DE19713267A1 - Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the method - Google Patents
Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the methodInfo
- Publication number
- DE19713267A1 DE19713267A1 DE19713267A DE19713267A DE19713267A1 DE 19713267 A1 DE19713267 A1 DE 19713267A1 DE 19713267 A DE19713267 A DE 19713267A DE 19713267 A DE19713267 A DE 19713267A DE 19713267 A1 DE19713267 A1 DE 19713267A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrodes
- probe
- tube
- media
- conductivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
- G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
- G01F23/265—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors for discrete levels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
- G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
- G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
- G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
- G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
- G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
- G01R27/2676—Probes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Füllstandsanzeigen. Sie betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstante und/oder der Leitfähigkeit mindestens eines Mediums, insbesondere geeignet zur Ortsbestimmung einer sich in vertikaler Richtung verschiebenden Grenz schicht zwischen zwei schichtförmig übereinander liegenden Medien unter schiedlicher Dielektrizitätskonstante und/oder Leitfähigkeit, nach dem Ober begriff des ersten Anspruchs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to the field of level indicators. It relates to a method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium, in particular suitable for determining the location of a boundary that shifts in the vertical direction layer between two media lying on top of each other different dielectric constant and / or conductivity, according to the upper concept of the first claim. The present invention further relates to a Device for performing the method.
Die Erfindung geht aus von einer nicht vorveröffentlichten Deutschen Pa tentanmeldung mit dem Aktenzeichen 197 04 975.3. Aus dem Stand der Technik sind außerdem eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Füllstandes eines Behälters bekannt, die auf sehr unter schiedlichen physikalischen Meßprinzipien beruhen. Stellvertretend hierfür seien optische Methoden, Gammaabsorptionsmethoden, Ultraschall-Lauf zeitmethoden, Radarreflexionsmethoden und elektrische (kapazitive oder resistive) Methoden genannt.The invention is based on a not previously published German Pa tent registration with the file number 197 04 975.3. From the state of the Technology are also a variety of methods and devices for Determination of the level of a container known to be very low different physical measurement principles are based. Representing this be optical methods, gamma absorption methods, ultrasonic running time methods, radar reflection methods and electrical (capacitive or resistive) methods.
Die kapazitiven Methoden können überall dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo die den Füllstand anzeigende Grenzschicht zwei Medien (Flüssigkeit-Gas oder Flüssigkeit-Flüssigkeit) voneinander trennt, die eine ausreichend unter schiedliche dielektrische Konstante ε aufweisen, wie dies z. B. bei Wasser (ε = 81) und Erdöl (ε = 2,2-2,6) der Fall ist.The capacitive methods can be used successfully anywhere where the boundary layer indicating the level two media (liquid-gas or liquid-liquid) that separates one from the other have different dielectric constant ε, as z. B. with water (ε = 81) and petroleum (ε = 2.2-2.6) is the case.
Bei der Offshore-Erdölförderung werden sog. Separationstanks eingesetzt, welche die bei der Bohrung bzw. Förderung auftretenden verschiedenen "Phasen" Sand, Wasser, Öl und Gas aufgrund von deren Dichteunterschieden in unterschiedliche, übereinanderliegende Schichten trennt. Es ist dabei sehr wichtig, die Höhe der Trennschicht zwischen dem Wasser und dem Öl zu kennen, um entsprechend die am Tank vorhandenen Ablaßventile für die bei den Medien zu betätigen und zu regeln. Hierzu wird ein zuverlässiges Füll standsmeßgerät benötigt. Funktioniert ein solches Füllstandsmeßgerät nicht oder nicht richtig, und es gelangt z. B. Öl in den Wasserauslaß, hat dies um welt- und kostenmäßig gravierende Folgen. Dieses Ereignis wird daher in der Branche als "GAU" betrachtet.So-called separation tanks are used for offshore oil production, which the different occurring during drilling or production "Phases" sand, water, oil and gas due to their density differences into different, superimposed layers. It is very important important to increase the height of the interface between the water and the oil know to accordingly the drain valves on the tank for the to operate and regulate the media. This is a reliable filling level measuring device required. Such a level gauge does not work or not correctly, and z. B. Oil in the water outlet has this around serious consequences in terms of world and cost. This event is therefore in the Industry viewed as "GAU".
Die Füllstandsmessung muß daher wenigstens mit zwei redundanten Syste men durchgeführt werden. Dabei sind neben üblichen Systemen als weitere mögliche Systeme die bereits erwähnte Gammaabsorptionsmethode, eine Ul traschall-Laufzeitmethode und eine Radarreflexionsmethode denkbar. Außer dem wäre es wünschenswert, wenn der Separationstank im Fall der Offshore-För derung auf dem Meeresboden (einige 100 Meter unterhalb der Meeresober fläche) instaffiert werden könnte (was Tankwände aus Stahl mit 20 cm Dicke erfordert). Dies würde es erlauben, nur noch das geförderte Öl hochzupumpen und nicht noch zusätzlich unter großem Energieaufwand anfallende Wasser, das nach erfolgter Trennung vom Öl wieder ins Meer zurückgepumpt wird. Durch die Anordnung der Separationstank am Meeresboden und die Tatsache, daß der Druck des geförderten Erdöls (60-150 bar bei Temperaturen von 55-120°C) erst auf der Meeresoberfläche auf Atmosphärendruck entspannt wird, werden Anforderungen an das Meßsystem gestellt, die mit den erwähnten und in Normaldruckseparatoren teilweise eingesetzten anderen Meßmetho den schwer zu erfüllen sind.The level measurement must therefore have at least two redundant systems men. Besides the usual systems, there are other possible systems the aforementioned gamma absorption method, an ul ultrasonic transit time method and a radar reflection method conceivable. Except it would be desirable if the separation tank in the case of offshore change on the sea floor (a few 100 meters below the ocean floor surface) could be instilled (what steel tank walls with 20 cm thickness required). This would allow only the oil extracted to be pumped up and not additionally water that is generated with great energy expenditure, which is pumped back into the sea after separation from the oil. Due to the arrangement of the separation tank on the sea floor and the fact that the pressure of the extracted oil (60-150 bar at temperatures of 55-120 ° C) is only released to atmospheric pressure on the surface of the sea, there are demands on the measuring system that are mentioned with the and other measuring methods partially used in normal pressure separators that are difficult to fulfill.
Das Augenmerk richtet sich daher auf den Einsatz von kapazitiven Meßme thoden. Aus den genannten Druck- und Temperaturbedingungen ergeben sich jedoch eine reduzierte Auswahl an Materialien und gewisse Einschränkungen bezüglich der Geometrie der Meßsonde. Die Bedingung der Quasi-War tungsfreiheit erfordert neben einer sehr zuverlässigen Auswerteelektronik auch langzeitstabile Meßresultate für ein- und denselben Füllstand. Gleich zeitig soll die Meßsonde robust im Aufbau sein und eine einfache und sichere Verbindung zur außerhalb des Separationstanks befindlichen Meßelektronik ermöglichen. Bei der eingangs erwähnten nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung können diese Anforderungen weitgehend erfüllt werden. Die Messung nach dem dort angegebenen Prinzip ist aber im wesentlichen auf ei nen Nahbereich der Sonde beschränkt, so daß Verunreinigungen durch Luft blasen, eine Emulsionsschicht in einer gewissen Entfernung von der Sonde kaum erfaßbar sind. Außerdem wäre es wünschenswert, wenn etwaige Abla gerungen an der Sonde erkannt werden könnten. Die Redundanz des Meßsy stems soll ebenfalls erhöht werden, so daß insgesamt eine noch zuverlässige re, weniger störungsanfällige, länger verfügbare und präzisere Messung er reicht wird.The focus is therefore on the use of capacitive measuring instruments methods. From the pressure and temperature conditions mentioned arise however, a reduced selection of materials and certain restrictions regarding the geometry of the measuring probe. The condition of the quasi-war Freedom of movement requires a very reliable evaluation electronics also long-term stable measurement results for one and the same level. Soon the measuring probe should be robust in construction and simple and safe Connection to the measuring electronics located outside the separation tank enable. For the previously unpublished German Patent application, these requirements can be largely met. The Measurement according to the principle given there is essentially on egg NEN close range of the probe is limited, so that contamination by air blow, an emulsion layer some distance from the probe are barely detectable. It would also be desirable if any Abla wrestled on the probe. The redundancy of the Meßsy stems should also be increased so that an overall still reliable right, less error-prone, longer available and more precise measurement is enough.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstante und/oder der Leit fähigkeit mindestens eines Mediums anzugeben, welches Verfahren insbeson dere geeignet zur Ortsbestimmung einer sich in vertikaler Richtung verschie benden Grenzschicht zwischen zwei schichtförmig übereinander liegenden Medien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante und/oder Leitfähigkeit sein soll, und welches auch unter stark erschwerten äußeren Bedingungen wie z. B. erhöhtem Druck und erhöhten Temperaturen eine sichere und störungsfreie Anzeige des Füllstandes ermöglicht. Insbesondere sollen die vorstehend ge nannten Verfahren so verbessert werden, daß die erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile bezüglich Redundanz, Ablagerungen und Verunreinigungen in einem gewissen Abstand von der Sonde vermieden werden können. Diese Auf gabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merk male des ersten Anspruchs gelöst.It is therefore an object of the invention, an electrical method and a Device for determining the dielectric constant and / or the conductance Ability to specify at least one medium, which process in particular which is suitable for determining the location of a shift in the vertical direction boundary layer between two layers lying one above the other Media of different dielectric constant and / or conductivity should, and which even under very difficult external conditions such. B. increased pressure and elevated temperatures a safe and trouble-free Level display possible. In particular, the above ge called procedures are improved so that the difficulties mentioned and disadvantages regarding redundancy, deposits and contamination in a certain distance from the probe can be avoided. This on in a method of the type mentioned at the outset by the Merk solved the first claim.
Kern der Erfindung ist es also, daß die komplexe Impedanz mindestens einer der auf der Sonde angeordneten Elektroden und einer Gegenelektrode gemes sen wird. Gerade durch die durch die Impedanzmessung umfaßte Leitfähig keitsmessung erreicht man eine die Präzision des Verfahrens verbessernde Redundanz. Die Kapazität bzw. Leitfähigkeit der Impedanz kann nicht nur zwischen einer ersten Elektrode der Sonde und weiteren, der ersten zugeord neten Elektroden der Sonde, sondern auch zwischen einer ersten Elektrode und einer Gegenelektrode, z. B. der Wand eines Behälters oder zu einem in den Behälter eingeführten Metallplatte gemessen werden. Gerade die Kombinati on beider Meßmethoden weist große Vorteile auf, denn die Messung zur Ge genelektrode untersucht die Eigenschaften der die Sonde umgebenden Medien im wesentlichen in einem Fernbereich, während eine Messung zwischen zwei Elektroden der Sonde eine Information über den Nahbereich der Sonde ergibt. Durch wahlweises Kombinieren beider Methoden können die Medien im gan zen Bereich ausgemessen werden. Die Nah- und Fernmessung kann auch durch Verwendung verschiedener Elektrodengeometrien erreicht werden. Großflächige, weit beabstandete Elektrodenpaare ermöglichen eine Messung im wesentlichen im Fernbereich, während kleinflächige, nahe beieinander lie gende Elektroden vor allem im Nahbereich der Sonde messen. Denselben Ef fekt erreicht man durch die Ausnutzung des Skineffekts: Bei sehr hohen Fre quenzen im Bereich von MHz tritt der Skineffekt auf und verdrängt die Feld linien, so daß sie von der Sonde aus gesehen nicht mehr tief in das Medium reichen. Somit kann unter Ausnutzung eines Mehrfrequenzverfahrens eben falls in die Tiefe (geringe Frequenzen und kein Skineffekt) als auch im Nahbe reich (hohe Frequenzen und Skineffekt) gemessen werden.The essence of the invention is therefore that the complex impedance is at least one the electrodes arranged on the probe and a counter electrode will. Precisely because of the conductivity covered by the impedance measurement speed measurement, one achieves an improvement in the precision of the method Redundancy. The capacity or conductivity of the impedance can not only between a first electrode of the probe and another one assigned to the first neten electrodes of the probe, but also between a first electrode and a counter electrode, e.g. B. the wall of a container or to one in the Container inserted metal plate can be measured. Especially the Kombinati On both measurement methods has great advantages, because the measurement to Ge Genelektrode examines the properties of the media surrounding the probe essentially in a far range while a measurement between two Electrodes of the probe provides information about the vicinity of the probe. By combining both methods, the media in the gan zen area can be measured. The near and far measurement can also can be achieved by using different electrode geometries. Large, widely spaced pairs of electrodes enable measurement essentially in the long range, while small areas were close to each other Measure the relevant electrodes, especially in the vicinity of the probe. The same ef fect is achieved by utilizing the skin effect: with very high fre sequences in the MHz range, the skin effect occurs and displaces the field lines so that they are no longer deep into the medium when viewed from the probe pass. Thus, using a multi-frequency method if in the depth (low frequencies and no skin effect) as well as in the near rich (high frequencies and skin effect) can be measured.
Die Messung der Leitfähigkeit erfolgt ebenfalls bei geringen Frequenzen, bei denen die ohmschen Eigenschaften eines Kondensators, bzw. einer komplexen Impedanz dominieren, während bei höheren Frequenzen die kapazitiven Ei genschaften vorherrschen.The conductivity is also measured at low frequencies, at which the ohmic properties of a capacitor, or a complex Impedance dominate, while at higher frequencies the capacitive egg properties prevail.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, daß eine Sonde in Form eines Rohres verwendet wird, auf dessen Außen- oder Innenseite die zugeordneten Elektroden angeordnet sind, und dessen Innenraum gegen den die Sonde umgebenden, mit den Medi en gefüllten Außenraum abgeschlossen ist.A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized by the fact that a probe in the form of a tube is used, the associated electrodes are arranged on the outside or inside thereof are, and its interior against that surrounding the probe, with the medi en filled outdoor space is completed.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außen- oder Innenseite des Rohres auf einer Seite eine sich in Richtung der Rohrachse erstreckende, durchgehen de Elektrode und auf einer anderen Seite eine Mehrzahl von in Richtung der Rohrachse untereinander angeordneten segmentförmigen Elektroden vorgese hen sind, und jeweils die Streukapazität zwischen der durchgehenden Elek trode und einer der segmentförmigen Elektroden gemessen wird, oder daß auf der Außen- oder Innenseite des Rohres in Richtung der Rohrachse unterein ander eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren aus sich gegenüberliegenden, segmentförmigen Elektroden angeordnet sind, und jeweils die Streukapazität zwischen den zugeordneten Elektroden eines Elektrodenpaares gemessen wird, oder daß auf der Außen- oder Innenseite des Rohres in Richtung der Rohrachse untereinander eine Mehrzahl von segment- und ringförmigen Elek troden angeordnet sind, und daß jeweils die Streukapazität zwischen in Rich tung der Rohrachse benachbarten Elektroden bzw. Elektrodenpaare gemessen wird.Another preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that on the outside or inside of the tube go through on one side in the direction of the pipe axis de electrode and on another side a plurality of in the direction of Tube axis arranged below each other arranged segment-shaped electrodes hen, and each the stray capacitance between the continuous elec trode and one of the segment-shaped electrodes is measured, or that on the outside or inside of the pipe in the direction of the pipe axis on the other a plurality of pairs of electrodes made of opposing segment-shaped electrodes are arranged, and each the stray capacitance measured between the assigned electrodes of a pair of electrodes will, or that on the outside or inside of the tube towards the Pipe axis with each other a plurality of segment and ring-shaped elec troden are arranged, and that in each case the stray capacitance between in Rich direction of the tube axis adjacent electrodes or pairs of electrodes measured becomes.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform werden die Messungen der Streukapazität der verschiedenen zugeordneten Elektroden jeweils zur digitalen Anzeige des jeweiligen Ortes der Grenzschicht verwendet.In a first preferred development of this embodiment, the Measurements of the stray capacitance of the various associated electrodes used for digital display of the respective location of the boundary layer.
In einer zweiten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform wird aus den Messungen der Streukapazität der verschiedenen zugeordneten Elektro den der Mittelwert gebildet und zur analogen Anzeige des jeweiligen Ortes der Grenzschicht verwendet.In a second preferred development of this embodiment, the measurements of the stray capacitance of the various associated electrical devices which is the mean value and for the analog display of the respective location of the Boundary layer used.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Inne re der Sonde gegenüber dem die Sonde umgebenden Außenraum abgeschlos sen ist.The device according to the invention is characterized in that the inside right of the probe against the outside space surrounding the probe is.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde im wesentlichen aus einem Rohr be steht, auf dessen Außen- oder Innenseite die zugeordneten Elektroden aufge bracht sind, daß die zugeordneten Elektroden an Meßleitungen angeschlos sen sind, daß die Meßleitungen im Innenraum des Rohres zu den Elektroden geführt sind, daß das Rohr aus einem nicht leitenden Material besteht, und daß die Meßleitungen im Innenraum des Rohres mit einem nicht leitenden Füllstoff, vorzugsweise einem Epoxydharz, vergossen sind.A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the probe be essentially from a tube stands, on the outside or inside of the assigned electrodes are brought that the assigned electrodes connected to test leads sen are that the measuring lines in the interior of the tube to the electrodes are guided that the tube consists of a non-conductive material, and that the measuring lines in the interior of the tube with a non-conductive Filler, preferably an epoxy resin, are cast.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung kann mit Vorteil auch zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gemisches mindestens eines ersten und eines zweiten Mediums verwendet werden, wobei sich die ersten und zweiten Medien bezüglich ihrer Dielektrizitätskonstanten und/oder ihrer Leitfähigkeit unterscheiden.The method and the device according to the invention can also advantageously for determining the composition of a mixture at least one first and a second medium can be used, the first and second media with regard to their dielectric constants and / or their Differentiate conductivity.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den entsprechenden abhängigen Ansprüchen.Further embodiments result from the corresponding dependent ones Claims.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zu sammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is intended to be explained in the following using exemplary embodiments connection with the drawing will be explained in more detail. Show it
Fig. 1a, b in der Seitenansicht (Fig. 1a) und im Querschnitt (Fig. 1b) den prinzipiellen Aufbau eines ersten bevorzugten Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 1a, b in side view ( Fig. 1a) and in cross section ( Fig. 1b) the basic structure of a first preferred Ausführungsbei game of a device according to the invention;
Fig. 2 ein mit einer Anordnung nach Fig. 1 erzieltes beispielhaftes Mes sergebnis in einem Behälter mit einer Wasser/Luft-Grenzfläche; FIG. 2 shows an exemplary measurement result achieved with an arrangement according to FIG. 1 in a container with a water / air interface; FIG.
Fig. 3 der zu Fig. 2 korrespondierende Mittelwert der Meßergebnisse über alle Elektrodenpaare; Fig. 3 to Fig 2 corresponding mean value of the measurement results of all the electrode pairs.
Fig. 4a, b die schematisierte Meßanordnung für die Messung der Streuka pazität zwischen zwei übereinander angeordneten ringförmigen Elektrodensegmenten unter Zuhilfenahme zweier Ringkapazitä ten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 4a) sowie das zugehörige Ersatzschaltbild (Fig. 4b); Fig. 4a, b shows the schematic measuring arrangement for the measurement of the scattering capacity between two stacked annular electrode segments with the aid of two ring capacitors according to a preferred embodiment of the invention ( Fig. 4a) and the associated equivalent circuit diagram ( Fig. 4b);
Fig. 5 ein zu Fig. 2 vergleichbares beispielhaftes Meßergebnis mit einer Anordnung gemäß Fig. 4; Fig. 5 is a similar to Figure 2 with exemplary measurement result of an arrangement in accordance with Fig. 4.
Fig. 6 ein zu Fig. 3 vergleichbares Meßergebnis mit einer Anordnung gemäß Fig. 4; FIG. 6 shows a measurement result comparable to FIG. 3 with an arrangement according to FIG. 4;
Fig. 7a, b die berechnete ausschnittweise Feldverteilung für eine Konfigu ration nach Fig. 1b im Medium Öl (Fig. 7a) und Wasser (Fig. 7b); Fig. 7a, b the calculated partial field distribution for a configuration according to Fig 1b in the medium oil ( Fig. 7a) and water ( Fig. 7b);
Fig. 8a-d verschiedene Ausführungsbeispiele für Sonden- bzw. Elektroden geometrien nach der Erfindung; FIG. 8a-d show various embodiments of probe or electrode geometries according to the invention;
Fig. 9a, b den Aufbau einer einbaufertigen Sonde gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 9a, b the structure of a pre-finished probe according to another embodiment of the invention; and
Fig. 10 die Anordnung der Sonde nach Fig. 9 in einem Separationstank; FIG. 10 shows the arrangement of the probe according to FIG. 9 in a separation tank;
Fig. 11 den Aufbau einer Sonde mit torusförmigen Elektroden; Fig. 11 shows the structure of a probe toroidal electrodes;
Fig. 12 den Aufbau einer Sonde mit Elektroden verschiedener Form und Abmessungen. Fig. 12 shows the construction of a probe with electrodes of different shapes and dimensions.
In Fig. 1 ist in der Seitenansicht (Fig. 1a) und im Querschnitt (Fig. 1b) der prinzipielle Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung wiedergegeben. Fig. 1a zeigt einen Abschnitt einer stabförmigen Sonde 10, die aus einem zylindrischen, elektrisch isolierenden Rohr 11 be steht, welches einen Innenraum 12 umgibt. Auf der Außenseite des Rohres 11 sind in Richtung der Rohrachse bzw. Sondenachse untereinander eine Mehr zahl von Elektrodenpaaren 13, 14 und 15 angeordnet. Die Elektroden können auch auf der Innenseite des Rohres 11 angeordnet sein.In Fig. 1, the basic structure of an embodiment of a device according to the invention is shown in side view ( Fig. 1a) and in cross section ( Fig. 1b). Fig. 1a shows a portion of a rod-shaped probe 10 , which is made of a cylindrical, electrically insulating tube 11 , which surrounds an interior 12 . On the outside of the tube 11 , a plurality of pairs of electrodes 13 , 14 and 15 are arranged in the direction of the tube axis or probe axis. The electrodes can also be arranged on the inside of the tube 11 .
Wie der in Fig. 1b dargestellte Querschnitt durch die Sonde 10 entlang der Ebene A-A in Fig. 1a zeigt, besteht jedes Elektrodenpaar aus zwei sich gegen überliegenden Elektroden 14a, b. Die in den Elektrodenpaaren 13, 14, 15 paarweise zugeordneten Elektroden 14a, b bilden jeweils einen Kondensator mit einer komplexen Impedanz, dessen Kapazität und Leitfähigkeit maßgeb lich durch die zwischen den Elektroden 14a, b liegende Materie, nämlich das Material des Rohres 11 und das den Innenraum 12 erfüllende Medium, aber auch durch die Streukapazität bestimmt wird, welche aus der Verteilung der elektrischen Feldlinien im Außenraum um die Sonde 10 herum herrührt. Die Sonde 10 und damit die Elektroden 14a, b sind außen mit einer elektrisch iso lierenden dünnen Abdeckung 16 überzogen welche die Elektroden 14a, b gegen mechanische oder chemische Umwelteinflüsse schützt.As the cross section shown in Fig. 1b shows through the probe 10 along the plane AA in Fig. 1A, each electrode pair of two opposing electrodes 14 a, b. The electrodes 14 a, b assigned in pairs in the electrode pairs 13 , 14 , 15 each form a capacitor with a complex impedance, the capacitance and conductivity of which are determined by the matter lying between the electrodes 14 a, b, namely the material of the tube 11 and the medium filling the interior 12 , but is also determined by the stray capacitance which results from the distribution of the electric field lines in the exterior around the probe 10 . The probe 10 and thus the electrodes 14 a, b are coated on the outside with an electrically insulating thin cover 16 which protects the electrodes 14 a, b against mechanical or chemical environmental influences.
Die Sonde 10 wird zur Messung des Füllstandes in die Schichtung der zu mes senden Medien mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante eingetaucht, so daß bei einer Änderung des Füllstandes die Grenzfläche zwischen verschiede nen Medien in Richtung der Sondenachse an der Sonde 10 aufsteigt oder ab fällt. Wechselt bei einer solchen Verschiebung der Grenzfläche eines der Elek trodenpaare 13, 14 und 15 von einem Medium mit einer ersten Dielektrizi tätskonstante (z. B. Wasser mit einem ε von 81) in ein angrenzendes Medium mit einer zweiten, deutlich anderen Dielektrizitätskonstante (z. B. Erdöl mit einem ε von 2,2-2,6) ändert sich die Kapazität und die Leitfähigkeit des durch das Elektrodenpaar gebildeten Kondensators. Da der Innenraum 12 des Roh res 11 gegenüber dem die Sonde 10 umgebenden Außenraum jedoch abge schlossen ist, wird die Impedanz der Elektrodenanordnung hier nicht durch wechselnde Medien im Innern, sondern nur durch den Wechsel des Mediums im Außenraum bzw. durch die von diesem hervorgerufene mehr oder weniger starke Verdrängung des Streufeldes beeinflußt.The probe 10 is immersed for measuring the level in the stratification of the media to be sent with different dielectric constant, so that when the level changes, the interface between various media increases or decreases in the direction of the probe axis on the probe 10 . With such a shift in the interface of one of the electrode pairs 13 , 14 and 15 changes from a medium with a first dielectric constant (e.g. water with an ε of 81) to an adjacent medium with a second, significantly different dielectric constant (e.g. B. petroleum with an ε of 2.2-2.6) changes the capacitance and conductivity of the capacitor formed by the pair of electrodes. Since the interior 12 of the raw res 11 is closed to the outside surrounding the probe 10, however, the impedance of the electrode arrangement here is not caused by changing media inside, but only by the change of the medium in the outside or caused by this more or less strong displacement of the stray field is affected.
Um die Veränderung im Streufeld deutlich zu machen, ist für eine Konfigura tion gemäß Fig. 1b für ein Segment von 90° die Feldverteilung in Anwesen heit von Öl bzw. Wasser im Außenraum berechnet worden. Die Ergebnisse sind in Fig. 7a (Öl) und Fig. 7b (Wasser) graphisch wiedergegeben. Sie zeigen klar, wie sich bei gleichbleibender Verteilung des Innenfeldes durch die Ände rung des Mediums im Außenraum die Verteilung des Streufeldes ändert.In order to make the change in the stray field clear, the field distribution in the presence of oil or water in the exterior was calculated for a configuration according to FIG. 1b for a segment of 90 °. The results are shown graphically in Fig. 7a (oil) and Fig. 7b (water). They clearly show how, with the distribution of the inner field remaining the same, the distribution of the stray field changes due to the change in the medium in the outside.
Nach der vorliegenden Erfindung kann aber nicht nur der Einfluß der die Sonde umgebenden Medien 103, 104 auf die komplexe Impedanz von paarwei se einander zugeordneten Elektroden gemessen werden, sondern es kann auch ein Einfluß auf die einem Kondensator immer anhaftende Leitfähigkeit ge messen werden. Öl ist ein äußerst guter Isolator, während Wasser und ins besondere Meerwasser elektrisch gut leitet. Somit kann durch alternatives oder kombiniertes Erfassen der Einflüsse auf die Leitfähigkeit eine weitere wichtige Information gewonnen werden. Durch Wahl der Meßfrequenz kann je nach dem die Leitfähigkeit, die bei tiefen Frequenzen dominiert, oder die Kapazität, die die Charakteristik eines Kondensators bei hohen Frequenzen dominiert, gemessen werden. According to the present invention, it is not only possible to measure the influence of the media 103 , 104 surrounding the probe on the complex impedance of electrodes assigned to one another in pairs, but it is also possible to measure an influence on the conductivity always adhering to a capacitor. Oil is an extremely good insulator, while water and especially sea water conduct electricity well. Further important information can thus be obtained by alternative or combined recording of the influences on the conductivity. By choosing the measuring frequency, the conductivity, which dominates at low frequencies, or the capacitance, which dominates the characteristic of a capacitor at high frequencies, can be measured.
Außerdem kann wahlweise nicht nur zwischen zwei paarweise zugeordneten Elektroden der Sonde gemessen werden sondern auch zwischen einer oder mehreren Elektroden der Sonde und einer Gegenelektrode, z. B. in Form von in einen die Medien umfassenden Behälter eingelassenen Metallplatten oder der Behälterwand 106 (Fig. 10). Diese Art der Messung gibt eine Information über die Beschaffenheit der Medien in einem gewissen Abstand von der Sonde, d. h. in einem Fernbereich von der Sonde, während die vorgängig vorgestellte Meßmethode eine Information über die unmittelbar in der Nähe der Sonde anliegenden Medien ergibt. Durch Kombination beider Methoden kann man also die Gesamtheit des Mediums meßtechnisch erfassen.In addition, it is possible to measure not only between two electrodes of the probe assigned in pairs, but also between one or more electrodes of the probe and a counter electrode, e.g. B. in the form of embedded in a container comprising the media metal plates or the container wall 106 ( Fig. 10). This type of measurement provides information about the nature of the media at a certain distance from the probe, ie in a distant area from the probe, while the previously presented measurement method provides information about the media in the immediate vicinity of the probe. By combining both methods, the totality of the medium can be measured.
Dasselbe gelingt auch dadurch, daß wie in Fig. 12 beispielhaft gezeigt Elek trodenpaare 13 und 14 mit verschiedenen Formen und Abmessungen verwen det werden. Das in der Figur obere Paar 13 weist vergleichsweise großflächige Form auf und die zwei Elektroden sind weit beabstandet, während das untere Paar 14 kleinflächig und eng beieinander ausgelegt ist. Beim ersten Paar 13 werden die Feldlinien bzw. Strompfade weiter in das benachbarte Medium (nicht dargestellt) reichen, während beim unteren Paar 14 nur lokal gemessen werden kann.The same is achieved in that electrode pairs 13 and 14 with different shapes and dimensions are used as shown in FIG. 12 by way of example. The upper pair 13 in the figure has a comparatively large-area shape and the two electrodes are spaced far apart, while the lower pair 14 is designed to be small-area and close to one another. In the first pair 13 , the field lines or current paths will extend further into the adjacent medium (not shown), while the lower pair 14 can only be measured locally.
Eine weitere Variante ergibt sich unter Ausnutzung des Skineffekts. Durch den Skineffekt werden die Feldlinien verdrängt und reichen nicht mehr so weit in das Medium hinein wie ohne. Der Skineffekt tritt aber erst ab Fre quenzen von einigen MHz bis GHz auf, so daß durch entsprechende Wahl der Meßfrequenz mit Skineffekt, d. h. im Nahbereich, oder ohne Skineffekt, d. h. im Fernbereich gemessen werden kann.Another variant results from the use of the skin effect. By the skin effect displaces the field lines and is no longer sufficient far into the medium as without. The skin effect only occurs from Fri. frequencies from a few MHz to GHz, so that by appropriate choice of Measurement frequency with skin effect, d. H. at close range or without skin effect, d. H. can be measured in the far range.
Mit einer beispielhaften Sonde 10 der in Fig. 1 dargestellten Art wurden Mes sungen durchgeführt, deren Ergebnisse in Form von Meßkurven in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind. Die Elektrodenpaare hatten dabei eine Höhe (in Rich tung der Sondenachse) von 15 mm und einen Abstand (Mitte-Mitte) von 30 mm. Die Messungen sind aus praktischen Gründen in einem Wasser/Luft-System (Grenzfläche zwischen Wasser und Luft) durchgeführt worden. Da die Dielektrizitätskonstanten von Luft und Öl dieselbe Größenordnung besitzen, sind die Resultate praktisch die gleichen wie für eine System aus Wasser und Öl. Im Experiment wurde die Kapazität der jeweiligen (insgesamt 7) Elektro denpaare für verschiedene Eintauchtiefen der Sonde 10 in einem mit Wasser gefüllten Behälter bestimmt. Die Messung wurde mit einer Wechselspan nungsmethode durchgeführt. Es wurde eine Meßfrequenz von 140 kHz ver wendet. Grundsätzlich können die Kapazitäten mit Frequenzen zwischen eini gen Hertz und einigen GHz, vorzugsweise zwischen einigen 100 Hz und eini gen MHz, gemessen werden. Grundsätzlich können auch die einzelnen Elek trodenpaare mit unterschiedlichen Frequenzen der Wechselspannung gemes sen werden, um beispielsweise ein Übersprechen zwischen benachbarten Elek trodenpaaren zu vermeiden. Es ist auch möglich, anstelle einer Wechselspan nung einen elektrischen Impuls zu verwenden. Tiefen Frequenzen entsprechen in diesem Fall lange Pulsdauern, hohen Frequenzen kurze Pulsdauern.Measurements were carried out with an exemplary probe 10 of the type shown in FIG. 1, the results of which are shown in the form of measurement curves in FIGS . 2 and 3. The electrode pairs had a height (in the direction of the probe axis) of 15 mm and a distance (center-center) of 30 mm. For practical reasons, the measurements were carried out in a water / air system (interface between water and air). Because the dielectric constants of air and oil are of the same order of magnitude, the results are practically the same as for a water and oil system. In the experiment, the capacity of the respective (a total of 7) pairs of electrodes was determined for different immersion depths of the probe 10 in a container filled with water. The measurement was carried out using an AC voltage method. A measuring frequency of 140 kHz was used. In principle, the capacitances can be measured with frequencies between some Hertz and some GHz, preferably between some 100 Hz and some MHz. In principle, the individual pairs of electrodes can also be measured with different frequencies of the AC voltage, for example to avoid crosstalk between adjacent pairs of electrodes. It is also possible to use an electrical pulse instead of an alternating voltage. In this case, low frequencies correspond to long pulse durations, high frequencies correspond to short pulse durations.
Die komplexe Impedanz der einzelnen Elektrodenpaare wurde für den Fall, daß sich die Sonde an der Luft befand, gleich Null gesetzt (Offset-Korrektur). Der Wert dieser Impedanz, der durch die Geometrie der Elektrodenpaare, durch deren Umgebung, aber auch durch deren elektrische Verbindung zum Meßgerät gegeben ist, betrug für den benutzten Aufbau etwa 20-30 pF. Er liegt damit in derselben Größenordnung wie die Änderung beim Eintauchen der Anordnung ins Wasser. Dieser im Vergleich zum Meßresultat hohe Offset ergab aber weder Meßprobleme noch Meßungenauigkeiten.The complex impedance of the individual electrode pairs was that the probe was in the air, set to zero (offset correction). The value of this impedance, which is determined by the geometry of the electrode pairs, through their environment, but also through their electrical connection to the Given the measuring device was about 20-30 pF for the structure used. He is therefore of the same order of magnitude as the change in immersion the arrangement into the water. This high offset compared to the measurement result but did not result in measurement problems or measurement inaccuracies.
Fig. 2 zeigt die Kurven des Kapazitätsverlaufs für die 7 einzelnen Elektroden paare in Abhängigkeit vom Wasserstand. Es wurden dabei jeweils einzelne Messungen mit dem Wasserspiegel in der Mitte eines Elektrodenpaares bzw. in der Mitte zwischen zwei vertikal benachbarten Elektrodenpaaren vorge nommen. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich die Kapazität der einzelnen Elektrodenpaare nur (und dann sprunghaft) ändert, wenn sich die Wasser oberfläche darüber hinwegbewegt. Dieses steile "Umschalten" zwischen zwei relativ konstanten Kapazitätswerten kann dazu verwendet werden, eine qua si-digitale Anzeige des Füllstandes vorzunehmen, wenn z. B. jedes Elektroden paar für sich genommen eine Niveauanzeige in Form einer Lampe oder dgl. steuert und die Lampe durch den Wechsel im Kapazitätswert an- bzw. ausge schaltet wird. Fig. 2 shows the curves of the capacity curve for the 7 individual electrode pairs depending on the water level. Individual measurements were carried out with the water level in the middle of a pair of electrodes or in the middle between two vertically adjacent pairs of electrodes. It can be clearly seen that the capacity of the individual electrode pairs changes only (and then suddenly) when the water surface moves over it. This steep "switching" between two relatively constant capacitance values can be used to make a qua si-digital display of the level when z. B. each pair of electrodes individually controls a level indicator in the form of a lamp or the like. The lamp is switched on or off by the change in the capacitance value.
Eine andere (analoge) Form der Anzeige ist denkbar, wenn - wie in Fig. 3 dar gestellt - der Mittelwert zwischen den Kapazitätswerten der einzelnen Elek trodenpaare gebildet wird. Es ergibt sich so eine lineare Kurve zwischen dem Füllstand und der Kapazität, die auf einer Anzeige entsprechend linear umge setzt werden kann.Another (analog) form of the display is conceivable if, as shown in FIG. 3, the mean value is formed between the capacitance values of the individual electrode pairs. This results in a linear curve between the fill level and the capacity, which can be implemented in a correspondingly linear manner on a display.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Elektrodenanordnung nimmt die Kapazität, aber vor allem der von der erfindungsgemäßen Methode ausgenutzte Kapazitäts unterschied zwischen Öl und Wasser als die Sonde umgebendem Medium mit zunehmendem Durchmesser der Sonde 10 bzw. des Rohres 11 ab. Wenn daher aus Gründen der mechanischen Stabilität (Biegesteifigkeit) für große Öl/Wasser-Separatoren wegen der erforderlichen Länge der Sonde von meh reren Metern ein größerer Sondendurchmesser gewählt werden muß, kann es notwendig oder vorteilhaft sein, eine andere Meßgeometrie zu wählen, wie sie in Fig. 8d schematisch wiedergegeben ist. Die Elektrodenanordnung nach Fig. 8d umfaßt nicht segmentförmige einander gegenüberliegende Elektro denpaare, sondern in Richtung der Rohrachse übereinander angeordnete ring förmige Elektroden 84, 84, 85. Eine solche Sonde wird mit Vorteil in einer An ordnung nach Fig. 4 eingesetzt.In the electrode arrangement shown in FIG. 1, the capacity, but above all the capacity difference used by the method according to the invention between oil and water as the medium surrounding the probe, decreases with increasing diameter of the probe 10 or of the tube 11 . Therefore, if for reasons of mechanical stability (bending stiffness) for large oil / water separators a larger probe diameter has to be selected due to the required length of the probe of several meters, it may be necessary or advantageous to choose a different measurement geometry as described in Fig. 8d is shown schematically. The electrode arrangement according to FIG. 8d does not comprise segment-shaped, opposite electrode pairs, but rather ring-shaped electrodes 84 , 84 , 85 arranged one above the other in the direction of the tube axis. Such a probe is advantageously used in an arrangement according to FIG. 4.
Bei der stabförmigen Sonde 40 aus Fig. 4a sind auf einem Rohr 41, welches wiederum einen nach außen abgeschlossenen Innenraum 42 umgibt, überein ander eine Mehrzahl von untereinander beabstandeten ringförmigen Elektro den angeordnet, von denen in der Figur nur zwei (43 und 44) beispielhaft ge zeigt sind. Jeweils zwei benachbarte (übereinander angeordnete) Elektroden 43, 44 bilden in diesem Fall ein Elektrodenpaar, dessen Kapazität gemessen wird. Noch bessere Eigenschaften erreicht man mit torusförmigen Elektroden, wie sie in Fig. 11 dargestellt sind. Bei torusförmigen Elektroden, die insbe sondere in Form eines Drahtes realisiert werden können, ergeben sich keine Feldlinienverzerrungen aufgrund scharfer Kanten, sondern die abgerundeten Kanten ermöglichen eine gleichmäßige Feldverteilung.In the rod-shaped probe 40 from FIG. 4a, a plurality of mutually spaced-apart annular electrodes are arranged on a tube 41 , which in turn surrounds an interior 42 which is closed off from the outside, of which only two ( 43 and 44 ) are exemplary in the figure are shown. In this case, two adjacent electrodes 43 , 44 (arranged one above the other) each form a pair of electrodes whose capacitance is measured. Even better properties are achieved with toroidal electrodes, as shown in FIG. 11. With toroidal electrodes, which can be realized in particular in the form of a wire, there are no field line distortions due to sharp edges, but the rounded edges enable an even field distribution.
Diese Anordnung der Ringelektroden ermöglicht außerdem eine noch feinere Messung durch die Verwendung des Meßersatzschaltbildes wie in Fig. 4b dargestellt. Das in Fig. 4b gezeigte Ersatzschaltbild der Anordnung umfaßt drei dominierende Kapazitäten, nämlich die sich mit dem umgebenden Medi um ändernde Streukapazität 47 (Cs) und die konstanten Ringkapazitäten 46 (Cr1) und 48 (Cr2) zwischen den Elektroden 43, 44 und dem Rohr 41. Zur Mes sung wird die Anordnung durch eine Wechselspannungsquelle 45 mit der Wechselspannung Ui beaufschlagt und die am Widerstand Rm des Meßgerä tes 49 abfallende Ausgangsspannung Uo gemessen. Diese Art der Messung eignet sich insbesondere für eine Messung einer sich ändernden Kapazität, und es können feinste Unterschiede der dielektrischen Konstanten der die Sonde umgebenden Medien erfaßt werden. So ist mit einer solchen Meßan ordnung auch möglich, die Höhe der Trennschicht zwischen der Ölphase und einer allenfalls vorhandenen Gasphase zu detektieren.This arrangement of the ring electrodes also enables an even finer measurement by using the knife replacement circuit diagram as shown in Fig. 4b. The equivalent circuit diagram of the arrangement shown in FIG. 4b comprises three dominant capacitances, namely the stray capacitance 47 (Cs) changing with the surrounding medium and the constant ring capacitances 46 (Cr1) and 48 (Cr2) between the electrodes 43 , 44 and the tube 41 . For measurement solution, the arrangement is acted upon by an AC voltage source 45 with the AC voltage Ui and the output voltage Uo falling across the resistor Rm of the measuring device 49 is measured. This type of measurement is particularly suitable for measuring a changing capacitance, and the finest differences in the dielectric constants of the media surrounding the probe can be detected. It is also possible with such a measuring arrangement to detect the height of the interface between the oil phase and any gas phase that may be present.
Die Sonde 40 nach Fig. 4 kann aber auch für das im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschriebene Meßverfahren durch direkte Messung der kom plexen Impedanz zwischen zwei benachbarten Elektrodenringen verwendet werden. Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 4 liegt bei beiden Meßmetho den darin, daß die Kapazitätswerte mit größer werdendem Durchmesser der Sonde 40 linear zunehmen.However, the probe 40 of FIG. 4 can also be used for in connection with Figs. 1 to 3 described measuring method by direct measurement of the com plex impedance between two neighboring electrode rings. The advantage of the arrangement according to FIG. 4 in both measuring methods is that the capacitance values increase linearly as the diameter of the probe 40 increases.
Zur Überprüfung der Anwendbarkeit einer solchen Meßgeometrie wurden bei der oben beschriebenen Sonde gemäß Fig. 1, die für die in Fig. 2 und 3 darge stellten Messungen verwendet worden ist, die Elektroden 14a, b jedes Elektro denpaares 13, 14, 15 jeweils untereinander elektrisch verbunden und die Ka pazitätsmessungen bei sich änderndem Wasserniveau zwischen zwei überein anderliegenden Elektrodenpaaren durchgeführt. Die zu Fig. 2 und 3 analogen Meßergebnisse sind in Fig. 5 (Einzelmessungen) und Fig. 6 (Mittelwert der Einzelmessungen) dargestellt. Sie machen deutlich, daß auch mit der Meß anordnung nach Fig. 8d in gleicher Weise quasi-digitale und analoge Füll standsanzeigen realisiert werden können.To check the applicability of such a measurement geometry, the electrodes 14 a, b of each pair of electrodes 13 , 14 , 15 were used in the above-described probe according to FIG. 1, which was used for the measurements shown in FIGS . 2 and 3 electrically connected, and the capacitance measurements are carried out when the water level changes between two pairs of electrodes lying one on top of the other. The measurement results analogous to FIGS . 2 and 3 are shown in FIG. 5 (individual measurements) and FIG. 6 (mean value of the individual measurements). They make it clear that quasi-digital and analog level indicators can also be realized in the same way with the measuring arrangement according to FIG. 8d.
Fig. 8 zeigt Beispiele für die verschiedenen im Rahmen der Erfindung mögli chen Elektrodengeometrien und Meßanordnungen, wobei in den Teilfiguren Fig. 8a-d jeweils ein teilweise geschnittener Abschnitt einer Sonde 50, 60, 70 oder 80 wiedergegeben ist. Die Elektroden sind beispielhaft auf der Außensei te eines Rohrs angeordnet; sie können aber genauso gut auf der Innenseite angeordnet sein. Im Beispiel der Fig. 8a sind innerhalb der Sonde 50 auf der Außenseite eines Rohres 51 zwei sich in Richtung der Rohrachse erstrecken de, gegenüberliegende, durchgehende Elektroden 53, 54 angeordnet, die durch im Inneren des Rohres 51 verlegte und mit einer Ummantelung 55 versehene Meßleitungen 56 an eine entfernte Meßelektronik angeschlossen werden und nach außen durch eine Abdeckung 52 geschützt sind. Es ist unmittelbar ein sichtig, daß mit der Sonde 51 aufgrund der fehlenden Segmentierung der Elektroden 53, 54 keine quasi-digitalen sondern nur analoge Füllstandsbe stimmungen möglich sind. Fig. 8 shows examples of the various electrode geometries and measuring arrangements possible within the scope of the invention, with a partially sectioned section of a probe 50 , 60 , 70 or 80 being shown in each of the partial figures Fig. 8a-d. The electrodes are arranged, for example, on the outside of a tube; but they can just as well be arranged on the inside. In the example of Fig. 8a, two, extending in the direction of the tube axis de, opposing, continuous electrodes 53 , 54 are arranged inside the probe 50 on the outside of a tube 51 , which is laid by measuring lines laid inside the tube 51 and provided with a jacket 55 56 are connected to remote measuring electronics and are protected from the outside by a cover 52 . It is immediately apparent that with the probe 51 due to the lack of segmentation of the electrodes 53 , 54 no quasi-digital but only analog fill level determinations are possible.
Im Beispiel der Fig. 8b sind innerhalb der Sonde 60 auf der Außenseite eines Rohres 61 auf einer Seite eine sich in Richtung der Rohrachse erstreckende, durchgehende Elektrode 63 und auf einer anderen Seite eine Mehrzahl von in Richtung der Rohrachse untereinander angeordneten und voneinander beab standeten, segmentförmigen Elektroden 64, 65, 66 vorgesehen. Jede der seg mentförmigen Elektroden 64, 65, 66 bildet zusammen mit einen Abschnitt der gegenüberliegenden durchgehenden Elektrode 63 eine Meßanordnung, deren Impedanz, Kapazität bzw. Streukapazität einzeln gemessen wird. Auch hier sind die Elektroden durch eine Abdeckung 62 geschützt und durch im Inneren des Rohres 61 verlegte und mit einer Ummantelung 67 versehene Meßleitun gen mit der Meßelektronik verbunden. Durch die Segmentierung der Elektro den 64, 65 und 66 auf der einen Seite des Rohres 61 wird ein ähnliches Meß verhalten (wahlweise quasi-digital und analog) erreicht, wie bei der Anord nung nach Fig. 1 bzw. Fig. 8c.In the example of FIG. 8b, inside the probe 60 on the outside of a tube 61 on one side there is a continuous electrode 63 which extends in the direction of the tube axis and on another side a plurality of electrodes which are arranged one below the other and spaced apart in the direction of the tube axis, segment-shaped electrodes 64 , 65 , 66 are provided. Each of the seg ment-shaped electrodes 64 , 65 , 66 forms together with a portion of the opposite continuous electrode 63 a measuring arrangement, the impedance, capacitance or stray capacitance is measured individually. Here, too, the electrodes are protected by a cover 62 and connected to the measuring electronics by measuring lines laid in the interior of the tube 61 and provided with a casing 67 . By segmenting the electrical 64 , 65 and 66 on one side of the tube 61 , a similar measurement behavior (optionally quasi-digital and analog) is achieved, as in the arrangement according to FIG. 1 and FIG. 8c.
Im Beispiel der Fig. 8c sind - wie bereits in Fig. 1 gezeigt - bei der Sonde 70 auf der Außenseite eines Rohres 71 in Richtung der Rohrachse untereinander eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren aus sich gegenüberliegenden, segment förmigen Elektroden 73a, b, 74a, b und 75a, b angeordnet, die durch eine Ab deckung 72 geschützt sind und über im Inneren des Rohres 71 verlegte und von einer Ummantelung 76 umgebene Meßleitungen 77 angeschlossen sind. Die Messung kann hier wahlweise zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 73a, b bzw. 74a, b bzw. 75a, b erfolgen. Die Ergebnisse gleichen dann den im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten. Sie kann aber auch zwischen zwei übereinanderliegenden Elektrodenpaaren erfolgen, wenn die Einzelelektroden jedes Paares untereinander verbunden werden. Die Ergebnisse gleichen dann denen für die in Fig. 8d gezeigten Anordnung.In the example of FIG. 8c, as already shown in FIG. 1, in the probe 70 on the outside of a tube 71 in the direction of the tube axis, a plurality of electrode pairs of mutually opposing, segment-shaped electrodes 73a , b, 74a , b and 75 a, b are arranged, which are protected by a cover 72 and connected via test tubes 77 which are laid inside the tube 71 and surrounded by a sheath 76 . The measurement can be carried out here either between the opposing electrodes 73 a, b or 74 a, b or 75 a, b. The results then correspond to those explained in connection with FIG. 1. However, it can also take place between two pairs of electrodes lying one above the other if the individual electrodes of each pair are connected to one another. The results then correspond to those for the arrangement shown in FIG. 8d.
Im Beispiel der Fig. 8d sind bei der Sonde 80 auf der Außenseite eines Rohres 81 in Richtung der Rohrachse untereinander eine Mehrzahl von ringförmigen Elektroden 83, 84, 85 angeordnet, die durch eine Abdeckung 82 geschützt wer den und durch mit einer Ummantelung 86 versehene, im Inneren des Rohres 81 verlegte Meßleitungen 87 angeschlossen sind. In diesem Fall wird die Ka pazitätsmessung jeweils zwischen übereinanderliegenden Elektroden vorge nommen, wie dies oben im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert worden ist.In the example of Fig. 8d are in the probe 80 on the outside of a pipe 81 in the direction of the tube axis with each other a plurality of annular electrodes 83, 84, arranged 85, which is protected by a cover 82 who to and provided by a jacket 86, measuring lines 87 laid inside the tube 81 are connected. In this case, the capacitance measurement is carried out between electrodes one above the other, as has been explained above in connection with FIG. 4.
Alle in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Son de zeichnen sich durch einen kompakten und robusten Aufbau aus. Bei allen wird nicht die Änderung der Kapazität zwischen den Elektroden direkt gemes sen, sondern die Änderung der Streukapazität aufgrund der Änderung des die Sonde umgebenden Mediums. Das Rohr 51, 61, 71 bzw. 81 besteht aus einem nicht leitenden Material wie Kunststoff, Plexiglas, PVC, Glas, Keramik oder dgl. Auf dem Rohr 51, 61, 71 bzw. 81 sind die Elektroden 53, 54, 63-66, 73a, b-75a, b und 83-85 angebracht. Sie werden durch die im Inneren des Rohres 51, 61, 71 bzw. 81 verlegten Meßleitungen 56, 68, 77 bzw. 87 über Durchführun gen (simple Bohrlöcher) von innen kontaktiert. Das Rohrinnere mit den um mantelten Meßleitungen 56, 68, 77 bzw. 87 wird vorzugsweise mit einem Epoxydharz ausgegossen. Dies gewährleistet stabile Grundkapazitäten und macht die Sonde 50, 60, 70 bzw. 80 hochdruckbeständig. Die Elektroden 53, 54, 63-66, 73a, b-75a, b und 83-85 werden vorzugsweise mittels einer rohrför migen Form mit einer dünnen nichtleitenden Abdeckung 52, 62, 72 bzw. 82 aus Epoxydharz oder einem anderen geeigneten, nicht leitenden Material überdeckt (übergossen). Da die Signalunterschiede zwischen Wasser und Öl respektive zwischen Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten besonders groß ist, wenn die Abdeckung 52, 62, 72 bzw. 82 dünn ist, eignet sich dazu auch eine dünne Glasfaserummantelung, die mit Epoxydharz über strichen ist. Wird außer bei den Elektroden 53, 54, 63-66, 73a, b-75a, b und 83-85 und den Meßleitungen 56, 68, 77 bzw. 87 derselbe Materialtyp für die gan ze Sonde 50, 60, 70 bzw. 80 benutzt, ergibt sich eine erhöhte (mechanische) Temperaturbeständigkeit, weil mechanische Spannungen durch unterschiedli che thermische Ausdehnungskoeffizienten fehlen.All embodiment shown in Fig. 8 of the Son de invention are characterized by a compact and robust structure. In all of them, the change in the capacitance between the electrodes is not measured directly, but rather the change in the stray capacitance due to the change in the medium surrounding the probe. The tube 51 , 61 , 71 and 81 consists of a non-conductive material such as plastic, plexiglass, PVC, glass, ceramic or the like. The electrodes 53 , 54 , 63-66 are on the tube 51 , 61 , 71 and 81 , respectively , 73 a, b- 75 a, b and 83 - 85 attached. You will be contacted by the inside of the tube 51 , 61 , 71 and 81 installed measuring lines 56 , 68 , 77 and 87 through bushings (simple boreholes). The inside of the tube with the sheathed measuring lines 56 , 68 , 77 and 87 is preferably poured out with an epoxy resin. This ensures stable basic capacities and makes the probe 50 , 60 , 70 and 80 resistant to high pressure. The electrodes 53 , 54 , 63-66 , 73 a, b- 75 a, b and 83 - 85 are preferably made by means of a tubular shape with a thin non-conductive cover 52 , 62 , 72 or 82 made of epoxy resin or another suitable, non-conductive material covered (poured). Since the signal difference between water and oil or between media with different dielectric constants is particularly large if the cover 52 , 62 , 72 or 82 is thin, a thin glass fiber covering, which is coated with epoxy resin, is also suitable for this. Except for electrodes 53 , 54 , 63-66 , 73 a, b- 75 a, b and 83 - 85 and measuring lines 56 , 68 , 77 and 87, the same material type for the whole probe 50 , 60 , 70 and . 80 used, there is an increased (mechanical) temperature resistance because mechanical stresses due to different thermal expansion coefficients are missing.
Die vollständige Sonde 90 gemäß Fig. 9 mit dem Rohr 91, der Abdeckung 92, den Elektroden 93a, b bis 95a, b und den mit einer Ummantelung 96 versehe nen Meßleitungen 97 (Fig. 9b) ist am unteren Ende geschlossen und endet am oberen Ende in einem Sondenkopf 99, der eine druckdichte Durchführung der Meßleitungen 97 umfaßt (Fig. 9a). Die Elektroden 93a, b bis 95a, b dieses Aus führungsbeispiels haben, wenn sie von Rohr 91 abgerollt werden, anders als die oben beschriebenen Elektroden eine von der rechteckigen Form abwei chende Form. Eine solche abweichende Form kann zweckmäßig sein, um die Meßkurve der Kapazität über dem Füllstand zu beeinflussen. Insbesondere können die segmentförmigen Elektroden im abgerollten Zustand eine dreiecki ge und/oder trapezförmige Form aufweisen, um eine Quasi-Linearisierung in nerhalb eines Segmentes zu erreichen. Mittels eines Flansches 98 kann die Sonde 90 in eine dafür vorgesehene Öffnung in dem zu überwachenden Behäl ter eingebaut werden.The complete probe 90 shown in FIG. 9 with the tube 91 , the cover 92 , the electrodes 93 a, b to 95 a, b and the measuring lines 97 provided with a jacket 96 ( FIG. 9b) is closed at the lower end and ends at the upper end in a probe head 99 , which comprises a pressure-tight passage of the measuring lines 97 ( FIG. 9a). The electrodes 93 a, b to 95 a, b of this exemplary embodiment, when unrolled from tube 91 , have a shape which differs from the rectangular shape, unlike the electrodes described above. Such a deviating form can be expedient in order to influence the measurement curve of the capacitance over the fill level. In particular, the segment-shaped electrodes can have a triangular and / or trapezoidal shape in the unrolled state in order to achieve quasi-linearization within a segment. By means of a flange 98 , the probe 90 can be installed in an opening provided in the container to be monitored.
Das Beispiel eines solchen Behälters 100 in Form eines Öl/Wasser-Separators für den Offshore-Einsatz ist in Fig. 10 gezeigt. Der Behälter 100 ist mittels Standbeinen 101, 102 auf einer Unterlage z. B. dem Meeresgrund, dem Deck eines Schiffes oder einer Bohrinsel aufgestellt. Die Sonde 90 mit Sondenkopf 99 und Flansch 98 ist von oben eingeführt und fest mit dem Behälter 100 ver schraubt. Im Inneren des Behälters 100 befindet sich in eine Schichtung aus Öl 104 (oben) und Wasser 103 (unten), die durch eine Öl/Wasser-Grenz schicht 105 getrennt ist. Das Niveau dieser Grenzschicht wird von der Sonde 90 überwacht.The example of such a container 100 in the form of an oil / water separator for offshore use is shown in FIG. 10. The container 100 is by means of legs 101 , 102 on a support z. B. set up the sea floor, the deck of a ship or an oil rig. The probe 90 with probe head 99 and flange 98 is inserted from above and screwed ver with the container 100 . Inside the container 100 is a layer of oil 104 (top) and water 103 (bottom), which is separated by an oil / water boundary layer 105 . The level of this boundary layer is monitored by probe 90 .
Die Erfindung kann aber auch zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gemisches mindestens eines ersten und eines zweiten Mediums, wobei sich die ersten und zweiten Medien bezüglich ihrer Dielektrizitätskonstanten und/oder ihrer Leitfähigkeit unterscheiden, verwendet werden. Je nach dem Anteil des einen Mediums im anderen wird sich die Impedanz zwischen den Elektroden ändern. Aufgrund dieser Änderung kann dann die Zusammensetzung des Gemisches bestimmt werden.However, the invention can also be used to determine the composition of a Mixture of at least a first and a second medium, the first and second media with respect to their dielectric constants and / or differentiate their conductivity. Depending on the proportion of One medium in the other will be the impedance between the electrodes to change. Due to this change, the composition of the Mixture can be determined.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine Füllstandsmessung, die sich
durch folgende charakteristische Merkmale und Vorteile auszeichnet:
Overall, the invention results in a level measurement, which is characterized by the following characteristic features and advantages:
- - Sie ist sehr einfach und damit langlebig und kostengünstig. Nichts weiter als eine stabförmige Sonde hängt vertikal im Separator oder einem belie bigen anderen Tank.- It is very simple and therefore durable and inexpensive. Nothing else as a rod-shaped probe hangs vertically in the separator or a belie other tank.
- - Es befinden sich keine aktiven Elemente im Tankinnern. Die relativ einfa che Auswerteelektronik befindet sich außerhalb des zu messenden Volu mens. - There are no active elements inside the tank. The relatively simple The evaluation electronics are outside the volume to be measured mens.
- - Die zu realisierende Durchführung aus einem Hochdrucktank ist einfach; die elektrischen Meßleitungen bieten, da sie im Sondeninnern verlegt sind, keine Durchführungsprobleme.- The implementation from a high pressure tank is simple; the electrical test leads offer because they are installed inside the probe are no implementation problems.
- - Die Methode nutzt mit der Dielektrizitätskonstante bzw. der Leitfähigkeit die physikalische Eigenschaft der beiden Medien Wasser und Öl aus, in der sich diese am stärksten unterscheiden.- The method uses with the dielectric constant or the conductivity the physical property of the two media water and oil from, in who differ the most.
- - Falls eine Temperaturmessung notwendig ist (als zusätzliche Meßgröße oder als Kompensationsgröße bei starken Temperaturschwankungen), kann eine entsprechende Meßsonde einfach, z. B. im Rohr zwischen den Elektroden, eingebaut werden.- If a temperature measurement is necessary (as an additional measured variable or as a compensation variable for large temperature fluctuations), can a corresponding measuring probe simply, for. B. in the tube between the Electrodes.
- - Speziell bei der Verwendung von segmentierten Elektroden ist eine gefor derte Meßauflösung bzw. -genauigkeit durch den gewählten vertikalen Abstand zwischen zwei Elektrodenpaaren oder Ringelektroden inhärent gegeben. Abstände < 2 cm sind einfach zu realisieren; es sind theoretisch auch kleiner Abstände möglich, jedoch nimmt die Kapazität dabei ab.- Especially when using segmented electrodes is a gefor derte measurement resolution or accuracy by the selected vertical Distance inherently between two pairs of electrodes or ring electrodes given. Distances <2 cm are easy to implement; they are theoretical Even small distances are possible, but the capacity decreases.
- - Vorzugsweise wird die Streukapazität gemessen, um den Füllstand anzu zeigen.- The stray capacitance is preferably measured in order to switch on the fill level demonstrate.
- - Die Methode eignet sich für hohe Drücke (z. B. 300 bar) und/oder aggressi ve und/oder verschmutzte Medien und/oder Medien, welche die Meßein richtung mit der Zeit verschmutzen.- The method is suitable for high pressures (e.g. 300 bar) and / or aggressive ve and / or contaminated media and / or media which are the measurement direction with time.
- - Die Messung kann in den Ausführungsformen mit segmentierten Elektro den wahlweise digital (diskrete Füllstandsmessung) und/oder analog (kontinuierlich) durchgeführt werden.- The measurement can in the embodiments with segmented electrical either digital (discrete level measurement) and / or analog be carried out (continuously).
- - Die Methode ist auch speziell geeignet, um die Füllhöhe eines mit Wasser gefüllten Tanks (über dem Wasser liegt Luft) z. B. bei Wasseraufberei tungsanlagen, Wasserreinigungsanlagen oder Sattdampfbehältern zu be stimmen.- The method is also particularly suitable to fill a water level filled tanks (there is air above the water) e.g. B. in water treatment systems, water purification systems or saturated steam tanks voices.
- - Die Messung sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich, sei es unter Ausnutzung des Skineffekts, der Elektrodengeometrien oder einer Gegene lektrode, erlaubt ein präziseres Erfassen einer Emulsionsschicht, z. B. be stehend aus Öl im Wasser oder Wasser im Öl oder Luftblasen in einem der Medien.- The measurement both at close range and at far range, be it under Utilization of the skin effect, the electrode geometries or a counterpart electrode, allows a more precise detection of an emulsion layer, e.g. B. be standing in oil in water or water in oil or air bubbles in one the media.
- - Durch die gezielte Messung im Nahbereich können auch unerwünschte Ablagerungen auf der Sonde festgestellt werden. Deren Einfluß auf das Meßergebnis kann falls nötig kompensiert werden.- The targeted measurement at close range can also cause unwanted Deposits can be found on the probe. Their influence on the The measurement result can be compensated if necessary.
- - Dasselbe gelingt mit einer geschickten Wahl der Feldverteilung durch Be einflussung der Form und Ausmaße der Elektroden.- The same is possible with a clever choice of field distribution by Be influence of the shape and dimensions of the electrodes.
- - Die Verwendung einer zusätzlichen Leitfähigkeitsmessung ergibt wertvol le Zusatzinformationen, die ggf. redundant ausgenützt werden können.- The use of an additional conductivity measurement results in valuable le Additional information that can be used redundantly if necessary.
- - Die verschiedenen Methoden zur Messung im Nahbereich und im Fernbe reich sowie die Verwendung der Kapazitäts- oder Leitfähigkeitsmessung können in weiten Massen kombiniert werden, so daß für den speziellen Anwendungsfall eine optimale Meßgenauigkeit erreicht wird.- The various methods for measuring at close range and in the far range rich as well as the use of capacitance or conductivity measurement can be combined in large quantities, so that for the special Optimal measurement accuracy is achieved.
1010th
Sonde (stabförmig)
Probe (rod-shaped)
1111
Rohr
pipe
1212th
Innenraum (Rohr)
Interior (pipe)
1313
, . . ., ,. . .,
1515
Elektrodenpaar
Pair of electrodes
1414
a, b Elektrode
a, b electrode
1616
Abdeckung
cover
4040
Sonde (stabförmig)
Probe (rod-shaped)
4141
Rohr
pipe
4242
Innenraum (Rohr)
Interior (pipe)
4343
, ,
4444
Elektrode (ringförmig)
Electrode (ring-shaped)
4545
Wechselspannungsquelle
AC voltage source
4646
, ,
4848
Ringkapazität
Ring capacity
4747
Streukapazität
Stray capacity
4949
Meßgerät
Measuring device
5050
, ,
6060
, ,
7070
, ,
8080
Sonde (stabförmig)
Probe (rod-shaped)
5151
, ,
6161
, ,
7171
, ,
8181
Rohr
pipe
5252
, ,
6262
, ,
7272
, ,
8282
Abdeckung
cover
5353
, ,
5454
Elektrode (durchgehend)
Electrode (continuous)
5555
, ,
6767
, ,
7676
, ,
8686
Ummantelung (Meßleitungen)
Sheathing (test leads)
5656
, ,
6868
, ,
7777
, ,
8787
Meßleitungen
Test leads
6363
Elektrode (durchgehend)
Electrode (continuous)
6464
, . . ., ,. . .,
6666
Elektrode (segmentförmig)
Electrode (segment-shaped)
7373
a, b Elektrode (segmentförmig)
a, b electrode (segmented)
7474
a, b Elektrode (segmentförmig)
a, b electrode (segmented)
7575
a, b Elektrode (segmentförmig)
a, b electrode (segmented)
8383
, . . ., ,. . .,
8585
Elektrode (segmentförmig, ringförmig)
Electrode (segment-shaped, ring-shaped)
9090
Sonde (stabförmig)
Probe (rod-shaped)
9191
Rohr
pipe
9292
Abdeckung
cover
9393
a, b Elektrode
a, b electrode
9494
a, b Elektrode
a, b electrode
9595
a, b Elektrode
a, b electrode
9696
Ummantelung (Meßleitungen)
Sheathing (test leads)
9797
Meßleitungen
Test leads
9898
Flansch
flange
9999
Sondenkopf
Probe head
100100
Behälter
container
101101
, ,
102102
Standbein
Mainstay
103103
Wasser
water
104104
Öl
oil
105105
Öl/Wasser-Grenzschicht
Oil / water interface
106106
Wand des Behälters
Wall of the container
Claims (36)
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19713267A DE19713267A1 (en) | 1997-01-28 | 1997-03-29 | Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the method |
EP97948673A EP0995083B1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | Capacitative level detector with optimized electrode geometry |
PCT/CH1997/000483 WO1998033044A1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | Capacitative level detector with optimized electrode geometry |
US09/341,798 US6318172B1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | Capacitive level detector with optimized electrode geometry |
AU80761/98A AU8076198A (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | Capacitative level detector with optimized electrode geometry |
BRPI9714537-8A BR9714537B1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | capacitive level sensor for determining a boundary layer in a separator tank. |
DE59706466T DE59706466D1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | CAPACITIVE LEVEL SENSOR WITH OPTIMIZED ELECTRODE GEOMETRY |
NO993674A NO324767B1 (en) | 1997-01-28 | 1999-07-28 | Capacitive level sensor with optimized electrode geometry |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19704975 | 1997-01-28 | ||
DE19713267A DE19713267A1 (en) | 1997-01-28 | 1997-03-29 | Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19713267A1 true DE19713267A1 (en) | 1998-07-30 |
Family
ID=7819814
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19713267A Withdrawn DE19713267A1 (en) | 1997-01-28 | 1997-03-29 | Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the method |
DE59706466T Expired - Lifetime DE59706466D1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | CAPACITIVE LEVEL SENSOR WITH OPTIMIZED ELECTRODE GEOMETRY |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59706466T Expired - Lifetime DE59706466D1 (en) | 1997-01-28 | 1997-12-24 | CAPACITIVE LEVEL SENSOR WITH OPTIMIZED ELECTRODE GEOMETRY |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE19713267A1 (en) |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29918237U1 (en) | 1999-10-15 | 2000-03-02 | SIE Sensorik Industrie-Elektronik GmbH, 68519 Viernheim | Capacitive flexible sensor |
DE19922381A1 (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-16 | Abb Research Ltd | Method and device for measuring levels with a gamma-ray capacity multi-purpose sensor incorporates a gamma-ray sensor and a capacity sensor for localizing barrier films between gas, oil and water. |
WO2000071640A1 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-30 | Abb Research Ltd. | Method and means for adding demulsifying agents to a process tank |
EP1076227A1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-02-14 | Abb Research Ltd. | Capacitive level sensor with a dielectric layer |
DE10161918A1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Bosch Gmbh Robert | Tank content sensor has different height electrode combs |
DE102004019351A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-14 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Dishwasher with a system for level detection |
DE102004008125A1 (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Method and device for capacitive level determination |
DE102004038253A1 (en) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Hydac Electronic Gmbh | Capacitive liquid level sensor element has support carrying multiple adjacent and overlapping electrodes in impermeable ceramic oxide housing |
DE19944331B4 (en) * | 1999-09-15 | 2006-03-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Microsensor arrangement for measuring the position of liquids in capillaries |
DE102005027344A1 (en) * | 2005-06-13 | 2007-01-04 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive level measuring or detection device |
EP2126612A1 (en) * | 2007-02-23 | 2009-12-02 | Warren Michael Levy | Fluid level sensing device and methods of using same |
DE102008025496A1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-03 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Measuring arrangement for determining information of current loading of laundry dryer, has electrode arrangement, where estimated electrical admittance of electrode arrangement is used for information retrieval instead of ohmic conductance |
EP2199760A1 (en) * | 2007-10-10 | 2010-06-23 | Beijing Capstar Automation Instrument Co., Ltd. | An all working condition continuously measuring liquid level meter for a steam drum of a boil and the liquid level computing method thereof. |
EP2238440A2 (en) * | 2008-01-09 | 2010-10-13 | DirAction, LLC | Automated phase separation and fuel quality sensor |
WO2010139974A1 (en) | 2009-06-03 | 2010-12-09 | Airbus Operations Limited | Aircraft fuel level measurement apparatus and method |
CN102753948A (en) * | 2009-12-30 | 2012-10-24 | 耐格测量技术有限公司 | Device for detectomg a level |
DE102014107927A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-17 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Method and device for monitoring the level of a medium in a container |
CN107084769A (en) * | 2017-05-05 | 2017-08-22 | 燕山大学 | For the oily flow measuring sensor of low production liquid horizontal well oil-water two-phase flow accumulating |
DE10309769B4 (en) * | 2002-03-08 | 2017-10-05 | Ust Umweltsensortechnik Gmbh | Arrangement for determining state variables for liquids in a closed non-metallic container |
CN115406939A (en) * | 2021-05-28 | 2022-11-29 | 中国石油天然气股份有限公司 | System and method for detecting and treating electrical parameters of hydrate-containing loose deposits |
EP4105614A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-21 | TE Connectivity Germany GmbH | Sensor device for determining a level of a fluid material |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2221741B2 (en) * | 1971-05-06 | 1973-10-31 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt | Device for capacitive measurement of the local position of separating layers between two adjacent media |
DE2819731A1 (en) * | 1978-05-05 | 1979-12-13 | Grieshaber Vega Kg | Capacitive measurement of highly adhesive media levels in containers - using measurement electrode screening around pole of source connected to transducer |
EP0029485A1 (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-03 | VDO Adolf Schindling AG | Device for capacitive level measurement |
DE3237594A1 (en) * | 1982-10-09 | 1984-04-12 | Carl Schenck Ag, 6100 Darmstadt | Capacitive measuring probe |
EP0271849A2 (en) * | 1986-12-19 | 1988-06-22 | DODUCO KG. Dr. Eugen Dürrwächter | Instrument for measuring the impedance for determining the change of the impedance of a capacitive sensor by dipping in a fluid |
DE3812687A1 (en) * | 1988-04-16 | 1989-10-26 | Duerrwaechter E Dr Doduco | CAPACITIVE SENSOR FOR DETERMINING THE LEVEL OF A LIQUID IN A CONTAINER |
US5151660A (en) * | 1990-09-05 | 1992-09-29 | Powers Kelly R | Ceramic capacitance high pressure fluid sensor |
DE4124054A1 (en) * | 1991-07-19 | 1993-01-21 | Siemens Ag | Capacitive level measurement probe, esp. for ballast contg. graphite or liquid metal - has AC measurement bridge connected between conducting surface inside insulated tube and conducting measurement medium |
DE4224545A1 (en) * | 1991-07-25 | 1993-01-28 | Jalco Co Ltd | METHOD FOR DETECTING CHANGES IN SPREAD CAPACITY USING A PHASE CONTROL CIRCUIT |
DE4210737A1 (en) * | 1992-04-01 | 1993-10-07 | Peter Schwarz | Fuel tank contents measurement - exposing liq. to stray field of capacitor plates mounted on flexible insulating material, and stuck directly on tank. |
US5418466A (en) * | 1990-10-12 | 1995-05-23 | Watson; Keith | Moisture and salinity sensor and method of use |
DE29505689U1 (en) * | 1995-04-01 | 1995-08-10 | SEC Stedham Electronics Corp., 30519 Reno, Nevada | Capacitive sensor based on the stray field principle |
-
1997
- 1997-03-29 DE DE19713267A patent/DE19713267A1/en not_active Withdrawn
- 1997-12-24 DE DE59706466T patent/DE59706466D1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2221741B2 (en) * | 1971-05-06 | 1973-10-31 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt | Device for capacitive measurement of the local position of separating layers between two adjacent media |
DE2819731A1 (en) * | 1978-05-05 | 1979-12-13 | Grieshaber Vega Kg | Capacitive measurement of highly adhesive media levels in containers - using measurement electrode screening around pole of source connected to transducer |
EP0029485A1 (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-03 | VDO Adolf Schindling AG | Device for capacitive level measurement |
DE3237594A1 (en) * | 1982-10-09 | 1984-04-12 | Carl Schenck Ag, 6100 Darmstadt | Capacitive measuring probe |
EP0271849A2 (en) * | 1986-12-19 | 1988-06-22 | DODUCO KG. Dr. Eugen Dürrwächter | Instrument for measuring the impedance for determining the change of the impedance of a capacitive sensor by dipping in a fluid |
DE3812687A1 (en) * | 1988-04-16 | 1989-10-26 | Duerrwaechter E Dr Doduco | CAPACITIVE SENSOR FOR DETERMINING THE LEVEL OF A LIQUID IN A CONTAINER |
US5151660A (en) * | 1990-09-05 | 1992-09-29 | Powers Kelly R | Ceramic capacitance high pressure fluid sensor |
US5418466A (en) * | 1990-10-12 | 1995-05-23 | Watson; Keith | Moisture and salinity sensor and method of use |
DE4124054A1 (en) * | 1991-07-19 | 1993-01-21 | Siemens Ag | Capacitive level measurement probe, esp. for ballast contg. graphite or liquid metal - has AC measurement bridge connected between conducting surface inside insulated tube and conducting measurement medium |
DE4224545A1 (en) * | 1991-07-25 | 1993-01-28 | Jalco Co Ltd | METHOD FOR DETECTING CHANGES IN SPREAD CAPACITY USING A PHASE CONTROL CIRCUIT |
DE4210737A1 (en) * | 1992-04-01 | 1993-10-07 | Peter Schwarz | Fuel tank contents measurement - exposing liq. to stray field of capacitor plates mounted on flexible insulating material, and stuck directly on tank. |
DE29505689U1 (en) * | 1995-04-01 | 1995-08-10 | SEC Stedham Electronics Corp., 30519 Reno, Nevada | Capacitive sensor based on the stray field principle |
Cited By (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19922381A1 (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-16 | Abb Research Ltd | Method and device for measuring levels with a gamma-ray capacity multi-purpose sensor incorporates a gamma-ray sensor and a capacity sensor for localizing barrier films between gas, oil and water. |
WO2000070314A1 (en) * | 1999-05-14 | 2000-11-23 | Abb Research Ltd. | Method and device for measuring a filling level with a combined gamma ray/ capacitance sensor |
WO2000071640A1 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-30 | Abb Research Ltd. | Method and means for adding demulsifying agents to a process tank |
EP1076227A1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-02-14 | Abb Research Ltd. | Capacitive level sensor with a dielectric layer |
DE19944331B4 (en) * | 1999-09-15 | 2006-03-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Microsensor arrangement for measuring the position of liquids in capillaries |
DE29918237U1 (en) | 1999-10-15 | 2000-03-02 | SIE Sensorik Industrie-Elektronik GmbH, 68519 Viernheim | Capacitive flexible sensor |
DE10161918C2 (en) * | 2001-12-17 | 2003-10-23 | Bosch Gmbh Robert | Method for operating a level sensor and level sensor |
DE10161918A1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Bosch Gmbh Robert | Tank content sensor has different height electrode combs |
DE10309769B4 (en) * | 2002-03-08 | 2017-10-05 | Ust Umweltsensortechnik Gmbh | Arrangement for determining state variables for liquids in a closed non-metallic container |
DE102004019351A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-14 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Dishwasher with a system for level detection |
DE102004008125A1 (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Method and device for capacitive level determination |
DE102004038253A1 (en) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Hydac Electronic Gmbh | Capacitive liquid level sensor element has support carrying multiple adjacent and overlapping electrodes in impermeable ceramic oxide housing |
DE102004038253B4 (en) * | 2004-08-06 | 2009-04-02 | Hydac Electronic Gmbh | Sensor element for capacitance measurement and device for determining the level of a medium with such a sensor element |
DE102005027344A1 (en) * | 2005-06-13 | 2007-01-04 | Ifm Electronic Gmbh | Capacitive level measuring or detection device |
EP2126612A4 (en) * | 2007-02-23 | 2010-07-07 | Warren Michael Levy | Fluid level sensing device and methods of using same |
US8662168B2 (en) | 2007-02-23 | 2014-03-04 | Warren Michael Levy | Method of determining a level of a fluid in a well |
EP2126612A1 (en) * | 2007-02-23 | 2009-12-02 | Warren Michael Levy | Fluid level sensing device and methods of using same |
US7938180B2 (en) | 2007-02-23 | 2011-05-10 | Warren Michael Levy | Fluid level sensor |
US8109332B2 (en) | 2007-02-23 | 2012-02-07 | Warren Michael Levy | Method of optimizing production of a well |
EP2199760A1 (en) * | 2007-10-10 | 2010-06-23 | Beijing Capstar Automation Instrument Co., Ltd. | An all working condition continuously measuring liquid level meter for a steam drum of a boil and the liquid level computing method thereof. |
EP2199760A4 (en) * | 2007-10-10 | 2012-11-28 | Beijing Capstar Automation Instr Co Ltd | An all working condition continuously measuring liquid level meter for a steam drum of a boil and the liquid level computing method thereof. |
EP2238440A2 (en) * | 2008-01-09 | 2010-10-13 | DirAction, LLC | Automated phase separation and fuel quality sensor |
EP2238440A4 (en) * | 2008-01-09 | 2013-11-20 | Diraction Llc | Automated phase separation and fuel quality sensor |
DE102008025496A1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-03 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Measuring arrangement for determining information of current loading of laundry dryer, has electrode arrangement, where estimated electrical admittance of electrode arrangement is used for information retrieval instead of ohmic conductance |
WO2010139974A1 (en) | 2009-06-03 | 2010-12-09 | Airbus Operations Limited | Aircraft fuel level measurement apparatus and method |
US9354099B2 (en) | 2009-06-03 | 2016-05-31 | Airbus Operations Limited | Aircraft fuel level measurement apparatus and method |
CN102753948A (en) * | 2009-12-30 | 2012-10-24 | 耐格测量技术有限公司 | Device for detectomg a level |
EP2519807B1 (en) * | 2009-12-30 | 2017-03-01 | Negele Messtechnik GmbH | Device for detectomg a level |
DE102014107927A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-17 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Method and device for monitoring the level of a medium in a container |
US10416020B2 (en) | 2014-06-05 | 2019-09-17 | Endress+Hauser Se+Co.Kg | Method and apparatus for monitoring fill level of a medium in a container |
CN107084769A (en) * | 2017-05-05 | 2017-08-22 | 燕山大学 | For the oily flow measuring sensor of low production liquid horizontal well oil-water two-phase flow accumulating |
CN107084769B (en) * | 2017-05-05 | 2019-07-26 | 燕山大学 | For low production liquid horizontal well oil-water two-phase flow accumulating oil stream amount measurement sensor |
CN115406939A (en) * | 2021-05-28 | 2022-11-29 | 中国石油天然气股份有限公司 | System and method for detecting and treating electrical parameters of hydrate-containing loose deposits |
CN115406939B (en) * | 2021-05-28 | 2024-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | Electrical parameter detection and treatment system and method for loose deposit containing hydrate |
EP4105614A1 (en) * | 2021-06-18 | 2022-12-21 | TE Connectivity Germany GmbH | Sensor device for determining a level of a fluid material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE59706466D1 (en) | 2002-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19713267A1 (en) | Method for determining the dielectric constant and / or the conductivity of at least one medium and device for carrying out the method | |
EP0995083B1 (en) | Capacitative level detector with optimized electrode geometry | |
DE2242723C2 (en) | Device for level measurement | |
DE19757190A1 (en) | Capacitive level sensor with integrated dirt film detection | |
EP1204848B1 (en) | Method for measuring level and level sensor | |
DE19629745C2 (en) | Device and method for determining soil properties | |
DE19841770A1 (en) | Level gauge system for urea solution used in selective catalytic reduction of exhaust pollutants, includes sensors for interdependent magnitudes, to establish filling level reliably | |
DE2449097C3 (en) | Transmitter for capacitive level measurement of liquid fillings | |
DE1916584B2 (en) | Capacitive probe | |
DE102014006695A1 (en) | Level sensor for level measurement and method for determining the level of a liquid | |
EP2718703A1 (en) | Impedance method and arrangement for determining the composition of a multiphase mixture | |
DE102013203437A1 (en) | Arrangement for determining the phase distribution in multiphase media with at least one highly conductive phase | |
DE4025400C1 (en) | ||
EP1825232B1 (en) | Device for determining the level of a fluid | |
DE2819731C2 (en) | Arrangement for capacitive level measurement in a container | |
DE4312813C2 (en) | Arrangement for capacitive level measurement | |
DE3124875A1 (en) | "MEASURING PROBE" | |
DE4329571A1 (en) | Capacitive AC inclination sensor for determining level of lubricating dielectric liquid of vehicle transmission - divides capacitor into two pairs of electrodes spaced by gaps in which liq. is located, which gaps communicate by principle of communicating tubes | |
EP4134637B1 (en) | Capacitive level sensor without dead zone | |
EP0927877B1 (en) | A measuring device for a fuel gauge | |
EP1992920B1 (en) | Method and device for determining fill-levels of liquid layers arranged over each other | |
WO2006029427A1 (en) | Electronic level sensor | |
DE2560645C2 (en) | Conductivity probe for measuring the level of a liquid in a container | |
EP1184647B1 (en) | Method and device for a combined inductive and capacitive level measurement | |
EP0911628B1 (en) | Sensor for determining water content |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER, 80331 MUENCHEN |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |