DE1237467B

DE1237467B - Arrangement for remote measurement of the fill level of storage containers

Info

Publication number: DE1237467B
Application number: DE1963E0025634
Authority: DE
Inventors: Heinrich Arns; Hans-Juergen Franz; Guenther Segler
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1963-10-05
Filing date: 1963-10-05
Publication date: 1967-03-23

Description

Anordnung zur Fernmessung des Füllstands von Vorratsbehältern Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Fernmessung des Füllstandes von Vorratsbehältern durch Messung der von der Füllhöhe abhängigen Kapazität zwischen zwei am Behälter angebrachten Elektroden, von denen eine die Behälterwand sein kann, mit einer an der Meßstelle angeordneten Kapazitätsmeßbrücke, die über einen Übertrager an ein Koaxialkabel angeschlossen ist das von einem an der Anzeigestelle angeordneten Hochfrequenzoszillator mit Wechselstrom versorgt ist, einer an die Nulldiagonale der Kapazitätsmeßbrücke angeschlossenen Gleichrichterschaltung, und mit einem an der Anzeigestelle angeordneten Gleichstromverstärker, der über das gleiche Koaxialkabel mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung verbunden ist.Arrangement for remote measurement of the level of storage containers The invention relates to an arrangement for remote measurement of the filling level of storage containers by measuring the capacity depending on the filling level between two on the container attached electrodes, one of which can be the container wall, with one on the measuring point arranged capacitance measuring bridge, which via a transformer to a The coaxial cable is connected by a high-frequency oscillator located at the display point is supplied with alternating current, one to the zero diagonal of the capacitance measuring bridge connected rectifier circuit, and with one arranged at the display point DC amplifier connected to the output of the rectifier circuit via the same coaxial cable connected is.

Bei den bekannten Schaltungen dieser Art werden zur Gleichrichtung Richtleiter aus Germanium bevorzugt. Silizium-Gleichrichter sind nämlich für diese hohen Frequenzen nicht zu empfehlen, weil ihre Anlaufstromcharakteristik ungünstig liegt. Bei der Verwendung von Germanium-Gleichrichtern muß aber auch ein Nachteil in Kauf genommen werden, nämlich die höhere Temperaturabhängigkeit der Richtleitung. Da der Richtleiter an der Meßstelle den Schwankungen der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, hängt somit die übertragene Gleichspannung nicht nur von der zu messenden Kapazität, sondern auch von der Augenblickstemperatur ab. In the known circuits of this type for rectification Germanium directors preferred. Silicon rectifiers are namely for this High frequencies not recommended because their starting current characteristics are unfavorable lies. When using germanium rectifiers, however, there must also be a disadvantage must be accepted, namely the higher temperature dependence of the directional line. Because the guide is exposed to fluctuations in the ambient temperature at the measuring point is, the transmitted DC voltage does not only depend on the capacitance to be measured, but also on the instantaneous temperature.

Es sind andrerseits bereits Maßnahmen zur Temperaturkompensation von Gleichrichterschaltungen bekannt. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Gleichrichterdioden mit entgegengesetzter Polung in Serie mit der zu kompensierenden Gleichrichterdiode und parallel zu einem Widerstand angeordnet. On the other hand, there are already measures for temperature compensation known from rectifier circuits. Additional rectifier diodes are used for this purpose with opposite polarity in series with the rectifier diode to be compensated and arranged in parallel with a resistor.

Die damit erzielte Kompensation beruht darauf, daß bei einer Temperaturerhöhung, durch welche der Durchlaßwiderstand der zu kompensierenden Gleichrichterdiode verringert wird, auch der Widerstand der Kompensationsdiode kleiner wird, so daß der parallel dazu liegende Widerstand stärker kurzgeschlossen wird.The compensation achieved in this way is based on the fact that when the temperature increases, by which the forward resistance of the rectifier diode to be compensated is reduced is, the resistance of the compensation diode is smaller, so that the parallel associated resistance is short-circuited more strongly.

Diese Maßnahme ist jedoch bei Meßanordnungen der eingangs angegebenen Art nicht günstig, denn durch eine solche Schaltung würden die von den Anderungen der Meßgröße abhängigen Anderungen der Meßgleichspannung beeinflußt. In the case of measuring arrangements, however, this measure is the one specified at the beginning Kind of not cheap, because such a circuit would prevent the changes the measured variable dependent changes in the measured DC voltage influenced.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einfluß von Temperaturschwankungen auf die den Meßwert ausdrückende Gleichspannung wenigstens für einen bestimmten Arbeitspunkt möglichst klein zu machen. The invention is therefore based on the object of reducing the influence of temperature fluctuations to the direct voltage expressing the measured value, at least for a certain one To make the working point as small as possible.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an der Meßstelle eine zweite Gleichrichterschaltung an die Primärseite des Übertragers mit solcher Polung angeschlossen ist, daß sie eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität wie die erste Gleichrichterschaltung liefert, und daß die Ausgangsspannungen der beiden Gleichrichterschaltungen einander überlagert sind. According to the invention this is achieved in that at the measuring point a second rectifier circuit to the primary side of the transformer with such Polarity is connected so that it is a DC voltage of opposite polarity how the first rectifier circuit supplies, and that the output voltages of the two rectifier circuits are superimposed on one another.

Die Erfindung beruht auf folgendem Gedanken: Es wird mit Hilfe einer zweiten Gleichrichterschaltung eine Gleichspannung erzeugt, welche die entgegengesetzte Polung wie die Meßgleichspannung hat und von Änderungen der Meßspannung nicht abhängt, jedoch den Einflüssen von Temperaturschwankungen in gleichem Maße wie die Meßgleichspannung unterworfen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die zweite Gleichrichteranordnung nicht an den Ausgang der Meßbrücke sondern an die Primärseite des Eingangsübertragers der Meßbrücke angeschlossen ist. Die beiden so erzeugten Gleichspannungen werden einander überlagert, so daß nur die Differenz der beiden Gleichspannungen zu der Anzeigestelle übertragen wird. The invention is based on the following idea: It is with the help of a second rectifier circuit generates a DC voltage which is the opposite Has polarity like the DC measuring voltage and does not depend on changes in the measuring voltage, however, the effects of temperature fluctuations to the same extent as the DC measuring voltage is subject. This is achieved in that the second rectifier arrangement not to the output of the measuring bridge but to the primary side of the input transformer the measuring bridge is connected. The two DC voltages thus generated are superimposed on each other, so that only the difference of the two DC voltages to the Notification point is transferred.

Anderungen der Meßgleichspannung, die auf Anderungen der Meßgröße beruhen, werden daher in voller Größe zu der Anzeigestelle übertragen, da die von der zweiten Gleichrichteranordnung erzeugte Spannung bei solchen Änderungen konstant bleibt. Changes in the measured DC voltage that relate to changes in the measured variable are therefore transmitted in full size to the display location, since the from the voltage generated by the second rectifier arrangement is constant for such changes remain.

Dagegen wirken sich Temperaturänderungen auf die beiden Gleichspannungen aus, so daß sich die dadurch hervorgerufenen Spannungsänderungen gegenseitig aufheben.On the other hand, changes in temperature have an effect on the two DC voltages off, so that the resulting changes in voltage cancel each other out.

Eine zweite Schwierigkeit der bekannten Schaltungen besteht darin, daß die als Meßschaltung verwendete Kapazitätsmeßbrücke für die Stromquelle eine in Abhängigkeit von der zu messenden Kapazität wechselnde Belastung darstellt. Dies tritt besonders stark in Erscheinung, wenn sich die zu messende Kapazität sehr stark ändert, beispielsweise sogar kurzgeschlossen wird. Dadurch können in dem an der Anzeigestelle nachgeschalteten Gleichstromverstärker Fehlanzeigen erzeugt werden. Ferner erfordern die Schaltungen einen sehr genauen Abgleich und die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen. A second difficulty with the known circuits is that that the capacitance measuring bridge used as a measuring circuit for the current source is a in Dependent on the capacity to be measured represents changing load. this occurs particularly strongly when the capacitance to be measured is very strong changes, for example is even short-circuited. This allows in the Display point downstream DC amplifier false displays are generated. Furthermore, the circuits require very precise adjustment and compliance tight manufacturing tolerances.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wird gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Kapazitätsmeßbrücke an die Sekundärseite des Übertragers stark fehlangepaßt. Dadurch wird erreicht, daß sich Änderungen der zu messenden Kapazität nur sehr wenig auf den Ausgang des Hochfrequenzoszillators auswirken. In order to eliminate these difficulties, a special Embodiment of the invention, the capacitance measuring bridge to the secondary side of the transformer severely mismatched. This ensures that there are changes in the to be measured Capacitance has very little effect on the output of the high frequency oscillator.

Diese Wirkung kann noch dadurch verbessert werden, daß der Primärwicklung des Übertragers ein Widerstand parallel geschaltet wird und daß am Ausgang des Hochfrequenzoszillators ein Widerstand in Serie mit dem Koaxialkabel geschaltet wird. This effect can be improved by adding the primary winding of the transformer, a resistor is connected in parallel and that at the output of the high-frequency oscillator a resistor is connected in series with the coaxial cable.

Bei vielen Anwendungsfällen wird die gemessene Kapazitätsänderung zur Auslösung von Schaltvorgängen ausgenutzt. In diesen Fällen ist es oft erforderlich, einen gewünschten Schaltpunkt bei Kapazitätsänderungen von der Anzeigestelle einstellen zu können. Dies kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, daß an der Anzeigestelle eine Gleichrichterschaltung an den Ausgang des Hochfrequenzoszillators angeschlossen ist, und daß der einstellbare Gleichstrom dieser Gleichrichterschaltung dem über das Koaxialkabel kommenden Meßgleichstrom am Eingang des Gleichstromverstärkers gegensinnig überlagert wird. In many applications, the measured change in capacitance is used to trigger switching processes. In these cases it is often necessary set a desired switching point in the event of capacity changes from the display point to be able to. According to a preferred embodiment of the invention, this can thereby be achieved be achieved that at the display point a rectifier circuit to the output of the high-frequency oscillator is connected, and that the adjustable direct current this rectifier circuit to the measuring direct current coming via the coaxial cable is superimposed in opposite directions at the input of the DC amplifier.

Man hat somit die Möglichkeit, durch Einstellung des Überlagerungsgleichstroms die Größe des dem Gleichstromverstärker zugeführten resultierenden Gleichstroms zu verändern. Wenn im Ausgangskreis des Gleichstromverstärkers ein Schaltrelais liegt, das bei einem bestimmten Wert des zugeführten Gleichstroms anspricht, kann dieser Ansprechpunkt, je nach der Einstellung des Überlagerungsgleichstroms, verschiedenen Werten des Meßgleichstroms entsprechen. It is thus possible to adjust the superimposed direct current the magnitude of the resulting direct current supplied to the direct current amplifier to change. If there is a switching relay in the output circuit of the DC amplifier which responds at a certain value of the supplied direct current, can this response point, depending on the setting of the superimposed direct current, different Correspond to the values of the measuring direct current.

Vorzugsweise enthält der Gleichstromverstärker eine Transistorzerhackerstufe mit nachgeschaltetem Wechselstromverstärker. Dadurch ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Gleichstromverstärker beide Polaritäten des zugeführten Gleichstroms verstärkt, so daß das Schaltrelais in zwei zueinander spiegelbildlichen Betriebsbereichen anspricht, von denen sich der eine daraus ergibt, daß der überlagerte Gleichstrom um einen bestimmten Betrag größer als der Meßgleichstrom ist, während der andere Betriebsbereich sich daraus ergibt, daß der überlagerte Gleichstrom um diesen Betrag kleiner als der Meßgleichstrom ist. Zugleich würde sich hierdurch die Schaltfunktion umkehren, d. h., wenn das Relais im einen Betriebsbereich bei der größeren Kapazität anziehen und bei der kleineren Kapazität abfallen würde, würde es im zweiten Betriebsbereich bei der kleineren Kapazität anziehen und bei der größeren Kapazität abfallen. The DC amplifier preferably contains a transistor chopper stage with downstream AC amplifier. This results in the difficulty that the direct current amplifier amplifies both polarities of the direct current supplied, so that the switching relay responds in two operating areas that are mirror images of each other, one of which results from the fact that the superimposed direct current around one certain amount is greater than the measuring direct current, while the other operating range it follows that the superimposed direct current is less than this amount is the measuring direct current. At the same time, this would reverse the switching function, d. That is, if the relay pulls in an operating range with the larger capacity and if the smaller capacity were to drop, it would in the second operating range attract at the smaller capacity and drop at the larger capacity.

Diese Erscheinung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch beseitigt werden, daß die Transistorzerhackerstufe durch eine Wechselspannung gesteuert wird und daß der Wechselstromverstärker durch die gleiche Wechselspannung derart gesteuert wird, daß er nur während jeder zweiten Halbwelle der Wechselspannung arbeitet. This phenomenon can according to a preferred embodiment of the Invention can be eliminated in that the transistor chopper stage by a AC voltage is controlled and that the AC amplifier through the same AC voltage is controlled in such a way that it only occurs during every other half-wave the AC voltage works.

Vorzugsweise enthält die letzte Stufe des Wechselstromverstärkers einen Transistor, dessen Kollektorkreis über einen Gleichrichter an die Wechselspannung angeschlossen ist. Dadurch wird erreicht, daß die Kollektorspannung des letzten Transistors einer gleichgerichteten Halbwelle der Wechselspannung entspricht. Nur beim Vorhandensein dieser Halbwelle kann das im Kollektorkreis liegende Relais ansprechen. Preferably contains the last stage of the AC amplifier a transistor whose collector circuit is connected to the AC voltage via a rectifier connected. This ensures that the collector voltage of the last Transistor corresponds to a rectified half-wave of the alternating voltage. Just if this half-wave is present, the relay in the collector circuit can respond.

Die Steuerung des Transistorzerhackers erfolgt zweckmäßig dadurch daß im Steuerkreis des Transistorzerhackers eine Zenerdiode liegt, welche die Wechselspannung in eine Rechteckspannung umformt. The transistor chopper is expediently controlled thereby that in the control circuit of the transistor chopper there is a Zener diode, which the alternating voltage transformed into a square wave voltage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 eine genaueres Schaltbild der Endstufe des Wechselstromverstärkers und F i g. 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 1 und 2. An embodiment of the invention is shown in the drawings. In it, F i g. 1 shows a basic circuit diagram of the arrangement according to the invention, F i G. 2 a more detailed circuit diagram of the output stage of the AC amplifier and F i G. 3 and 4 are diagrams to explain the mode of operation of the arrangement of FIG. 1 and 2.

F i g. 1 zeigt die Anzeigestelle 1 und die Meßstelle 2, die über ein Koaxialkabel 3 miteinander verbunden sind. An der Anzeigestelle ist ein Hochfrequenzoszillator 4 angeordnet, an dessen Ausgang das Koaxialkabel 3 über einen Kondensator 5 angekop pelt ist. Das Koaxialkabel 3 ist außerdem mit dem Eingang eines Gleichstromverstärkers 6 über eine Drossel 7 verbunden. F i g. 1 shows the display point 1 and the measuring point 2, which over a coaxial cable 3 are connected to each other. There is a high frequency oscillator at the display point 4 arranged, at the output of which the coaxial cable 3 is coupled via a capacitor 5 pelt is. The coaxial cable 3 is also connected to the input of a DC amplifier 6 connected via a throttle 7.

Der Hochfrequenzoszillator 4 liefert eine Hochfrequenzspannung über das Koaxialkabel 3 zu der Meßstelle 2, wobei die Hochfrequenzspannung durch die Drossel 7 vom Eingang des Gleichstromverstärkers 6 ferngehalten wird. Die Meßstelle 2 liefert zum Eingang des Gleichstromverstärkers 6 eine Gleichspannung zurück, welche durch den Kondensator 5 vom Ausgang des Hochfrequenzoszillators 4 ferngehalten wird. The high-frequency oscillator 4 supplies a high-frequency voltage the coaxial cable 3 to the measuring point 2, the high frequency voltage through the Choke 7 is kept away from the input of the DC amplifier 6. The measuring point 2 supplies a DC voltage back to the input of the DC amplifier 6, which is kept away from the output of the high-frequency oscillator 4 by the capacitor 5.

An der Meßstelle 2 ist das Koaxialkabel 3 mit der Primärwicklung eines Ubertragers 8 über einen Kondensator 9 verbunden. Die beiden Klemmen der Sekundärwicklung dieses Übertragers sind mit den Eckpunkten der einen Diagonale einer Kapazitätsmeßbrücke 10 verbunden, die in einem Zweig die zu messende veränderliche Kapazität 11 und im Gegenzweig einen einstellbaren Vergleichs kondensator 12 sowie in den beiden übrigen Zweigen je einen Festkondensator 13 bzw. 14 enthält. At the measuring point 2 is the coaxial cable 3 with the primary winding a transformer 8 connected via a capacitor 9. The two terminals of the secondary winding this transformer are with the corner points of one diagonal of a capacitance measuring bridge 10 connected, the variable capacitance to be measured 11 and in a branch in the opposite branch an adjustable comparison capacitor 12 as well as in the two other branches each contain a fixed capacitor 13 or 14.

In der Nulldiagonale der Brücke liegt ein Gleichrichter 15 in Serie mit einem Ladekondensatorl6, wodurch dieser die in dieser Diagonale auftretende, von der Verstimmung der Brücke abhängige Wechselspannung gleichgerichtet wird. Die am Ladekondensator 16 auftretende Gleichspannung wird über eine Drossel 17 zum Koaxialkabel 3 zurückgeführt, über das sie zum Eingang des Gleichstromverstärkers 6 gelangt. Die Drossel 17 dient dabei in Verbindung mit dem Kondensator 9 zur Trennung von Gleichspannung und Hochfrequenzspannung. A rectifier 15 is connected in series in the zero diagonal of the bridge with a charging capacitorl6, whereby this occurs in this diagonal, AC voltage dependent on the detuning of the bridge is rectified. the DC voltage occurring at the charging capacitor 16 is converted to a coaxial cable via a choke 17 3 fed back, via which it reaches the input of the DC amplifier 6. The throttle 17 is used in conjunction with the capacitor 9 to separate DC voltage and high frequency voltage.

Die bisher beschriebene Schaltung arbeitet in bekannter Weise so, daß die von der Größe der zu messenden Kapazität 11 abhängige Wechselspannung in der Nulldiagonale der Brücke von der Gleichrichterschaltung 15, 18 in eine proportionale Gleichspannung umgewandelt wird, welche dem Eingang des Gleichstromverstärkers 6 zugeführt wird. Nach Verstärkung in dem Gleichstromverstärker 6 kann diese Gleichspannung zur Anzeige oder zur Auslösung von Schaltvorgängen in Abhängigkeit von den Anderungen der Kapazität 11 benutzt werden. The circuit described so far works in a known manner so that the AC voltage dependent on the size of the capacitance to be measured 11 in the zero diagonal of the bridge from the rectifier circuit 15, 18 is converted into a proportional DC voltage which is fed to the input of the DC amplifier 6 is supplied. After amplification in the DC amplifier 6 this DC voltage can be used to display or trigger switching processes in Depending on the changes in the capacitance 11 can be used.

Die als Gleichrichter dienenden Dioden 15 und 18 sind temperaturabhängig. Dies hat zur Folge, daß sich die Meßgleichspannung nicht nur in Abhängigkeit von Änderungen der Kapazität 11, sondern auch in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen verändert. Wenn daher an der Meßstelle 2 Temperaturschwankungen auftreten, werden diese an der Anzeigestelle als Kapazitätsänderungen angezeigt. The diodes 15 and 18 serving as rectifiers are temperature-dependent. As a result, the DC measuring voltage is not only dependent on Changes in the capacity 11, but also as a function of temperature fluctuations changes. Therefore, if temperature fluctuations occur at the measuring point 2, will these are shown at the display point as changes in capacity.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist bei der dargestellten Schaltung an der Meßstelle eine zweite Diode 18 unmittelbar an die Primärwicklung des Übertragers 8 mit solcher Polung angeschlossen, daß sie in Verbindung mit einem Ladekondensator 19 eine Gleichspannung erzeugt, welche die entgegengesetzte Polung wie die am Kondensator 16 erzeugte Gleichspannung hat. Über Widerstände 20 und 21 werden gegensinnige Ströme addiert, die den beiden durch Gleichrichtung erzeugten Gleichspannungen proportional sind, und der dadurch erhaltene resultierende Gleichstrom wird dem Eingang des Gleichstromverstärkers als Meßgleichstrom Im zugeführt. To avoid this disadvantage, the circuit shown at the measuring point a second diode 18 directly connected to the primary winding of the transformer 8 connected with such polarity that it is in conjunction with a charging capacitor 19 a DC voltage is generated, which has the opposite polarity as that on the capacitor 16 generated DC voltage. Opposing currents are generated via resistors 20 and 21 added, proportional to the two DC voltages generated by rectification and the resulting direct current thus obtained is fed to the input of the direct current amplifier supplied as measuring direct current Im.

Die Dioden 15 und 18 unterliegen den Auswirkungen von Temperaturschwankungen in gleicher Weise. The diodes 15 and 18 are subject to the effects of temperature fluctuations in the same way.

Da die von ihnen erzeugten Gleichströme einander gegensinnig überlagert werden, heben sich in dem resultierenden Meßgleichstrom diese Auswirkungen ganz oder nahezu auf. Wenn beispielsweise bei sinkender Temperatur der von der Diode 15 erzeugte Gleichstrom kleiner wird, nimmt auch der von der Diode 18 erzeugte Gleichstrom ab, so daß sich diese Änderungen in dem resultierenden Meßgleichstrom aufheben.Because the direct currents generated by them superimpose one another in opposite directions these effects are completely canceled out in the resulting measuring direct current or almost on. If, for example, when the temperature drops, the diode 15 becomes smaller, the direct current generated by the diode 18 also increases so that these changes cancel each other out in the resulting DC measurement current.

Die aus den vier Kondensatoren gebildete Brücke bildet für den Hochfrequenzoszillator4 eine wechselnde Belastung, besonders wenn sich die zu messende Kapazitätll in sehr weiten Grenzen ändert. The bridge formed from the four capacitors forms the high-frequency oscillator4 a changing load, especially if the capacity to be measured is very wide boundaries changes.

Es ist zu bedenken, daß diese Kapazität gegebenenfalls vollständig kurzgeschlossen sein kann.It should be noted that this capacity may be complete can be short-circuited.

Deshalb wird die Brückenschaltung gegenüber dem Übertrager fehlangepaßt, d. h., ihr Scheinwiderstand wird sehr viel höher bemessen als der richtige Anpassungswiderstand für das Koaxialkabel unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Übertragers. Ferner ist der Primärwicklung des Übertragers 8 ein Widerstand 22 parallel geschaltet, und aus dem gleichen Grund ist die Koaxialleitung 3 in der Anzeigestelle 1 über einen Widerstand 23 mit dem Ausgang des Hochfrequenzoszillators 4 verbunden. Alle diese Maßnahmen haben die Wirkung, daß die Koaxialleitung 3 auch bei Belastungsschwankungen im Meßstromkreis über einen sehr breiten Meßbereich etwa gleichmäßig angepaßt ist. Bei optimaler Anpassung des Generatorinnenwiderstands und des Meßstromkreises an die Koaxialleitung können bei Schwankungen der zu messenden Kapazität reflektierte Wellen auftreten, die im nachgeschalteten Gleichstromverstärker Fehlanzeigen erzeugen könnten. Außerdem werden durch die geschilderten Maßnahmen Fertigungstoleranzen überdeckt. Therefore the bridge circuit is mismatched with respect to the transformer, d. that is, their impedance is rated much higher than the correct matching resistance for the coaxial cable taking into account the transmission ratio of the transformer. Furthermore, a resistor 22 is connected in parallel to the primary winding of the transformer 8, and for the same reason, the coaxial line 3 in the display location 1 is over a resistor 23 is connected to the output of the high-frequency oscillator 4. All these measures have the effect that the coaxial line 3 also with load fluctuations is adapted approximately evenly in the measuring circuit over a very wide measuring range. With optimal adaptation of the generator internal resistance and the measuring circuit to the coaxial line can be reflected in the event of fluctuations in the capacitance to be measured Waves occur which produce false displays in the downstream DC amplifier could. In addition, the measures described reduce manufacturing tolerances covered.

Der dem Eingang des Gleichstromverstärkers 6 über die Koaxialleitung 3 zugeführte Meßstromlm wird in einem Transistor 24 zerhackt, und die durch die Zerhackung erhaltene Wechselspannung wird über einen Kondensator 25 in einem Wechselstromverstärker 26 verstärkt und dann über einen Kondensator 27 der Endstufe 28 des Verstärkers zugeführt. The input of the DC amplifier 6 via the coaxial line 3 supplied measuring current lm is chopped up in a transistor 24, and that by the chopping AC voltage obtained is passed through a capacitor 25 in an AC amplifier 26 amplified and then through a capacitor 27 of the output stage 28 of the amplifier fed.

Im Ausgangskreis der Endstufe 28 liegt ein Relais 29, das anspricht, wenn der dem Verstärkereingang zugeführte Gleichstrom einen bestimmten Wert überschreitet, und das wieder abfällt, wenn dieser Gleichstrom einen anderen, kleineren Wert unterschreitet.In the output circuit of the output stage 28 there is a relay 29 which responds when the direct current fed to the amplifier input exceeds a certain value, and that drops again when this direct current falls below another, smaller value.

Dadurch können Schaltvorgänge in Abhängigkeit von den Änderungen der zu messenden Kapazität 11 ausgelöst werden.This allows switching operations depending on the changes in the to be measured capacitance 11 are triggered.

Damit die Ansprechpunkte des Relais 29 von der Anzeigestelle aus eingestellt werden können, ist eine Gleichrichterschaltung mit einer Diode 30 und einem Ladekondensator 31 vorgesehen. Die Diode 30 ist unmittelbar an den Ausgang des Hochfrequenzoszillators 4 angeschlossen und erzeugt an dem Ladekondensator 31 eine Gleichspannung. Über einen einstellbaren Widerstand 32 wird von dem Kondensator ein veränderlicher Kompensationsgleichstrom 1k abgegriffen, der dem von der Meßstelle 2 kommenden Meßgleichstrom Im mit entgegengesetzter Richtung überlagert wird. Dem Eingang des Gleichstromverstärkers 6 wird daher nur der der Differenz dieser beiden Ströme entsprechende resultierende Gleichstrom Iu zugeführt. So that the response points of the relay 29 from the display point can be set is a rectifier circuit with a diode 30 and a charging capacitor 31 is provided. The diode 30 is directly connected to the output of the high-frequency oscillator 4 is connected and generated on the charging capacitor 31 a DC voltage. Via an adjustable resistor 32, the capacitor a variable compensation direct current 1k is tapped, which corresponds to that of the measuring point 2 incoming measuring direct current Im is superimposed in the opposite direction. To the The input of the direct current amplifier 6 is therefore only that of the difference between these two Currents corresponding resulting direct current Iu are supplied.

Die Wirkung dieser Maßnahme läßt sich am besten aus F i g. 3 erkennen. Im Diagramm von F i g. 3 a sind die zeitlichen Änderungen des Meßgleichstroms Im bei Änderungen der Kapazität 11 dargestellt. Die beiden Stromwerte am Verstärkereingang, bei denen das Relais arbeitet, sind mit A (Relais fällt ab) und B (Relais zieht an) bezeichnet. Wie aus dem Diagramm von F i g. 3 a zu sehen ist, sind diese Schaltpunkte so gelegt, daß sie außerhalb der auftretenden Änderungen des Meßgleichstroms Im liegen würden, wenn dieser allein dem Verstärkereingang zugeführt würde. The effect of this measure can best be seen from FIG. 3 recognize. In the diagram of FIG. 3 a are the changes over time in the measuring direct current Im when the capacity 11 changes. The two current values at the amplifier input, at which the relay works are with A (relay drops out) and B (relay pulls out an). As can be seen from the diagram of FIG. 3 a can be seen, these are switching points placed so that it is outside of the changes in the measuring direct current Im would lie if this were fed to the amplifier input alone.

Aus F i g. 3 b ist die Funktion des Kompensationsgleichstroms Ik zu erkennen. Dieser wird dem Meßgleichstrom Im gegensinnig überlagert, so daß am Verstärkereingang nur die Differenz dieser beiden Ströme wirksam wird. Dadurch wird der Bereich der festzustellenden Kapazitätsänderungen auf die Höhe der Arbeitspunkte A und B gebracht. Wenn sich der resultierende Strom in der dargestellten Weise ändert, spricht das Relais jedesmal an, wenn die Stromkurve den Arbeitspunkt B in abwärtsgehender Richtung schneidet, und das Relais fällt ab, wenn die Stromkurve den Arbeitspunkt A in aufwärtsgehender Richtung schneidet. From Fig. 3 b is the function of the compensation direct current Ik to recognize. This is superimposed on the measuring direct current Im in opposite directions, so that am Amplifier input only the difference between these two currents takes effect. This will the range of changes in capacity to be determined to the level of the operating points A and B brought. If the resulting current changes in the manner shown, the relay responds every time the current curve goes downwards below the operating point B Direction intersects, and the relay drops out when the current curve reaches the operating point A cuts in an upward direction.

Der Transistor 24 wird von einer an den Klemmen 33 zugeführten Wechselspannung, beispielsweise der Netzwechselspannung, so gesteuert, daß er die Wirkung eines Schalters zwischen dem Verstärkereingang und dem Massepotential hat. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 24 schließt die Gleichspannung jeweils im Takt mit der Wechselspannung kurz, die von den Klemmen 33 über Widerstände 34 und 35 an die Basis des Transistors angelegt wird. Eine Zenerdiode 36 formt die Wechselspannung in an sich bekannter Weise in eine Rechteckspannung um, welche auf die Basis des Transistors 24 einwirkt. Dieser Transistorzerhacker wirkt in gleicher Weise auf die beiden Polaritäten des zugeführten Gleichstroms Iu ein, wobei sich aber die Phasenlage der resultierenden zerhackten Gleichspannung um 1800 ändert, wenn sich die Polarität des resultierenden Gleichstroms umkehrt. Die Endstufe 28 spricht dann jeweils nur auf die eine, beispielsweise die negative Halbwelle der zerhackten Gleichspannung an. The transistor 24 is powered by an alternating voltage applied to the terminals 33, for example the AC mains voltage, controlled so that it has the effect of a switch between the amplifier input and the ground potential. The collector-emitter path of transistor 24 closes the DC voltage in time with the AC voltage in short, those from terminals 33 via resistors 34 and 35 to the base of the transistor is created. A Zener diode 36 forms the alternating voltage in a manner known per se Convert into a square wave voltage, which acts on the base of the transistor 24. This transistor chopper acts in the same way on the two polarities of the supplied direct current Iu, but the Phasing the resulting chopped DC voltage changes by 1800 when the polarity changes of the resulting direct current is reversed. The output stage 28 then only speaks on the one, for example the negative half-wave of the chopped DC voltage at.

Auf Grund dieser Wirkungsweise des Transistorzerhackers verstärkt der Gleichstromverstärker 6 also grundsätzlich sowohl negative als auch positive resultierende Ströme Iu. Dies ergibt die in F i g. 4 dargestellte Auswirkung: Wie dort zu erkennen ist, ergeben sich zwei weitere ArbeitspunkteA' und B', die spiegelbildlich zu den Arbeitspunkten A und B liegen. Das Gerät arbeitet mit diesen Arbeitspunkten, wenn der Kompensationsstrom Ik größer als der Meßstrom Im ist. Ferner ist zu erkennen, daß sich in diesem Fall die Funktionen des Relais umkehren: Das Relais zieht an, wenn der Meßstromlm einen bestimmten Absolutwert unterschreitet, und es fällt ab, wenn ein bestimmter größerer Absolutwert überschritten wird. Due to this mode of operation, the transistor chopper is amplified the DC amplifier 6 therefore basically both negative and positive resulting currents Iu. This gives the in FIG. 4 impact shown: How can be seen there, there are two further working points A 'and B', which are mirror images to the working points A and B. The device works with these operating points, when the compensation current Ik is greater than the measuring current Im. It can also be seen that in this case the functions of the relay are reversed: the relay picks up, if the measuring current lm falls below a certain absolute value and it drops, if a certain larger absolute value is exceeded.

Es ist offensichtlich, daß die in F i g. 4 dargestellte Betriebsweise sehr unerwünscht ist. Wie bereits zuvor angegeben wurde, unterscheidet sich dieser Betriebsfall von dem in Fig. 3 dargestellten Fall dadurch, daß die Phasenlage der zerhackten Gleichspannung um 1800 verschoben ist. It is evident that the in FIG. 4 operating mode shown is very undesirable. As stated earlier, this is different Operating case of the case shown in Fig. 3 in that the phase position of the chopped DC voltage is shifted by 1800.

Aus dieser Erscheinung ergibt sich die in F i g. 1 dargestellte Möglichkeit zur Unterdrückung dieser Erscheinung: Die an den Klemmen 30 zugeführte Zerhackerwechselspannung wird dem Endverstärker 28 so zugeführt, daß dieser jeweils nur während einer Halbwelle dieser Wechselspannung betriebsbereit ist. Diese Halbwelle wird so ausgewählt, daß sie im Betriebsfall von Fig.3 mit den negativen Halbwellen der zerhackten Gleichspannung zusammenfällt, während beim Fall von F i g. 4 die negativen Halbwellen der zerhackten Gleichspannung mit denjenigen Halbwellen der Zerhackerwechselspannung zusammenfallen, in welchen der Endverstärker 28 blockiert ist. This phenomenon results in the one shown in FIG. 1 option shown to suppress this phenomenon: the alternating voltage applied to terminals 30 is fed to the output amplifier 28 in such a way that it only occurs during one half-wave this AC voltage is ready for operation. This half-wave is selected so that they in the operating case of Fig.3 with the negative half-waves of the chopped DC voltage coincides, while in the case of FIG. 4 the negative half-waves of the chopped DC voltage coincide with those half-waves of the chopper AC voltage, in which the output amplifier 28 is blocked.

In F i g. 2 ist die Endstufe 28 genauer dargestellt. In Fig. 2, the output stage 28 is shown in more detail.

Wie dort zu erkennen ist, enthält sie einen Transistor 37, dessen Basis über den Kondensator 27 an den Vorverstärker 26 angekoppelt ist, und in dessen Kols lektorkreis das Relais 29 liegt. Dieser Kollektorkreis ist über eine Diode 38 an den einen Pol der an den Klemmen 33 zugeführten Zerhackerwechselspannung angeschlossen. Somit entspricht die Kollektorspannung des Transistors 37 den negativen Halbwellen der Zerhackerwechselspannung, während die positiven Halbwellen dieser Wechselspannung unwirksam bleiben, so daß die Transistorstufe während dieser Halbwellen gesperrt ist. Parallel zu dem Relais 29 liegt ein Kondensator 39, der verhindert, daß das Relais auf einzelne Halbwellen der Kollektorspannung anspricht. Eine Diode40, die gleichfalls parallel zum Relais 29 geschaltet ist, hat lediglich die Aufgabe, auftretende Induktionssp annungsspitzen beim Ansprechen oder Abfallen des Relais kurzzuschließen.As can be seen there, it contains a transistor 37, its Base is coupled to the preamplifier 26 via the capacitor 27, and in its Kols lektorkreis the relay 29 is. This collector circuit is via a diode 38 is connected to one pole of the AC chopper voltage supplied to terminals 33. The collector voltage of transistor 37 thus corresponds to the negative half-waves the chopper alternating voltage, while the positive half-waves of this alternating voltage remain ineffective, so that the transistor stage is blocked during these half-waves is. In parallel with the relay 29 is a capacitor 39, which prevents the Relay responds to individual half-waves of the collector voltage. A diode40 that is also connected in parallel to the relay 29, has only the task of occurring Short-circuit induction voltage peaks when the relay responds or drops out.

Im Emitterkreis des Transistors 37 liegt eine Diode41, welche ein gewisses bistabiles Verhalten der Endstufe erzeugt. Ein Widerstand 42 liefert den Vorstrom für die Diode 41. Dadurch wird erreicht, daß der innere Widerstand der Endstufe bei nichtgeschaltetem Transistor (Kollektorstrom nahe Null) sehr hoch ist, während er bei Erreichen eines gewis- sen Kollektorstroms rasch abfällt. Dadurch wird eine größere Sicherheit der Schaltung in der Endstufe erreicht. In the emitter circuit of the transistor 37 is a diode 41, which is a generated certain bistable behavior of the output stage. A resistor 42 provides the Bias current for the diode 41. This ensures that the internal resistance of the Output stage is very high when the transistor is not switched (collector current close to zero), while on reaching a certain sen collector current drops rapidly. Through this a greater safety of the circuit in the output stage is achieved.

Die Diode 43 im Basiskreis des Transistors 37 hält alle positiven ankommenden Halbwellen der zerhackten und verstärkten Gleichspannung vom Transistors 37 ab, so daß nur die negativen Halb wellen dieser Spannung den Verstärkertransistor37 schalten können. Obgleich an sich theoretisch der Transistor selbst nur auf negative Halbwellen ansprechen würde, wird dadurch die Betriebssicherheit erhöht. The diode 43 in the base circuit of the transistor 37 holds all positive incoming half-waves of the chopped and amplified DC voltage from the transistor 37 from, so that only the negative half-waves of this voltage the amplifier transistor37 can switch. Although theoretically the transistor itself is only negative If half-waves would respond, the operational reliability is increased.

Claims

Claims: 1. Arrangement for remote measurement of the level of Reservoirs by measuring the capacity depending on the fill level between two electrodes attached to the container, one of which can be the container wall, with a capacitance measuring bridge arranged at the measuring point, which is connected via a transformer is connected to a coaxial cable, which is arranged by one at the display point High frequency oscillator is supplied with alternating current, one to the zero diagonal the rectifier circuit connected to the capacitance measuring bridge, and with a DC amplifier arranged at the display point, which uses the same coaxial cable is connected to the output of the rectifier circuit, characterized in that that at the measuring point (2) a second rectifier circuit (18) to the primary side of the transformer is connected with such polarity that it is a DC voltage opposite polarity as the first rectifier circuit (15) supplies, and that the output voltages of the two rectifier circuits (15, 18) are mutually exclusive are superimposed.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring circuit (2) is a capacitance measuring bridge that is connected to the coaxial cable via a transformer (8) (3) is coupled, and that the second rectifier circuit (18) to the primary side of the transformer (8) is connected.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the capacitance measuring bridge is strongly mismatched to the secondary side of the transformer (8).

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that a resistor (22) is connected in parallel to the primary winding of the transformer (8).

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that at the output of the high-frequency oscillator (4) a resistor (23) in series with is connected to the coaxial cable (3).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that at the display point (1) a rectifier circuit (30) to the output of the High-frequency oscillator (4) is connected and that the adjustable direct current this rectifier circuit (30) the measuring direct current coming via the coaxial cable (3) is superimposed in opposite directions at the input of the DC amplifier (6).

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the direct current amplifier (6) a transistor chopper stage (24) with a downstream AC amplifier (28) contains that the transistor chopper stage (24) by an alternating voltage (33) is controlled, and that the AC amplifier (28) by the same AC voltage (33) is controlled in such a way that it only occurs during every second half cycle of the alternating voltage is working.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the last Stage of the AC amplifier (28) contains a transistor, its collector circuit is connected to the AC voltage via a rectifier.

9. Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that in the control circuit of the transistor chopper (24) is a Zener diode (36) which the alternating voltage (33) is converted into a square wave voltage.

Documents considered: German Patent No. 956290; French Patent No. 798797; "Electronics", 1960, No. 45, pp. 64/65.