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Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtungen,
und zwar insbesondere auf Anzeigevorrichtungen, die optische Pegel- oder Niveau-Detektoren
der Bauart verwenden, bei welcher ein Glied mit einem Oberflächenteil verwendet
wird, welches intern Licht zu einem Anzeigegebiet bei einer Anzeigefläche auf der
Oberfläche des Glieds reflektiert, wenn keine Flüssigkeit an dem Oberflächenteil
vorhanden ist, und welches dann, wenn Flüssigkeit vorhanden ist, das Licht in die
Fldssigkeit hinein bricht.
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Es wird ein optischer Niveau-Detektor in der Form eines transparenten
Gliedes vorgesehen, welches einen derart angeordneten Oberflächenteil besitzt, daß
in das Glied lntretendes Licht zu einer Anzeigefläcbe an der Oberfläche hin reflektiert
wird. Der Brechungsindex des Glieds und die Ausrichtung des Oberflächenteile sind
derart angeordnet, daß'dann, wenn Flüssigkeit am Oberfillchenteil vorhanden ist,
das Lichten die Flüssigkeit
gebrochen wird, so daß die Anzeigefläche
abgedunkelt wird.
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Speziell sieht die Erfindung eine Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtung
mit einem Detektor der oben erwähnten Art vor, und zwar ausgestattet mit Mitteln,
die eine Anzeige vorsehen, welche die Helligkeit des Anzeigegebietes an einer entfernten
Position ermöglicht. Dies ist außerordentlich zweckmäßig bei bestimmten Anwendungsfällen,
wo es erwünscht ist, ein Flüssigkeitsniveau festzustellen, ohne daß es erforderlich
ist, einen Detektor zu beobachten, der in der Nähe der Flüssigkeit angeordnet ist.
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Zur Vorsehung der Fernanzeige kann ein fotoempfindliches Element in
der Nähe der Anzeigefläche angeordnet sein, so daß ein die Helligkeit der Fläche
repräsentierendes Signal erzeugt wird. Dieses Signal wird zum Betreiben von an einer
entfernten Stelle vorgesehenen Anzeigemitteln benutzt. Die Anzeigemittel können
beispielsweise eine Lampe, eine Licht emittierende Diode oder ein Meßgerät sein.
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Vorzugsweise ist eine Lichtquelle vorgesehen, um den Lichtstrahl in
das Glied hinein und auf den Oberflächenteil zu leiten. Mit einer solchen Anordnung
ist es möglich, an Stelle von Licht mit einer in das sichtbare Spektrum fallenden
Wellenlänge eine elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge
zu verwenden, vorausgesetzt daß das lichtempfindliche Element empfindlich gegenüber
der verwendeten Wellenlänge ist. Demgemäß soll der hier verwendete Ausdruck "Licht"
in einem breiten Sinn verstanden werden, und zwar umfaßt er sowohl das Licht im
sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, als auch elektromagnetische Strahlung
anderer Wellenlängen, wie beispielsweise Ihfrarotlicht. Ebenfalls soll der Ausdruck
"Helligkeit" der Anzeigefläche allgemein verstanden sein, d.h. die Intensität der
elektromagnetischen Strahlung an der Anzeige fläche bezeichnen.
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An Stelle der Verwendung einer elektrischen Anordnung kann die Anzeigevorrichtung
optische Mittel zur Fernanzeige verwenden. Beispielsweise kann eine Gruppe aus optischen
Fasern derart angeordnet sein, daß ein erstes Ende benachbart zur Anzeige fläche
sich befindet, während ein zweites Ende an einer entfernten Stelle derart angeordnet
ist, daß das zweite Ende dann hell wird oder aufleuchtet, wenn das Licht intern
reflektiert wird und über die Anzeige fläche zum ersten Ende der Gruppe gelangt.
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Die Erfindung ist besonders zweckmäßig dann, wenn eine Vielzahl von
Anzeigevorrichtungen vorgesehen ist, um unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus anzuzeigen.
In diesem Falle kann eine gemeinsame Anzeigeeinheit vorgesehen sein, welche die
entfernt angeordneten Anzeigen jeder der Anzeigevorrichtungen umfaßt. Wenn beispielsweise
die oben beschriebene elektrische Anordnung verwendet wird, so kann die Anzeigeeinheit
elektrische Anzeigevorrichtungen umfassen, die-derart angeordnet sind, daß sie entsprechend
den Signalen von den entsprechenden fotoempfindlichen Elementen betrieben werden
oder aber dann, wenn die oben beschriebene optische Anordnung verwendet wird, so
können die entsprechenden Enden sämtlicher Fasergruppen an der Anzeigeeinheit angeordnet
sein. Es ist auch möglich, eine gemeinsame Lichtquelle für die verschiedenen Anzeigevorrichtungen
zu verwenden. Licht von der Quelle kann zu jedem Glied über eine entsprechende Gruppe
optischer Fasern übertragen werden.
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Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 und 2 schematische
Seitenansichten einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtung, wobei
deren Arbeitsweise dargestellt ist; Fig. 3 einen Vertikalschnitt,der schematisch
eine bevorzugte Ausbildungsform der Anzeigevorrichtung der Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine Schaltanordnung der erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung der Anzeigevorrichtung
der Fig. 3; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems
mit einer Vielzahl von Anzeigevorrichtungen; Fig. 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 7 ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Systems mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen.
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Im folgenden sei nunmehr die Erfindung beschrieben. In Fig. 1 ist
eine Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtung 2 gemäß der Erfindung dargestellt und
weist ein im ganzen zylindrisches transparentes Glied 4 auf. Das Glied 4 besitzt
ein konisches Endteil 6,angeordnet innerhalb eines Flüssigkeitsbehälters 8, und
ferner besitzt das Glied 4 am entgegengesetzten Ende eine flache Endoberfläche 10,angeordnet
außerhalb des Behälters 8.
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Die Seiten des konischen Endteils 6 bilden im Schnitt einen rechten
Winkel derart, daß das von einer benachbart zur oberen Hälfte 14 der Oberfläche
10 angeordneten Quelle 12 kommende Licht durch das Glied läuft und intern durch
den
oberen Teil der konischen Oberfläche zum unteren Teil derselben
reflektiert wird (Totalreflexion), wobei das Licht dort wiederum intern reflektiert
wird, so daß es horizontal aus der unteren Hälfte 16 der Oberfläche 10 austritt.
Diese untere Hälfte bildet eine Anzeigefläche des Detektors.
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Ein foto- oder lichtempfindliches Element 18 ist benachbart zur Anzeigefläche
16 zum Empfang des dort emittierten Lichts angeordnet. Ein Signal vom fotoempfindlichen
Element 18 wird zu einem eine Lampe 22 betreibenden Verstärker 20 geleitet.
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Die Anordnung ist derart getroffen, daß dann, wenn Licht durch Element
18 empfangen wird, die Lampe durch den Verstärker 20 betrieben wird. Es ist jedoch
klar, daß die Anordnung auch umgekehrt werden kann, so daß die Lampe nur dann beleuchtet
wird, wenn kein Licht durch das Abfühlelement 18 empfangen wird.
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Der Brechungsindex des Materials, aus dem das Glied 4 hergestellt
ist, ist derart ausgewählt, daß dann, wenn die bei 24 gezeigte Flüssigkeit am Endteil
6 vorhanden ist, das auf die Oberfläche des Endteils einfallende Licht in die Flüssigkeit
gebrochen und nicht intern reflektiert wird (vgl. Fig. 2).
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Demgemäß wird kein Licht von der Anzeigefläche 16 emittiert, so daß
das Abfühlelement 18 nicht beleuchtet und die Lampe nicht eingeschaltet wird.
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Die Lampe ist mit einem Abstand gegenüber dem Glied 4 angeordnet,
um so eine Fernanzeige des Niveaus oder Pegels der Flüssigkeit 24 vorzusehen.
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Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Glieds 4, welches
ein zylindrisches, extern mit Gewinde versehenes Teil 26 derart aufweist, daß es
in eine mit Innengewinde versehene öffnung im Behälter 8 eingeschraubt werden kann.
Das Glied 4 ist mit einem integral ausgebildeten Mutterteil 28 zur Verwendung beim
Einschrauben des Glieds in die Öffnung ausgestattet. Das Glied 4 besitzt einen Hohlraum
30, in dem eine gedruckte Schaltungsplatte 32 untergebracht ist. Die Platte 32
trägt
die Lichtquelle 12 und das fotoempfindliche Element 18 am inneren Ende bezüglich
des Behälters 8. Eine Unterteilung 34 erstreckt sich in den Hohlraum 30, um die
Teile des Hohlraumgehäuses, d.h. die Quele 12 und das Element 18, zu trennen. Die
gedruckte Schaltungsplatte 32 trägt drei Klemmen 36 am äußeren Ende, um die erforderlichen
elektrischen Verbindungen zur Leistungsversorgung und Lampe 22 vorzusehen.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 3 verwendeten elektronischen
Schaltung. Die Lichtquelle 12 ist direkt zwischen die Leistungsversorgungsklemmen
geschaltet. Das lichtempfindliche Element 18 ist an einem Ende mit den Versorgungsklemmen
und am anderen Ende über einen Lastwiderstand 38 mit der anderen Versorgungsklemme
verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Element 18 und dem Lastwiderstand 38
ist mit der Basis eines Transistors 40 über einen Widerstand 42 verbunden. Der Transistor
40 ist in Emitterfolgerschaltung mit der Lampe 22 am Ausgang angeordnet.
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Auf das lichtempfindliche Element 18 einfallendes Licht'bewirkt eine
Änderung des effektiven Widerstandes, was wiederum das Potential am Verbindungspunkt
zwischen dem Element und dem Widerstand 38 ändert und den Transistor 40 veranlaßt,
die Lampe 22 zur Beleuchtung einzuschalten.
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Sämtliche Komponenten, mit Ausnahme der Lampe 22, sind auf der gedruckten
Schaltungsplatte 32 befestigt.
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Das in Fig. 5 gezeigte System weist eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen
der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Art auf, wobei gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Die Anzeigevorrichtungen besitzen eine gemeinsame Lichtquelle 12,
wobei das Licht von dieser Quelle zu den entsprechenden Flächen 14 der Endflächen
10 des Glieds 4 mittels
Gruppen optischer Fasern 44 geleitet wird.
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Wenn gewünscht, können alle Lampen 22 miteinander an einer gemeinsamen
Anzeigeeinheit gruppiert sein, um eine bequeme Art und Weise zur schnellen Bestimmung
des Pegels in verschiedenen Behältern 8 vorzusehen.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist das Glied 4 mit vertikaler
Achse angeordnet. Die Menge des auf das fotoempfindliche Element 18 einfallenden
Lichts hängt vom speziellen Niveau der Flüssigkeit 24 ab. Wenn beispielsweise keine
Flüssigkeit am Endteil 6 vorhanden ist, so werden die bei 46 und 48 dargestellten
Lichtstrahlen beide durch das Element übertragen. Wenn sich jedoch Flüssigkeit auf
dem durch die gestrichelte Linie 50 angedeuteten Niveau befindet, so wird der Lichtstrahl
48 stattdessen in die Flüssigkeit, wie bei 52 dargestellt, gebrochen und das Element
18 nicht beleuchten. Wenn ferner das Endteil 6 vollständig untergetaucht ist, so
wird kein Licht zum Element 18 reflektiert.
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Demgemäß ist es möglich, eine quantitative Anzeige des Flüssigkeitsniveaus
durch Verwendung eines Meßgeräts 54 vorzusehen, welches mit dem Ausgang des Verstärkers
20 gekoppelt ist. Wenn das Teil 6 teilweise untergetaucht ist, so hängt die Ablesung
des Meßgeräts von dem genauen Flüssigkeitsniveau ab.
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Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Lichtquellen
können alternativ Licht emittierende Dioden oder andere Lichtquellen sein, die entweder
sichtbares oder infrarotes Licht emittieren können. Im letztgenannten Fall können
Probleme infolge von Umgebungslicht vermieden werden.
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Das fotoempfindliche Element 18 könnte eine Fotodiode, ein Fototransistor
oder ein Fotowiderstand sein.
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Fig. 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel zum System der Fig.
5, wobei gleichen Teilen gleiche Bezugszeichen gegeben wurden. In diesem Falle ist
keine elektrische Schaltung erforderlich, da die Fernanzeige jeder Anzeigevorrichtung
gebildet wird durch ein Ende 56 einer entsprechenden Gruppe 58 von optischen Fasern
(Lichtleitern). Das andere Ende 60 der Fasern ist benachbart zur Anzeigefläche 16
des entsprechenden Glieds 4 angeordnet. Wenn keine Flüssigkeit am Endteil 6 des
Glieds 4 vorhanden ist, so wird das Licht stattdessen in die Flüssigkeit gebrochen.
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Die Enden 56 der Gruppen 58 der Fasern sind in eine gemeinsame Anzeigeplatte
62 zur Ermöglichung einer leichten Beobachtung eingepaßt. Ferner erstreckt sich
eine weitere Gruppe 64 von optischen Fasern direkt von der Lichtquelle 12 aus zur
Anzeigeplatte 62, so daß ein Beobachter den Betrieb der Lichtquelle überprüfen kann.
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Der erfindungsgemäße Pegel- oder Niveauanzeiger kann auf verschiedenen
Gebieten verwendet werden und er kann in Ausrüstungen vom Hersteller eingebaut werden;
die Anzeigevorrichtung kann auch gesondert (als Bausatz) zum Ersatz von üblichen
Komponenten verkauft werden.
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Das in der Anzeigevorrichtung der Erfindung verwendete Glied 4 ist
erfindungsgemäß von der oben beschriebenen Art. In diesem Falle sollte die Anzeige
in der Lage sein, eine Darstellung von verschiedenen Flüssigkeitsniveaus zu geben
(beispielsweise durch Verwendung eines Meßgeräts, wie dies unter Bezugnahme auf
Fig. 6 beschrieben ist).
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Die Anzeigevorrichtung könnte zusammen mit Maschinen benutzt werden,
die Getränke ausgeben, die Verwendung könnte aber auch bei Geschirrspülmaschinen
oder Waschmaschinen geschehen oder aber auch zur Anzeige des Brennstoffniveaus in
Heizsystemen.
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Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ist besonders zweckmäßig auf
dem Gebiet der Fahrzeuge. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung dazu verwendet
werden, das Wasserniveau in einem Fahrzeugkühler anzuzeigen oder aber das Flüssigkeitsniveau
in e einem einem Windschutzscheibenwaschreservoir oder aber die hydraulische Flüssigkeit
im Brems- oder Kupplungs-Reservoir oder aber schließlich den Brennstoff im Brennstofftank.
Das Fahrzeug kann mit einer Vielzahl von Anzeigevorrichtungen für unterschiedliche
Zwecke ausgestattet sein und ferner mit einer Anzeigeeinheit, die für die Anzeigevorrichtungen
gemeinsam ist und im Armaturenbrett untergebracht sein kann Zusammenfassend sieht
die Erfindung somit eine Flüssigkeitsniveau-Anzeigevorrichtung 2 vor, um eine Anzeige
an einer entfernt von der Flüssigkeit liegenden Stelle vorzusehen.
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Die Anzeigevorrichtung weist ein Glied 4 mit einem Oberflächenteil
6 auf, welches Licht zu einer Anzeigefläche 16 auf dem Glied 4 reflektiert, wenn
nicht Flüssigkeit an dem Oberflächenteil 6 vorhanden ist, wobei in diesem Falle
das Licht in die Flüssigkeit gebrochen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein
lichtempfindliches Element 18 vorgesehen, welches auf die Helligkeit der Anzeigefläche
16 anspricht und ein Signal erzeugt, welches zum Betreiben einer Anzeige 22 oder
54 verwendet wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Gruppe 58 aus
optischen Fasern vorgesehen, und zwar mit einem Ende 60 angeordnet benachbart zur
Anzeigefläche, während das andere Ende 56 entfernt davon angeordnet ist, so daß
das Flüssigkeitsniveau durch Beobachtung dieses Endes 56 der Fasern bestimmt werden
kann.
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Ferner kann erfindungsgemäß eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen
vorgesehen sein, und zwar mit einer gemeinsamen Lichtquelle 12 und/oder einer gemeinsamen
Fernanzeigeeinheit (beispielsweise 62).