DE3715495A1

DE3715495A1 - Apparatus for determining the density, in particular for the determination of the antifreeze content, of aqueous solutions

Info

Publication number: DE3715495A1
Application number: DE19873715495
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Andres; Guenter Dr Ing Abersfelder
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1987-05-09
Filing date: 1987-05-09
Publication date: 1988-08-25

Abstract

There is described an apparatus for determining the density and thus the degree of antifreeze action of aqueous antifreeze solutions, in which the density is determined by means of buoyancy bodies and the rising or sinking of the buoyancy bodies is observed by means of light gates. The apparatus is arranged in or on the container filled with antifreeze solution and thereby makes possible continuing monitoring of the solution.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Dichte insbesondere zur Bestimmung des Gehalts an Frostschutz mittel in wässrigen Lösungen mittels in einer Kammer angeord neten Auftriebskörpern, deren gestaffelte Dichte mit den Wer ten der zu messenden Frostschutzmittellösung weitgehend über einstimmen und deren Schwimm- oder Sinklage beobachtbar ist.The invention relates to a device for determining the Density, in particular for determining the antifreeze content medium in aqueous solutions by means of a chamber neten buoyancy bodies, their graded density with the who of the antifreeze solution to be measured largely exceeded attune and their swimming or sinking position is observable.

Aus DE-PS 12 73 867 ist ein Gerät zur Messung des Gehaltes an Frostschutzmittel in wässrigen Lösungen bekannt, die mit einem in einem Glasrohr angeordneten, vorzugsweise in Kugelform her gestellten Auftriebskörper ausgestattet ist. Der Auftriebskör per besitzt eine Dichte, die mit den Werten der zu messenden Frostschutzmittellösung weitgehend übereinstimmt. Wird nun das Glasrohr mit der zu prüfenden Lösung gefüllt, so zeigt der Auftriebskörper durch Aufsteigen oder Absinken an, ob der entsprechende Gehalt an Frostschutzmittel in der Lösung und damit verbunden eine bestimmte Kälteschutzwirkung erreicht wird oder nicht. Wird ein weiterer Auftriebskörper mit unter schiedlicher Dichte benutzt, so kann auch ein weiterer Wert des Kälteschutzes angezeigt werden. From DE-PS 12 73 867 a device for measuring the content is Antifreeze in aqueous solutions known with a arranged in a glass tube, preferably in spherical form provided buoyancy body is equipped. The buoyancy aid per has a density that matches the values of the measured Antifreeze solution largely matches. Now filled the glass tube with the solution to be tested, so shows the buoyancy body by rising or falling to indicate whether the appropriate antifreeze content in the solution and associated with a certain cold protection effect will or not. Another float with under different density used, so can also be another value of the cold protection are displayed.

Das nach dem Saugheberprinzip arbeitende Gerät eignet sich nur für diskontinuierliche Messungen. Darüber hinaus ist die Handhabung recht unbequem, so daß eine Messung nur im Werk stattbereich und auch nur dann vorgenommen wird, wenn sie un umgänglich nötig erscheint.The device working according to the suction lifter principle is only suitable for discontinuous measurements. In addition, the Handling quite uncomfortable, so that a measurement only in the factory area and is only carried out if it is un seems socially necessary.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine nach dem ein gangs genannten Prinzip arbeitende Vorrichtung zu finden, die eine dauernde Messung ermöglicht und den Benutzer von den Un bequemlichkeiten, die die Verwendung des bekannten Gerätes mit sich bringt, befreit.The object of the invention is one after the one gangs principle to find working device that allows a continuous measurement and the user from the Un convenience that the use of the well-known device brings with it, liberates.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschrie bene Vorrichtung gelöst.This task is described in the claims bene device solved.

Die Vorrichtung wird möglichst nahe am Boden in oder an dem die zu messende Lösung enthaltenden Behälter angeordnet und die Beobachtung der Schwimm- oder Sinklage der Kugeln erfolgt durch Lichtschranken. Dadurch ist es möglich, eine kontinuier liche Dichtemessung vorzunehmen und gleichzeitig die Anzeige der Beobachtung an beliebige Stellen, z. B. in das Armaturen brett eines Kraftfahrzeugs zu verlegen.The device is as close to the ground in or on the arranged to contain the solution to be measured and the observation of the floating or sinking position of the balls takes place through light barriers. This makes it possible to have a continuous density measurement and the display at the same time observation at any point, e.g. B. in the fittings to lay board of a motor vehicle.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Auftriebs körper übereinander ihrer Dichte nach gestaffelt in einer im wesentlichen vertikal angeordneten rohrförmigen Führungs kammer angeordnet. Die Höhe der Führungskammer ist dabei größer als die Summe der Durchmesser der Auftriebskörper, um ein Aufsteigen oder Absinken der Auftriebskörper zu ermög lichen. Die Zahl der Lichtschranken ist mindestens gleich der Zahl der Auftriebskörper und die Lichtschranken sind ent sprechend dem Durchmesser der Auftriebskörper gegenseitig auf Abstand angeordnet. Die Lichtschranken bestehen aus dia metral gegenüberliegenden Lichtquellen und Detektoren, die in gleichmäßigen Abständen von einem Kugeldurchmesser so an geordnet sind, daß in Ruhelage, d. h. Schwimm- oder Sinklage der Strahlengang der Lichtschranke durch den Schwimmkörper sicher verdeckt wird.In a preferred embodiment, all are buoyant bodies are stacked on top of each other according to their density substantially vertically arranged tubular guide chamber arranged. The height of the guide chamber is included larger than the sum of the diameters of the floats in order to allow the buoyancy to rise or fall lichen. The number of light barriers is at least equal to that The number of buoyancy bodies and the light barriers are ent speaking to each other the diameter of the buoyancy bodies spaced apart. The light barriers consist of dia metrically opposed light sources and detectors that at regular intervals from a ball diameter are ordered that in the rest position, d. H. Swimming or sinking position the beam path of the light barrier through the floating body is safely covered.

Eine andere besonders günstige Ausführungsform besteht in einer im wesentlichen horizontal angeordneten Führungskammer, in der für jeden Auftriebskörper ein Abteil vorgesehen ist. Eine solche Ausführungsform zeichnet sich durch eine beson ders geringe Bauhöhe aus.Another particularly favorable embodiment consists in an essentially horizontally arranged guide chamber, in which a compartment is provided for each buoyancy body. Such an embodiment is characterized by a special low overall height.

Die Höhe der Führungskammer soll so bemessen sein, daß beim Aufschwimmen der Auftriebskörpers mit Sicherheit ein Signal durch die Lichtschranke erzeugt werden kann. Obwohl diese Höhe praktisch nur durch das Niveau der zu untersuchenden Flüssigkeit begrenzt wird, ist es völlig ausreichend, wenn die Höhe der Führungskammer so bemessen ist, daß sie ein Auf steigen bzw. Absinken der Auftriebskörper um etwa einen Auf triebskörperdurchmesser zuläßt. Eine solche Ausführungsform ist bevorzugt, weil sie geringe Bauhöhen zuläßt.The height of the guide chamber should be such that when Float of the buoyancy body with certainty a signal can be generated by the light barrier. Although these Height practically only through the level of the examined Liquid is limited, it is quite sufficient if the height of the guide chamber is such that it is an on the buoyancy bodies rise or fall by about one rise allows drive body diameter. Such an embodiment is preferred because it allows small heights.

Die Vorrichtung kann sowohl in als auch an dem die zu messende Lösung enthaltenden Behälter angeordnet sein. Die Anordnung in dem Behälter hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Bau raum für die Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden muß, benötigt dafür aber eine aufwendigere elektrische Isolierung, falls mit einer fotoelektrischen Lichtschranke gearbeitet wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Vorrichtung außen an dem Behälter etwa nach Art eines Füllstands-Schaurohres anzubringen. In diesem Fall benötigt man zwar zwei flüssig keitsdichte Verbindungen in den Behälter hinein, dafür ist je doch die elektrische Isolierung bei der Verwendung von foto elektrischen Lichtschranken einfacher.The device can be used both in and on the one to be measured Solution-containing container can be arranged. The order in the container has the advantage that no additional construction space for the device must be made available, but requires a more complex electrical insulation, if you are working with a photoelectric light barrier. Another possibility is to put the device outside on the container in the manner of a fill level inspection tube to attach. In this case you need two fluids tight connections into the container, that's what but the electrical insulation when using photo electrical light barriers easier.

Die gestaffelte Anordnung der Auftriebskörper in einer verti kal angeordneten Führungskammer erfolgt derart, daß der Auf triebskörper mit der geringsten Dichte oben und der Auftriebs körper mit der größten Dichte nach unten zu liegen kommt. Die Schwimm- bzw. Sinklage der Auftriebskörper hängt von der Dich te des verwendeten Frostschutzmittels ab. Bei der Verwendung von Alkohol als Frostschutzmittel, wie es z. B. in den wässri gen Scheibenwaschlösungen der Fall ist, besitzt die Frostschutz mittellösung mit dem höchsten Frostschutzgrad auch die nie drigste Dichte. In diesem Fall befinden sich die Auftriebs körper bei der höchsten Frostschutzmittelkonzentration in Sink lage und steigen mit sinkender Frostschutzmittelkonzentration auf. Bei Verwendung von Glykolen als Frostschutzmittel, z. B. in Kühlflüssigkeiten, befinden sich die Auftriebskörper bei der größten Frostschutzmittelkonzentration in Schwimmlage und sinken mit sinkendem Frostschutzgrad der Reihe nach ab. Die Zahl der verwendeten Auftriebskörper hängt davon ab, wie groß die Zahl der Dichtebereiche sein soll. Geht man beispielswei se davon aus, daß nur angezeigt werden soll, ob überhaupt Frostschutzmittel vorhanden ist, ob der Frostschutzgrad min destens -10°C und mindestens -20°C beträgt, genügen drei Auftriebskörper, nämlich einer, der die Dichte von reinem Wasser hat, einer, der der Dichte der Frostschutzmittellö sung für eine Temperatur von mindestens -10°C und einer, der eine Dichte besitzt, die einer Frostschutzmittellösung für -20°C entspricht. Will man eine entsprechend fei nere Unterteilung haben, braucht man auch entsprechend mehr Auftriebskörper. The staggered arrangement of the buoyancy bodies in a verti kal arranged guide chamber is such that the up drive body with the lowest density at the top and the buoyancy body with the greatest density comes to lie down. The Floating or sinking position of the buoyancy body depends on you te of the antifreeze used. When using of alcohol as an antifreeze, such as. B. in the water against windscreen washer solutions, it has frost protection medium solution with the highest degree of frost protection even never third density. In this case there are buoyancy body at the highest antifreeze concentration in sink position and rise with decreasing antifreeze concentration on. When using glycols as an anti-freeze, e.g. B. in cooling liquids, the buoyancy bodies are located at the greatest concentration of antifreeze in swimming areas and decrease one after the other as the degree of frost protection decreases. The Number of buoyancy devices used depends on how big the number of density ranges should be. If you go for example se assume that only should be displayed, if at all Antifreeze is present, whether the degree of frost protection is min at least -10 ° C and at least -20 ° C, three are sufficient Buoyancy body, namely one that has the density of pure Water, one that matches the density of the antifreeze solution for a temperature of at least -10 ° C and one, which has a density that of an antifreeze solution for -20 ° C. If you want a fei have more subdivisions, you need more Buoyancy body.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Vorrichtung einen zusätzlichen Auftriebskörper, der bei jeder Frostschutz mittelkonzentration schwimmfähig ist. Dieser Schwimmkörper sinkt erst dann ab, wenn das Flüssigkeitsniveau auch entsprechend absinkt und zeigt damit an, daß Flüssigkeit nachgefüllt werden muß.In a further embodiment, the device contains an additional buoyancy body that with every frost protection medium concentration is buoyant. That float only drops when the fluid level is also corresponding sinks, indicating that liquid is being refilled got to.

Die Auftriebskörper sind zweckmäßigerweise als Kugeln oder der Kugelform angenäherte Vielflächner ausgebildet. Sie bestehen zweckmäßigerweise aus einem Material, das von den Frostschutz mittellösungen nicht angegriffen wird und innerhalb des Tem peraturbereichs, in dem die Messungen vorgenommen werden, den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die zu messenden Lö sungen besitzen.The buoyancy bodies are expediently as balls or Spherical polyhedron formed. They exist expediently made of a material that is protected by the antifreeze medium solutions are not attacked and within the tem temperature range in which the measurements are taken same expansion coefficient as the Lö to be measured own solutions.

Die Lichtschranken können in an sich bekannter Art aufgebaut sein. Üblich ist es, für jedes lichtempfindliche Element (De tektor) eine eigene Lichtquelle (z. B. Leuchtdioden) vorzu sehen. Möglich ist aber auch, für alle Detektoren nur eine einzige gemeinsame Lichtquelle vorzusehen. Besonders vorteil haft ist auch die Verwendung von Lichtleitfasern. In diesem Falle kann das Licht außerhalb des Behälters erzeugt und zu der Lichtschranke geleitet werden und von dort durch Lichtleit fasern wieder nach außerhalb geführt werden. Läßt man diese Lichtleitfasern im Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges enden, so kann ohne weitere Hilfsmittel sofort erkannt werden, ob die Lichtschranke durchlässig ist oder nicht. Falls fotoelektrische Detektoren verwendet werden, so können diese dazu verwendet werden, eine entsprechende Reihe von Lichtquellen im Armatu renbrett anzusteuern. Ist neben der Lichtquelle die dem ent sprechenden Frostschutzgrad zugehörende Temperatur angegeben, so ist der Frostschutzgrad jederzeit auf einen Blick erkenn bar. Möglich ist natürlich auch, die von den Lichtschranken abgegebenen Signale mittels an sich bekannter elektrischen Techniken umzuwandeln und direkt als Zahlenangabe z. B. mittels einer Flüssigkristallanzeige optisch sichtbar zu machen.The light barriers can be constructed in a manner known per se be. It is common for each light-sensitive element (De tector) a separate light source (e.g. light emitting diodes) see. However, only one is possible for all detectors provide only common light source. Particularly advantageous the use of optical fibers is also important. In this Trap can generate and shut off the light outside the container the light barrier and from there through light guide fibers are led outside again. If you leave this Optical fibers end in the dashboard of the motor vehicle, so it can be recognized immediately without further aids whether the Light barrier is permeable or not. If photoelectric Detectors are used, so these can be used be a corresponding array of light sources in the Armatu control board. Is the ent next to the light source temperature corresponding to the degree of frost protection specified, the frost protection level can be seen at a glance at any time bar. Of course, it is also possible to use the light barriers emitted signals by means of electrical known per se Convert techniques and directly as a number z. B. optically visible by means of a liquid crystal display do.

In der Abbildung wird der Erfindungsgegenstand näher erläu tert. Es zeigenIn the figure, the subject of the invention is explained in more detail tert. Show it

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit über einander angeordneten Auftriebskörpern und Fig. 1 shows a section through a device with superimposed buoyancy bodies and

Fig. 2 die Skizze einer Vorrichtung mit horizontaler Anordnung der Auftriebskörper. Fig. 2 shows the sketch of a device with a horizontal arrangement of the buoyancy body.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein senkrecht angeordnetes Führungs rohr 10 für die Kugeln 1 bis 5, von denen sich die Kugeln 1 bis 3 im Sinkzustand und die Kugeln 4 und 5 im Steigzustand be finden. Die Kugeln werden durch die Siebe 9 und 9′ am Verlassen des Führungsrohres gehindert. Seitlich des Führungsrohres sind Lichtquellen in Form von Leuchtdioden 6 angeordnet, denen als Lichtempfänger (Detektoren) Fotodioden 7 gegenüberliegen. Durch lichtundurchlässige Kunststoffmasken 8 und 8′ wird sicherge stellt, daß das Licht gebündelt durch die Führungskammer fällt und nur die gegenüber liegende Fotodiode beeinflußt. Die Maske 8 kann auch durch einen entsprechenden Farbauftrag auf das Führungsrohr erzeugt werden. Das Führungsrohr 10 ist um einen Kugeldurchmesser länger als die Summe der Durchmesser der fünf Auftriebskörper. Die Auftriebskörper 1 bis 3 befinden sich in Sinklage, die Auftriebskörper 4 und 5 in Steiglage. Zwischen den Auftriebskörpern 3 und 4 besteht dadurch eine Lücke 11, so daß die dieser Lücke zugeordnete Lichtschranke anspricht. Die Auftriebskörper 1 bis 5 sind in dem Führungsrohr mit nach oben abnehmender Dichte angeordnet, d. h. der Auftriebs körper 1 besitzt die größte Dichte und der Auftriebskörper 5 besitzt die geringste Dichte. Ist das Führungsrohr mit reinem Wasser gefüllt, befinden sich sämtliche Auftriebskör per in Schwimmlage. Bei Zugabe eines Frostschutzmittels mit einer geringeren Dichte als der des Wassers, z. B. von Äthanol oder Methanol, beginnen die einzelnen Auftriebskörper je nach der sich einstellenden Dichte der Lösung abzusinken, beginnend mit dem Auftriebskörper 1. Dadurch wird jeweils der Strahlen gang einer bestimmten Lichtschranke freigegeben, woraus sich der abgesunkene Auftriebskörper bestimmen läßt. Macht man den Auftriebskörper 5 so leicht, daß er bei allen in Frage kommen den Dichten der Frostschutzmittellösung schwimmfähig ist, so signalisiert sein Absinken, daß auch das Flüssigkeitsniveau insgesamt entsprechend abgesunken ist. Die Freigabe der ent sprechenden Lichtschranke durch den Auftriebskörper 5 ergibt somit ein Signal, das auf das Nachfüllen der Frostschutzmittel lösung im Vorratsbehälter aufmerksam macht. Fig. 1 shows in section a vertically arranged guide tube 10 for the balls 1 to 5 , of which the balls 1 to 3 are in the sinking state and the balls 4 and 5 in the rising state be. The balls are prevented by the sieves 9 and 9 'from leaving the guide tube. Light sources in the form of light-emitting diodes 6 are arranged to the side of the guide tube, and photodiodes 7 lie opposite them as light receivers (detectors). Through opaque plastic masks 8 and 8 'sichge is made sure that the light falls through the guide chamber and only affects the opposite photodiode. The mask 8 can also be produced by applying an appropriate color to the guide tube. The guide tube 10 is one ball diameter longer than the sum of the diameters of the five buoyancy bodies. The buoyancy bodies 1 to 3 are in a sinking position, the buoyancy bodies 4 and 5 are in a climbing position. There is a gap 11 between the buoyancy bodies 3 and 4 , so that the light barrier assigned to this gap responds. The buoyancy bodies 1 to 5 are arranged in the guide tube with a decreasing density, ie the buoyancy body 1 has the greatest density and the buoyancy body 5 has the lowest density. If the guide tube is filled with pure water, all buoyancy elements are in a floating position. When adding an antifreeze with a lower density than that of water, e.g. B. of ethanol or methanol, the individual buoyancy bodies begin to decrease depending on the density of the solution, starting with the buoyancy body 1 . As a result, the beam path of a certain light barrier is released, from which the sunken buoyancy body can be determined. If the buoyancy body 5 is made so light that it can float in all the densities of the antifreeze solution, then its lowering signals that the overall liquid level has also decreased accordingly. The release of the corresponding light barrier by the buoyancy body 5 thus gives a signal that draws attention to the replenishment of the antifreeze solution in the reservoir.

Fig. 2 zeigt eine horizontale Führungskammer, in der für je den der Auftriebskörper 21 bis 25 ein in gesondertes Abteil vorgesehen ist. Die Schwimm- bzw. Sinklage der Auftriebskörper wird analog Fig. 1 durch Lichtschranken überwacht, die in die beiden Leisten 26 und 27 integriert sind. Die in Sinklage an gebrachte Lichtschranke 28, von der nur der vordere Teil sicht bar ist, dient der Funktionskontrolle der Vorrichtung, wenn alle Auftriebskörper sich in Schwimmlage befinden. Um Störungen der Lichtschranken durch aus der Umgebung einfallendes Licht zu vermeiden, wird die Vorrichtung zweckmäßig durch einen dunklen Lack oder dergleichen gegen dieses von außen einfallen de Licht geschützt. Einfacher ist es jedoch, Infrarotlicht schranken zu verwenden. Fig. 2 shows a horizontal guide chamber, in each of which the buoyancy body 21 to 25 is provided in a separate compartment. The floating or sinking position of the buoyancy bodies is monitored analogously to FIG. 1 by light barriers which are integrated in the two strips 26 and 27 . The in the sinking position of the light barrier 28 , of which only the front part is visible, serves to check the function of the device when all of the buoyancy bodies are in the floating position. In order to avoid disturbances of the light barriers by light coming from the surroundings, the device is expediently protected by a dark lacquer or the like against this light coming from outside. However, it is easier to use infrared light barriers.

Claims

1. Device for determining the density, in particular for determining the content of antifreeze from aqueous solutions by means of buoyancy elements arranged in a chamber, the staggered densities of which largely correspond to the values of the antifreeze solution to be measured and whose floating or sinking position is observable, characterized that the apparatus in or on which the containers to be measured containing solution, and in that the observation is carried out by light barriers.

2. Device according to claim 1, characterized, that all buoyancy bodies are stacked according to their density staggered in a substantially vertical arrangement te tubular guide chamber are located, the height of which is greater is that the sum of the diameters of the floats that the number of light barriers is at least equal to the number of Buoyancy is and that of the floating or sinking position corresponding to the light barriers assigned to the buoyancy body the diameter of the buoyancy bodies at a distance from each other are arranged.

3. Device according to claim 1, characterized, that the buoyancy body is in a substantially hori zonally arranged guide chamber are in the for each the buoyancy body is provided a compartment.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized, that the height of the guide chamber is such that it is a Rise or fall of the buoyancy bodies by about one Allows buoyancy body diameter.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized, that an additional buoyancy body is present, which at all occurring antifreeze concentrations float is capable.