DE1931370A1 - Kapazitive Vorrichtung fuer Fluessigkeits-Inhaltsmesser - Google Patents

Description

PATENTANWALT-

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ISSI^lÜ τ...*,«= (0271)3240?

v^ ν/ ι ..J f «J Telegramm-Adr.: Polschuh, Siegen

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Abi.: Patentanwclt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiterner StroBo 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

69 101 Kü/h. 19o Juni 1969

SiviIi'HS IivDUSTÄlES LIMITED, Gricklewood Works, London NW2 England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 29596/68 vom 21. Juni 1968 beansprucht.

Kapazitive Vorrichtung für

Die Erfindung bezieht sich auf kapazitive Vorrichtungen für Flüssigkeits-Inhalts-bzw. Standmesser, bei welchen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden der Vorrichtung ein Spalt bzw. Zwischenraum vorhanden ist, in welchem zwischen den. Elektroden Flüssigkeit aufsteigen kann, die eine Änderung der Kapazität der Vorrichtung in Abhingigkeit yon dar Änderung des Flüssigkeitsgehaltes bzw. der Flüssigkeits-Standhöhe hervorbringt.

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Flüssigkeitsstandmesser mit kapazitiven Vorrichtungen der obigen Art werden weitgehend bei der Brennstoff-Vorratsmessung in Luft'fahrzeugen verwendet. Dabei sind die einander gegenüberliegenden Elektroden normalerweise als koaxiale Metallrohre vorgesehen, die in den Brennstoff um ei-n vom Inhalt des Brennstofftanks abhängiges Maß eingetaucht sind, und zwar derart,, daß der Flüssigkeitsspiegel im Raum zwischen den beiden Rohren — und dementsprechend die Kapazität der Vorrichtung — sich mit der Änderung des Inhalts des Tanks verändert. Allgemein ist eine im wesentlichen konstante Beziehung zwischen der Zunahme des Brennstoffgehaltes (Volumen oder Masse) und der darauf folgenden Zunahme der Kapazität bei der Vorrichtung erforderlich, und so werden dort, wo es sich, wie es gewöhnlich der Fall ist, um einen unregelmäßig geformten Tank handelt, Maßnahmen ergriffen, um die Kapazitäts-Charakteristik der Vorricntung den unregelmäßigen Änderungen des Brennstoffspiegeis mit dem Inhalt anzupassen» Diese Maßnahmen werden allgemein als "Charakterisierung" der Vorrichtung bezeichnet und bestehen in herkömmlicher Weise in Form von Durchmesseränderungen oder irgendeiner anderen räumlichen Gestaltung auf der Länge der einen oder beider Elektroden. Eine solche Abänderung aer Elektroden zum Ausgleich der Unregelmäßigkeiten des Tanks ist ein Nachteil insofern, als sie die Konstruktion der Vorrichtung kompliziert und die Möglichkeit verringert» eine genormte Form bzw· Standardform von Vorrichtung zu schaffen, die ganz- allgemein verwendet werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ausführungafona von kapazitiver Vorrichtung der vorgenannten Gattung zu schaffen, mit welcher der oben genannte Nachteil überwunden wird.

Erfindungsgemäß ist eine kapazitive Vorrichtung bzw, kapazitiv arbeitende Vorrichtung der obigen Gattung dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung zwischen flen beiden Elektroden angeordnet ist und daß die Abschirmung die effektive Fläche der einander

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gegenüberliegenden Elektroden über den/Zwischenraum hinweg auf nur einen Teil der voll verfügbaren Fläche begrenzt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, daß die Charakterisierung bzw. Abstimmung der Vorrichtung allein durch Formgebung der Abschirmung erreicht werden kann. Die Abschirmung kann ein einfaches Metallblechelement sein, welches zwischen den beiden Elektroden angeordnet wird, und in dieser Hinsicht ist es daher leicht Möglich,, eine Standardform . von kapazitiv arbeitender Vorrichtung zu schaffen, die leicht zu charakterisieren bzw. abzustimmen ist, um einer beliebigen Situation aus einer mannigfaltigen Vielzahl von Situationen gerecht zu werden«

Die beiden Elektroden können die Form von länglichen Metallplatten oder koaxialen Metallzylindern haben. In jedem Falle kann die Abschirmung als langgestrecktes Metallelement vorgesehen werden, das auf seiner Länge eine sich ändernde Breite aufweist, so daß sich das Ausmaß des dadurch hervorgerufenen Abschirmungseffektes vom einen Punkt zum anderen entlang den Elektroden ändert. Die Änderung der Breite kann auf der lange der Abschirmung mit sanften Übergängen oder auch in Stufen erfolgen. Die Abschirmung kann jedoch auch über ihre gesamte länge hinweg eine konstante Breite haben. Die Verwendung einer Abe schirmung mit einer konstanten Breite ist unter bestimmten Umständen vorteilhaft, da sie die Binregelung des G-esamtkapazitätsbereiches der Vorrichtung ermöglicht. '

Die Abschirmung ist vorzugsweise von der einen der Elektroden durch ein dielektrisches Element auf Abstand gehalten, beispielsweise durch ein festes bzw. massives Element aus Polytetrafluoräthylen. Das dielektrische Element kann die gesamte Elektrodenfläche überdecken, und unter diesen Umständen ist es durch ent-

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sprechende Auswahl der. Dicke des Elementes in Bezug auf dessen Dielektrizitätskonstante und den eigentlichen Abstand der Elektroden möglich, es so einzurichten, daß die -Kapazität" der kapazitiven Vorrichtung direkt: ein Maß für die Masse des Flüssigkeitsgehaltes liefert, der in entsprechender Weise hinsichtlich Änderungen der Flüssigkeitsdichte kompensiert ist.

Eine kapazitiv arbeitende Yorrichtung sowie ein diese enthaltender kapazitiver Flüssigkeitsstandmesser, beide gemäß der Erfindung und für die Lieferung eines Maßes für den Masseninhalt eines Brennstofftanks eines Luftfahrzeugs bestimmt, werden nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt,

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung des Brennetoff-Standmessers, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der beim Brennstoff-Standmesser der Fig. 1 verwendeten kapazitiven Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2., während Fig. 4 eine schematische Darstellung eines i'eils eines Parallelplatten-Kondensators wiedergibt, auf den bei der Erläuterung der Betriebsweise der kapazitiven Vorrichtung der Fign. 2 und 3 Bezug genommen wird.

-Nach Fig. 1 wird ein Wechselstrom mit einer Frequenz von 400 Hz von einer Lieferquelle 1 an Anschlußklemmen 2 einer !Primär-, wicklung eines Transformators 3 angelegt. Eine Sekundärwicklung des Transformators 3 hat einen geerdeten Mittelabgriff 4, so daß Wechselstromsignale von gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phasenlage an Klemmen 5 und 6 erscheinen, die an die sich jeweils gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung angeschlossen sind, die zwischen der Klemme 5 und dem Abgriff 4 erscheinende Spannung wird an ein Potentiometer 7 mit beweglichem Abgriff 8 angelegt, wobei die phasengleiehen Wechselströmsignale, die an der Klemme 5 und am Abgriff 8 erscheinen, jeweils über Kondensatoren 9 und 10

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einer Klemme 11 zugeführt werden. Der Kondensator 9 liefert einen vorbestimmten Sapazltätswert C unc
bestimmten Bezugs-Kapazitätswert 0 .

vorbestimmten Sapazltätswert G "und" der- Kondensator 10 einen vor-

Das Wechselstromsignal, das an der Klemme 6 erscheint, wird nach der Klemme 11 über eine "kapazitive Vorrichtung" oder Tankeinheit 12 übermittelt, die im Brennstofftank eines Luftfahrzeugs sitzt. Me Tankeinheit 12 enthält ein Paar in Abstand voneinander angeordneter koaxialer Elektroden 13 und 14» die in den Brennstoff um ein Maß eingetaucht sind, welches vom Brennst off spiegel im x'ank abhängig ist, so daß der Kapazitätswert C. der Tankeinheit 12 vom Volumen V„ des Brennstoffs im Tank abhängig ist. Jede Spannung, die zwischen Klemme 11 und Erde erscheint, wird einem Servo- bzw· Regelverstärlcer 15 zugeführt, der die Erregung eines elektrischen Servomotors 16 steuert. Der Motor 16 treibt den Abgriff 8 des Potentiometers 7 über eine mechanische Kupplung 17 an, und zwar mit der Tendenz, das Signal an Klemme 11 auf null zu reduzieren. Die Wirkung besteht also darin, das von der Tankeinheit 12" herkommende Signal auszugleichen, wobei das Signal von entgegengesetzter Phase und veränderlicher Amplitude verwendet wird, welches von dem Abgriff 8 über den Kondensator 10 abgeleitet und an der Klemme 11 mit dem Signal konstanter Amplitude vom Kondensator 9 her additiv kombiniert wird. Eine von der mechanischen Kupplung 17 her angetriebene Anzeigereinheit 18 liefert sowohl analoge als auch digitale Anzeigen entsprechend der Einstellung des Abgriffs 8. "-"'-" ^: ■■

Die Kapazität G des Kondensators 9 ist im wesentlichen gleich der Kapazität, die von der Tankeinheit 12 dargeboten wird, wenn der Tank effektiv von Brennstoff leer ist, mit der Folge, daß die Einstellung des Abgriffs 8 ein Maß für die Zunahme_f C^ - G_Qf der Kapazität der Tankeinheit 12 infolge des Brennstoffs zwischen den Elektroden 13 und 14 liefert. Eine geerdete elektrische Abschirmung 20, zwischen den Elektroden 13 und H gelegen und durch ein dielektrisches Feststoff-Element 21 von der Elektrode H getrennt, dient dazu, eine Oharakterisierung baw· Abstimmung der Tankeinheit 12 zu Tswlrken. Die Abschirmung 20 begrenzt den effektiven Flächeninhalt

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der eich- gegenüberliegenden Flächen der Elektroden 13 und 14» wobei das Ausmaß der so geschaffenen elektrischen Abschirmung sich über die Länge der Einheit 12 hinweg ändert, um sicherzustellen, daß trotz der Ungleiehförmigkeit des Tanks über seine Höhenabmessung hinweg der KapasitätsZuwachs (G, - G) eine entsprechende lineare Funktion des Brennstoffvolumens Y„ im Sank ist (im Gegensatz zu einer linearen Funktion des Brennstoffspiegels).

Das dielektrische Element 21 hat neben der Sichers^ellung einer elektrischen Isolierung der Elektrode 14 gegenüber der Abschirmung 20 eine merkliche Wirkung auf die Kapazitäts-Charakteristik der ^ankeinheit 12," In dieser letzteren Hinsicht erbringt das Element 21 in der Kapazitäts-Charakteristik einen Ausgleich für die Änderung der Brennstoffdichte D™, so daß die von der Eankeinheit 12 selbst gelieferte Kapazitätszunahme (G, - G) als ein Maß für die Masse SL- des im iank enthaltenen Brennstoffs genommen werden kann» In Ausdrucken der Masse M^. kann die durch die Sankeinheit 12 gelieferte Kapazitätszunahme (C₄. - C„) nachgewieaea werden mit ι

wobei K- die relative Dielektrizitätskonstante des Brennstoffs, V eine den effektiven Wert TonY_f bei völlig eingetauchten Elektroden 13 und 14 wiedergebende Konstante und B eine numerische Konstante ist, die im vorliegenden Falle einen Wert von 0,4 hat»

Die Einstellung des Abgriffs 8 ist demzufolge eine Funktion

(K_f - 1)/D_f(i + BK_f)

wie auch von der Mse M_f» Es hat sich in der Praxis bei lnft-

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fahrt-Brennstoff gezeigt, daß, wenn man den Wert für die Konstante B mit O, 4- wählt,sich der Ausdruck (2) mit der iSrenn-

etwa . -■-,-■"

stoffzusammensetzung nur um/2,5^ über und unter dem mittleren WeriJverändert und für jede Brennstoffpröbe über einen weiten Temperaturbereich hinweg im wesentlichen konstant ist« Unter diesen Umständen können die Einstellung des Abgriffs 8 und damit die von der Anzeigereinheit 18 gelieferten Anzeigen (innerhalb normalerweise annehmbarer Genauigkeitsgrenzen) als direktes Maß für die Masse Μ~ des -Brennstoffs im 'lank genommen werden.

Einzelheiten der Konstruktion der Tankeinheit 12 werden nunmehr anhand der Fign. 2 und 3 "beschrieben."

Nach den Pif-n. 2 und 3 sind ;ie-Elektroden 13 und 14 als koaxiale Metallrohre von durchweg gleichmäßigem Durchmesser vorgesehen, wobei das Rohr der Elektrode 13 aus eloxiertem Aluminium und das der Elektrode 14 aus verzinnter-Phosphorbronze besteht. Die rohrförmige Elektrode 14 weist einen längs schlitz 25 auf und ist im wesentlichen über ihre gesamte Länge hinweg von einer stranggepreßten Hülse aas Polytetrafluoräthylen umhüllt, die das dielektrische Element 21 bildet. Die Wandung der Elektrode 14 ist aui beiden Seiten des Schlitzes 25 nach innen gebogen, um eine Versteifung si erzielen und eine freie Umfangsausdehnung und- zusammenziehung des Elektrodenrohres innerhalb des Hülsenelementes 21 zu ermöglichen. Die elektrische Abschirmung 20 wird durch ein Blechelement aus verzinntem Messing von gekrümmtem Querschnitt gebildet, welches sich vom oberen bis zum unteren Ende der Elektrode 14 erstreckt. Ein Überzug aus einem elektrisch isolierenden lack ist auf die Abschirmung 20 aufgebracht, insbesondere um ihre Kanten herum, und sie ist auf der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Elementes 21 an jedem Ende durch umgreifende Metallbänder 26 bzw. 27 festgeklemmt. (Alternativ können auch'Federdrahtklammern, je in Form einer kurzen Schraubenfederlänge, vorgesehen werden, die das Element 21 und die Abschirmung 20 in Abständen auf der Länge des

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Elementes 21 umgreifen). Der Schlitz25 sitzt hinter der Abschirmung 20, so daß das Vorhandensein dieses Schlitzes 25die Kapazitätsmessung nicht wesentlich beeinträchtigt, -

Metall-Querstäbe 28 sind in die sich gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Elektrode 14 eingelötet, und an diesen sind jeweilige Kreuzarme 29 aus Polytetrafluoräthylen festgeklemmt, die dazu dienen, die Elektrode 14 innerhalb der rohrförmigen Elektrode

13 zentrisch abzustützen, wobei ein gleichmäßiger ringförmiger Luftspalt 30 zwischen der EleKtrode 13 und der Abschirmung 20 vorhanden ist. Eine zusätzliche Abstützung ist für die Elektrode

14 in der Mitte ihrer Längsabmessung durch auf den Umfang ver- ■ teilte Knöpfe 31 aus Polytetraflaorf-thylen vorgesehen, die in der Elektrode 13 durch einen äußeren Aluminiumring 32 festgehalten werden und sich radial· über den Spalt 30 erstrecken, um an der Außenoberfläche der Abschirmung 20 und des Hülsenelementes 21 anzuliegen.

Koaxialkabelbüchsen 33 sind in der Nähe des oberen Endes der rohrförmigen Elektrode 13 angebracht, um die äußere elektrische Verbindung für die Elektroden 13 und 14 und dieAbschirmung 20 zu erleichtern.- Der Anschluß'der Elektroden 13 und 14 mit den Buchsen 33 erfolgt über Adern 34» die jeweils mit einem Fähnchen" 35, welches an der Elektrode 13 angenietet ist, und einem Fähnchen 36 verbunden sind, welches an den Querstab 28 im oberen Ende der rohrförmigen Elektrode 14 festgeklemmt ist. Eine Ader 37, die mit einem Fähnchen 38 am Band' 26 verbunden ist, stellt eine Verbindung von der Abschirmung 20 nach den Buchsen 33 her.

Die Tankeinheit 12 sitzt aufrecht im Brennstofftank, wobei Konsolen 39 verwendet werden, die von der Elektrode 13 getragen werden (aber gegenüber dieser elektrisch isoliert sind), so daß

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ηθ.0ψ.-

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der Luftspalt 30 bis zu einer vom Tankinhalt abhängigen Höhe mit Brennstoff gefüllt ist. Im allgemeinen ändert sich diese Höhe nicht linear mit dem Volumen V„, und zwar infolge von Unregelmäßigkeiten des Tanks. Die unter diesen Umständen notwendige Charakterisierung bzw. Abstimmung der 'Tankeinheit 12, um sicherzustellen, daß eine im wesentlichen konstante Beziehung zwischen der Volumenzunahme des Brennstoffs und der folglichen Zunahme der Kapazität über die gesamte Länge der Tankeinheit hinweg besteht, wird durch Formgebung der Metall-Abschirmung 20 erzielt. Die geerdete Abschirmung begrenzt die effektive Oberfläche der' Elektrode H, die gegenüber der Elektrode 13 freiliegt, wobei die bogenförmige "Breite" der Abschirmung 20 an jedem beliebigen Punkt auf der Länge der Tankeinheit 12 den Winkelsektor bestimmt, über welchen eine elektrische Abschirmung an dieser Stelle erfolgt, und damit die Änderungsrate der Kapazität 0. mit der Änderung des Brennstoffspiegels über diese Stelle hinweg. Durch entsprechende Veränderung der. Breite der Abschirmung 20 über ihre Länge hinweg ist es somit möglich, dafür zu sorgen, daß die Änderungsrate der Kapazität 0. mit dem Volumen V_f über die Länge der Sankeinheit hinweg konstant ist. Obwohl die sanfte Konturengebung der Abschirmung 20, um auf diese Weise eine genaue Abstimmung zu erzielen, ohne weiteres möglich ist, reicht es im allgemeinen aus, stufenweise Änderungen der Breite der Abschirmung vorzunehmen, wie es durch die Schulter 40 in Fig. 2 beispielsweise angedeutet ist.

Die Verwendung der Abschirmung 20 ist selbst dann von Vorteil,, wenn sich die Höhe des Brennstoffs im Tank mit dem Volumen Vi linear ändert. In diesen Fällen kann die Abschirmung 20 als ein Metallstreifen mit durchweg konstanter Breite vorgesehen werden, mit dem Ziel, den Kapazitätswert C. auf einen

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speziellen Bereich zu begrenzen. Die Möglichkeit der Einregelung des Kapazitätsbereiehes der Tankeinheit 12 vermeidet die Notwendigkeit, eine spezielle Tankeinheit für jeden besonderen Kapazitätsbereich zu konstruieren, der in irgendeiner Installation erforderlich ist, wobei es möglich ist, eine Standardform zu verwenden und die speziellen Erfordernisse durch entsprechende Einstellung der Breite der Abschirmung 20 vor der endgültigen Installierung zu berücksichtigen. Darüber hinaus- wird dort, wo eine Anzahl gleicher Tankeinheiten gemeinsam in einem luftfahrzeug-Srennstofftank verwendet wird _s leicht eine üinregelung des Kapazitatsbereehes zwischen den verschiedenen Taniceinheiten zu dem Zweck ermöglicht, Fehlerquellen in der Brennstoffstand-Ablesung auf ein Liindestniaß herabzusetzen, die bei Änderung der Höhe des Luftfahrzeugs auftreten können. -

Das ¥ersehender Tankeinheit 12 mit der Kapazitäts-Oharakteristik, implizit im Ausdruck (1.)., ist abhängig von der entsprechenden Auswahl des ülaterials und der Dicke der Schicht 21 sowie der Weite des Luftspaltea 30. Die tatsächliche Saumform der Elektroden 13 und 14ist zur Erzielung dieser Charakteristik bzw. Abstiminüng nicht von grundlegender -Bedeutung, und die Elektroden 13 und 14 könnten aieh ebensogut die Form von flachen parallelen Metailplatten haben. Da die Berechnungen im Falle von kapazitiven Vorrichtungen mit parallelen' Platten etwas einfacher 3ind, wird eine detailierte Erläuterung dazu, wie die Kapazitäts-Charakteristik des Ausdrucks (l) erzielt wird, mit Bezug auf Fig. 4 gegelsen* wobei die Elektroden 13· und 14' in Porm flacher LletallplatTen betrachtet werden* In Pig. 4 ist nur ein Teilstück der kapazitiven .Torrichtung mit parallelen Platten dargestellt, wobei die Haupts«iten der Plstteneitektröden 13· waäs 14^r im diesem I'eilstiie&r je eine unabgeschixmte Fläche S haben.

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BAD

Wie aus· Fig. 4 hervorgeht, liegt eine Schicht 21· aus massivem dielektrischem !«aterial mit einer relativen Dielektrizitätskonstante K. und einer Dicke T. zwischen den Flachplattenelektroden 13' und 14' in Oberflächenberührung mit der Elektrode 14'. Die Schicht 21' und die Elektrode 13', die einen Abstand T voneinander haben, bestimmen einen Spalt 30', der von einem iuedium mit relativer Dielektrizitätskonstante K eingenommen wird, wobei dieses Medium (je nach Hohe des Brennstoffs im Tank) Luft mit relativer Dielektrizitätskonstante K oder Brennstoff mit relativer Dielektrizitätskonstante K» ist.

-L

Betrachcet man gerade das Teilstück der Vorrichtung, das in Fig. 4 dargestellt ist, so kann dessen Kapazität so gehandhabt werden, als ob sie durch zwei Kapazitäten der Werte G. und G in Reihe geliefert würden:

G₁ =K_± K₀ S/T.

^Cm ^Ä \ ^Ko ^S/^Tm, ^

wobei die Konstante K die Dielektrizitätskonstante des freien Raumes ist und die verwendeten Einheiten jene des rationalisierten Ivieter-Kilogramm- Sekunden-Sys t'ems (mkgs) sind. Der Kapazitätswert der in Reihe geschalteten Kombination Ist daher%

Die Änderung der Kapazität y"om Zustand, bei welchem das Medium zwischen der Schicht 21 * und der Elektrode 13' Luft ist, bis zum Zustand, bei dem es Brennstoff ist, ist gleich der Differenz zwischen dem V/ert des Ausdrucks (3), wenn K_f für K_ eingesetzt wird, und dem Wert, wenn K_& für K^ eingesetzt wird. Diese Änderung der

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Kapazität vermindert sich, setzt man für den Wert K_& eins ein., auf-: ..'- "■ ,-■ ^: " ■ ■■,-"..-- Λ

oi m ι

Betrachtet man nunmehr das Ganze der kapazitiven Vorrichtung mit Parallelplatten, so ist die maximale effektive Fläche der Elektroden 13' und 14' proportional dein Maximal- _a volumen V-des Tanks, und so ist die Kapazität C_c der Vorrichtung, wenn der. Sank leer ist (d.h., wenn K_ gleich eins ist), nach Ausdruck (3)s " - ;

wobei P die Propurtionalitätskonstante zwischen TanKvolumen und unabgeschirmter "ElektrOdenflache ist. Die Zunahme der Kapazität·, die sich aus dem Volumen V_£ des Brennstoffs ergibt, wird gegeben durch-Einsetzen von PV^ für S im Ausdruck (4), so daß, wenn gleichzeitig G- für den Ausdrück (5) eingesetzt wird und V_f. durch M-ZDx. ersetzt wird, die Kapazitätszunahme (C, . - C ·) gegeben ist durch: , -

C₀ H_f (K_f >- 1)/D_fV(1 + ^ %/T_fflKi). . .

Dies ist der gleiche Ausdruck wie Ausdruck (1)_r wenn die Konstante B für (^7^ K.) eingesetzt v.drd. Durch entsprechende Wahl der Vierte für die Konstanten T^, T_ und K^ kann daher die Vorrichtung so konstruiert werden, daß sie die optimalen Charakteristiken hat, die es ermöglichen, die Anzeigereinheit direkt in. Ausdrücken der Breniistoffmaase zu kalibrieren bzw. zu "eichen. Wie bereits angedeutet _t v/erden die optimalen Charakteristiiten normalerv/eise bei Luftfahrt-Brennstoffen erzielt, wenn die Konstante B den Wert 0/4 hat, und so gehören in diesem Falle die-; Wahl des dielektrischen Materials für die Schicht 21' ,die ' Wahl der Dicke derselben und die Wahl der Breite des Spaltes 30' alle zur Erzielung dieses Wertes.

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Der Vert 0,4 für die Konstante" B ist nicht sehr kritisch, da'er auf der grafischen Darstellung mit Bezug auf die Änderung des Kapazitätsindexes· (K„ - 1)/D» mit der Dielektrizitätskonstante K~ nur die Steigung der Geraden

(K_f - 1)/D_f = A(I + BK_f)

bestimmt, wo A eine Konstante ist. Der Wert 0,4 für die Konstante B ist der Wert, der die "beste Gerade" ergibt, die durch eine Anhäufung von Punkten gezogen wird, und eine Abweichung von zehn Prozent von diesem Wert könnte sicherlich hingenommen werden, ohne aaii die praktischen Aspekte der Brennstoff Standmessung hinfällig gemacht werden. Wichtig ist, dai die Linie einigermaßen dicht den Veränderungen jeder gegebenen Durchschnitts-Brennstoffprobe mit der 'Temperatur folgt.

Das verwendete dielektrische Material sollte so frei wie möglich von Verlusten bei der Betriebsfrequenz, 400 Hzy sein und sollte mechanisch stabil wie auch chemisch beständig gegenüber Angriffen der lufiffahrt-Brennstoffe und Zusätze sein. Außerdem sollte es vorzugsweise eine niedrige Dielektrizitätskonstante, ein geringes spezifisches Gewicht, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption sowie eine feuchtigkeitsabweisende Oberfläche haben und sollte zur gleichen Zeit über einen Temperaturbereich (z.B. von -65°C bis +150⁰C) unbeschädigt bleiben, dem es im Betrieb ausgesetzt werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß Polytetrafluoräthylen (PTFE) diese Bedingungen besonders gut erfüllt. Andere Werkstoffe, die sich möglicherweise als zufriedenstellend erweisen, sind beispielsweise Polychlortrifluoräthy.len, Uylon, brennstoff beständige Gummiarten (z.B. Butyl-, Fluorkohlenstoff- und Thiokol-Gummis), Polycarbonate, warmhärtende Harze (z.B. Epoxyharze) und Faserglas.

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■Wenn auch, die obigen Betrachtungen mehr speziell auf eine kapazitive Vorrichtung mit flachen Parallelplattenelektroden "bezogen wurden, so and doch die verwendeten allgemeinen Prinzipien ganz allgemein, ungeachtet der Elektrodenform,, anwendbar. Wenn im allgemeinen "Fall die an der die-lektrische'n Schicht vorgeseriene Kapazität pro Längeneinheit c am verfügbaren Luftspalt im

Vakuum c ist, dann ist die Änderung der Zunahme der Kapazität pro Einheit in Höhe des Brennstoffs gegeben durch? ~

Γο_ο/(1 +.. C₀Zc₁)I |(K_f - ϊ)/{ϊ + K

ι ο⁷i' I *

Macht man das Verhältnis c /ö. gleich dem entsprechenden >'<ert für Qie Konstante B, z.B. 0,4, so erhält man die gewünschte Charakteristik, wobei die tatsächliche uerecnnung von c und c.

C X

natürlich von der speziellen Elektroaenform abhängt. "

Im j?alle einer zylindrischen Kapazitiven Vorrichtung, v/ie beispielsweise der Tankeinheit 12, kann der Wert für K₁ ausgedrückt weraen als; ■"■■-.."- '."■'"-■■

v.'obei d und d. die Äußenäurci-inesser der inneren EleKtroae dzw.

der dieleKtriscnen Schicht sind und d -ler Innendurchmesser der

'■■■■■-■ m -

äußeren Elektrode ist. Aus diesem Ausdruck ist der Lurchme3ser dj gegeben durch; '", .

worin χ = BK.

J = 1Z(BK₁ + 1) ist

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BAÖ ORIÖiNÄt.

Bei der einen Form von Tankeinheit 12, die wie in Fig. 2 und 3 konstruiert ist, beträgt der Innenradius der zylindrischen Elektrode 13 8,8 mm (0,347 Zoll), und die äußeren Radien der Hülse 21 und der zylindrischen Elektrode 14 betragen jeweils 5,1 min (0,2 Zoll) und 3,2 mm (0, 125 Zoll), wobei die relative Dielektrizitätskonstante des für die Hülse 21 verwendeten Polytetrafluoräthylen 2,_v0 und das spezifische Gewicht 2,15 betragen. · , ·

Wenn auch ein festes bzw. massives dielektrisches Element (21) bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist es möglich, den gleichen Effekt unter Verwendung eines gasförmigen Mediums oder sogar eines Vakuums zu erzielen, welches zwischen der Abschirmung 20 und der Elektrode 14 (z'.B.v durch Glas) eingeschlossen ist. Außerdem ist es natürlich nicht unbedingt erforderlich, das dielektrische i.iedium, ob massiv oder nicht, gänzlich an der mittleren Elektrode 14 vorzusehen} es könnte gleichwohl auch auf der inneren überfläche der äußeren Elektrode TJ oder teils auf der einen der beiden Elektroden, mit dem Rest auf der anderen oder mit Abstand zwischen ihnen vorgesehen werden.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor f.llern auch auf sämtliche Erfindun^smerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination -- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind» ■''-'■■

Patentansprüche

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Claims (1)

1. PATENTANWALT

   DiPL-iNG. ERiCH SCHUBERT 1931370 ™·'°«=ffn»sum

   Telegramm-Adr.: Palschub, Siegin PoitidiKfckanfen: Köln 10693t, Eisen 20362 Bankkonten: '..-.- Detiliehe Bank AG.,

   Abt.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 5» Siegen, Eiserner SlraBo 227 Filialen Siegen u, Obtrhaeien (HhId 1

   ■"*·-. Po»tfadi325 "

   69 101KuZh, 19. Juni 1969 . \' .

   • Patentansprüche .

   {tWKapazitive Vorrichtung zur Verwendung bei einem Flüssigkeitsstandmesser, bei welcher ein Zwischenraum zwischen zwei ein^ ander gegenüberliegenden Elektroden der Vorrichtung vorgesehen "ist, in welchem' Flüssigkeit hochsteigen kann und dadurch eine Änderung der Kapazität der Vorrichtung in Abhängigkeit von einer Änderung des Flüss-iglceitsgehaltes hervorruft, dadurch g ekennzeichnet, daß eine Abschirmung (2Ö) zwischen den beiden Elektroden (13, 14) angeordnet ist und daß die Abschirmung (20) die effektive Fläche der sich über den Zwischenraum (30) hinweg gegenüberliegenden Seiten der beiden Elektroden (13, 14) auf nur einen Seil der verfügbaren vollen Fläche begrenzt«

   ~ 2, Vorrichtung nach Anspruch Ij dadurch gelainzeichnet, daß die Abschirmung ein langgestrecktes Metallelemeiit (20) ist, welches eine sich Über dessen Länge hinweg verändernde Breite hat, derart, daß sich das Ausmaß der durch dieses hervorgerufenen Abschirmwirkung vom einen Punkt zum andere.n entlang der Abschirmung ändert, . ^:

   3. Vorrichtung nach^Anspruch 2. daaurch gekeiiiiaeiciinet, daß die Breite in Stufen (40) ver&ndert ist.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (20) von einer der Elektroden

   (14) durch ein dielektrisches Elemeni (21) auf Abstand gehalten ist, welches die ganze Elektrodenfläche überdeckt. "'^:

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   5. Vorrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden die Form von koaxialen Metallzylindern (13»

   14) haben und daß das dieleWrische Element die Form einer rohrförmigen Hülse (21) aus massivem bzw. festem dielektrischem Material .hat, welches die innere (14) der beiden Elektroden umhüllt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode ein Metallrohr (14) ist und daß das Rohr (14) einen Längsschlitz (25) aufweist, der hinter der Abschirmung (20) liegt.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wenn in einen Flüssigkeits-Inhaltsmesser eingebaut, der ein Maß für den Masseninhalt eines Flüssigkeitsbehälters liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Element (21) bei der Messung Änderungen der Flüssigkeitsdichte im Behälter ausgleicht.

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