WO2006000378A2 - Contactless capacitative filling level measurement - Google Patents

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WO2006000378A2 PCT/EP2005/006683 EP2005006683W WO2006000378A2 WO 2006000378 A2 WO2006000378 A2 WO 2006000378A2 EP 2005006683 W EP2005006683 W EP 2005006683W WO 2006000378 A2 WO2006000378 A2 WO 2006000378A2
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Definitions

  • the invention relates to a device for non-contact capacitive level measurement of a medium in a vessel with at least partially electrically non-conductive wall regions, wherein at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode are provided which partially surrounds the vessel with the medium, and method for operating this device.
  • Devices of this type are used for non-contact measurement of the level of liquids or fluids generally in containers made of non-conductive materials such as glass or plastic.
  • non-conductive materials such as glass or plastic.
  • a float is usually introduced with a float into the vessel with the fluid.
  • the float may include a magnet whose field actuate through the vessel wall arranged as an array magnetic relay and thereby can measure the level in the vessel.
  • the problem here is that depending on the density of the medium in the vessel of the float submersed varies widely, which distorts the measurement result. There is also such floats the tendency for gas bubbles to stick, creating additional buoyancy and also a faulty measurement result.
  • the measuring probe namely the float, inevitably brought into close contact with the medium in the vessel, which can be problematic in many cases.
  • Another non-contact method is to use a capacitive probe in the form of a sheathed dipstick immersed in the liquid.
  • This type of detector is often used to determine the level limit.
  • a modification of the vessel in view of the geometry of the probe to be used is required and in the case of aggressive media in the vessel, there are high demands on the chemical stability of the immersing dipstick.
  • Non-contact is another known technique in which ultrasonic probes are used to measure the time difference between the emission and the reception of an ultrasonic pulse reflected at the upper interface of the medium.
  • the vessel must be modified in geometry to integrate the transmitter and receiver of the ultrasonic device can.
  • the apparatus and electronic effort for this is relatively high.
  • it is not possible to measure arbitrarily small distances between the transmitter and the media interface.
  • electrodes are applied from the outside to the vessel, for example, glued or produced by applying conductor tracks by means of a conductive adhesive.
  • the wall of the vessel must consist of a non-conductive material.
  • High-frequency alternating voltage is supplied via one or more transmitting electrodes, which causes capacitive currents in at least one further electrode modified as a receiving element.
  • the electric field reaches through the vessel wall and the medium in the vessel. Because the Most media have one of 1 different dielectric constant, the loading of the vessel leads to an increase in the capacitance between the electrodes and thus to a proportional increase in the measurable current amplitude.
  • a disadvantage of the known method and the associated device is the occasional occurrence of external interference pulses, which are also collected by the receiving electrode and distort the measurement result.
  • external interference pulses which are also collected by the receiving electrode and distort the measurement result.
  • Object of the present invention is therefore to improve a device and a method of the type described above with the simplest possible technical means to the effect that even with simultaneous operation of other facilities with high-frequency voltage sources even at high interference field amplitudes in the immediate vicinity of the device for non-contact Capacitive level measurement stable and undisturbed level signals can be received at the receiving electrode.
  • this object is achieved in a surprisingly simple and effective manner in that an electrically conductive shield completely covers at least one receiving electrode to the side facing away from the vessel and is electrically insulated from the receiving electrode.
  • the electrically conductive shield and at least one transmitting electrode to the side facing away from the vessel completely covers and is electrically isolated from the transmitting electrode.
  • the pulses radiated outward from the transmitting electrode can also be shielded, so that electrical disturbances in the high-frequency range in neighboring apparatus are avoided.
  • the electrically conductive shielding of the electrodes in the device according to the invention is preferably made of metal, in particular of copper or aluminum.
  • the shield comprises a metal foil, a metal sheet or a metal-coated or vapor-coated carrier element.
  • the electrically conductive shield completely surrounds the vessel in the circumferential direction, so at least in the radial direction both a radiation of RF electrical noise pulses to the outside and a capture of external interference pulses from radial directions the vessel can be excluded.
  • the electrically conductive shield completely surrounds the vessel. In this way, any RF interference can be prevented from entering and exiting the device.
  • the device according to the invention is then completely "HF-tight".
  • a further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the area F s of the transmitting electrode (s) is 5 times to 100 times, preferably at least 10 times, the area F E of the receiving electrode (s). In this way, the capacity of the transmitting electrodes hardly goes into the level measurement.
  • an electrically insulating spacer is provided with a radial thickness d, which holds the electrically conductive shield at a predetermined radial distance to the transmitting and receiving electrodes.
  • the dielectric constant of the spacer is ⁇ 2, so that parasitic capacitances remain particularly low and do not adversely affect the received measurement signals.
  • the spacer may in particular be made of foamed plastic, for example of foam rubber or polystyrene.
  • the spacer has a radial thickness d between 1 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm which is adapted to the proportions of vessels commonly used in the laboratory and their geometry.
  • a possible geometric configuration of the device according to the invention may consist in that the at least one receiving electrode and a transmitting electrode are arranged adjacent to one another on the vessel.
  • the at least one receiving electrode may be arranged on a side of the vessel which is opposite to a transmitting electrode.
  • This type of arrangement is particularly advantageous in vessels of relatively small diameter. In particular, this results in a particularly good penetration of the radiated from the transmitting electrode electric field through the entire vessel.
  • a particularly preferred development of one of the two above-mentioned embodiments of the invention is characterized in that a first receiving electrode is provided, which is band-shaped and whose length I 1 in the vertical direction approximately corresponds to the vertical extent of the adjacent or opposite transmitting electrode, and at least one second receiving electrode is provided, which is also adjacent to the transmitting electrode or lies opposite one another has band-shaped extension in the horizontal direction and serves as a reference indicator for an absolute measurement of the level height of the medium in the vessel.
  • the distance D between the at least one receiving electrode and the associated transmitting electrode is at most ten times the radial thickness d of the spacer.
  • both geometries with adjacent transmitting and receiving electrodes as well as geometries can be realized with respect to the vessel opposite arranged transmitting and receiving electrodes.
  • Embodiments in which the transmitting electrode (s) and the receiving electrode (s) are constructed from metal foil or sheet metal or comprise a metal-coated or vapor-coated carrier element are also preferred. Such electrode arrangements are simple, inexpensive and particularly accurate to produce for each required geometry.
  • the transmitting electrode (s) and the receiving electrode (s) are part of a sleeve, which can be slipped over the vessel with the medium to be measured and this then surrounds annular and clamping.
  • the cuff allows a very easy handling and adjustment of the device according to the invention and optimal positioning.
  • the cuff will be constructed of flexible material.
  • the electrically conductive shield and optionally an electrically insulating spacer are also part of the sleeve described above. The cuff with the electrodes, the spacer and the shield can then be simply slipped over a corresponding vessel for the purpose of a measurement, without having to mount other parts of the apparatus.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that a holder with juxtaposed receiving openings for simultaneously receiving a plurality of vessels with the same or different media is provided and that each receiving opening contains at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode and each of an electrically conductive, with respect the at least one transmitting and receiving electrode electrically insulated shield is surrounded. This allows in a simple way, the simultaneous measurement of the filling heights of a variety of vessels and therefore serves to save valuable measurement time.
  • An embodiment of the device according to the invention in which the at least one receiving electrode and the at least one transmitting electrode are parts of a self-adhering film or of a self-adhering film stack is also particularly simple and convenient to use.
  • This embodiment can be advantageously further developed in that the electrically conductive shield and optionally an electrically insulating spacer of the type described above are also part of the self-adhesive film or self-adhesive film stack.
  • a current-voltage converter is provided, with which the signals received by the receiving electrode can be recorded.
  • a current-voltage converter for example, instead of simple preamplifiers or resistors to A number of advantages can be achieved by generating a voltage drop:
  • the signal amplitude at the output of the current-voltage converter is directly proportional to the capacitance;
  • the input of the current-to-voltage converter represents a virtual "ground", that is, on the cable that is led to the input, there is no large voltage amplitude, thus reducing the risk of crosstalk to adjacent channels, the sensitivity of the arrangement is very easy adjustable and customizable.
  • an electronic circuit which includes an oscillator for charging the transmitting electrode (s) with an AC signal in the frequency range between 10 kHz and 100 MHz, preferably between 0.1 MHz and 10 MHz, and an evaluation unit for processing of comprises signals received by the receiving electrodes.
  • This type of multi-frequency measurement is known per se and has proven itself in generic devices.
  • FFT fast Fourier transformation
  • the evaluation unit has a multiplier for forming the product of the signal transmitted by the transmitting electrode and received by a receiving electrode, and in that the low-pass filter is connected downstream of the multiplier.
  • the scope of the present invention also includes a method for operating a device according to the invention of the type described above, which is characterized in that for the detection of changes in the level of the medium level in the vessel a permanently continuous measurement over a certain period of time or at intervals Measurements are made.
  • the operating method can be designed so that an analog signal is generated, which is proportional to the level height of the medium in the vessel, from which the filling level is determined in a continuous, non-discrete manner.
  • Continuous measurement is to be understood here as a recording method in which not only a “level detection” is performed, but the generation of an analog signal, which is proportional to the actual actual filling level.
  • another method variant is that in which the filling level height is determined discretely at a position defined by the arrangement of the at least one receiving electrode for the purpose of a level detection.
  • a combination of the two mentioned alternative variants of the method can be achieved by using a plurality of receiving electrodes, and by performing both a discrete measurement of the filling level heights defined by the arrangement of the receiving electrodes and a continuous measurement of the filling level by at least one further receiving electrode.
  • a method variant in which a reference measurement and determination of the dielectric properties of the medium takes place by measuring the signals from at least two receiving electrodes.
  • This method variant can be further improved, in particular, by determining the filling level of the medium in the vessel independently of the properties of the medium.
  • a variant of the method according to the invention for operating a device of the type according to the invention is particularly preferred, in which a multi-frequency measurement with subsequent analysis of the measurement signal is carried out by means of fast Fourier transformation.
  • FIG. 1b shows a schematic side view of the embodiment according to FIG. 1a without shielding having a band-shaped first receiving electrode in the vertical extent and three further receiving electrodes arranged vertically one above the other and each having a horizontal extent;
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram for the electrical connection of Device according to the invention (without shielding).
  • Fig. Ia In the right half of Fig. Ia is shown schematically in horizontal section an embodiment of the device according to the invention with a transmitting electrode 1, one of the transmitting electrode 1 at a distance D opposite arranged first receiving electrode 2, a further receiving electrode 2 'and an electrically conductive shield 3.
  • the transmitting electrode 1 and the receiving electrodes 2, 2 ' are applied to an electrically non-conductive support member 4, for example vapor-deposited as metal layers or glued as metal foils and separated from the shield 3 by an electrically insulating spacer 5 of thickness d.
  • the entire arrangement is designed as a kind of cuff and can be put over a vessel 6 with a medium 7 for the purpose of level measurement, as is indicated schematically in Fig. 2.
  • the shield 3 and the spacer 5 have been omitted for the sake of clarity and only the first receiving electrode 2 with a vertical extension li, the further receiving electrode 2 'and further receiving electrodes 2 ", 2 arranged in the vertical direction underneath '", which each serve as reference indicators.
  • Fig. 2 shows a block diagram of the measuring arrangement according to the invention, wherein the sake of clarity, the shield 3 is not shown: Between the transmitting electrode 1 and the receiving electrode 2, there is an electrical capacitance C F , which increases in proportion to the level of the medium 7 in the vessel 6.
  • a current-voltage converter 9 generates a proportional to the current amplitude RF AC voltage U F , which is performed together with the original oscillator signal to the inputs of an analog multiplier 10.
  • a low-pass filter 11 By means of a low-pass filter 11, a DC output signal is generated from the product signal, which does not disappear only for those signal components of U F , which have exactly the same frequency as the oscillator signal. This effectively suppresses any signals injected by interference fields and can not falsify the measurement.
  • an output amplifier 12 designed as an impedance converter buffers the low-pass filter 11, permits offset and level adaptation to a subsequently switched peripheral or data recording.

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Abstract

A device for contactless capacitative filling level measurement of a medium (7) in a vessel (6) with at least sections of electrically non-conducting wall areas, wherein at least one transmission electrode (1) and at least one reception electrode (2,2',2',2' ) are provided, partially surrounding the vessel (6) with the medium (7). The invention is characterized in that an electrically conducting shield (3) fully covers at least one reception electrode on the side facing away from the vessel (6) and is electrically insulated from the reception electrode (2,2',2',2' ). As a result, it is possible to receive stable filling level signals devoid of interference on the reception electrode (2,2',2',2' ) even during simultaneous operation of other devices with high-frequency voltage sources, even when there are high interference field amplitudes in the immediate vicinity of the device, for contactless capacitative filling level measurement.

Description

Berührunqslose kapazitive Füllstandsmessunq Contactless capacitive level measurement
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen kapazitiven Füllstandsmessung eines Mediums in einem Gefäß mit zumindest abschnittsweise elektrisch nicht leitenden Wandbereichen, wobei mindestens eine Sendeelektrode und mindestens eine Empfangselektrode vorgesehen sind, die das Gefäß mit dem Medium teilweise umgeben, sowie Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.The invention relates to a device for non-contact capacitive level measurement of a medium in a vessel with at least partially electrically non-conductive wall regions, wherein at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode are provided which partially surrounds the vessel with the medium, and method for operating this device.
Eine derartige Vorrichtung sowie ein dafür geeignetes Betriebsverfahren sind bekannt aus der US 5,005,407.Such a device and a suitable operating method are known from US 5,005,407.
Vorrichtungen dieser Art dienen zur berührungslosen Messung des Füllstands von Flüssigkeiten oder allgemein Fluiden in Behältern aus nicht leitenden Materialien wie beispielsweise Glas oder Kunststoff. In einer Vielzahl von Anwendungen, u. a. bei der automatischen chemischen Synthese, ist es erforderlich, den Füllstand von Flüssigkeiten, Reaktionsgemischen und dergleichen in Gefäßen zu messen. Oft handelt es sich dabei um chemisch aggressive Medien, sodass die Materialauswahl für einen Sensor im Gefäß schwierig ist und daher eine berührungslose Messung von außen wünschenswert oder sogar unumgänglich ist.Devices of this type are used for non-contact measurement of the level of liquids or fluids generally in containers made of non-conductive materials such as glass or plastic. In a variety of applications, u. a. in automatic chemical synthesis, it is necessary to measure the level of liquids, reaction mixtures and the like in vessels. Often these are chemically aggressive media, making it difficult to choose a material for a sensor in the vessel and therefore desirable for non-contact measurement from the outside or even unavoidable.
Die klassische Füllstandsmessmethode aus dem Stand der Technik ist nicht berührungsfrei: Hierbei wird üblicherweise ein Schwimmer mit einem Schwimmkörper in das Gefäß mit dem Fluid eingebracht. Beispielsweise kann der Schwimmkörper einen Magneten enthalten, dessen Feld durch die Gefäßwand als Array angeordnete Magnetrelais betätigen und dadurch den Füllstand im Gefäß messen kann. Problematisch ist hierbei, dass je nach Dichte des Mediums im Gefäß der Schwimmkörper verschieden weit eintaucht, was das Messergebnis verfälscht. Außerdem besteht bei solchen Schwimmern die Tendenz zur Anhaftung von Gasblasen, die zusätzlichen Auftrieb und ebenfalls ein fehlerhaftes Messergebnis erzeugen. Auch wird bei diesen Vorrichtungen die Messsonde, nämlich der Schwimmer, mit dem Medium im Gefäß zwangsläufig in engen Kontakt gebracht, was in vielen Fällen problematisch sein kann.The classical level measurement method of the prior art is not contact-free: Here, a float is usually introduced with a float into the vessel with the fluid. For example, the float may include a magnet whose field actuate through the vessel wall arranged as an array magnetic relay and thereby can measure the level in the vessel. The problem here is that depending on the density of the medium in the vessel of the float submersed varies widely, which distorts the measurement result. There is also such floats the tendency for gas bubbles to stick, creating additional buoyancy and also a faulty measurement result. Also, in these devices, the measuring probe, namely the float, inevitably brought into close contact with the medium in the vessel, which can be problematic in many cases.
Eine weitere, nicht berührungsfreie Methode besteht darin, eine kapazitive Sonde in Form eines in die Flüssigkeit eintauchenden, ummantelten Messstabes einzusetzen. Diese Art von Detektoren wird oft zur Bestimmung der Füllstandsgrenze eingesetzt. Hierzu ist allerdings eine Modifikation des Gefäßes im Hinblick auf die Geometrie der einzusetzenden Sonde erforderlich und im Falle von aggressiven Medien im Gefäß bestehen hohe Anforderungen an die chemische Stabilität des eintauchenden Messstabes.Another non-contact method is to use a capacitive probe in the form of a sheathed dipstick immersed in the liquid. This type of detector is often used to determine the level limit. For this purpose, however, a modification of the vessel in view of the geometry of the probe to be used is required and in the case of aggressive media in the vessel, there are high demands on the chemical stability of the immersing dipstick.
Berührungsfrei ist eine weitere bekannte Technik, bei der Ultraschallsonden zur Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden und dem Empfang eines an der oberen Grenzfläche des Mediums reflektierten Ultraschallimpulses eingesetzt werden. Auch hierzu muss das Gefäß in seiner Geometrie modifiziert werden, um Sender und Empfänger der Ultraschalleinrichtung integrieren zu können. Der apparative und elektronische Aufwand hierfür ist relativ hoch. Außerdem können nicht beliebig kleine Abstände zwischen Sender und Mediengrenzfläche gemessen werden.Non-contact is another known technique in which ultrasonic probes are used to measure the time difference between the emission and the reception of an ultrasonic pulse reflected at the upper interface of the medium. Again, the vessel must be modified in geometry to integrate the transmitter and receiver of the ultrasonic device can. The apparatus and electronic effort for this is relatively high. In addition, it is not possible to measure arbitrarily small distances between the transmitter and the media interface.
Diese Nachteile weist das eingangs beschriebene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur berührungslosen kapazitiven Füllstandsmessung nicht auf. Hierbei werden Elektroden von außen auf das Gefäß aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt oder durch Aufbringen von Leiterbahnen mittels eines leitfähigen Klebstoffs hergestellt. Die Wand des Gefäßes muss dabei aus einem nicht leitenden Material bestehen. Über eine oder mehrere Sendeelektroden wird hochfrequente Wechselspannung zugeführt, welche kapazitive Ströme in mindestens einer weiteren als Empfangselement modifizierten Elektrode hervorruft. Das elektrische Feld greift unter anderem durch die Gefäßwand und das im Gefäß befindliche Medium hindurch. Da die meisten Medien eine von 1 verschiedene Dielektrizitätskonstante besitzen, führt das Befallen des Gefäßes zu einem Anstieg der Kapazität zwischen den Elektroden und damit zu einem proportionalen Anstieg der messbaren Stromamplitude.These disadvantages, the method described above and the associated device for non-contact capacitive level measurement not on. Here, electrodes are applied from the outside to the vessel, for example, glued or produced by applying conductor tracks by means of a conductive adhesive. The wall of the vessel must consist of a non-conductive material. High-frequency alternating voltage is supplied via one or more transmitting electrodes, which causes capacitive currents in at least one further electrode modified as a receiving element. Among other things, the electric field reaches through the vessel wall and the medium in the vessel. Because the Most media have one of 1 different dielectric constant, the loading of the vessel leads to an increase in the capacitance between the electrodes and thus to a proportional increase in the measurable current amplitude.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren und der dazu gehörigen Vorrichtung ist jedoch das gelegentliche Auftreten von äußeren Störimpulsen, die ebenfalls von der Empfangselektrode aufgefangen werden und das Messergebnis verfälschen. Insbesondere in Laboren mit mehreren, räumlich eng benachbart angeordneten Apparaturen, bei denen hochfrequente Spannungsquellen eingesetzt werden, treten derartige äußere Störungen mit großer Wahrscheinlichkeit relativ häufig und massiv auf.A disadvantage of the known method and the associated device, however, is the occasional occurrence of external interference pulses, which are also collected by the receiving electrode and distort the measurement result. In particular, in laboratories with several, closely spaced equipment, in which high-frequency voltage sources are used, such external disturbances occur with great probability relatively frequently and massively.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art mit möglichst einfachen technischen Mitteln dahin gehend zu verbessern, dass auch bei gleichzeitigem Betrieb weiterer Einrichtungen mit hochfrequenten Spannungsquellen auch bei hohen Störfeld-Amplituden in unmittelbarer Nachbarschaft der Vorrichtung zur berührungslosen kapazitiven Füllstandsmessung stabile und ungestörte Füllstandssignale an der Empfangselektrode empfangen werden können.Object of the present invention is therefore to improve a device and a method of the type described above with the simplest possible technical means to the effect that even with simultaneous operation of other facilities with high-frequency voltage sources even at high interference field amplitudes in the immediate vicinity of the device for non-contact Capacitive level measurement stable and undisturbed level signals can be received at the receiving electrode.
Erfindungsgemäß wir diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, dass eine elektrisch leitende Abschirmung mindestens eine Empfangselektrode zu der dem Gefäß abgewandten Seite hin vollständig abdeckt und von der Empfangselektrode elektrisch isoliert ist.According to the invention, this object is achieved in a surprisingly simple and effective manner in that an electrically conductive shield completely covers at least one receiving electrode to the side facing away from the vessel and is electrically insulated from the receiving electrode.
Auf den ersten Blick scheint eine solche Abschirmeinrichtung das Messverhalten der Vorrichtung eher negativ zu beeinflussen, da durch eine zwangsläufig auftretende parasitäre Kapazität zwischen der Empfangselektrode und der Abschirmung das empfangene Messsignal abgeschwächt wird. Die Signalamplitude bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher zwangsläufig kleiner als bei einer Vorrichtung ohne die erfindungsgemäß vorgesehene Abschirmung. Es hat sich jedoch bei zahlreichen Versuchen herausgestellt, dass die durch die Abschirmung hervorgerufene Signalabschwächung weit mehr als ausgeglichen wird durch die Erzielung besonders stabiler und störungsfreier Messsignale und die Unterdrückung äußerer Störeinflüsse. Außerdem wird auf diese Weise zwangsläufig auch eine Entkopplung der abgeschirmten Empfangselektrode von in räumlicher Nähe zu dieser befindlichen anderen Elektroden erreicht, was einen gleichzeitigen Betrieb weiterer Hochfrequenz- Vorrichtungen auf engem Raum, wie er im Laboralltag üblich ist, erheblich erleichtert.At first sight, such a shielding device seems to have a negative influence on the measuring behavior of the device, since the received measuring signal is attenuated by a parasitic capacitance between the receiving electrode and the shield which inevitably occurs. The signal amplitude in the device according to the invention is therefore necessarily smaller than in a device without the inventively provided Shielding. However, it has been found in numerous experiments that caused by the shielding signal attenuation is far more than compensated by the achievement of particularly stable and interference-free measurement signals and the suppression of external disturbances. In addition, in this way inevitably a decoupling of the shielded receiving electrode is achieved by in close proximity to this other electrodes, which greatly facilitates the simultaneous operation of other high-frequency devices in a confined space, as is common in everyday laboratory life.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die elektrisch leitende Abschirmung auch mindestens eine Sendeelektrode zu der dem Gefäß abgewandten Seite hin vollständig abdeckt und von der Sendeelektrode elektrisch isoliert ist. Dadurch können auch die von der Sendeelektrode nach außen abgestrahlten Impulse abgeschirmt werden, sodass elektrische Störungen im Hochfrequenzbereich bei benachbarten Apparaturen vermieden werden.Particularly preferred is an embodiment of the device according to the invention, wherein the electrically conductive shield and at least one transmitting electrode to the side facing away from the vessel completely covers and is electrically isolated from the transmitting electrode. As a result, the pulses radiated outward from the transmitting electrode can also be shielded, so that electrical disturbances in the high-frequency range in neighboring apparatus are avoided.
Vorzugsweise wird die elektrisch leitende Abschirmung der Elektroden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, aufgebaut sein.The electrically conductive shielding of the electrodes in the device according to the invention is preferably made of metal, in particular of copper or aluminum.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsformen umfasst die Abschirmung eine Metallfolie, ein Metallblech oder ein mit Metall beschichtetes oder bedampftes Trägerelement.In a particularly advantageous development of these embodiments, the shield comprises a metal foil, a metal sheet or a metal-coated or vapor-coated carrier element.
Ganz besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die elektrisch leitende Abschirmung das Gefäß in Umfangsrichtung vollständig umgibt, sodass zumindest in radialer Richtung sowohl eine Abstrahlung von elektrischen HF-Störimpulsen nach außen als auch ein Einfangen von äußeren Störimpulsen aus radialen Richtungen auf das Gefäß hin ausgeschlossen werden kann. Eine besonders einfache Geometrie und damit eine preisgünstige Herstellung ergeben sich bei Verwendung einer zylinderförmigen Abschirmung.Very particular preference is also an embodiment of the device according to the invention, in which the electrically conductive shield completely surrounds the vessel in the circumferential direction, so at least in the radial direction both a radiation of RF electrical noise pulses to the outside and a capture of external interference pulses from radial directions the vessel can be excluded. A particularly simple geometry and thus an inexpensive production result when using a cylindrical shield.
Ganz besonders bevorzugt ist allerdings eine Weiterbildung, bei der die elektrisch leitende Abschirmung das Gefäß vollständig umgibt. Auf diese Weise können jegliche HF-Störsignale am Eindringen in die Vorrichtung sowie am Austritt aus der Vorrichtung gehindert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann komplett „HF-dicht".However, very particular preference is a development in which the electrically conductive shield completely surrounds the vessel. In this way, any RF interference can be prevented from entering and exiting the device. The device according to the invention is then completely "HF-tight".
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fläche Fs der Sendeelektrode(n) das 5fache bis lOOfache, vorzugsweise mindestens das lOfache der Fläche FE der Empfangselektrode(n) beträgt. Auf diese Weise geht die Kapazität der Sendeelektroden kaum in die Füllstandsmessung ein.A further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the area F s of the transmitting electrode (s) is 5 times to 100 times, preferably at least 10 times, the area F E of the receiving electrode (s). In this way, the capacity of the transmitting electrodes hardly goes into the level measurement.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der ein elektrisch isolierender Abstandshalter mit einer radialen Dicke d vorgesehen ist, der die elektrisch leitende Abschirmung auf einer vorgegebenen radialen Distanz zu den Sende- und Empfangselektroden hält. Damit lassen sich wichtige Systemparameter wie etwa die durch die Abschirmung hervorgerufene parasitäre Kapazität auf einfache Weise variieren und für jeden gewünschten Einzelfall speziell optimieren.Very particularly preferred is an embodiment in which an electrically insulating spacer is provided with a radial thickness d, which holds the electrically conductive shield at a predetermined radial distance to the transmitting and receiving electrodes. Thus, important system parameters, such as the parasitic capacitance caused by the shielding, can be varied in a simple manner and specifically optimized for any particular individual case.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Dielektrizitätskonstante des Abstandshalter < 2, damit parasitäre Kapazitäten besonders niedrig bleiben und die empfangenen Messsignale nicht negativ beeinflussen.In an advantageous development of this embodiment, the dielectric constant of the spacer is <2, so that parasitic capacitances remain particularly low and do not adversely affect the received measurement signals.
Der Abstandshalter kann insbesondere aus geschäumtem Kunststoff, beispielsweise aus Schaumgummi oder Polystyrol, aufgebaut sein.The spacer may in particular be made of foamed plastic, for example of foam rubber or polystyrene.
Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung, bei der der Abstandshalter eine radiale Dicke d zwischen lmm und 50mm, vorzugsweise zwischen 10mm und 30mm aufweist, was den Proportionen von üblicherweise im Labor verwendeten Gefäßen und deren Geometrie angepasst ist.Also advantageous is a development in which the spacer has a radial thickness d between 1 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm which is adapted to the proportions of vessels commonly used in the laboratory and their geometry.
Eine mögliche geometrische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, dass die mindestens eine Empfangselektrode und eine Sendeelektrode benachbart nebeneinander auf dem Gefäß angeordnet sind.A possible geometric configuration of the device according to the invention may consist in that the at least one receiving electrode and a transmitting electrode are arranged adjacent to one another on the vessel.
Dies kann insbesondere bei großvolumigen Gefäßen sinnvoll sein. Wenn der Abstand zwischen Sende- und Empfangselektrode sehr groß wird, wird die Kapazität klein und das System entsprechend unempfindlich. Um dem entgegenzuwirken, ist es möglich, die Sende- und Empfangselektrode benachbart anzubringen, allerdings mit einem Abstand, der ein Vielfaches der Wandstärke des Gefäßes beträgt. Dann kann gewährleistet werden, dass die elektrischen Feldlinien zumindest teilweise durch das Gefäß greifen und die Kapazität zwischen Sende- und Empfangselektrode tatsächlich durch den Füllstand beeinflusst wird.This can be useful especially for large-volume vessels. When the distance between the transmitting and receiving electrodes becomes very large, the capacity becomes small and the system becomes insensitive. To counteract this, it is possible to attach the transmitting and receiving electrode adjacent, but with a distance which is a multiple of the wall thickness of the vessel. Then it can be ensured that the electric field lines at least partially reach through the vessel and the capacitance between the transmitting and receiving electrodes is actually influenced by the filling level.
Alternativ oder ergänzend kann bei anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die mindestens eine Empfangselektrode auf einer bezüglich einer Sendeelektrode gegenüber liegenden Seite des Gefäßes angeordnet sein. Diese Art der Anordnung ist besonders vorteilhaft bei Gefäßen mit relativ kleinem Durchmesser. Insbesondere erhält man damit einen besonders guten Durchgriff des von der Sendeelektrode abgestrahlten elektrischen Feldes durch das gesamte Gefäß.Alternatively or additionally, in other embodiments of the device according to the invention, the at least one receiving electrode may be arranged on a side of the vessel which is opposite to a transmitting electrode. This type of arrangement is particularly advantageous in vessels of relatively small diameter. In particular, this results in a particularly good penetration of the radiated from the transmitting electrode electric field through the entire vessel.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung einer der beiden oben genannten Ausführungsformen der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Empfangselektrode vorgesehen ist, die bandförmig ausgebildet ist und deren Länge I1 in vertikaler Richtung ungefähr der vertikalen Erstreckung der benachbarten bzw. gegenüber liegenden Sendeelektrode entspricht, und dass mindestens eine zweite Empfangselektrode vorgesehen ist, die der Sendeelektrode ebenfalls benachbart ist bzw. gegenüber liegt, eine bandförmige Ausdehnung in horizontaler Richtung aufweist und als Referenzindikator für eine Absolutmessung der Füllstandshöhe des Mediums im Gefäß dient.A particularly preferred development of one of the two above-mentioned embodiments of the invention is characterized in that a first receiving electrode is provided, which is band-shaped and whose length I 1 in the vertical direction approximately corresponds to the vertical extent of the adjacent or opposite transmitting electrode, and at least one second receiving electrode is provided, which is also adjacent to the transmitting electrode or lies opposite one another has band-shaped extension in the horizontal direction and serves as a reference indicator for an absolute measurement of the level height of the medium in the vessel.
Diese Weiterbildung kann dadurch verbessert werden, dass weitere, in vertikaler Richtung jeweils mit Abstand übereinander angeordnete Empfangselektroden auf der der Sendeelektrode gegenüber liegenden Seite des Gefäßes vorgesehen sind, die ebenfalls als Referenzindikatoren bzw. zur Level-Detektion dienen.This further development can be improved by providing further receiving electrodes arranged one above the other in the vertical direction on the side of the vessel opposite the transmitting electrode, which also serve as reference indicators or for level detection.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand D zwischen der mindestens einen Empfangselektrode und der zugehörigen Sendeelektrode höchstens das Zehnfache der radialen Dicke d des Abstandshalters. In diesem Bereich lassen sich sowohl Geometrien mit benachbarter Sende- und Empfangselektrode als auch Geometrien mit bezüglich des Gefäßes gegenüberliegend angeordneten Sende- und Empfangselektroden realisieren.In a particularly preferred embodiment of the invention, the distance D between the at least one receiving electrode and the associated transmitting electrode is at most ten times the radial thickness d of the spacer. In this area, both geometries with adjacent transmitting and receiving electrodes as well as geometries can be realized with respect to the vessel opposite arranged transmitting and receiving electrodes.
Bevorzugt sind auch Ausführungsformen, bei denen die Sendeelektrode(n) und die Empfangselektrode(n) aus Metallfolie oder Metallblech aufgebaut sind oder ein mit Metall beschichtetes oder bedampftes Trägerelement umfassen. Derartige Elektrodenanordnungen sind einfach, preisgünstig und für die jeweils benötigte Geometrie besonders genau herstellbar.Embodiments in which the transmitting electrode (s) and the receiving electrode (s) are constructed from metal foil or sheet metal or comprise a metal-coated or vapor-coated carrier element are also preferred. Such electrode arrangements are simple, inexpensive and particularly accurate to produce for each required geometry.
Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Sendeelektrode(n) und die Empfangselektrode(n) Teil einer Manschette sind, die über das Gefäß mit dem zu messenden Medium gestülpt werden kann und dieses dann ringförmig und klemmend umgibt. Die Manschette erlaubt eine sehr einfache Handhabung und Justierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine optimale Positionierung. Vorzugsweise wird die Manschette aus flexiblem Material aufgebaut sein. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die elektrisch leitende Abschirmung und ggf. ein elektrisch isolierender Abstandshalter ebenfalls Teil der oben beschriebenen Manschette. Die Manschette mit den Elektroden, dem Abstandshalter und der Abschirmung kann dann ganz einfach zum Zwecke einer Messung über ein entsprechendes Gefäß gestülpt werden, ohne dass weitere Teile der Apparatur montiert werden müssen.In a very particularly preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the transmitting electrode (s) and the receiving electrode (s) are part of a sleeve, which can be slipped over the vessel with the medium to be measured and this then surrounds annular and clamping. The cuff allows a very easy handling and adjustment of the device according to the invention and optimal positioning. Preferably, the cuff will be constructed of flexible material. In an advantageous development of this embodiment, the electrically conductive shield and optionally an electrically insulating spacer are also part of the sleeve described above. The cuff with the electrodes, the spacer and the shield can then be simply slipped over a corresponding vessel for the purpose of a measurement, without having to mount other parts of the apparatus.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Halterung mit nebeneinander angeordneten Aufnahmeöffnungen zur simultanen Aufnahme einer Vielzahl von Gefäßen mit gleichen oder unterschiedlichen Medien vorgesehen ist und dass jede Aufnahmeöffnung mindestens eine Sendeelektrode sowie mindestens eine Empfangselektrode enthält und jeweils von einer elektrisch leitenden, bezüglich der mindestens einen Sende- und Empfangselektrode elektrisch isolierten Abschirmung umgeben ist. Dies erlaubt auf simple Weise die simultane Messung der Füllhöhen einer Vielzahl von Gefäßen und dient daher der Einsparung kostbarer Messzeit.A further preferred embodiment of the invention provides that a holder with juxtaposed receiving openings for simultaneously receiving a plurality of vessels with the same or different media is provided and that each receiving opening contains at least one transmitting electrode and at least one receiving electrode and each of an electrically conductive, with respect the at least one transmitting and receiving electrode electrically insulated shield is surrounded. This allows in a simple way, the simultaneous measurement of the filling heights of a variety of vessels and therefore serves to save valuable measurement time.
Besonders einfach und bequem in der Handhabung ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die mindestens eine Empfangselektrode und die mindestens eine Sendeelektrode Teile einer selbst haftenden Folie oder eines selbst haftenden Folienstapels sind.An embodiment of the device according to the invention in which the at least one receiving electrode and the at least one transmitting electrode are parts of a self-adhering film or of a self-adhering film stack is also particularly simple and convenient to use.
Diese Ausführungsform lässt sich vorteilhaft dadurch weiterbilden, dass die elektrisch leitende Abschirmung und ggf. ein elektrisch isolierender Abstandshalter der oben beschriebenen Art ebenfalls Teil der selbst haftenden Folie oder des selbst haftenden Folienstapels sind.This embodiment can be advantageously further developed in that the electrically conductive shield and optionally an electrically insulating spacer of the type described above are also part of the self-adhesive film or self-adhesive film stack.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der ein Strom-Spannungs-Wandler vorgesehen ist, mit dem die von der Empfangselektrode empfangenen Signale aufgenommen werden können. Durch die Verwendung eines solchen Strom-Spannungs-Wandlers, beispielsweise anstelle von einfachen Vorverstärkern oder Widerständen, an denen ein Spannungsabfall erzeugt wird, lassen sich vielfältige Vorteile erzielen: Die Signalamplitude am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers ist direkt proportional zur Kapazität; der Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers stellt eine virtuelle „Masse" dar, das heißt auf dem Kabel, welches zum Eingang geführt wird, befindet sich keine große Spannungsamplitude, sodass die Gefahr des Übersprechens auf benachbarte Kanäle reduziert wird; die Sensitivität der Anordnung ist besonders einfach einstellbar und anpassbar.Particularly preferred is an embodiment of the device according to the invention, in which a current-voltage converter is provided, with which the signals received by the receiving electrode can be recorded. By using such a current-voltage converter, for example, instead of simple preamplifiers or resistors to A number of advantages can be achieved by generating a voltage drop: The signal amplitude at the output of the current-voltage converter is directly proportional to the capacitance; the input of the current-to-voltage converter represents a virtual "ground", that is, on the cable that is led to the input, there is no large voltage amplitude, thus reducing the risk of crosstalk to adjacent channels, the sensitivity of the arrangement is very easy adjustable and customizable.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die einen Oszillator zur Beschickung der Sendeelektrode(n) mit einem Wechselspannungssignal im Frequenzbereich zwischen 1OkHz und 100MHz, vorzugsweise zwischen 0,1MHz und 10MHz, sowie eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung der von den Empfangselektroden empfangenen Signale umfasst. Diese Art der Mehrfrequenzmessung ist an sich bekannt und hat sich bei gattungsgemäßen Vorrichtungen bewährt.In a further particularly preferred embodiment of the device according to the invention, an electronic circuit is provided which includes an oscillator for charging the transmitting electrode (s) with an AC signal in the frequency range between 10 kHz and 100 MHz, preferably between 0.1 MHz and 10 MHz, and an evaluation unit for processing of comprises signals received by the receiving electrodes. This type of multi-frequency measurement is known per se and has proven itself in generic devices.
Vorteilhafterweise umfasst die Auswerteeinheit ein Tiefpassfilter und eine Einrichtung zur schnellen Fouriertransformation (=FFT) der von den Empfangselektroden empfangenen Signale. Aufgrund der Analyse durch das FFT-Verfahren kann eine sichere Bestimmung von Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante des Medium im Gefäß erreicht werden, wobei die Sicherheit in der Unterscheidung zwischen Flüssigkeitsfilm und tatsächlicher Füllung sowie bei der Bestimmung der elektrischen Eigenschaften des Mediums im Gefäß besonders hoch ist.Advantageously, the evaluation unit comprises a low-pass filter and a device for fast Fourier transformation (= FFT) of the signals received by the receiving electrodes. Due to the analysis by the FFT method, a reliable determination of the conductivity and dielectric constant of the medium in the vessel can be achieved, wherein the safety in the distinction between liquid film and actual filling and in determining the electrical properties of the medium in the vessel is particularly high.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Multiplikator zur Bildung des Produkts des von der Sendeelektrode gesendeten und einer Empfangselektrode empfangenen Signals aufweist, und dass das Tiefpassfilter dem Multiplikator nachgeschaltet ist. Damit können auf einfache Weise Störsignale mit einer anderen als der Sendefrequenz beliebig schmalbandig ausgefiltert werden. In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der oben beschriebenen Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass zur Erfassung von Veränderungen der Füllstandshöhe des Mediums im Gefäß eine permanent fortgesetzte Messung über einen bestimmten Zeitraum oder in zeitlichen Abständen nacheinander durchgeführte Messungen vorgenommen werden.Very particular preference is given to a refinement which is characterized in that the evaluation unit has a multiplier for forming the product of the signal transmitted by the transmitting electrode and received by a receiving electrode, and in that the low-pass filter is connected downstream of the multiplier. In this way, interfering signals with a frequency other than the transmission frequency can be filtered out in arbitrarily narrowband in a simple manner. The scope of the present invention also includes a method for operating a device according to the invention of the type described above, which is characterized in that for the detection of changes in the level of the medium level in the vessel a permanently continuous measurement over a certain period of time or at intervals Measurements are made.
Alternativ oder zusätzlich kann das Betriebsverfahren so gestaltet werden, dass ein analoges Signal generiert wird, welches proportional zur Füllstandshöhe des Mediums im Gefäß ist, aus dem die Füllstandshöhe in einer kontinuierlichen, nicht-diskreten Weise bestimmt wird. Unter „kontinuierlicher" Messung soll hierbei ein Aufnahmeverfahren verstanden werden, bei dem nicht nur eine „Level-Detektion" vorgenommen wird, sondern die Generierung eines analogen Signals, welches proportional zur tatsächlichen aktuellen Füllstandshöhe ist.Alternatively or additionally, the operating method can be designed so that an analog signal is generated, which is proportional to the level height of the medium in the vessel, from which the filling level is determined in a continuous, non-discrete manner. "Continuous" measurement is to be understood here as a recording method in which not only a "level detection" is performed, but the generation of an analog signal, which is proportional to the actual actual filling level.
Alternativ zu diesem kontinuierlichen Verfahren ist eine weitere Verfahrensvariante, bei der die Füllstandshöhe an einer Position, die durch die Anordnung der mindestens einen Empfangselektrode definiert ist, zum Zweck einer Level-Detektion diskret bestimmt wird.As an alternative to this continuous method, another method variant is that in which the filling level height is determined discretely at a position defined by the arrangement of the at least one receiving electrode for the purpose of a level detection.
Eine Kombination aus den beiden genannten alternativen Verfahrensvarianten kann dadurch erreicht werden, dass mehrere Empfangselektroden verwendet werden, und dass sowohl eine diskrete Messung der durch die Anordnung der Empfangselektroden definierten Füllstandshöhen als auch eine kontinuierliche Messung der Füllstandshöhe durch mindestens eine weitere Empfangselektrode durchgeführt werden.A combination of the two mentioned alternative variants of the method can be achieved by using a plurality of receiving electrodes, and by performing both a discrete measurement of the filling level heights defined by the arrangement of the receiving electrodes and a continuous measurement of the filling level by at least one further receiving electrode.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der durch Messung der Signale von mindestens zwei Empfangselektroden eine Referenzmessung und Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften des Mediums erfolgt. Diese Verfahrensvariante kann insbesondere dadurch weiter verbessert werden, dass die Füllhöhe des Mediums im Gefäß unabhängig von den Eigenschaften des Mediums bestimmt wird.Also advantageous is a method variant in which a reference measurement and determination of the dielectric properties of the medium takes place by measuring the signals from at least two receiving electrodes. This method variant can be further improved, in particular, by determining the filling level of the medium in the vessel independently of the properties of the medium.
Besonders bevorzugt schließlich ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art, bei welcher eine Mehrfrequenz-Messung mit anschließender Analyse des Messsignals mittels schneller Fouriertransformation durchgeführt wird.Finally, a variant of the method according to the invention for operating a device of the type according to the invention is particularly preferred, in which a multi-frequency measurement with subsequent analysis of the measurement signal is carried out by means of fast Fourier transformation.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, which shows details essential to the invention, and from the claims. The individual features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.In the schematic drawing embodiments of the invention are shown, which are explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. Ia in der rechten Hälfte einen schematischen Horizontalschnitt durch eine zylindrische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Gefäß und in der linken Hälfte eine Vergrößerung eines Abschnitts der Vorrichtung;1a in the right half a schematic horizontal section through a cylindrical embodiment of the device according to the invention without a vessel and in the left half an enlargement of a portion of the device.
Fig. Ib eine schematische Seitenansicht auf die Ausführungsform nach Fig. Ia ohne Abschirmung mit einer bandförmigen ersten Empfangselektrode in vertikaler Erstreckung und drei weiteren vertikal übereinander angeordneten Empfangselektroden mit jeweils horizontaler Erstreckung; undFIG. 1b shows a schematic side view of the embodiment according to FIG. 1a without shielding having a band-shaped first receiving electrode in the vertical extent and three further receiving electrodes arranged vertically one above the other and each having a horizontal extent; and
Fig.2 ein schematisches Blockschaltbild zur elektrischen Verschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ohne Abschirmung).2 shows a schematic block diagram for the electrical connection of Device according to the invention (without shielding).
In der rechten Hälfte von Fig. Ia ist schematisch im Horizontalschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Sendeelektrode 1, einer der Sendeelektrode 1 im Abstand D gegenüberliegend angeordneten ersten Empfangselektrode 2, einer weiteren Empfangselektrode 2' sowie einer elektrisch leitfähigen Abschirmung 3 dargestellt. Die Sendeelektrode 1 und die Empfangselektroden 2, 2' sind auf einem elektrisch nicht leitenden Trägerelement 4 aufgebracht, beispielsweise als Metallschichten aufgedampft oder als Metallfolien aufgeklebt und von der Abschirmung 3 durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter 5 der Dicke d getrennt. Die gesamte Anordnung ist als eine Art Manschette ausgeführt und kann zum Zwecke der Füllstandmessung über ein Gefäß 6 mit einem Medium 7 gestülpt werden, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet ist.In the right half of Fig. Ia is shown schematically in horizontal section an embodiment of the device according to the invention with a transmitting electrode 1, one of the transmitting electrode 1 at a distance D opposite arranged first receiving electrode 2, a further receiving electrode 2 'and an electrically conductive shield 3. The transmitting electrode 1 and the receiving electrodes 2, 2 'are applied to an electrically non-conductive support member 4, for example vapor-deposited as metal layers or glued as metal foils and separated from the shield 3 by an electrically insulating spacer 5 of thickness d. The entire arrangement is designed as a kind of cuff and can be put over a vessel 6 with a medium 7 for the purpose of level measurement, as is indicated schematically in Fig. 2.
In der horizontalen Seitenansicht von Fig. Ib sind die Abschirmung 3 und der Abstandshalter 5 der Übersichtlichkeit halber weggelassen und nur die erste Empfangselektrode 2 mit einer vertikalen Ausdehnung li, die weitere Empfangselektrode 2' sowie in vertikaler Richtung unter dieser angeordnete weitere Empfangselektroden 2", 2'" dargestellt, welche jeweils als Referenzindikatoren dienen.In the horizontal side view of FIG. 1b, the shield 3 and the spacer 5 have been omitted for the sake of clarity and only the first receiving electrode 2 with a vertical extension li, the further receiving electrode 2 'and further receiving electrodes 2 ", 2 arranged in the vertical direction underneath '", which each serve as reference indicators.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Messanordnung, wobei der Übersichtlichkeit wegen die Abschirmung 3 nicht eingezeichnet ist: Zwischen Sendeelektrode 1 und Empfangselektrode 2 besteht eine elektrische Kapazität CF, die proportional zum Füllstand des Mediums 7 im Gefäß 6 zunimmt.Fig. 2 shows a block diagram of the measuring arrangement according to the invention, wherein the sake of clarity, the shield 3 is not shown: Between the transmitting electrode 1 and the receiving electrode 2, there is an electrical capacitance C F , which increases in proportion to the level of the medium 7 in the vessel 6.
Ein Oszillator 8 erzeugt ein HF-Signal (beispielsweise mit einer Frequenz f=300kHz und einer Spannungsamplitude U0=2V), das auf die Sendeelektrode 2 geführt wird. Wegen der kapazitiven Kopplung zwischen Sende- und Empfangselektrode wird ein zur Kapazität proportionaler Wechselstrom in der Empfangselektrode 2 induziert gemäß der Beziehung IF = U0/ ZF mit ZF = l/2πfCF (füllstandsabhängige Impedanz der Elektrodenanordnung).An oscillator 8 generates an RF signal (for example with a frequency f = 300 kHz and a voltage amplitude U 0 = 2 V), which is fed to the transmitting electrode 2. Because of the capacitive coupling between transmitting and receiving electrode is proportional to the capacitive alternating current in the Receiving electrode 2 induced according to the relationship I F = U 0 / Z F with Z F = l / 2πfC F (level-dependent impedance of the electrode assembly).
Ein Strom-Spannungs-Wandler 9 erzeugt eine zur Stromamplitude proportionale HF-Wechselspannung UF, die zusammen mit dem ursprünglichen Oszillatorsignal auf die Eingänge eines Analog-Multiplikators 10 geführt wird. Mit Hilfe eines Tiefpassfilters 11 wird aus dem Produktsignal ein Gleichspannungs-Ausgangssignal erzeugt, das nur für solche Signal-Anteile von UF nicht verschwindet, die exakt die gleiche Frequenz haben wie das Oszillatorsignal. Damit werden etwaige durch Störfelder eingekoppelte Signale wirksam unterdrückt und können die Messung nicht verfälschen. Ein als Impedanzwandler ausgeführter Ausgangsverstärker 12 schließlich puffert den Tiefpass 11, erlaubt eine Offset- sowie Pegelanpassung an eine nachfolgend, geschaltete Peripherie bzw. Datenaufnahme. A current-voltage converter 9 generates a proportional to the current amplitude RF AC voltage U F , which is performed together with the original oscillator signal to the inputs of an analog multiplier 10. By means of a low-pass filter 11, a DC output signal is generated from the product signal, which does not disappear only for those signal components of U F , which have exactly the same frequency as the oscillator signal. This effectively suppresses any signals injected by interference fields and can not falsify the measurement. Finally, an output amplifier 12 designed as an impedance converter buffers the low-pass filter 11, permits offset and level adaptation to a subsequently switched peripheral or data recording.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Vorrichtung zur berührungslosen kapazitiven Füllstandsmessung eines Mediums (7) in einem Gefäß (6) mit zumindest abschnittsweise elektrisch nicht-leitenden Wandbereichen, wobei mindestens eine Sendeelektrode (1) und mindestens eine Empfangselektrode (2,2',2",2"O vorgesehen sind, die das Gefäß (6) mit dem Medium (7) teilweise umgeben,1. Device for non-contact capacitive level measurement of a medium (7) in a vessel (6) with at least partially electrically non-conductive wall regions, wherein at least one transmitting electrode (1) and at least one receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2" O are provided, which partially surround the vessel (6) with the medium (7),
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass eine elektrisch leitende Abschirmung (3) mindestens eine Empfangselektrode (2,2',2",2'") zu der dem Gefäß (6) abgewandten Seite hin vollständig abdeckt und von der Empfangselektrode (2,2',2",2'") elektrisch isoliert ist.in that an electrically conductive shielding (3) completely covers at least one receiving electrode (2, 2 ', 2 ", 2'") facing away from the vessel (6) and is separated from the receiving electrode (2, 2 ', 2 ", 2 '") is electrically isolated.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) auch mindestens eine Sendeelektrode (1) zu der dem Gefäß (6) abgewandten Seite hin vollständig abdeckt und von der Sendeelektrode (1) elektrisch isoliert ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electrically conductive shield (3) and at least one transmitting electrode (1) to the vessel (6) facing away completely covers and is electrically isolated from the transmitting electrode (1).
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium aufgebaut ist. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive shield (3) made of metal, in particular of copper or aluminum is constructed.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (3) eine Metallfolie, ein Metallblech oder ein mit Metall beschichtetes oder bedampftes Trägerelement umfasst.4. The device according to claim 3, characterized in that the shield (3) comprises a metal foil, a metal sheet or a metal-coated or vapor-coated carrier element.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) das Gefäß (6) in Umfangsrichtung vollständig umgibt.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive shield (3) completely surrounds the vessel (6) in the circumferential direction.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (3) zylinderförmig aufgebaut ist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the shield (3) is cylindrical.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) das Gefäß (6) allseitig vollständig umgibt.7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the electrically conductive shield (3) completely surrounds the vessel (6) on all sides.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche Fs der Sendeelektrode(n) (1) das 5fache bis lOOfache, vorzugsweise mindestens das lOfache der Fläche FE der Empfangselektrode(n) (2,2',2",2'") beträgt.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface F s of the transmitting electrode (s) (1) 5 times to lOOfache, preferably at least 10 times the surface F E of the receiving electrode (s) (2,2 ', 2 ", 2 '") amounts to.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierender Abstandshalter (5) mit einer radialen Dicke d vorgesehen ist, der die elektrisch leitende Abschirmung (3) auf einer vorgegebenen radialen Distanz zu den Sende- und Empfangselektroden (1, 2,2',2",2'") hält.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an electrically insulating spacer (5) is provided with a radial thickness d, the electrically conductive shield (3) at a predetermined radial distance to the transmitting and receiving electrodes (1, 2,2 ', 2 ", 2'") stops.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des Abstandshalters (5) kleiner als 2 ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the dielectric constant of the spacer (5) is less than 2.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (5) aus geschäumtem Kunststoff, insbesondere aus Schaumgummi oder Polystyrol aufgebaut ist. 11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the spacer (5) made of foamed plastic, in particular of foam rubber or polystyrene is constructed.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (5) eine radiale Dicke d zwischen lmm und 50mm, vorzugsweise zwischen 10mm und 30mm aufweist.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the spacer (5) has a radial thickness d between lmm and 50mm, preferably between 10mm and 30mm.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Empfangselektrode und eine Sendeelektrode (1) benachbart nebeneinander auf dem Gefäß (6) angeordnet sind.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one receiving electrode and a transmitting electrode (1) adjacent to each other on the vessel (6) are arranged.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Empfangselektrode (2,2',2",2'") auf einer bezüglich einer Sendeelektrode (1) gegenüber liegenden Seite des Gefäßes (6) angeordnet ist.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2'") on a relative to a transmitting electrode (1) opposite side of the vessel (6) is arranged.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Empfangselektrode (2) vorgesehen ist, die bandförmig ausgebildet ist, und deren Länge Ii in vertikaler Richtung ungefähr der vertikalen Erstreckung der benachbarten bzw. gegenüber liegenden Sendeelektrode (1) entspricht, und dass mindestens eine zweite Empfangselektrode (2') vorgesehen ist, die der Sendeelektrode (1) ebenfalls benachbart ist bzw. gegenüber liegt, eine bandförmige Ausdehnung in horizontaler Richtung aufweist und als Referenzindikator für eine Absolutmessung der Füllstandshöhe des Mediums (7) im Gefäß (6) dient.15. The apparatus of claim 13 or 14, characterized in that a first receiving electrode (2) is provided, which is formed band-shaped, and whose length corresponds to Ii in the vertical direction approximately the vertical extent of the adjacent or opposite transmitting electrode (1), and that at least one second receiving electrode (2 ') is provided which is also adjacent to the transmitting electrode (1), has a band-shaped extension in the horizontal direction and serves as a reference indicator for an absolute measurement of the filling level of the medium (7) in the vessel ( 6) is used.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass weitere, in vertikaler Richtung jeweils mit Abstand übereinander angeordnete Empfangselektroden (2",2'") auf der der Sendeelektrode (1) gegenüber liegenden Seite des Gefäßes (6) vorgesehen sind, die ebenfalls als Referenzindikatoren dienen. 16. The apparatus according to claim 15, characterized in that further, in the vertical direction in each case at a distance one above the other arranged receiving electrodes (2 ", 2 '") on the transmitting electrode (1) opposite side of the vessel (6) are provided, which also serve as reference indicators.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand D zwischen der mindestens einen Empfangselektrode (2) und der zugehörigen Sendeelektrode (1) höchstens das Zehnfache der radialen Dicke d des Abstandshalters (5) beträgt.17. The device according to claim 9 and one of claims 10 to 16, characterized in that the distance D between the at least one receiving electrode (2) and the associated transmitting electrode (1) is at most ten times the radial thickness d of the spacer (5).
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelektrode(n) (1) und die Empfangselektrode(n) (2,2',2",2'") aus Metallfolie oder Metallblech aufgebaut sind oder ein mit Metall beschichtetes oder bedampftes Trägerelement (4) umfassen.18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting electrode (s) (1) and the receiving electrode (s) (2,2 ', 2 ", 2'") are constructed of metal foil or metal sheet or one with metal coated or vapor-coated carrier element (4).
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelektrode(n) (1) und die Empfangselektrode(n) (2,2',2",2'") Teil einer Manschette sind, die über das Gefäß (6) mit dem zu messenden Medium (7) gestülpt werden kann und dieses dann ringförmig und klemmend umgibt.19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting electrode (s) (1) and the receiving electrode (s) (2,2 ', 2 ", 2'") are part of a cuff, which is above the vessel ( 6) with the medium to be measured (7) can be slipped and this then surrounds annular and clamping.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) und ggf. ein elektrisch isolierender Abstandshalter (5) nach Anspruch 9 ebenfalls Teil der Manschette sind.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the electrically conductive shield (3) and optionally an electrically insulating spacer (5) according to claim 9 are also part of the sleeve.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung mit nebeneinander angeordneten Aufnahmeöffnungen zur simultanen Aufnahme einer Vielzahl von Gefäßen (6) mit gleichen oder unterschiedlichen Medien (7) vorgesehen ist, und dass jede Aufnahmeöffnung mindestens eine Sendeelektrode (1) sowie mindestens eine Empfangselektrode (2,2',2",2"'J enthält und jeweils von einer elektrisch leitenden, bezüglich der mindestens einen Sende- und Empfangselektrode (1, 2,2',2",2'") elektrisch isolierten Abschirmung (3) umgeben ist. 21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a holder with juxtaposed receiving openings for simultaneously receiving a plurality of vessels (6) with the same or different media (7) is provided, and that each receiving opening at least one transmitting electrode (1). and at least one receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2"' J contains and in each case of an electrically conductive, with respect to the at least one transmitting and receiving electrode (1, 2,2 ', 2 ", 2'") electrically isolated Shield (3) is surrounded.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Empfangselektrode (2,2',2",2'") und die mindestens eine Sendeelektrode (1) Teile einer selbst haftenden Folie oder eines selbst haftenden Folienstapels sind.22. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2'") and the at least one transmitting electrode (1) are parts of a self-adhesive film or a self-adhering film stack.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Abschirmung (3) und gegebenenfalls ein elektrisch isolierender Abstandshalter (5) nach Anspruch 9 ebenfalls Teile der selbst haftenden Folie oder des selbst haftenden Folienstapels sind.23. The device according to claim 22, characterized in that the electrically conductive shield (3) and optionally an electrically insulating spacer (5) according to claim 9 are also parts of the self-adhesive film or self-adhesive film stack.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom-Spannungs-Wandler (9) vorgesehen ist, mit dem die von der Empfangselektrode (2,2',2",2'") empfangenen Signale aufgenommen werden können.24. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a current-voltage converter (9) is provided, with which by the receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2'") received signals can be received.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, die einen Oszillator (8) zur Beschickung der Sendeelektrode(n) (1) mit einem Wechselspannungssignal im Frequenzbereich zwischen 1OkHz und 100MHz, vorzugsweise zwischen 0,1MHz und 10MHz, sowie eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung der von den Empfangselektroden (2,2',2",2'") empfangenen Signale umfasst.25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an electronic circuit is provided which comprises an oscillator (8) for charging the transmitting electrode (s) (1) with an AC signal in the frequency range between 1OkHz and 100MHz, preferably between 0.1MHz and 10 MHz, as well as an evaluation unit for processing the received by the receiving electrodes (2,2 ', 2 ", 2'") signals.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ein Tiefpassfilter (11) und eine Einrichtung zur schnellen Fouriertransformation (=FFT) der von den Empfangselektroden (2,2',2",2'") empfangenen Signale umfasst.26. The device according to claim 25, characterized in that the evaluation unit comprises a low-pass filter (11) and a device for fast Fourier transformation (= FFT) of the receiving electrodes (2,2 ', 2 ", 2'") received signals.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Multiplikator (10) zur Bildung des Produkts des von der Sendeelektrode (1) gesendeten und einer Empfangselektrode (2,2',2",2'") empfangenen Signals aufweist, und dass das Tiefpassfilter (11) dem Multiplikator (10) nachgeschaltet ist. 27. The device according to claim 26, characterized in that the evaluation unit has a multiplier (10) for forming the product of the transmitting electrode (1) sent and a receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2'") received signal and that the low-pass filter (11) is connected downstream of the multiplier (10).
28. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Veränderungen der Füllstandshöhe des Mediums (7) im Gefäß (6) eine permanent fortgesetzte Messung über einen bestimmten Zeitraum oder in zeitlichen Abständen nacheinander durchgeführte Messungen vorgenommen werden.28. A method for operating a device according to one of the preceding claims, characterized in that for the detection of changes in the level height of the medium (7) in the vessel (6) a permanently continued measurement over a certain period of time or at intervals, successively performed measurements are made ,
29. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein analoges Signal generiert wird, welches proportional zur Füllstandshöhe des Mediums (7) im Gefäß (6) ist, aus dem die Füllstandshöhe in einer kontinuierlichen, nicht-diskreten Weise bestimmt wird.29. A method for operating a device according to one of claims 1 to 27, characterized in that an analog signal is generated, which is proportional to the filling level of the medium (7) in the vessel (6), from which the filling level in a continuous, not Discrete way is determined.
30. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandshöhe an einer Position, die durch die Anordnung der mindestens einen Empfangselektrode (2,2',2",2'") definiert ist, zum Zweck einer Level- Detektion diskret bestimmt wird.30. A method for operating a device according to any one of claims 1 to 27, characterized in that the filling level at a position which is defined by the arrangement of the at least one receiving electrode (2,2 ', 2 ", 2'"), for Purpose of a level detection is determined discretely.
31. Verfahren nach den Ansprüchen 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Empfangselektroden (2,2',2",2'") verwendet werden, und dass sowohl eine diskrete Messung der durch die Anordnung der Empfangselektroden (2) definierten Füllstandshöhen als auch eine kontinuierliche Messung der Füllstandshöhe durch mindestens eine weitere Empfangselektrode (2',2",2'") durchgeführt werden.31. The method according to claims 29 and 30, characterized in that a plurality of receiving electrodes (2,2 ', 2 ", 2'") are used, and that both a discrete measurement of the filling levels defined by the arrangement of the receiving electrodes (2) Also, a continuous measurement of the filling level by at least one other receiving electrode (2 ', 2 ", 2'") are performed.
32. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung der Signale von mindestens zwei Empfangselektroden (2,2',2",2'") eine Referenzmessung und Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften des Mediums (7) erfolgt. 32. A method for operating a device according to one of claims 1 to 27, characterized in that by measuring the signals from at least two receiving electrodes (2,2 ', 2 ", 2'") a reference measurement and determination of the dielectric properties of the medium ( 7).
33. Verfahren nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe des Mediums (7) im Gefäß (6) unabhängig von den Eigenschaften des Mediums (7) bestimmt wird.33. The method according to claim 32, characterized in that the filling level of the medium (7) in the vessel (6) is determined independently of the properties of the medium (7).
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33 zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrfrequenz-Messung mit anschließender Analyse des Messsignals mittels schneller Fouriertransformation durchgeführt wird.34. The method according to any one of claims 28 to 33 for operating a device according to one of claims 26 or 27, characterized in that a multi-frequency measurement is carried out with subsequent analysis of the measurement signal by means of fast Fourier transformation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7794737B2 (en) 2003-10-16 2010-09-14 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Odor absorbing extrudates
DE102011054133A1 (en) 2011-10-01 2013-04-04 Hamilton Bonaduz Ag Level measuring device for humidifier
CN113984138A (en) * 2021-09-10 2022-01-28 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Aviation fuel oil measurement system based on FFT spectral analysis

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114943B3 (en) 2014-10-15 2015-07-16 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vibronic sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3218863A (en) * 1962-05-07 1965-11-23 Wayne Kerr Lab Ltd Pressure responsive apparatus
US4749988A (en) * 1986-11-20 1988-06-07 Imtec Products, Inc. Non-invasive liquid level sensor
US5582798A (en) * 1995-02-23 1996-12-10 Cyberlab Inc. Volume sensing device
DE19645970A1 (en) * 1996-11-07 1998-05-14 Heinz Dipl Ing Ploechinger Capacitive level sensor for measuring filling level of liquid in container

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3218863A (en) * 1962-05-07 1965-11-23 Wayne Kerr Lab Ltd Pressure responsive apparatus
US4749988A (en) * 1986-11-20 1988-06-07 Imtec Products, Inc. Non-invasive liquid level sensor
US5582798A (en) * 1995-02-23 1996-12-10 Cyberlab Inc. Volume sensing device
DE19645970A1 (en) * 1996-11-07 1998-05-14 Heinz Dipl Ing Ploechinger Capacitive level sensor for measuring filling level of liquid in container

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7794737B2 (en) 2003-10-16 2010-09-14 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Odor absorbing extrudates
DE102011054133A1 (en) 2011-10-01 2013-04-04 Hamilton Bonaduz Ag Level measuring device for humidifier
WO2013045572A1 (en) 2011-10-01 2013-04-04 Hamilton Bonaduz Ag Fluid level gauge for a respiratory humidifier
CN113984138A (en) * 2021-09-10 2022-01-28 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Aviation fuel oil measurement system based on FFT spectral analysis
CN113984138B (en) * 2021-09-10 2023-09-05 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 Aviation fuel measurement system based on FFT (fast Fourier transform) spectrum analysis

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