DE19754093C2 - Kapazitive Meßeinrichtung zur Feststellung des Füllstandes eines Behälters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Meßeinrichtung zur Feststellung des Füllstandes eines Schüttgutbehälters oder eines Flüssigkeitsbehälters mit einer leitenden oder nichtlei­ tenden Flüssigkeit.

Aus US 5,144,835 ist eine kapazitive Meßeinrichtung zur Feststellung des Füllstandes eines Behälters bekannt, die Elektrodenelemente aufweist, die bei unterschiedlichem Füllstand in unterschiedlichem Umfang von Füllgut bedeckt werden. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Kapazitäten an einem Meßsensor. Mehrere Elektrodenelemente er­ strecken sich in vertikaler Richtung über die gesamte maximale Füllstandshöhe.

Aus DE-OS 42 04 212 geht ein kapazitiver Differenzsensor zur Pegelmessung hervor, wobei zwei isolierte Flächen vorgesehen sind, von denen mindestens eine kapazitive Flä­ che im Behältnis zu der zweiten kapazitiven Fläche nach oben oder unten zunimmt, mit­ hin als dreieckförmiges Flächenelement ausgebildet ist.

Aus US-PS 4,674,239 ist ebenfalls eine Meßeinrichtung zur Füllstandshöhenbestimmung in einem Behälter bekannt, bei welcher eine konische zylinderförmige Elektrode verwen­ det wird.

Ausgehend von DE-OS 42 04 212 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ka­ pazitive Meßeinrichtung zu schaffen, welche Neigungsveränderungen in sämtlichen Richtungen zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst, wo­ bei der Meßsensor je eine zylindrische Außenelektrode und Innenelektrode aufweist, die jeweils aneinandergereihte abwechselnd um 180° zueinander verdrehte dreieckförmige Flächenelemente als Elektrodenelemente aufweisen.

Der nebengeordnete Patentanspruch 2 sieht vor, daß der Meßsensor als Elektrodenele­ ment eine erste Elektrode mit astartigen, mindestens in einer Richtung abzweigenden Teilelektroden sowie mindestens eine zweite und dritte Elektrode mit astartig abzwei­ genden Teilelektroden aufweist und die erste Elektrode bezogen auf die zweite und dritte Elektrode derart angeordnet ist, daß die abzweigenden Teilelektroden sägezahnartig in­ einandergreifen und die abzweigenden Teilelektroden dreieckförmige Flächenelemente bilden, wodurch die Elektrodenelemente platzsparend angebracht werden können.

In Weiterbildung dieses Gedankens ist vorgesehen, daß die verbundenen Endpunkte der Teilelektroden eine im wesentlichen parabelförmige Kurve bilden. Der Meßsensor weist eine sogenannte interdigitale Struktur auf, über die Länge und Anordnung der jeweiligen abzweigenden Teilelektroden können die Umfangsbereiche der sich ergebenden Flä­ chenelemente verschiedenartig gestaltet sein.

Die Erfindung ist anhand von Zeichnungsfiguren in den Ausführungsbeispielen nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1c eine Meßeinrichtung mit dreiecksförmigen Flächenelementen als Elektroden,

Fig. 2a-2d eine Meßeinrichtung mit stabförmigen Elektroden,

Fig. 3a-3d eine weitere Meßeinrichtung mit stabförmigen Elektroden,

Fig. 4a-4d eine dritte Meßeinrichtung mit stabförmigen Elektroden sowie

Fig. 5a, 5b geometrische Darstellungen zu einzelnen Elektrodenformen.

Fig. 1a zeigt eine kapazitive Meßeinrichtung mit als dreiecksförmigen Flächenele­ menten 3a, 3b ausgebildeten Elektrodenelementen und Meßanschlüssen 13 zur Feststellung der Füllstandshöhe der Flüssigkeit 2 in einem Flüssigkeitsbehälter 1. Die dreiecksförmigen Flächenelemente 3a, 3b sind paarweise zueinander beabstan­ det und um 180° verdreht angeordnet, so daß bei einer Neigung des Flüssigkeits­ behälters 1 unterschiedliche Kapazitätswerte an den dreiecksförmigen Flächenele­ menten 3a, 3b ermittelt werden, wodurch die Neigung des Flüssigkeitsbehälters 1 herausgerechnet werden kann.

Fig. 1b zeigt unmittelbar aufeinanderfolgende abwechselnd um 180° zueinander verdrehte dreiecksförmige Flächenelemente 3a-d als Elektrodenelemente, die eben (planar) oder zylindrisch angeordnet werden können.

Auf einer Innenelektrode 4 und einer Außenelektrode 5 sind nach Fig. 1c unmittel­ bar aufeinanderfolgende abwechselnd um 180° zueinander verdrehte dreiecksför­ mige Flächenelemente 3a, 3b, 3c angeordnet. Zwischen der Innenelektrode 4 und der Außenelektrode 5 befindet sich die Flüssigkeit 2 (nicht abgebildet), so daß über die dreiecksförmigen Flächenelemente an der Innenelektrode 4 und der Au­ ßenelektrode 5 eine Kapazitätsberechnung und damit eine Füllstandshöhenermitt­ lung stattfinden kann.

Fig. 2a-2c zeigen eine erste Elektrode 6, eine zweite Elektrode 8 und eine dritte Elektrode 10 mit jeweiligen astartig abzweigenden Teilelektroden 7, 9. Die Elek­ trode 10 weist eine stabförmige Achse 14 auf.

Die einzelnen Elektroden können dreiecksförmig (Fig. 2a, 2b) oder rechtecksför­ mig (Fig. 2c) ausgeführt sein und planar und zueinander beabstandet auf einzelnen Flächenelementen oder in gekrümmter Form auf Zylinderoberflächen angebracht sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform nach Fig. 2d sind die Elektroden 6, 8, 10 sägezahnartig ineinander platzsparend angebracht (interdigitale Struktur). Die Anordnung nach Fig. 2d kann eben (planar) oder auf einer gekrümmten Ober­ fläche (z. B. Zylinder) angebracht sein.

Aus den Fig. 3a-3d (vertikale Struktur) sowie 4a-4d (horizontale Struktur) ge­ hen weitere Elektroden 6, 8, 10 hervor, die separat auf Flächenelementen oder sä­ gezahnartig verschränkt besonders platzsparend (vgl. Fig. 3d, 4d) angebracht wer­ den können. Die erste Elektrode 6 weist Teilelektroden 7 auf, die über nebeneinan­ derliegende Querstege 12 oder Längsstege 15 miteinander verbunden sind.

Die zweiten und dritten Elektroden 8, 10 können durch Variation der Länge und Anordnung ihrer Teilelektroden 9 unterschiedlich ausgebildet werden.

Aus Fig. 5a geht eine gestrichelt gezeichnete zweite Teilelektrode 8 nach Fig. 4a hervor, wobei hervorgehoben ist, daß die Endpunkte 11 der Teilelektroden 9 sich auf einer parabelförmigen Kurve befinden. Dementsprechend kann analog die dritte Elektrode 10 nach Fig. 4b mit einer identischen parabelförmigen Kurve bei verbun­ denen Endpunkten 11 ausgestattet werden, um ein sägezahnartiges Ineinandergrei­ fen nach Fig. 4d zu ermöglichen (nicht abgebildet).

Durch die parabelförmige Anordnung der Endpunkte 11 der Teilelektroden 9 nach Fig. 5a kann erreicht werden, daß bei einer entsprechenden Ausführung der dritten Elektrode 10 und einer sägezahnartigen Verschränkung nach Fig. 4d die sich bei einer Veränderung des Füllstandes einstellenden Kapazitätsänderungen der Elek­ trodenelemente eine lineare Funktion des Füllstandes darstellen.

Fig. 5b zeigt eine gestrichelt gezeichnete zweite Elektrode 8 nach Fig. 2a, wobei die Länge der Teilelektroden 9 derart ausgebildet ist, daß die Endpunkte 11 auf ei­ ner Linie liegen und sich somit insgesamt eine zweite Elektrode 8 in Dreiecksform ergibt.

Bezugszeichenliste

1

Flüssigkeitsbehälter

2

Flüssigkeit

3

dreiecksförmiges Flächenelement

4

Innenelektrode

5

Außenelektrode

6

erste Elektrode

7

Teilelektrode

8

zweite Elektrode

9

Teilelektrode

10

dritte Elektrode

11

Endpunkt

12

Quersteg

13

Meßanschluß

14

Achse

15

Längssteg

Claims (5)

1. Kapazitive Meßeinrichtung zur Feststellung des Füllstandes eines Schüttgutbehälters oder Flüssigkeitsbehälters mit einer leitenden oder nichtleitenden Flüssigkeit, z. B. einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugs, mit einem kapazitiven Meßsensor mit Elektrodenelementen, wobei die Elektrodenelemente bei unterschiedlichem Füllstand in unterschiedli­ chem Umfang vom Schüttgut oder von der Flüssigkeit bedeckt werden, wodurch sich unterschiedliche Kapazitäten am Meßsensor ergeben, und die Elektrodenelemente sich in vertikaler Richtung über die gesam­ te maximale Füllstandshöhe erstrecken, wobei der Meßsensor je eine zylindrische Außenelektrode (5) und Innenelektrode (4) aufweist, die jeweils aneinandergereihte, abwechselnd um 180° zueinander verdrehte dreiecksförmige Flächenelemente (3) als Elektrodenelemente aufwei­ sen.

2. Kapazitive Meßeinrichtung zur Feststellung des Füllstandes eines Schüttgutbehälters oder Flüssigkeitsbehälters mit einer leitenden oder nichtleitenden Flüssigkeit, z. B. einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugs, mit einem kapazitiven Meßsensor mit Elektrodenelementen, wobei die Elektrodenelemente bei unterschiedlichem Füllstand in unterschiedli­ chem Umfang vom Schüttgut oder von der Flüssigkeit bedeckt werden, wodurch sich unterschiedliche Kapazitäten am Meßsensor ergeben und die Elektrodenelemente sich in vertikaler Richtung über die gesamte ma­ ximale Füllstandshöhe erstrecken, wobei der Meßsensor als Elektro­ denelente eine erste Elektrode (6) mit astartig in mindestens einer Richtung abzweigenden Teilelektroden (7) sowie mindestens eine zweite und dritte Elektrode (8, 10) mit astartig abzweigenden Teilelek­ troden (9) aufweist und die erste Elektrode bezogen auf die zweite und dritte Elektrode derart angeordnet ist, daß die abzweigenden Teilelek­ troden (7, 9) sägezahnartig ineinandergreifen und die abzweigenden Teilelektroden dreiecksförmige Flächenelemente bilden.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verbundenen Endpunkte (11) der Teilelektroden (9) eine im we­ sentlichen parabelförmige Kurve bilden.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite oder dritte Elektrode (6, 8, 10) planar angeordnet sind.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite oder dritte Elektrode (6, 8, 10) zylindrisch angeordnet sind.