DE10021061B4 - probe - Google Patents

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Abstract

Messfühler mit
– einem Befestigungsteil (1),
– einem Fühlerteil (2),
– einem in dem Fühlerteil (2) angeordneten Sensorelement (3),
– einer das Sensorelement (3) an den invertierenden Eingang (14) eines Hochfrequenzoszillators (11) anschließenden ersten Anschlussleitung (4),
– einer mit dem Ausgang (15) des Hochfrequenzoszillators (11) verbundenen Kabelabschirmung (5) und
– einer zweiten Anschlussleitung (7), die an ihrem einen Ende im Bereich des Sensorelements (3) mit der Kabelabschirmung (5) und an ihrem anderen Ende mit einem Steuereingang (17) des Hochfrequenzoszillators (11) verbunden ist,
wobei die zweite Anschlussleitung (7) mit einem Oszillatorsignal, dessen Schwingung gegenüber der Schwingung am invertierenden Eingang (14) des Hochfrequenzoszillators (11) um 180° phasenverschoben ist, beaufschlagt ist, wobei die Kabelabschirmung (5) die erste und die zweite Anschlussleitung (4, 7) umgreift und die Schwingung des Hochfrequenzoszillators (11) bei einer Unterbrechung der zweiten Anschlussleitung (7) spontan einsetzt.Sensor with
A fastening part (1),
A sensor part (2),
A sensor element (3) arranged in the sensor part (2),
- a first connecting line (4) connecting the sensor element (3) to the inverting input (14) of a high-frequency oscillator (11),
- One connected to the output (15) of the high-frequency oscillator (11) cable shield (5) and
- A second connecting line (7) which is connected at its one end in the region of the sensor element (3) with the cable shield (5) and at its other end with a control input (17) of the high frequency oscillator (11)
the second connecting line (7) being supplied with an oscillator signal whose oscillation is 180 ° out of phase with the oscillation at the inverting input (14) of the high-frequency oscillator (11), the cable shielding (5) acting on the first and the second connecting line (4 , 7) surrounds and the oscillation of the high-frequency oscillator (11) spontaneously at an interruption of the second connecting line (7).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Messfühler zur Erfassung des Füllstandes von in Behältern eingebrachten Medien mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a sensor for the detection of the filling level from in containers introduced media having the features of the preamble of the claim 1.

Ein Fühler der eingangs genannten Art ist in der DE 197 56 159 C1 beschrieben. Er basiert auf einem kapazitiven Messprinzip, wobei das Sensorelement über ein Verbindungskabel mit einer Auswerteelektronik verbunden ist. Diese Auswertelektronik enthält einen Hochfrequenzoszillator, dessen invertierender Eingang mit der Messelektrode des Fühlers verbunden ist. Der Ausgang dieses Hochfrequenzoszillators ist mit einer ersten Kabelabschirmung des Verbindungskabels zwischen Fühler und Auswertelektronik verbunden. Wird dieses Anschlußkabel z. B. über einen Stecker mit der Auswertelektronik verbunden und wird die Steckverbindung gelöst oder wird das Kabel durchtrennt, wird der Hochfrequenzoszillator nicht zum Schwingen angeregt, was in der praktischen Anwendung zu Folge hat, daß der Signalausgang der Auswerteelektronik den Zustand Füllstand nicht erreicht signalisiert, obwohl der Füllstand beim Befüllen vielleicht schon lange überschritten ist, was zu einem Überlaufen des befüllten Behälters führt. Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn eine Kabelunterbrechung innerhalb des Fühlers, z. B. durch Korrosionseinwirkung auftritt.A sensor of the type mentioned is in the DE 197 56 159 C1 described. It is based on a capacitive measuring principle, wherein the sensor element is connected via a connecting cable with a transmitter. This evaluation electronics contains a high-frequency oscillator whose inverting input is connected to the measuring electrode of the sensor. The output of this high-frequency oscillator is connected to a first cable shielding of the connection cable between sensor and evaluation electronics. If this cable z. B. connected via a connector to the electronic evaluation and the connector is disconnected or the cable is cut, the high-frequency oscillator is not excited to vibrate, which in practical application has the consequence that the signal output of the transmitter does not signal the state reaches level, although the filling level may have been exceeded for a long time, which leads to an overflow of the filled container. A similar effect occurs when a cable break within the probe, e.g. B. occurs due to corrosion.

Zum Stand der Technik wird weiter auf die DE 197 56 161 A1 und die DE 37 20 473 A1 hingewiesen.The state of the art will continue on the DE 197 56 161 A1 and the DE 37 20 473 A1 pointed.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fehlmeldungen solcher Messfühler zu verhindern.task The invention is to false reports of such sensors too prevent.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.The solution The object is achieved by the indicated in claim 1 Characteristics solved, the dependent claims indicate advantageous embodiments of the invention.

Der Messfühler besteht aus einem Befestigungsteil und einem Fühlerteil und ist über ein Verbindungskabel mit einer dazugehörigen Auswerteelektronik verbunden. In das Fühlerteil ist ein Sensorelement eingebracht, das mit einer ersten Anschlußleitung verbunden und an einen invertierenden Eingang des Hochfrequenzoszillators angeschlossen ist, der einen Teil der Auswertelektronik darstellt. Eine zweite Anschlußleitung ist dem Bereich des Sensorelementes, in dem die erste Anschlußleitung an das Sensorelement angeschlossen ist, mit einer ersten Kabelabschirmung verbunden, wobei das andere Ende der Anschlußleitung mit dem Hochfrequenzoszillator verbunden ist. Die zweite Anschlußleitung ist mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt, dessen Amplitude gegenüber der am Eingang des Hochfrequenzoszillator anstehenden Amplitude um annähernd 180° verschoben ist. Bei Unterbrechung dieser zweiten Anschlußleitung ist der Hochfrequenzoszillator, der vorzugsweise aus einem die Oszillatoramplitude erzeugenden und einem die Amplitude verstärkenden Teil besteht, in der Weise beeinflußt, daß bei einem kapazitiv arbeitenden Sensorelement die Amplitude angeregt ist.Of the probe consists of a fastening part and a sensor part and is over a Connecting cable connected to an associated transmitter. In the sensor part a sensor element is introduced, which is connected to a first connecting line connected and to an inverting input of the high-frequency oscillator is connected, which is part of the evaluation electronics. A second connection line is the area of the sensor element in which the first lead is connected to the sensor element, with a first cable shield connected, wherein the other end of the connecting line with the high-frequency oscillator connected is. The second connection line is with an oscillator signal whose amplitude is opposite to that at the input of the high-frequency oscillator pending amplitude shifted by approximately 180 ° is. When interrupting this second connection line is the high-frequency oscillator, the preferably from an oscillator amplitude generating and a amplifying the amplitude Part is affected in such a way that in a capacitive working Sensor element, the amplitude is excited.

Bei einer Unterbrechung der zweiten Anschlußleitung ist diese Leitung daher mit keinem Signal beaufschlagt, das um annähernd 180° gegenüber der ersten Anschlussleitung verschoben ist. Die Oszillatorschwingung setzt spontan ein und signalisiert „Füllstand erreicht". Die Auswerteschaltung kann auch für andere Messprinzipien die z. B. auf Ultraschall, Mikrowellen oder optischen Signalen beruhen, verwendet werden. Von besonderer Bedeutung für die oben beschriebene Fehlersignalisierung ist, daß die erste Anschlußleitung und die zweite Anschlußleitung von einer ersten Kabelabschirmung vorzugsweise koaxial oder symmetrisch umfaßt sind. Zur Unterdrückung von äußeren Störeinflüssen, und auch zur eindeutigen Signalzuordnung der Signalübertragung auf der ersten Kabelabschirmung, ist eine zweite Kabelabschirmung vorgesehen, die die erste Kabelabschirmung umfaßt. Diese zweite Kabelabschirmung ist vorzugsweise mit dem Massepunkt des Hochfrequenzoszillators verbunden. Eine besondere Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das Sensorelement einen zylindrischen Ansatz aufweist, der elektrisch isoliert von einem metallischen Zylinder umfaßt ist. Dieser metallische Zylinder ist direkt oder unter Serienschaltung eines Kondensators mit der zweiten Anschlußleitung verbunden. Diese Maßnahme ist bei geeigneter Dimensionierung dazu geeignet, im Falle einer Unterbrechung der zweiten Anschlussleitung die Amplitude des Hochfrequenzoszillators anzuregen. Eine besonders sichere Ankopplung des Hochfrequenzoszillators an den ersten Kabelschirm kann darin bestehen, daß dieser Anschluß ausschließlich über die zweite Anschlußleitung im Bereich des Sensorelementes erfolgt. Auf diese Weise kann die Phasenlage der ersten Kabelabschirmung sehr genau angepasst und störende Hochfrequenzfelder unterdrückt werden.at an interruption of the second connection line is this line Therefore, with no signal applied, which is approximately 180 ° relative to the first connecting line is moved. The oscillator oscillation starts spontaneously and signals "level reached. "The evaluation circuit can also for other measuring principles the z. B. on ultrasound, microwaves or are based on optical signals. Of particular importance to the above described error signaling is that the first lead and the second connection line from a first cable shield preferably coaxial or symmetrical comprises are. For suppression from external disturbances, and also for unambiguous signal assignment of the signal transmission on the first cable shield, a second cable shield is provided, which is the first cable shield includes. This second cable shield is preferably at the ground point the high-frequency oscillator connected. A special education the invention is that the sensor element is a cylindrical Approach, the electrically isolated from a metallic Cylinder covers is. This metallic cylinder is direct or in series connection a capacitor connected to the second connection line. This measure is suitable dimensioning, in case of interruption the second connecting line, the amplitude of the high-frequency oscillator to stimulate. A particularly secure coupling of the high-frequency oscillator to the first cable shield may be that this Connection exclusively via the second connection line takes place in the region of the sensor element. In this way, the Phase angle of the first cable shielding very accurately adjusted and disturbing High-frequency fields suppressed become.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.Based an embodiment the invention will be closer explained.

1 zeigt den Aufbau eines Messfühlers. 1 shows the structure of a sensor.

In den Befestigungsteil 1 ist ein Kunststoff-Fühlerteil 2 eingesetzt. In dieses Fühlerteil 2 ist ein kapazitiv wirkendes Sensorelement 3 eingebracht. Das Sensorelement 3 ist über eine erste Anschlußleitung 4 aus dem Meßfühler herausgeführt und über ein Verbindungskabel mit dem invertierenden Eingang 14 eines Hochfrequenzoszillators 11 verbunden. Im Bereich des Sensorelementes 3 ist eine zweite Anschlußleitung 7 mit Hilfe einer Koppelschleife 9 an eine erste Kabelabschirmung angeschlossen. Diese Kabelabschirmung ist über den Anschlußpunkt 5 mit dem Ausgang 15 des Hochfrequenzoszillators 11 verbunden. Die Kabelabschirmung ist daher mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt, dessen Amplitude gegenüber der am Eingang 14 des Hochfrequenzoszillators anstehenden Amplitude um 180° verschoben ist. Die zweite Anschlußleitung 7 ist an einen Steuereingang 17 des Hochfrequenzoszillators 11 angeschlossen. Bei Unterbrechung der Koppelschleife 9 ist der Hochfrequenzoszillator 11 über den Steuereingang 17 so beeinflußt, daß die Oszillatorschwingung spontan einsetzt. Die erste Anschlußleitung 4 und die zweite Anschlußleitung 7 sind von der ersten Kabelabschirmung 5 symmetrisch umfaßt. Die erste Kabelab schirmung 5 ist von einer zweiten Kabelabschirmung umfaßt, die über eine Kabelschleife 8 mit dem metallischen Befestigungsteil verbunden. Über den Anschlußpunkt 16 am Hochfrequenzoszillator ist die zweite Kabelabschirmung über den Anschlusspunkt 6 auf das Massepotential des Hochfrequenzoszillators gelegt. Diese oben beschriebenen Anschlüsse sind in 3 dargestellt, wobei der Hochfrequenzoszillator 11 aus einem die Oszillatoramplitude erzeugenden und einem die Amplitude invertierenden Teil besteht. Das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators 11 ist an einem Demodulator 12 angeschlossen, dessen Ausgang an eine Auswerteschaltung 13 angeschlossen ist, die neben einem schaltenden Digitalsignal auch ein Analogsignal, wie auch ein geeignetes Signal für einen Busanschluß an seinem Ausgang 19 zur Verfügung stellt, wobei dieser Ausgang auch aus mehreren Leitungsanschlüssen bestehen kann. Das in 3 schematisch dargestellte Auswertegerät ist über ein einige Meter langes Verbindungskabel mit dem Meßfühler verbunden.In the attachment part 1 is a plastic sensor part 2 used. In this feeler part 2 is a capacitive sensor element 3 brought in. The sensor element 3 is via a first connection line 4 led out of the probe and via a connecting cable to the inverting input 14 a high-frequency oscillator 11 connected. In the area of the sensor element 3 is a second connection line 7 with the help of a paddock loop 9 connected to a first cable shield. This cable shield is over the connection point 5 with the exit 15 the high-frequency oscillator 11 connected. The cable shield is therefore subjected to an oscillator signal whose amplitude is opposite to that at the input 14 of the high-frequency oscillator pending amplitude is shifted by 180 °. The second connection line 7 is to a control input 17 the high-frequency oscillator 11 connected. When the coupling loop is interrupted 9 is the high frequency oscillator 11 via the control input 17 influenced so that the oscillator oscillation starts spontaneously. The first connection line 4 and the second connection line 7 are from the first cable shield 5 symmetrically covered. The first cable shielding 5 is covered by a second cable shield which passes over a cable loop 8th connected to the metallic fastening part. About the connection point 16 at the high frequency oscillator, the second cable shield is over the connection point 6 placed on the ground potential of the high-frequency oscillator. These connections described above are in 3 shown, wherein the high-frequency oscillator 11 consists of an oscillator amplitude generating and an amplitude inverting part. The output signal of the high-frequency oscillator 11 is on a demodulator 12 connected, whose output to an evaluation circuit 13 is connected, in addition to a switching digital signal and an analog signal, as well as a suitable signal for a bus connection at its output 19 makes available, this output can also consist of several line connections. This in 3 schematically illustrated evaluation device is connected via a few meters long connecting cable with the probe.

2 zeigt eine besondere Ausbildung eines kapazitiv wirkenden Sensorelementes 3, das in den Fühlerteil 2 eingebaut ist. Die kapazitive Elektrode des Sensorelements 3 weist einen zylindrischen Ansatz 10 auf, der von einem geeigneten Dielektrikum isoliert von einem metallischen Zylinder 19 umfasst ist. Dieser metallische Zylinder 19 ist mit der ersten Kabelabschirmung 5 verbunden. Innerhalb dieser Kabelabschirmung sind die erste Anschlussleitung 4 und die zweite Anschlussleitung 7 durch Verdrillen koaxial geführt. Die zweite Anschlußleitung 7 ist mit dem metallischen Zylinder 19 elektrisch verbunden. 2 shows a special design of a capacitive sensor element 3 that in the feeler part 2 is installed. The capacitive electrode of the sensor element 3 has a cylindrical approach 10 on top of a suitable dielectric isolated from a metallic cylinder 19 is included. This metallic cylinder 19 is with the first cable shield 5 connected. Within this cable shield are the first connecting cable 4 and the second connection line 7 coaxially guided by twisting. The second connection line 7 is with the metallic cylinder 19 electrically connected.

In einer besonderen Ausführung ist die erste Kabelabschirmung 5 endseitig offen.In a particular embodiment, the first cable shield 5 open at the end.

Claims (7)

Messfühler mit – einem Befestigungsteil (1), – einem Fühlerteil (2), – einem in dem Fühlerteil (2) angeordneten Sensorelement (3), – einer das Sensorelement (3) an den invertierenden Eingang (14) eines Hochfrequenzoszillators (11) anschließenden ersten Anschlussleitung (4), – einer mit dem Ausgang (15) des Hochfrequenzoszillators (11) verbundenen Kabelabschirmung (5) und – einer zweiten Anschlussleitung (7), die an ihrem einen Ende im Bereich des Sensorelements (3) mit der Kabelabschirmung (5) und an ihrem anderen Ende mit einem Steuereingang (17) des Hochfrequenzoszillators (11) verbunden ist, wobei die zweite Anschlussleitung (7) mit einem Oszillatorsignal, dessen Schwingung gegenüber der Schwingung am invertierenden Eingang (14) des Hochfrequenzoszillators (11) um 180° phasenverschoben ist, beaufschlagt ist, wobei die Kabelabschirmung (5) die erste und die zweite Anschlussleitung (4, 7) umgreift und die Schwingung des Hochfrequenzoszillators (11) bei einer Unterbrechung der zweiten Anschlussleitung (7) spontan einsetzt.Sensor with - a fixing part ( 1 ), - a sensor part ( 2 ), - one in the sensor part ( 2 ) arranged sensor element ( 3 ), - one the sensor element ( 3 ) to the inverting input ( 14 ) of a high-frequency oscillator ( 11 ) subsequent first connection line ( 4 ), - one with the output ( 15 ) of the high-frequency oscillator ( 11 ) connected cable shielding ( 5 ) and - a second connecting cable ( 7 ), which at one end in the region of the sensor element ( 3 ) with the cable shield ( 5 ) and at the other end with a control input ( 17 ) of the high-frequency oscillator ( 11 ), the second connecting line ( 7 ) with an oscillator signal whose oscillation with respect to the oscillation at the inverting input ( 14 ) of the high-frequency oscillator ( 11 ) is 180 ° out of phase, is applied, the cable shield ( 5 ) the first and the second connecting line ( 4 . 7 ) and the oscillation of the high-frequency oscillator ( 11 ) in the event of an interruption of the second connecting line ( 7 ) spontaneously. Messfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator (11) einen die Oszillatorschwingung erzeugenden und einen die Oszillatorschwingung invertierenden Teil aufweist.Sensor according to claim 1, characterized in that the high-frequency oscillator ( 11 ) has an oscillator oscillation generating and a oscillator oscillation inverting part. Messfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator (11) an einen Demodulator (12) mit nachgeschalteter Auswertelektronik (13) angeschlossen ist.Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the high-frequency oscillator ( 11 ) to a demodulator ( 12 ) with downstream evaluation electronics ( 13 ) connected. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Kabelabschirmung (5) umgreifende, mit dem Massepotential des Hochfrequenzoszillators (11) verbundene zweite Kabelabschirmung (6).Sensor according to one of the preceding claims, characterized by a cable shielding ( 5 ) encompassing, with the ground potential of the high-frequency oscillator ( 11 ) connected second cable shield ( 6 ). Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) einen zylindrischen Ansatz (10) aufweist, der elektrisch isoliert von einem metallischen Zylinder umgriffen wird, der mit der zweiten Anschlussleitung (7) verbunden ist.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element ( 3 ) a cylindrical approach ( 10 ), which is encompassed in an electrically isolated manner by a metallic cylinder which is connected to the second connecting line (FIG. 7 ) connected is. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlussleitung (7) im Bereich des Sensorelements (3) in Serie mit einem Kondensator an die Kabelabschirmung (5) angeschlossen ist.Measuring sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the second connecting line ( 7 ) in the region of the sensor element ( 3 ) in series with a capacitor to the cable shield ( 5 ) connected. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (1) aus Metall besteht.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening part ( 1 ) consists of metal.
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