DE102005011614A1 - Device for capacitative filling level measurement in fluid has aqueous and non-aqueous liquids in metallic or non-metallic containers whereby measuring probe can be adjusted by its design at shape of tank or can be operated freely installed - Google Patents

Device for capacitative filling level measurement in fluid has aqueous and non-aqueous liquids in metallic or non-metallic containers whereby measuring probe can be adjusted by its design at shape of tank or can be operated freely installed Download PDF

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Abstract

The device has aqueous and non-aqueous liquids in metallic or non-metallic containers (5). Measuring probe (10) arranged individually or as parallel connected dipole, can be adjusted by its design at the shape of tank or can be operated freely installed. The dipole has principle of two parallel to each other current and opposite isolated (2) electrical conductor (1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung bei Flüssigkeiten in einem metallischen und nicht metallischen Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a device for capacitive Level measurement at liquids in a metallic and non - metallic container according to the preamble of Claim 1.

Bei einer derartigen aus etlichen Patenten bekannten Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung in Behältern, bei denen die Sonden in verschiedenen Anordnungen aus gegeneinander isolierten, leitenden Flächen bestehen, die einen Kondensator im elektrischen Sinne darstellen, wird eine Füllstandsänderung über eine Änderung der Kapazität direkt gezeigt, die dann durch geeignete Meßmethoden oder Umwandlungsmethoden visuell oder elektrisch dargestellt werden kann.at Such known from several patents device for Capacitive level measurement in containers, where the probes in different arrangements of against each other isolated, conductive surfaces consist of a capacitor in the electrical sense, is a level change over a change the capacity directly shown then by appropriate measuring methods or conversion methods can be displayed visually or electrically.

Schwierigkeit dieser Methode ist die Anordnung und Installation der als Kondensator fungierenden, gegeneinander isolierten Flächen, die meistens auf einem Träger aufgebaut sein müssen, oder als Rohr-in-Rohr-System ausgeführt werden. Nun sind bei wässrigen Lösungen die dielektrischen Eigenschaften so optimal, dass die Anordnung der Kondensatorflächen nicht wichtig ist, hingegen sind bei nicht wässrigen Flüssigkeiten die dielektrischen schlechter, als bei wässrigen Flüssigkeiten.difficulty This method is the arrangement and installation of the as a capacitor functioning, mutually isolated surfaces, mostly on one carrier have to be built or as a pipe-in-pipe system. Well are with watery solutions the dielectric properties so optimal that the arrangement the capacitor surfaces is not important, however, in non-aqueous liquids, the dielectric is poorer, as in aqueous Liquids.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung für wässrige und nicht wässrige Flüssigkeiten in Behältern der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Vorzüge der schnellen, billigen und flexiblen Ausführung und Installation der Messsonden schafft.task The present invention is a device for capacitive Level measurement for aqueous and non-aqueous liquids in containers of the type mentioned at the outset, which takes advantage of the fast, cheap and flexible design and installation of the probes creates.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.to solution This object is achieved in a device for capacitive level measurement said type provided the features specified in claim 1.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine einfache Sondenbauweise und eine leichte Installation der Sonde auch in komplizierten Behältern erreicht, die eine weitgehend störungsfreie und genaue Messung des Füllstandes zulassen.By the measures according to the invention a simple probe design and easy installation of the probe even in complicated containers achieved, which is a largely trouble-free and accurate level measurement allow.

Gemäß Ausführungsform sind in vorteilhafter Weise die Merkmale nach Anspruch 2 und/oder 3 vorgesehen, was in einfacher Weise zum Einen die Form eines Behälters berücksichtigt, und zum Anderen die Verpackung der Messsonde beinhaltet. Der Aufbau der elektrischen Schaltung im Prinzip ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 4. According to embodiment are advantageously the features of claim 2 and / or 3 provided, which in a simple way takes into account the shape of a container, and on the other hand, the packaging of the probe includes. The structure the electrical circuit in principle results from the features of claim 4.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in den Zeichnungen erläuterten Ausführungen näher beschrieben, dargestellt und erläutert ist.Further Details of the invention can be taken from the following description, in the invention with reference to the embodiments explained in the drawings described in more detail, illustrated and explained is.

Es zeigen:It demonstrate:

1 In schematischer Darstellung eine kapazitive Messsonde im Grundaufbau als Dipol. 1 Schematic representation of a capacitive probe in the basic structure as a dipole.

2 Der Aufbau der Maßsonde im Schnitt mit dem dargestellten parasitären kapazitiven Feld als Prinzipbild für A als frei umflossene Messsonde und für B als in die Behälterwand eingelassene oder auf die Behälterwand aufgebrachte Messsonde. 2 The structure of the Maßsonde in section with the illustrated parasitic capacitive field as a schematic diagram of A as a freely encircled probe and B as in the container wall embedded or applied to the container wall measuring probe.

3 Die prinzipielle Anordnung der Messsonde der kapazitiven Füllstandsmesseinrichtung für wässrige und nicht wässrige Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern in angepassten Formen. 3 The basic arrangement of the measuring probe of the capacitive level measuring device for aqueous and non-aqueous liquids in metallic and non-metallic containers in adapted forms.

4 Die prinzipielle Darstellung der kapazitiven Messsonde als separate Füllstandsmesseinheit für wässrige Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern bei einfachen oder geraden Formen. 4 The basic representation of the capacitive probe as a separate level measuring unit for aqueous liquids in metallic and non-metallic containers with simple or straight forms.

5 In schematischer Darstellung eine Sensoranordnung für die Füllstandsmessung von wässrigen und nicht wässrigen Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern mit den dazu gehörigen Komponenten im Blockschaltbild. 5 Schematic representation of a sensor arrangement for level measurement of aqueous and non-aqueous liquids in metallic and non-metallic containers with the associated components in the block diagram.

Aufgrund der günstigen dielektrischen Eigenschaften bei wässrigen Lösungen, z.B. Harnstoffaditive bei Dieselfahrzeugen, Frisch- und Brauchwasser ist die Lage und die Ausführung des kapazitiven Füllstandssensors einfach. Die Ausführung der erfindungsgemäßen Art besteht aus zwei nebeneinander oder parallel verlaufenden zueinander isolierten Drähten, die vorteilhafterweise als Dipolkabel im PE-Verguß oder Parallelantennenkabel ausgeführt eine billige Form der Sonde darstellen.by virtue of the cheap dielectric properties in aqueous solutions, e.g. Harnstoffaditive in diesel vehicles, fresh and hot water is the location and execution the capacitive level sensor easy. Execution the type of the invention consists of two side by side or parallel to each other insulated wires, the advantageously as a dipole cable in PE-casting or parallel antenna cable executed one represent cheap form of the probe.

Der in der 1 zur Messsonden – Anordnung dargestellte Dipol 10 zur kapazitiven Füllstandsmessung bei wässrigen Flüssigkeiten zeigt zwei parallel verlaufende und gegeneinander und zur messenden Flüssigkeit hin isolierte (20) Drähte aus leitendem Material (1), die umgeben sind von Isoliermaterial (2), vorzugsweise ein Kunststoff, PE oder PVC. Die Isolierung ist dahingehend ausgeformt, dass zwischen den Einzelleitern (1) ein definierter Steg mit der Breite (b) den Abstand der parallel geführten Einzelleiter bestimmt. Dieser Abstand ist je nach Länge (L) des Sensors (10) und der Beschaffenheit der zu messenden Flüssigkeit variabel. Die Länge (L) des Sensors (10) ist abhängig von der Behälterform und der Behälterhöhe, und kann praktisch unbegrenzt sein. Praktikable Längen sind jedoch bis 10 Meter als Einzelsensor.The Indian 1 for the measuring probe arrangement shown dipole 10 for capacitive level measurement in aqueous liquids shows two parallel (and against each other and the liquid to be measured out isolated ( 20 ) Wires made of conductive material ( 1 ) surrounded by insulating material ( 2 ), preferably a plastic, PE or PVC. The insulation is designed so that between the individual conductors ( 1 ) a defined web with the width (b) determines the distance between the parallel guided individual conductors. This distance depends on the length (L) of the sensor ( 10 ) and the Beschaf variability of the liquid to be measured. The length (L) of the sensor ( 10 ) depends on the container shape and container height, and can be virtually unlimited. However, practicable lengths are up to 10 meters as a single sensor.

Der Sensor (10) kann auch dahingehend ausgeführt sein, dass mehrere der oben beschriebenen Leiterpaare nebeneinander oder hintereinander geschaltet werden. Diese Bauweise findet Anwendung bei nicht wässrigen Flüssigkeiten, wie Treibmitteln, Alkoholen, Ölen und chemischen Flüssigkeiten. Damit wird eine höhere Empfindlichkeit des Sensors erreicht, der bei nicht wässrigen Flüssigkeiten aufgrund ihrer schlechteren dielektrischen Eigenschaften nötig ist.The sensor ( 10 ) can also be designed so that several of the above-described pairs of conductors are connected side by side or in series. This design applies to non-aqueous liquids such as propellants, alcohols, oils and chemical liquids. This results in a higher sensitivity of the sensor, which is necessary for non-aqueous liquids due to their poorer dielectric properties.

Die parallel angeordneten Leiter des Sensors (10), beispielsweise als Einzelsensor für wässrige Flüssigkeiten, stellen einen elektrischen Kondensator dar, der, je nach Länge und Abstand der Leiter, in Luft, also bei leerem Behälter ca. 20 bis 150 pF betragen. Bei ganz gefülltem Behälter liegen die Kapazitätswerte dieser Bauweise je nach Länge und Abstand der Leiter bei ca. 35 bis 300 pF. Damit ist eine Kapazitätsänderung von leer zu voll von ca. 15 pF bis 150 pF gegeben und auswertbar.The parallel conductors of the sensor ( 10 ), for example, as a single sensor for aqueous liquids, represent an electrical capacitor, which, depending on the length and distance of the conductor, in air, so be empty with an empty container about 20 to 150 pF. If the container is completely filled, the capacitance values of this design, depending on the length and distance of the conductors, are approx. 35 to 300 pF. Thus a capacity change from empty to full of approx. 15 pF to 150 pF is given and can be evaluated.

Das Meßsystem nutzt aufgrund der optimalen dielektrischen Eigenschaften von wässrigen Lösungen die parasitären Kapazitäten, um den Füllstand in einem Behälter zu bestimmen. Die in 2 dargestellten Schnitte durch den Sensor (10) verdeutlichen die kapazitiven Felder (3) bei einem frei in der Flüssigkeit angebrachten Füllstandsmesssystem (A) und bei einem mit einer Behälterwand (5) verbundenem Füllstandsmesssystem (B). Beim mit der Behälterwand (5) verbundenem Füllstandsmesssystem können die parallel geführten Leiter (1) in die Behälterwand (5) eingearbeitet, auf die Behälterwand (5) aufgeklebt oder in einem Abstand an der Behälterwand (5) entlang geführt werden. Bei nicht metallischen Behältern kann der Isolator (2) des Sensors (10) aus dem gleichen Material bestehen, wie die Behälterwand (5). Damit ist eine Installation des Sensors (10) bei der Entstehung des Behälters (5) möglich. Der Füllstandssensor der erfindungsgemäßen Art lässt verschiedene Bauweisen zu. Diese Bauweise findet auch Anwendung bei nicht wässrigen Lösungen, indem mehrere Sensoren (10) parallel nebeneinander installiert werden.The measuring system uses the parasitic capacitances due to the optimum dielectric properties of aqueous solutions to determine the level in a container. In the 2 illustrated sections through the sensor ( 10 ) illustrate the capacitive fields ( 3 ) with a level measuring system (A) mounted freely in the liquid and with a container wall ( 5 ) connected level measuring system (B). When with the container wall ( 5 ) level measurement system, the parallel conductors ( 1 ) in the container wall ( 5 ), on the container wall ( 5 ) or at a distance to the container wall ( 5 ) are guided along. For non-metallic containers, the insulator ( 2 ) of the sensor ( 10 ) consist of the same material as the container wall ( 5 ). This is an installation of the sensor ( 10 ) in the formation of the container ( 5 ) possible. The level sensor of the type according to the invention allows for different types of construction. This design also applies to non-aqueous solutions by using multiple sensors ( 10 ) are installed side by side in parallel.

Die in 3 dargestellte Lösung verdeutlicht die Installation des Sensors (10) an der Behälterwand, auch bei Behältern mit beliebiger Formgebung. Die Flüssigkeit (6) trifft auf den Sensor (10) je nach Installation des Sensors (10) an der Behälterwand ein- oder beidseitig. Es ist ebenso eine in 4 dargestellte Bauweise denkbar, die den Sensor (10) in einem Abschirmrohr (7) frei hängend und nach unten gespannt in der Flüssigkeit (6) hält.In the 3 The solution shown here illustrates the installation of the sensor ( 10 ) on the container wall, even in containers of any shape. The liquid ( 6 ) hits the sensor ( 10 ) depending on the installation of the sensor ( 10 ) on the container wall on one or both sides. It is also an in 4 illustrated construction conceivable, the sensor ( 10 ) in a shielding tube ( 7 ) hanging freely and stretched down in the liquid ( 6 ) holds.

Die zur Umsetzung auf verarbeitbare elektrische Größen benötigte Elektronik befindet sich im Kopf (14) des Sensors. Er ist in 5 prinzipiell dargestellt. Die Elektronische Schaltung (4) besteht aus folgenden Komponenten: Eingangsschaltung (8) mit astabilen oder monostabilen Schwingkreis und, bei astabiler Multivibratoranwendung Frequenzverdoppler, Mikrocomputer (9) mit Schreiblesespeicher und Programmspeicher, Ausgangsverstärker (11) mit Ausgangsgrößen – Anpassung auf die gewünschte elektrische Größe oder Schnittstelle (Strom, Spannung, el. Widerstand, CAN-Bus, RS232. Der Sensor (10) ist mit der Sensorelektronik (4) elektrisch verbunden.The electronics required for conversion to workable electrical quantities are in the head ( 14 ) of the sensor. He is in 5 shown in principle. The electronic circuit ( 4 ) consists of the following components: 8th ) with astable or monostable oscillating circuit and, in the case of astable multivibrator application frequency doubler, microcomputer ( 9 ) with read-write memory and program memory, output amplifier ( 11 ) with output variables - adaptation to the desired electrical size or interface (current, voltage, electrical resistance, CAN bus, RS232. 10 ) is connected to the sensor electronics ( 4 ) electrically connected.

Figurenliste:List of figures:

1 In schematischer Darstellung eine kapazitive Messsonde im Grundaufbau als Dipol. 1 Schematic representation of a capacitive probe in the basic structure as a dipole.

2 Der Aufbau der Maßsonde im Schnitt mit dem dargestellten parasitären kapazitiven Feld als Prinzipbild für A als frei umflossene Messsonde und und für B als in die Behälterwand eingelassene oder auf die Behälterwand aufgebrachte Messsonde. 2 The structure of the Maßsonde in section with the illustrated parasitic capacitive field as a schematic diagram of A as a freely encircled probe and and B as in the container wall embedded or applied to the container wall measuring probe.

3 Die prinzipielle Anordnung der Messsonde der kapazitiven Füllstandsmesseinrichtung für wässrig und nicht wässrige Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern in angepassten Formen. 3 The basic arrangement of the measuring probe of the capacitive level measuring device for aqueous and non-aqueous liquids in metallic and non-metallic containers in adapted forms.

4 Die prinzipielle Darstellung der kapazitiven Messsonde als separate Füllstandsmesseinheit für wässrige Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern bei einfachen oder geraden Formen. 4 The basic representation of the capacitive probe as a separate level measuring unit for aqueous liquids in metallic and non-metallic containers with simple or straight forms.

5 In schematischer Darstellung eine Sensoranordnung für die Füllstandsmessung von wässrigen und nicht wässrigen Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern mit den dazu gehörigen Komponenten im Blockschaltbild. 5 Schematic representation of a sensor arrangement for level measurement of aqueous and non-aqueous liquids in metallic and non-metallic containers with the associated components in the block diagram.

11
EinzelleiterSingle conductor
22
Isolatorinsulator
33
kapazitives Feldcapacitive field
44
Elektronische Schaltungelectronic circuit
55
metallischer oder nicht metallischer Behältermetallic or non-metallic container
66
Flüssigkeitliquid
77
Abschirmrohr, metallisch oder nicht metallischshielding, metallic or non-metallic
55
Eingangsschaltunginput circuit
99
Mikrocomputermicrocomputer
1010
Sensorsensor
1111
AusgangsverstärkerschaltungOutput amplifier circuit
1414
Sensorkopfsensor head
2020
Isolationisolation

Claims (4)

Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung bei wässrigen und nicht wässrigen Flüssigkeiten in metallischen und nicht metallischen Behältern (5), die dahingehend ausgeführt sind, dass die Messsonde (10) als einzeln oder parallel geschalteter Dipol ausgeführt ist, welche durch ihre Bauart an Tankform angepasst oder frei installiert betrieben werden kann. Der Dipol besteht prinzipiell aus zwei parallel zueinander laufende und gegeneinander isolierte (2) elektrische Leiter (1).Capacitive level measurement device for aqueous and non-aqueous liquids in metallic and non-metallic containers ( 5 ), which are designed such that the measuring probe ( 10 ) is designed as a single or parallel connected dipole, which can be adapted by their design to tank shape or operated freely installed. In principle, the dipole consists of two mutually parallel and mutually isolated ( 2 ) electrical conductors ( 1 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (10) als Einzelsonde oder als parallele Sonde der Tankform angepasst in die Tankwand eingeklebt, eingegossen oder auf die Tankwand direkt aufgebracht oder in einem Abstand geführt aufgebracht ist.Device according to claim 1, characterized in that the measuring probe ( 10 ) as a single probe or as a parallel probe of the tank shape adapted glued into the tank wall, cast or applied directly to the tank wall or applied guided at a distance. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (10) als frei im Behälter stehender oder hängender Füllstandssensor mit oder ohne metallischem oder nicht metallischem Abschirmrohr in gerader oder gebogener Ausführung installiert ist. Device according to claim 1, characterized in that the measuring probe ( 10 ) is installed as a free-standing or suspended level sensor with or without metallic or non-metallic shielding tube in straight or curved design. Vorrichtung nach Anspruch 1 in Verbindung mit der Elektronik (4) nach Btockschaltbild (5) mit Eingangsschaltung (8) mit astabilen oder monostabilen Schwingkreis und, bei astabiler Multivibratoranwendung Frequenzverdopplung, Mikrocomputer (9) mit Schreiblesespeicher und Programmspeicher, Ausgangsverstärker (11) mit Ausgangsgrößen – Anpassung auf die gewünschte elektrische Größe oder Schnittstelle (Strom, Spannung, el. Widerstand, CAN-Bus, RS232. Der Sensor (10) ist mit der Sensorelektronik (4) elektrisch verbunden.Device according to claim 1 in connection with the electronics ( 4 ) to Btockschaltbild ( 5 ) with input circuit ( 8th ) with astable or monostable resonant circuit and, in astable multivibrator application frequency doubling, microcomputer ( 9 ) with read-write memory and program memory, output amplifier ( 11 ) with output variables - adaptation to the desired electrical size or interface (current, voltage, electrical resistance, CAN bus, RS232. 10 ) is connected to the sensor electronics ( 4 ) electrically connected.
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