DE102021132555A1

DE102021132555A1 - Berührungslose flüssigkeitssensortechniken

Info

Publication number: DE102021132555A1
Application number: DE102021132555.2A
Authority: DE
Inventors: Igor Kolych; Igor Kravets; Oleksandr Karpin; Andriy Maharyta
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US11300536B1; JP2022097460A

Abstract

Es wird auf berührungslose Flüssigkeitssensorik gerichtete Technik beschrieben. Eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst ein Multiport-Netzwerk, eine Kapazitätsmessschaltung und eine Digitalverarbeitungsschaltung. Die Verarbeitungsvorrichtung misst einen ersten Satz und einen zweiten Satz Ströme, die mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die an eine Außenoberfläche eines Flüssigkeit enthaltenden Behälters gekoppelt sind, assoziiert sind. Die Verarbeitungsvorrichtung bestimmt unabhängige Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme. Die Verarbeitungsvorrichtung bestimmt eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit.

Description

HINTERGRUND
Es gibt einen wachsenden Markt für das kombinierte Abfühlen von Flüssigkeitsniveau und -eigenschaften in den Bereichen Kfz, Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), und Konsumgüter. Zum Beispiel können einige Anwendungen für das Abfühlen von Flüssigkeitsniveau und Flüssigkeitseigenschaften Windschutzscheiben-Waschfluid, Kraftstoffniveausensoren, Wasserhärteniveau für Kaffeemaschinen, intelligente Sensorik in Kühlschränken oder dergleichen umfassen. Die meisten dieser Anwendungen erfordern berührungslose Sensorik.
Figurenliste
Die Offenbarung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

1 ist ein Blockdiagramm einer Verarbeitungsvorrichtung für die berührungslose Flüssigkeitssensorik und Bestimmung einer elektrischen Eigenschaft von Flüssigkeit in einem Behälter gemäß mindestens einer Ausführungsform.
2 ist ein Ablaufdiagramm von Verarbeitungsstufen einer Verarbeitungsvorrichtung mit berührungsloser Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform.
3 ist ein Ablaufdiagramm von Verarbeitungs-Teilstufen einer Verarbeitungsvorrichtung mit berührungsloser Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform.
4A ist ein Schaltschema eines ersten Schaltungsmodells gemäß mindestens einer Ausführungsform.
4B ist ein Schaltschema eines zweiten Schaltungsmodells gemäß mindestens einer Ausführungsform.
4C ist ein Schaltschema eines dritten Schaltungsmodells gemäß mindestens einer Ausführungsform.
5A ist ein Schaltschema einer Kapazitätsmessschaltung mit mehreren Multiplexern für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform.
5B ist ein Schaltschema einer Kapazitätsmessschaltung mit mehreren Empfängerkanälen für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform.
6 ist ein Schaltschema einer Ladungsmessschaltung mit einem Empfängerkanal und einem Floating-Ground-Signalgenerator für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform.
7A zeigt eine Sensoranordnung mit einer ersten Elektrode, einer aktiven Schirmelektrode, einer zweiten Elektrode und zwei Masseschirmelektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform.
7B zeigt eine Sensoranordnung mit einer Sendeelektrode auf einer Seite eines Behälters und einem Satz Empfängerelektroden auf einer anderen Seite des Behälters gemäß mindestens einer Ausführungsform.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Verarbeitungsvorrichtung für die berührungslose Flüssigkeitssensorik, um eine elektrische Eigenschaft von Flüssigkeit in einem Behälter zu bestimmen, gemäß mindestens einer Ausführungsform.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer elektrischen Eigenschaft von Flüssigkeit in einem Behälter gemäß mindestens einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten dar, wie etwa Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren und so weiter, um für gutes Verständnis verschiedener Ausführungsformen der hierin beschriebenen Methoden für berührungslose Sensortechniken zu sorgen. Wie vorangehend beschrieben, gibt es verschiedene Anwendungen, die berührungslose Flüssigkeitssensorik erfordern, wie etwa Anwendungen in den Bereichen Kfz, loT und Konsumgüter.
Herkömmlicherweise werden ein oszilloskopisches Verfahren und ein Brückenverfahren verwendet, um eine Amplitude und eine Phasenverschiebung mit hohem Oversampling und In-Phase- und Quadratur(IQ)-Demodulation zu ermitteln. Bei diesen Verfahren wird Flüssigkeit vorgegebenen Bedingungen ausgesetzt (z. B. in speziellen Einrichtungen), um Umgebungseinwirkungen zu minimieren. Herkömmliche Verfahren können Flüssigkeitseigenschaften nicht in willkürlichen oder dynamischen Umgebungen messen. Diese Verfahren berücksichtigen keine Erdungseffekte, was einen Basisliniendrift bewirkt. Außerdem können diese Verfahren keinen Film und Schaum von Flüssigkeiten an den Wänden handhaben, was falsche Niveaumesswerte liefert. Außerdem liegen Fertigungstoleranzen und Temperaturabhängigkeiten bei den elektrischen Eigenschaften der Wände (oder der Beschichtung) vor, die bei diesen Verfahren zu Problemen führen können. Zum Beispiel kann eine Empfindlichkeit auf die Kunststoffwanddicke eines Behälters vorliegen, die Kapazitätsmessungen verändern kann, da diese herkömmlichen Verfahren nicht die elektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit selbst oder den Absolutwert der Flüssigkeitsleitfähigkeit und -permittivität messen können.
Hierein sind verschiedene Ausführungsformen von Methoden für berührungslose Flüssigkeitssensortechniken beschrieben. Es kann ein Multiport-Netzwerk verwendet werden, um ein berührungsloses Flüssigkeitsabfühlverfahren zu realisieren, das das Abfühlen von Eigenkapazität und Gegenkapazität in mehreren Frequenzbereichen kombiniert und Messungen von Absolutwerten elektrischer Flüssigkeitseigenschaften ermöglicht. Das berührungslose Flüssigkeitsabfühlverfahren kann den Einfluss oder den Effekt einer dielektrischen Beschichtung (Behälterwände) und den durch eine sich verändernde Umgebung verursachten Erdungseffekt entfernen. Das berührungslose Flüssigkeitsabfühlverfahren kann außerdem das Flüssigkeitsvolumen von Schaum und Film an der Wand des Behälters unterscheiden, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
Eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst ein Multiport-Netzwerk, eine Strommessschaltung und eine Digitalverarbeitungsschaltung. Die Verarbeitungsvorrichtung misst einen ersten Satz und einen zweiten Satz Ströme, die mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die an eine Außenoberfläche eines Flüssigkeit enthaltenden Behälters gekoppelt sind, assoziiert sind. Es gibt eine Umgebungsmasse, die durch leitfähige Gegenstände um einen Behälter mit Flüssigkeit verursacht wird. Eine Verarbeitungsvorrichtung bestimmt unabhängige Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme. Eine Verarbeitungsvorrichtung bestimmt eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit.
Ein Verweis in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, ein bestimmter Schritt oder Vorgang oder eine bestimmte Charakteristik, die oder der in Verbindung mit der Ausführungsform oder den Ausführungsformen beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Ferner beziehen sich Instanzen der Ausdrücke „eine Ausführungsform“, „eine beispielhafte Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ an verschiedenen Stellen in der Beschreibung nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform oder dieselben Ausführungsformen.
Die Beschreibung umfasst Verweise auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen Darstellungen gemäß Ausführungsbeispielen. Diese Ausführungsformen, auf die hierin auch als „Beispiele“ verwiesen werden kann, werden ausreichend ausführlich beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands auszuführen. Die Ausführungsformen können kombiniert werden, es können andere Ausführungsformen genutzt werden oder es können strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Gedanken des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen den Umfang des Gegenstands nicht einschränken sollen, sondern es dem Fachmann ermöglichen sollen, den Gegenstand auszuführen, herzustellen und/oder zu verwenden.
1 ist ein Blockdiagramm einer Verarbeitungsvorrichtung 100 für die berührungslose Flüssigkeitssensorik und Bestimmung einer elektrischen Eigenschaft von Flüssigkeit 108 in einem Behälter 106 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Verarbeitungsvorrichtung 100 umfasst Analogverarbeitungsblöcke 110 und Digitalverarbeitungsblöcke 120. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 sind an eine erste Elektrode 102 und eine zweite Elektrode 104 gekoppelt, wobei die erste Elektrode 102 an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälters 106, der die Flüssigkeit 108 enthält, angeordnet ist und die zweite Elektrode 104 an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters 106 angeordnet ist. Der Behälter 106 weist eine Umgebungsmasse 124 auf, die die Umgebungserdung an umgebene Gegenstände darstellt. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 umfassen ein Multiport-Netzwerk, das dazu konfiguriert ist, einen Signalgenerator 112 (oder mehrere Signalgeneratoren oder Anregungsquellen), einen Empfängerkanal 114 (auch als Strommessschaltung bezeichnet) und ein Massepotential an eine oder beide der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 zu koppeln, um einen Satz mit der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 assoziierter Ströme zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Empfängerkanal 114 verwendet werden, um einen mit der ersten Elektrode 102 assoziierten ersten Strom (der in die oder aus der ersten Elektrode 102 fließt) und einen mit der zweiten Elektrode 104 assoziierten zweiten Strom zu messen. Unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms kann ein mit der Umgebungsmasse 124 assoziierter dritter Strom bestimmt werden. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 können bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen arbeiten. Es können unterschiedliche Betriebsfrequenzen verwendet werden, um Ströme bei unterschiedliche Frequenzen zu bestimmen, die verwendet werden, um einen Satz Impedanzen zu bestimmen, einschließlich einer Impedanz des Behälters 106 und der Flüssigkeit 108 zusammen und einer Impedanz des Behälters 106. Diese Impedanzen können verwendet werden, um eine Impedanz der Flüssigkeit 108 zu bestimmen.
Bei mindestens einer Ausführungsform kann es sich bei dem Signalgenerator 112 um einen Oberwellensignalgenerator mit breitem Frequenzbereich handeln. Der Signalgenerator 112 kann Anregungssignale mit niedrigen oder hohen Frequenzen erzeugen. Bei dem Signalgenerator 112 kann es sich um eine interne oder eine externe Komponente handeln. Die Verwendung einer großen Zahl an Frequenzen von Niederfrequenzen bis zu Hochfrequenzen (z. B. 10 Frequenzen) kann die Abschätzung der Flüssigkeitsqualität verbessern.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Analogverarbeitungsblöcke 110 eine an ein Multiport-Netzwerk gekoppelte Strommessschaltung. Die Strommessschaltung umfasst den Signalgenerator 112, der ein Anregungssignal mit einer ersten Frequenz erzeugt, und den Empfängerkanal 114, der einen ersten Satz mit der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 assoziierter Ströme bei der ersten Frequenz misst. Der Strom durch Umgebungsmasse 124 kann für jede entsprechende Frequenz berechnet werden. Bei einer Ausführungsform ist der Signalgenerator 112 dazu konfiguriert, ein eine Sinuswelle umfassendes Anregungssignal zu erzeugen. Alternativ ist der Signalgenerator 112 dazu konfiguriert, andere Arten von Anregungssignalen zu erzeugen, wie etwa andere periodische Wellen oder rechteckförmige Anregungssignale (z. B. Rechteckwellen). Dieser erste Satz Ströme kann verwendet werden, um eine Impedanz des Behälters 106 und der Flüssigkeit 108 zusammen zu bestimmen. Die Kapazitätsmessschaltung misst einen zweiten Satz mit der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 assoziierter Ströme bei einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist. Bei dieser Ausführungsform ist die zweite Frequenz niedriger als die erste Frequenz. Bei einer anderen Ausführungsform ist die zweite Frequenz höher als die erste Frequenz. Der Strom durch Umgebungsmasse 124 kann für entsprechende Frequenzen berechnet werden. Dieser zweite Satz Ströme kann verwendet werden, um eine Impedanz des Behälters 106 zu bestimmen. Das ermöglicht die Bestimmung einer Impedanz der Flüssigkeit 108 durch Entfernen eines Effekts des Behälters 106 und der Umgebungsbedingungen. Bei einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Masseelektrode (in 1 nicht dargestellt) an dem Behälter 106 angeordnet sein, um den Effekt von Erdungsschwankungen zu minimieren.
Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 können eine oder mehrere Digitalverarbeitungsschaltungen umfassen, die an die Analogverarbeitungsblöcke 110 gekoppelt sind, wie etwa unter Verwendung von einem oder mehreren Digital-Analog-Wandlern, die Analogsignale in Digitalsignale (auch als Digitalwerte oder Zählwerte bezeichnet) umwandeln. Bei manchen Ausführungsformen messen die Analogverarbeitungsblöcke 110 Ströme bei einer oder mehreren Frequenzen und senden die gemessenen Ströme zur weiteren Verarbeitung an die Digitalverarbeitungsblöcke 120. Zum Beispiel messen die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen ersten Satz Ströme bei einer ersten Frequenz und einen zweiten Satz Ströme bei einer zweiten Frequenz. Die Analogverarbeitungsblöcke 100 wandeln den ersten Satz Ströme und den zweiten Satz Ströme in Digitalwerte um, die für die ersten Ströme und die zweiten Ströme indikativ sind. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen unabhängige Impedanzen des Behälters 106, der Flüssigkeit 108 und von Flüssigkeit 108 und Behälter 106 unter Verwendung der für den ersten Satz Ströme und den zweiten Satz Ströme indikativen Digitalwerte. Bei anderen Ausführungsformen messen die Analogverarbeitungsblöcke 110 Kapazitäten (oder für Kapazitäten indikative Ladungen), die mit auf einer Außenoberfläche des Behälters 106 angeordneten Elektroden assoziiert sind, und wandeln Kapazitäten in Digitalwerte um, die die Digitalverarbeitungsblöcke 120 verwenden, um, unter Verwendung der für den ersten Satz Ströme und den zweiten Satz Ströme indikativen Digitalwerte, Digitalwerte, die für erste Ströme und zweite Ströme indikativ sind, sowie Digitalwerte, die für die unabhängigen Impedanzen des Behälters 106, der Flüssigkeit 108 und der Flüssigkeit 108 mit dem Behälter 106 indikativ sind, zu bestimmen. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit 108 unter Verwendung der für unabhängige Impedanzen der Flüssigkeit 108 indikativen Digitalwerte.
Bei einer Ausführungsform misst Hardware der Verarbeitungsvorrichtung 100 alle Ströme in einer Anordnung des Behälters 106, wobei die Anordnung mindestens die erste Elektrode 102 und die zweite Elektrode 104 umfasst. Die Verarbeitungsvorrichtung 100 kann ein Verfahren ausführen, wie etwa in Firmware, um gemessene Ströme zu verarbeiten, um Flüssigkeitseigenschaften, wie etwa die Leitfähigkeit der Flüssigkeit 108, die Permittivität der Flüssigkeit 108 oder dergleichen, zu bestimmen. In manchen Fällen ist ein erster Satz Elektroden auf einer ersten Seite des Behälters 106 ausgerichtet, und ein zweiter Satz Elektroden ist auf einer zweiten Seite des Behälters 106 ausgerichtet, sodass der erste und der zweite Satz Elektroden verwendet werden können, um ein Niveau der Flüssigkeit 108 zu bestimmen. Ein Niveau der Flüssigkeit 108 kann verwendet werden, um ein geometrisches Modell zum Bestimmen einer elektrischen Eigenschaft der Flüssigkeit 108 zu bestimmen. Geometrische Parameter und Flüssigkeitsniveau können Flüssigkeitswiderstand und -kapazität mit Leitfähigkeit und Permittivität in Verbindung bringen. Ein geometrisches Modell kann für spezifische Flüssigkeitsbehälter und Sensorausführungen simuliert oder gemessen werden. Geometrische Parameter können durch die Flüssigkeitsgeometrie definiert werden. Wenn sich Flüssigkeit in einem Behälter befindet und verschiedene Niveaus einnehmen kann, kann ihr geometrischer Parameter unterschiedlich sein. Das Kombinieren von Flüssigkeitsniveau und Flüssigkeitseigenschaften kann die Gesamtgenauigkeit verbessern. Zu Flüssigkeitsklassifizierung kann auch ein Temperatursensor verwendet werden, da sich die elektrischen Flüssigkeitseigenschaften mit der Temperatur ändern können. Um Schwankungen von Eigenschaften auszugleichen, kann ein Temperatursensor verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform messen die Analogverarbeitungsblöcke 110, bei einer ersten Frequenz arbeitend, einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativen ersten Strom und messen einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 indikativen zweiten Strom. Die Analogverarbeitungsblöcke 110, die Digitalverarbeitungsblöcke 120 oder beide können unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms einen dritten Strom durch Umgebungsmasse 124 bei der ersten Frequenz bestimmen. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 messen, bei einer zweiten Frequenz, die von der ersten Frequenz verschieden ist, arbeitend, einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativen vierten Strom und messen einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 indikativen fünften Strom. Wie hier angemerkt, kann die zweite Frequenz in einigen Fällen niedriger als die erste Frequenz sein und kann in anderen Fällen höher als die erste Frequenz sein. Die Analogverarbeitungsblöcke 110, die Digitalverarbeitungsblöcke 120 oder beide können unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms bei der zweiten Frequenz einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse 124 bestimmen. Es ist zu beachten, dass die Analogverarbeitungsblöcke 110 Messwerte von Ladungen, Kapazitäten und Impedanzen in Digitalwerte umwandeln und die Digitalverarbeitungsblöcke 120 für durch die Analogverarbeitungsblöcke 110 gemessene Ladungen, Kapazitäten und Impedanzen indikative Digitalwerte bestimmen können.
Bei einer anderen Ausführungsform messen die Analogverarbeitungsblöcke 110, bei einer ersten Frequenz arbeitend, einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativen ersten Strom und messen einen für eine Eigenkapazität der zweiten Elektrode 104 indikativen zweiten Strom. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 oder die Digitalverarbeitungsblöcke 120 oder beide können unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms einen dritten Strom durch Umgebungsmasse 124 bei der ersten Frequenz bestimmen. Die Analogverarbeitungsblöcke 110, bei einer zweiten Frequenz, die von der ersten Frequenz verschieden ist, arbeitend, messen einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativen vierten Strom und messen einen für eine Eigenkapazität der zweiten Elektrode 104 indikativen fünften Strom. Die Analogverarbeitungsblöcke 110, die Digitalverarbeitungsblöcke 120 oder beide können bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse 124 bestimmen.
Bei einer Ausführungsform bestimmen die Digitalverarbeitungsblöcke 120 die unabhängigen Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter, indem sie eine Gesamtimpedanz des Behälters 106 und der Flüssigkeit 108 und eine Impedanz des Behälters 106 bestimmen. Der Digitalverarbeitungsblock 120 bestimmt die Gesamtimpedanz von sowohl dem Behälter 106 als auch der Flüssigkeit 108 unter Verwendung eines ersten Stroms, eines zweiten Stroms und eines dritten Stroms durch Masse 124 bei der ersten Frequenz. Der erste Strom ist für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativ, und die erste Elektrode 102 kann an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälters 106 angeordnet sein. Die erste Elektrode 102 kann Teil eines ersten Satzes Elektroden sein. Der zweite Strom ist für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 indikativ, und die zweite Elektrode 104 ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die zweite Elektrode 104 kann Teil des ersten Satzes Elektroden sein. Es können mehrere Sätze Elektroden verwendet werden, um in Verbindung mit oder zusätzlich zu dem Bestimmen einer elektrischen Eigenschaft der Flüssigkeit 108 ein Niveau der Flüssigkeit 108 zu bestimmen. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen einen für die Impedanz des Behälters indikativen Digitalwert unter Verwendung von Digitalwerten, die einem vierten Strom, einem fünften Strom und einem sechsten Strom durch Umgebungsmasse 124 entsprechen, bei der zweiten Frequenz. Der vierte Strom ist für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode 102 indikativ, und der fünfte Strom ist für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode 102 und der zweiten Elektrode 104 indikativ. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen eine Impedanz der Flüssigkeit 108 unter Verwendung der Gesamtimpedanz des Behälters 106 und der Flüssigkeit 108 und der Impedanz des Behälters 106.
Wie in 1 dargestellt, kann ein Multiport-Netzwerk mehrere Schalter umfassen, wie etwa den ersten Schalter 116, den zweiten Schalter 118 und den dritten Schalter 122. Der erste Schalter 116, der zweite Schalter 118 und der dritte Schalter 122 können verwendet werden, um die erste Elektrode 102 und die zweite Elektrode 104 mit dem Signalgenerator 112, dem Empfängerkanal 114, der Umgebungsmasse 124 oder einer beliebigen Kombination davon zu verbinden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Multiport-Netzwerk mehrere Multiplexer umfassen, wie in 5A und 6 dargestellt.
Wie in 1 dargestellt, kann ein Multiport-Netzwerk an einen einzelnen Empfängerkanal, den Empfängerkanal 114, gekoppelt sein. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Multiport-Netzwerk an mehrere Empfängerkanäle gekoppelt sein, wie etwa an einen ersten Empfängerkanal, der an die erste Elektrode 102 gekoppelt ist, und einen zweiten Empfängerkanal, der an die zweite Elektrode 104 gekoppelt ist, wie etwa in 5B dargestellt.
Bei einer Ausführungsform können die Analogverarbeitungsblöcke 110 Oberwellen-Anregungssignale niedriger Frequenzen und hoher Frequenzen verwenden, um den Effekt der physikalischen Eigenschaft des Behälters 106, wie etwa dem Effekt eines Kunststoffbehälters, zu eliminieren. Anregungssignale bei niedrigen und hohen Frequenzen ermöglichen das Messen von Strom in komplexen Formen für verschiedene Anregungsquellenorte unter Verwendung eines Multiport-Netzwerks. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 können ein Verfahren ausführen, das die gemessenen Ströme unter Verwendung von zwei oder mehr Schaltungsmodellen verarbeitet. Schaltungsmodelle werden verwendet, um unabhängige Impedanzen des Systems zu berechnen. Nachdem die Impedanzen bestimmt sind, können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 ein geometrisches Modell verwenden, um die elektrischen Flüssigkeitseigenschaften der Flüssigkeit 108 zu berechnen. Bei einer Ausführungsform berechnet das Verfahren unabhängige Impedanzen und berechnet elektrische Flüssigkeitseigenschaften der Flüssigkeit 108, werden in von der Verarbeitungsvorrichtung 100 ausgeführter Firmware berechnet. Alternativ kann die Verarbeitungsvorrichtung 100 das Verfahren unter Verwendung von synthetisierter Logik, Hardwarebeschleunigern, einer Hardwaremaschine oder dergleichen ausführen.
Es ist zu beachten, dass, obwohl zur leichteren Darstellung in einem gestrichelten Kasten in dem Analogverarbeitungsblock 110 dargestellt, der Behälter 106 und die erste Elektrode 102 und die zweite Elektrode 104 nicht Teil des Analogverarbeitungsblocks sind, sondern dass die Elektrode 102 und die zweite Elektrode 104 an eine Außenoberfläche des Behälters 106 gekoppelt sind und an Anschlüsse der Verarbeitungsvorrichtung 100, wie etwa Allzweckeingabe/- ausgabe(General-Purpose Input-Output, GPIO)-Pins, gekoppelt sind.
Obwohl 1 eine ausführliche Analyse mit Bezug auf eine Dreiport-Lösung beschreibt, können bei anderen Ausführungsformen zusätzliche Ports verwendet werden. Durch Verwenden von mehr Ports kann die Lösung genauer sein.
2 ist ein Ablaufdiagramm von Verarbeitungsstufen einer Verarbeitungsvorrichtung 200 mit berührungsloser Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Verarbeitungsvorrichtung 200 ist der Verarbeitungsvorrichtung 100 ähnlich, wie durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Die Verarbeitungsvorrichtung 200 weist mindestens drei Stufen auf: eine erste Stufe 210, eine zweite Stufe 212 und eine dritte Stufe 214. In der ersten Stufe 210 können die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen ersten Satz mit einem ersten Satz Elektroden assoziierter Ströme bei einer ersten Frequenz (f₀) messen, wobei der erste Satz Elektroden auf einer Außenoberfläche eines eine Flüssigkeit 208 enthaltenden Behälters 206 angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform messen die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen Eigenstrom I₁ (auch als I_a bezeichnet) und einen Gegenstrom I₂ (auch als I_m bezeichnet). Durch Messen des Eigenstroms I₁ und des Gegenstroms I₂ kann ein dritter Strom I₃ (auch als I_g bezeichnet) bestimmt werden. Solche Messungen können für eine hohe Anregungsfrequenz erfolgen, um eine Gesamtimpedanz des Behälters 206 und der Flüssigkeit 208 zu erhalten. In der ersten Stufe 210 können die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen zweiten Satz mit dem ersten Satz Elektroden assoziierter Ströme bei einer zweiten Frequenz (f₁) messen, wobei die zweite Frequenz niedriger als die erste Frequenz ist. Wie hierin beschrieben, kann es sich bei den Anregungsfrequenzen um eine erste und eine zweite Anregungsfrequenz handeln, die verschieden sind. Im Fall von niedrigen Frequenzen kann sich die Flüssigkeit 208 als Leiter verhalten, der eine Impedanz eines Materials des Behälters 206 isoliert. Zum Beispiel kann der Behälter 206 aus Kunststoff sein, und die Flüssigkeit 208 kann sich gegenüber dem Kunststoff des Behälters 206 als Leiter verhalten, sodass die Kunststoffeigenschaften bestimmt werden können. Folglich ist es möglich, die Flüssigkeitsimpedanz aus der Gesamtimpedanz und der Impedanz des Behälters 206 auszuziehen. In der ersten Stufe 210 können die Analogverarbeitungsblöcke 110 gemessene Ströme 201, die mindestens den ersten Satz Ströme und den zweiten Satz Ströme umfassen, ausgeben oder anderweitig speichern.
In der zweiten Stufe 212 können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 die gemessenen Ströme 201 verarbeiten und können unter Verwendung von Schaltungsmodellen unabhängige Impedanzen des Behälters 206, der Flüssigkeit 208 und von Flüssigkeit 208 und Behälter 206 zusammen unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme bei der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz bestimmen. Weitere Einzelheiten von Schaltungsmodellen werden nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben. In der zweiten Stufe 212 können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 eine die unabhängigen Impedanzen umfassende Flüssigkeitsimpedanz 203 ausgeben.
In der dritten Stufe 214 können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 die Flüssigkeitsimpedanz 203 verarbeiten und unter Verwendung eines geometrischen Modells des Behälters 206 eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit 208 bestimmen. In der dritten Stufe 214 können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 eine oder mehrere elektrische Eigenschaften 205 der Flüssigkeit 208 ausgeben oder anderweitig speichern.
Bei mindestens einer Ausführungsform messen in einer ersten Stufe 210 die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen ersten Strom, der für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode (z. B. 102) des ersten Satzes Elektroden indikativ ist, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters 206 angeordnet ist. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 messen einen zweiten Strom, der für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode (z. B. 102) und einer zweite Elektrode (z. B. 104) des ersten Satzes Elektroden indikativ ist, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters 206 angeordnet ist. In der ersten Stufe 210 bestimmen die Analogverarbeitungsblöcke 110 oder die Digitalverarbeitungsblöcke 120 einen dritten Strom durch eine Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms. Bei mindestens einer Ausführungsform messen in einer ersten Stufe 210 die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode (z. B. 102) indikativen vierten Strom und messen einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode (z. B. 102) und der zweiten Elektrode (z. B. 104) indikativen fünften Strom. In der ersten Stufe 210 bestimmen die Analogverarbeitungsblöcke 110 oder die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse (z. B. 124).
Bei mindestens einer Ausführungsform messen in einer ersten Stufe 210 die Analogverarbeitungsblöcke 110 einen ersten Strom, der für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode (z. B. 102) des ersten Satzes Elektroden indikativ ist, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters 206 angeordnet ist, und messen einen zweiten Strom, der für eine Eigenkapazität einer zweiten Elektrode (z. B. 104) des ersten Satzes Elektroden indikativ ist, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters 206 angeordnet ist. In der ersten Stufe 210 bestimmen die Analogverarbeitungsblöcke 110 oder die Digitalverarbeitungsblöcke 120 einen dritten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Bei mindestens einer Ausführungsform messen in einer ersten Stufe 210 die Analogverarbeitungsblöcke 110 den ersten Satz Ströme (und den zweiten Satz Ströme) unter Verwendung einer Vielzahl von Multiplexern und einer Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 können einen Signalgenerator umfassen, der ein eine Sinuswelle aufweisendes Anregungssignal erzeugt. Die Vielzahl von Multiplexern kann dazu konfiguriert sein, den Signalgenerator an entweder die erste Elektrode oder die zweite Elektrode zu koppeln. Die Vielzahl von Multiplexern kann die erste Elektrode mit Masse oder einem Empfängerkanal verbinden und kann die zweite Elektrode mit Masse oder einem Empfängerkanal verbinden.
Bei mindestens einer Ausführungsform messen in einer ersten Stufe 210 die Analogverarbeitungsblöcke 110 den ersten Satz Ströme (und den zweiten Satz Ströme) unter Verwendung einer Vielzahl von Empfängerkanälen und einer Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode. Zum Beispiel misst ein erster Messkanal der Analogverarbeitungsblöcke 110 einen für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Strom und ein zweiter Messkanal der Analogverarbeitungsschaltung 110 misst einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode des Satzes Elektroden indikativen zweiten Strom. Die Analogverarbeitungsblöcke 110 oder die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen einen dritten Strom durch eine Umgebungsmasse an dem Behälter bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms. Ebenso kann unter Verwendung eines vierten und eines fünften Stroms auf ähnliche Weise ein sechster Strom durch die Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz bestimmt werden.
Bei mindestens einer Ausführungsform bestimmen in einer zweiten Stufe 212 die Digitalverarbeitungsblöcke 120 eine Gesamtimpedanz von Behälters 206 und Flüssigkeit 208 zusammen unter Verwendung von Digitalwerten, die für einen ersten Strom, einen zweiten Strom und einen dritten Strom durch die Umgebungsmasse indikativ sind, bei der ersten Frequenz. Der erste Strom kann für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes indikativ sein, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist. Der zweite Strom kann für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativ sein, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen eine Impedanz des Behälters 206 unter Verwendung von Digitalwerten, die für einen vierten Strom, einen fünften Strom und einen sechsten Strom durch die Umgebungsmasse indikativ sind, bei der zweiten Frequenz. Der vierte Strom kann für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativ sein. Der fünfte Strom kann für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativ sein. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 bestimmen eine Impedanz der Flüssigkeit 208 unter Verwendung der Gesamtimpedanz des Behälters 206 und der Flüssigkeit 208 und der Impedanz des Behälters 206. Weitere Einzelheiten zum Bestimmen und Entfernen des Effekts dielektrischer Wände eines Behälters, um Flüssigkeitseigenschaften zu berechnen, sind nachfolgend mit Bezug auf 3 dargestellt und beschrieben.
Bei mindestens einer Ausführungsform bestimmen in einer dritten Stufe 214 die Digitalverarbeitungsblöcke 120 die elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit 208 durch Umwandeln der Impedanz der Flüssigkeit 208 in die elektrische Eigenschaft unter Verwendung eines geometrischen Modells.
3 ist ein Ablaufdiagramm von Verarbeitungs-Teilstufen 300 einer Verarbeitungsvorrichtung mit berührungsloser Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Verarbeitungsvorrichtung mit den Verarbeitungs-Teilstufen 300 ist der Verarbeitungsvorrichtung 100 und der Verarbeitungsvorrichtung 200 ähnlich, wie durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Die Verarbeitungsvorrichtung weist mindestens drei Stufen auf: eine erste Stufe 210, eine zweite Stufe 212 und eine dritte Stufe 214, und während der zweiten Stufe 212 verarbeiten die Digitalverarbeitungsblöcke 120 für die gemessenen Ströme indikative Werte in drei Teilstufen: einer ersten Teilstufe 312, einer zweiten Teilstufe 314 und einer dritten Teilstufe 316. Wie vorangehend beschrieben, dann durch Messen des Eigenstroms I₁ und des Gegenstroms I₂ ein dritter Strom I₃ (auch als I_g bezeichnet) bestimmt werden. Solche Messungen können für eine hohe Anregungsfrequenz erfolgen, um eine Gesamtimpedanz des Behälters 306 und der Flüssigkeit 308 zu erhalten. Die Ströme können zur Verarbeitung durch die Digitalverarbeitungsblöcke 120 in Digitalwerte umgewandelt werden. In einer ersten Teilstufe 312 können die Analogverarbeitungsblöcke 110 alle Ströme, einschließlich eines ersten Stroms 301, eines zweiten Stroms 303 und eines dritten Stroms (in 3 nicht gekennzeichnet), durch Umgebungsmasse 324 bestimmen und wandeln den ersten Strom 301, den zweiten Strom 303 und den dritten Strom in Digitalwerte um. Die Digitalverarbeitungsblöcke 120 verwenden diese für Ströme indikativen Digitalwerte, um Impedanzen bei einer ersten Frequenz (f₀) zu berechnen. Das heißt, der Signalgenerator 312 arbeitet bei einer ersten Frequenz (f₀). Im Fall von niedrigen Frequenzen kann sich die Flüssigkeit 308 als Leiter verhalten, der eine Impedanz eines Materials des Behälters 306 isoliert. In einer zweiten Teilstufe 314 können die Digitalverarbeitungsblöcke 120 (oder die Analogverarbeitungsblöcke 110) alle Ströme, einschließlich eines vierten Stroms 305, eines fünften Stroms 307 und eines sechsten Stroms (in 3 nicht gekennzeichnet), durch Umgebungsmasse 324 bestimmen und die Ströme verwenden, um Impedanzen bei einer zweiten Frequenz (f₁), die niedriger als die erste Frequenz (f₀) ist, zu berechnen. Das heißt, der Signalgenerator 312 arbeitet bei einer zweiten Frequenz (f₁). Zum Beispiel kann der Behälter 306 aus Kunststoff sein, und die Flüssigkeit 308 kann sich gegenüber dem Kunststoff des Behälters 306 als Leiter verhalten, sodass die Kunststoffeigenschaften bestimmt und entfernt werden können, um eine Impedanz der Flüssigkeit 308 zu isolieren, wie in einer dritten Teilstufe 314 gezeigt. In einer dritten Teilstufe 314 ist es möglich, eine in der zweiten Teilstufe 314 bestimmte) Impedanz des Behälters 308 von der in der ersten Teilstufe 312 bestimmten) Gesamtimpedanz abzuziehen, um eine Impedanz der Flüssigkeit 308 zu erhalten.
Bei mindestens einer Ausführungsform können verschiedene Verbindungen in Hardwareschaltungen, die etwa ein Multiport-Netzwerk verwenden, entsprechende elektrische Ersatzschaltungen aufweisen, wie etwa in 4A-4C dargestellt und in der untenstehenden Tabelle 1 aufgeführt.
4A-4C sind Schaltschemas eines ersten Schaltungsmodells, eines zweiten Schaltungsmodells und eines dritten Schaltungsmodells gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Bei dem ersten Schaltungsmodell, dem zweiten Schaltungsmodell und dem dritten Schaltungsmodell handelt es sich um Ersatzschaltungen, die verwendet werden, um eine Gesamtimpedanz, eine Impedanz eines Behälters und schließlich eine Impedanz einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit zu berechnen. Zum Beispiel können diese Ersatzschaltungen verwendet werden, um Kunststoff- und Flüssigkeitsimpedanzen zu berechnen. Mindestens ein Vorteil derartiger Schaltungsdarstellungen besteht darin, dass Impedanzen von T-artigen Ersatzschaltungen, wie in 4A-4C dargestellt, nicht von einer Anregungsquelle oder Verbraucheranschlüssen abhängen. Folglich erzeugen verschiedene Quellenanschlüsse vier linear unabhängige Gleichungen, die gelöst werden können, um Impedanzen zu bestimmen.
Mit Verweis auf 4A umfasst ein erstes Schaltungsmodell 400 einen Signalgenerator 412, der an eine erste Elektrode (z. B. 102) gekoppelt ist. Der Signalgenerator 412 kann verwendet werden, um einen Eigenstrom 402 (I_a) und einen Gegenstrom 404 (I_m) bei hohen Frequenzen und niedrigen Frequenzen zu messen. Unter Verwendung des Signalgenerators 412 können eine erste Impedanz 401 (Z_pw,a) und eine zweite Impedanz 403 (Z_pw,m) und eine dritte Impedanz 405 (Z_pw,g) unter Verwendung von vier linear unabhängigen Gleichungen bestimmt werden. Zum Beispiel ist es möglich, unter Verwendung von Gleichungen für das erste Schaltungsmodell 400 Mischimpedanzen Z_pw,a, Z_pw,m und Z_pw,g des Systems für Hochfrequenzmessungen zu berechnen (Mischimpedanzen umfassen Impedanzen von Behälter und Flüssigkeit zusammen), wie nachfolgend in Gleichung (1) gezeigt: $[\begin{array}{l} I_{a 1} & \underset{0}{I_{m 1}} & \underset{(I_{a 1} - I_{m 1})}{0} \\ I_{a 1} & I_{m 2} & \underset{(I_{m 1} - I_{a 2})}{0} \\ \underset{0}{I_{a 2}} & \underset{0}{I_{m 2}} & (I_{a 3} - I_{m 3}) \\ \underset{0}{I_{a 3}} & I_{m 3} & (I_{a 3} - I_{m 3}) \end{array}] [\begin{matrix} Z_{p, a} \\ Z_{p, m} \\ Z_{p, g} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} V \\ V \\ V \\ V \\ V \\ V \end{array}]$
Mit Verweis auf 4B umfasst ein zweites Schaltungsmodell 420 einen Signalgenerator 412, der an eine zweite Elektrode (z. B. 102) gekoppelt ist, ist aber sonst dem ersten Schaltungsmodell 400 ähnlich. Der Signalgenerator 412 kann verwendet werden, um einen Eigenstrom 422 (I_a) und einen Gegenstrom 424 (I_m) bei hohen Frequenzen und niedrigen Frequenzen zu messen. Unter Verwendung des Signalgenerators 412 können eine vierte Impedanz 421 (Z_pw,a) und eine fünfte Impedanz 423 (Z_pw,m) und eine sechste Impedanz 425 (Z_pw,g) unter Verwendung von vier linear unabhängigen Gleichungen bestimmt werden. Zum Beispiel ist es möglich, unter Verwendung von Gleichungen für das zweite Schaltungsmodell 420 Mischimpedanzen Z_pw,a, Z_pw,m und Z_pw,g des Systems für Hochfrequenzmessungen zu berechnen (Mischimpedanzen umfassen Impedanzen des von Behälter und Flüssigkeit zusammen), wie in der obenstehenden Gleichung (1) gezeigt.
Mit Verweis auf 4C umfasst ein drittes Schaltungsmodell 440 einen Signalgenerator 412, der an sowohl eine erste Elektrode (z. B. 102) als auch eine zweite Elektrode (z. B. 104) gekoppelt ist. Der Signalgenerator 412 kann verwendet werden, um einen Eigenstrom 442 (I_a) und einen Gegenstrom 444 (I_m) bei hohen Frequenzen und niedrigen Frequenzen zu messen. Unter Verwendung des Signalgenerators 412 können eine siebte Impedanz 441 (Z_pw,a) und eine achte Impedanz 443 (Z_pw,m) und eine neunte Impedanz 445 (Z_pw,g) unter Verwendung von vier linear unabhängigen Gleichungen bestimmt werden. Zum Beispiel ist es möglich, unter Verwendung von Gleichungen für das dritte Schaltungsmodell 440 Mischimpedanzen Z_pw,a, Z_pw,m und Z_pw,g des Systems für Hochfrequenzmessungen zu berechnen (Mischimpedanzen umfassen Impedanzen des Behälters zusammen mit der Flüssigkeit), wie in der obenstehenden Gleichung (1) gezeigt.
Die Niederfrequenzmessung ermöglicht das Ermitteln der Behälterimpedanzen Z_p,a, Z_p,_m und Z_p,g, wie nachfolgend in Gleichung (2) gezeigt. $[\begin{array}{l} I_{a 1} & \underset{0}{I_{m 1}} & \underset{(I_{a 1} - I_{m 1})}{0} \\ I_{a 1} & I_{m 2} & \underset{(I_{m 1} - I_{a 2})}{0} \\ \underset{0}{I_{a 2}} & \underset{0}{I_{m 2}} & (I_{a 3} - I_{m 3}) \\ \underset{0}{I_{a 3}} & I_{m 3} & (I_{a 3} - I_{m 3}) \end{array}] [\begin{matrix} Z_{p, a} \\ Z_{p, m} \\ Z_{p, g} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} V \\ V \\ V \\ V \\ V \\ V \end{array}]$
Unter Verwendung der Mischimpedanzen Z_pw,a, Z_pw,m und Z_pw,g und der Behälterimpedanzen Z_p,a, Z_p,m und Z_p,g kann die Flüssigkeitsimpedanz berechnet werden, wie nachfolgend in Gleichungen (3) gezeigt: $Z_{w,a} = Z_{pw,a} - Z_{p,a}$
$Z_{w,m} = Z_{pw,m} - Z_{p,m}$
$Z_{w,g} = Z_{pw,g} - Z_{p,g}$
Die Flüssigkeitsimpedanz kann in Kapazität und Widerstand umgewandelt werden, wie in Gleichungen (4) gezeigt: $Z_{w} = Z_{w,a} - Z_{w,m}$
$Y_{w} = Z_{w}^{- 1} = G + i ω C$
Geometrische Parameter eines Behälters können simuliert oder gemessen werden. Die simulierten oder gemessenen geometrischen Parameter (gc und g_G) können verwendet werden, um eine elektrische Eigenschaft einer Flüssigkeit in dem Behälter zu bestimmen, wie etwa einer Permittivität (ε) von Flüssigkeit oder einer Leitfähigkeit (o) von Flüssigkeit, wie in Gleichungen (5) gezeigt: $ε= {Cg}_{c} = {\frac{L}{M_{c} S ε}}_{0}$
$σ= {Gg}_{G} = \frac{L}{M_{G} S}$
Die Permittivität (ε) und die Leitfähigkeit (σ) sind Beispiele elektrischer Eigenschaften von Flüssigkeit, die berechnet werden können. Es ist zu beachten, dass geometrische Eigenschaften den Stromfluss durch eine Flüssigkeit von einer ersten Elektrode (z. B. Tx-Elektrode) zu einer zweiten Elektrode (z. B. Rx-Elektrode) ohne Masseeffekt definieren.
Es ist zu beachten, dass die Eigenströme und Gegenströme getrennt oder gleichzeitig gemessen werden können.
Mit Rückverweis auf 3 können zum Bestimmen einer oder mehrerer Eigenschaften einer Flüssigkeit in einem Behälter die folgenden Schritte ausgeführt werden: Verwenden von Hochfrequenzanregung, um eine Mischimpedanz zu messen; Definieren des Masseeffekts; Verwenden von Niederfrequenzanregung, um die Behälterwandimpedanz abzuschätzen; Definieren des Masseeffekts; Spalten von Flüssigkeits- und Kunststoffimpedanz; Entfernen des Effekts der Behälterwände (z. B. Kunststoffwände); Auswählen geeigneter Elektroden zur Beurteilung elektrischer Flüssigkeitsparameter (z. B. nur Lösung für Flüssigkeitsniveau); und Verwenden geometrischer Parameter, um die Flüssigkeitsimpedanz in elektrische Flüssigkeitsparameter umzuwandeln. Es ist zu beachten, dass eine Folge von Niederfrequenzmessungen und dann Hochfrequenzmessungen umgekehrt werden kann, da die Reihenfolge keine Rolle spielt.
5A ist ein Schaltschema einer Kapazitätsmessschaltung 500 mit mehreren Multiplexern für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Kapazitätsmessschaltung 500 umfasst einen Signalgenerator 512, der ein Anregungssignal erzeugt, einen Empfängerkanal 510 (Ladungs- oder Strommessschaltungen), einen ersten Multiplexer 514 und einen zweiten Multiplexer 516. Der erste Multiplexer 514 und der zweite Multiplexer 516 können Teil eines Multiport-Netzwerks sein, dass verschiedene Verbindungen zwischen dem Signalgenerator 512, dem Empfängerkanal 510 und der ersten Elektrode 502 und der zweiten Elektrode 504 ermöglicht. Wie in 5A dargestellt, ist der erste Multiplexer 514 an die erste Elektrode 502 gekoppelt, und der zweite Multiplexer 516 ist an die zweite Elektrode 504 gekoppelt. Wie vorangehend beschrieben, sind die erste Elektrode 502 und die zweite Elektrode 504 auf einer Außenoberfläche eines Behälters 506, der eine Flüssigkeit 508 enthält, angeordnet. Der Behälter 506 weist eine durch die Umgebung verursachte Umgebungsmasse 524 auf. Der erste Multiplexer 514 ist an die Umgebungsmasse 524, den Signalgenerator 512 und den Empfängerkanal 510 gekoppelt. Der zweite Multiplexer 516 ist an die Umgebungsmasse 524, den Signalgenerator 512 und den Empfängerkanal 510 gekoppelt. Der erste und der zweite Multiplexer 514 und 516 können verwendet werden, um den Empfängerkanal 510 selektiv mit einer oder beiden von der ersten Elektrode 502 und der zweiten Elektrode 504 zu verbinden. Der erste und der zweite Multiplexer 514 und 516 können verwendet werden, um den Signalgenerator 512 selektiv mit einer oder beiden von der ersten Elektrode 502 und der zweiten Elektrode 504 zu verbinden. Der erste und der zweite Multiplexer 514 und 516 können verwendet werden, um die Umgebungsmasse 524 selektiv mit einer oder beiden von der ersten Elektrode 502 und der zweiten Elektrode 504 zu verbinden. Der Signalgenerator 512 kann außerdem unter Verwendung eines Schalters 518 selektiv an den Empfängerkanal 510, den ersten Multiplexer 514 und den zweiten Multiplexer 516 gekoppelt werden. Bei dieser Ausführungsform kann es sich bei dem Empfängerkanal 510 um einen einzelnen Empfängerkanal handeln, der sowohl für Eigenstrom- als auch Gegenstrommessungen verwendet wird, wie hierin beschrieben. Alternativ können verschiedene Schaltungen verwendet werden, um Eigenströme und Gegenströme getrennt zu messen. Bei anderen Ausführungsformen können mehrere Empfängerkanäle, mehrere Signalgeneratoren oder sowohl mehrere Empfängerkanäle als auch mehrere Signalgeneratoren verwendet werden, wie etwa in 5B dargestellt.
5B ist ein Schaltschema einer Kapazitätsmessschaltung 520 mit mehreren Empfängerkanälen für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Kapazitätsmessschaltung 520 umfasst einen Signalgenerator 512, der ein Anregungssignal erzeugt, einen Empfängerkanal 510, einen zweiten Signalgenerator 522 und einen zweiten Empfängerkanal 530. Wie in 5B dargestellt, ist der Empfängerkanal 510 an die erste Elektrode 502 gekoppelt, und der zweite Empfängerkanal 530 ist an die zweite Elektrode 504 gekoppelt. Wie vorangehend beschrieben, sind die erste Elektrode 502 und die zweite Elektrode 504 auf einer Außenoberfläche eines Behälters 506, der eine Flüssigkeit 508 enthält, angeordnet. Der Behälter 506 weist eine Umgebungsmasse 524 auf. Der Signalgenerator 512 kann unter Verwendung eines Schalters 518 auch selektiv an den Empfängerkanal 510 gekoppelt werden, und der zweite Signalgenerator 522 kann unter Verwendung eines zweiten Schalters 528 selektiv an einen zweiten Empfängerkanal 530 gekoppelt werden. Bei dieser Ausführungsform kann es sich bei dem Empfängerkanal 510 und dem zweiten Empfängerkanal 530 um Empfängerkanäle handeln, die in verschiedenen Kombinationen sowohl für Eigenstrom- als auch für Gegenstrommessungen verwendet werden, wie hierin beschrieben. Alternativ können verschiedene Schaltungen mit jedem der Empfängerkanäle verwendet werden, um Eigenströme und Gegenströme getrennt zu messen.
Es ist zu beachten, dass Ströme gemessen werden können, indem Ströme an verschiedene Elektroden angelegt werden und Ströme zu oder von verschiedenen Elektroden zur Datenverarbeitung gemessen werden. Das Messen von Strömen kann als Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode mit Multiplexern erfolgen, wie in 5A dargestellt. Das Messen von Strömen kann als Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode mit mehreren Kanälen erfolgen, wie in 5B dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen können andere Schaltungen verwendet werden, um ähnliche Lösungen mit Schwachleistungsquellen durch Kombinieren von sinusförmiger Anregung unter Verwendung von Floating Ground und Eigenkapazitäts- und Gegenkapazitätsmessungen zu schaffen, wie etwa in 6 dargestellt. Das stellt eine berührungslose Mehrelektroden-Abfühllösung für Flüssigkeitseigenschaften bereit.
6 ist ein Schaltschema einer Ladungsmessschaltung 600 mit einem Empfängerkanal 610 (z. B. Ladungs-Code-Wandler) und einem Floating-Ground-Signalerzeuger 612 für die berührungslose Flüssigkeitssensorik gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Ladungsmessschaltung 600 ist der Kapazitätsmessschaltung 500 ähnlich, wie durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, außer dass der Empfangskanal 610 mit oder ohne Floating Ground arbeiten kann. Ein Floating-Ground-Signalgenerator kann als die Versorgungsmasse für den Operationsverstärker verwendet werden, die sich von einer Erdungsmasse unterscheidet.
Statt Vorgehensweisen zu verwenden, die nur die Eigenkapazität oder Gegenkapazität messen, verwenden die hierin beschriebenen Ausführungsformen, wie vorangehend beschrieben, ein Multiport-Netzwerk, um Stromflüsse in der Behälteranordnung zu bestimmen und Flüssigkeitseigenschaften auszuziehen. Unter Verwendung eines Multiport-Netzwerks, wie etwa in 1 dargestellt, und einer Kombination aus Eigenkapazitäts- und Gegenkapazitätssensorik bei mehreren Frequenzbereichen können Umgebungsparameter bestimmt werden, was das Isolieren von Flüssigkeitseigenschaften von den Behälter- und Umgebungseigenschaften ermöglicht. Bei anderen Ausführungsformen können andere Ladungsmesslösungen verwendet werden.
Manche Elektroden können während des Betriebs verschiedene Störströme verursachen. Um die Eigenschaften von elektrischen Ersatzschaltungsmodellen, wie etwa den in der vorangehenden Tabelle 1 aufgeführten, zu erhalten, können aktive Schirm- und Masseelektroden verwendet werden, um bessere Genauigkeit zu erreichen, wie in 7A dargestellt.
7A zeigt eine Sensoranordnung 700 mit einer ersten Elektrode, einer aktiven Schirmelektrode, einer zweiten Elektrode und zwei Masseschirmelektroden gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Sensoranordnung 700 umfasst eine auf einer ersten Seite eines Behälters 706, der Flüssigkeit 708 enthält, angeordnete erste Elektrode 702, eine auf einer zweiten Seite des Behälters 706 angeordnete zweite Elektrode 704 sowie eine aktive Schirmelektrode 710, die in der Nähe der ersten Elektrode 702 angeordnet ist. Eine erste Masseschirmelektrode 712 befindet sich in der Nähe der ersten Elektrode 702, und eine zweite Masseschirmelektrode 714 befindet sich in der Nähe der zweiten Elektrode 704. Wie vorangehend beschrieben, können die aktive Schirmelektrode 710, Masseschirmelektroden oder beide verwendet werden, um eine höhere Genauigkeit der Messungen zu erreichen.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen das Messen der Flüssigkeitspermittivität und -leitfähigkeit. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf Erden und das Verändern der Eigenschaften dielektrischer Wände empfindlich. Wie hierin beschrieben, können Eigenstrommessungen und Gegenstrommessungen den Erdungseffekt entfernen, der bei manchen Umgebungsbedingungen vorliegt. Hochfrequenzmessungen und Niederfrequenzmessungen können die getrennte Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Flüssigkeit und Behälter ermöglichen, wodurch die Lösung von Herstellungstoleranzen, Temperaturen und Wandbeschichtungen unabhängig wird. Durch Kombinieren des Multiport-Netzwerks und der Algorithmen, die hierin beschrieben sind, können Absolutwerte der elektrischen Eigenschaften von Flüssigkeit definiert werden, wodurch die Lösung gegenüber Film und Schaum, die sich auf einigen der Wänden eines Behälters befinden können, stabil wird. Bei manchen Ausführungsformen kann ein unabhängiges Abfühlen des Flüssigkeitsniveaus ausgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Abfühlen des Flüssigkeitsniveaus mit dem Abfühlen von Flüssigkeitseigenschaften kombiniert werden, um eine bessere Genauigkeit zu erreichen, wie etwa in 7B dargestellt. Es ist zu beachten, dass bei anderen Ausführungsformen unterschiedliche Masseelektroden oder Elektroden mit unterschiedlichen Potentialen vorhanden sein können, um den Erdungseffekt zu minimieren. Bei anderen Ausführungsformen ist es möglich, nur Eigenkapazitätsmessungen zu verwenden, das kann jedoch eine geringere Genauigkeit bei der Abschätzung von Flüssigkeitseigenschaften mit sich bringen. Eine elektrische Ersatzschaltung, wie etwa in der vorangehenden Tabelle 1 aufgeführt, misst Strom von Quellen an zwei Elektroden und misst keinen Strom, der durch eine Flüssigkeit in einem Behälter fließt.
7B zeigt eine Sensoranordnung 720 mit einer Sendeelektrode auf einer Seite eines Behälters und einem Satz Empfängerelektroden auf einer anderen Seite des Behälters gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Sensoranordnung 720 umfasst eine auf einer ersten Seite eines Behälters angeordnete erste Sendeelektrode 722 und einen Satz Empfangselektroden, 724, die auf einer zweiten Seite des Behälters angeordnet sind. Die erste Sendeelektrode 722 kann sich in einer ersten Richtung über eine Höhe des Behälters erstrecken, während sich der Satz Empfängerelektroden 724 kollektiv in der ersten Richtung über die Höhe des Behälters erstreckt, aber jede Elektrode des Satzes Empfängerelektroden eine kleinere Größe aufweist als die Sendeelektrode 722. Ein Anregungssignal kann an die Sendeelektrode 722 angelegt werden und an jeder Elektrode des Satzes Elektroden 724 gemessen werden, um ein Niveau 726 der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit 728 zu bestimmen. Wie vorangehend beschrieben, kann das Abfühlen von Flüssigkeitseigenschaften, wie vorangehend dargelegt, mit dem Abfühlen des Flüssigkeitsniveaus kombiniert werden. Als solches können verschiedene Kombinationen und Zahlen von Elektroden, die mit einem Multiport-Netzwerk und den Algorithmen, die hierin beschrieben sind, verwendet werden, vorliegen. Zum Beispiel kann eine von der Flüssigkeit 728 bedeckte Elektrode der Elektroden 724 als Empfänger und die andere als Sender verwendet werden. Es ist zu beachten, dass andere Implementierungen als die in 7B gezeigte Implementierung möglich sind, um ein Niveau der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit zu bestimmen.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Betreiben einer Verarbeitungsvorrichtung zur berührungslosen Flüssigkeitssensorik, um eine elektrische Eigenschaft von Flüssigkeit in einem Behälter zu bestimmen, gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Verfahren 800 kann von Verarbeitungslogik ausgeführt werden, die Hardware (z. B. Schaltungen, dedizierte Logik, programmierbare Logik, Mikrocode usw.), Software, Firmware oder eine Kombination davon beinhaltet. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren 800 von einer beliebigen der hierin beschriebenen Schaltungen ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform wird das Verfahren 800 von der Verarbeitungsvorrichtung 100 von 1 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 800 von der Verarbeitungsvorrichtung 200 von 2 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 800 von der Verarbeitungsvorrichtung von 3 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 800 von einer Vorrichtung ausgeführt, die einen kapazitiven Berührungsabfühlkanal und eine an den kapazitiven Berührungsabfühlkanal gekoppelte Verarbeitungsvorrichtung umfasst. Alternativ kann das Verfahren 800 von anderen Schaltungen ausgeführt werden, die die verschiedenen hierin beschriebenen Vorgänge ausführen.
Mit Rückverweis auf 8 beginnt das Verfahren 800, indem die Verarbeitungslogik einen mit einem ersten Satz Elektroden assoziierten ersten Satz Ströme bei einer ersten Frequenz misst, wobei der erste Satz Elektroden auf einer Außenoberfläche eines Behälters, der eine Flüssigkeit enthält, angeordnet ist (Block 802). Die Verarbeitungslogik misst einen mit dem ersten Satz Elektroden assoziierten zweiten Satz Ströme bei einer zweiten Frequenz, die von der ersten Frequenz verschieden ist (Block 804). Die Verarbeitungslogik bestimmt unter Verwendung von Schaltungsmodellen unabhängige Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und des Behälters mit Flüssigkeit unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme (Block 806). Die Verarbeitungslogik bestimmt unter Verwendung eines geometrischen Modells des Behälters eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit (Block 808), und das Verfahren 800 endet.
Bei einer weiteren Ausführungsform misst eine Verarbeitungslogik den ersten Satz Ströme durch Messen eines für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Stroms und eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Stroms. Die erste Elektrode ist an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet, und die zweite Elektrode ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen dritten Strom durch die Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms. Die Verarbeitungslogik misst den zweiten Satz Ströme durch Messen eines für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen vierten Stroms und eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen fünften Stroms. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms.
Bei mindestens einer Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungslogik die unabhängigen Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter durch Bestimmen einer Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit unter Verwendung eines ersten Stroms, eines zweiten Stroms und eines dritten Stroms durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz. Der erste Strom ist für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode in dem ersten Satz Elektroden indikativ, und der zweite Strom ist für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativ. Die erste Elektrode ist an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälters angeordnet, und die zweite Elektrode ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die Verarbeitungslogik bestimmt eine Impedanz des Behälters unter Verwendung eines vierten Stroms, eines fünften Stroms und eines sechsten Stroms durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz. Der vierte Strom ist für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativ, und der fünfte Strom ist für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativ. Die Verarbeitungslogik bestimmt eine Impedanz der Flüssigkeit unter Verwendung der Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit und der Impedanz des Behälters. Bei mindestens einer Ausführungsform wird die elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit durch Umwandeln der Impedanz der Flüssigkeit in elektrische Eigenschaften unter Verwendung des geometrischen Modells bestimmt.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungslogik einen oder mehrere Multiplexer steuern, um Ströme zu messen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Verarbeitungslogik einen oder mehrere Signalgeneratoren steuern. Die Signalgeneratoren können für eine Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode verwendet werden.
Bei mindestens einer Ausführungsform misst die Verarbeitungslogik unter Verwendung eines ersten Messkanals einen für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Strom. Die Verarbeitungslogik kann unter Verwendung eines zweiten Messkanals einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Strom messen. Die erste Elektrode ist an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet, und die zweite Elektrode ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen dritten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Bei einer anderen Ausführungsform misst die Verarbeitungslogik einen für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Strom und einen für eine Eigenkapazität einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Strom. Die erste Elektrode ist an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet, und die zweite Elektrode ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen dritten Strom durch die Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren 900 unter Verwendung von mehr als zwei Frequenzen ausgeführt werden, wie hierin beschrieben. Die Genauigkeit der Abschätzung nimmt zu, wenn mehr Frequenzen verwendet werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Bestimmen einer elektrischen Eigenschaft von Flüssigkeit in einem Behälter gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Verfahren 900 kann von Verarbeitungslogik ausgeführt werden, die Hardware (z. B. Schaltungen, dedizierte Logik, programmierbare Logik, Mikrocode usw.), Software, Firmware oder eine Kombination davon beinhaltet. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren 900 von einer beliebigen der hierin beschriebenen Schaltungen ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform wird das Verfahren 900 von der Verarbeitungsvorrichtung 100 von 1 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 900 von der Verarbeitungsvorrichtung 200 von 2 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 900 von der Verarbeitungsvorrichtung von 3 ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren 900 von einer Vorrichtung ausgeführt, die einen kapazitiven Berührungsabfühlkanal und eine an den kapazitiven Berührungsabfühlkanal gekoppelte Verarbeitungsvorrichtung umfasst. Alternativ kann das Verfahren 900 von anderen Schaltungen ausgeführt werden, die die verschiedenen hierin beschriebenen Vorgänge ausführen.
Mit Rückverweis auf 9 beginnt das Verfahren 900, indem die Verarbeitungslogik einen für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode indikativen ersten Strom bei einer ersten Frequenz und einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode indikativen zweiten Strom bei der ersten Frequenz misst (Block 902). Die erste Elektrode ist an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche eines Behälters, der eine Flüssigkeit enthält, angeordnet, und die zweite Elektrode ist an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet. Die Verarbeitungslogik misst einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen dritten Strom bei einer zweiten Frequenz und einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen vierten Strom bei der zweiten Frequenz (Block 904). Die Verarbeitungslogik bestimmt einen fünften Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms und einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des dritten Stroms und des vierten Stroms (Block 906). Die Umgebungsmasse kann aufgrund der Kopplung an umgebende Gegenstände nicht entfernt werden. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen ersten Satz Impedanzen bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten, des zweiten und des fünften Stroms und einen zweiten Satz Impedanzen bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des dritten, des vierten und des sechsten Stroms (Block 908). Der erste Satz Impedanzen entspricht einer Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit und der zweite Satz Impedanzen entspricht einer Impedanz des Behälters. Die Verarbeitungslogik bestimmt einen dritten Satz Impedanzen durch Abziehen des zweiten Satzes Impedanzen von dem ersten Satz Impedanzen (Block 910). Der dritte Satz Impedanzen entspricht einer Impedanz der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit. Die Verarbeitungslogik bestimmt eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung des dritten Satzes Impedanzen, der der Impedanz der Flüssigkeit entspricht, (Block 912), und das Verfahren 900 endet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die erste Frequenz höher als die zweite Frequenz, und die zweite Frequenz entspricht einer Frequenz, bei der sich die Flüssigkeit gegenüber einer für den Behälter verwendeten Art von Material als Leiter verhält. Bei mindestens einer Ausführungsform ist die erste Elektrode Teil eines ersten Satzes Elektroden, und die zweite Elektrode ist Teil eines zweiten Satzes Elektroden. Der erste Satz und der zweite Satz Elektroden können auf eine Weise angeordnet sein, die verschiedenen Füllständen der Flüssigkeit in dem Behälter entspricht. Die Verarbeitungslogik bestimmt ein aktuelles Niveau der Flüssigkeit in dem Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Elektroden und des zweiten Satzes Elektroden.
Bei mindestens einer Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungslogik den ersten Satz Impedanzen, beinhaltet das Lösen eines ersten Gleichungssystems unter Verwendung des ersten, des zweiten und des fünften Stroms und von mindestens zwei Schaltungsmodellen, die jeweils eine T-artige Ersatzschaltung aufweisen. Die T-artige Ersatzschaltung weist eine erste Impedanz an der ersten Elektrode, eine zweite Impedanz an der zweiten Elektrode und eine dritte Impedanz an Umgebungsmasse auf. Die Verarbeitungslogik bestimmt den zweiten Satz Impedanzen, beinhaltet das Lösen eines zweiten Gleichungssystems unter Verwendung des dritten, des vierten und des sechsten Stroms und der mindestens zwei Schaltungsmodelle. Bei einer weiteren Ausführungsform bestimmt die Verarbeitungslogik mindestens eines von einer Permittivität der Flüssigkeit und einer Leitfähigkeit der Flüssigkeit unter Verwendung des dritten Satzes Impedanzen und eines Satzes geometrischer Parameter des Behälters.
In der vorangehenden Beschreibung sind manche Abschnitte der ausführlichen Beschreibung in Bezug auf Algorithmen und symbolische Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher dargeboten. Bei diesen algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen handelt es sich um die vom Fachmann auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendeten Mittel, um den Kern ihrer Arbeit anderen Fachleuten am effektivsten zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und allgemein als in sich stimmige Folge von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Die Schritte sind diejenigen, die physikalische Manipulationen physikalischer Größen erfordern. Normalerweise aber nicht notwendigerweise sind diese Größen in Form von elektrischen oder magnetischen Signale, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich manchmal als praktisch erwiesen, hauptsächlich aus Gründen der gemeinsamen Nutzung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es ist jedoch zu bedenken, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den angemessenen physikalischen Größen zu assoziieren sind und lediglich praktische Bezeichnungen sind, die auf diese Größen angewandt werden. Wenn nicht spezifisch anderweitig angegeben, wird anerkannt, dass, wie aus der vorangehenden Erörterung offensichtlich, in der gesamten Beschreibung Erörterungen, die Begriffe wie „bestimmen“, „zuweisen“, „dynamisch zuweisen“, „umverteilen“, „ignorieren“, „neu zuweisen“, „erfassen“, „ausführen“, „abfragen“, „registrieren“, „überwachen“ oder dergleichen nutzen, sich auf die Aktionen und Prozesses eines Rechensystems oder einer ähnlichen elektronischen Recheneinrichtung beziehen, das bzw. die als physikalische (z. B. elektronische) Größen dargestellten Daten in den Registern und Speichern des Rechensystems manipuliert und in andere Daten, die ebenso als physikalische Größen in den Rechensystemspeichern oder -registern oder anderen derartigen Informationsspeicher-, -übertragungs- oder -anzeigeeinrichtungen dargestellt sind, umwandelt.
Die Begriffe „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hierin verwendet, um als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung bedeutend zu dienen. Jede/r Aspekt oder Auslegung, der bzw. die hierin als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben wird, darf nicht unbedingt als gegenüber andern Aspekten oder Auslegungen bevorzugt oder vorteilhaft ausgelegt werden. Vielmehr soll die Verwendung der Begriffe „Beispiel“ oder „beispielhaft“ Gedanken auf konkrete Weise darlegen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ statt ein exklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, soll „X umfasst A oder B“ alle natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, wird „X umfasst A oder B“ in allen der vorangehenden Fälle erfüllt. Außerdem sind die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und in den angehängten Ansprüchen verwendet werden, allgemein als „ein/e oder mehrere“ bedeutend auszulegen, es sei denn es ist etwas anderes angegeben oder es ist aus dem Zusammenhang klar, dass sie sich auf die Singularform beziehen sollen. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „eine Ausführungsform“ durchwegs nicht dieselbe Ausführungsform bedeuten, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Hierin beschriebene Ausführungsformen können sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der Vorgänge hierin beziehen. Diese Vorrichtung kann speziell für die benötigten Zwecke ausgelegt sein oder sie kann einen Allzweckcomputer umfassen, der von einem in dem Computer gespeicherten Computerprogramm selektiv aktiviert oder umkonfiguriert wird. Ein derartiges Computerprogramm kann in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, einer beliebigen Art von Diskette, einschließlich Floppy-Disks, optischer Disketten, CD-ROMs und magneto-optischer Disketten, Festspeichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetischer oder optischer Karten, Flash-Speichern oder einer beliebigen Art von zum Speichern elektronischer Anweisungen geeigneten Medium gespeichert sein. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ ist als ein einziges Medium oder mehrere Medien (z. B. eine zentrale oder verteilte Datenbank und/oder zugehörige Zwischenspeicher und Server) umfassend aufzufassen, die einen oder mehrere Sätze von Anweisungen speichern. Der Begriff „computerlesbares Medium“ soll außerdem als jedes Medium umfassend aufgefasst werden, das in der Lage ist, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern, zu codieren oder zu tragen, und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen. Der Begriff „computerlesbares Speichermedium“ soll dementsprechend als Halbleiterspeicher, optische Medien, magnetische Medien, jedes Medium, das in der Lage ist, einen Satz von Anweisungen zur Ausführung durch die Maschine zu speichern und das die Maschine veranlasst, eine oder mehrere der Methodologien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen umfassend, aber nicht darauf beschränkt, aufgefasst werden.
Die hierin dargelegten Verfahren und Anzeigen hängen nicht grundsätzlich mit irgendeinem bestimmten Computer oder irgendeiner anderen Vorrichtung zusammen. Es können verschiedene Allzwecksysteme mit Programmen gemäß den Lehren hierin verwendet werden, oder es kann sich als praktisch erweisen, eine spezialisiertere Vorrichtung zum Ausführen der erforderlichen Verfahrensschritte zu entwickeln. Der erforderliche Aufbau für verschiedene dieser Systeme wird aus der nachfolgenden Beschreibung klar. Darüber hinaus werden die vorliegenden Ausführungsformen nicht unter Verweis auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich, dass verschiedene Programmiersprachen zum Implementieren der Lehren der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können.
Die vorangehende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Einzelheiten dar, wie etwa Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren und so weiter, um für gutes Verständnis mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu sorgen. Es versteht sich, dass die vorangehende Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend sein soll. Viele andere Ausführungsformen werden für den Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der vorangehenden Beschreibung offensichtlich sein. Der Umfang der Offenbarung ist daher unter Verweis auf die angehängten Ansprüche, zusammen mit dem vollen Umfang von Entsprechungen, zu dem derartige Ansprüche berechtigt sind, zu bestimmen.

Claims

Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Messen, durch eine Verarbeitungsvorrichtung, eines mit einem ersten Satz Elektroden assoziierten Satzes erster Ströme bei einer ersten Frequenz, wobei der erste Satz Elektroden auf einer Außenoberfläche eines Behälters, der eine Flüssigkeit enthält, angeordnet ist; Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines mit dem ersten Satz Elektroden assoziierten zweiten Satzes Ströme bei einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist; Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung und unter Verwendung von Schaltungsmodellen, von unabhängigen Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung und unter Verwendung eines geometrischen Modells des Behälters, einer elektrischen Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Messen des ersten Satzes Ströme Folgendes beinhaltet: Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Stroms, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Stroms, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stellen auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines dritten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Messen des zweiten Satzes Ströme Folgendes beinhaltet: Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen vierten Stroms; Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen fünften Stroms; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines sechsten Stroms durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bestimmen von unabhängigen Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme Folgendes beinhaltet: Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, einer Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit unter Verwendung eines ersten Stroms, eines zweiten Stroms und eines dritten Stroms durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz, wobei der erste Strom für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativ ist, die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälter angeordnet ist, der zweite Strom für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativ ist und die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, einer Impedanz des Behälters unter Verwendung eines vierten Stroms, eines fünften Stroms und eines sechsten Stroms durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz, wobei der vierte Strom für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativ ist und der fünfte Strom für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativ ist; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, einer Impedanz der Flüssigkeit unter Verwendung der Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit und der Impedanz des Behälters.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Bestimmen der elektrischen Eigenschaft der Flüssigkeit das Umwandeln der Impedanz der Flüssigkeit in die elektrische Eigenschaft unter Verwendung des geometrischen Modells beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Messen des ersten Satzes Ströme das Messen des ersten Satzes Ströme unter Verwendung einer Vielzahl von Multiplexern und einer Sinuswellen-Floating-Ground-Abfühlmethode beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Messen des erste Satzes Ströme Folgendes beinhaltet: Messen, durch einen ersten Messkanal der Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Stroms, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; Messen, durch einen zweiten Messkanal der Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Stroms, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stellen auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines drittens Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Messen des erste Satzes Ströme Folgendes beinhaltet: Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen ersten Stroms, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität einer zweiten Elektrode des ersten Satzes Elektroden indikativen zweiten Stroms, wobei die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines dritten Stroms durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Messen, durch eine Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität einer ersten Elektrode indikativen ersten Stroms bei einer ersten Frequenz und eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode indikativen zweiten Stroms bei der ersten Frequenz, wobei die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche eines Behälters, der eine Flüssigkeit enthält, angeordnet ist und die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; Messen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen dritten Stroms bei einer zweiten Frequenz und eines für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen vierten Stroms bei der zweiten Frequenz; Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines fünften Stroms durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms und eines sechsten Stroms durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des dritten Stroms und des vierten Stroms, wobei die Umgebungsmasse durch Koppeln an umgebende Gegenstände verursacht wird; Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines ersten Satzes Impedanzen bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten, des zweiten und des fünften Stroms und eines zweiten Satzes Impedanzen bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des dritten, des vierten und des sechsten Stroms, wobei der erste Satz Impedanzen einer Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit entspricht und der zweite Satz Impedanzen einer Impedanz des Behälters entspricht; Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, eines dritten Satzes Impedanzen durch Abziehen des zweiten Satzes Impedanzen von dem ersten Satz Impedanzen, wobei der dritte Satz Impedanzen einer Impedanz der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit entspricht; und Bestimmen, durch die Verarbeitungsvorrichtung, einer elektrischen Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung des der Impedanz der Flüssigkeit entsprechenden dritten Satzes Impedanzen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die erste Frequenz höher als die zweite Frequenz ist und die zweite Frequenz einer Frequenz entspricht, bei der sich die Flüssigkeit gegenüber einer für den Behälter verwendeten Art von Material als Leiter verhält.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die erste Elektrode Teil eines ersten Satzes Elektroden ist und die zweite Elektrode Teil eines zweiten Satzes Elektroden ist, wobei der erste Satz und der zweite Satz Elektroden auf eine Weise arrangiert sind, die verschiedenen Füllständen von Flüssigkeit in dem Behälter entspricht, wobei das Verfahren ferner das Bestimmen eines aktuellen Niveaus der Flüssigkeit in dem Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Elektroden und des zweiten Satzes Elektroden beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei: das Bestimmen des ersten Satzes Impedanzen das Lösen eines ersten Gleichungssystems unter Verwendung des ersten, des zweiten und des fünften Stroms und von mindestens zwei Schaltungsmodellen mit jeweils einer T-artigen Ersatzschaltung beinhaltet, wobei die T-artige Ersatzschaltung eine erste Impedanz an der ersten Elektrode, eine zweite Impedanz an der zweiten Elektrode und eine dritte Impedanz an der Umgebungsmasse aufweist; und das Bestimmen des zweiten Satzes Impedanzen das Lösen eines zweiten Gleichungssystems unter Verwendung des dritten, des vierten und des sechsten Stroms und der mindestens zwei Schaltungsmodelle beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Bestimmen der elektrischen Eigenschaft das Bestimmen mindestens einer von einer Permittivität der Flüssigkeit oder einer Leitfähigkeit der Flüssigkeit unter Verwendung des dritten Satzes Impedanzen und eines Satzes geometrischer Parameter des Behälters beinhaltet.
Eine Verarbeitungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: ein Multiport-Netzwerk, das dazu konfiguriert ist, an eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode gekoppelt zu werden, wobei die erste Elektrode auf einer Außenoberfläche eines Behälters, der eine Flüssigkeit enthält, angeordnet ist und die zweite Elektrode auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; eine Kapazitätsmessschaltung, die an das Multiport-Netzwerk gekoppelt ist, wobei die Kapazitätsmessschaltung dazu konfiguriert ist: einen mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und einer Umgebungsmasse assoziierten ersten Satz Ströme bei einer ersten Frequenz zu messen; und einen mit der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und einer Umgebungsmasse assoziierten zweiten Satz Ströme bei einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist, zu messen; und eine Digitalverarbeitungsschaltung, die an die Kapazitätsmessschaltung gekoppelt ist, wobei die Digitalverarbeitungsschaltung dazu konfiguriert ist: unabhängige Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit und Behälter unter Verwendung des ersten Satzes Ströme und des zweiten Satzes Ströme zu bestimmen; und eine elektrische Eigenschaft der Flüssigkeit unter Verwendung der unabhängigen Impedanzen der Flüssigkeit zu bestimmen.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei: die Kapazitätsmessschaltung ferner dazu konfiguriert ist: einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen ersten Strom zu messen; und einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen zweiten Strom zu messen; und die Digitalverarbeitungsschaltung ferner dazu konfiguriert ist, einen dritten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms zu bestimmen.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei: die Kapazitätsmessschaltung ferner dazu konfiguriert ist: einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen vierten Strom zu messen; und einen für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativen fünften Strom zu messen; und die Digitalverarbeitungsschaltung ferner dazu konfiguriert ist, einen sechsten Strom durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz unter Verwendung des vierten Stroms und des fünften Stroms zu bestimmen.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei: die Kapazitätsmessschaltung ferner dazu konfiguriert ist: einen für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativen ersten Strom zu messen; und einen für eine Eigenkapazität der zweiten Elektrode indikativen zweiten Strom zu messen; und die Digitalverarbeitungsschaltung ferner dazu konfiguriert ist, einen dritten Strom durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz unter Verwendung des ersten Stroms und des zweiten Stroms zu bestimmen.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Digitalverarbeitungsschaltung, um die unabhängigen Impedanzen des Behälters, der Flüssigkeit und von Flüssigkeit mit Behälter zu bestimmen, ferner dazu konfiguriert ist: eine Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit unter Verwendung eines ersten Stroms, eines zweiten Stroms und eines dritten Stroms durch Umgebungsmasse bei der ersten Frequenz zu bestimmen, wobei der erste Strom für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativ ist, die erste Elektrode an einer ersten Stelle auf einer Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist, der zweite Strom für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode indikativ ist und die zweite Elektrode an einer zweiten Stelle auf der Außenoberfläche des Behälters angeordnet ist; eine Impedanz des Behälters unter Verwendung eines vierten Stroms, eines fünften Stroms und eines sechsten Stroms durch Umgebungsmasse bei der zweiten Frequenz zu bestimmen, wobei der vierte Strom für eine Eigenkapazität der ersten Elektrode indikativ ist und der fünfte Strom für eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode indikativ ist; und eine Impedanz der Flüssigkeit unter Verwendung der Gesamtimpedanz des Behälters und der Flüssigkeit und der Impedanz des Behälters zu bestimmen.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Kapazitätsmessschaltung einen Signalgenerator beinhaltet, der dazu konfiguriert ist, ein Anregungssignal zu erzeugen, wobei das Anregungssignal eine Sinuswelle beinhaltet.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei das Multiport-Netzwerk Folgendes umfasst: einen ersten Multiplexer, der an die erste Elektrode, die Kapazitätsmessschaltung, den Signalgenerator und die Umgebungsmasse gekoppelt ist; und einen zweiten Multiplexer, der an die zweite Elektrode, die Kapazitätsmessschaltung, den Signalgenerator und die Umgebungsmasse gekoppelt ist.
Verarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Kapazitätsmessschaltung Folgendes umfasst: einen ersten Empfängerkanal, der an die erste Elektrode gekoppelt ist; einen zweiten Empfängerkanal, der an die zweite Elektrode gekoppelt ist; und einen zweiten Signalgenerator.