DE10201769A1

DE10201769A1 - Füllstandssensor zur Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes in einem Behälter

Info

Publication number: DE10201769A1
Application number: DE10201769A
Authority: DE
Inventors: Harald Schrott
Original assignee: Mecoswiss Mechanische Componenten Gmbh and Co KG
Current assignee: Mecoswiss Mechanische Componenten Gmbh and Co KG
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-06-12
Also published as: DE10201767A1; DE10201768A1; DE10201770A1

Abstract

Es wird ein Füllstandssensor zur Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes (5, 7) in einem Behälter (3) mit wenigstens einem Sender (1) zum Aussenden von Strahlung (4) sowie einem Empfänger (2) zum Empfangen der ausgesendeten Strahlung (4), wobei der Behälter (3) mindestens einen für die Strahlung (4) wenigstens teilweise durchlässigen Wandabschnitt (9, 10) umfasst und der Strahlengang vom Sender (1) zum Empfänger (2) durch den Behälterinnenraum verläuft, vorgeschlagen, bei dem der Anwendungsbereich wesentlich erweitert ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Wandabschnitt wenigstens eine zur Strahlrichtung schrägwinklige Grenzfläche (6) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor zur Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes in einem Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Häufig werden an Behältern Füllstandssensoren angebracht, die z. B. das Erreichen einer bestimmten Füllhöhe bzw. das Unterschreiten eines Füllstandes unter einem vorgegebenen Mindestschwellenwert und gegebenenfalls die Notwendigkeit des Auffüllens des Behälters signalisieren.

Bislang sind beispielsweise Füllstandssensoren bekannt, die einen Sender sowie einen Empfänger zum Aussenden bzw. Empfangen von Strahlung umfassen. Im Allgemeinen verläuft die Strahlung vom Sender durch das Innere des Behälters zum Empfänger. Ein entsprechender Behälter kann gegebenenfalls wahlweise mit einem flüssigen oder einem festen Stoff, der für die Strahlung möglichst undurchlässig ist, vom Benutzer bzw. Verbraucher befüllt werden. Ist der Behälter derart befüllt, dass sich der Füllstand des Betriebsstoffes oberhalb des Sensors befindet, so trifft die Strahlung im Bereich der Eintrittsfläche auf den Betriebsstoff und wird von diesem absorbiert bzw. reflektiert. Hierdurch empfängt der Empfänger vorzugsweise keine bzw. eine relativ geringe Strahlung, wodurch in vorteilhafter Weise ein entsprechendes Signal erzeugt wird, das mittels einer Auswerteeinheit den Füllstand bzw. das Vorhandensein des Stoffes signalisiert. Das Empfangen bzw. Nicht-Empfangen der Strahlung wird entsprechend zur Signalisierung verwendet.

Nachteilig bei einem Füllstandssensor mit einem Sender und einem Empfänger für Strahlung gemäß dem Stand der Technik ist, dass dieser ausschließlich für die Strahlung absorbierende bzw. reflektierende Stoffe geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Füllstandssensor zur Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes in einem Behälter mit wenigstens einem Sender zum Aussenden von Strahlung sowie einem Empfänger zum Empfangen der ausgesendeten Strahlung, wobei der Behälter mindestens einen für die Strahlung wenigstens teilweise durchlässigen Wandabschnitt umfasst und der Strahlengang vom Sender zum Empfänger durch den Behälterinnenraum verläuft, vorzuschlagen, bei dem der Anwendungsbereich wesentlich erweitert ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Füllstandssensor der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Füllstandssensor dadurch aus, dass der Wandabschnitt wenigstens eine zur Strahlrichtung schrägwinklige, insbesondere an der Behälterinnenseite angeordnete, Grenzfläche umfasst.

Mit Hilfe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Füllstandssensors können Füllstände einerseits flüssiger bzw. fester Betriebsstoffe ermittelt werden, die die Strahlung absorbieren und/oder reflektieren. Andererseits kann in vorteilhafter Weise mittels dem Füllstandssensor gemäß der Erfindung zusätzlich der Füllstand bzw. das Vorhandensein von insbesondere flüssigen, für die Strahlung weitgehend durchlässigen Betriebsstoffen detektiert werden.

Erfindungsgemäß wird hierbei eine optische Brechung bzw. Umlenkung des Strahlengangs an der zur Strahlrichtung schrägwinkligen Grenzfläche aufgrund der im Allgemeinen unterschiedlichen Brechzahl von Luft bzw. vom flüssigen Stoff ermöglicht. Darüber hinaus ist eine Detektierung von gasförmigen Betriebsstoffen mit einer bezüglich Luft unterschiedlichen Brechzahl denkbar.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der Einfallswinkel der Strahlung bezüglich der schrägwinkligen Grenzfläche größer als der von den Brechzahlen der Medien abhängige Grenzwinkel der Totalreflexion ist.

In vorteilhafter Weise können gemäß der Erfindung zur Ermittlung der Füllstände von mehreren Behältern unabhängig vom Aggregatzustand und/oder von den Brechzahlen der zu detektierenden Stoffe mehrere, nahezu baugleiche Füllstandssensoren in einer einzigen Maschine eingesetzt werden. Dies führt insbesondere zu vergleichsweise hohen Produktionszahlen eines entsprechend vielseitig einsetzbaren Füllstandssensors, so dass sich die Herstellungskosten gegenüber spezieller Füllstandssensoren mit relativ geringer Stückzahl gemäß dem Stand der Technik deutlich reduzieren können.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung bildet die schrägwinklige Grenzfläche die Eintrittsfläche der Strahlung in den Behälter. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise aufgrund des zwischen der Grenzfläche und Empfänger befindlichen Innenraums des Behälters ein großer Abstand zwischen der die Strahlung brechenden Grenzfläche und dem Empfänger, so dass eine vergleichsweise geringe Umlenkung der Strahlung an der Grenzfläche, z. B. aufgrund eines relativ geringen Unterschieds der Brechzahlen von Luft und dem flüssigen Betriebsstoff, zu einer verhältnismäßig großen, quer zur Strahlung gerichteten bzw. seitlichen Abweichung im Bereich des Empfängers führt. Das ermöglicht insbesondere, dass die Strahlung hierbei in vorteilhafter Weise relativ weit am Empfänger vorbeigelenkt wird. Beispielsweise wird hierdurch erreicht, dass aufgrund der optischen Brechung der Strahlung möglichst wenig bzw. keine unter Umständen vorhandene Streustrahlung vom Empfänger wahrnehmbar ist.

Gegebenenfalls ist der Sender auf einer Seite des Behälters und der Empfänger auf einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Behälters angeordnet. Beispielsweise können Sender bzw. Empfänger planparallel an der Behälterwand und/oder schrägwinklig zur Behälterwand angeordnet werden.

In einer besonderen Variante der Erfindung bildet die Anordnung der Eintritts- und der Austrittsfläche des Behälters ein Prisma, eine Linse oder ein optisches Gitter aus.

Vorteilhafterweise verläuft der Strahlengang durch eine hierfür vorgesehene Ausformung des Behälters, insbesondere Auswölbung, Ausbuchtung oder dergleichen. Entsprechende Ausformungen sind vergleichsweise einfach herstellbar.

Gegebenenfalls ist die Ausformung derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des Füllstands des zu detektierenden Stoffs eine Reflexion der Strahlung an dieser erfolgt bzw. nicht erfolgt, so dass der Empfänger die Strahlung empfängt bzw. nicht empfängt. Hierbei sind der Sender und der Empfänger gegebenenfalls nebeneinander angeordnet.

Möglicherweise ist die Ausformung derart ausgebildet, dass vorzugsweise Standardkomponenten, wie z. B. handelsübliche Sender, Empfänger bzw. Lichtschranken oder dergleichen, vorteilhaft an der Ausformung angeordnet werden können.

In bevorzugter Weise verläuft der Strahlengang durch einen hierfür vorgesehenen Eckbereich des Behälters. Häufig weisen entsprechende Behälter bereits einen im Wesentlichen eckigen, insbesondere einen viereckigen Querschnitt auf, so dass der Füllstandssensor gemäß der Erfindung ohne Veränderung bereits vorhandener Behälterformen an diese angeordnet werden kann. Dies ermöglicht eine wirtschaftlich günstige Umsetzung der Erfindung. Zudem kann mittels dieser erfindungsgemäßen Variante bei Bedarf eine vorteilhafte Nachrüstung an bereits vorhandene Behälter ohne großen Aufwand realisiert werden.

Der Wandabschnitt des Behälters kann gemäß der Erfindung sowohl eine nahezu konstante Wandstärke als auch eine sich verändernde Wandstärke im Eintritts- bzw. Austrittsbereich der Strahlung aufweisen. Es ist denkbar, dass der Strahlengang durch eine hierfür vorgesehene Ausnehmung bzw. Kavität der Behälterwand verläuft.

Vorteilhafterweise sind wenigstens zwei Abschnitte der Ausformung in einem Winkel, insbesondere nahezu 90 Grad, zueinander angeordnet. Hierdurch ist eine vorteilhafte Dimensionierung des von der Strahlung durchstreichbaren Behälterinnenbereichs möglich.

Generell kann der Eintritts- und der Austrittsbereich des Behälters als ein zusammenhängender, für die Strahlung wenigstens teilweise durchlässiger Wandabschnitt oder aus mindestens zwei separaten Wandabschnitten realisiert werden. Vorzugsweise ist der Behälter im Wesentlichen aus einem für die Strahlung wenigstens teilweise durchlässigen Material ausgebildet. Bei der letztgenannten Weiterbildung der Erfindung ist eine besonders flexible Anordnung des Füllstandssensors am Behälter realisierbar.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Strahlung einen vorgegebenen, relativ schmalen Wellenlängenbereich auf. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine definierte Brechung bzw. Umlenkung der Strahlung gemäß der Erfindung erreicht.

Der Sender bzw. Empfänger kann beispielsweise zum Senden bzw. Empfangen von Strahlung im sichtbaren als auch im ultravioletten Wellenlängenbereich ausgebildet werden.

Vorteilhafterweise sind der Empfänger bzw. der Sender zum Aussenden bzw. Empfangen von Infrarot-Strahlung ausgebildet. Ein entsprechender Füllstandssensor ist in vorteilhafter Weise gegenüber Störungen durch das Tageslicht vergleichsweise unempfindlich. Beispielsweise kann der Sender als Infrarot-Diode und der Empfänger als entsprechender Foto- Transistor ausgebildet werden. Vorzugsweise werden für den Sender und/oder den Empfänger bereits handelsübliche Standardkomponenten verwendet.

Vorteilhafterweise kann der Sender intermittierend bzw. zeitweise und/oder getaktet betrieben werden. Hierdurch können Störungen durch Außenlicht sowie der Energiebedarf deutlich reduziert werden.

In vorteilhafter Weise verläuft der Strahlengang während der Messphase in einer nahezu horizontalen Ebene. Hierdurch ist eine vorteilhafte Anordnung im Bereich einer weitgehend vertikalen Längskante des Behälters realisierbar.

Beispielsweise ist der Füllstandssensor an einer nahezu vertikalen Längsnut und/oder eines entsprechenden Eckbereichs des Behälters angeordnet. Alternativ hierzu kann der Strahlengang während der Messphase in einer nahezu vertikalen Ebene verlaufen. In bestimmten Anwendungsfällen kann der Sensor entsprechend an horizontalen Längskanten des Behälters angeordnet werden.

Generell kann ein Sensor, der mittels einer Steuereinheit ein Signal, insbesondere für einen Benutzer bzw. Verbraucher erzeugt, das das Nicht-Vorhandensein des Stoffes bzw. das Vorhandensein von vorzugsweise Luft im Behälter signalisiert, zusätzlich in vorteilhafter Weise beim Nicht-Vorhandensein des Behälters ein entsprechendes Signal erzeugen. Gemäß der Erfindung kann ein Füllstandssensor zur Ermittlung des Füllstandes eines Stoffes im Behälter und zusätzlich zur Ermittlung des Vorhandenseins des Behälters ausgebildet werden. Diese vorteilhafte Variante der Erfindung ist vor allem bei möglicherweise zeitweise zu entfernenden bzw. auszutauschenden Behältern vorteilhaft verwendbar.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Auswerteeinheit zur quantitativen Auswertung der vom Empfänger erfassten Strahlung bzw. Strahlungsmenge vorgesehen. Hiermit kann in vorteilhafter Weise eine Verschmutzung des Behälters und/oder ein quantitativer Parameter des Stoffes ermittelt und gegebenenfalls signalisiert werden. Beispielsweise kann die Notwendigkeit, den Behälter zu reinigen, vorteilhaft angezeigt werden.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind der Sender und der Empfänger parallel in demselben Stromkreis mit zwei Anschlüssen geschaltet, wobei ein vom Empfänger gesteuertes elektronisches Bauelement vorgesehen ist, das die Spannung und/oder den Strom zwischen den beiden Anschlüssen beeinflusst. Mit einer solchen Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors lässt sich die Anzahl der erforderlichen Anschlüsse zum entsprechenden Steuergerät auf zwei Anschlüsse reduzieren, wodurch der Verdrahtungsaufwand sowohl im Hinblick auf das Material als auch auf die Montage reduziert wird.

In vielen Anwendungsmöglichkeiten für entsprechende Sensoren herrscht ein enormer Kostendruck, so dass auch dessen Anschluss und Verdrahtung einen nicht unerheblichen Aufwand darstellt. Häufig handelt es sich hierbei um Geräte mit hoher Stückzahl, so dass bereits kleine Einsparungen mit Hilfe dieser Variante der Erfindung spürbar zur Kostensenkung beitragen.

Als Messignal kann die im bestromten Zustand des Sensors zwischen den Anschlüssen anliegende Spannung bzw. der im Stromkreis fließende Strom ausgewertet werden. Der Empfänger einer solchen Sensoranordnung kann beispielsweise ein messgrößenabhängiger Widerstand, eine messgrößenabhängige Kapazität und/oder eine messgrößenabhängige Induktivität sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Steuergerät vorgesehen, das im Taktbetrieb arbeitet.

Hierdurch lässt sich einerseits der Strombedarf der gesamten Sensorvorrichtung einschließlich Steuergerät deutlich herabsenken, wodurch ein leistungsärmeres und somit kostengünstigeres Netzteil verwendbar ist.

Darüber hinaus ist in einem Taktbetrieb der Einsatz mehrerer Sensoren mit erfindungsgemäßer Schaltung durch das gleiche Steuergerät möglich, indem abwechselnd die einzelnen Sensoren nach dem Zustand ihrer Übertragungsstrecke abgefragt werden. In einer besonderen Ausführungsform wird hierzu ein sogenannter Multiplexer zwischen dem Steuergerät und den verschiedenen Sensoren angeordnet.

In Verbindung mit einem der oben angeführten Ausführungsbeispiele, bei dem ein Kondensator im Empfängerkreis angeordnet ist, ist im Taktbetrieb zudem eine besonders einfache Spannungsauswertung möglich, indem der Spannungsverlauf an den beiden Anschlüssen nach Beendigung eines Spannungs- bzw. Stromimpulses durch das Steuergerät erfasst und ausgewertet wird. Je nach Ladezustand der Kapazität ergibt sich hier ein anderer Zeitverlauf dieser Spannung.

Weiterhin ergibt sich durch den Taktbetrieb eine permanente Zurücksetzung der Sensorschaltung in den Ausgangszustand, so dass Verstärkungseffekte oder Oszillationen, die durch die Beeinflussung der Senderleistung durch den parallel im gleichen Stromkreis befindlichen Empfänger verursacht werden, keine nachteiligen Auswirkungen haben können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einem Füllstand unterhalb des Sensors,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht der Sensoranordnung mit einem Füllstand einer Flüssigkeit oberhalb des Sensors,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines Ausschnitts einer Behälterwand mit einer Verdickung,
Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einem Füllstand unterhalb des Sensors,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht der Sensoranordnung gemäß Fig. 4 mit einem Füllstand einer Flüssigkeit oberhalb des Sensors,
Fig. 6 eine schematische Draufsicht der Sensoranordnung gemäß Fig. 4 mit einem Füllstand eines Pulvers oberhalb des Sensors,
Fig. 7 eine schematische Draufsicht einer weiteren, erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einem Füllstand unterhalb des Sensors und
Fig. 8 in schematischer Draufsicht eine vierte erfindungsgemäße Sensoranordnung in einem Eckbereich eines Behälters mit einem Füllstand unterhalb des Sensors.
In Fig. 1 ist ein Füllstandssensor mit einem Sender 1 und einem Empfänger 2 an einem Behälter 3 angeordnet. Der Sender 1 ist insbesondere als IR-Diode ausgebildet, so dass dieser eine IR-Strahlung 4 aussendet, die von dem als entsprechender Fototransistor ausgebildeter Empfänger 2 detektierbar ist.
Der Behälter 3 ist gemäß Fig. 1 im Wesentlichen aus einem für die IR-Strahlung 4 weitestgehend durchlässigen Material hergestellt, z. B. mittels Spritzguss-, Tiefzieh- oder vergleichbarer Verfahren. Das Material des Behälters 3 weist eine Brechzahl n > 1 auf, so dass die Strahlung 4 an den Außen- und an den Innenflächen des Behälters 3 derart optisch gebrochen wird und die Strahlung 4 im Innern des Behälters 3 etwas parallel versetzt zur außerhalb des Behälters 3 verlaufenden Strahlung 4 verläuft.
Bei der Verwendung eines Behältermaterials mit einem Brechungsindex n von ungefähr 1 verläuft die Strahlung 4 gemäß Fig. 4 nahezu geradlinig vom Sender 1 durch die Wand des Behälters 3 und durch dessen Innenraum zum Empfänger 2.
Ein jeweils dargestelltes "Blitz"-Symbol symbolisiert die Detektion der Strahlung 4 vom Empfänger 2. Gemäß der Draufsicht der Fig. 1 bzw. 4 befindet sich ein Füllstand eines nicht näher dargestellten Betriebsstoffs unterhalb der Sensoranordnung, so dass der Behälterinnenraum zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 vorzugsweise mit Luft ausgefüllt ist. Beispielsweise erzeugt der Füllstandssensor in diesem Fall ein elektrisches bzw. optisches und/oder akustisches Signal, das gegebenenfalls von einem Benutzer bzw. Servicepersonal und/oder einer nahezu automatischen Befüllungsvorrichtung des Behälters 3 wahrgenommen werden kann. Hierdurch wird entsprechend verdeutlicht, dass der Betriebsstoff im Behälter 3 nachzufüllen ist.
Alternativ und/oder in Kombination hierzu kann einer automatischen Befüllvorrichtung das Signal zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall wird der Betriebsstoff zum Beispiel aus einer Versorgungsleitung mit regelbarem Ventil oder aus einem vergleichsweise großen zweiten, nicht näher dargestellten Behälter der Betriebsstoff mittels einer Pumpe oder dergleichen in den gegebenenfalls im Vergleich hierzu kleinen Behälter 3 befördert. Möglicherweise ist an dem nicht näher dargestellten vergleichsweise großen Behälter ebenfalls ein Füllstandssensor gemäß der Erfindung vor allem zur Ermittlung eines minimalen Füllstandes angeordnet.
Zur Ermittlung eines vorgegebenen maximalen Füllstandes, kann im oberen Bereich des Behälters 3 ein Füllstandssensor gemäß der Erfindung angeordnet werden. Beispielsweise ist eine entsprechende Auswerteeinheit derart ausgebildet, so dass diese für den Fall, dass der Empfänger 2 des Sensors die Strahlung 4 empfängt, kein elektrisches bzw. optisches und/oder akustisches Warnsignal für den Benutzer bzw. für eine Beschickungsvorrichtung erzeugt.
In Fig. 2 bzw. 5 ist die Situation dargestellt, bei der eine Flüssigkeit 5, z. B. Wasser, zumindest bis zur Höhe des nahezu waagrecht angeordneten Füllstandsensors im Behälter 3 ansteht.
Die Flüssigkeit 5 gemäß Fig. 2 weist eine Brechzahl n auf, die ungleich der Brechzahl von Luft und nahezu gleich der Brechzahl des Behältermaterials ist, so dass an einer zur Strahlrichtung schrägwinkligen, an der Behälteraußenseite angeordneten Grenzfläche 6 die Strahlung 4 z. B. in der gemäß Fig. 2 dargestellten Weise optisch gebrochen wird. Hierdurch wird die Strahlung 4 derart umgelenkt, so dass diese nicht vom Empfänger 2 zu empfangen ist. Das Vorhandensein des Betriebsstoffs bzw. der Flüssigkeit 5 zwischen Sender 1 und Empfänger 2 wird entsprechend detektierbar, wodurch im Allgemeinen dem Benutzer bzw. einer gegebenenfalls vorzusehenden Befüllungsvorrichtung signalisiert wird, dass der Behälter 3 ausreichend mit dem Betriebsstoff bzw. der Flüssigkeit 5 gefüllt ist.
Der dargestellte Füllstandssensor arbeitet mit dem Prinzip der optischen Brechung, so dass nahezu durchsichtige bzw. strahlungsdurchlässige Flüssigkeiten 5 detektierbar sind. Darüber hinaus sind zudem auch die Strahlung 4 absorbierende bzw. reflektierende Betriebsstoffe mit Hilfe eines Füllstandssensors gemäß der Erfindung detektierbar. Bei entsprechend ausgebildeten Flüssigkeiten 5 kann sowohl die optische Brechung als auch die optische Absorption bzw. Reflexion der Strahlung 4 zur Ermittlung des Füllstandes verwendet werden.
Die Flüssigkeit 5 gemäß Fig. 5 weist eine Brechzahl n auf, die ungleich der Brechzahlen von Luft bzw. des Behältermaterials ist, so dass in diesem Fall an einer zur Strahlrichtung schrägwinkligen, an der Behälterinnenseite angeordnete Grenzfläche 6 die Strahlung 4 z. B. in der gemäß Fig. 4 dargestellten Weise optisch gebrochen wird. Hierdurch wird die Strahlung 4 wiederum in der Weise umgelenkt, so dass diese nicht vom Empfänger 2 zu empfangen ist. Das Vorhandensein des Betriebsstoffs bzw. der Flüssigkeit 5 wird wiederum entsprechend detektiert.
Weiterhin können gemäß Fig. 6 auch Festkörper wie Pulver 7, Pellets, Granulate, Tabletten oder dergleichen detektiert werden. Derartige Stoffe 7 bzw. Stoffgemische werden im Allgemeinen aufgrund der optischen Absorption und/oder Reflexion der Strahlung 4 gemäß der Erfindung detektiert.
Beispielhaft ist in den Fig. 1, 2, 4 bis 6 eine nahezu rechtwinklige Ausbuchtung 8 dargestellt, so dass die zur Strahlung 4 schrägwinklig angeordnete Grenzfläche 6 in besonders einfacher Weise realisiert ist. Die schrägwinklige Grenzfläche 6 ermöglicht eine Detektierung der Flüssigkeit 5 mit Hilfe der optischen Brechung, so dass wie oben ausgeführt sowohl feste als auch insbesondere für die Strahlung weitgehend durchlässige, flüssige Betriebsstoffe 5, 7 detektierbar sind.
In Fig. 3a, b ist jeweils ein Ausschnitt einer Behälterwand mit einer Verdickung 11 mit der zur Strahlrichtung (gemäß Doppelpfeil P) schrägwinkligen Grenzfläche 6 dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 3a bzw. 3b beispielhaft zwei unterschiedliche Strahleinfalls- bzw. Strahlausfallsvarianten. Möglicherweise ist die Verdickung 11 als an eine nahezu planparallele Wand des Behälters 3 angeordnetes, separates Element ausgeführt.
In Fig. 7 ist eine weitere Füllstandssensoranordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Hierbei weist die Ausbuchtung 8 eine zur Strahlrichtung schrägwinklig angeordnete Wand 9 mit der Grenzfläche 6 und eine nahezu senkrecht zur Strahlrichtung angeordnete Wand 10 auf. Fig. 7 zeigt den Fall, dass sich der Füllstand des Betriebsstoffes unterhalb der Sensoranordnung befindet, so dass die Strahlung 4 vom Empfänger 2 empfangen wird. Bezüglich dieser Füllstandssensoranordnung ist die Situation, dass sich der Füllstand des Betriebsstoffes oberhalb der Sensoranordnung befindet, vergleichbar mit den Fig. 2, 5 bzw. 6.
In Fig. 8 ist eine vierte Füllstandssensoranordnung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei der Sender 1 bzw. der Empfänger 2 an einem Eckbereich des Behälters 3 angeordnet ist. Dies stellt eine besonders einfach zu realisierende Variante der Erfindung dar, da die insbesondere für die optische Brechung vorzusehende, zur Strahlrichtung schrägwinklig angeordnete Grenzfläche 6 mittels vorteilhafter Anordnung der Sender 1 bzw. Empfänger 2 verwirklicht wird. Diese Variante kann unter anderem zur Nachrüstung bereits vorhandener, im Allgemeinen eckiger Behälter 3 verwendet werden.
Neben der gemäß den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung, wobei der Sender 1 und der Empfänger 2 auf einer nahezu horizontalen Ebene angeordnet sind, kann alternativ auch eine bezüglich der horizontalen Ebene schrägwinklige bzw. nahezu vertikale Anordnung verwirklicht werden.
Darüber hinaus ist insbesondere bei vergleichsweise großen Behältern 3 die Verwendung von mehreren, vorzugsweise übereinander angeordneten Füllstandssensoren zur Erfassung verschiedener Füllstände des Betriebsstoffes 5, 7 möglich.
Vorzugsweise ist der Füllstandssensor bzw. der Sender 1 und der Empfänger 2 vollständig außerhalb des Behälters 3 angeordnet, so dass eine vergleichsweise einfache Montage bzw. Reparatur des Füllstandssensors realisierbar ist und eine mögliche Beeinträchtigung aufgrund chemisch reaktiver Stoffe 5, 7 wirkungsvoll verhindert wird.
In besonderen Anwendungsfällen kann alternativ hierzu insbesondere der Empfänger 2 im Inneren des Behälters 3 angeordnet werden. Weiterhin kann bei Bedarf eine Verlängerung des Strahlengangs mittels eines im Behälterinneren und/oder auch außerhalb des Behälters angeordneten Reflektors zur Umlenkung der Strahlung 4 von Vorteil sein. Da hierdurch die Abweichung der optisch gebrochenen von der nicht-gebrochenen Strahlung 4 im Bereich des Empfängers 2 deutlich vergrößert werden kann, wird die Empfindlichkeit des Füllstandssensors gemäß der Erfindung entscheidend verbessert.
Zur Ermittlung des Füllstandes von Flüssigkeiten 5 aufgrund der optischen Brechung kann der Füllstandssensor grundsätzlich auch derart ausgebildet werden, dass der Empfänger 2 die mittels der Flüssigkeit 5 optisch gebrochene Strahlung 4 empfängt. Hierbei ist insbesondere die Grenzfläche 6 vorteilhaft auszurichten. Bei dieser Variante gemäß der Erfindung kann der Empfänger 2 die nicht-gebrochene Strahlung 4 nicht empfangen.
Darüber hinaus ist denkbar, dass aufgrund der Abhängigkeit des Brechungsindexes n von qualitativen Stoffparametern von Flüssigkeiten 5 der Füllstandssensor gegebenenfalls zugleich als Sensor zur Ermittlung eines bestimmten Soll- Stoffparameters des Betriebsstoffes 5 ausgebildet werden kann. Bei der oben aufgeführten Variante, bei der der Empfänger 2 die gebrochene Strahlung 4 empfängt, kann der Empfänger 2 ausschließlich bei einem bestimmten, möglichst vorgegebenen Brechungsindex n der Flüssigkeit 5 die Strahlung 4 empfangen.
In vorteilhafter Weise kann der Empfänger 2 die Strahlung 4 bei vorgegebenem Soll-Stoffparameter empfangen, wobei bei einer Abweichung des Ist-Stoffparameters vom Soll- Stoffparameter die Strahlung 4 aufgrund unterschiedlich starker optischer Brechung bzw. Umlenkung die Strahlung 4 am Empfänger 2 vorbeigelenkt wird.
Gegebenenfalls können insbesondere zwei Füllstandssensoren, einer zur Detektierung des Füllstandes des Betriebsstoffes 5 und ein weiterer zur Detektierung des Stoffparameters des Betriebsstoffes 5 vorgesehen werden. In einer besonders konstruktiv einfachen Variante weist ein Sensor gemäß der Erfindung beispielsweise einen Sender 1 und zumindest zwei Empfänger 2 auf, wobei vorzugsweise einer der Empfänger 2 die nicht-gebrochene Strahlung 4 und ein anderer Empfänger 2 die bei vorgegebenem Soll-Stoffparameter des gelösten Stoffes in der Flüssigkeit 5 entsprechend optisch gebrochene Strahlung 4 empfängt. Bei einer Abweichung des Ist-Stoffparameters vom Soll-Stoffparameter des gelösten Stoffes in der Flüssigkeit 5 empfängt im Allgemeinen keiner der beiden Empfänger 2 die Strahlung 4. Zur Ermittlung unterschiedlichster Qualitäten des Stoffparameters des gelösten Stoffes in der Flüssigkeit 5 können gegebenenfalls zusätzliche, weitere Empfänger 2 entsprechend längs der aufgespannten Brechungsebene am Behälter 3 angeordnet werden. Bezugszeichenliste 1 Sender
2 Empfänger
3 Behälter
4 Strahlung
5 Flüssigkeit
6 Grenzfläche
7 Pulver
8 Ausbuchtung
9 Wand
10 Wand
P Pfeil

Claims

1. Füllstandssensor zur Ermittlung eines Füllstandes eines Stoffes (5, 7) in einem Behälter (3) mit wenigstens einem Sender (1) zum Aussenden von Strahlung (4) sowie einem Empfänger (2) zum Empfangen der ausgesendeten Strahlung (4), wobei der Behälter (3) mindestens einen für die Strahlung (4) wenigstens teilweise durchlässigen Wandabschnitt (9, 10) umfasst und der Strahlengang vom Sender (1) zum Empfänger (2) durch den Behälterinnenraum verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt wenigstens eine zur Strahlrichtung schrägwinklige Grenzfläche (6) umfasst.

2. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägwinklige Grenzfläche (6) die Eintrittsfläche der Strahlung (4) in den Behälter (3) bildet.

3. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang durch eine hierfür vorgesehene Ausformung (8) des Behälters (3) verläuft.

4. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang durch einen hierfür vorgesehenen Eckbereich des Behälters (3) verläuft.

5. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Abschnitte (9, 10) der Ausformung (8) in einem Winkel zueinander angeordnet sind.

6. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der zwei Abschnitte (9, 10) nahezu 90° ist.

7. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (1) bzw. der Empfänger (2) zum Aussenden bzw. Empfangen von Infrarot- Strahlung (4) ausgebildet sind.

8. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (1) und der Empfänger (2) parallel in demselben Stromkreis zwischen nur zwei Anschlüssen geschaltet sind, wobei ein vom Empfänger (2) gesteuertes elektronisches Bauelement vorgesehen ist, das die Spannung und/oder den Strom zwischen den Anschlüssen beeinflusst.

9. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (2) als messgrößenabhängiger Widerstand, messgrößenabhängige Kapazität und/oder messgrößenabhängige Induktivität ausgebildet ist.

10. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das einen zwischen die Anschlüsse geschalteten Spannungsmesser aufweist.

11. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät für einen Taktbetrieb ausgebildet ist.

12. Füllstandssensor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplexer für den Betrieb mehrerer Sensoren mit dem gleichen Steuergerät vorgesehen ist.