DE2804639A1 - Liquid- or fluid-level indicator - comprises transparent vertical straight or u=shaped rod incorporating light-emitter and receiver - Google Patents

Liquid- or fluid-level indicator - comprises transparent vertical straight or u=shaped rod incorporating light-emitter and receiver

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Abstract

Indicator for showing the level of a liq. or fluid in a container is an elongate device adapted to transmit light and provided with a light-emitter and -receiver to enable the level to be read from the received light. The device is a notched or grooved or fluted rod of transparent plastics, suitably PMMA or a polycarbonate, or glass. The light-emitter is located at one end of the rod, the light-receiver, at the other end. Alternatively, both emitter and receiver may be at one end of the rod, with a light-reflector at the other. In another variant, the rod is "U"-shaped, with the reflector at the "U"-bend.

Description

FüllstandsanzeigerLevel indicator

Die Erfindung betrifft einen Füllstandsanzeiger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a level indicator according to the preamble of claim 1.

Die zuverlässige quantitative Erfassung des Pegels einer in einem Vorratsbehälter befindlichen Flüssigkeit, wie zum Beispiel Kraftstoff im Tank eines Kraftfahrzeugs, erfordert ein mit elektronischen Vorrichtungen kompatibles Meß- und Anzeigesystem.The reliable quantitative detection of the level one in one Reservoir located liquid, such as fuel in the tank of a Motor vehicle, requires a measuring device compatible with electronic devices and display system.

Die Füllstandsmessung von Flüssigkeiten in Behältern erfolgt bisher mit Hilfe mechanisch arbeitender Einrichtungen. So wird zum Beispiel ein Schwimmkörper verwendet, dessen jeweilige Lage über ein Hebelsystem auf einen abgreifbaren elektrischen Widerstand übertragen wird, wodurch die Füllstandshöhe meßbar erfaßt werden kann. Auf Grund der bewegten Massen sind derartige Meßsysteme aber insbesondere bei Erschütterungen störan- fällig und außerdem lediglich bei annähernd quaderförmagen Behältern und nicht bei beliebig geformten Behältern anwendbar.Up to now, the level of liquids in containers has been measured with the help of mechanically operating devices. For example, it becomes a float used, its respective position via a lever system to an accessible electrical Resistance is transmitted, whereby the level can be measured measurably. Due to the moving masses, however, such measuring systems are particularly useful in the case of vibrations disruptive due and also only for approximately cuboid shapes Containers and not applicable to containers of any shape.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Füllstandsanzeiger anzugeben, der gegenüber äußeren Einflüssen möglichst wenig störanfällig ist und außerdem bei beliebig geformten Behältern eingesetzt werden kann.It is therefore the object of the invention to specify a level indicator, which is as little susceptible to interference as possible in relation to external influences and also with any shaped containers can be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung ein Stab ist. Der Stab ist mit Kerben oder Riefen oder Rillen versehen. Er besteht aus lichtdurchlässigem Kunststoff oder Glas. Als Kunststoff ist Polymethylmetacrylat oder Polycarbonat besonders geeignet.A further development of the invention is that the device is a stick. The rod is provided with notches or grooves or grooves. He exists made of translucent plastic or glass. The plastic is polymethyl methacrylate or polycarbonate are particularly suitable.

Der Lichtsender kann an einem Ende des Stabes und der Lichtempfänger am anderen Ende des Stabes vorgesehen sein.The light transmitter can be at one end of the rod and the light receiver be provided at the other end of the rod.

Es ist auch möglich, den Lichtsender und den Lichtempfänger am einen Ende des Stabes und einen Lichtreflektor am anderen Ende des Stabes vorzusehen.It is also possible to have the light transmitter and the light receiver on one End of the rod and provide a light reflector at the other end of the rod.

Der Stab kann weiterhin U-förmig gestaltet sein und an seinem einen Ende den Lichtsender und an seinem anderen Ende den Lichtempfänger aufweisen. Vorzugsweise ist dann die Biegung des Stabes mit einem reflektierenden Material versehen.The rod can still be U-shaped and at its one Have the light transmitter at the end and the light receiver at its other end. Preferably the bend of the rod is then provided with a reflective material.

Die Kerben verlaufen in einer Weiterbildung der Erfindung senkrecht zur Achsrichtung auf der Mantelfläche des Stabes und sind ringförmig gestaltet.In a further development of the invention, the notches run vertically to the axial direction on the outer surface of the rod and are ring-shaped.

Als Lichtsender ist eine Leuchtdiode vorgesehen. Der Lichtempfänger kann eine Fotodiode oder ein Fototransistor oder allgemein eine Fotozelle sein.A light-emitting diode is provided as a light transmitter. The light receiver can be a photodiode or a phototransistor or generally a photocell.

Vorzugsweise wird der vom Lichtempfänger abgegebene Strom durch eine Darlington-Schaltung verstärkt.Preferably, the current emitted by the light receiver is through a Reinforced Darlington pair.

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger ist besonders für Tanks von Kraftfahrzeugen geeignet. Er kann jedoch auch zum Beispiel im Bereich der Maschinen- und Regeltechnik eingesetzt werden, etwa um in strömenden Flüssigkeiten durch Messung des Strömungsdruckes mit Hilfe der in einer Flüssigkeitssäule sich ausbildenden Pegelhöhe Strömungsgeschwindigkeit und Durchflußmenge zu erfassen und zu steuern. Diese Flüssigkeitssäule entsteht dabei in einem Rohr, das von dem Rohr abzweigt, in dem sich die zu messende Flüssigkeit befindet.The level indicator according to the invention is particularly suitable for tanks of Suitable for motor vehicles. However, it can also be used, for example, in the field of machine and control technology can be used, for example to measure in flowing liquids of the flow pressure with the help of the pressure generated in a column of liquid To record and control the level of the flow velocity and the flow rate. This column of liquid is created in a pipe that branches off from the pipe, in which the liquid to be measured is located.

Bei der Erfindung wird also die Pegelhöhe einer Flüssigkeit durch Messung des Lichtes im sichtbaren oder kurzwelligen Infrarot-Bereich bestimmt, welches durch die in der Flüssigkeit befindliche und über den Flüssigkeitsspiegel herausragende lichtleitende Einrichtung hindurchgeht. Als lichtleitend wirkendes Material sind Gläser oder das Licht nicht schwächende Kunststoffe geeignet. Die Einrichtung ist in vorteilhafter Weise ein Rundstab, der geradlinig oder gekrümmt der jeweiligen Behälterform angepaßt sein kann. Als Lichtquelle eignen sich wegen ihrer hohen Lebensdauer und Konstanz der Lichtemission besonders Leuchtdioden (LED). Als Lichtempfänger werden wegen ihrer hohen Empfindlichkeit vorzugsweise Fototransistoren eingesetzt, die das auf sie auftreffende Licht in ein elektrisch verarbeitbares Signal umwandeln. Die Lichtquelle und der Lichtempfänger sind an die längliche Einrichtung mit lichtleiten- den Eigenschaften angekoppelt. Befindet sich der Lichtleiter in Luft oder in einem anderen gasförmigen Medium mit kleinem Brechungsindex in der Größenordnung von 1, so wird wegen des wesentlich höheren Brechungsindex des Glas- oder Kunststoffmaterials das in dieses eingekoppelte Licht vorzugsweise durch Totalreflexion weitergeleitet. Wird jedoch der Lichtleiter von einer Flüssigkeit umgeben, deren Brechungsindex merklich größer als der des umgebenden gasförmigen Mediums ist, so ist der Anteil des seitlich austretenden und damit den Lichtempfänger nicht mehr erreichenden Lichtes größer. Damit kann prinzipiell durch Messung des vom Lichtempfänger aufgenommenen Lichtes die Pegelhöhe einer Flüssigkeit stetig und kontinuierlich bestimmt werden.In the invention, the level of a liquid is through Measurement of light in the visible or short-wave infrared range determines which due to that located in the liquid and protruding above the liquid level light-conducting device passes through it. As a light-guiding material are Glasses or plastics that do not weaken the light are suitable. The establishment is advantageously a round rod, which is straight or curved of the respective Can be adapted to the shape of the container. As a light source are suitable because of their long service life and constancy of light emission, especially light-emitting diodes (LED). As a light receiver phototransistors are preferred because of their high sensitivity, which convert the light hitting them into an electrically processable signal. The light source and the light receiver are connected to the elongated device with light guide the Properties coupled. Is the light guide in air or in another gaseous medium with a small refractive index of the order of 1, so becomes because of the much higher refractive index of the glass or plastic material forwarded into this coupled light preferably by total reflection. However, if the light guide is surrounded by a liquid, its refractive index is noticeably larger than that of the surrounding gaseous medium, the proportion is of the light emerging from the side and thus no longer reaching the light receiver greater. This can in principle by measuring the recorded by the light receiver Light, the level of a liquid can be determined steadily and continuously.

Die Anwendbarkeit eines Lichtleiters für Füllstandsmessungen kann allerdings dann beeinträchtigt sein, wenn vor allem in geschlossenen Gefäßen an dem in die Dampfphase der Flüssigkeit beziehungsweise in den Luftraum ragenden Teil des Lichtleiters ein diinner Film der Flüssigkeit kondensiert oder bestehen bleibt. Um einen dadurch bedingten störenden Effekt zu vermeiden, hat der Lichtleiter vorzugsweise in bestimmten Abständen Kerben oder Riefen oder Rillen oder Furchen oder dergleichen.The applicability of a light guide for level measurements can however, it can be impaired when mainly in closed vessels the part protruding into the vapor phase of the liquid or into the air space the light guide a thin film of the liquid condenses or remains. In order to avoid a disruptive effect caused by this, the light guide preferably has at certain intervals notches or grooves or grooves or furrows or the like.

Die auf die Randzonen des Lichtleiters auftreffenden Lichtstrahlen werden an diesen Kerben usw. in Luft oder in einem anderen gasförmigen Medium durch Brechung und partielle Reflexion zu einem größeren Teil als bei dem glatten Teil nach außen abgelenkt. Das im Lichtleiter weitergeleitete Licht wird unter dieser Voraussetzung damit an jeder Kerbe usw. in definierter Weise schwächer. Dieser Effekt nimmt ab, wenn die Kerbe usw. in die Flüssigkeit eintauchen, das auf Grund der geänder- ten Brechungsverhältnisse, nämlich eines höheren Brechungsindex in der Flüssigkeit, ein größerer Lichtanteil im Lichtleiter weitergeführt wird. Befindet sich so ein Lichtleiter in Luft oder in einem von einem gasförmigen Medium erfüllten Raum, so ist die zum Lichtempfänger gelangende Lichtenergie am geringsten. Mit wachsender Zahl der von der Flüssigkeit umgebenen Kerben usw. erhöht sich der zum Lichtempfänger gelangende Lichtstrom monoton und reproduzierbar. Durch eine entsprechende Anzahl von Kerben usw. mit geeigneter Form und gegebenenfalls variabler Tiefe kann damit für beliebige Behälterformen eine genaue Füllstandsmessung unabhängig von mechanisch bewegten Teilen durchgeführt werden.The light rays hitting the edge zones of the light guide will pass through these notches etc. in air or in another gaseous medium Refraction and partial reflection to a greater extent than the smooth part distracted outward. The light transmitted in the light guide is under this The prerequisite is that it is weaker in a defined way at every notch, etc. This effect decreases when the notch, etc. is immersed in the liquid, which due to the changed th Refractive ratios, namely a higher refractive index in the liquid, a larger proportion of light is carried on in the light guide. Is there such a Light guides in air or in a space filled with a gaseous medium, see above the light energy reaching the light receiver is the lowest. With growing The number of notches, etc. surrounded by the liquid increases that of the light receiver incoming luminous flux is monotonous and reproducible. By a corresponding number of notches etc. with a suitable shape and optionally variable depth can thus an exact level measurement for any container shape independent of mechanical moving parts.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers, Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der länglichen Einrichtung (Lichtleiter) mit lichtleitenden Eigenschaften, Fig. 4 die elektrische Schaltung für den Lichtempfänger, und Fig. 5 die elektrische Schaltung für den Lichtsender.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a first exemplary embodiment of the fill level indicator according to the invention, 2 and 3 further exemplary embodiments for the design of the elongate device (Light guide) with light-guiding properties, Fig. 4 shows the electrical circuit for the light receiver, and FIG. 5 shows the electrical circuit for the light transmitter.

In Fig. 1 ist in einem Behälter 1 eine Flüssigkeit 2 mit einem Flüssigkeitspegel 3 vorgesehen. Durch den Behälter 1 erstreckt sich ein Lichtleiter 4, an dessen unterem Ende eine Leuchtdiode 5 und an dessen oberen Ende ein Fototransistor 6 liegen.In Fig. 1, a liquid 2 with a liquid level is in a container 1 3 provided. A light guide 4 extends through the container 1, at the bottom of which At the end of a light-emitting diode 5 and at its upper end a phototransistor 6 is located.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem am oberen Ende des mit Kerben 20 versehenen Lichtleiters 4 eine Leuchtdiode 5 und ein Fototransistor 6 vorgesehen sind. Am unteren Ende des Lichtleiters 4 ist dabei ein Spiegel oder eine reflektierende Fläche 8 angeordnet.Fig. 2 shows another embodiment of the invention in which at the upper end of the light guide 4 provided with notches 20, a light emitting diode 5 and a phototransistor 6 are provided. At the lower end of the light guide 4 is included a mirror or a reflective surface 8 is arranged.

In Fig. 3 ist der Lichtleiter 4 U-förmig und hat an seinen Enden eine Leuchtdiode 5 beziehungsweise einen Fototransistor 6. Die Biegung des Lichtleiters ist dabei mit einer reflektierenden Schicht 9 versehen.In Fig. 3, the light guide 4 is U-shaped and has a at its ends Light-emitting diode 5 or a phototransistor 6. The bend in the light guide is provided with a reflective layer 9.

Fig. 4 zeigt die Schaltung des Fototransistors 6, der in Darlington-Schaltung mit einem weiteren Transistor 11 verbunden ist. Die beiden Kollektoren der Transistoren 6 und 11 sind mit dem einen Anschluß eines Strombegrenzungswiderstandes 12 von 10 bis 1000 Ohm verbunden, dessen anderer Anschluß über eine Stromquelle 13 an eine Anzeigeeinrichtung (Strommesser) 14 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 11 ist ebenfalls mit der Anzeigeeinrichtung 14 verbunden.Fig. 4 shows the circuit of the phototransistor 6, the Darlington circuit is connected to a further transistor 11. The two collectors of the transistors 6 and 11 are connected to one terminal of a current limiting resistor 12 of FIG Connected to 1000 ohms, the other terminal via a power source 13 to a Display device (ammeter) 14 is connected. The emitter of the transistor 11 is also connected to the display device 14.

Wenn Licht auf den Fototransistor 6 einfällt, wie dies durch Pfeile 15 dargestellt ist, so wird der vom Transistor 6 abgegebene Strom durch den Transistor 11 verstärkt und bewirkt so einen dem einfallenden Licht entsprechenden Ausschlag der Anzeigeeinrichtung 14.When light is incident on the phototransistor 6, as indicated by arrows 15, the current delivered by the transistor 6 is passed through the transistor 11 amplifies and thus causes a deflection corresponding to the incident light the display device 14.

Fig. 5 zeigt die Schaltung der Leuchtdiode 5, die durch Pfeile 16 angedeutetes Licht in den Lichtleiter 4 abgibt. Die Leuchtdiode 5 ist einerseits über einen Strombegrenzungswiderstand 17 mit dem einen Pol einer Stromquelle 18 und andererseits direkt mit der Stromquelle 18 verbunden.5 shows the circuit of the light-emitting diode 5, which is indicated by arrows 16 indicated light in the light guide 4 emits. The light emitting diode 5 is on the one hand Via a current limiting resistor 17 to one pole of a current source 18 and on the other hand directly connected to the power source 18.

Selbstverständlich können die Kerben 20 bei allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.It goes without saying that the notches 20 can be used in all of the exemplary embodiments be provided.

14 Patentansprüche 5 Figuren14 claims 5 figures

Claims (14)

PatentansPrüche 5? Füllstandsanzeiger für Flüssigkeiten oder Fluids in einem Behälter, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine sich im Behälter (1) von unten nach oben erstreckende längliche Einrichtung (4) mit lichtleitenden Eigenschaften, die mit einem Lichtsender (5) und einem Lichtempfänger (6) versehen ist, so daß aus dem empfangenen Lichtstrom die Füllstandshöhe (3) ablesbar ist. Claims 5? Level indicator for liquids or fluids in a container, not shown in the container (1) elongated device (4) extending from bottom to top with light-conducting properties, which is provided with a light transmitter (5) and a light receiver (6) so that the fill level (3) can be read from the received luminous flux. 2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung (4) ein Stab ist. 2. Level indicator according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicate that the device (4) is a rod. 3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stab Kerben (beziehungsweise Riefen oder Rillen) (20) hat. 3. Level indicator according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n shows that the rod has notches (or grooves or grooves) (20) Has. 4. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung (4) aus lichtdurchlässigem Kunststoff oder Glas besteht. 4. Level indicator according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the device (4) is made of translucent Made of plastic or glass. 5. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kunststoff Polymethylmetacrylat oder Polycarbonat ist. 5. Level indicator according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n note that the plastic is polymethyl methacrylate or polycarbonate. 6. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lichtsender (5) am einen Ende des Stabes und der Lichtempfänger (6) am anderen Ende des Stabes vorgesehen ist. 6. Level indicator according to one of claims 2 to 5, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the light transmitter (5) at one end of the rod and the light receiver (6) is provided at the other end of the rod. 7. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Lichtsender (5) und der Lichtempfänger (6) am einen Ende des Stabes und ein Lichtreflektor (8) am anderen Ende des Stabes vorgesehen sind.7. Level indicator according to one of claims 2 to 5, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the light transmitter (5) and the light receiver (6) provided at one end of the rod and a light reflector (8) at the other end of the rod are. 8. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Stab U-förmig gestaltet ist und an seinem einen Ende den Lichtsender (5) und an seinem anderen Ende den Lichtempfänger (6) aufweist.8. Level indicator according to one of claims 2 to 5, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that the rod is U-shaped and on his one end the light transmitter (5) and at its other end the light receiver (6) having. 9. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stab an seiner Biegung mit reflektierendem Material (9) versehen ist.9. Level indicator according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the rod at its bend with reflective material (9) is provided. 10. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kerben (20) senkrecht zur Achsrichtung auf der Mantelfläche des Stabes vorzugsweise ringförmig angebracht ist.10. Level indicator according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the notches (20) perpendicular to the axial direction on the lateral surface of the rod is preferably attached in a ring. 11. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Lichtsender (5) eine Leuchtdiode ist.11. Level indicator according to one of claims 1 to 10, d a d u It is clear that the light transmitter (5) is a light-emitting diode. 12. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Lichtempfänger (6) eine Fotodiode oder ein Fototransistor oder Fotozelle ist.12. Level indicator according to one of claims 1 to 11, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the light receiver (6) is a photodiode or is a phototransistor or photocell. 13. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der vom Lichtempfänger (6) abgegebene Strom durch eine Verstärkerstufe (11) verstärkt wird.13. Level indicator according to one of claims 1 to 12, d a d u It is noted that the current emitted by the light receiver (6) is amplified by an amplifier stage (11). 14. Verwendung des Füllstandsanzeigers nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für die Pegelhöhe des Kraftstoffes in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen.14. Use of the level indicator according to one of claims 1 to 13 for the level of the fuel in the fuel tanks of motor vehicles.
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