab (20) innerhalb des Rohres angeordnet ist, um von der reflektierenden Oberfläche reflektierte Strahlung zu empfangen und sie nach dem von dem geschlossenen Ende entfernten Ende des Rohres fortzupflanzen.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Rillen in Abständen voneinander in der Längsrichtung des Rohres vorgesehen sind und getrennte photoelektrische Vorrichtungen verwendet werden, um das von jeder reflektierenden Oberfläche reflektierte Licht anzuzeigen.