DE10153298A1

DE10153298A1 - Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitäts-Änderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes

Info

Publication number: DE10153298A1
Application number: DE2001153298
Authority: DE
Inventors: Jochen Gundlach; Werner Hoch
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: DE10153298C5; DE10153298B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, bei dem ein Sendeimpuls erzeugt und auf das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement gegeben wird, wobei der Sendeimpuls in Abhängigkeit von der Kapazität des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes einen Stromimpuls generiert und der Stromimpuls innerhalb eines gegenüber dem Sendeimpuls verschobenen Erfassungszeitfensters erfaßt wird. DOLLAR A Mit Hilfe des Verfahrens können insbesondere bei einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter Störeinflüsse, insbesondere Anhaftungen oder Ablagerungen am kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement dadurch erkannt bzw. eine Auswirkung der Störeinflüsse auf das Meßergebnis dadurch verhindert werden, daß die Dauer T¶S¶ des Erfassungszeitfensters unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses einen vorgegebenen Wert aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, bei dem ein Sendeimpuls erzeugt und auf das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement gegeben wird, wobei der Sendeimpuls in Abhängigkeit von der Kapazität des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes einen Stromimpuls generiert und der Stromimpuls innerhalb eines gegenüber dem Sendeimpuls verschobenen Erfassungszeitfensters erfaßt wird. Daneben betrifft die Erfindung auch - als eine bevorzugte Anwendung - das zuvor beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter mit einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät, wobei das kapazitive Füllstandsmeßgerät einen Füllstandssensor mit mehreren Sensorfeldern aufweist.
Im Rahmen der Erfindung ist mit "Kapazität" der Kapazitätswert eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes gemeint; eine "Kapazitätsänderung" meint folglich eine Änderung des Kapazitätswertes eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes. Mit "Erfassung" der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung ist im Rahmen der Erfindung sowohl eine nur qualitative Erfassung als auch eine quantitative Erfassung, also eine echte Messung, gemeint. "Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint im Rahmen der Erfindung jedes Schaltungselement und jedes Bauelement, das kapazitive Eigenschaften hat, häufig auch als Kapazität bezeichnet wird, wobei dann nicht der Kapazitätswert gemeint ist. Ein "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" ist insbesondere ein Kondensator. Als "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" wird im Rahmen der Erfindung aber auch die Elektrode eines kapazitiven Näherungsschalters oder das kapazitive Sensorfeld eines Füllstandssensors, im Zusammenwirken mit einem Beeinflussungskörper oder Beeinflussungsmedium, bezeichnet.
Das eingangs beschriebene Verfahren kann mit einer Vielzahl von Schaltungsanordnungen und bei einer Vielzahl von konkreten Anwendungen eingesetzt werden. Eine mögliche Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der DE 197 44 152 A1 bekannt. Diese Schaltungsanordnung, die zumindest einen Taktgenerator, einen von dem Taktgenerator gesteuerten Umschaltkontakt, einen Speicherkondensator und eine Auswertestufe aufweist, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sich die der Schaltungsanordnung anhaftenden parasitären Kapazitäten nicht mehr auswirken, da die Auswertestufe für Stromauswertung geeignet ist und am Umschaltkontakt quasi kein Spannungshub auftritt.
Eine bevorzugte Anwendung des eingangs beschriebenen Verfahrens liegt bei einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät. Kapazitive Füllstandsmeßgeräte dienen der kapazitiven Erfassung des Füllstandes von Flüssigkeiten, Schüttgütern und anderen Medien in einem - geschlossenen oder offenen - Behälter und sind vielfach bekannt.
Bei kapazitiven Füllstandsmeßgeräten wird meßtechnisch die Tatsache ausgenutzt, daß das Medium, dessen Füllstand ermittelt werden soll, die Kapazität des Füllstandssensors bzw. des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, d. h. eines Sensorfeldes des Füllstandssensors, beeinflußt, weil die für die Kapazität des Füllstandssensors bzw. des Sensorfeldes des Füllstandssensors auch wesentliche Dielektrizitätskonstante des Mediums sich von der Dielektrizitätskonstanten von Luft unterscheidet. Je nach Ausgestaltung des Füllstandssensors wird dabei die Kapazitätsänderung zwischen einem Sensorfeld und einer Referenzelektrode, zwischen zwei benachbarten Sensorfeldern oder die Änderung der Grundkapazität eines Sensorfeldes, welche im wesentlichen von der Geometrie des Sensorfeldes und der Dielektrizitätskonstanten des das Sensorfeld umgebenden Mediums abhängt, ausgewertet.
Insbesondere bei kapazitiven Füllstandsmeßgeräten - grundsätzlich jedoch auch bei anderen kapazitiv arbeitenden Sensoren oder Näherungsschaltern - besteht ein Problem darin, daß es zu Anhaftungen oder Ablagerungen an dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement bzw. an dem Füllstandssensor kommen kann, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird. Bei kapazitiven Füllstandsmeßgeräten, die beispielsweise den Füllstand von Schmieröl einer Maschine überwachen, befinden sich im Schmieröl aufgrund von Verschmutzungen sehr häufig metallische, leitfähige Partikel, die sich am Füllstandssensor ablagern. Während die Auswirkungen dieser Ablagerungen in dem Bereich des Füllstandssensors, der sich im Medium befindet, vernachlässigt werden können, führen die Ablagerungen am Füllstandssensor außerhalb des Mediums zu einer Verfälschung des Meßergebnisses. Dies kann dazu führen, daß das kapazitive Füllstandsmeßgerät einen falschen - zu hohen - Füllstand des zu überwachenden Mediums anzeigt. Bei dem zuvor angesprochenen Beispiel der Überwachung des Füllstandes des Schmieröls einer Maschine kann ein solcher falscher Meßwert des Füllstandsmeßgeräts - durch den ein zu niedriger Pegel des Schmieröls nicht rechtzeitig erkannt wird - zu einer Beschädigung der Maschine führen.
Um derartige Fehler auszuschließen, sind verschiedene Verfahren bekannt, durch die entweder die Anhaftungen bzw. Ablagerung von Schmutzpartikeln am Füllstandssensor verhindert oder deren Auswirkung auf das Meßergebnis unterdrückt werden soll. Aus der DE 100 11 860 A1 ist ein Ölfüllstandssensor bekannt, bei dem die Ablagerung von Verschmutzungen am Sensor dadurch verhindert werden soll, daß das Öl während des Betriebes der Maschine die Meßstrecke des Sensors fortlaufend durchströmt. Die zur Gewährleistung des ständigen Fließens des Öles notwendigen Maßnahmen - insbesondere die Verwendung einer erforderlichen Pumpe - führen jedoch zu einem unverhältnismäßig hohen Mehraufwand bei der Realisierung des Ölfüllstandssensors oder zu einem stark beschränkten Einsatzgebiet des Ölfüllstandssensors.
Bei einem von der Anmelderin vertriebenen kapazitiven Füllstandsmeßgerät der Serie "LK" wird das eingangs beschriebene Verfahren angewandt, wobei der Stromimpuls phasenverschoben, nämlich um 90° phasenverschoben ausgewertet wird. Hierdurch kann jedoch nicht gewährleistet werden, daß Anhaftungen zuverlässig von Füllstand unterschieden wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes anzugeben, mit dessen Hilfe, insbesondere bei einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät, Störeinflüsse, insbesondere Anhaftungen oder Ablagerungen am kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement, erkannt werden bzw. eine Auswirkung der Störeinflüsse auf das Meßergebnis verhindert wird. Darüber hinaus soll das Verfahren einfach durchgeführt werden können, so daß es insbesondere bei einem kapazitiven Füllstandssensor ohne großen Aufwand angewendet werden kann.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes nun zunächst und im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses einen vorgegebenen Wert aufweist. Diese frequenzunabhängige Dauer des Erfassungszeitfensters gegenüber dem Sendeimpuls beruht auf der Erkenntnis, daß eine Anhaftungen bzw. eine Ablagerung am kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement zu einer Verbreiterung des auszuwertenden Stromimpulses im Vergleich zur Breite des Stromimpulses ohne Anhaftungen führt. Dies ist durch die in erster Linie ohmsche Eigenschaft der Anhaftungen begründet. Durch eine entsprechende Wahl der Dauer T_S des Erfassungszeitfensters ist es somit möglich, das Erfassungszeitfenster so groß bzw. klein zu wählen, daß der breitere, d. h. zeitlich länger ausgedehnte Stromimpuls bei Anhaftungen nicht vollständig in das Erfassungszeitfenster "paßt", während der schmalere, d. h. zeitlich kürzere Stromimpuls ohne Anhaftungen vollständig innerhalb des Erfassungszeitfensters liegt.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erfassung des Stromimpulses mit Hilfe eines gesteuerten Gleichrichters. Bevorzugt werden dabei beide Zyklen des Gleichrichters aktiv genutzt. Die Auswertung des Stromimpulses mit Hilfe eines Gleichrichters ist besonders einfach zu realisieren, wobei durch die Ausnutzung beider Zyklen des Gleichrichters Störeinflüsse aufgrund von Bauteiltoleranzen oder Temperaturdrift kompensiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Sendeimpuls ein möglichst reiner Rechteckimpuls verwendet. Ein solcher, eine steile Anstiegsflanke und eine steile Abstiegsflanke aufweisender Rechteckimpuls als Sendeimpuls führt - wenn keine Anhaftungen vorhanden ist - zu einem sehr schmalen - idealerweise diracstoßförmigen - Stromimpuls. Je schmaler der Stromimpuls ist, desto kürzer kann die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters gewählt werden, bei der dennoch der Stromimpuls vollständig innerhalb des Erfassungszeitfensters abklingt.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgebildet ist, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters einstellbar, steuerbar oder regelbar ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, das Erfassungszeitfenster optimal an die jeweiligen Einsatzbedingungen, insbesondere an das jeweilige Medium, anzupassen. Darüber hinaus kann durch mehrere Messungen mit unterschiedlichen Zeitdauern T_S des Erfassungszeitfensters eine genaue Analyse des jeweiligen Mediums durchgeführt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter mit einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät, mit einem mehrere Sensorfelder aufweisenden Füllstandssensor, bei dem erfindungsgemäß ebenfalls die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses einen vorgegebenen Wert aufweist, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Füllstandsmeßgerät einen Mikroprozessor aufweist und der Mikroprozessor in Abhängigkeit von dem zu messenden Medium die Frequenz des Sendeimpulses bestimmt. Dabei durchläuft die Frequenz des Sendeimpulses beispielsweise bei der Inbetriebnahme des kapazitiven Füllstandsmeßgeräts einen Frequenzbereich von beispielsweise 50 kHz bis 5 MHz, wobei dann in Abhängigkeit von dem zu messenden Medium die Frequenz des Sendeimpulses ausgewählt wird, bei der ein möglichst großes Ausgangssignal zur Verfügung steht. Die Auswahl kann dabei einfach mit Hilfe eines Schwellwertes erfolgen.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter mit einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines kapazitiven Füllstandsmeßgeräts in einem Behälter sowie ein technisches Ersatzschaltbild, einmal ohne und einmal mit Anhaftungen,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Stromimpulses, ohne und mit Anhaftungen, entsprechend einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, und
Fig. 3 ein Zeitdiagramm des Stromimpulses, ohne und mit Anhaftungen, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 1 zeigt sowohl in Fig. 1a als auch in Fig. 1b jeweils auf der linken Seite schematisch ein kapazitives Füllstandsmeßgerät 1, mit einem mehrere Sensorfelder aufweisenden Füllstandssensor 2, wobei der Füllstandssensor 2 in das Innere eines Behälters 3 hineinragt. Im Inneren des Behälters 3 befindet sich ein Medium 4, beispielsweise ein Schmiermittel für eine Werkzeugmaschine, dessen Füllstand mit dem kapazitiven Füllstandsmeßgerät 1 überwacht werden soll. Das kapazitive Füllstandsmeßgerät 1 kann beispielsweise entsprechend der DE 100 08 093 A1 ausgebildet sein. Grundsätzlich ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der konkreten Realisierung des kapazitiven Füllstandsmeßgeräts 1.
Der Unterschied zwischen den Fig. 1a und 1b besteht zum einen darin, daß bei dem Beispiel gemäß Fig. 1a das Medium 4 einen höheren Füllstand als das Medium 4 bei dem Beispiel gemäß Fig. 1b aufweist. Darüber hinaus ist bei dem in Fig. 1b dargestellten Beispiel der Füllstandssensor 2 in einem Bereich oberhalb des Mediums 4 mit Anhaftungen 5 bedeckt, wobei hier zur Verdeutlichung die Menge der Anhaftungen 5 stark übertrieben dargestellt ist. In der Praxis handelt es sich bei den Anhaftungen 5 beispielsweise um eine dünne Schicht von Metallspänen, die sich als Verschmutzung im Medium 4 befinden und am Füllstandssensor 2 ablagern.
Die jeweils rechte Seite der Fig. 1a und 1b zeigt ein - stark vereinfachtes - technisches Ersatzschaltbild der jeweiligen Füllstandssituation. Das Ersatzschaltbild weist einem Gleichrichter 6 zur Erfassung des Stromimpulses I auf, wobei die Amplitude des Stromimpulses I zum einen von der Amplitude des Sendeimpulses, ansonsten aber im wesentlichen von der Höhe und der Dielektrizitätskonstanten des Mediums 4 abhängt. Der Einfluß des Mediums 4 auf den Stromimpuls I ist in dem Ersatzschaltbild in Verbindung mit einem Kondensator 7 dargestellt. Das Vorhandensein der Anhaftungen 5 in dem in Fig.1b dargestellten Beispiel ist in dem entsprechenden Ersatzschaltbild durch einen Widerstand 8 berücksichtigt, der in Reihe zu dem Kondensator 7 geschaltet ist.
Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm des Stromimpulses 9 "ohne Anhaftungen" (Fig. 2a) entsprechend dem Beispiel in Fig. 1a bzw. des Stromimpulses 9' "mit Anhaftungen" (Fig. 1b) entsprechend dem Beispiel in Fig. 1b. Darüber hinaus ist in Fig. 2 - ebenso wie in Fig. 3 - korrespondierend zum zeitlichen Verlauf des Stromimpulses 9 bzw. 9' der zeitliche Verlauf des Sendeimpulses 10 sowie der Umschaltimpuls 11 des Gleichrichters 6 dargestellt. Fig. 2 zeigt dabei ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei dem der Stromimpuls 9, 9' um 90° phasenverschoben zum Sendeimpuls 10 ausgewertet wird. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ergeben sich dadurch vier Zeitfenster 12, 13, 14 und 15, die jeweils eine gleiche Dauer aufweisen. Dabei bilden die Zeitfenster 12 und 14 die Erfassungszeitfenster, innerhalb derer der Stromimpuls 9 gemessen werden soll.
In Fig. 2a ist der Verlauf des Stromimpulses 9 für die in Fig. 1a dargestellte Situation gezeigt, bei der sich das gerade ausgewertete Sensorfeld des Füllstandssensors 2 im Medium 4 befindet. In dieser Situation weist der Stromimpuls 9 eine betragsmäßig relativ große Amplitude und eine relativ geringe Breite auf.
Fig. 2b zeigt den Verlauf des Stromimpulses 9' für die in Fig. 1b dargestellte Situation, bei der sich das gerade ausgewertete Sensorfeld des Füllstandssensors 2 außerhalb des Medium 4 befindet und mit Anhaftungen 5 bedeckt ist. Durch die ohmsche Eigenschaft der Anhaftungen 5 ergibt sich ein Stromimpuls 9' mit einer betragsmäßig kleineren Amplitude und einer größeren Breite verglichen mit dem Stromimpuls 9 gemäß Fig. 2a. Da meßtechnisch das Integral des Stromimpulses 9 bzw. 9' innerhalb des Erfassungsfensters 12 bzw. 14 ausgewertet wird und das Integral des Stromimpulses 9 gleich dem Integral des Stromimpulses 9' ist, ist eine Unterscheidung zwischen den beiden in Fig. 1a und 1b dargestellten Situationen - innerhalb des Mediums 4 bzw. außerhalb des Mediums und mit Anhaftungen 5 bedeckt - nicht möglich.
Eine Unterscheidung zwischen der in Fig. 1a bzw. 2a und Fig. 1b bzw. 2b dargestellten Situation "Medium" bzw. "Anhaftungen" ist somit nur dann möglich, wenn durch die Wahl einer entsprechend hohen Frequenz des Sendeimpulses 10 und damit auch des Umschaltimpulses 11 die Zeitfenster 12 bis 15 soweit verkürzt werden, daß der Stromimpuls 9' nicht mehr vollständig in das Erfassungsfenster 12 bzw. 14 "hineinpaßt". Eine derartige Erhöhung des Sendeimpulses 10 ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Zunächst steigt mit der Frequenz auch die Störabstrahlung des Füllstandssensors 2, so daß zum einen zusätzliche Maßnahmen zur Verhinderung der Störabstrahlung in die Umgebung vorgesehen werden müssen, zum anderen der Füllstandssensor 2 nur eine relativ begrenzte Stablänge aufweisen darf. Beide Maßnahmen schränken jedoch die gewünschte universelle Einsetzbarkeit des kapazitiven Füllstandsmeßgeräts 1 stark ein. Außerdem ist das kapazitive Füllstandsmeßgerät 1 bei einer entsprechend hohen - erforderlichen - Frequenz nicht mehr für beliebige Medien gleichermaßen einsetzbar.
Anhand von Fig. 3 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden, bei dem die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses 10 einen vorgegebenen Wert aufweist. Wie in Fig. 2a so ist auch in Fig. 3a der Verlauf des Stromimpulses 9 bei der in Fig. 1a dargestellten Situation - das aktuell ausgewertete Sensorfeld des Füllstandssensors 2 ist von Medium 4 jedoch nicht von Anhaftungen 5 bedeckt - gezeigt, während Fig. 3b den zeitlichen Verlauf des Stromimpulses 9' bei der in Fig. 1b dargestellten Situation - das aktuell ausgewertete Sensorfeld des Füllstandssensors 2 ist von Anhaftungen 5, nicht jedoch vom Medium 4 bedeckt - zeigt. Die Fig. 3c und 3d zeigen entsprechend den Fig. 2c und 2d den zeitlichen Verlauf des Sendeimpulses 10 bzw. des Umschaltimpulses 11.
Ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt zunächst, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Fig. 3 die Zeitfenster 12 bis 15 unterschiedliche Zeitdauern T_S bzw. T_A aufweisen, wobei die Erfassungszeitfenster 12 und 14 eine kürzere Dauer T_S und die Ergänzungszeitfenster 13 und 15 eine längere Dauer T_A haben. Da der Sendeimpuls 10 und der Umschaltimpuls 11 - gewollt - dieselbe Frequenz aufweisen, entspricht die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 und die Dauer T_A des Ergänzungszeitfensters 13 bzw. 15zusammen der halben Periodenlänge des Sendeimpulses 10 bzw. des Umschaltepultes 11.
Durch die Wahl einer geeigneten - kurzen - Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 wird nun erreicht, daß einerseits der Stromimpuls 9 vollständig in das Erfassungszeitfenster 12 bzw. 14 "hineinpaßt", andererseits der Stromimpuls 9' - aufgrund seiner durch die Anhaftungen 5 bedingten größeren Breite - nicht vollständig in das Erfassungszeitfenster 12 bzw. 14 "hineinpaßt". Dies führt nun dazu, daß bei der Integration des Stromimpulses 9 bzw. 9' während des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 das Integral des Stromimpulses 9' kleiner als das Integral des Stromimpulses 9 ist. Dadurch ist eine Unterscheidung des Zustandes "Medium vorhanden" (entsprechend Fig. 1a) von dem Zustand "Anhaftungen vorhanden" (entsprechend Fig. 1b) möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch der Stromimpuls 9 bzw. 9' innerhalb des Ergänzungszeitfensters 13 bzw. 15 durch Integration erfaßt. Bei einer entsprechend Fig. 3 geeigneten Wahl der Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 ist innerhalb des Ergänzungszeitfensters 13 bzw. 15 der Stromimpuls 9 gleich Null, d. h. der Stromimpuls 9 ist so kurz, daß er vollständig innerhalb des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 abklingt. Dagegen ist bei der in Fig. 1b bzw. 3b dargestellten Situation "Anhaftungen vorhanden" der Stromimpuls 9' so breit, daß der Stromimpuls 9' innerhalb des Ergänzungszeitfensters 13 bzw. 15 einen Wert um gleich Null aufweist.
Der Stromimpulses 9' innerhalb des Ergänzungszeitfensters 13 bzw. 15, der nachfolgend als Reststromimpuls 16 bezeichnet werden soll, beruht auf das Vorhandensein von Anhaftungen S am Füllstandssensor 2. Durch das Umschalten des Gleichrichters 6 vom Erfassungszeitfenster 12 zum Ergänzungszeitfenster 13 bzw. vom Erfassungszeitfenster 14 zum Ergänzungszeitfenster 15 kann der Reststromimpuls 16 vom Stromimpuls 9' subtrahiert werden, wodurch der Unterschied des Integrals des Stromimpulses 9 vom Integral des Stromimpulses 9' innerhalb des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 weiter erhöht wird, so daß zwischen der Situation "Medium vorhanden" und der Situation "Anhaftungen vorhanden" noch deutlicher unterschieden werden kann.
Ein in der Praxis geeigneter Wert der Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 liegt zwischen 100 ns und 500 ns. Dadurch, das erfindungsgemäß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses 10 gewählt wird, kann die Frequenz des Sendeimpulses 10 des kapazitiven Füllstandsmeßgeräts 1 in Abhängigkeit von dem zu messenden Medium 4 gewählt werden. So ist ein kapazitives Füllstandsmeßgerät 1 realisierbar, das universell bei unterschiedlichen Medien 4 eingesetzt werden kann.
Beispielsweise kann dasselbe kapazitive Füllstandsmeßgerät 1 dann, wenn es den Füllstand von Wasser (ε_r ≍ 81) überwachen soll, mit einem Sendeimpuls mit einer Frequenz von 100 kHz arbeiten, während dasselbe kapazitive Füllstandsmeßgerät 1 dann, wenn es den Füllstand von Öl (Er 2) überwachen soll, einen Sendeimpuls 10 mit einer Frequenz von 2 MHz verwendet. In beiden Fällen kann dabei die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 beispielsweise 130 ns betragen, wobei dann das Erfassungszeitfenster 12 bzw. 14 ausreichend kurz ist, so daß die Situation "Medium vorhanden" von der Situation "Anhaftungen vorhanden" sicher unterschieden werden kann. Bei einer - gemäß dem bisherigen Stand der Technik - um 90° phasenverschobenen Auswertung des Stromimpulses 9 gegenüber dem Sendeimpuls 10 müßte zur Erreichung eines Erfassungszeitfensters 12 bzw. 14 mit einer Dauer T_S von ebenfalls 130 ns ein Sendeimpuls 10 mit einer Frequenz von 1,92 MHz verwendet werden, so daß das kapazitive Füllstandsmeßgerät 1 dann zur Überwachung des Füllstandes von Wasser nicht mehr geeignet wäre.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes, bei dem ein Sendeimpuls erzeugt und auf das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement gegeben wird, wobei der Sendeimpuls in Abhängigkeit von der Kapazität des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes einen Stromimpuls generiert und der Stromimpuls innerhalb eines gegenüber dem Sendeimpuls verschobenen Erfassungszeitfensters erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses einen vorgegebenen Wert aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des Stromimpulses mit Hilfe eines gesteuerten Gleichrichters erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zyklen des Gleichrichters aktiv genutzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zyklus ein Erfassungszeitfenster und ein Ergänzungszeitfenster aufweist und innerhalb des Ergänzungszeitfensters ein eventuell vorhandener Reststromimpuls erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromimpuls über die Dauer des Erfassungszeitfensters bzw. der Reststromimpuls über die Dauer des Ergänzungszeitfensters integriert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Reststromimpuls vom Betrag des Stromimpuls subtrahiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeimpuls im wesentlichen rechteckförmig ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters einstellbar oder steuerbar oder regelbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters zwischen 100 ns und 500 ns beträgt.

10. Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter mit einem kapazitiven Füllstandsmeßgerät, mit einem mehrere Sensorfelder aufweisenden Füllstandssensor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Sendeimpuls erzeugt und auf ein Sensorfeld gegeben wird, der Sendeimpuls in Abhängigkeit von der Kapazität des Sensorfeldes einen Stromimpuls generiert und der Stromimpuls innerhalb eines gegenüber dem Sendeimpuls verschobenen Erfassungszeitfensters erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer T_S des Erfassungszeitfensters unabhängig von der Frequenz des Sendeimpulses einen vorgegebenen Wert aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstandsmeßgerät einen Mikroprozessor aufweist und der Mikroprozessor in Abhängigkeit von dem zu messenden Medium die Frequenz des Sendeimpulses bestimmt.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Sendeimpulses zwischen 50 kHz und 5 MHz, insbesondere zwischen 100 kHz und 2,5 MHz liegt.