DE1290350B

DE1290350B - Probe head insert for capacitive level measurement

Info

Publication number: DE1290350B
Application number: DE1965G0044867
Authority: DE
Inventors: Macho Franz; Noell Hubert
Original assignee: VEGA VERTRIEBSGESELLSCHAFT ELE
Current assignee: VEGA VERTRIEBSGESELLSCHAFT ELE
Priority date: 1965-10-05
Filing date: 1965-10-05
Publication date: 1969-03-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung mit einem zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit eintauchenden Meßkondensator und einem auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator nebst Ausgangsübertrager, an dessen Sekundärseite der Meßkondensator und ein niederohmiger Meßverstärker in Reihe liegen. Die Schaltung eines derartigen Sondenkopfeinsatzes ist beispielsweise in der Auslegeschrift 1 242 891 ausführlich beschrieben. The invention relates to a probe head insert for capacitive fill level measurement with an at least partially in a dielectric liquid to be monitored immersed measuring capacitor and a resonant circuit oscillator operating at a constant frequency in addition to the output transformer, on the secondary side of which the measuring capacitor and a low-resistance one Measuring amplifiers are in series. The circuit of such a probe head insert is described in detail in Auslegeschrift 1 242 891, for example.

Bei derartigen Sondenkopfeinsätzen tritt zwischen dem heißen Ende der Sekundärseite des Ausgangsübertragers und Masse eine Streukapazität auf, welche parallel zum Meßkondensator liegt und sich als Funktion der Temperatur ändert. Derartige Streukapazitäten lassen sich zwar befriedigend kompensieren, wenn lediglich eine geringe Temperaturabhängigkeit vorliegt, jedoch ist diese Voraussetzung praktisch nicht erfüllt, weil sich die Dielektrizitätskonstante von zum Aufbau von Spulen verwendeten Isolierstoffen sowie die magnetische Suszeptibilität von Kernen stets mehr oder minder stark als Funktion der Temperatur verändern.Such probe head inserts occur between the hot end the secondary side of the output transformer and ground a stray capacitance, which is parallel to the measuring capacitor and changes as a function of temperature. Such Stray capacitances can be compensated satisfactorily if only one there is little temperature dependence, but this requirement is practical not met because the dielectric constant is used to build coils used insulating materials as well as the magnetic susceptibility of cores change more or less strongly as a function of temperature.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Sondenkopfeinsatzes, welcher im Bereich von 20 bis 1000 C stabil und ohne Meßwertverfälschung arbeitet. Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß in an sich bekannter Weise zwischen der Sekundärseite und der Primärseite des Ausgangsübertragers eine Metallfolienabschirmung angeordnet ist und daß die Metallfolienabschirmung mit dem kalten Ende der Sekundärseite der Meßkreiswicklung galvanisch verbunden ist. Durch eine derartige Maßnahme läßt sich die geforderte Stabilität der Anordnung in sehr befriedigender Weise erreichen, weil die Streukapazitäten nicht mehr zu dem stets zwangläufig mit einen Pol zu erdenden Meßkondensator parallel liegen, sondern lediglich die Kapazität der Sekundärseite des Ausgangsübertragers beeinflussen, was unschädlich ist. The purpose of the present invention is to create a probe head insert, which works stably in the range from 20 to 1000 C and without any falsification of measured values. This is achieved essentially by the fact that in a known manner between a metal foil shield on the secondary side and the primary side of the output transformer is arranged and that the metal foil shield with the cold end of the secondary side the measuring circuit winding is galvanically connected. By such a measure leaves the required stability of the arrangement can be achieved in a very satisfactory manner, because the stray capacitance no longer has to be grounded with a pole Measuring capacitor lie in parallel, but only the capacitance of the secondary side of the output transformer affect what is harmless.

Bisher bekannte Metallfolienabschirmungen in Übertragern dienten lediglich dem Zweck einer Abschirmung gegenüber hochfrequenten Störungen zwischen der Primär- und Sekundärseite, und die Metallfolienabschirmungen waren zu diesem Zweck geerdet. Previously known metal foil shields were used in transformers only for the purpose of shielding against high-frequency interference between the primary and secondary, and the metal foil shields were to this Purpose grounded.

Gemäß der vorliegenden Erfindung muß jedoch, bedingt durch das Anwendungsgebiet, stets der in dem Sondenkopfeinsatz zur Anwendung gelangende Meßkondensator auf einer Seite geerdet sein, so daß die Metallfolienabschirmungen gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik nicht geerdet sind.According to the present invention, however, due to the field of application, always the measuring capacitor used in the probe head insert on one Side grounded, so that the metal foil shields according to the present In contrast to the prior art, the invention is not grounded.

Vorteilhafterweise besteht die Sekundärseite des Ausgangsübertragers aus zwei im Gegentakt geschalteten Wicklungen, an die der Meßkondensator bzw. der Kompensationskondensator angeschaltet ist, wobei die dem Kompensationskondensator zugeordnete Sekundärwicklung räumlich auf dem Spulenkörper zwischen dem heißen Ende der dem Meßkondensator zugeordneten Sekundärwicklung und der Metallfolienabschirmung liegt. There is advantageously the secondary side of the output transformer of two windings connected in push-pull to which the measuring capacitor or the Compensation capacitor is switched on, the compensation capacitor associated secondary winding spatially on the bobbin between the hot end the secondary winding assigned to the measuring capacitor and the metal foil shield lies.

Die beiden Sekundärwicklungen sind elektrisch in Serie geschaltet und in eine Wicklung mit Anzapfungen zusammengefaßt, wobei der Anfang der Meßkreiswicklung mit der Metallfolie zur Vermeidung schädlicher Kapazitäten nach Masse parallel zum Meßkondensator verbunden ist. Daraus folgt, daß das heiße Ende der Kompensationskreiswicklung unmittelbar als erste Lage auf der Metallfolie zu liegen kommt. The two secondary windings are electrically connected in series and combined in a winding with taps, the beginning of the measuring circuit winding with the metal foil to avoid damaging capacities after mass parallel to the Measuring capacitor is connected. It follows that the hot end of the compensation circuit winding right away comes to rest on the metal foil as the first layer.

Erfindungsgemäß liegt die Wicklung mit der größerenWindungsanzahl auf der Primärseite des Ausgangsübertragers räumlich der dem Kompensationskondensator zugeordnetenSekundärwicklung im wesentlichen gegenüber. According to the invention, the winding with the greater number of turns is located on the primary side of the output transformer spatially that of the compensation capacitor associated secondary winding essentially opposite.

Die dem Kompensationskondensator zugeordnete Sekundärwicklung umfaßt vorteilhafterweise nur einen Teil der axialen Spulenlänge. Die Windungsanzahl der Kompensationskreiswicklung beträgt dementsprechend nur einen kleinen Bruchteil derjenigen der Meßkreiswicklung. Durch die Einschränkung der Breite der Meßkreiswicklung wird die entstehende schädliche Kapazität möglichst klein gehalten. Die Wahl einer geringen Windungszahl der Kompensationskreiswicklung hat eine kleine, einen schädlichen Strom über die Streukapazitäten treibende Spannung zur Folge. The secondary winding associated with the compensation capacitor comprises advantageously only part of the axial coil length. The number of turns of the Compensation circuit winding is accordingly only a small fraction of that the measuring circuit winding. By restricting the width of the measuring circuit winding the resulting harmful capacity is kept as small as possible. Choosing a minor The number of turns of the compensation circuit winding has a small, harmful current driving voltage across the stray capacitances.

Das heiße Ende der Meßkreiswicklung, die die größere Windungszahl und Spannung aufweist, ist der Metallfolie durch diese Anordnung der Kompensationskreiswicklung am weitesten abgewandt, so daß schädliche Kapazitäten sich hier nur unbedeutend auswirken können. The hot end of the measuring circuit winding, which has the larger number of turns and tension is the metal foil by this arrangement of the compensation circuit winding farthest away, so that harmful capacities are only insignificant here can affect.

Durch diese Maßnahme bei der Anordnung der Sekundärwicklungen wird angestrebt, die Meßwertverfälschung durch Eigenkapazitäten der Meßkreis-und der Kompensationskreiswicklung möglichst klein zu halten. This measure in the arrangement of the secondary windings is aimed at the falsification of the measured values due to the internal capacities of the measuring circuit and the To keep compensation circuit winding as small as possible.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Sondenkopfeinsatzes mit einem erfindungsgemäßen Ausgangsübertrager und F i g. 2 den Ausgangsübertrager der Anordnung nach F i g. 1 im Schnitt sowie in hälftiger Darstellung. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows an embodiment of a probe head insert with one according to the invention Output transformer and F i g. 2 shows the output transformer of the arrangement according to FIG. 1 in section and in half.

Der in F i g. 1 gezeigte Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung umfaßt einen zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit eintauchenden Meßkondensator CM und einen auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator 0 nebst Ausgangsübertrager T. Die Primärseite des Ausgangsübertragers T umfaßt in an sich bekannter Weise eine Schwingkreiswicklung 1 sowie eine Rückkopplungswicklung 2. Die Sekundärseite des Ausgangsübertragers T umfaßt zwei in Gegentakt geschaltete Stromkreise, bestehend aus dem Meßkondensator CM nebst einer diesem zugeordneten Sekundärwicklung 3 sowie einem KompensationskondensatorCK nebst einer diesem zugeordneten Sekundärwicklung 4. In einem gemeinsamen Stromweg beider Stromkreise CM, 3 und CK, 4 liegt ein Meßverstärker, bestehend aus einem npn-Transistor T2, dessen Basis-Emitter-Strecke in Gegendurchlaß richtung mittels einer Diode D 3 überbrückt ist. Im Kollektorkreis des Transistors T2 liegt ein Strommesser A. The in F i g. 1 shown probe head insert for capacitive level measurement comprises a dielectric fluid to be monitored at least partially immersed measuring capacitor CM and a resonant circuit oscillator operating at a constant frequency 0 together with the output transformer T. The primary side of the output transformer T comprises in In a manner known per se, a resonant circuit winding 1 and a feedback winding 2. The secondary side of the output transformer T comprises two push-pull switches Circuits consisting of the measuring capacitor CM and one assigned to it Secondary winding 3 and a compensation capacitor CK together with one associated therewith Secondary winding 4. In a common current path of both circuits CM, 3 and CK, 4 is a measuring amplifier, consisting of an npn transistor T2, its base-emitter path is bridged in the opposite direction by means of a diode D 3. In the collector circuit An ammeter A is connected to the transistor T2.

Erfindungsgemäß ist ein gemeinsamer Verbindungspunkt 5 der Sekundärwicklungen 3, 4 des Ausgangsübertragers T mit einer Metallfolienabschirmung 6 verbunden, welche eine vollständige Abschirmungzwi zwischen den Primärwicklungen 1,2 einerseits und den Sekundärwicklungen 3, 4 andererseits bewirkt. Die Basis des Transistors T2 sowie je ein Pol der Kondensatoren CM und CK liegen auf Masse, wie dies durch die Anwendung des Sondenkopfeinsatzes zur kapazitiven Füllstandsmessung zwangläufig bedingt ist. According to the invention there is a common connection point 5 of the secondary windings 3, 4 of the output transformer T connected to a metal foil shield 6, which a complete shielding between the primary windings 1,2 on the one hand and the secondary windings 3, 4 on the other hand. The base of transistor T2 as well One pole each of the capacitors CM and CK are grounded, as is the case with the application of the probe head insert for capacitive level measurement is inevitably necessary.

Die räumliche Anordnung der Wicklungen 1 bis 4 des Ausgangsübertragers T ergibt sich aus Fig. 2. The spatial arrangement of the windings 1 to 4 of the output transformer T results from FIG. 2.

Auf einem Spulenkörper Sp sind die Primärwicklungen 1, 2 und darüber unter Zwischenlage der Metallfolienabschirmung 6 die Wicklungen 3, 4 angebracht. Die Metallfolie 6 ist von den Wicklungen 1, 2 bzw. 3, 4 durch je eine Isolierlage J isoliert. Räumlich zwischen dem heißen Ende der dem Meßkondensator CM zugeordneten Sekundärwicklung 3 und der Metallfolienabschirmung 6 ist die dem Kompensationskondensator CK zugeordnete Sekundärwicklung 4 angeordnet, welche sich lediglich iiber einen Teil der Axiallänge des Spulenkörpers Sp erstreckt. Die dem Meßkondensator CM zugeordnete Sekundärwicklung 3 erstreckt sich hingegen über die gesamte Axiallänge des Spulenkörpers Sp, wobei das heiße Ende der Sekundärwicklung 3 von der Primärwicklung 1 nicht nur durch die Metallfolienabschirmung 6, sondern zusätzlich auch noch durch die dem Kompensationskondensator CK zugeordnete Sekundärwicklung 4 getrennt ist. Dadurch ergeben sich sehr geringe schädliche Streukapazitäten.The primary windings 1, 2 and above are on a bobbin Sp with the interposition of the metal foil shield 6, the windings 3, 4 are attached. The metal foil 6 is separated from the windings 1, 2 or 3, 4 by an insulating layer J isolated. Spatially between the hot end of the measuring capacitor CM assigned Secondary winding 3 and the metal foil shield 6 is that of the compensation capacitor CK associated secondary winding 4 arranged, which is only about a Part of the axial length of the bobbin Sp extends. The one assigned to the measuring capacitor CM Secondary winding 3, however, extends over the entire axial length of the coil body Sp, the hot end of the secondary winding 3 from the primary winding 1 not only through the metal foil shield 6, but also through the dem Compensation capacitor CK associated secondary winding 4 is separated. Through this there are very little harmful stray capacities.

Zweckmäßig sind der Kompensationskondensator CK und die Sekundärwicklung 4 so ausgelegt, daß die Windungszahl der Sekundärwicklung 4 lediglich einen kleinen Bruchteil derjenigen der dem Meßkondensator CM zugeordneten Sekundärwicklung 3 ausmacht. The compensation capacitor CK and the secondary winding are useful 4 designed so that the number of turns of the secondary winding 4 is only a small one Fraction of that of the secondary winding 3 assigned to the measuring capacitor CM.

Zur Erläuterung der Betriebsweise der Anordnung nach F i g. 1 sei zuerst angenommen, daß die Metallfolienabschirmung 6 nicht vorhanden sei. Es entsteht dann an dem heißen Ende der Sekundärwicklung 3 eine schädliche Streukapazität CS2, welche gegen Masse wirkt und somit zu dem Meßkondensator CM parallel liegt. Wird dagegen die Metallfolienabschirmung 6 mit dem Punkt 5 verbunden, so wirkt die Streukapazität CS2 zwischen dem heißen Ende der Sekundärwicklung 3 und deren kaltem Ende (Punkt 5), so daß sich keine Verfälschung der Kapazität des Meßkondensators CM ergibt. To explain the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 is first assumed that the metal foil shield 6 is not present. It arises then at the hot end of the secondary winding 3 a harmful stray capacitance CS2, which acts against ground and is thus parallel to the measuring capacitor CM. Will on the other hand, if the metal foil shield 6 is connected to the point 5, then the stray capacitance acts CS2 between the hot end of the secondary winding 3 and its cold end (point 5), so that there is no falsification of the capacitance of the measuring capacitor CM.

Patentansprüche: 1. Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung mit einem zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit eintauchenden Meßkondensator und einem auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator nebst Ausgangsübertrager, an dessen Sekundärseite der Meßkondensator und ein niederohmiger Meßverstärker in Reihe liegen, d a du r c h gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwischen der Sekundärseite und der Primärseite des Ausgangsübertragers (T) eine Metallfolienabschirmung (6) angeordnet ist und daß die Metallfolienabschirmung (6) mit dem kalten Ende (5) der Sekundärseite galvanisch verbunden ist. Claims: 1. Probe head insert for capacitive level measurement with an at least partially in a dielectric liquid to be monitored immersed measuring capacitor and a resonant circuit oscillator operating at a constant frequency in addition to the output transformer, on the secondary side of which the measuring capacitor and a low-resistance one Measuring amplifiers are in series, d a du r c h marked that in per se known Way between the secondary side and the primary side of the output transformer (T) a metal foil shield (6) is arranged and that the metal foil shield (6) is galvanically connected to the cold end (5) of the secondary side.

Claims

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary side of the output transformer (T) consists of two windings (3, 4) connected to the measuring capacitor (CM) and the compensation capacitor (CK) two circuits connected in push-pull form, the secondary winding (4) spatially on the bobbin (Sp) between the hot end of the secondary winding (3) assigned to the measuring capacitor (CM) and the metal foil shield (6) is arranged.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the winding (1) with the larger number of turns on the primary side of the output transformer (T) spatially of the secondary winding assigned to the compensation capacitor (CK) (4) is essentially opposite.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the compensation capacitor (CK) associated secondary winding (4) only one Part of the axial coil length includes.