DE1623975C2

DE1623975C2 - Arrangement for capacitive measurement of the fill level of a container

Info

Publication number: DE1623975C2
Application number: DE19671623975
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 7863 Fahrnau Franz
Original assignee: Endress & Hauser GmbH & Co. Elektronische Geräte und Steuerungen, 7867 Maulburg
Priority date: 1967-02-15
Filing date: 1967-02-15
Publication date: 1977-06-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kapazidven MeLng des Füllstandes eines Behälters, in Sem sich eine im wesentlichen senkrecht stehende Meßsonde befindet mit einer Kapazitatsmeßschaltung ^M,r Messung _der Sondenkapaz.tät, die an einen Wechsel pannungsgenerator angeschlossen ist und eWn der Sondenkapazität proportionalen G e.chstrorn S der über ein Anzeigeinstrument fur die gemessene Kapazität oder über den Eingangswider. ftand eines ein entsprechendes Anze.ge.nstrument Sd Anzeigeverstärkers fließt, und mit e.nerThe invention relates to an arrangement for capacitive measurement of the fill level of a container, in Sem there is a substantially vertical ^{measuring probe with a capacitance measuring circuit M} , r measurement of _the probe capacitance, which is connected to an alternating voltage generator and G is proportional to the probe capacitance e.chstrorn S the via a display instrument for the measured capacity or via the input impedance. If a corresponding display instrument Sd display amplifier flows, and with e.ner

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dern Prinzip daß sich beim Füllen d?s Behälters mit FuIlKUt die Dielektrizitätskonstante bis zur Füllhöhe und damU die meßbare Sondenkapazität gegenüber dem mit Luft gefüllten Behälter ändertthe principle that when filling the container with FuIlKUt the dielectric constant up to the level and then the measurable probe capacitance compared to the with Air filled container changes

Es ist bekannt zur kapazitiven Messung von Füllständen Brückenschaltungen zu verwenden, die vor einem Wechselspannungsgenerator gespeist werden und bei denen die Sondenkapazität in einem und eir Abgleichkondensator in einem angrenzenden Zweig dei Brücke liegt Das Ausgangssignal der Brückenschaltun_t wird in einem der Brückenschaltung nachgeschaltetei Verstärker mit Gleichrichter verstärkt und gleichge richtet und dann an einem Anzeigeinstrument angeIt is known to use for the capacitive level measurement bridge circuits, which are fed in front of an AC voltage generator and in which the probe capacitance is located in one and eir tuning capacitor in an adjacent branch dei bridge The output of Brückenschaltun _t is in one of the bridge circuit amplifies nachgeschaltetei amplifier with rectifier and rectified and then displayed on a display instrument

"Da der leere Behälter auch eine bestimmte Leerkapa zität hat ergibt sich zunächst auch bei leerem Behalte ein gewisser Ausschlag. Durch Verstellen des Abgleich kondensator läßt sich die Schaltung so abgleichen, dal bei leerem Behälter die Anzeige am Anzeigeinstrumen"Because the empty container also has a certain empty capacity city has initially also arises when the container is empty a certain rash. By adjusting the adjustment capacitor, the circuit can be adjusted so that when the container is empty, the display on the display instrument

"Allerdings hat diese Schaltung den Nachteil, daß di Empfindlichkeit, d.h. die notwendige Kapazitätsverär derung an der Meßsonde, für einen bestimmte Ausschlag am Anzeigeinstrument eine Funktion de"However, this circuit has the disadvantage that di Sensitivity, i.e. the necessary capacity distortion change on the measuring probe, a function de for a certain deflection on the display instrument

Sondenleerkapazität ist Bei größer werdender Leerkapazität nimmt die Empfindlichkeit ab. Die Schaltung hat den weiteren Nachteil, daß die Kabelkapazität zwischen Transformator und Sonde sich zu der Sondenkapazität iddiert und die Empfindlichkeit dadurch weiter vermindert Folglich kann die VerWndung zwischen Meßschaltung und Sonde nicht beüebig lang gemacht werden.Probe empty capacity is when the empty capacity increases the sensitivity decreases. The circuit has the further disadvantage that the cable capacitance between Transformer and probe are identical to the probe capacitance and the sensitivity continues As a result, the relationship between the measuring circuit and the probe cannot be made too long will.

Zur Behebung dieses zuletzt aufgezeigten Nacnteils ist es bereits bekannt zur kapazitiven Messung von Füllständen Anordnungen zu verwenden, bei denen mit Hilfe einer besonderen Schaltung Änderung der Sondenkapazität linear in Gleichstromänderungen umgewandelt werden. Wenn die Gleichstromänderungen am Ausgang der Schaltung groß genug sind, werden sie direkt mit einem Anzeigeinstrument angezeigt Wenn sie jedoch ein Anzeigeinstrument nicht direkt auesteuern können, so werden sie in einem Anzeigeverstärker so weit verstärkt, daß sie dann uich in einem Anzeigernstniment beispielsweise in einem Spannungsinzeigeinstrunient angezeigt werden können.To remedy this last mentioned component, it is already known for the capacitive measurement of To use filling levels arrangements in which with the help of a special circuit change the Probe capacitance can be converted linearly into direct current changes. When the DC changes are large enough at the output of the circuit, they are displayed directly with a display instrument If, however, they cannot control a display instrument directly, they will be used in a display amplifier amplified to such an extent that they are then all in one Indicator element, for example, in a voltage indicating instrument can be displayed.

Die bekannte Anordnung, bei der die Gleichstromänderungen direkt in einem Anzeigeinstrument angezeigt werden, ermöglicht zwar eine lange Verbindung zwischen Anzeigeinstrument und Sonde, sie enthält jedoch keine Leerabgleichvorrichtung.The known arrangement in which the direct current changes are displayed directly on a display instrument allows a long connection between display instrument and probe, it contains but no blank balancing device.

Die bekannte Anordnung, bei der ein Anzeigeverstärker verwendet wird, weist eine Leerabgleichschaltung auf, die aus einem veränderlichen Widerstand besteht. Das eine Ende dieses Leerabgleichwiderstandes ist mit dem Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung und das andere Ende mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden. Die Anordnung weist ferner eine Vollabgleichschaltung auf, die auch aus einem veränderlichen Widerstand besteht dessen eines Ende ebenfalls mit dem Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung verbunden und dessen anderes Ende geerdet ist.The known arrangement in which a display amplifier is used has an empty balance circuit which consists of a variable resistance. One end of this empty balancing resistor is with the output of the capacitance measuring circuit and the other end to one pole of a voltage source connected. The arrangement also has a full adjustment circuit, which also consists of a variable Resistance is one end of which is also connected to the output of the capacitance measuring circuit and the other end of which is grounded.

Bei leerem Behälter wird der Leerabgleichwiderstand so eingestellt daß der Leerstrom am Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung vollständig durch den Leerabgleichwiderstand fließt. Dadurch ist am Eingang des Anzeigeverstärkers eine bestimmte Spannung bedingt, für die am Anzeigeinstrument eine bestimmte Anzeige erscheint. Wenn der Behälter dann gefüllt wird, gibt die Kapazitätsmeßschaltung einen größeren S*rom ab, der nun auch zum Teil durch den Vollabgleichwiderstand fließt wodurch sich die Spannung am Eingang des Anzeigeverstärkers und damit die Anzeige am Anzeigeinstrument ändert Damit die Anzeige bei vollem Behälter genau 100% wird, wird der Widerstand des Vollabgleichreglers und damit die Spannung am Eingang des Anzeigeverstärkers so geändert, daß dieser Wert erreicht wird.When the container is empty, the empty balancing resistor is set so that the empty current at the output of the Capacitance measuring circuit flows completely through the empty balancing resistor. This is at the entrance of the Indicator amplifier requires a certain voltage, for which a certain display on the display instrument appears. When the container is then filled, the capacitance measuring circuit outputs a larger S * rom, the now also partially flows through the full balancing resistor, whereby the voltage at the input of the The display amplifier and thus the display on the display instrument changes Container is exactly 100%, the resistance of the calibration regulator and thus the voltage on the Input of the display amplifier changed so that this value is reached.

Diese Meßanordnung hat aber den Nachteil, daß ihre höchstmögliche Empfindlichkeit eine Funktion der Leersondenkapazität ist. Bei einem bestimmten Leerstrom ist der Leerabgleichwiderstand zunächst so eingestellt daß die Spannung am Eingang des Anzeigeverstärkers einen bestimmten Wert annimmt..This measuring arrangement has the disadvantage that its highest possible sensitivity is a function of the Empty probe capacity is. At a certain no-load current, the empty balancing resistance is initially like this set that the voltage at the input of the display amplifier assumes a certain value ..

Wird nun infolge größerer Leerkapazität der Leerstrom vergrößert, so muß der Widerstand in der Leerabgleichschaltung vermindert werden, damit dieselbe Spannung am Eingang des Anzeigeverstärkers erreicht wird. Da der Widerstand der Leerabgleichschaltung einen Teil der Last der Kapazitätsmeßschal· (15 tung bildet wird die Empfindlichkeit der Anordnung bei wachsendem Leerstrom bzw. abnehmendem Widerstand der Leerabgleichschaltung kleiner. Die Empfindlichkeit nimmt dabei etwa linear mit steigender Leerkapazität ab. Dies heißt mit anderen Worten, daß diese Meßanordnung für eine ausreichende Empfindlichkeit nur bei Meßsonden und -behältern mit kleiner Leerkapazität verwendet werden kann, d.h. nur bei Behältern, deren Länge und deren Durchführungskapazität begrenzt istIf the idle current is increased as a result of the larger idle capacity, the resistance in the Empty balancing circuit can be reduced so that the same voltage at the input of the display amplifier is achieved. Since the resistance of the empty balancing circuit is part of the load of the capacitance measuring scarf (15 The sensitivity of the arrangement as the no-load current increases or the resistance decreases the empty adjustment circuit is smaller. The sensitivity increases approximately linearly with increasing Empty capacity. In other words, this measuring arrangement ensures sufficient sensitivity can only be used with measuring probes and containers with a small empty capacity, i.e. only with Containers whose length and carrying capacity are limited

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstandes eines Behälters der eingangs angegebenen Art zu schaffen, deren Empfindlichkeit nicht von der Leerkapazität der Meßsonde abhängig istIt is therefore an object of the invention to provide an arrangement for capacitive measurement of the fill level of a To create a container of the type specified, the sensitivity of which does not depend on the empty capacity of the Measuring probe is dependent

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst daß die Leerabgleichschaltung als einstellbare Stromquelle ausgebildet und derart mit dem Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung verbunden ist daß das Anzeigeinstrument bzw. der Eingangswiderstand des Anzeigeverstärkers von den Ausgangsgleichströmen der beiden Schaltungen gegensinnig durchflossen wird.This object is achieved according to the invention in that the empty balancing circuit is adjustable Formed current source and connected to the output of the capacitance measuring circuit that the Display instrument or the input resistance of the display amplifier from the output direct currents flows through the two circuits in opposite directions.

Bei dieser Anordnung kann der der Sondenkapazität bei leerem Behälter entsprechende Ausgangsstrom der Kapazitätsmeßschaltung durch einen entsprechenden Gegenstrom so kompensiert werden, daß das Anzeigeinstrument den Füllstand Null anzeigt Für die Anzeige wird dann stets die Differenz zwischen dem Ausgangsstrom der Kapazitätsmeßschaltung und dem Gegenstrom wirksam, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung unabhängig von der Leerkapazität istWith this arrangement, the output current corresponding to the probe capacity when the container is empty can be Capacitance measuring circuit are compensated by a corresponding countercurrent so that the display instrument shows the level zero. The display then always shows the difference between the Output current of the capacitance measuring circuit and the countercurrent effective, so that the sensitivity of the Arrangement is independent of the empty capacity

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß bei einer Kapazitätsmeßschaltung, bei welcher der Ausgang des Wechselspannungsgenera tors über einen Transformator und eine Diode mit der Sondenkapazität verbunden ist, bei welcher ferner eine Gleichspannungsquelle über einen Schalter, der während der Halbwelle der Generatorspannung leitet, während welcher die Diode sperrt mit der Sondenkapazität verbunden ist, und das Anzeigeinstrument zwischen Gleichspannungsquelle und Sondenkapazität geschaltet ist, die Leerabgleichschaltung den gleichen Aufbau hat wie die Kapazitätsmeßschaltung, jedoch anstelle der Sondenkapazität einen einstellbaren Abgleichkondensator enthält.A further development of the solution according to the invention is that in a capacitance measuring circuit, in which the output of the alternating voltage generator through a transformer and a diode with the Probe capacitance is connected, in which also a DC voltage source via a switch that operates during the half-wave of the generator voltage conducts, during which the diode blocks the probe capacitance is connected, and the display instrument between DC voltage source and probe capacitance is connected, the empty balancing circuit has the same structure as the capacitance measuring circuit, however contains an adjustable adjustment capacitor instead of the probe capacitance.

In diesem Fall läßt sich der von der Leerabgleichschaltung erzeugte Gegenstrom durch Änderung der Kapazität des einstellbaren Abgleichkondensators aul den für den Leerabgleich erforderlichen Wert einstellenIn this case, the empty adjustment circuit countercurrent generated by changing the capacitance of the adjustable balancing capacitor aul set the value required for the empty adjustment

Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßer Lösung besteht darin, daß bei einer Kapazitätsmeßschaltung, bei welcher der Ausgang des Wechselspar.· nungsgenerators über einen Transformator und eine Diode mit der Sondenkapazität verbunden ist, be welcher ferner eine Gleichspannungsquelle über einer Schalter, der während der Halbwelle der Generator spannung leitet, während welcher die Diode sperrt mi> der Sondenkapazität verbunden ist und das Anzeigein strument zwischen Gleichspannungsquelle und Sonden kapazität geschaltet ist, die Leerabgleichschaltung einer Transistor enthält, dessen Kollektor über das Anzei geinstrument mit dem einen Pol einer weiterer Gieichspannungsquelle verbunden ist, an deren ande rem Pol der Emitter des Transistors über einer Emitterwiderstand angeschlossen ist, und daß an dei weiteren Gleichspannungsquelle ein Potentiomete angeschlossen ist, dessen Abgriff mit der Basis de; Transistors verbunden ist.Another development of the solution according to the invention is that in a capacitance measuring circuit, in which the output of the alternating energy generator via a transformer and a Diode is connected to the probe capacitance, which is also a DC voltage source over a Switch that conducts the generator voltage during the half-wave, during which the diode blocks mi> the probe capacitance is connected and the display instrument between the DC voltage source and the probes capacitance is switched, the empty balancing circuit contains a transistor, the collector of which via the display geinstrument is connected to one pole of a further DC voltage source, to the other rem pole of the emitter of the transistor is connected via an emitter resistor, and that to dei Another DC voltage source, a potentiometer is connected, whose tap with the base de; Transistor is connected.

Der so geschaltete Transistor wirkt wie eini Konstantstromquelle, und durch Verändern der Basis vorspannung läßt sich der Strom im AnzeigeinstrumenThe transistor connected in this way acts like a constant current source, and by changing the base bias the current in the display instrument

auf jeden gewünschten Wert und insbesondere auf den Wert Null bei leerem Behälter abgleichen.Adjust to any desired value and especially to the value zero when the container is empty.

Schließlich besteht noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung darin, daß die Leerabgleichschaltung einen Transistor enthält, dessen Kollektor mit dem Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung verbunden ist und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand mit dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, und daß an einer weiteren Gleichspannungsquelle ein Potentiometer angeschlossen ist, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors verbunden istFinally, there is another further development of the solution according to the invention that the empty balancing circuit contains a transistor whose collector is connected to the output of the capacitance measuring circuit and whose emitter is connected to one pole of a direct voltage source via an emitter resistor, and that a potentiometer is connected to another direct voltage source is connected, the tap of which is connected to the base of the transistor

Da bei dieser Schaltung der Eingangswiderstand der als Konstantstromquelle ausgebildeten Leerabgleichschaltung vom Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung her gesehen ffirGieichstromänderungen bei verschiedenen Leerströmen sehr groß im Vergleich zu der als Lastwiderstand wirkenden Vollabgleichschaltung ist, ist die Empfindlichkeit der Anordnung unabhängig vom Leerstrom.Since the input resistance of the designed as a constant current source empty balancing circuit from the output of the capacitance measuring circuit from the point of view of direct current changes at different No-load currents is very large compared to the full balancing circuit acting as a load resistor the sensitivity of the arrangement independent of the idle current.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber erläutert. Dabei zeigtEmbodiments of the invention are described below explained by way of example with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 ein Schaltbild der Kapazitätsmeßschaltung, die bei der ersten Lösung verwendet wird,F i g. 1 is a circuit diagram of the capacitance measuring circuit used in the first solution,

F i g. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der vollständigen Anordnung zur Messung des Füllstandes eines Behälters mit Leerabgleichschaltung nach der ersten Lösung,F i g. 2 shows a circuit diagram of a first embodiment of the complete arrangement for measuring the fill level a container with empty adjustment circuit after the first solution,

F i g. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der vollständigen Anordnung zur Messung des Füllstandes eines Behälters mit einer Leerabgleichschaltung nach der ersten Lösung,F i g. 3 is a circuit diagram of a second embodiment of the complete arrangement for measuring the fill level a container with an empty adjustment circuit according to the first solution,

Fig.4 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Anordnung zur Messung des Füllstandes eines Behälters entsprechend der zweiten Ausführungsform.Figure 4 is a circuit diagram of an embodiment of a Arrangement for measuring the fill level of a container according to the second embodiment.

In F i g. 1 ist ein Wechselstromgenerator G dargestellt, der an die Primärwicklung eines Transformators Tr angeschlossen ist und beispielsweise eine Wechselspannung von 10* Hz erzeugt Die eine Ausgangsklemme der Sekundärwicklung S des Transformators Tr ist mit der Anode einer Diode D verbunden, deren Kathode an einen Behälter B angeschlossen ist Die andere Ausgangsklemme der Sekundärwicklung 5 des Transformators Tr ist direkt mit einer Meßsonde verbunden, die im wesentlichen senkrecht in den Behälter B ragt Zu der Diode D ist die Emitter-Basis-Strecke eines npn-Transistors T parallel geschaltet, und zwar so, daß die Basis des Transirtors Trnit der Kathode der Diode D verbunden ist Der Kollektor des Transistors T ist mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle der Spannung Ub verbunden, deren negative Klemme Ober einen Vorwiderstand R und ein Stromanzeigeinstrument Af mit dem Behälter B verbunden ist Zu der K.ollektor-Basis-Strecke des Transistors Γ ist ferner ein Kondensator C parallel geschaltet Der Behälter B ist in der üblichen Weise geerdet In Fig. 1, an alternator G is shown connected Tr to the primary winding of a transformer, and for example, an AC voltage of 10 * Hz generates an output terminal of the secondary winding S of the transformer Tr is connected to the anode of a diode D whose cathode is connected to a container B The other output terminal of the secondary winding 5 of the transformer Tr is directly connected to a measuring probe which protrudes essentially perpendicularly into the container B. The emitter-base path of an npn transistor T is connected in parallel to the diode D in such a way that the base of the Transirtors Trnit is connected to the cathode of diode D the collector of transistor T is connected to the positive terminal of a DC voltage source the voltage Ub, the negative terminal top is a protective resistor R and a current meter Af with the container B connected to the K. Collector-base path of the transistor Γ is also a capacitor C in parallel switched The container B is earthed in the usual way

Die Kapazität Ca, die zwischen dem Behalter B und der Meßsonde vorhanden ist, wird durch die positive Halbwelle der sekundärseitigen Wechselspannung U des Transformators Tr Ober die Diode D aufgeladen. Auf der Kapazität Ca befindet sich dann eine Ladungsmenge, die durch die Kapazität des Kondensa tors und die Spitzenspannung der positiven Halbwelle f>s der Sekundärspanmmg U des Transformators Tr gegeben ist Während dieser Aufladung ist der Transistor Tr nichtleitend. Der Kondensator C ist auf die volle Gleichspannung Ub aufgeladen. Während der negativen Halbwelle der Sekundärspannung U des Transformators Tr ist die Diode D gesperrt, der Transistor Tjedoch leitend, da sein Emitter nun negativ gegenüber der Basis ist Es fließt daher ein Strom über über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T und über die Sekundärwicklung S des Transformators Tr, wodurch die Kapazität Ca umgeladen wird. Die zur Umladung der Kapazität Ca erforderliche Ladungsmenge wird dem Kondensator C entnommen, der während der positiven Halbwelle jedoch wieder auf die volle Gleichspannung Ub aufgeladen wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der Frequenz des Generators G, im vorliegenden Fall also lOemal in der Sekunde. The capacitance Ca, which is present between the container B and the measuring probe, is charged via the diode D by the positive half-wave of the secondary-side alternating voltage U of the transformer Tr . On the capacitance Ca there is an amount of charge which is given by the capacitance of the capaci tor and the peak voltage of the positive half-wave f> s of the secondary voltage U of the transformer Tr . During this charging, the transistor Tr is non-conductive. The capacitor C is charged to the full DC voltage Ub. During the negative half-cycle of the secondary voltage U of the transformer Tr , the diode D is blocked, but the transistor T is conductive, since its emitter is now negative compared to the base.Therefore, a current flows through the collector-emitter path of the transistor T and through the secondary winding S of the transformer Tr, as a result of which the capacitance Ca is recharged. The amount of charge required to recharge the capacitance Ca is taken from the capacitor C, which, however, is recharged to the full DC voltage Ub during the positive half-cycle. This process is repeated with the frequency of the generator G, in the present case that is, 10 times per second.

Der den Kondensator C wieder aufladende Strom wird durch die Wirkung des Kondensators C und des Widerstandes R integriert und am Anzeigeinstrument M angezeigt. Er ist bei fester Generatorspannung und -frequenz etwa proportional zur SondenkapazitätThe current recharging the capacitor C is integrated by the action of the capacitor C and the resistor R and displayed on the display instrument M. With a fixed generator voltage and frequency, it is roughly proportional to the probe capacitance

Wenn diese Schaltung für sich allein verwendet wird, dann wird auch bei leerem Behälter ein Meßwert angezeigt werden, weil auch die Leerkapazität der Sonde in der angegebenen Weise umgeladen wird.When this circuit is used on its own, then a measured value will also be displayed when the container is empty, because the empty capacity of the The probe is reloaded in the specified manner.

In F i g. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei welcher zusätzlich ein Leerabgleich möglich ist In dieser Schaltungsanordnung ist die Kapazitätsmeßschaltung 1 nach F i g. 1 mit einer Leerabgleichschaltung 2 verbunden, die in ihrem Aufbau der Kapazitätsmeßschaltung im wesentlichen entspricht und die von einer weiteren Sekundärwicklung S' des Transformators Tr gespeist wird. Das Stromanzeigeinstrument M und der Widerstand R sind dabei so in die Ausgangskreise der Kapazitätsmeßschaltung 1 und der Leerabgleichschaltung 2 geschaltet, daß sie von den Ausgangsgleichströmen der Schaltungen durchflossen werden. Die Leerabgleichschaltung 2 enthält an Stelle des npn-Transistors T in der Kapazitätsmeßschaltung einen pnp-Transistor r_t. Der Emitter-Basis-Strecke des Transistors Γι ist eine Diode D' parallel geschaltet, deren Kathode jedoch mit dem Emitter des Transistors Ti verbunden ist Die Gleichspannungsquelle der Leerabgleichschaltung 2 ist dementsprechend entgegengesetzt gepolt Dies hat zur Folge, daß ein Kompensationsstrom k in dem Stromanzeiigeinstrument M fließt, der dem Ausgangsgleichstrom U der Kapazitätsmeßschaltung entgegengerichtet ist Die Sondenkapazität ist ferner durch einen einstellbaren Kondensator DR ersetzt Dem Stromanzeigeinstrument M und dem in Reihe dazt geschalteten Widerstand R ist ein veränderliche! Widerstand V zur Vollabgleichsteuerung paraüe geschaltet In Fig. 2 shows a circuit arrangement in which an additional empty adjustment is possible. In this circuit arrangement, the capacitance measuring circuit 1 is shown in FIG. 1 is connected to an empty balancing circuit 2, which essentially corresponds in its structure to the capacitance measuring circuit and which is fed by a further secondary winding S 'of the transformer Tr. The current display instrument M and the resistor R are connected to the output circuits of the capacitance measuring circuit 1 and the empty balancing circuit 2 in such a way that the output direct currents of the circuits flow through them. The empty balancing circuit 2 contains a pnp transistor r _t instead of the npn transistor T in the capacitance measuring circuit. The emitter-base path of the transistor Γι is a diode D 'is connected in parallel, the cathode of which is associated with the emitter of transistor Ti The DC voltage source empty adjustment circuit 2 is polarized accordingly opposite This has the result that a compensation current k in the Stromanzeiigeinstrument M flows, which is opposite to the output direct current U of the capacitance measuring circuit. The probe capacitance is also replaced by an adjustable capacitor DR . The current display instrument M and the resistor R connected in series is a variable! Resistor V for full adjustment control is connected

Bei leerem Behälter B fließe in dem Stromanzeigein strument ein Leerstrom /10, der durch die Leerkapazitä gegeben ist Mit Hilfe des veränderlichen Kondensator DR kann der Kompensationsstrom h so emgestell werden, daß der Gesamtstrom /10— k im Stromanzei geinstrument M zu Null wird. When the container B is empty, an empty current / 10, which is given by the empty capacity, flows in the current display instrument. With the help of the variable capacitor DR , the compensation current h can be set so that the total current / 10- k in the current display instrument M becomes zero.

Wenn sich dann die Sondenkapazität durch Füllen de Behälters ändert, dann fließt durch das Stromanzeigein strument Mdie Stromdifferenz h-h, die ein Maß fO die Füllhöhe des Behälters istIf the probe capacity then changes by filling the container, then the current difference hh flows through the instrument M Stromananzeiger, which is a measure of the filling height of the container

Zum Abgleich des Ausschlags, beispielsweise tx vollem Behälter auf 100%. wird der Widerstand Vs eingestellt, daß die gewünschte Stromverteilung ei reicht wird.To compare the deflection, for example tx full container to 100%. becomes the resistance Vs. set that the desired current distribution ei is enough.

Diese Schaltungsanordnung weist den Vorteil au daB Schwankungen in der Generatorspannung und di Generatorfrequenz weitgehend kompensiert werdeThis circuit arrangement has the advantage that fluctuations in the generator voltage and di Generator frequency is largely compensated

da sie sich sowohl auf die Kapazitätsmeßschaltung als auch auf die Leerabgleichschaltung auswirken.since they affect both the capacitance measuring circuit and the empty balancing circuit.

Es ist jedoch bei dieser Anordnung nicht günstig, die Sonde und das Anzeigeinstrument durch lange Leitungen voneinander zu trennen, da die Nulleinstellung des Anzeigeinstruments über einen Drehkondensator im Wechselstromteil der Leerabgleichschaltung erfolgt, der in der Nähe des Transformators liegen muß.In this arrangement, however, it is not advantageous to have the probe and the display instrument through long lines separate from each other, since the zero setting of the display instrument via a variable capacitor in the AC part of the empty balancing circuit takes place, which must be in the vicinity of the transformer.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Leerabgleichschaltung. In dieser Schaltungsanordnung ist die Kapazitätsmeßschaltung nach F i g. 1 mit einer Leerabgleichschaltung verbunden, die einen npn-Transistor Ti enthalt, dessen einstellbarer Kollektorstrom als Kompensationsstrom h verwendet wird.F i g. 3 shows another embodiment of the dummy trim circuit. In this circuit arrangement, the capacitance measuring circuit according to FIG. 1 connected to an empty balancing circuit which contains an npn transistor Ti , the adjustable collector current of which is used as compensation current h .

Dazu sind in dem Kollektorkreis dieses npn-Transistors T2 das Stromanzeigcinstrurneni .Vi, der in Reihe dazu liegende Widerstand R und parallel dazu der veränderliche Widerstand Vgeschaltet. Der Emitter des Transistors ist über einen Emitterwiderstand Re \ mit der einen Klemme einer weiteren Gleichspannungsquelle der Spannung Ub" verbunden. Diese Gleichspannungsquelle, deren anderer Pol mit dem Anzeigeinstrumentenanschluß der Gleichspannungsquelle der Spannung Ub verbunden ist, ist so gepolt, daß der als Kompensationsstrom verwendete Kollektorstrom des Transistors T7 dem Kapazitätsanzeigestrom entgegengerichtet ist. Zwischen die Klemmen dieser Gleichspannungsquelle mit der Spannung Ub" ist ein Potentiometer Rb 1 geschaltet, dessen Kontaktarm mit der Basis des Transistors Γ2 verbunden ist und welches somit zur Einstellung der Basisspannung dientFor this purpose, the current display instrument turneni .Vi, the resistor R connected in series and the variable resistor V in parallel are connected in the collector circuit of this npn transistor T2. The emitter of the transistor is connected via an emitter resistor Re \ to one terminal of a further direct voltage source of the voltage Ub " . This direct voltage source, the other pole of which is connected to the display instrument connection of the direct voltage source of the voltage Ub , is polarized so that the collector current used as compensation current of the transistor T7 is directed opposite to the current capacity display. between the terminals of said dc voltage source with the voltage Ub "a potentiometer Rb 1 is connected, whose contact is connected to the base of transistor Γ2 and which thus serves to set the base voltage

Durch Einstellen der Basisspannung mit Hilfe dieses Potentiometers läßt sich der Kollektorstrom bzw. der Kompensationsstrom h so bemessen, daß der Gesamtstrom im Anzeigeinstrument sich zu Null abgleichen läßt. Diese Schaltung weist den Vorteil auf, daß die Sonde und das Stromanzeigeinstrument durch lange Leitungen miteinander verbunden werden können.By setting the base voltage with the aid of this potentiometer, the collector current or the compensation current h can be dimensioned in such a way that the total current in the display instrument can be adjusted to zero. This circuit has the advantage that the probe and the current indicating instrument can be connected to one another by long lines.

In Fig.4 ist eine andere Schaltungsanordnung zur Messung des Füllstandes eines Behälters B dargestellt, bei der auch der Leerabgleich bei verschiedenen Leerströmen die Empfindlichkeit der Anordnung nicht beeinflußt. Die Meßsonde ist mit dem Eingang einer Kapazitätsmeßschaltung K verbunden, die beispielsweise wie die Anordnung nach F i g. 1 aufgebaut sein kann. In diesem Fall ist aber der Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung K mit dem Eingang eines Anzeigeverstärkers A verbunden, an dessen Ausgang ein Anzeigeinstrument M angeschlossen ist. Der Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung K ist ferner mit einer Leerabgleichs» haltung und, da der Eingang des Anzeigeverstärkers A hochohmig ist, mit einer Vollabgleichschaltung V verbunden. Die Leerabgleichschaltung enthält einen Transistor T₃, dessen Kollektor an den Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung K und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand Re2 an einen Pol einer Spannungsquelle Ub" angeschlossen ist. Der Abgriff eines Basisvorspannungspotentiometers Rbi ist mit der Basis des Transistors T₃ verbunden. Die Vollabgleichschaltung V besteht aus einem veränderlichen ohmschen Widerstand, dessen eines Ende an den Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung K angeschlossen ist.FIG. 4 shows another circuit arrangement for measuring the level of a container B , in which the empty adjustment for different empty currents does not affect the sensitivity of the arrangement. The measuring probe is connected to the input of a capacitance measuring circuit K which, for example, like the arrangement according to FIG. 1 can be constructed. In this case, however, the output of the capacitance measuring circuit K is connected to the input of a display amplifier A , to whose output a display instrument M is connected. The output of the capacitance measuring circuit K is also connected to an empty balancing circuit and, since the input of the display amplifier A has a high resistance, to a full balancing circuit V. The empty balancing circuit contains a transistor T ₃ , the collector of which is connected to the output of the capacitance measuring circuit K and the emitter of which is connected to a pole of a voltage source Ub " via an emitter resistor Re2. The tap of a base bias potentiometer Rbi is connected to the base of the transistor T ₃ V consists of a variable ohmic resistor, one end of which is connected to the output of the capacitance measuring circuit K.

Am Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung AC wird ein der Sondenkapazität proportionaler Gleichstrom abgegeben. Bei leerem Behälter B ist dieser Strom der sogenannte Leerstrom.A direct current proportional to the probe capacitance is output at the output of the capacitance measuring circuit AC. When the container B is empty, this flow is the so-called empty flow.

Die Leerabgleichschaltung mit dem Transistor T₃ wirkt als Stromgenerator. Mit Hilfe des Basisvorspannungspotentiometers Rb 2 läßt sich der Kollektorstrom des Transistors Ti einstellen. Für Leerabgleich wird der Kollektorstrom des Transistors T₃ so eingestellt, daß er gleich dem Leerstrom der Kapazitätsmeßschaltung K ist. Dadurch läßt sich die Spannung am Eingang des Anzeigeverstärkers A auf einen bestimmten Wert Ui_c„ einstellen, durch den ein bestimmter Ausschlag, beispielsweise der Ausschlag Null, am Anzeigeinstrument Mbewirkt wird.The empty balancing circuit with the transistor T ₃ acts as a current generator. The collector current of the transistor Ti can be adjusted with the aid of the base bias potentiometer Rb 2. For empty adjustment, the collector current of the transistor T ₃ is set so that it is equal to the empty current of the capacitance measuring circuit K. As a result, the voltage at the input of the display amplifier A can be set to a certain value Ui _c " , by means of which a certain deflection, for example zero deflection, is effected on the display instrument M.

Ändert sich nun die Sondenkapazität Ca, so ändert sich auch der von der Kapazitätsmeßschaltung K abgegebene Strom. Da die Leerabgleichschaltung jedoch als Stromgenerator wirkt, d. h., ihr Strom bei einer bestimmten Einstellung des Basisvorspannungspotentiometers Rb 2 konstant ist, und auch der Eingangswiderstand des Anzeigeverstärkers A sehr hoch ist, fließt jeder zusätzliche Strom zum Leerstrom durch den Vollabgleichwiderstand V. Dadurch ändert sich nur die Spannung am Eingang des Anzeige Verstärkers A, was zu einer Änderung der Anzeige am Anzeigeinstrument führt. Durch Änderung der Größe des Vollabgleichwiderstands V läßt sich die Empfindlichkeit der Anordnung einstellen.If the probe capacitance Ca changes, the current output by the capacitance measuring circuit K also changes. However, since the empty balancing circuit acts as a current generator, i.e. its current is constant at a certain setting of the base bias potentiometer Rb 2 , and the input resistance of the display amplifier A is very high, any additional current to the empty current flows through the full balancing resistor V. This only changes the Voltage at the input of the display amplifier A, which leads to a change in the display on the display instrument. The sensitivity of the arrangement can be adjusted by changing the size of the full balancing resistor V.

Da der Vollabgleichwiderstand V nach Leerabgleich praktisch der einzige Lastwiderstand ist und der Lastwiderstand damit vom Leerabgleich unabhängig ist ist die Empfindlichkeit der Anordnung nicht von dei Einstellung der Leerabgleichschaltung bzw. der Größe der Leerkapazität abhängig.Since the full balancing resistor V is practically the only load resistance after empty balancing and the load resistance is therefore independent of the empty balancing, the sensitivity of the arrangement does not depend on the setting of the empty balancing circuit or the size of the empty capacitance.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstandes eines Behälters, in welchem sich eine im wesentlichen senkrecht stehende Meßsonde befindet, mit einer Kapazitätsmeßschaltung zur Messung der Sondenkapazität, die an einen Wechselspannungsgenerator angeschlossen ist und einen der Sondenkapazität proportionalen Gleichstrom erzeugt, der über ein Anzeigeinstrument für die gemessene Kapazität oder fiber den Eingangswiderstand eines ein entsprechendes Anzeigeinstrument speisenden Anzeigeverstärkers fließt, und mit einer Leerableichschaltung, mit der das Anzeigeinstru- '5 ment bei einem bestimmten Füllstand des Behälters auf einen bestimmten Ausschlag abgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerabgleichschaltung (2,- Ts, Re-2, Rb2) als einstellbare Stromquelle ausgebildet und derart mit dem Ausgang der Kapazitätsmeßschaltung(l; KJ verbunden ist daß das Anzeigeinstrument (M) bzw. der Eingangswiderstand (V) des Anzeigeverstärkers (A) von den Ausgangsgleichströmen der beiden Schaltungen gegensinnig durchflossen wird.1. Arrangement for capacitive measurement of the level of a container in which there is a substantially vertical measuring probe, with a capacitance measuring circuit for measuring the probe capacitance, which is connected to an alternating voltage generator and generates a direct current proportional to the probe capacitance, which is supplied via a display instrument for the measured capacitance or via the input resistance of a display amplifier feeding a corresponding display instrument, and with an empty calibration circuit with which the display instrument is calibrated to a specific deflection at a certain level of the container, characterized in that the empty calibration circuit (2, - Ts, Re-2, Rb2) designed as an adjustable current source and is connected to the output of the capacitance measuring circuit (1; KJ) that the display instrument (M) or the input resistance (V) of the display amplifier (A) depends on the output direct currents of the two circuits is flowed through in opposite directions.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kapazitatsmeßschaltung (1), bei welcher der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (G) über einen Transformator (Tt) und eine Diode (D) mit der Sondenkapazität (Ca) 3» verbunden ist, bei welcher ferner eine Gleichspannungsquelle (Ub) über einen Schalter (TJt der während der Halbwelle der Generatorspannung leitet, während welcher die Diode (D) sperrt mit der Sondenkapazität (Ca) verbunden ist und das Anzeigegerät (M) zwischen Gleichspannungsquelle (Ub) und Sondenkapazität (Ca) geschaltet ist die Leerabgleichschaltung (2) den gleichen A. ufbau hat wie die Kapazitatsmeßschaltung (1), jedoch anstelle der Sondenkapazität (Ca) einen einstellbaren Abgleichkondensator (Dr) enthält2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in a capacitance measuring circuit (1), in which the output of the alternating voltage generator (G) is connected via a transformer (Tt) and a diode (D) to the probe capacitance (Ca) 3 », in which a DC voltage source (Ub) is also connected via a switch (TJt which conducts during the half-wave of the generator voltage, during which the diode (D) blocks with the probe capacitance (Ca) and the display device (M) is connected between the direct voltage source (Ub) and the probe capacitance (Ca) is connected in the empty adjustment circuit (2) the same as that of the A. TRUCTURE Kapazitatsmeßschaltung (1), however, the probe capacitance (Ca) instead of an adjustable tuning capacitor (Dr) comprises

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Wechselstromeingang der Leerabgleichschaltung (2) über eine zusätzliche Sekundärwicklung (S') des Transformators (Tr) von demsel- ben Wechselspannungsgenerator (G) wie die Kapazitatsmeßschaltung (1) gespeist wird.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the alternating current input of the empty balancing circuit (2) is fed via an additional secondary winding (S ') of the transformer (Tr) from the same alternating voltage generator (G) as the capacitance measuring circuit (1).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß in der Kapazitatsmeßschaltung (1) und in der Leerabgleichschaltung (2) Transistoren (T, T\)entgegengesetzten Leitungstyps als Schalter verwendet sind und daß die Diode (D, D') in jeder Schaltung (1, 2) zu der Emitter-Basis-Strecke des Transistors (T, T\) gegensinnig parallel geschaltet ist4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that in the capacitance measuring circuit (1) and in the empty balancing circuit (2) transistors (T, T \) of opposite conductivity types are used as switches and that the diode (D, D ') in each circuit (1, 2) is connected in parallel in opposite directions to the emitter-base path of the transistor (T, T \)

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that in a capacitance measuring circuit, in which the output of the alternating voltage generator (G) via a transformer (Tr) and a diode (D) is connected to the probe capacitance (Ca) , in which further a direct voltage source fc (Ub) via a switch (T), which conducts the generator voltage during the half- cycle, during which the diode (D) blocks, is connected to the probe capacitance (Ca) and the display instrument (M) is connected between the DC voltage source (Ub) and the probe capacitance (Ca ) is connected, the empty balancing circuit contains a transistor (T ₂ ) , the collector of which is connected via the display instrument (M) to one pole of a further DC voltage source ωΐ ') , at whose other pole the emitter of the transistor (T ₂ ) is connected via an emitter is, and that at the ¹ V *. "'"".""","" H ,. /// »" lein potentin _w £ eTGliS> i _gS queHe (U? dM meter / Kai) is connected, whose Tap connected to the Sd ^ transistor ^ nest

66th Anordnung nach einem der vorhergehenden AnsorÜcheTTdurch gekennzeichnet, daß zu dem SeiStrlent (M) ein veränderlicher Widerstand (^parallel geschaltet istArrangement according to one of the preceding AnsorÜcheTT characterized in that a variable resistor (^ is connected in parallel to the side strip (M)

7 Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß die Leerabgleichschaltung einen TnSr (T₃) enthält, dessen Kollektor mit dem luTgang der Kapazitätsmeßschaltung (K) verbundL'fstLd dessen Emitter über einen Emmerwiderstand V2) mit «Je» einen Pol einer Gleichspan-According to claim 1, characterized in that the empty adjustment circuit includes a TnSr (T ₃₎ 7 arrangement, a collector connected to the capacitance sensing circuit luTgang (K) verbundL'fst Ld its emitter via a resistor Emmer V2) with "The" one pole of a DC-

JV (U'") rbunden ist, und daß an einerJV (U '") is tied, and that on one

(RbI angeschlossen ist. dessen Abgriff mit der Bas« desTransistors^verbundenist (RbI is connected. Its tap is connected to the base of the transistor ^

8 Anordnung nach Anspruch 1 oder 7. dadurch gekennzeichnet daß der Eingangswiderstand ^des AnSigeverstärkers zur Bildung einer Vollabgle.chschaltung einstellbar ist8 Arrangement according to claim 1 or 7, characterized in that the input resistance ^ des The signal amplifier can be set to form a full offset circuit