DE2424387C3

DE2424387C3 - Optical-electrical device for monitoring a liquid medium

Info

Publication number: DE2424387C3
Application number: DE19742424387
Authority: DE
Inventors: Johann Salzburg Kierner (Österreich)
Original assignee: Hectronic Ag, Buchs, Aargau (Schweiz)
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1974-05-20
Publication date: 1976-12-02

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optisch-elektrische Vorrichtung zum Überwachen eines flüssigen Mediums, mit einem Sender für sichtbare oder unsichtbare Lichtstrahlen, einem einen optisch-elektrisehen Wandler aufweisenden Empfänger für diese Lichtstrahlen und mindestens einem für die Lichtstrahlen durchlässigen Körper, der mindestens eine freie Fläche aufweist, welche an einen Raum zur Aufnahme des flüssigen Mediums angrenzt, wobei der Weg der Lichtstrahlen durch das flüssige Medium beeinflußt wird.The present invention relates to an opto-electrical Device for monitoring a liquid medium, with a transmitter for visible or invisible light rays, an optical-electrical converter having a receiver for this Light rays and at least one body permeable to the light rays, the at least one free body Has surface which adjoins a space for receiving the liquid medium, the path of the Light rays is influenced by the liquid medium.

Bekannte Vorrichtungen dieser An(DT-PS 11 18 480 und US-PS 31 20 125) sind so ausgebildet, daß bei Abwesenheit eines flüssigen Mediums an der freien Fläche des lichtdurchlässigen Körpers ein vom Sender in den lichtdurchlässigen Körper hinein gestrahltes Lichtstrahlenbündel an der genannten freien Fläche des lichtdurchlässigen Körpers total reflektiert und innerhalb dieses Körpers zum Empfänger geleitet wird, und daß hingegen bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums an der freien Fläche des lichtdurchlässigen Körpers keine Totalreflexion des Lichtstrahlenbündels stattrindet, sondern praktisch das ganze Lichtstrahlenbündel durch die freie Fläche hindurch aus dem lichtdurchlässigen Körper austritt und folglich die Intensität des zum Empfänger gelangenden Lichtstromes deutlich abnimmt Diese bekannten Vorrichtungen versagen die ihnen zugedachte Wirkung, wenn die Reflexionsfläche des lichtdurchlässigen Körpers von einem wenig transparenten, trüben oder milchigen flüssigen Medium überflutet oder mit einem opaken Film belegt wird, weil dann das Lichtstrahlenbündel an der Reflexionsfläche nicht aus dem lichtdurchlässigen Körper austreten kann, sondern weiterhin mindestens teilweise zum Empfänger reflektiert wird. Die gewünschte Änderung der Intensität des zum Empfänger gelangenden Lichtstromes beim Eintauchen der Reflexionsfläche in ein flüssiges Medium findet nicht oder nicht in ausreichendem Maß statt, was zu Fehlinformationen führt. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Vorrichtung ein Bestandteil einer automatischen Überfüllsicherungs-Einrichtung ist, die das Überlaufen von Behältern, wie z. B. Tanks für flüssige Brenn- und Treibstoffe, verhüten sollte.Known devices of this type (DT-PS 11 18 480 and US-PS 31 20 125) are designed so that in the absence of a liquid medium to the free Area of the translucent body is radiated from the transmitter into the translucent body Light beam on said free surface of the translucent body totally reflected and within this body is passed to the recipient, and that on the other hand in the presence of a liquid medium there is no total reflection of the light beam on the free surface of the translucent body, but practically the whole bundle of light rays through the free surface from the translucent Body emerges and consequently the intensity of the luminous flux reaching the receiver decreases significantly These known devices fail to achieve their intended effect if the reflective surface the translucent body from a slightly transparent, cloudy or milky liquid medium is flooded or covered with an opaque film, because then the light beam on the reflection surface can not emerge from the translucent body, but still at least partially to the recipient is reflected. The desired change in the intensity of the luminous flux reaching the receiver at Immersion of the reflection surface in a liquid medium does not take place or does not take place to a sufficient extent, what leads to misinformation. This is of particular importance when the device is part of a automatic overfill prevention device is the the overflow of containers, such as. B. Tanks for liquid fuels, should be avoided.

Es ist ferner eine fotoelektrische Meß- und Regelvorrichtung für Flüssigkeitsstandanzeiger bekannt (DT-AS 10 52 700), bei welcher die optische Anordnung so getroffen ist, daß das von einer Lichtquelle ausgehende Licht bei Anwesenheit von Flüssigkeit in einem Glasrohr durch den Zylinderlinseneffekt der Flüssigkeitssäule gegen eine Fotozelle hin gebrochen wird, hingegen bei Abwesenheit von Flüssigkeit im Glasrohr in andere Richtungen abgelenkt wird, so daß die Fotozelle unbeleuchtet bleibt. Eine der Fotozelle vorgelagerte Blende verhütet den geradlinigen Lichtzutritt zur Fotozelle. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist es für das richtige Funktionieren unerläßlich, daß die Flüssigkeit lichtdurchlässig ist und beim Abfließen keinen lichtundurchlässigen Belag an der Wandung des Glasrohres zurückläßt. Zudem ist erforderlich, daß die Flüssigkeit einen vorbestimmten optischen Brechungsindex aufweist. Wenn die Flüssigkeit im Glasrohr undurchsichtig wäre, wie das z. B. füi Leichtöl zutrifft, oder wenn der optische Brechungsindex der Flüssigkeit von dem vorbestimmten Wen erheblich abweicht, dann kann auch bei Anwesenheil von Flüssigkeit im Glasrohr kein Licht auf die Fotozelle gelangen, d. h. daß dann die Vorrichtung ihren Dienst versagen würde. Deshalb ist auch diese bekannte Vorrichtung für die Verwendung in einer automatischer ÜberfüIIsicherungs-Einrichtung nicht sonderlich geeig net.There is also a photoelectric measuring and control device for liquid level indicators known (DT-AS 10 52 700), in which the optical arrangement is made so that the emanating from a light source Light in the presence of liquid in a glass tube due to the cylindrical lens effect of the liquid column against a photocell is broken, however, in the absence of liquid in the glass tube is deflected in other directions, so that the photocell remains unlit. One of the photocell The front panel prevents the light from entering the photocell in a straight line. Even with this well-known It is essential for the correct functioning of the device that the liquid is transparent and leaves no opaque coating on the wall of the glass tube when it drains. In addition, is required that the liquid have a predetermined optical refractive index. When the liquid would be opaque in the glass tube, as z. B. for light oil applies, or if the optical refractive index the liquid deviates significantly from the predetermined value, then it can also be used if the patient is present no light from liquid in the glass tube can reach the photocell, d. H. that the device will then do its job would fail. Therefore, this known device is also suitable for use in an automatic Overfill prevention device not particularly suitable net.

Bei der Mengenmessung von Flüssigkeiten mittel; Durchflußmengenmessern ist es wichtig, daß in dei Flüssigkeit keine oder doch nur vernachlässigbar weni^ Dampf- oder Luftblasen (im folgenden kurz »Gasbla sen« genannt) enthalten sind, weil sonst das Meßergeb nis verfälscht würde. In manchen Ländern besteher deshalb amtliche oder gesetzliche Vorschriften, wonach der voiumenmäßige Anteil der Gasblasen einer bestimmten Prozentsatz des gemessenen GesamtvoluWhen measuring the quantity of liquids, medium; Flow meters, it is important that in the Liquid no or only negligible few vapor or air bubbles (hereinafter referred to as “gas bubbles” for short) sen «), because otherwise the measurement result would be falsified. Exists in some countries therefore official or legal regulations, according to which the volume proportion of gas bubbles a certain percentage of the measured total volume

mens nicht übersteigen darf. Es sind daher schon Einrichtungen bekannt geworden, mit deren Hilfe der gegebenenfalls vorhandene Anteil von Gasblasen in einer Flüssigkeit überwacht werden kann und die beim Oberschreiten einer vorbestimmten Toleranzmenge des Volumens des gasförmigen Anteils in der Flüssigkeit automatisch einen Alarm auslegen oder die volumetrische Mengenmessung unterbrechen. Bekannte Gasblasendetektoren, die auf der Messung der elektrischen Kapazität zwischen zwei Kondensatorplatten basieren, erfordern eine periodisch durchgeführte Eichung und sind verhältnismäßig wenig betriebssicher. Andere bekannte Einrichtungen zum Ermitteln der in einer Flüssigkeit vorhandenen Gasblasen weisen Mittel zum Abscheiden der Gasblasen aus der Flüssigkeit und einen Dom o. dgl. zum Auffangen der abgeschiedenen Gase auf, wobei eine einen Schwimmer aufweisende oder eine optisch-elektrische Pegelstandsonde vorgesehen ist, die anspricht, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Dom o. dgl. durch die Gase unter eine bestimmte Marke oder mit unzulässig hoher Geschwindigkeit herabgedrückt wird, weil das ein Anzeichen für eine starke Gasausscheidung ist Es ist verständlich, daß die Ermittlung von Gasblasen auf dem Umweg über eine Pegelstandmessung verhältnismäßig ungenau und mit einer beträchtlichen Zeitver- 2s zögerung behaftet ist.mens must not exceed. There are therefore already facilities known with the help of the possibly existing proportion of gas bubbles in a liquid can be monitored and the Exceeding a predetermined tolerance amount for the volume of the gaseous fraction in the liquid automatically interpret an alarm or the volumetric Interrupt quantity measurement. Known gas bubble detectors based on the measurement of electrical Capacitance between two capacitor plates, require periodic calibration and are relatively unreliable. Other known devices for determining the in a Liquid present gas bubbles have means for separating the gas bubbles from the liquid and a Dom o. The like. To collect the separated gases, one having a float or one optical-electrical level probe is provided, which responds when the liquid level in the dome o. is pushed down by the gases below a certain mark or at an impermissibly high speed, because this is a sign of heavy gas excretion. It is understandable that the determination of gas bubbles relatively imprecise and with a considerable time lag via a water level measurement hesitation.

Die oben erwähnten fotoelektrischen Vorrichtungen zur Flüssigkeitsüberwachung sprechen auf in der Flüssigkeit vorhandene Gasblasen nur in völlig unzureichendem Maße an. Bei den fotoelektrischen Vorrichtungen mit einer Totalreflexionsfläche ist eine Beeinflußung der Lichtstrahlen praktisch nur durch solche Gasblasen möglich, die unmittelbar auf die Reflexionsfläche auftreffen. Bei der erwähnten fotoelektrischen Meß- und Regelvorrichtung mit einem Glasrohr zur Aufnahme einer Flüssigkeitssäule bewirken die in der Flüssigkeit auftretenden Gasblasen wohl eine Ablenkung eines Teiles der Lichtstrahlen und somit eine Verminderung der Beleuchtungsintensität der Fotozelle, aber die resultierende Änderung des Fotostromes im Vergleich zum Ruhestrom bei Anwesenheit einer blasenfreien Flüssigkeit ist nur verhältnismäßig gering, weshalb die Ansprechempfindlichkeit auf Gasblasen völlig unzureichend ist.The above-mentioned photoelectric devices for liquid monitoring speak in the Liquid existing gas bubbles only to a completely inadequate extent. In the case of photoelectric devices With a total reflection surface, the light rays can only be influenced practically by such Gas bubbles are possible that impinge directly on the reflection surface. In the case of the photoelectric one mentioned Measuring and control device with a glass tube for receiving a column of liquid cause the in the Liquid occurring gas bubbles probably a deflection of a part of the light rays and thus a Reduction of the lighting intensity of the photocell, but the resulting change in the photocurrent in the Compared to the quiescent current in the presence of a bubble-free liquid is only relatively low, therefore the sensitivity to gas bubbles is completely inadequate.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optisch-elektrische Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß sie beim Auftreten von Gasblasen in einer transparenten Flüssigkeit mit einer bisher nicht erzielbar hohen Ansprechempfindlichkeit reagiert und daß zudem die Anwesenheit einer lichtundurchlässigen so Flüssigkeit die gleiche Wirkung wie die Anwesenheit einer von Gasblasen freien transparenten Flüssigkeit zur Folge hat.The object of the invention is to design an optical-electrical device of the type mentioned at the outset in such a way that that when gas bubbles occur in a transparent liquid with a previously not achievable high sensitivity reacts and that, moreover, the presence of an opaque so Liquid has the same effect as the presence of a transparent liquid free of gas bubbles has the consequence.

Diese Aufgabe ist bei der optisch-elektrischen Vorrichtung zum Überwachen eines flüssigen Mediums, mit einem Sender für sichtbare oder unsichtbare Lichtstrahlen, einem einen optisch-elektrischen Wandler aufweisenden Empfänger für diese Lichtstrahlen und mindestens einem für die Lichtstrahlen durchlässigen Körper, der mindestens eine freie Fläche aufweist, welche an einen Raum zur Aufnahme des flüssigen Mediums angrenzt, wobei der Weg der Lichtstrahlen durch das flüssige Medium beeinflußt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Körpers und die Stellung der Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Körper und dem Aufnahmeraum für das flüssige Medium in bezug auf die Lichteinfallsrichtung so bemessen sind, daß die Lichtstrahlen zuni Empfänger hin gebrochen werden, wenn Gasbiasen in dein flüssigen Medium auftreten, und daß die Lichtstrahlen vom Empfänger weg abgelenkt werden, wenn das Medium gasblasenfrei ist.This task is the optical-electrical device for monitoring a liquid medium, with a transmitter for visible or invisible light rays, an optical-electrical converter having receiver for these light beams and at least one transparent for the light beams Body which has at least one free surface which adjoins a space for receiving the liquid Adjoining medium, the path of the light rays being influenced by the liquid medium, according to the invention solved in that the refractive index of the translucent body and the position of the Interface between the translucent body and the receiving space for the liquid medium in with respect to the direction of incidence of light are dimensioned so that the light rays are refracted towards the receiver when gas biases occur in your liquid medium and that the light rays from the receiver be deflected away when the medium is free of gas bubbles.

Da bei einer solchen Vorrichtung auf den Empfänger praktisch kein Licht fällt, solange das im Aufnahmeraum vorhandene flüssige Medium gasblasenfrei ist, wirkt jede im »Gesichtsfeld« des Empfängers auftretende und von den Lichtstrahlen des Senders beleuchtete Gasblase von einer gewissen Mindestgröße wie ein Leuchtfleck, der vom Empfänger »gesehen« wird und somit eine gewisse Beleuchtung des Empfängers bewirkt. Der relative Unterschied zwischen dem unbeleuchteten Zustand und der durch eine einzelne Gasblase verursachten Beleuchtung des Empfängers ist ausreichend groß, um eine nutzbare Änderung des elektrischen Zustandes am Ausgang des optisch-elektrischen Wandlers hervorzurufen. Die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher so groß, daß sie auf einzelne Gasblasen anspricht. Mithin ist diese Vorrichtung für die Ermittlung von Gasblasen in flüssigen Medien besonders geeignet. Die Größe des optischen Brechungsindexes des flüssigen Mediums ist völlig unkritisch und muß sich nur um ein bestimmtes Mindestmaß von dem Brechungsindex gasförmiger Medien unterscheiden.Since with such a device practically no light falls on the receiver, as long as it is in the recording room If the existing liquid medium is free of gas bubbles, every one that appears in the recipient's "field of vision" has an effect gas bubble of a certain minimum size, such as a light spot, illuminated by the light rays of the transmitter, which is "seen" by the receiver and thus causes a certain illumination of the receiver. the relative difference between the unlit state and that caused by a single gas bubble Illumination caused by the receiver is sufficiently large to allow a usable change in the electrical Cause state at the output of the opto-electrical converter. The sensitivity of the The device according to the invention is therefore so large that it responds to individual gas bubbles. Hence this is Device particularly suitable for the determination of gas bubbles in liquid media. The size of the The optical refractive index of the liquid medium is completely uncritical and only needs to be a specific one Difference between the minimum and the refractive index of gaseous media.

Wenn zweckmäßigerweise der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Körpers und die Stellung der Grenzfläche zwischen dem lichtdurchlässigen Körper und dem Aufnahmeraum für das flüssige Medium in bezug auf die Lichteinfallsrichtung so gewählt werden, daß bei Abwesenheit eines flüssigen Mediums im erwähnten Aufnahmeraum ein beträchtlicher Teil des vom Sender ausgehenden Lichtes zum Empfänger hin gebrochen wird, ist die Vorrichtung auch zum ermitteln der Anwesenheit oder Abwesenheit eines flüssigen Mediums im Aufnahmeraum geeignet, wobei es keine Rolle spielt, ob das flüssige Medium für die vom Sender ausgehenden Lichtstrahlen transparent oder undurchlässig ist. In beiden Fällen gelangt kein Licht mehr zum Empfänger, wenn das flüssige Medium sich in dem Aufnahmeraum befindet und im Falle eines transparenten Mediums gasblasenfrei ist. Die Vorrichtung ist daher auch als Pegelstandsonde zur Verwendung in einer Sicherungseinrichtung gegen Überfüllen eines Flüssigkeitsbehälters oder in einer konventionell ausgebildeten Gasabscheide- und Auffangvorrichtung zum Verhüten des Mitmessens von Gasblasen bei der volumetrischen Mengenmessung von Flüssigkeiten sehr gut geeignet Bei der letztgenannten Verwendungsart ist es möglich, die optisch-elektrische Vorrichtung gemäß der Erfindung 'ti einem Gasauffangdom o. dgl. derart anzuordnen, daß sie auf etwa auftretende Gasblasen in einer transparenten Flüssigkeit, wie Benzin oder Heizöl, unmittelbar anspricht, wogegen im Falle einer lichtundurchlässigen Flüssigkeit, wie etwa Leichtöl, das Auftreten von Gasblasen indirekt als Folge des Absinkens des Flüssigkeitsspiegels bis unterhalb der optisch-elektrischen Vorrichtung ermittelt wird, wobei in den beiden genannten Fällen am Ausgang des optisch-elektrischen Wandiers die gleiche Wirkung entsteht. So ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, z. B. an einem Tankfahrzeug, welches einmal mit einer lichtdurchlässigen Flüssigkeit und das andere Mal mit einer lichtundurchlässigen Flüssigkeit beladen wird, stets die gleiche Einrichtung zum Verhüten des Mitmessens von Gasblasen bei derIf appropriate, the refractive index of the translucent body and the position of the Interface between the translucent body and the receiving space for the liquid medium in be chosen with respect to the direction of incidence of light that in the absence of a liquid medium in the a considerable part of the light emanating from the transmitter to the receiver is broken, the device is also used to determine the presence or absence of a liquid Medium in the recording room, regardless of whether the liquid medium is used by the transmitter outgoing light rays is transparent or opaque. In both cases, no more light reaches the Receiver if the liquid medium is in the receiving space and in the case of a transparent one Medium is free of gas bubbles. The device is therefore also as a level probe for use in a Safety device against overfilling a liquid container or in a conventionally designed one Gas separating and collecting device to prevent gas bubbles from being measured during the volumetric Volume measurement of liquids very well suited With the latter type of use, it is possible to to arrange the opto-electrical device according to the invention in a gas collecting dome or the like in such a way that they are aware of any gas bubbles that may appear in a transparent liquid such as gasoline or heating oil, responds immediately, whereas in the case of an opaque liquid such as light oil, the Occurrence of gas bubbles indirectly as a result of the drop in the liquid level to below optical-electrical device is determined, in the two cases mentioned at the output of the opto-electrical wandiers the same effect is created. So it is with the invention Device possible, for. B. on a tanker, which once with a translucent liquid and the other time it is loaded with an opaque liquid, always the same device to prevent gas bubbles from being measured during the

volumetrische Mengenmessung während des Entladens der Flüssigkeit zu benutzen, wobei im ersten Fall eine gegenüber bisher beträchtlich erhöhte Ansprechempfindlichkeit auf Gasblasen und im zweiten Fall mindestens die gleiche Ansprechempfindlichkeit wie bei 5 bisher bekannten Einrichtungen mit Schwimmerdetektoren erzielt wird.to use volumetric quantity measurement during the discharge of the liquid, in the first case compared to hitherto considerably increased sensitivity to gas bubbles and in the second case at least the same sensitivity as in 5 previously known devices with float detectors is achieved.

Eine zweckdienliche Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß der erwähnte lichtdurchlässige Körper zwischen dem Sender und dem Raum zur Aufnahme des flüssigen Mediums und ein zweiter lichtdurchlässiger Körper zwischen dem genannten Raum und dem Empfänger angeordnet ist, wobei der zweite lichtdurchlässige Körper ebenfalls eine an den genannten Raum angrenzende freie Fläche aufweist. Diese Ausbildung bringt gegenüber einer Ausführungsform mit nur einem einzigen lichtdurchlässigen Körper den Vorteil, daß sowohl die Strahlung des Senders als auch die Aufnahmeempfindlichkeit des Empfängers gerichtet werden können, z. B. so daß die vom Sender ausgehenden Lichtstrahlen besser gebündelt und das Gesichtsfeld des Empfängers eingeengt sind, wodurch eine größere Ansprechempfindlichkeit auf einzelne Gasblasen und eine geringere Strömungsempfindlichkeit auf Streulicht und/oder Fremdlicht erzielt wird. Für den Fall der Verwendung der Vorrichtung als Pegelstandsonde ergibt sich hierbei ein größerer Hell-Dunkelunterschied in der Beleuchtung des Empfängers bei Anwesenheit bzw. Abwesenheit des flüssigen Mediums, was wiederum die Strömungsanfälligkeit gegen Streulicht und Fremdlicht vermindert.An expedient development of the subject matter of the invention provides that the aforementioned translucent Body between the transmitter and the space for receiving the liquid medium and a second translucent body is arranged between said space and the receiver, the second translucent body also has a free surface adjacent to said space. This training brings about an embodiment with only a single translucent body the advantage that both the radiation from the transmitter and the sensitivity of the receiver can be directed, e.g. B. so that the light rays emanating from the transmitter are better bundled and that The recipient's field of view is narrowed, creating a greater sensitivity to individual Gas bubbles and a lower flow sensitivity to scattered light and / or extraneous light is achieved. for if the device is used as a level probe, this results in a larger one Light-dark difference in the lighting of the receiver in the presence or absence of the liquid medium, which in turn reduces the susceptibility to flow to stray light and extraneous light.

In vorteilhafter Ausgestaltung können die zwei freien Flächen der lichtdurchlässigen Körper V-förmig zueinander stehen und zwischen sich einen Teil des Raumes zur Aufnahme des flüssigen Mediums aufweisen. Dabei können die zwei freien Flächen vorzugsweise je annähernd einen Teil der Oberfläche einer Kugei oder eines Zylinders sein, in deren Innern der Sender bzw. der Empfänger angeordnet ist, wobei die lichtdurchlässigen Körper nebeneinander angeordnete Segmente oder ^₀ Sektoren von Kugeln oder Zylindern sein können. Mit dieser Ausgestaltung ist eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung möglich.In an advantageous embodiment, the two free surfaces of the translucent bodies can stand in a V-shape to one another and have a part of the space between them for receiving the liquid medium. The two free surfaces may be a part of the surface of a Kugei or a cylinder, the transmitter or the receiver is arranged in the interior of which preferably each approximately, wherein the light-transmitting body may be arranged in segments or ^ ₀ sectors of spheres or cylinders next to each other. With this configuration, a particularly compact design of the device is possible.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutertThe invention is described below on the basis of exemplary embodiments with reference to FIG Drawings explained in more detail

F i g. 1 zeigt einen schematischen waagrechten Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optisch-elektrischen Vorrichtung, wobei der Weg eines Lichtstrahlenbündels bei Abwesenheit eines flüssigen Mediums angedeutet ist;F i g. 1 shows a schematic horizontal cross section through a first embodiment of FIG optical-electrical device according to the invention, wherein the path of a light beam in the absence a liquid medium is indicated;

F i g. 2 zeigt in analoger Darstellung den Weg eines Lichtstrahlenbündels bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums;F i g. 2 shows in an analogous representation the path of a light beam in the presence of a liquid one Medium;

F i g. 3 ist eine analoge Darstellung, die den Weg eines Strahlenbündels bei Anwesenheit von Gasblasen in dem flüssigen Medium zeigt;F i g. 3 is an analogous representation showing the path of a beam in the presence of gas bubbles in the shows liquid medium;

F i g. 4 stellt einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dar;F i g. 4 shows a schematic cross section through a second embodiment of the device;

Fig.5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung.5 shows a third embodiment in analog representation.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist an der Innenseite einer Wand 1 eines zur Aufnahme von Flüssigkeit bestimmten Behälters ein lichtdurchlässiger Körper 2 angeordnet, der die Form eines Zylinder- oder Kugelabschnittes mit einer freien Oberfläche 3 hat Im Innern des Körpers 2 befindet sich ein Sender 4 für Lichtstrahler., beispielsweise eine Gallium-Arsenid-Diode, deren Lichtemission nahe dem Infrarotbereich liegt. Unmittelbar neben dem Körper 2 ist ein zweiter gleichartiger lichtdurchlässiger Körper 12 ebenfalls an der Wand I angeordnet. Im Innern des zweiten Körpers 12 befindet sich ein Fototransistor 14 als Empfänger für Lichtstrahlen, die vom Sender 4 ausgestrahlt werden, und zum Erzeugen eines elektrischen Signals, wenn Lichtstrahlen auf den Fototransistor auftreffen. Die freien Flächen 3 und 13 der beiden lichtdurchlässigen Körper 2 und 12 grenzen an den zur Aufnahme von Flüssigkeit dienenden Raum an. Die Körper 2 und 12 bestehen z. B. aus anorganischem oder organischem Glas, wie beispielsweise Acrylglas, und weisen vorzugsweise einen optischen Brechungsindex von etwa 1,5 auf.According to FIGS. 1 to 3, one is on the inside Wall 1 of a container intended for receiving liquid has a transparent body 2 arranged, which has the shape of a cylinder or spherical section with a free surface 3 inside the body 2 there is a transmitter 4 for light emitters., For example a gallium arsenide diode, whose light emission is close to the infrared range. Immediately next to the body 2 is a second similar translucent one Body 12 also arranged on the wall I. Inside the second body 12 is a Phototransistor 14 as a receiver for light beams that are emitted by the transmitter 4, and for generating an electrical signal when light rays strike the phototransistor. The free areas 3 and 13 of the two translucent bodies 2 and 12 adjoin the space used to hold liquid on. The bodies 2 and 12 consist, for. B. of inorganic or organic glass, such as Acrylic glass, and preferably have an optical refractive index of about 1.5.

Die beiden lichtdurchlässigen Körper 2 und 12, deren freie Flächen 3 und 13 wie auch der Sender 4 und der Empfänger 14 sind derart ausgebildet und angeordnet, daß sich die folgende Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ergibt:The two translucent bodies 2 and 12, their free surfaces 3 and 13 as well as the transmitter 4 and the Receivers 14 are designed and arranged in such a way that the following mode of operation of the one described Device yields:

Wenn der an die freien Flächen 3 und 13 der lichtdurchlässigen Körper 2 und 12 angrenzende Raum mit Luft erfüllt ist, weisen die optischen Brechungsindizes der Stoffe beiderseits der Flächen 3 und 13 einen verhältnismäßig großen Unterschied auf. Ein vom Sender 4 ausgehendes Lichtstrahlenbündel 8 wird gemäß F i g. 1 an der Stelle 6 seines Durchtrittes durch die freie Fläche 3 von der Lotrechten 5 weg in Richtung 9 gegen den anderen Körper 12 hin gebrochen. Das Strahlenbündel trifft die freie Fläche 13 des zweiten durchsichtigen Körpers 12 an der Steile 16 und wird dort zur Lotrechten 15 hin gebrochen, so daß es den Fototransistor 14 erreicht. Letzterer gibt demzufolge ein elektrisches Signal ab.When the space adjoining the free surfaces 3 and 13 of the translucent body 2 and 12 is filled with air, the optical refractive indices of the substances on both sides of the surfaces 3 and 13 have a relatively large difference. An emanating from the transmitter 4 light beam 8 is according to FIG. 1 at the point 6 of its passage through the free surface 3 away from the perpendicular 5 in the direction 9 broken towards the other body 12. The beam hits the free surface 13 of the second transparent body 12 at the steep 16 and is broken there to the perpendicular 15 so that it is the Phototransistor 14 reached. The latter therefore emits an electrical signal.

Ist hingegen der an die freien Flächen 3 und 13 der beiden Körper 2 und 12 angrenzende Raum mit einer Flüssigkeit 10 (F i g. 2) gefüllt, wird der Unterschied der Brechungsindizes der Stoffe beiderseits der Flächen 3 und 13 erheblich geringer. Infolgedessen wird das vom Sender 4 ausgehende Lichtstrahlenbündel 8 bei seinem Durchtritt durch die Hache 3 des Körpers 2 weniger stark gebrochen, so daß es gemäß F i g. 2 in Richtung 9a am zweiten lichtdurchlässigen Körper !2 vorbei geht Der Fototransistor 14 bleibt daher von dem Lichtstrahlenbündel unberührt und gibt kein elektrisches Signal ab. Der Wegfall des elektrischen Signals bedeutet die Meldung, daß die freien Flächen 3 und 13 der lichtdurchlässigen Körper 2 und 12 mit Flüssigkeit überflutet sind.If, however, the space adjoining the free surfaces 3 and 13 of the two bodies 2 and 12 has a Liquid 10 (Fig. 2) is filled, the difference in the refractive indices of the substances on both sides of the surfaces 3 and 13 considerably lower. As a result, the outgoing from the transmitter 4 light beam 8 is at his Passage through the Hache 3 of the body 2 is less broken, so that it is according to FIG. 2 in direction 9a The phototransistor 14 therefore stays away from the light beam untouched and does not emit an electrical signal. The elimination of the electrical signal means that Message that the free surfaces 3 and 13 of the translucent body 2 and 12 with liquid are flooded.

Wer η der an die freien Flächen 3 und 13 angrenzende Raun- mit einer Flüssigkeit IO erfüllt ist, in der Luft- oder Dampfblasen \7 (Fig.3) vorhanden sind, dann haben die von Lichtstrahlen des Senders 4 getroffenen Blasen zur Folge, daß diese Lichtstrahlen durch Reflexion Beugung und/oder Brechung umgelenkt werden, wobei zumindest ein Teil der so umgelenkten Lichtstrahlen wieder den Fototransistor 14 erreichen. Da die Blasen 17 in der Flüssigkeit 10 nicht stationär bleiben, sondern durch den hydrostatischen Auftrieb nach oben wandern oder durch eine der Flüssigkeit erteilte Strömung fortgetrieben werden, sind die auf den Fototransistor 14 fallenden Lichtstrahlen Änderungen unterworfen, die auch entsprechende Variationen des vom Fototransistor abgegebenen elektrischen Signals hervorrufen. Die einzelnen Blasen oder Gruppen von Blasen in dei Flüssigkeit 10 verursachen daher verhältnismäßig kurze elektrische Impulse am Ausgang des Fotoiansistors 14 Die Häufigkeit dieser Impulse ist angenähert ein MaC für den volumenmäßigen Anteil der Gasblasen in deiWho η which adjoins the free surfaces 3 and 13 Raun- with a liquid IO is satisfied, are present in the air or vapor bubbles \ 7 (Fig.3), then the bubbles taken by light beams of the transmitter 4 with the result that these light beams are deflected by reflection, diffraction and / or refraction, at least some of the light beams deflected in this way reaching the phototransistor 14 again. Since the bubbles 17 in the liquid 10 do not remain stationary, but rather move upwards due to the hydrostatic buoyancy or are driven away by a flow given to the liquid, the light rays falling on the phototransistor 14 are subject to changes, which also correspond to variations in the electrical output from the phototransistor Signal. The individual bubbles or groups of bubbles in the liquid 10 therefore cause relatively short electrical pulses at the output of the photoiansistor 14. The frequency of these pulses is approximately a measure of the proportion of the gas bubbles in the volume

Flüssigkeit 10.Liquid 10.

Das in F ί g. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie das soeben beschriebene, und es ;sind die gleichen Bezugszeichen benutz', soweit es sich um übereinstimmende Teile und Elemente handelt. Die beiden je mit einer gekrümmten Brechungsfläche 3 bzw. 13 versehenen Körper 2 und 12 sind durch ein einziges lichtdurchlässiges Maieriaisiüek 20 gebildet, das in ein an der Behälterwand 1 befestigtes Gehäuse 21 eingesetzt ist. Die Brechungsflächen 3 und 13 sind V-förmig zueinander angeordnet, so daß der Raum zur Aufnahme einer Flüssigkeit sich zwischen die beiden Flächen 3 und 13 hinein erstreckt. Eine in das Materialstück 20 eingefügte, lichtundurchlässige Trennwand 22 verhütet einen direkten Übertritt von Lichtstrahlen vom Sender 4 zum Empfänger 14. Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig.4 ist gleich, wie mit Bezug auf das erste Beispiel ausführlich dargelegt wurde.The in F ί g. The second exemplary embodiment shown in FIG. 4 is basically designed in the same way as the one just described, and the same reference numerals are used insofar as the parts and elements are identical. The two bodies 2 and 12, each provided with a curved refractive surface 3 or 13, are formed by a single, translucent Maieriaisiüek 20 which is inserted into a housing 21 fastened to the container wall 1. The refraction surfaces 3 and 13 are arranged in a V-shape to one another, so that the space for receiving a liquid extends between the two surfaces 3 and 13. An opaque partition 22 inserted into the piece of material 20 prevents light rays from passing directly from the transmitter 4 to the receiver 14. The use and operation of the device according to FIG. 4 is the same, as has been explained in detail with reference to the first example.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 ist lediglich dem L.ichtsender 4 ein lichtdurchlässiger Körper 2 mit einer freien, an den Raum zur Aufnahme einer Flüssigkeit angrenzenden Brechungsfläche 3 zugeordnet. Im Gegensatz zu den vorherigen Beispielen ist die Brechungsfläche 3 in F i g. 5 im wesentlichen eben ausgebildet. Der Lichtempfänger 14 ist bloß durch ein optisch praktisch unwirksames Schutzglas 25 von dem Raum zur Aufnahme von Flüssigkeit getrennt. Die Anordnung ist derart, daß ein vom Sender ausgehendes Lichtstrahlenbündel 8, 8' beim Austritt aus den lichtdurchlässigen Körper 2 an der freien Fläche 3 eint optische Brechung in Richtungen 9,9' erfährt, wenn siel keine Flüssigkeit in dem an die Fläche 3 angrenzender Raum befindet, wonach das gebrochene Strahlenbünde 9, 9' auf den Lichtempfänger 14 auftrifft. Ist der Raurc zwischen der Fläche 3 und dem Lichtempfänger 14 hingegen mit einer Flüssigkeit erfüllt, so wird die Brechung der Lichtstrahlen beim Durchtritt durch die freie Fläche 3 des lichtdurchlässigen Körpers 2 beträchtlich weniger stark, so daß das Lichtstrahlenbündel 9a, 9a' nicht mehr auf den Lichtempfänger 14 fällt. Sofern in der Flüssigkeit jedoch Gasblasen auftreten, werden die Lichtstrahlen 9a, 9a' wenigstens zum Teil durch Reflexion, Beugung und/oder Brechung an den Gasblasen zum Lichtempfänger 14 hin geworfen.In the embodiment according to FIG. 5 is only translucent to the light transmitter 4 Body 2 with a free refractive surface 3 adjoining the space for receiving a liquid assigned. In contrast to the previous examples, the refractive surface 3 in FIG. 5 essentially flat educated. The light receiver 14 is only through an optically practically ineffective protective glass 25 of the Separate space for holding liquid. The arrangement is such that an outgoing from the transmitter The bundle of light rays 8, 8 ′ unites on the free surface 3 when exiting the translucent body 2 undergoes optical refraction in directions 9.9 'when siel there is no liquid in the space adjacent to the surface 3, after which the refracted ray bundles 9, 9 'impinges on the light receiver 14. Is the space between the surface 3 and the light receiver 14 on the other hand, filled with a liquid, the refraction of the light rays when passing through the free surface 3 of the transparent body 2 is considerably less strong, so that the light beam 9a, 9a 'no longer falls on the light receiver 14. However, if gas bubbles occur in the liquid, the light rays 9a, 9a 'are at least partially by reflection, diffraction and / or refraction at the Gas bubbles thrown towards the light receiver 14.

Es ist noch zu bemerken, daß die Form der an den Raum zur Aufnahme von Flüssigkeit angrenzenden Brechungsflächen in allen Ausführungsbeispielen nicht kritisch ist. Wenn vom Lichtsender 4 ein verhältnismäßig breites Strahlenbündel ausgeht und das »Gesichtsfeld« des Lichtempfängers ebenfalls verhältnismäßig breit ist, ergibt sich ein Vorteil, daß das Feld, innerhalb welchem Gasblasen ermittelt werden können, größer ist. In der Praxis wird ein vernünftiger Kompromiß zwischen der Größe dieses Feldes und der Empfindlichkeit der Vorrichtung auf einzelne Gasblasen zweckdienlich sein.It should also be noted that the shape of the adjacent to the space for receiving liquid Refractive surfaces is not critical in any of the exemplary embodiments. If from the light transmitter 4 a relatively broad beam emanates and the "field of view" of the light receiver is also proportionate is wide, there is an advantage that the field within which gas bubbles can be detected is larger is. In practice there is a reasonable compromise between the size of this field and the sensitivity the device to be appropriate for individual gas bubbles.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

609 649/337609 649/337

#556# 556

Claims

Patent claims:

1. Optical-electrical device for monitoring a liquid medium, with a transmitter door s visible or invisible light rays, an optical-electrical converter having Receiver for these light rays and at least one body that is permeable for the light rays, which has at least one free area which adjoins a space for receiving the liquid medium adjacent, the path of the light rays being influenced by the liquid medium, thereby characterized in that the refractive index of the transparent body (2) and the position of the Interface (3) between the translucent body (2) and the receiving space for the liquid Medium (10) with respect to the direction of incidence of light are dimensioned so that the light rays to the receiver (14) to be broken when gas bubbles occur in the liquid medium (10), and that the Light beams are deflected away from the receiver if the medium is free of gas bubbles.

2. Device according to claim 1, characterized in that the translucent body (2) between the transmitter (4) and the space for receiving the liquid medium (10) and a second translucent body (12) arranged between said space and the receiver (14) is, the second translucent body (12) also one to said space has adjacent free surface (13).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the two free surfaces (3, 13) V-shaped to each other and between them part of the space to accommodate a liquid Have medium (10).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the two free surfaces (3, 13) each are approximately part of the surface of a sphere or cylinder, inside of which the transmitter (4) or the receiver (14) are arranged.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the translucent body (2, 12) segments or sectors of spheres or cylinders arranged next to one another.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the translucent Body (2, 12) made of a material with an optical refractive index of about 1.5 for the light rays emitted by the transmitter (4) exist.