DE102005007221A1

DE102005007221A1 - Abschirmverfahren bei Vorrichtungen zur füllrichtigen kapazitiven Füllstandsmessung mithilfe von Messkondensatoranordnungen, bestehend aus zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten bei Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern

Info

Publication number: DE102005007221A1
Application number: DE200510007221
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-09-14

Abstract

Vorrichtungen zur kapazitiven Füllstandsmessung arbeiten meistens mit Wechselgrößen, wie Hochfrequenz oder Niederfrequenz, um den wechselnden Füllstand von Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern darstellen zu können. Die Störbeeinflussung bei der Verarbeitung von Wechselgrößen ist relativ groß. Störer sind dabei gleich gelagerte oder gleich frequente Wechselgrößen oder Wechselfelder, die die Qualität des Messergebnisses beeinflussen können und die Genauigkeit dieser Systeme verschlechtern. Um eine störungssichere Füllstandsmessung bei Vorrichtungen zur kapazitiven Füllstandsmessung mit parallelen Platten in metallischen und nicht metallischen Behältern zu erreichen, bedarf es einer Abschirmung. Diese kann durch ein Abschirmrohr über den parallelen Platten realisiert werden oder durch eine, wie anschließend beschrieben, bestimmte Verschaltung der parallelen Platten. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abschirmung von Vorrichtungen zur kapazitiven Füllstandsmessung für Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bis 3.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abschirmung von kapazitiven Füllstandssensoren ohne metallisches Abschirmrohr für metallische und nicht metallische Behälter nach dem Anspruch 1 bis 3 durch elektrisches Verschalten der Flächen des Messkondensators, bestehend aus zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten.

Vorrichtungen zur kapazitiven Füllstandsmessung arbeiten in den meisten Fällen mit Wechselgrößen, wie Strom oder Spannung als Hochfrequenz oder Niederfrequenz, um den wechselnden Füllstand von Füllmedien und Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern darstellen zu können. Die hoch- oder niederfreuqente Wechselgröße, meist durch einen RC-Schwingkreis erzeugt, arbeitet hierbei mit einem sich verändernden Kondensator C, der als Rohr im Rohr oder als parallele, quasi parallele oder mit zwei oder mehrerer zueinander flächig angeordneten Platten ausgeführt werden kann. Ändert sich der Füllstand in einem metallischen oder nicht metallischen Behälter zwischen den Rohren oder den als Kondensator ausgeführten Platten, so verändert sieh auch entsprechend den elektrischen Eigenschaften des Füllmediums oder der Flüssigkeit die elektrische Kapazität des Kondensators C im Schwingkreis und ruft somit eine Änderund der Wechselgröße hervor. Die Wechselgröße wird dann entweder in einen statischen elektrischen Wert gewandelt, um in normalen Anzeigeinstrumenten dargestellt zu werden, wie zum Beispiel in Gleichstrom, Gleichspannung, elektrischen Widerstand, oder in eine digitale Information gewandelt, um Steuersysteme über RS232-Schnittstelle, CAN-Bus oder anderweitige digitale Schnittstellen mit entsprechender Füllhöheninformation zu versorgen. Die Störbeeinflussung bei der Verarbeitung von Wechselgrößen ist relativ groß. Störer sind dabei gleich gelagerte oder gleich frequente Wechselgrößen oder Wechselfelder, die die Frequenz des Systems, und damit die Genauigkeit und die Qualität des Messergebnisses beeinflussen können. Diese Störungen sorgen dafür, dass derartige Systeme bei gleich bleibendem Füllstand unter verschiedenen Einflüssen verschiedene Messergebnisse, und damit verschiedene Füllstände anzeigen. Störungen werden die Genauigkeit dieser Systeme verschlechtern, deren Funktion beeinflussen oder stören, oder sie können das System zum Ausfall bringen, indem die RC-Schaltung so nachhaltig verstimmt wird, dass die Auswerteeinheit die Messinformationen nicht mehr interpretieren kann.

Um eine störungssichere Füllstandsmessung bei Vorrichtungen zur kapazitiven Füllstandsmessung (Prinzipzeichnung A) mit zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten (1) in metallischen und nicht metallischen Behältern zu erreichen bedarf es einer Abschirmung, die die Störbeeinflussung verhindert oder minimiert, so daß das Messergebnis bei verschieden Störungen in einem akzeptablen Toleranzband liegt. Diese kann durch ein an Masse angeschlossenes metallisches Abschirmrohr (2) über den zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten realisiert werden oder durch eine, wie anschließend beschrieben, bestimmte Verschaltung der zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten.

Verfahren: Will man bei einem kapazitiven Füllstandssensor für Flüssigkeiten und Füllmedien in metallischen und nicht metallischen Behältern nach Zeichnung (Prinzipzeichnung A) das Abschirmrohr (2) aus Kostengründen oder aus konstruktiven Gründen (keine geraden Füllstandssensoren) sparen, so ist eine integrierte Abschirmung nach Prinzipzeichnung (B) nötig, die funktionell die Aufgabe des Abschirmrohrs (2) übernimmt. Diese Abschirmung ist dahingehend aufgebaut, daß die zwei oder mehreren zueinander flächig angeordneten Platten des Kapazitiven Füllstandssensors (1) aus isoliertem Trägermaterial (3), zum Beispiel aus Glasfaser verstärktem Epoxydharz oder aus Flourierten Kunststoffen, flächig zueinander in einem festen Abstand L angeordnet sind. Sie können parallel oder nicht parallel mit den Flächen gegenüber angeordnet sein. Auf den zueinander gewandten Flächen ist eine leitende Folie (4), zum Beispiel Kupfer oder andere Leitende metallische Schichten (4), aufgebracht, die durch Lack (5) oder eine weitere Isolierschicht (5) zum Füllmedium hin isoliert ist, und den Messkondensator darstellen. Dieser Messkondensator ist das veränderliche Stellglied in unserer Messschaltung (RC-Schaltung), die den veränderlichen Füllstand des Füllmediums oder der Flüssigkeit in metallischen und nicht metallischen Behältern durch eine Frequenzänderung darstellt, indem das Füllmedium oder die Flüssigkeit (7) zwischen die zwei oder mehrere Platten sickert, die Luft (8) verdrängt, und die Kapazität des Messkondensators erhöht. Auf den Außenflächen des isolierten Trägermaterials (3) befinden sich ebenfalls leitende Folien (6), die wahlweise ebenfalls zum Füllmedium hin isoliert (9) oder unisoliert ausgeführt werden können. Die Folienflächen (6) werden mit Potentialmasse verbunden und schirmen den Kondensator gegen Fremdeinflüsse flächig ab. Die Kapazität des Messkondensators, bestehend aus zwei oder mehreren Platten (1), erhöht sich durch die Verwendung von zwei außenliegenden Abschirmfolien (6) um ca. das dreifache. Hierzu das Ersatzschaltbild (BB). In dieser Version besteht der Summenkondensator aus einem festen Isolationskondensator (C- Epoxyd) und jeweils einem je nach Füllstand variablen Luftkondensator (C-Luft) und einem je nach Füllstand variablen Füllmediumskondensator (C-Füllmedium) als Parallelschaltung und einem Parasitären Kondensator in Reihe. Dargestellt ist zum Einen das Ersatzschaltbild ohne Abschirmfolie, daneben das Ersatzschaltbild mit Abschirmfolie.

Ist eine der Innenfolien (4) des Messkondensators aus schaltungsteschnischen Gründen gegen Masse (C) geschaltet, so ergäbe sich ein weiterer Abschirmvorteil mit einer Erhöhung der Kapazität um ca. das Dreieinhalbfache gegenüber der Version ohne Abschirmfolie. Hierzu das Ersatzschaltbild (CC), für das prinzipiell die gleiche Anordnung zuträfe, wie für die Parallelschaltung der Kapazitäten in Version (BB). Bei dieser Schaltung sind die parasitären Einflüsse vernachlässigbar.

Auf allen Zeichnungen sind nur Prinzipdarstellungen mit zwei Platten für den Messkondensator wiedergegeben. Dies sind nur prinzipielle Darstellung. Das voran beschriebene System trifft für alle Systeme zu die minimal aus zwei Platten und maximal aus mehr, als zwei Platten bestehen. Die Anzahl der zueinander flächig angeordneten Platten ist theoretisch unbegrenzt. Die maximale Anzahl von zueinander flächig angeordneten Platten hängt ab von dem verfügbarem Raum, vom Füllmedium, vom Messbereich und vom gewünschten Messergebnis.

Zeichnung 1

Prinzipzeichnung A
Prinzipzeichnung B mit Vergrößerung des Teilausschnitts
Verschaltung der Flächen Variante B, Variante C

Zeichnung 2

Ersatzschaltbild BB
Ersatzschaltbild ohne Abschirmfolie
Ersatzschaltbild mit Abschirmfolie
Ersatzschaltbild CC
Ersatzschaltbild mit Abschirmfolie, ein Pol des Messkondensators liegt schaltungsbedingt an Masse

Claims

Die Anordnung der auf der Außenseite des Messkondensators angebrachten Abschirmflächen nach Prinzipzeichnung (B) und (C) bei einem Messkondensator der oben beschriebenen Art.
Die Verschaltung der auf der Außenseite des Messkondensators angebrachten Abschirmflächen in der Variante (B) und (C), sowohl als Außenmasse geführte Abschirmung (B), wie auch als kombinierte Abschirmung (C), bei der die eine Fläche des Messkondensators schaltungsbedingt potentalmäßig auf Masse liegt.
Die Verschaltung nach 1 und 2 für minimal zwei oder mehr zueinander flächig angeordneten Platten, die parallel, quasi parallel oder in differierenden Maßen oder Abständen zueinander angeordnet sind.