DE102005010351A1

DE102005010351A1 - Sensor zur berührungslosen Abfrage von Füllständen sowie Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102005010351A1
Application number: DE102005010351A
Authority: DE
Original assignee: SIE SENSORIK IND ELEKTRONIK GM; SIE SENSORIK INDUSTRIE-ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: SIE SENSORIK IND ELEKTRONIK GM; SIE SENSORIK INDUSTRIE-ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: DE102005010351B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen transformatorischen Sensor zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von hoch leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände. Eine aktive Sensorspule (1), welche mit einer ihrer Flachseiten zu einer nichtmetallischen Außenwandung (2) eines Behälters nah angeordnet ist, der ein leitfähiges, flüssiges Medium (4) enthält, ist Bestandteil eines LC-Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators (3), welcher eine Schwingung am Schwingkreis aufrechterhält und die aktive Spule (1) hierdurch einen magnetischen Wechselfluss (5) erzeugt, welcher etwa senkrecht in das Medium (4) eindringt und dort durch die gegebene Leitfähigkeit des Mediums (4) einen schwachen, kreisförmig fließenden Wechsel- oder Wirbelstrom, Kreisstrom, hervorruft und dieser Kreisstrom (6) in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums (4) eine Wirkleistung erzeugt, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule (1) an das Medium (4) dem Schwingkreis entzogen wird und hierdurch der Schwingkreis eine Dämpfung erfährt und als Folge die Amplitude der Hf-Schwingung am Schwingkreis deutlich absinkt und diese Absenkung als direktes Maß sowohl für den Leitwert des Mediums (4) einerseits als auch für die Anwesenheit des Mediums (4) andererseits ausgewertet werden kann.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft einen transformatorischen Sensor zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände sowie ein Verfahren hierzu.

Die automatische Abfrage von Füllständen flüssiger oder granulat- bzw. pulverartiger Medien durch Sensoren gewinnt im Zeitalter der Automatisierung eine stark zunehmende Bedeutung. Für die sensorische Erfassung der Medien existieren verschiedene physikalische Verfahren und entsprechende Arten von Sensoren.

1. Als oberstes Kriterium unterscheidet man das Medium berührende und nicht berührende Verfahren. Bei den berührenden Verfahren taucht der Sensor in das Medium ein. Bei den nicht berührenden Verfahren wird das Medium vom Sensor auf Distanz oder im Großteil der Anwendungsfälle durch eine nichtmetallische Wandung aus Glas oder Kunststoff hindurch auf sein Vorhandensein abgefragt. Bei den berührenden Sensoren sind verschiedene physikalische Verfahren bekannt und Stand der Technik:
1.1 Mechanische Verfahren: Diese Verfahren basieren oft auf einem leicht gelagerten Schwimmer, welcher von dem Medium angehoben wird und bei Erreichen einer gewissen Höhe z.B. einen Kontakt auslöst. Solche Schwimmer steuern über einen Hebelarm manchmal auch ein Potentiometer, so dass die Füllstandshöhe analog erfasst werden kann. Diese Verfahren sind völlig unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen, weisen jedoch einen immensen Verschleiß und mechanischen Aufwand auf. Zudem ergeben sich Probleme mit zähflüssigen, klebrigen Medien und in chemisch aggressiver Umgebung.

Zu nennen ist auch das Schwinggabelprinzip. Hierbei wird über Piezoelemente eine Schwinggabel zum Schwingen angeregt. Taucht diese Gabel in ein Medium, führt das zu einer Dämpfung und somit Änderung der Schwingfrequenz. Probleme ergeben sich hier in chemisch aggressiver Umgebung und insbesondere bei ungeeigneten Viskositäten.

Das Druckgeberverfahren wertet den Druck des Mediums aus, der meist auf eine Membran einwirkt. Die mechanische Spannung und Bewegungsstrecke der Membran wird dann kapazitiv – zwei Kondensatorplatten, die sich annähern und somit dessen Kapazität verkleinern – oder über Piezoelemente, einem ausgelösten Kontakt, etc. ausgewertet. Der Druckgeber wird meist in der Behälterwand, besonders auch im Behälterboden installiert. Wird ein gewisser, voreingestellter Druckwert überschritten, gibt der Druckgeber ein Signal ab. Nachteil: Es wird ein gewisser Druck benötigt, je kleiner die Flüssigkeitsmenge, desto schwieriger die Abfrage. Zudem besteht u.U. mechanischer Verschleiß.

1.2 Konduktive Verfahren: Hierbei messen i.d.R. zwei Elektroden den Widerstand bzw. Leitwert des Mediums, in welches sie eintauchen und stellen so dessen Anwesenheit und ggf. Eintauchtiefe – der Widerstand sinkt mit der Eintauchtiefe -und somit den Füllstand fest. Dies funktioniert nur bei entsprechend leitfähigen Medien. Ein großer Nachteil besteht aber in der Berührung selbst, d.h. Probleme mit Verschleiß und Verschmutzung der Elektroden sowie hygienische Nachteile.

1.3 Optische Verfahren: Hierbei wird ein im Sensor erzeugter Lichtstrahl in einem prismaförmigen Kopf total reflektiert und von einem, im gleichen Sensor befindlichen Empfänger aufgenommen. Berührt das Medium den Kopf, geht der Lichtstrahl ins Medium über, -Brechung- und der Empfänger erhält ein schwächeres Signal. Ein großer Nachteil besteht hier u.a. in einer möglichen Anhaftung von Resten des Mediums bzw. einer Verschmutzung des Kopfes, welche die Totalreflektion verhindert. Dies führt zu einer "Vollmeldung" obwohl das Medium den Sensor nicht mehr berührt.

1.4 Thermische Verfahren. Hierbei taucht ein Temperaturmesskopf in das Medium. Dieses Verfahren setzt im nicht eingetauchten Zustand leider immer eine deutliche Temperaturdifferenz zwischen Medium und Messfühler voraus. Außerdem arbeitet das Verfahren entsprechend träge.

1.5 Kapazitive Verfahren: Hierbei besteht ein elektrisches Wechselfeld zwischen einer elektrisch isolierten, aktiven Messelektrode und Erde bzw. Massepotential tragenden Teilen des Sensors selbst. Diese Konstellation entspricht einem aufgeweitetem Plattenkondensator mit Luft als Dielektrikum, wenn kein Medium vorliegt. Sobald ein nicht leitfähiges Medium in dieses E-Feld eintaucht, wird durch dessen immer größere Dielektrizitätskonstante ε_r als Luft die Kapazität des Plattenkondensators vergrößert. Bei Überschreitung eines voreingestellten Kapazitätswertes wird ein Schaltsignal generiert. Bei leitfähigen Medien spielt meist deren ε_r keine Rolle, das Medium selbst wirkt wie die zweite mit Erde verbundene Kondensatorplatte.

1.6 Verfahren zur Leitwertmessung: Zur Leitwertbestimmung – Kehrwert des ohmschen Widerstandes eines Mediums – sind nur berührende Verfahren bekannt:

1.6.1 Leitwertmessung mit Elektroden: Hierbei werden zwei Elektroden definierter Größe und definierten Abstandes Zellenkonstante und rückwärtiger Isolierung als Tauchsonde aufgebaut in das Medium eingetaucht. Mit Hilfe eines Wechselstroms oder einer Wechselspannung – Vermeidung von Elektrolyse – wird der Widerstand bzw. Leitwert des Mediums zwischen den Elektroden gemessen. Nachteil: Verschmutzung und Verschleiß der Elektroden.

1.6.2 Leitwertmessung ohne Elektroden: Hier wird mit zwei Induktionsspulen gearbeitet, die im Medium eingetaucht sind. Die eine Spule wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Diese erzeugt in einem leitfähigen Medium einen kreisförmigen Wechselstrom parallel zu den Spulenwindungen. Die Höhe dieses Stromes hängt direkt proportional von der Leitfähigkeit ab und induziert in der zweiten Empfängerspule eine entsprechend proportionale Wechselspannung.

Das Medium wirkt quasi wie eine Koppelwindung mit Serienwiderstand -Leitwert-, welche die beiden Spulen induktiv koppelt. Bei diesem Verfahren entfällt ein Elektrodenverschleiß, jedoch ist der Messbereich zu sehr kleinen Leitwerten hin eingeschränkt. Außerdem werden zwei getrennte und isolierte Spulen benötigt.

2. Nicht berührende Verfahren: Diese Verfahren sind vorteilhaft, weil hierbei keine Probleme mit der Hygiene -Lebensmittelindustrie, Medizintechnik- oder einer chemisch aggressiven Atmosphäre bestehen. Ferner ist es meist einfacher, einen Sensor an der Behälteraußenwand zu montieren statt im Behälterinneren.

Stand der Technik bei den nicht berührenden Verfahren:

2.1 Ultraschall: Der Sensor wird mit Koppelgel an der Behälteraußenseite befestigt. Der abgestrahlte Ultraschall wird an der Innenwandung reflektiert sofern dort Luft als Übergangsmedium vorliegt. Liegt an der Innenseite ein z.B. flüssiges Medium vor, wird die Reflexion gemindert weil ein Teil der Schallwellen ins Medium übergeht. Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, dass es auch durch metallische Behälterwände arbeitet. Als Nachteil besteht ein hoher technischer und kostenintensiver Aufwand im Sensor selbst. Ferner versagt dieses Verfahren bei bestimmten Viskositäten und bei entsprechenden Anhaftungen des Mediums an der Behälterinnenseite. Diese Anhaftungen werden dann genauso detektiert wie eine Vollbedeckung durch das Medium. Ferner bestehen Probleme mit Austrocknung oder unvollständiger Aufbringung des Koppelgels.

2.2 Optische Verfahren: Beim Lichtschrankenprinzip sind ein optischer Sender und ein optischer Empfänger getrennt an jeweils gegenüber liegen Behälter außenseiten montiert. Sobald ein nicht transparentes Medium die Höhe der Anordnung erreicht, wird der optische Strahl unterbrochen und der Füllstand detektiert.

Beim Reflexionsprinzip wirkt das Medium selbst als Reflektor.

Nachteil: Bei diesen Verfahren muss die Behälterwand transparent sein und das Medium bestimmte optische Eigenschaften erfüllen, was selten der Fall ist.

2.3 Kapazitive Verfahren: Diese Verfahren sind nach dem Stand der Technik führend bei der berührungslosen Medienabfrage. Der Sensor besitzt im Inneren eine aktive, flächige Messelektrode, welche durch die Behälterwand auf das Medium kapazitiv aufkoppelt. Es gilt hier das Prinzip des klassischen Plattenkondensators – die Platten stehen sich gegenüber – und aufgeweitetem Plattenkondensators – die Platten stehen sich nicht gegenüber, sondern eher in einer Ebene nebeneinander. Die aktive Messelektrode ist hierbei die eine Platte, während alle Teile die "wechselspannungsmäßig" gesehen ruhendes Potential aufweisen wie z.B. die Masse –, +, Erde, etc. die andere Kondensatorplatte darstellen. Der Sensor erzeugt ein Wechsel-E-Feld zwischen aktiver Elektrode und Erde oder Masse. Liegt kein Medium vor, durchlaufen die E-Feldlinien großteils eine Strecke aus Luft mit der Dielektrizitätskonstante ε_r = 1 und kleineren Teils durch die Behälterwand ε_r > 1.

2.3.1 Gelangt ein nicht leitendes Medium, wie Pulver, Granulat, Öl, in den Bereich des E-Feldes, also quasi zwischen die Platten, so wird die Luftstrecke durch das größere ε_r > 1 des Mediums überbrückt. Das Gesamt-ε_r und somit die Kapazität des Plattenkondensators wird hierdurch vergrößert. Bei Überschreiten eines gewissen, voreingestellten Kapazitätswertes löst der Sensor dann das Schaltsignal aus. Als zweite Kondensatorplatte wirkt hierbei z.B. ein Sensorgehäuse aus Metall, ein im Sensor um die aktive Fläche angeordneter Ring auf Massepotential oder Ruhepotential führende Teile im Sensor selbst. Diese Anwendung läuft i.d.R. problemlos.

2.3.2 Gelangt ein leitfähiges Medium auf die Höhe der aktiven Elektrode, so wirkt dieses selbst als zweite Kondensatorplatte bzw. Gegenelektrode. In einem hinreichend großem Behälter bildet des Medium große Flächenkapazitäten zur Erde aus -Erdbezug- und verbindet diese auf Grund seiner Leitfähigkeit elektrisch leitend mit jedem Punkt im Medium bzw. in sich selbst. Somit bildet sich ein klassischer Plattenkondensator mit der aktiven Elektrode auf der Außenseite der Behälterwand und dem Medium selbst auf der Innenseite sowie dem ε_r des Behälterwandmaterials zwischen diesen Platten. Bei hinreichender Leitfähigkeit wandelt sich an der Schnittstelle zum Medium das E-Feld somit in ein Strömungsfeld, d.h. der kapazitive Blindstrom fließt durch das Medium gegen Erde. Durch die Konstellation des klassischen Plattenkondensators, die sich einstellt, wenn ein leitfähiges Medium in den Bereich des E-Feldes gelangt, ergeben sich relativ große Kapazitätsänderungen, die nach Stand der Technik leicht ausgewertet werden können.

Große Schwierigkeiten ergeben sich aber, wenn das leitfähige Medium an der Behälterinnenseite anhaftet, schäumt oder einen Film bildet. Diese Anhaftung ist auch elektrisch leitend, zudem weiter mit dem abgesunkenen Medium verbunden bzw. geerdet und hält somit den klassischen Plattenkondensator aufrecht, obwohl sich das kompakte Medium nicht mehr im Bereich der aktiven Elektrode befindet! Gebräuchliche kapazitive Sensoren können dann nicht mehr zwischen Voll- und Leerzustand unterscheiden, woran viele Anwendungen scheitern. Häufig tritt auch der Fall auf, dass durch ständige Benetzung die Innenwand verschleißt bzw. die Oberfläche rauer wird und auch ein Medium mit genügend Oberflächenspannung dann dort mit der Zeit haften bleibt und einen Film bildet. Die Sensorik zeigt dann Spätausfälle, obwohl ursprünglich die Funktion gegeben war. Die Problematik steigt mit der Leitfähigkeit und der Anhaftungsdicke.

Der Film hat eine geringere Leitfähigkeit bzw. größeren ohmschen Widerstand als das kompakte Medium weil die Elektronen ein kleineres Volumen zum Durchfluss haben -die Stromdichte erhöht sich-. Um grundsätzlich den größeren Widerstand der Anhaftung vom kleineren Widerstand des Kompaktmediums berührungslos und kapazitiv unterscheiden zu können, muss der Blindwiderstand des o.g.

Plattenkondensators verringert werden was nur durch eine höhere E-Feldfrequenz möglich ist. Ferner helfen Kompensationsverfahren, um einen weiteren grundsätzlichen Nachteil, nämlich den ε_r-Einfluß der Behälterwand, zu minimieren. Durch die DE 199 49985 wurde hinsichtlich dieser Problematik ein Quantensprung erreicht. Viele Anwendungen sind hierdurch möglich geworden. Die Problematik ist in diesen Patentschriften noch genauer erläutert und mit Figuren belegt.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen transformatorischen Sensor zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie berührungslosen Leitwertanalyse von hoch leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände und ein Verfahren hierzu zu schaffen, mit welchem der Füllstand auch bei Medien ermittelt werden kann, wenn dasselbe an der Behälterinnenseite anhaftet, auch bei hoher Anhaftungsdicke, oder schäumt oder einen Film bildet.

Offenbarung der Erfindung sowie deren Vorteile: Die Lösung der Aufgabe besteht in der Kombination der Merkmale des Anspruchs 1; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 8 gekennzeichnet.

Der Gegenstand der Erfindung besitzt den grundlegenden Vorteil, dass mit demselben der Füllstand auch bei Medien ermittelt werden kann, welche an der Behälterinnenseite anhaften, auch bei hoher Anhaftungsdicke, oder schäumen oder einen Film bilden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
1 eine prinzipielle patentgemäße Anordnung eines transformatorischen Sensors, mit einer Schwingkreisspule als Bestandteil des LC-Schwingkreises und auf der Resonanzfrequenz schwingenden HF-Oszillators
2 ein Ersatzschaltbild für das patentgemäße transformatorische Prinzip
3 einen Oszillator im Regelkreis
4 einen Oszillator ohne Regelkreis und
5 die Abklingdauer einer einmalig angeregten Schwingung in Abhängigkeit von der Dämpfung bzw. vom Leitwert eines Mediums und zwar zum Vergleich ohne Medium und mit Medium
Wege zur Ausführung der Erfindung:
Im Folgenden wird die Erfindung, ein neues physikalisches Verfahren zur berührungslosen Füllstandsmessung und Leitwertanalyse erläutert.
Gemäß der 1 wird eine Schwingkreisspule 1 mit ca. 1–5 Windungen und einem hinreichendem Durchmesser, ab 2cm, flächig parallel zu einer nicht metallischen Behälterwand 2 außen angeordnet. Die Schwingkreisspule ist Bestandteil eines LC-Schwingkreises und auf der Resonanzfrequenz schwingenden HF-Oszillators 3. An der Innenseite der Behälterwand befindet sich ein hinreichend leitendes – ab 10ms/cm – flüssiges Medium 4. Die Wechselspannung an der Schwingkreisspule 1 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld bzw. einen magnetischen Wechselfluss 5, welcher in das Medium 4 großteils horizontal eindringt. Dieser Fluss erzeugt in dem Medium 4 einen kreisförmigen Wechselstrom 6, was vergleichbar mit einem Wirbelstrom ist wie er von Metallen her bekannt ist, dessen Höhe direkt von der Leitfähigkeit von 4 abhängt und welcher seine höchste Konzentration direkt gegenüber und entlang des Spulendrahtes erreicht. Das Medium 4 wirkt im Ersatzschaltbild der 2 wie eine Sekundärspule mit genau einer Windung 7, die induktiv wie bei einem Transformator – deshalb transformatorisches Verfahren – an die Primärspule 1 angekoppelt ist und einem an 7 angeschlossenem Widerstand 8 als Verbraucher, welcher dem Leitwert bzw. Widerstand von 4 entspricht. Der Widerstand 8 ist in der Realität als Ergebnis von Reihenschaltungen und Parallelschaltungen unendlich vieler kleiner Einzelwiderstände entsprechend der Stromdichtenverteilung im Medium zu betrachten. Der Kreisstrom 6 durchfließt quasi den ohmschen Widerstand des Mediums und erzeugt durch Spannungsabfall somit eine Wirkleistung an 8. Diese Wirkleistung wird über die transformatorische Ankopplung dem Schwingkreis entzogen. Hierdurch erfährt dieser eine Verschlechterung seiner Güte, Dämpfung, wodurch sich die Schwingamplitude stark vermindert und die Frequenz leicht erhöht. Der Wert der Schwingamplitude ist direkt stark abhängig von der Leitfähigkeit des Mediums 4 und wird ausgewertet. Somit kann Leitwert und Anwesenheit des Mediums 4 im Feld von 1 berührungslos und auf Distanz leicht abgefragt werden.
Vorteile gegenüber Stand der Technik:
Wie unter 2.3.2 erläutert haben kapazitive Verfahren selbst nach Stand der Technik einen Grenzwert der Medienparameter Leitwert und Anhaftungsdicke an der Behälterinnenwand, ab dem sie nicht mehr zuverlässig funktionieren. Ebenso sind diese und andere Medien auch mit anderen physikalischen Verfahren nach Stand der Technik berührungslos nicht zuverlässig erfassbar. Ein grundsätzliches Problem sind hierbei immer wieder Anhaftungen, welche bei bestimmten Viskositäten auch mehrere mm dick werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind nach Labortests der Anmelderin gerade solche Medien berührungslos mit hoher Leichtigkeit und Sicherheit zu erfassen, an denen kapazitive Verfahren völlig scheitern.
Solche Medien sind beispielsweise:

– Ketchup ca. 50 ms/cm (Millisiemens pro Zentimeter), dicke Anhaftung Anwendung in der Lebensmittelindustrie
– Senf ca. 40 ms/cm, dicke Anhaftung
– Mayonnaise ca. 12 ms/cm, dicke Anhaftung
– hochleitfähige Chlorverbindungen > 100 ms/cm Wasser und Abwasserwirtschaft, schon Filme im μm-Bereich bringen hier kapazitiv Ausfälle
– Geschirrspülmittelkonzentrat ca. 60 ms/cm, dicke Filmbildung
– konzentrierte hochleitfähige Lauge ca. 40 ms/cm, schäumend

Das Verfahren ist im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik in der Lage, bei hochleitfähigen Medien – je leitfähiger, desto besser – im Bereich ab ca. 10 ms/cm aufwärts auch Anhaftungen bis zu mehreren mm Dicke vom Kompakt medium, also dem echten Vollzustand zu unterscheiden. Dies liegt daran, dass das magnetische Feld tief in das Medium eindringt, während das E-Feld bei kapazitiver Sensorik an der Schnittstelle zu einem hochleitfähigen Medium endet. Durch das tiefe Eindringen des magnetischen Flusses liefern auch tiefer gelegene Schichten des Mediums einen Beitrag zum Kreisstrom im Medium. Es sind mathematisch und strömungsfeldtechnisch betrachtet, quasi unendliche viele Kreisströme parallel geschaltet und addieren sich zu einem Gesamtstrom oder einer Gesamtwirklast, die der Schwingkreis über die transformatorische Ankopplung an das Medium sieht. Die Kreisströme nehmen in ihrer Dichte mit der Entfernung zur Spule ab. Trotzdem erzeugt auch eine dickere Anhaftung in Summe deutlich weniger Kreisstrom bzw. einen höheren Wirkwiderstand als das Kompaktmedium.
Ferner spielt die Dielektrizitätszahl ε_r des zwischen Sensor und Medium liegenden Wandungsmaterials keine Rolle, weil sie das Magnetfeld nicht beeinflusst. Bei kapazitiven Sensoren wirkt dieses als Störgröße und muss durch Abgleich oder Kompensationsmaßnahmen minimiert werden. Ähnliches gilt für Ultraschall, wo Material und Dicke einen hohen Einfluss ausüben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren spielt in Grenzen auch die Wandstärke keine große Rolle, weil das Magnetfeld weit reicht. Hierdurch ist auch eine exakte Position der Spule zum Medium bzw. Behälter unkritischer. Bei kapazitiver Sensorik ist die Koppelproblematik Luftspaltbildung in manchen Fällen kritisch, bei Ultraschall jedoch extrem.
Ein weiterer Nachteil tritt bei kapazitiver Sensorik im Fall kleiner Flüssigkeitsmengen bzw. kleiner Gefäße auf. Das Feld strebt von der aktiven Elektrode gegen Erde, welche bei kleinen Gefäßen wegen der geringen Außenflächen fehlt. Die Anordnung wird dann empfindlich gegen Berührung, also Erdung von außen und arbeitet unsicher. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht dieser Einfluss nicht.
Zur Leitwertmessung bzw. Medienanalyse schlechthin sind nur berührende Verfahren bekannt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf Distanz und berührungslos möglich, eine Aussage über den Leitwert des Mediums zu bekommen. Auf diese Weise lassen sich bereits eine Vielzahl von Medien trennen oder ein Medium, welches z.B. durch ein Rohr strömt, auf Veränderungen von außen zu überwachen. Eine berührungslose Medienidentifikation ist somit möglich, woraus sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ergeben könnte. Da das Magnetfeld auch in die Tiefe eindringt und somit auch leitfähige Medien durch weniger leitfähige Medien hindurch erkennen kann, wären vielleicht medizinische Analysen bis zu einer bestimmten Gewebetiefe möglich.
Vergleich mit induktiven Näherungsschaltern:
Die erfindungsgemäße Anordnung erinnert an induktive Näherungsschalter. Auch diese besitzen in der klassischen Ausführung einen Schwingkreis mit Oszillator. Induktive Näherungsschalter sind jedoch bestimmungsgemäß nur für die Erkennung von Metallen gedacht. Die Aufkopplung des magnetischen Feldes verursacht im Metall einen sehr hohen Wirbelstrom der den Oszillator bedämpft und ihm Energie entzieht. Der entscheidende Unterschied zur erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Tatsache das induktive Sensoren nur auf sehr hohe Wirbelstöme d.h. kleinste Widerstände bzw. höchste Leitfähigkeiten im Bereich > 10S/cm – um den Faktor 1000 höher als bei der erfindungsgemäßen Anordnung – wie sie durch Metalle gegeben sind reagieren. Flüssigkeiten selbst mit den höchst vorkommenden Leitwerten können diese daher überhaupt nicht erkennen. Ihre Primär-Spulen besitzen eine höhere Wendungszahl, womit das transformatorische Wendungsverhältnis, sowie die Arbeitsfrequenz völlig anders ausgelegt ist wie bei der erfindungsgemäßen Anordnung. Eine einzige Sekundärwindung, wie sie jeder Kreisstrom darstellt, muss daher bei einem induktiven Sensor einen vielfach höheren Stromfluss aufweisen, um auf der Primärwicklung einen entsprechenden Lastunterschied bzw. Energieentzug zu erhalten. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet mit einer geringen Primärwindungszahl, wodurch sehr kleine Wirbelströme, d.h. größere Widerstände bzw. viel kleinere Leitwerte oder Lasten wie sie durch Flüssigkeiten gegeben sind, einen deutlichen Ausschlag liefern.
Die Neuartigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung besteht somit auch in der Ausnutzung eines solchen Prinzips für die Abfrage von Flüssigkeiten auf Distanz. Bisher ist die magnetische, transformatorische bzw. induktive Abfrage von Flüssigkeiten nicht bekannt.
In einer praktischen Ausführungsform eines Oszillators in einem Regelkreis gemäß der 3 ist eine aktive Sensorspule 1 mit 1 bis max. 5 Windungen, aus Draht flach gewickelt oder in geprinteter Ausführung und hinreichendem Durchmesser > 1cm, Bestandteil eines LC-Schwingkreises und auf dessen Resonanzfrequenz freischwingendem HF-Oszillators 3. Die Spule 1 ist flach und parallel und nah zu einer nichtmetallischen Behälteraußenwand 2 angeordnet. In dem zugehörigem Behälter befindet sich ein flüssiges, hinreichend leitfähiges ab ca. 10 ms/cm Medium 4. Die HF-Spannung an der Spule erzeugt einen magnetischen Fluss 5, der etwa senkrecht in das Medium 4 eindringt und auf Grund dessen Leitfähigkeit dort einen Kreiswechselstrom 6, ähnlich wie in einer Koppelspule mit 1 Windung und angeschlossenem Verbraucher, hervorruft gemäß der 2. Die Leistung des Oszillators 3 bzw. die Spannungsamplitude 10 an der Schwingkreisspule 1 lässt sich über eine Steuergleichspannung 9 von 0V bis Versorgungsspannung an einem Steuereingang stufenlos regeln. Die HF-Spannung am Schwingkreis 10 wird durch einen Spitzenwertgleichrichter 11 gleichgerichtet und die, zur HF-Amplitude proportionale Gleichspannung 12 sowie eine Sollwertgleichspannung 13 einem Regelkreis 14 zugeführt. Der Regelkreis 14 hält die Schwingkreisspannung 10 durch Sollwert- 13 Istwert 12- Vergleich und resultierender Steuerung 9 der Oszillatorleistung konstant.
Befindet sich das Medium 4 nicht im magnetischen Feld von 1 so ist die Steuerspannung 9 am kleinsten. Bedeckt das Medium 4 die Spule 1 vollständig so wird dem Schwingkreis Energie entzogen, wodurch die HF-Spannung 10 ohne Regelkreis zurückgehen würde. Der Rückgang von 10 bzw. 12 ist etwa proportional zum Leitwert. Die Reduzierung von 10 wird jedoch durch den Regelkreis über die Steuerspannung 9 ansteigend ausgeglichen. Somit ist die Steuerspannung 9 ein direktes Maß einerseits für das Vorhandensein des Mediums sowie für dessen Leitwert. Die Spannung 9 kann somit z.B. für eine Medienanalyse direkt analog ausgewertet werden oder aus ihr durch Vergleich mit einer vorgebbaren Schwellenspannung 15 in einen Spannungskomparator 16 ein Schaltsignal generiert werden, sobald der Füllstand von 4 in das Feld des erfindungsgemäßen Sensors gelangt. Ein Vorteil dieser vorzugsweisen Ausführungsform besteht darin, dass der Pegel des Oszillators immer auf sehr geringem Niveau gehalten werden kann und somit Störaussendungen im HF-Bereich gering bleiben. Ferner erreicht man eine hohe Dynamik d.h. der messbare Leitwertbereich ist sehr hoch.
In der praktischen Ausführungsform eines Oszillators ohne Regelkreis gemäß der 4 besteht Ähnlichkeit zur Schaltung der 3, jedoch mit dem Unterschied, dass der Regelkreis 14 und die Sollspannung 13 entfallen. Der Oszillator schwingt ohne Bedämpfung mit einem Vorgabewert der Steuerspannung 9 und somit HF-Amplitude 10. Die gleichgerichtete HF-Spannung 12 wird direkt ausgewertet. Kommt das Medium 4 in den Bereich der Sensorspule 1 sinkt 10 und somit 12 durch Energieentzug. Diese Spannungsreduzierung von 12 kann direkt analog oder durch Vergleich mit einer Schwellenspannung 15 in einem Spannungskomparator 16 ausgewertet werden.
Die Abklingdauer und die Messung einer einmalig angeregten, aperiodischen Schwingung in Abhängigkeit von der Dämpfung bzw. vom Leitwert eines Mediums, ist in 5 gezeigt. Die Spule 1, an die Behälterwand 2 angekoppelt wie in den 1, 3 bis 4, ist Bestandteil eines LC-Schwingkreises hinreichender Güte. Dieser Schwingkreis wird z.B. durch eine impulsförmige Spannung in regelmäßigen Abständen zum Schwingen angeregt. Die Amplitude einer angeregten Schwingung 19 klingt mit der Zeit nach der Form einer e-Funktion ab. Gelangt das Medium 4 in das Feld der Spule wird dem Schwingkreis Energie entzogen bzw. die Schwingung gedämpft, wodurch sich die Dauer einer angeregten Schwingung stark verkürzt. Durch Spitzenwertgleichrichtung 12 wie in den 3 bis 4 kann die Hüllkurve der abklingenden Schwingung und somit auch deren Zeitdauer 18 bestimmt und ausgewertet werden.
Ohne Medium im unbedämpften Zustand ist die Abklingdauer 18 wesentlich länger als bei Vorhandensein eines sehr leitfähigen Mediums. Die Abklingdauer ist somit ein Maß für Leitwert und Anwesenheit des Mediums 4.
In einer weiteren denkbaren Ausführungsform ist die am Behälter wie in den 1, 3 und 4 angeordnete und ausgeführte Spule L kein Bestandteil eines Schwingkreises, sondern wird direkt mit einer Wechselspannungsquelle hinreichend hoher Frequenz gespeist. Hinreichend hohe Frequenz bedeutet: der Betrag des induktiven Blindwiderstandes der Spule, welcher der Beziehung R_b = ωL gehorcht, ist groß genug gegenüber dem realen Ersatzwiderstand 8 aus der 2, der sich dann einstellt, wenn das Medium in das Feld der Spule L gelangt. Der Energieentzug aus der Wechselspannungsquelle kann dann als Spannungsabfall über einem internen Shuntwiderstand oder eine sonstige schaltungstechnische Maßnahmen gemessen werden.
Zu den Patentansprüchen:
Der transformatorische Sensor zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände ist gemäß 1 gekennzeichnet durch eine aktive Sensorspule 1, welche mit einer ihrer Flachseiten zu einer nichtleitenden bzw. nichtmetallischen Außenwandung 2 eines Behälters nah angeordnet ist, der ein leitfähiges, flüssiges, gel- oder pastöses Medium 4 enthält, wobei die Sensorspule 1 Bestandteil eines LC-Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators 3 ist, welcher eine Schwingung am Schwingkreis aufrecht erhält und die aktive Spule 1 hierdurch einen magnetischen Wechselfluss 5 erzeugt, welcher etwa senkrecht in das Medium 4 eindringt und dort durch die gegebene Leitfähigkeit des Mediums 4 einen schwachen, kreisförmig fließenden Wechsel- oder Wirbelstrom, Kreisstrom, hervorruft und dieser Kreisstrom 6 in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums 4 eine Wirkleistung erzeugt, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule 1 an das Medium 4 dem Schwingkreis entzogen wird und hierdurch der Schwingkreis eine Dämpfung erfährt und als Folge die Amplitude der Hf-Schwingung am Schwingkreis deutlich absinkt und diese Absenkung als direktes Maß sowohl für den Leitwert des Mediums 4 einerseits als auch für die Anwesenheit des Mediums 4 anderseits ausgewertet werden kann.
Der Sensor gemäß der 1 und Anspruch 1 ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Sensorspule 1 als Luftspule mit 1 bis max. 5 Windungen aus Draht flach gewickelt ist oder in geprinteter Ausführung vorliegt und in beiden Alternativen einen hinreichend großen Durchmesser, vorzugsweise ab ca. 1 cm bis 10 cm oder mehr, aufweist.
Der Sensor gemäß der 3 und Anspruch 1 oder 2 ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spannung 10 am, gegen Masse spannungsführendem Ende des Schwingkreises abgegriffen und durch einen Spitzenwertgleichrichter 11 in eine zur HF-Spannung 10 proportionale Gleichspannung 12 umgeformt wird, wobei der Oszillator 3 über einen Steuereingang 9 verfügt, über welchen seine Ausgangs- bzw. Schwingkreisspannung 10 mit einer Gleichspannung 9 stufenlos gesteuert werden kann und die Gleichspannung 12 einem Regelkreis 14 zugeführt wird, welcher sie als Ist-Wert mit einer vorgegeben festen Sollgleichspannung 13 vergleicht und hieraus eine Regelspannung 9 erzeugt, welche über den Steuereingang 9 die Oszillatorspannung 10 bzw. die Gleichspannung 12 konstant auf dem Wert von der Sollgleichspannung 13 hält und somit den Energieentzug durch das Medium 4 ausgleicht und somit diese Regelspannung 9 als direktes Maß für den Leitwert des Mediums analog ausgewertet werden kann, weil sie mit dem Leitwert des Mediums 4 positiv ansteigt und die Regelspannung 9 aber auch dem positiven Eingang eines Spannungskomparators 16 zugeführt werden kann, welcher sie mit einer einstellbaren Schwellenspannung 15 vergleicht und bei Überschreiten dieser Schwelle 15 ein positives Schaltsignal 17 generiert, welches die Anwesenheit des Mediums im Bereich der Sensorspule 1 bzw. das Erreichen des Füllstandes von 4 signalisiert.
Der Sensor gemäß der 4 und einem der vorherigen Ansprüche ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis 14 entfällt, der Oszillator mit einer, durch eine Festspannung 9 am Steuereingang 9 zweckmäßig festgelegten Amplitude 10 schwingt und die gleichgerichtete HF-Spannung 12 als direktes Maß für den Amplitudenabfall bei Energieentzug durch das Medium 4 analog ausgewertet werden kann, weil 12 mit dem Leitwert des Mediums 4 sinkt oder die Spannung 12 dem negativen Eingang eines Spannungskomparators 16 zugeführt werden kann, welcher sie mit einer einstellbaren Schwellenspannung 15 vergleicht und bei Unterschreiten dieser Schwellenspannung ein positives Schaltsignal 17 erzeugt, welches die Anwesenheit des Mediums 4 im Bereich der Spule 1 bzw. das Erreichen des Füllstandes von 4 signalisiert.
Der Sensor nach 1 und Anspruch 1 ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis nicht permanent mit Hilfe einer Oszillatorschaltung oszilliert, sondern in regelmäßigen, hinreichend großen Zeitabständen durch einen Spannungsimpuls zu Eigenschwingungen 19 angeregt wird, deren Amplitude mit der Zeit t nach einer e-Funktion abklingt und diese Abklingdauer 18 von maximaler Amplitude bis fast 0V direkt von der Güte des Schwingkreises und somit vom Energieentzug durch das Medium 4 abhängt, weil sich die Abklingdauer 18 mit dem Leitwert des Mediums 4 verkürzt und somit, zum Beispiel als Hüllkurve 20 durch Gleichrichtung gewonnen, als direktes Maß für den Leitwert oder die Anwesenheit von 4 im Bereich der aktiven Spule 1 ausgewertet werden kann.
Der Sensor nach 1 und Anspruch 1 ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Spule 1 nicht Bestandteil eines LC-Schwingkreises und Oszillators ist, sondern die Spule 1 direkt von einem Wechselspannungsgenerator hinreichend hoher Frequenz gespeist wird und diese Frequenz so hoch sein muss, dass der Betrag des induktiven Blindwiderstandes der Spule 1, welcher der Beziehung Rb = ωL gehorcht, mit ω = Kreisfrequenz und L = Spuleninduktivität, deutlich größer ist als der reale Ersatzwiderstand 8, welcher sich an die Anschlüsse der Spule 1 transformiert, wenn durch ein leitfähiges Medium 4 Energie entzogen wird und dieser Energieentzug als Maß für den Leitwert oder Anwesenheit von 4 als ansteigende Belastung des speisenden Wechselspannungsgenerators schaltungstechnisch detektiert wird.
Des Weiteren kann der Sensor nicht nur berührungslos, sondern auch medienberührend eingesetzt werden bzw. die aktive Spule 1 ist in das abzufragende oder zu analysierende Medium eingetaucht.
Ein Verfahren zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände, unter Verwendung eines transformatorischen Sensors ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer aktiven Sensorspule 1, vorzugsweise als Luftspule mit 1 bis max. 5 Windungen aus Draht flach gewickelt oder in geprinteter Ausführung und hinreichend großem Durchmesser ab ca. 1 cm, welche Sensorspule 1 mit der Flachseite zu einer nicht metallischen Außenwandung 2 eines Behälters nah angeordnet wird, der ein leitfähiges, flüssiges Medium 4 enthält, wobei die Sensorspule 1 Bestandteil eines LC-Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators 3 ist, der eine Schwingung am Schwingkreis aufrecht erhält und die aktive Spule 1 hierdurch einen magnetischen Wechselfluss 5 erzeugt, welcher etwa senkrecht in das Medium 4 eindringt und in diesem Medium 4 durch seine gegebene Leitfähigkeit einen schwachen, kreisförmig fließenden Wechselstrom 6 oder Wirbelstrom 6 hervorruft und dieser Kreisstrom 6 in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums 4 eine Wirkleistung erzeugt, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule 1 an 4 dem Schwingkreis entzogen wird und hierdurch der Schwingkreis eine Dämpfung erfährt und als Folge die Amplitude der Hf-Schwingung am Schwingkreis deutlich absinkt und diese Absenkung als direktes Maß für den Leitwert einerseits und auch die Anwesenheit des Mediums anderseits ausgewertet wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Der patentgemäße Gegenstand ist insbesondere in der Füllstandsmesstechnik gewerblich anwendbar, wenn der Füllstand von leitfähigen Medien durch eine nichtleitende Behälterwand hindurch oder direkt berührend ermittelt werden soll, und ist besonders dann gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, wenn diese Medien zu dicker Filmbildung und Schäumung neigen. Ferner ist der Gegenstand der Erfindung auch gewerblich nutzbar zur berührungslosen Bestimmung von Leitwerten von Medien und somit zu deren Identifikation, Trennung, Analyse oder Überwachung.

Claims

Transformatorischer Sensor zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände, gekennzeichnet durch eine aktive Sensorspule (1), welche mit einer ihrer Flachseiten zu einer nichtleitenden bzw. nichtmetallischen Außenwandung (2) eines Behälters nah angeordnet ist, der ein leitfähiges, flüssiges, gel- oder pastöses Medium (4) enthält, wobei die Sensorspule (1) Bestandteil eines LC-Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators (3) ist, welcher eine Schwingung am Schwingkreis aufrecht erhält und die aktive Spule (1) hierdurch einen magnetischen Wechselfluss (5) erzeugt, welcher etwa senkrecht in das Medium (4) eindringt und dort durch die gegebene Leitfähigkeit des Mediums (4) einen schwachen, kreisförmig fließenden Wechsel- oder Wirbelstrom, Kreisstrom, hervorruft und dieser Kreisstrom (6) in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums (4) eine Wirkleistung erzeugt, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule (1) an das Medium (4) dem Schwingkreis entzogen wird und hierdurch der Schwingkreis eine Dämpfung erfährt und als Folge die Amplitude der Hf-Schwingung am Schwingkreis deutlich absinkt und diese Absenkung als direktes Maß sowohl für den Leitwert des Mediums (4) einerseits als auch für die Anwesenheit des Mediums (4) anderseits ausgewertet werden kann.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Sensorspule (1) als Luftspule mit 1 bis max. 5 Windungen aus Draht flach gewickelt ist oder in geprinteter Ausführung vorliegt und in beiden Alternativen einen hinreichend großen Durchmesser, vorzugsweise ab ca. 1 cm bis 10 cm oder mehr, aufweist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spannung (10) am, gegen Masse spannungsführendem Ende des Schwingkreises abgegriffen und durch einen Spitzenwertgleichrichter (11) in eine zur HF-Spannung (10) proportionale Gleichspannung (12) umgeformt wird, wobei der Oszillator (3) über einen Steuereingang (9) verfügt, über welchen seine Ausgangs- bzw. Schwingkreisspannung (10) mit einer Gleichspannung (9) stufenlos gesteuert werden kann und die Gleichspannung (12) einem Regelkreis (14) zugeführt wird, welcher sie als Ist-Wert mit einer vorgegeben festen Sollgleichspannung (13) vergleicht und hieraus eine Regelspannung (9) erzeugt, welche über den Steuereingang (9) die Oszillatorspannung (10) bzw. die Gleichspannung (12) konstant auf dem Wert von der Sollgleichspannung (13) hält und somit den Energieentzug durch das Medium (4) ausgleicht und somit diese Regelspannung (9) als direktes Maß für den Leitwert des Mediums analog ausgewertet werden kann, weil sie mit dem Leitwert des Mediums (4) positiv ansteigt und die Regelspannung (9) aber auch dem positiven Eingang eines Spannungskomparators (16) zugeführt werden kann, welcher sie mit einer einstellbaren Schwellenspannung (15) vergleicht und bei Überschreiten dieser Schwelle (15) ein positives Schaltsignal (17) generiert, welches die Anwesenheit des Mediums im Bereich der Sensorspule (1) bzw. das Erreichen des Füllstandes von (4) signalisiert.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (14) entfällt, der Oszillator mit einer, durch eine Festspannung (9) am Steuereingang (9) zweckmäßig festgelegten Amplitude (10) schwingt und die gleichgerichtete HF-Spannung (12) als direktes Maß für den Amplitudenabfall bei Energieentzug durch das Medium (4) analog ausgewertet werden kann, weil (12) mit dem Leitwert des Mediums (4) sinkt oder die Spannung (12) dem negativen Eingang eines Spannungskomparators (16) zugeführt werden kann, welcher sie mit einer einstellbaren Schwellenspannung (15) vergleicht und bei Unterschreiten dieser Schwellenspannung ein positives Schaltsignal (17) erzeugt, welches die Anwesenheit des Mediums (4) im Bereich der Spule (1) bzw. das Erreichen des Füllstandes von (4) signalisiert.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis nicht permanent mit Hilfe einer Oszillatorschaltung oszilliert, sondern in regelmäßigen, hinreichend großen Zeitabständen durch einen Spannungsimpuls zu Eigenschwingungen (19) angeregt wird, deren Amplitude mit der Zeit t nach einer e-Funktion abklingt und diese Abklingdauer (18) von maximaler Amplitude bis fast 0V direkt von der Güte des Schwingkreises und somit vom Energieentzug durch das Medium (4) abhängt, weil sich die Abklingdauer (18) mit dem Leitwert des Mediums (4) verkürzt und somit, zum Beispiel als Hüllkurve (20) durch Gleichrichtung gewonnen, als direktes Maß für den Leitwert oder die Anwesenheit von (4) im Bereich der aktiven Spule (1) ausgewertet werden kann.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Spule (1) nicht Bestandteil eines LC-Schwingkreises und Oszillators ist, sondern die Spule (1) direkt von einem Wechselspannungsgenerator hinreichend hoher Frequenz gespeist wird und diese Frequenz so hoch sein muss, dass der Betrag des induktiven Blindwiderstandes der Spule (1), welcher der Beziehung Rb = ωL gehorcht, mit ω = Kreisfrequenz und L = Spuleninduktivität, deutlich größer ist als der reale Ersatzwiderstand (8), welcher sich an die Anschlüsse der Spule (1) transformiert, wenn durch ein leitfähiges Medium (4) Energie entzogen wird und dieser Energieentzug als Maß für den Leitwert oder Anwesenheit von (4) als ansteigende Belastung des speisenden Wechselspannungsgenerators schaltungstechnisch detektiert wird.
Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor nicht nur berührungslos, sondern auch medienberührend eingesetzt werden kann bzw. die aktiven Spule (1) in das abzufragende oder zu analysierende Medium eingetaucht ist.
Verfahren zur berührungslosen, anhaftungsneutralen Abfrage von Füllständen sowie zur berührungslosen Leitwertanalyse von leitfähigen Flüssigkeiten durch nichtmetallische Behälterwände, unter Verwendung eines transformatorischen Sensors, gekennzeichnet durch die Verwendung einer aktiven Sensorspule (1), vorzugsweise als Luftspule mit 1 bis max. 5 Windungen aus Draht flach gewickelt oder in geprinteter Ausführung und hinreichend großem Durchmesser ab ca. 1 cm, welche mit der Flachseite zu einer nicht metallischen Außenwandung (2) eines Behälters nah angeordnet wird, der ein leitfähiges, flüssiges Medium (4) enthält, wobei die Sensorspule (1) Bestandteil eines LC-Schwingkreises und eines freischwingenden Oszillators (3) ist, welcher eine Schwingung am Schwingkreis aufrecht erhält und die aktive Spule (1) hierdurch einen magnetischen Wechselfluss (5) erzeugt, welcher etwa senkrecht in das Medium (4) eindringt und in diesem Medium (4) durch seine gegebene Leitfähigkeit einen schwachen, kreisförmig fließenden Wechselstrom (6) oder Wirbelstrom (6) hervorruft und dieser Kreisstrom (6) in Verbindung mit einem Spannungsabfall an dem ohmschen Wirkwiderstand als Kehrwert des Leitwertes des Mediums (4) eine Wirkleistung erzeugt, welche wiederum über die transformatorische Ankopplung der Spule (1) an das Medium (4) dem Schwingkreis entzogen wird und hierdurch der Schwingkreis eine Dämpfung erfährt und als Folge die Amplitude der Hf-Schwingung am Schwingkreis deutlich absinkt und diese Absenkung als direktes Maß für den Leitwert einerseits und auch die Anwesenheit des Mediums anderseits ausgewertet wird.