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Kapazitätspegel Die Erfindung bezieht sich auf einen Kapazitätspegel,
dessen meßfühler an der einen Seite der Tiasse mit einem Gleiclistrolllleistungslrreis
und an der anderen Seite mit einen Oszillatorkreis verbunden ist.
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@an hat bereits elelrtronische, kapazitätsempfindliche Fühler oder
Tastkreise zur Feststellung von Materialmengen oder des Materialpegels verwendet.
Beispielsweise finden solche Vorrichtungen in Vorratsbehältern oder Tanks Verwendung,
ilin die Höhe des Spiegels des Inhaltes, beispielsweise eines Pulvers oder einer
Flüssigkeit festzustellen und auf die Anwesenheit oder das
Mehlen
dieses Itaterials durch Änderung dr Schwingungen eines Oszillatorkreises reagieren,
der an den Fühler angeschaltet ist, so daß ein Signal entsteht, das für eine Vielzahl
von Zwecken zum Einsatz kommen kann.
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Beispielsweise kann man ein solches Signal zur Betätigung eines Relais
verwenden, welches das Leeren oder Füllen des Vorratstankes abhängig von der Verwendung
des Fük;lers verlangt.
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Solche Vorrichtungen erfordern im allgemeinen einen Oszillatorkreis,
einen Verstärker und eine Gleichstromleistungsquelle, gewöhnlich in Form eines Xreises
zur Wandlung verfügbaren Wechselstroms in Gleichstrom.
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Die bekannten Vorrichtungen weisen alle zwei ernsthafte Nachteile
auf. Der erste Nachteil ist darin zu sehen, daß es mit ihnen nicht möglich ist,
das Oszillatorsignal des Oszillatorkreises über die Ferne auf den Verstärker aufzugeben,
was bedeutet, daß der Oszillatorkreis, der Verstärker und der Leistungskreis alle
an der gleichen Stelle angeordnet werden müssen, w11 ein brauchbares Signal zu erhalten.
Außerdem mußten diese Einrichtungen in enger Nachbarschaft mit der eigentlichen
Meßsonde angeordnet werden, was praktisch darauf hinausläuft, daß die gesamte Schaltung
und die entsprechenden Teile an der Stelle angeordnet werden müssen, wo das Abtasten
zu erfolgen hat. Dadurch wird
die Verwendung solcher Einrichtungen
als Fernsteuereinrichtungen ausgeschlossen, bei denen durch Trennung der obengenannten
Elemente verlangt wird, Einrichtungen, die einen beträchtlichen Abstand von der
eigentlichen Tast- oder meßstelle aufweisen, auf dem Fernsteuerweg zu betätigen.
Im Falle eines Lagersilos war es beispielsweise nicht möglich, die Teile physilvalisch
über einen beträchtlichen Abstand zu trennen, um derart iin Silo abzutasten und
eine Fernsteuerung oder Signalaufnahme in einem Steuer- oder Riegelraum in einem
beträchtlichen Abstand vom Behalter, beispielsweise einige hundert Meter durchzuführen.
Daher hat man andere Vorrichtungen für die Fernsteuerung zum Einsatz gebracht, wodurch
die Brauchbauzeit dieser Art von Meßfühlern weitgehendst eingeschränkt war.
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Der zweite wesentliche tachteil der bekannten Einrichtungen besteht
darin, daß diese elektronischen Vorrichtungen, insbesondere seitdem sie Festkörperdioden
und Transistoren enthalten, außerordentlich empCindlich in bezug auf Temperaturänderungen
sind, was noch durch die Tatsache erschwert wird, daß der Temperatureinfluß auf
die verschiedenen Hauptteile des Kreises sich wechselseitig addiert oder verstärkt,
so daß zusatzliche Fehler infolge Temperaturänderungen zu erwarten sind.
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Die einzigen für solche Kreise verfügbaren Einstellmöglichkeiten bestehen
im Einsatz veränderbarer Kondensatoren im Kreis, was eine Handeinstellung des Kreises
an der entsprechenden Stelle der Vorrichtung erforderlich macht, die jedoch im allgemeinen
in einem schlecht zugänglichen Bereich eines Lagervorratsbehälters oder dergleichen
angeordnet-ist. Somit war die Einstellung sowohl unbequem als auch schwierig, um
die Kreise auf die Umgebungstemperaturen einzustellen, und darüberhinaus waren die
Einstellniölichkeiten keineswegs zufriedenstellend im Hinblick auf eine Kompensation
der Temperaturänderungen, insbesondere wetn dieser schwerwiegender Natur waren.
Auf diese Weise wurden die Einsatzmöglichkeiten dieser Vorrichtungen ebenfalls wieder
bis zu einem beträchtlichen Ausmaß auf Bereiche und Orte eingeschränkt wo die Temperatur
verhältnismäßig konstant blieb,oder wenigstens auf Bereiche, wo es nicht zu übermäßig
starken Temperaturänderungen kam.
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Im Hinblick auf diese festgestellten Mängel der bekannten Vorrichtungen
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kapazitäts-Pegel mit Me#fühler
derart zu konstruieren, daß der Oszillatorkreis getrennt und in beliebiger Entfernung
tom Verstärkerkreis und vom Leistungskreis aufgestellt werden kann, und zwar selbst
bei
beträchtlichen Abständen von einigen hundert Metern und mehr, um eine Fernsteuerung
und eine Fernsignalgebung zu erzielen. Außerdem sollen Einstellvorflchtungen vorgesehen
werden können, die eine Temperaturkompensation ermöglichen und fern von den Kreisen
angeordnet werden können, um damit die Kreise aus einem Kontrollbereich im wesentlichen
Abstand von den Kreisen und von den Fühlerelementen kontrollieren und nachstellen
zu können.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Kapazitäts-Pegel, dessen Me#fühler
an der einen Seite über Masse mit einem Gleichstromleistungskreis und an der anderen
Seite mit einem Oszillatorkreis verbunden ist, erfindungsgemäß durch einen Transistor,
dessen Basis an ein einstellbares RC-Glied geschaltet ist, das selbst an einem parallelen
Resonanzkreis liegt, der über einen veränderlichen Widerstand an Masse gelegt ist,
dessen Emitter an die Induktanzspule des parallelen REsonanzkreises und über einen
Kopplungskondensator an einen Verstärkungskreis zur Verstärkung des vom Oszillatorkreis
kommenden Signals geschaltet ist, und dessen tolleLtor am Fühler und an dem Glech'stromleistungskreis
liegt, sowie ferner durch eine Signalaufnahmeeinrichtung, die an den Verstärkerkreis
zur Betätigung bei Anderungen des vom Oszillatorkreis kommenden, auf
Kapazitätsänderungen
im Fuhler infolge Änderungen der Dielektrizitätskonstanten im Installationsbereich
des Fühlers zurückgehenden Signals . angeschaltet ist.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine Teilvorderansicht eines Fühlerelementes
oder einer Sonde, die an einer Tankwandung montiert ist; Fig. 2 einen Querschnitt
durch das Fühlerelement mit einem Teil des Tankes in Richtung der Pfeile 2-2 der
Figur 1 gesehen; Pig. 3 ein vereinfachtes Schemaschaltbild zur Wiedergabe der allgemeinen
Anordnung von Oszillator, Verstärker und Leistungskreisen; und in Fig. 4 ein schematisches
Schaltbild der verschiedenen Elemente, die die Gesamtschaltung bilden.
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Allgemeine Konstruktion Die in Fig. 3 wiedergegebene Einrichtung
enthält zwei im allgemeinen getrennte Teile, nämlich einen Fühler-oder Detektorteil
10 (gestrich@lt umrahmt) mit einem
Fühler 11 und einem Oszillatorkreis
12 sowie einen ebenfalls gestrichelt umrahmten Fernverstärkerteil 13 mit einem Gleichstromleistungskreis
14, einem Verstärkerkreis 15 und einer signalbetätigten Einrichtung, beispielsweise
einem Relais 16. Der Gleichstromleistungskreis 14 und der Verstärkerkreis 15 sind
mit Hilfe von Drähten 17 bzw. 18, die solange als notwendig sein könnten, an den
Oszillatorkreis 12 angeschlossen. Der Oszillatorkreis ist mit Hilfe eines Drahtes
19 bei 20 über einen veränderlichen Widerstand 21 zur Fernsteuerung und Kompensation
der Einflüsse von Temperaturänderungen auf den Kreis an Masse gelegt. Außerdem ist
der Fühler 11 getrennt bei 22 an asse gelegt.
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Fühler- oder Detektorelement Nach den Figuren 1 und 2 besteht der
Fühler 11 aus einer Sonde oder scheibenförmigen Platte 25, die von einem Isolierring
26 umgeben ist, der selbst wiederum von eine,. leitenden Metallring 27 mit einem
äußeren Befestigungsflansch 28 umgeben ist. Die Platte 25 ist mit Hilfe eines#Sondendrahtes
29 an den Oszillatorkreis angeschaltet. Der äußere Ring 27 ist mit Hilfe seines
Flansches 28 unter Verwendung geeigneter Schrauben oder anderer mechanischer Befestigungsmittel
an die Einrichtung angeschlossen, wo das Abtasten erfolgen soll, beispielsweise
also an die Wandung eines Vorratstanks
oder Silos 30, welches das
Füllgut 31 enthält. In diesem Fale soll die Vorrichtung zur Festetellung des-Spiegels
des Füllgutes innerhalb des Behälters dienen und anzeigen, wenn das Füllgut in die
Nähe der Platte 25 kommt, beispielsweise wenige Zentimeter davon entfernt ist.
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Der Fühler kann auch so angeordnet sein, daß er das Fühlen des Füllgutes
anzeigt, d. h. normalerweise vom Füllgut, beispielsweise einer Flüssigkeit, Festkërpern
oder einem Pulver bedeckt ist und nach dem Abfließen des Püllgutesaus dem Bereich
des Fühlers anzeigt und ein Signal für den nachgeschalteten Kreis liefert.
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Man erkennt, daß das Fehlen oder Vorhandensein des Fjjilgutes zu einer
Anderung der Dielektrizitätskonstanten des Materials in der Nähe des Fuhlers führt
und diese Änderung der Dielektrizitätskonstanten beeinflußt die Kapazität des Fühlers.
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Oszillatorkreis In Fig. 4 ist der Oszillatorkreis erkennbar, welcher
einen Transistor 32 enthält, dessen Basis an ein RC-Glied angeschaltet ist, das
aus einem veränderbaren Kondensator 33 in Parallelschaltung zu einem Widerstand
34 besteht. Das RC-Glied ist parallel zu einem Kondensator 35 gelegt, der wiederum
an den Kollektor
des Transistors 32 über einen Rückkopplungswiderstand
36 geschaltet ist.
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Diese Schaltung liegt in Reihe zu einem Parallel-Resonanzkreis, bestehend
aus einer Induktanzspule 37, die parallel zu einem Kondensator 38 geschaltet ist.
Der Resonanzkreis selbst ist wiederum über einen Heißleiter 39 an den Massedraht
19, den veränderlichen Widerstand 21 und schließlich an Kasse 20 geschaltet.
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Der Emitter e des Transistors 32 ist über einen Widerstand 40 und
den Draht 41 zur Oszillatorspule 37 und außerdem zu einen Kopplungskondensator 42
und einer Gleichrichterdiode 43 geschaltet, zwischen welchen ein pliderstand 44
eingeschaltet ist, der bei 45 an Masse liegt, wobei das Ausgangsoszillatorsignal
aus der Diode 43 konunt und über den Verbindungsdraht 18 zum Verstärkerkreis 15
läuft.
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Verstärkerkreis Der Verstärkerkreis 15 enthält ein Paar von Transistoren
46 und 47, wobei die Basis des Transistors 47 an den Emitter des Transistors 46
angeschaltet ist. Die Sollektoren aer beiden Transistoren sind zusammengeachaltet
und dann an die Spule 49 des Relais 16 gelegt. Außerdem
ist ein
Filterkondensator 48 parallel mit den Kollektor-und Emitteranschlüssen des Transistors
47 geschaltet wird darüberhinaus, wie aus Figur 4 ersichtlich, geerdet, An den Transistor
46 ist zuerst ein Filterkondensator 5,0 angeschaltet, der geerdet ist, und zum anderen
ein paar von in Reihe geschalteten Heileitern 51, die über einen Widerstand 52 an
Masse gelegt sind.
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Gleichstrom1eistunskreis Der Gleichstromleistungskreis 14, der in
Fig. 4 gestrichelt umrandet wiedergegeben ist, enthält einen Umformer 53, der den
Wechselstrom aus dem Netz in einen Gleichstrom niedriger Spannung, beispielsweise
in der Größenordnung von 17 Volt oder dergleichen umwandelt.
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Die Sekundärspule des Umformers ist an einem Ende an Masse 20 und
am anderen Ende in Reihe an eine Diode 54, einen Widerstand 55 geschaltet, der wiederum
parallel zu einem Paar von Zener-Dioden 56 liegt, welche eine im wesentlichen konstante
Spannung aufrechterhalten.
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Außerdem ist eine Filterschaltung in Form eines Paares von Kondensatoren
57 und Widerständen 58 vorgesehen, ao daß die Gesamtschaltung eine vergleicheweise
niedrige Gleichspannung liefert, die im wesentlichen konstant ist.
vfrirkunsweise
Im Betrieb wird der Leistungskreis 14 so betrieben, daß der notwendige Gleichstrom
auf den Oszillatorkreis 12 gelangt. Anfänglich wird der veränderliche Eondensator
33 im RC-Glied so eingestellt, daß ein normales oszillierendes Signal entsteht,
wobei eine weitere Einstellung durch Nachstellen des fern angeordneten veränderlichen
Widerstandes 21 erfolgt. In diesem Zustand weist der Fühler eine Basis- oder Normalkapazität
auf und der Oszillatorkreis erzeugt ein Basis-oder Normalsignal oder je nach Schaltung
auch überhaupt kein Signal.
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Normalerweise blockiert der Kopplungskondensator 42 den Gleichstromfluß,
läßt jedoch Wechselstrom hindurch, so daß ein Signal durch die Diode 43 zum Verstärkerkreis
gelangt und das Signal in geeigneter Weise durch die zwei Tranksistoren usw. verstärkt
und gebildet wird und dadurch ein festes Signal am Relais 16 oder einer anderen
signalbetätigten Vorrichtung entsteht. Beispielsweise kann dieses Signal die Spule
49 des Relais betätigen und sie in einer ihrer beiden Stellungen halten.
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Werden die Bedingungen am Fühler geändert, beispielsweise
dann,
wenn das in Pulverform vorliegende Füllgut, welches den Fühler abgedeckt und umgeben
hat, abgezogen worden ist, d. h der Spiegel abgesunken ist oder je nach Schaltung
angestiegen ist, dann führt die geänderte Kapazität des Fühlers zu einer Änderung
des Signals im Oszillatorkreis, die wiederum durch den Verstärkerkreis verstärkt
wird, wodurch sich das Signal zur Fig nalbetätlgungsvorrichtung ändert und im Falle
eines Relais das Relais in die zweite Stellung umschaltet.
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Als praktisches Beispiel für die Verwendung der erfindungsgemä#en
Vorrichtung sei ein Wasserstandsanzeiger im Kielraum eines Schiffes angenommen.
Der Fühler kann in festem Abstand yom Boden des Kielraums angeordnet Bein, und sobald
das Wasser bis zum Fühler steigt, betätigt das erzeugte Signal ein Relais, welches
wiederum automatisch die Schiffspumpen in Betrieb nimmt, so daß der Kielraum ausgepumpt
wird und der Wasserspiegel erneut fällt. Ein ähnliches praktisches Beispiel ist
die Aufrechterhaltung des Pegels in einern Vorratsbehälter oder Silo zur Lagerung
von ITaterial zur Wiederbenutzung oder zur Einleitung in eine nahegelegene Produktionsanlage.
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PatentansBrüche :