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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Flüssigkeitspegelmessung und insbesondere auf eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es gibt verschiedene Verfahren zum Messen eines Flüssigkeitspegels in einem Behälter. Die Flüssigkeit wird unter Verwendung von Kontakt- oder mechanischen Sensoren, optischen Sensoren zum Anzeigen von Füllständen, induktiven Sensoren, die die von der Flüssigkeit erzeugte elektromagnetische Induktion messen, Hall-Effekt-Sensoren, die ein von der Flüssigkeit erzeugtes Magnetfeld messen, und Kapazitätssensoren erfasst.
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Die zur Messung des Flüssigkeitsstands verwendeten kapazitiven Sensoren weisen Eigenkapazitätssensoren und Gegenkapazitätssensoren mit einzelner Polarität auf. Erfinder von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben jedoch entdeckt, dass diese kapazitiven Sensoren mit Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit oder Temperatur driften. So kann eine Auslösung durch Flüssigkeitsstandsänderung oder Umgebungsänderung verursacht werden. Diese kapazitiven Sensoren erfordern das Referenzieren auf einen Referenzwert, wenn Wasser keinen Messbereich bedeckt, und erfordern eine Kalibrierung. Darüber hinaus können diese kapazitiven Sensoren den Anfangszustand des Sensors nicht erkennen und können daher davon ausgehen, dass er beim Einschalten nicht ausgelöst wird. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung adressieren diese Mängel anderer Lösungen, die von Erfindern dieser Ausführungsformen entdeckt wurden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weisen eine Pegelmessungssteuerung auf. Die Steuerung kann eine Signalgeneratorschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Anregungssignal zu erzeugen. Die Steuerung kann eine erste Verbindung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Inverse des Anregungssignals an eine erste polare Elektrode eines ersten Kondensators zu leiten, wobei die erste polare Elektrode mit einem Behälter gekoppelt ist, der ausgebildet ist, um Flüssigkeit zu halten. Die Steuerung kann eine zweite Verbindung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Anregungssignal an eine zweite polare Elektrode eines zweiten Kondensators zu leiten, wobei die zweite positiv polare Elektrode mit dem Behälter gekoppelt ist. Die Steuerung kann eine dritte Verbindung zu einer Messelektrode aufweisen. Die Messelektrode kann ausgebildet sein, um mit der ersten polaren Elektrode den ersten Kondensator auszubilden und mit der zweiten polaren Elektrode den zweiten Kondensator auszubilden. Die Steuerung kann eine Messschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Ladung an der dritten Verbindung zu messen und basierend auf der gemessenen Ladung zu bestimmen, ob eine Flüssigkeit in dem Behälter ein Niveau der zweiten polaren Elektrode erreicht hat. Eine Polarität der ersten polaren Elektrode kann einer Polarität der zweiten polaren Elektrode entgegengesetzt sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ein Verfahren zum Messen eines Füllstands aufweisen. Das Verfahren kann das Erzeugen eines Anregungssignals aufweisen. Das Verfahren kann an einer ersten Verbindung das Leiten einer Inversen des Anregungssignals zu einer ersten polare Elektrode eines ersten Kondensators aufweisen, wobei die erste polare Elektrode mit einem Behälter gekoppelt ist, der ausgebildet ist, um Flüssigkeit zu halten. Das Verfahren kann an einer zweiten Verbindung das Leiten des Anregungssignals zu einer zweiten polare Elektrode eines zweiten Kondensators aufweisen, wobei die zweite positiv polare Elektrode mit dem Behälter gekoppelt ist. Das Verfahren kann an einer dritten Verbindung zu einer Messelektrode das Ausbilden des ersten Kondensators mit der ersten polaren Elektrode und der Messelektrode aufweisen. Das Verfahren kann das Ausbilden des zweiten Kondensators mit der zweiten polaren Elektrode und der Messelektrode aufweisen, das Messen der Ladung an der dritten Verbindung und basierend auf der gemessenen Ladung das Bestimmen aufweisen, ob eine Flüssigkeit in dem Behälter ein Niveau der zweiten polaren Elektrode erreicht hat. Eine Polarität der ersten polaren Elektrode ist einer Polarität der zweiten polaren Elektrode entgegengesetzt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Veranschaulichung eines beispielhaften Systems zur Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine detailliertere Darstellung einer Elektrodenanordnung für eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine detailliertere Darstellung einer Steuerung für eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine Veranschaulichung eines Verfahrens zur Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können eine Pegelmessungssteuerung aufweisen. Die Pegelmessungssteuerung kann eine Signalgeneratorschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Anregungssignal zu erzeugen. Die Signalgeneratorschaltung kann durch jede geeignete Kombination von analogen Schaltungen, digitalen Schaltungen oder Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor implementiert werden. Das Anregungssignal kann eine steigende oder fallende Flanke eines Spannungsimpulses aufweisen. Die Signalgeneratorschaltung kann eine erste Verbindung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Inverses des Anregungssignals an eine erste polare Elektrode eines ersten Kondensators zu leiten. Die erste polare Elektrode kann an einen Behälter gekoppelt sein, der ausgebildet ist, um Flüssigkeit zu halten. Die Steuerung kann eine zweite Verbindung aufweisen, die ausgebildet ist, um das Anregungssignal an eine zweite polare Elektrode eines zweiten Kondensators zu leiten. Die zweite positiv polare Elektrode kann mit dem Behälter verbunden sein. Die Steuerung kann eine dritte Verbindung zu einer Messelektrode aufweisen. Die Messelektrode kann ausgebildet sein, um den ersten Kondensator mit der ersten polaren Elektrode auszubilden und den zweiten Kondensator mit der zweiten polaren Elektrode auszubilden. Die Steuerung kann eine Messschaltung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Ladung an der dritten Verbindung zu messen und basierend auf der gemessenen Ladung zu bestimmen, ob eine Flüssigkeit in dem Behälter ein Niveau der zweiten polaren Elektrode erreicht hat. Die Verbindungen können jede geeignete elektronische oder elektrische Verbindung aufweisen. Die Messschaltung kann durch jede geeignete Kombination von analogen Schaltungen, digitalen Schaltungen oder Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor implementiert werden. Eine Polarität der ersten polaren Elektrode kann einer Polarität der zweiten polaren Elektrode entgegengesetzt sein. Zum Beispiel kann die erste polare Elektrode positiv sein und die zweite polare Elektrode kann negativ sein. In einem anderen Beispiel kann die erste polare Elektrode negativ sein und die zweite polare Elektrode kann positiv sein. Die Elektroden können sich innerhalb oder außerhalb des Behälters befinden.
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In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die Ladung am dritten Anschluss die relative Kapazität zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator darstellen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen ist die Messschaltung ausgebildet, um basierend auf einer Änderung der relativen Kapazität zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator basierend auf der Ladung an der dritten Verbindung festzustellen, dass Flüssigkeit in dem Behälter das Niveau der ersten polaren Elektrode erreicht hat. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen weist die Steuerung weiterhin eine vierte Verbindung zu einer dritten polaren Elektrode eines dritten Kondensators auf, wobei die dritte polare Elektrode mit dem Behälter gekoppelt ist. Die zweite Verbindung kann weiterhin ausgebildet sein, um das Anregungssignal an die zweite polare Elektrode des zweiten Kondensators zu leiten, wenn die Flüssigkeit des Behälters auf Nähe zu der zweiten polaren Elektrode überprüft werden soll, und um ein Massesignal an die zweite polare Elektrode des zweiten Kondensators zu leiten, wenn die Flüssigkeit des Behälters auf Nähe zur dritten polaren Elektrode überprüft werden soll. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen ist die vierte Verbindung ausgebildet, um das Anregungssignal an die dritte polare Elektrode des dritten Kondensators zu leiten, wenn die Flüssigkeit des Behälters auf Nähe zur dritten polaren Elektrode überprüft werden soll, und ein Massesignal an die dritte polare Elektrode des dritten Kondensators, wenn die Flüssigkeit des Behälters auf Nähe zur zweiten polaren Elektrode überprüft werden soll. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen ist die Messelektrode weiterhin ausgebildet, um den dritten Kondensator mit der dritten polaren Elektrode auszubilden. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die erste polare Elektrode mit dem Behälter außerhalb eines möglichen Bereichs der Flüssigkeit verbunden sein. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das an den zweiten Kondensator angelegte Anregungssignal so ausgebildet sein, dass es eine Detektion des Flüssigkeitspegels in dem Behälter bewirkt. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Inverse des an den ersten Kondensator angelegten Anregungssignals ausgebildet sein, um eine Kompensation von Kapazitätsänderungen in dem zweiten Kondensator aufgrund von Umgebungsänderungen zu bewirken.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ein System aufweisen. Das System kann jede der oben beschriebenen Pegelmessungssteuerungen aufweisen. Das System kann eine Elektrodenanordnung aufweisen. Die Elektrodenanordnung kann die Messelektrode und die oben beschriebenen polaren Elektroden aufweisen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ein Verfahren zum Bestimmen eines Pegels aufweisen.
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Das Verfahren kann den Betrieb einer beliebigen der oben erörterten Steuerungen und Systeme aufweisen.
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1 ist eine Darstellung eines beispielhaften Systems 100 für eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 kann verwendet werden, um einen Flüssigkeitsstand in jeder geeigneten Anwendung zu erfassen, wie beispielsweise in Verbrauchergeräten, Lagertanks, Kraftfahrzeuganwendungen, Reservoirs, Wasser, Abwasser, Versorgungsunternehmen oder der Öl- und Gas-Industrie. Das System 100 kann dazu ausgebildet sein, einen Flüssigkeitsstand / in einem beliebigen geeigneten Behälter 104 zu bestimmen. Obwohl der Behälter 104 als Zylinder dargestellt ist, kann jeder geeignet geformte, angeordnete oder ausgerichtete Behälter verwendet werden. Der Flüssigkeitsstand / kann in Bezug auf irgendeinen anderen geeigneten Teil des Behälters 104 definiert werden, wie beispielsweise einen Boden des Behälters 104. Das System 100 kann ausgebildet sein, um eine Messung von / periodisch, bei Bedarf oder nach irgendeinem geeigneten Stimulus oder Kriterium durchzuführen. Das System 100 kann ausgebildet sein, um die Messung von / zu melden oder eine Warnung zu erzeugen, dass / einen oberen Schwellenwert oder einen unteren Schwellenwert erreicht, periodisch, auf Anforderung oder nach einem beliebigen geeigneten Stimulus oder Kriterium.
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Das System 100 kann eine Steuerung 102 aufweisen. Die Steuerung 102 ist detaillierter in 3 gezeigt, die weiter unten ausführlicher erörtert wird. Die Steuerung 102 kann durch digitale Schaltungen, analoge Schaltungen, Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor oder eine beliebige geeignete Kombination davon in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung implementiert werden. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 102 Schnittstellen für oder Teile von mehreren gegenkapazitiven Sensoren mit dualer Polarität aufweisen. Die Steuerung 102 kann eine Signalerzeugungsschaltung aufweisen, die an die Gegenkapazitätssensoren mit dualer Polarität anzulegen ist. Außerdem kann die Steuerung 102 eine Schaltung aufweisen, um Signale zu integrieren, die von den Gegenkapazitätssensoren mit dualer Polarität empfangen werden.
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Das System 100 kann eine Elektrodenanordnung 106 aufweisen, die an den Behälter 104 gekoppelt ist. Die Elektrodenanordnung 106 kann an der Außenseite oder an der Innenseite des Behälters 104 an den Behälter 104 gekoppelt sein. Die Elektrodenanordnung 106 kann jede geeignete Anzahl und Art von Elektroden aufweisen. Solche Elektroden können in 1:1- oder 1:N-Paaren zueinander angeordnet sein. Darüber hinaus können solche Elektroden beim Empfang von Anregungssignalen Kondensatoren ausbilden. Die Anregungssignale können von der Steuerung 102 empfangen werden. Die Anregungssignale können zu Sende- und Empfangselektroden der Elektrodenanordnung 106 geleitet werden. Die Anregungssignale können, wenn sie an ein Elektrodenpaar angelegt werden, die Messung der Ladung zwischen den Elektroden erleichtern. Die Messung der Ladung zwischen den Elektroden kann verwendet werden, um die Kapazität zwischen den Elektroden zu messen. Die Kapazitätsmessung kann als Näherungsbewertung für die Flüssigkeit im Behälter 104 verwendet werden. Die Position der Elektroden in Bezug auf den Behälter 104 kann bekannt sein und somit kann die zugehörige Kapazitätsmessung verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Flüssigkeit einen bestimmten Füllstand / in Behälter 104 erreicht hat, wobei die Position einer Elektrode, die eine Näherungsdetektion oder -änderung durchführt, anzeigen kann, dass die Flüssigkeit die bekannte Position der Elektrode erreicht hat.
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Die Steuerung 102 kann ausgebildet sein, um sequentiell die Kapazität an Elektrodenpaaren der Elektrodenanordnung 106 in dem Behälter 104 zu messen und die Nähe der Flüssigkeit auf jede geeignete Weise zu melden. Die Steuerung 102 kann beispielsweise von Elektrodenpaaren an einer Oberseite der Elektrodenbaugruppe 106 ausgehen und auf Elektrodenpaare an einer Unterseite der Elektrodenbaugruppe 106 hin arbeiten. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 102 die Kapazität zwischen allen Elektrodenpaaren der Elektrodenbaugruppe 106 auswerten. Die Steuerung 102 kann dann die Kapazität jedes solchen Elektrodenpaars beispielsweise an die Anzeige- oder Warnvorrichtung 108 melden. Die Steuerung 102 kann melden, ob jedes solche Elektrodenpaar die Nähe von Flüssigkeit zu dem Elektrodenpaar erfasst hat. Die Steuerung 102 kann den vorgegebenen Pegel / melden, der dem höchsten Elektrodenpaar zugeordnet ist, das die Nähe zu Flüssigkeit erkannt hat. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 102 nach dem Bestimmen der Nähe der Flüssigkeit in dem Behälter 104 während der Bewertung der Elektrodenpaare von oben nach unten eine solche Detektion und das Niveau / des Elektrodenpaars, das eine solche Detektion durchführt, melden.
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2 ist eine detailliertere Darstellung der Elektrodenanordnung 106 für eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Darüber hinaus veranschaulicht 2 eine Ladung, die über die Zeit auf verschiedene Elektroden der Elektrodenanordnung 106 aufgebracht wird, um nach Kapazitätswerten und somit der Nähe der Flüssigkeit für Elektroden zu scannen.
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Die Elektrodenanordnung 106 kann eine Messelektrode 210 aufweisen. Die Messelektrode 210 kann verwendet werden, um während des Abfragens von Elektroden in der Elektrodenanordnung 106 eine Verbindung mit einem Sammel- oder Messknoten der Steuerung 102 herzustellen. Die Messelektrode 210 kann eine erste Elektrode von mehreren Elektrodenpaaren sein, die zur Näherungserkennung ausgebildet werden. Die Messelektrode 210 kann eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen. Beim Verbinden mit der Messelektrode 210 kann die Steuerung 102 die Messelektrode 210 auf die Hälfte der Versorgungsspannung vorladen. Während nachfolgender Messungen kann die Spannung der Messelektrode 210 schwebend sein.
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Die Elektrodenanordnung 106 kann zwei oder mehr zweite Elektroden oder polaren Elektroden 212A - 212H aufweisen. Jede der polaren Elektroden 212A - 212G kann verwendet werden, um während des Abfragens der vorgegebenen polaren Elektrode mit einem positiven Signal von der Steuerung 102 verbunden zu werden, und kann während des Abfragens anderer polarer Elektroden 212A - 212G mit Masse verbunden werden. Die polare Elektrode 212H kann verwendet werden, um während des Abfragens der polaren Elektroden 212A - 212G mit einem negativen Signal von der Steuerung 102 verbunden zu werden.
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Die polaren Elektroden 212A - 212H können ausgebildet sein, um als Sendeelektroden für einen kapazitiven Sensor zu arbeiten. Die Messelektrode 210 kann ausgebildet sein, um als Empfangselektrode für einen kapazitiven Sensor zu arbeiten. Somit kann jedes Elektrodenpaar, das die Messelektrode 210 und eine der polaren Elektroden 212A - 212H umfasst, ein kapazitiver Sensor sein und als ein Kondensator dargestellt werden.
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Im Beispiel von 2 kann die Elektrodenanordnung 106 vertikal entlang der Seite des Behälters 104 angeordnet sein. Somit können die polaren Elektroden 212A - 212G vertikal von unten nach oben innerhalb der Elektrodenanordnung 106 angeordnet sein. Die polare Elektrode 212H kann oben an der Elektrodenanordnung 106 angeordnet sein. Jede der polaren Elektroden 212A - 212G kann ausgebildet sein, um anzuzeigen, ob die Flüssigkeit in dem Behälter 104 die vertikale Position erreicht hat, die der vorgegebenen der polaren Elektroden 212A - 212G zugeordnet ist. Aus der Detektion oder Näherungsmessung, die durch die vorgegebene der Elektroden 212A-212G bereitgestellt wird, und der bekannten Position oder Höhe der Elektroden 212A-212G kann das System 100 in der Lage sein, einen Flüssigkeitsstand / im Behälter 104 zu bestimmen.
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Wenn die Sensorelektrode 210 mit einem Sammelknoten der Steuerung 102 verbunden ist, die polare Elektrode 212H mit einem negativen Signal verbunden ist und eine vorgegebene der polaren Elektroden 212A - 212G mit einem positiven Signal verbunden ist, kann ein erster kapazitiver Sensor zwischen polarer Elektrode 212H und Messelektrode 210, und ein zweiter kapazitiver Sensor zwischen der Messelektrode 210 und der vorgegebenen der polaren Elektroden 212A - 212G ausgebildet werden. Die kapazitiven Sensoren können dazu ausgebildet sein, die Nähe zu Flüssigkeit im Behälter 104 zu erkennen.
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Um die Elektrodenkombinationen auf Nähe zur Flüssigkeit im Behälter 104 zu scannen, kann bei (1) die Messelektrode 210 mit einem Sammelknoten der Steuerung 102 verbunden werden, ein negatives Signal oder ein negativer Impuls kann an die polare Elektrode 212H angelegt werden, Masse kann an die polaren Elektroden 212B - 212G angelegt werden, und ein positives Signal oder Impuls kann an die polare Elektrode 212A angelegt werden. Wenn sich die Flüssigkeit im Behälter 104 auf der Höhe der polaren Elektrode 212A befindet, können kapazitive Sensoren, die durch die Kombination der polaren Elektrode 212H, der polaren Elektrode 212A und der Sensorelektrode 210 ausgebildet werden, dem System 100 eine Nähe der Flüssigkeit zu der polaren Elektrode 212A anzeigen.
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Bei (2) kann die Messelektrode 210 mit einem Sammelknoten der Steuerung 102 verbunden werden, ein negatives Signal oder ein negativer Impuls kann an die polare Elektrode 212H angelegt werden, Masse kann an die polaren Elektroden 212A und 212C - 212G angelegt werden und ein positives Signal oder Impuls kann an die polare Elektrode 212B angelegt werden. Wenn sich die Flüssigkeit im Behälter 104 auf der Höhe der polaren Elektrode 212B befindet, können kapazitive Sensoren, die durch die Kombination der polaren Elektrode 212H, der polaren Elektrode 212B und der Sensorelektrode 210 ausgebildet werden, dem System 100 eine Nähe der Flüssigkeit zu der polaren Elektrode 212B anzeigen.
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Bei (3)-(7) kann dieselbe Abfrage für die polaren Elektroden 212C-212G durchgeführt werden.
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Während 2 so beschrieben ist, dass ein negatives Signal an die polare Elektrode 212H anlegt wird, ein positives Signal an eine jeweilige der polaren Elektroden 212A - 212G und die Messelektrode 210 mit einem Sammelknoten der Steuerung 102 verbunden wird, können beliebige geeignete Signale und Spannungen angelegt werden, um kapazitive Sensoren zwischen der polaren Elektrode 212H und der Messelektrode 210 und zwischen der Messelektrode 210 und der vorgegebenen der polaren Elektroden 212A - 212G zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann ein negatives Signal an vorgegebene der polaren Elektroden 212A - 212G angelegt werden und ein positives Signal kann an die polare Elektrode 212H angelegt werden. Beliebige Spannungswerte für das negative Signal und das positive Signal können verwendet werden, solange eine abfallende Flanke an die polare Elektrode 212 angelegt wird, während eine ansteigende Flanke an eine jeweilige der polaren Elektroden 212A - 212G angelegt wird, oder solange eine ansteigende Flanke an die polare Elektrode 212 angelegt wird, während eine abfallende Flanke an eine jeweilige der polaren Elektroden 212A - 212G angelegt wird. Die steigenden und fallenden Flanken können ungefähr die gleiche absolute Größe und Änderungsrate aufweisen.
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3 ist eine detailliertere Darstellung der Steuerung 102 für eine Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Darüber hinaus veranschaulicht 3 Teile des Elektrodenarrays 106, das kapazitive Sensoren ausgebildet hat.
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Die Steuerung 102 kann einen Anschluss 306 zur Verbindung mit der polaren Elektrode 212H der Elektrodenanordnung 106 aufweisen. Außerdem kann die Steuerung 102 einen Anschluss 320 zur Verbindung mit der Messelektrode 210 der Elektrodenanordnung 106 aufweisen. Außerdem kann die Steuerung 102 Anschlüsse 308A - 308G für Verbindungen zu jeder der polaren Elektroden 212A-212G aufweisen.
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Verbindungen zwischen der Steuerung 102, der Messelektrode 210 und den polaren Elektroden 212A - 212H können kapazitive Sensoren in der Elektrodenanordnung 106 ausbilden, die in 3 durch die Kondensatoren 310, 312A - 312G dargestellt sind. Verbindungen vom Anschluss 306 zur polare Elektrode 212H und vom Anschluss 320 zur Messelektrode 210 können den Kondensator 310 ausbilden.
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Verbindungen vom Anschluss 308A zur polare Elektrode 212A und vom Anschluss 320 zur Messelektrode 210 können einen Kondensator 312A ausbilden. Verbindungen vom Anschluss 308B zur polare Elektrode 212B und vom Anschluss 320 zur Messelektrode 210 können einen Kondensator 312B ausbilden. In ähnlicher Weise können Verbindungen von den Anschlüssen 308C - 308G zu den polaren Elektroden 212C - 212G und vom Anschluss 320 zur Messelektrode 210 Kondensatoren 312C - 312G ausbilden (Anschlüsse 308C - 308F, Kondensatoren 312C - 312F und zugehörige Verbindungen und Zweige nicht gezeigt).
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Die Steuerung 102 kann einen Messsignalgenerator 302 aufweisen. Der Messsignalgenerator 302 kann ausgebildet sein, um ein Impulssignal, ein Anregungssignal, ein Sendesignal oder ein beliebiges anderes geeignetes Signal für eine Sendeelektrode eines kapazitiven Sensors zu erzeugen. Der Messsignalgenerator 302 kann durch eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor oder eine beliebige geeignete Kombination davon implementiert werden. In dem Beispiel von 3 kann der Messsignalgenerator 302 ausgebildet sein, um ein positives Impulssignal zu erzeugen, wenn die Steuerung 102 die Kapazität eines vorgegebenen kapazitiven Sensors auswertet.
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Das vom Messsignalgenerator 302 erzeugte positive Impulssignal kann zu einem Inverter 304 geleitet werden, und das resultierende negative Impulssignal kann zum Anschluss 306 geleitet werden, um an die polare Elektrode 212H angelegt zu werden. Das vom Messsignalgenerator 302 erzeugte positive Impulssignal kann weiter an einen Schalter 318 geleitet werden, der wiederum das positive Impulssignal an einen ausgewählten der Anschlüsse 308A - 308G weiterleiten kann, um an eine ausgewählte der polaren Elektroden 212A - 212G angelegt zu werden.
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Der Schalter 318 kann auf jede geeignete Weise implementiert werden, wie beispielsweise ein Multiplexer, eine Schalterstruktur, eine Schaltermatrix oder eine andere geeignete Struktur. Der Schalter 318 kann ausgebildet sein, um das positive Impulssignal an einen ausgewählten der Anschlüsse 308A - 308G und ein Massesignal an die anderen der Anschlüsse 308A - 308G auszugeben.
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Die Steuerung 102 kann eine Steuerschaltung 320 aufweisen. Die Steuerschaltung 320 kann auf jede geeignete Weise implementiert sein, wie etwa analoge Schaltungen, digitale Schaltungen, Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor oder eine beliebige geeignete Kombination davon. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 320 durch digitale Logik, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, einen Prozessor oder einen Mikrocontroller implementiert werden. Die Steuerschaltung 320 kann ausgebildet sein, um den Betrieb, das Timing, das Abfragen und das Sammeln von Ergebnissen von den Sensoren des Systems 100 zu steuern. Die Steuerschaltung 320 kann beispielsweise ausgebildet sein, um für den Messsignalgenerator 302 festzulegen, wann Impulse erzeugt werden sollen, um Messungen in der Elektrodenanordnung 106 durchzuführen. Weiterhin kann die Steuerschaltung 320 ausgebildet sein, um für den Schalter 318 festzulegen, welche Anschlüsse die Impulse empfangen sollen und welche Anschlüsse das Massesignal empfangen sollen. Somit kann die Steuerschaltung 320 spezifizieren, welche der Elektroden 212A - 212G zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine Näherungsdetektion der Flüssigkeit in dem Behälter 104 durchführen soll. Darüber hinaus kann die Steuerschaltung 320 dazu ausgebildet sein, Ergebnisse von Messungen zu sammeln, die Ergebnisse im Speicher zu speichern oder diese Ergebnisse an andere Entitäten 108 zu melden.
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Die Kapazitäten des Kondensators 310 und der Kondensatoren 312A - 312H können variieren, je nachdem, ob sich ein bestimmter solcher Kondensatoren in unmittelbarer Nähe der Flüssigkeit im Behälter 104 befindet. In einer Ausführungsform kann die polare Elektrode 212H außerhalb des Flüssigkeitsbereichs im Behälter 104 gehalten werden. Dementsprechend kann die Kapazität des Kondensators 310 von dem Flüssigkeitsstand / im Behälter 104 unbeeinflusst sein. Somit kann die Kapazität des Kondensators 310 über alle Flüssigkeitsstände im Behälter 104 konstant gehalten werden. Die Kapazität des Kondensators 310 kann jedoch gemäß unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, in denen das System 100 verwendet wird, wie etwa Temperatur, Feuchtigkeit oder elektromagnetische Interferenz, variieren. Wenn sich eine vorgegebene der polaren Elektroden 212A - 212G in der Nähe der Flüssigkeit im Behälter 104 befindet, ändert sich die Kapazität zwischen der vorgegebenen polare Elektrode und der Messelektrode 210 und somit die Kapazität des zugeordneten der Kondensatoren 312A - 312G. Die Kapazität der Kondensatoren 312A - 312G kann jedoch ebenfalls gemäß unterschiedlichen Umgebungsbedingungen variieren, in denen das System 100 verwendet wird, wie etwa Temperatur, Feuchtigkeit oder elektromagnetische Interferenz.
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Die Steuerung 102 kann ausgebildet sein, um zu bestimmen, ob sich die Kapazität eines oder mehrerer der Kondensatoren 312A - 312G geändert hat, was die Nähe der jeweiligen polaren Elektroden 212A - 212G zur Flüssigkeit in dem Behälter 104 anzeigt. Die Steuerung 102 kann jeden oder einen von mehreren der Kondensatoren 312A-312G der Reihe nach abfragen oder auswerten. Die Steuerung 102 kann dazu ausgebildet sein, die Kapazität des vorgegebenen der Kondensatoren 312A-312G zu bewerten und die Kapazität des vorgegebenen der Kondensatoren 312A-312G mit der Kapazität des Kondensators 310 zu vergleichen. Die Steuerung 102 kann dazu ausgebildet sein, die Kapazität eines der Kondensatoren 312A - 312G mit der Kapazität des Kondensators 310 zu vergleichen, indem beispielsweise die Ladung an einem Punkt zwischen dem vorgegebenen der Kondensatoren 312A - 312G und dem Kondensator 310 ausgewertet wird.
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Wenn ein bestimmter der Kondensatoren 312A - 312G zur Auswertung durch Anlegen eines positiven Signals an den jeweiligen der Anschlüsse 308A - 308G ausgewählt wird, kann Masse an die anderen der Anschlüsse 308A - 308G angelegt werden, und ein negatives Signal kann an Anschluss 306 angelegt werden. Nimmt man den Kondensator 312A als Beispiel, weist die obere Platte (Elektrode 212H) des Kondensators 310 die negative Spannung, die untere Platte (Elektrode 210) des Kondensators 310 weist dieselbe Spannung auf wie die obere Platte (Elektrode 210) des Kondensators 312A, und die unteren Platte (Elektrode 212A) von Kondensator 312A weist die positive Spannung auf. Basierend auf den Kapazitäten der Kondensatoren 312A und 310 sammeln sich unterschiedliche Ladungsmengen an der unteren Platte des Kondensators 310 und der oberen Platte des Kondensators 312A an. Wenn die Kapazitäten des Kondensators 312A und des Kondensators 310 gleich sind, sammelt sich eine bestimmte Ladungsmenge an. Ein solcher Zustand kann auftreten, wenn die Elektrode 212A des Kondensators 312A nicht an die Flüssigkeit im Behälter 104 angrenzt.
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Die parasitäre Kapazität des Kondensators 312A kann aufgrund von Änderungen der Feuchtigkeit, Temperatur, elektromagnetischer Interferenz oder anderer Umgebungsbedingungen driften. Diese Kapazitätsänderung ist langsam, aber diese Kapazitätsänderung kann aufgrund der Änderungsrate nicht von Kapazitätsänderungen aufgrund von Flüssigkeit im Behälter 104 unterschieden werden, da Kapazitätsänderungen aufgrund von Flüssigkeit in Behälter 104 ebenfalls langsam sein können. In einer Ausführungsform kann die Einbeziehung des Kondensators 310 solche langsamen Umgebungsänderungen der Kapazität des Kondensators 312A berücksichtigen, da diese beiden Kondensatoren, da sie in einer gemeinsamen Elektrodenanordnung 106, auf derselben Leiterplatte oder mit duplizierten Materialien implementiert sind, die gleiche erwartete Kapazität aufweisen können. Der Kondensator 310 und der Kondensator 312A können dieselbe Umgebungsänderung erfahren. Der Kondensator 310 kann aufgrund der angelegten Signale vom Messsignalgenerator 302 eine erwartete gleiche Ladung aufweisen, wenn auch mit entgegengesetzter Polarität wie der Kondensator 312A. Somit kann der Kondensator 310 eine Kompensation für Kapazitätsänderungen bereitstellen, die der Kondensator 312A aufgrund von Umgebungsänderungen erfährt.
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Wenn die Kapazitäten des Kondensators 312A und des Kondensators 310 gleich sind, sammelt sich dementsprechend eine erste Ladungsmenge zwischen diesen Kondensatoren an, und diese Ladungsmenge kann repräsentieren, dass die Elektrode 212A nicht an die Flüssigkeit im Behälter 104 angrenzt. Wenn in einer Ausführungsform die Kapazitäten des Kondensators 312A und des Kondensators 310 unterschiedlich sind, wird sich eine zweite, unterschiedliche Ladungsmenge ansammeln. Ein solcher Zustand kann auftreten, wenn sich die Elektrode 212A des Kondensators 312A neben der Flüssigkeit im Behälter 104 befindet. In einem solchen Zustand kann die Steuerung 102 die zweite, unterschiedliche Ladungsmenge detektieren und die Ladungsmenge gegen Schwellenwerte auswerten die anzeigen, dass sich die Flüssigkeit im Behälter 104 der Elektrode 212A angenähert hat. In einer anderen Ausführungsform könnte sich eine Ladung von Null zwischen den Kondensatoren 310, 312A ansammeln, wenn die Kapazitäten dieser Kondensatoren gleich sind, und eine Ladung ungleich Null könnte sich zwischen den Kondensatoren 310, 312A ansammeln, wenn die Kapazitäten dieser Kondensatoren unterschiedlich sind, d.h. die erste Ladungsmenge kann null sein.
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Die Steuerung 102 kann jede geeignete Schaltung zum Bewerten der zwischen dem Kondensator 310 und dem Kondensator 312A angesammelten Ladung aufweisen. Zum Beispiel kann die Steuerung 102 eine Messschaltung wie etwa einen Integrator 314 aufweisen. Der Integrator 314 kann zum Beispiel durch eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung oder eine beliebige geeignete Kombination davon implementiert werden. Der Integrator 314 kann ausgebildet sein, um die zwischen dem Kondensator 310 und dem Kondensator 312A akkumulierte Ladung zu bestimmen. Der Integrator 314 kann ein analoges Signal ausgeben, das die angesammelte Ladung anzeigt. Das analoge Signal kann zu einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 316 geleitet werden. Der Wert der Ladung vom ADC 316 kann an die Steuerschaltung 320, wie etwa die Anzeige- oder Warnvorrichtung 108, bereitgestellt werden oder an andere Einheiten ausgegeben werden, wie zum Beispiel Anzeige oder Warnvorrichtung 108.
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Der oben beschriebene beispielhafte Betrieb der Steuerung 102 in Bezug auf den Kondensator 312A kann auch für jeden der Kondensatoren 312B - 312G verwendet werden.
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4 ist eine Veranschaulichung eines Verfahrens 400 zur Gegenkapazitätsflüssigkeitsmessung mit dualer Polarität gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Schritte des Verfahrens 400 können zum Beispiel durch jeden geeigneten Teil der Elemente von 1 - 3 durchgeführt werden, wie etwa durch die Steuerung 102. Das Verfahren 400 kann an jedem geeigneten Punkt, wie etwa bei Schritt 405 eingeleitet werden das Verfahren 400 kann optional wiederholt, weggelassen oder rekursiv ausgeführt werden.
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Die Schritte des Verfahrens 400 können in der unten erörterten Reihenfolge oder in jeder anderen geeigneten alternativen Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus können während der Ausführung des Verfahrens 400 im Vergleich zu den in 4 gezeigten mehr oder weniger Schritte durchgeführt werden. Einige Teile des Verfahrens 400 können durch Anweisungen für einen Prozessor ausgeführt werden, die in einem nicht flüchtigen maschinenlesbaren Medium gespeichert sind. Die Anweisungen können, wenn sie vom Prozessor geladen und ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor die Schritte des Verfahrens 400 durchführt.
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Bei Schritt 405 kann bestimmt werden, ob der Flüssigkeitsstand in einem Behälter zu finden ist. Die Feststellung, ob der Flüssigkeitsstand zu finden ist, kann beispielsweise auf Anforderung von einem größeren Gerät oder System, periodisch oder nach anderen geeigneten Kriterien erfolgen. Wenn der Flüssigkeitsstand gefunden werden soll, kann das Verfahren 400 mit Schritt 410 fortfahren. Andernfalls kann das Verfahren 400 mit Schritt 470 fortfahren.
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Bei Schritt 410 kann ein positiver Messimpuls erzeugt werden. Bei Schritt 415 kann der positive Messimpuls invertiert werden, um einen negativen Messimpuls zu erzeugen. Bei Schritt 420 kann der negative Messimpuls an eine Elektrode mit negativer Polarität in einer Elektrodenanordnung neben oder innerhalb des Behälters gesendet werden. Das Senden des negativen Messimpulses an die Elektrode mit negativer Polarität kann einen Kondensator mit negativer Polarität laden, der durch die Elektrode mit negativer Polarität und eine Messelektrode gebildet wird. Die Messelektrode kann mit einem Sammelknoten einer Steuerung oder einer anderen Vorrichtung verbunden sein, die das Verfahren 400 durchführt.
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Bei Schritt 425 kann eine Elektrode mit positiver Polarität in der Elektrodenanordnung neben oder innerhalb des Behälters ausgewählt werden. In einer Ausführungsform kann die Elektrode mit positiver Polarität ausgewählt werden, die die höchste Elektrode ist, die noch nicht bewertet wurde.
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Bei Schritt 430 kann der positive Messimpuls an die ausgewählte Elektrode mit positiver Polarität gesendet werden. Das Senden des positiven Messimpulses an die ausgewählte Elektrode positiver Polarität kann einen Kondensator positiver Polarität laden, der durch die selektive Elektrode positiver Polarität und die Messelektrode gebildet wird.
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In Schritt 435 können andere Elektroden positiver Polarität in der Elektrodenanordnung neben dem Behälter, die gegenwärtig nicht zur Auswertung ausgewählt werden, geerdet oder anderweitig isoliert oder daran gehindert werden, Messungen in Verbindung mit der zur Auswertung ausgewählten positiven Elektrode zu beeinflussen.
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Bei Schritt 440 kann Ladung zwischen den Kondensatoren mit negativer und positiver Polarität gesammelt oder integriert werden. Bei Schritt 445 kann die gesammelte Ladung in einen digitalen Wert umgewandelt werden.
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Bei Schritt 450 kann der Wert der gesammelten Ladung ausgewertet werden, um einen Kapazitätswert des Kondensators mit positiver Polarität im Vergleich zu einem Kapazitätswert des Kondensators mit negativer Polarität zu bestimmen. Der relative Wert der Kapazitäten, wie er durch den Wert der gesammelten Ladung gezeigt wird, kann veranschaulichen, ob eine Flüssigkeit die ausgewählte Elektrode positiver Polarität des Kondensators positiver Polarität erreicht hat. Wenn der Wert eine Nähe der Flüssigkeit zu der ausgewählten Elektrode mit positiver Polarität angibt, kann das Verfahren 400 zu Schritt 455 weitergehen. Andernfalls kann das Verfahren 400 zu Schritt 460 weitergehen.
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Bei Schritt 455 kann ein Bericht oder ein anderer Indikator für die ausgewählte Elektrode positiver Polarität oder deren Position erzeugt werden, die anzeigt, dass der Flüssigkeitspegel des Behälters die ausgewählte Elektrode positiver Polarität oder deren Position erreicht hat. Das Verfahren 400 kann mit Schritt 470 fortfahren.
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Bei Schritt 460 kann bestimmt werden, ob zusätzliche Elektroden mit positiver Polarität vorhanden sind, die noch nicht bewertet wurden. Wenn dies der Fall ist, kann das Verfahren 400 mit Schritt 425 fortfahren, in dem eine nächste Elektrode zur Bewertung ausgewählt werden kann. Andernfalls kann das Verfahren 400 mit Schritt 465 fortfahren.
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Bei Schritt 465 kann bestimmt werden, dass der Behälter leer ist. Das Verfahren 400 kann mit Schritt 470 fortfahren.
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Bei Schritt 470 kann bestimmt werden, ob das Verfahren 400 wiederholt werden sollte. Das Verfahren 400 kann kontinuierlich, bei Bedarf oder nach anderen geeigneten Kriterien wiederholt werden, die von einem System festgelegt oder gesteuert werden, in dem eine Flüssigkeitsstanddetektion durchgeführt wird. Das Verfahren 400 kann mit Schritt 405 fortfahren, wenn das Verfahren 400 wiederholt werden soll, oder kann mit Schritt 475 fortfahren, um es zu beenden, wenn das Verfahren 400 nicht wiederholt werden soll.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben, und es sollte erkannt werden, dass viele Äquivalente, Alternativen, Variationen und Modifikationen, abgesehen von den ausdrücklich genannten, möglich sind und im Schutzumfang der Offenbarung liegen. Während die vorliegende Offenbarung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, wurden spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon in den Zeichnungen gezeigt und hierin im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die hierin beschriebene Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen die Offenbarung nicht auf die hierin offenbarten besonderen Formen beschränken soll.
