DE19756161B4 - Scoring System - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung des Vorhandenseins von elektrisch isolierenden Flüssigkeiten oder Granulaten mit einem Sensor, der ein in eine Wandung einschraubbares Gehäuse aufweist, mit einem ersten Oszillator (8), dessen Frequenz durch eine Kapazitätsänderung des Sensors beeinflusst ist, sobald eine Sensorspitze (4) des Sensors in ein Medium eintaucht, mit einem zweiten Oszillator (21), der einen ersten Schalter (22) steuert, der periodisch einen Innenleiter (15) und einen mit einem Massepunkt (13) verbundenen Kondensator (23) mit einem Eingang des ersten Oszillators (8) verbindet, mit einem zweiten Schalter (24), der von dem zweiten Oszillator (21) gesteuert ist, und der Eingänge eines differenzbildenden Schaltkreises (25) mit einem Ausgang eines Demodulators (9) verbindet, dessen Eingang an einen Ausgang des ersten Oszillators (8) angeschlossen ist.Method for detecting the presence of electrically insulating liquids or granules with a sensor having a housing which can be screwed into a wall, having a first oscillator (8) whose frequency is influenced by a capacitance change of the sensor as soon as a sensor tip (4) of the sensor immersed in a medium having a second oscillator (21) which controls a first switch (22) periodically connecting an inner conductor (15) and a capacitor (23) connected to a ground point (13) to an input of the first oscillator (8 ), with a second switch (24) controlled by the second oscillator (21) and the inputs of a difference-forming circuit (25) connected to an output of a demodulator (9) whose input is connected to an output of the first oscillator (21). 8) is connected.

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Description

Das Verfahren dient der Erfassung des Vorhandenseins von elektrisch isolierenden Flüssigkeiten oder Granulaten. Es beruht auf einem in eine Wandung einschraubbaren Sensor, der vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, mit einem koaxial aufgebauten Anschlusskabel, das an einen Oszillator angeschlossen ist.The Method is used to detect the presence of electrical insulating fluids or granules. It is based on a screwed into a wall Sensor, which is preferably made of metal, with a coaxial Built connection cable connected to an oscillator is.

Verfahren der eingangs genannten Art werden dazu eingesetzt, Füllstände unterschiedlicher Medien innerhalb von Rohrleitungen oder Behältern zu erfassen. Das Funktionsprinzip beruht auf einer in das Medium eintauchenden Elektrode, die als Teil eines Kondensators wirkt, wobei die Elektrode die erste Kondensatorplatte und die vorzugsweise metallische Behälterwandung die zweite Kondensatorplatte bildet. Jedes Medium, das zwischen Elektrode und Behälterwandung tritt, wirkt als Dielektrikum dieses so beschriebenen Kondensators und ändert dessen Kapazität. Es sind unterschiedliche Verfahren bekannt, die diese Kapazitätsänderung ausnutzen um hieraus ein Messsignal abzuleiten. In den Schriften DE 2744820 A1 , DE 3026342 A1 , DE 3843339 A1 , DE 4238992 A1 , DE 19536198 A1 , EP 0049793 , wird bei Erhöhung der Elektrodenkapazität ein Oszillator beeinflusst, dessen Schwingungen nach Demodulation einer elektrischen Auswertung zugeführt werden. In der DE 4217305 A1 wird ein Oszillator verwendet, der bei Beeinflussung seine Frequenz ändert. Solche oben beschriebenen Sensorkonstruktionen versagen, wenn die Dielektrizitätskonstante des Mediums klein ist.Methods of the type mentioned are used to detect levels of different media within pipelines or containers. The operating principle is based on an immersing in the medium electrode, which acts as part of a capacitor, wherein the electrode forms the first capacitor plate and the preferably metallic container wall, the second capacitor plate. Each medium that passes between the electrode and the container wall acts as a dielectric of this capacitor described so and changes its capacity. Different methods are known which exploit this capacitance change in order to derive a measurement signal from this. In the scriptures DE 2744820 A1 . DE 3026342 A1 . DE 3843339 A1 . DE 4238992 A1 . DE 19536198 A1 . EP 0049793 , When increasing the electrode capacity, an oscillator is influenced whose vibrations are supplied after demodulation of an electrical evaluation. In the DE 4217305 A1 an oscillator is used, which changes its frequency when influenced. Such sensor constructions described above fail when the dielectric constant of the medium is small.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur driftfreien und störsicheren Auswertung der Kapazitätsänderung eines Sensors beim Eintauchen der Sensorspitze in ein Medium anzugeben.task The invention is a method for drift-free and interference-proof Evaluation of the capacity change of a sensor when immersing the sensor tip in a medium.

Die Lösung der Aufgabenstellung ist in dem Anspruch 1 dargelegt. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.The solution The task is set out in the claim 1. The dependent claims give advantageous Embodiments of the invention.

Der Sensor besteht aus einem in eine Behälterwandung einschraubbaren Gehäuse, das mediumseitig eine mit einem metallischen Stift versehene Sensorspitze aufweist, die in das Medium eintaucht. Das Gehäuse ist an der dem Medium abgewandten Seite offen ausgeführt, wobei in diese Öffnung ein koaxiales Kabel eingeführt ist. Die Kabeleinführung wird vorzugsweise durch eine geeignete Kabelverschraubung abgeschlossen. Das koaxiale Kabel weist einen inneren Leiter auf, der elektrisch mit dem metallischen Stift der Sensorspitze verbunden ist. Der Innenleiter des koaxialen Kabels ist von einem Schirm umgeben. Das koaxiale Kabel ist an eine elektrische Auswertung angeschlossen.Of the Sensor consists of a screwed into a container wall Casing, the medium side, a provided with a metallic pin sensor tip has, which dips into the medium. The housing is on the side facing away from the medium open, being in this opening a coaxial cable introduced is. The cable entry is preferably completed by a suitable cable gland. The coaxial cable has an inner conductor, which is electrically connected to the metallic pin of the sensor tip. The inner conductor of the coaxial cable is surrounded by a screen. The coaxial Cable is connected to an electrical evaluation.

Die Drift der elektrischen Auswertung kann dadurch wesentlich reduziert werden, dass ein von einem Oszillator 21 periodisch umgeschalteter Schalter vorhanden ist, der den Eingang des auswertenden Oszillators 8 periodisch mit dem Innenleiter des koaxialen Kabels und einer mit dem Massepunkt verbundenen Vergleichskapazität verbindet. Dieses System ist so abgeglichen, dass bei nichterfasstem Medium und eingebautem Sensor der Vergleichskondensator 23 gerade so bemessen ist, dass der Oszillator 8 seine Frequenz während des Umschaltvorganges nur unwesentlich ändert. Erhöht sich die Kapazität der Sensorspitze 4 beim Eintauchen in ein Medium, so liegt am Ausgang des ersten Oszillators 8 eine periodische Frequenzänderung vor. Diese Frequenzänderung wird von dem dem Oszillatorausgang 8 nachgeschalteten Frequenzmodulator 9 in ein auswertbares Signal umgesetzt.The drift of the electrical evaluation can be substantially reduced by that of an oscillator 21 periodically switched switch is present, the input of the evaluating oscillator 8th periodically connects to the inner conductor of the coaxial cable and a comparison capacity connected to the ground point. This system is balanced so that when the medium is not detected and the sensor installed, the comparison capacitor 23 just so that is the oscillator 8th its frequency changes only insignificantly during the switching process. Increases the capacity of the sensor tip 4 when immersed in a medium, so is the output of the first oscillator 8th a periodic frequency change. This frequency change is from the oscillator output 8th downstream frequency modulator 9 converted into an evaluable signal.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.Based several embodiments the invention will be closer explained.

1 zeigt ein in eine Behälterwandung einschraubbares Sensorteil 1. Es hat ein Gewindeteil 2, das die Abdichtung des Behälterinnenraumes gegen den Außenraum gewährleistet. 1 shows a screwed into a container wall sensor part 1 , It has a threaded part 2 , which ensures the sealing of the container interior against the outside space.

Die Sensorspitze 4 ist mit dem inneren Leiter 15 des koaxialen Kabels 5 elektrisch verbunden. Der Schirm 12 ist bis dicht an die Verbindungsstelle des Innenleiters mit der Sensorspitze herangeführt, jedoch elektrisch mit dieser nicht verbunden. Das koaxiale Kabel 5 ist durch eine Kabelverschraubung, hier nicht dargestellt, in das Gehäuse 1 eingeführt. Der verbleibende Innenraum zwischen koaxialem Kabel und dem inneren Teil des Gehäuses 1 ist mit einem hochtemperaturfesten Medium, z. B. Keramik, ausgefüllt.The sensor tip 4 is with the inner conductor 15 of the coaxial cable 5 electrically connected. The screen 12 is brought close to the junction of the inner conductor with the sensor tip, but not electrically connected to this. The coaxial cable 5 is by a cable gland, not shown here, in the housing 1 introduced. The remaining space between the coaxial cable and the inner part of the housing 1 is with a high temperature resistant medium, eg. B. ceramic, filled.

Die auswertende Elektronik ist in 2 dargestellt. Der Eingang 11 des ersten auswertenden Oszillators 8 ist an einen Schalter 22 angeschlossen, der periodisch von einem zweiten Oszillator 21 angesteuert ist. Der Schalter 22 verbindet abwechselnd den Innenleiter des koaxialen Kabels 5 und den auf Massepotential liegenden Kondensator 23 mit dem Eingang 11 des Oszillators 8. Der Kondensator 23 ist so abgestimmt, dass bei nicht erfasstem Medium die sich ergebende Frequenzänderung des Oszillators 8 während des Umschaltvorganges klein ist. Erhöht sich die Kapazität der Sensorspitze 4 durch Kontakt mit dem Medium, ist die Frequenzänderung des ersten Oszillators 8 größer, so dass periodische Frequenzänderungen des ersten Oszillators 8 vorliegen. Der Ausgang des ersten Oszillators 8 ist mit einem Frequenzdemodulator 9 verbunden, der die Frequenzänderung vorzugsweise in ein analoges Signal umsetzt. In einer Weiterbildung der elektrischen Auswertung ist der Demodulator 9 als Frequenzspannungswandler ausgebildet, an dessen Ausgang ein Schaltkreis 25 angeschlossen ist, der eine Differenzbildung der elektrischen Spannungen bewirkt, die an seinem Eingang anliegen. An den Ausgang des Schaltkreises 25 ist vorteilhaft ein Integrator 26 angeschlossen. Die Bildung der Differenzspannung wird in dieser Darstellung dadurch bewirkt, dass ein zweiter Schalter 24 von dem zweiten Oszillator 21 gesteuert ist und dieser Schalter mit den beiden Eingängen des Schaltkreises 25 einerseits und dem Ausgang des Demodulators 9 andererseits verbunden ist.The evaluating electronics are in 2 shown. The entrance 11 of the first evaluating oscillator 8th is at a switch 22 connected periodically by a second oscillator 21 is controlled. The desk 22 alternately connects the inner conductor of the coaxial cable 5 and the capacitor at ground potential 23 with the entrance 11 of the oscillator 8th , The capacitor 23 is tuned so that when the medium is not detected, the resulting frequency change of the oscillator 8th is small during the switching process. Increases the capacity of the sensor tip 4 by contact with the medium, is the frequency change of the first oscillator 8th larger, allowing periodic frequency changes of the first oscillator 8th available. The output of the first oscillator 8th is with a frequency demodulator 9 connected, which preferably converts the frequency change in an analog signal. In a further development of the electrical evaluation is the demodulator 9 designed as a frequency voltage converter, at the output of a circuit 25 connected, which is a difference causes the electrical voltages applied to its input. To the output of the circuit 25 is advantageous an integrator 26 connected. The formation of the differential voltage is effected in this illustration by a second switch 24 from the second oscillator 21 is controlled and this switch to the two inputs of the circuit 25 on the one hand and the output of the demodulator 9 on the other hand.

Der erste Schalter 22 und der zweite Schalter 24 sind synchron von dem zweiten Oszillator 21, der auch als Taktgeber ausgebildet sein kann, gesteuert. Die Kapazität der Sensorspitze 4 zu ihrer Umgebung und die Kapazität 23 bestimmen wechselseitig die Frequenz des ersten Oszillators 8. Diese Anordnung ist insbesondere auch deshalb von großem Vorteil, weil Gleichtaktsignale, die den Zuleitungen zu beiden Kapazitäten überlagert sind, nach Demodulation und Integration mit umgekehrten Vorzeichen addiert und damit wesentlich reduziert sind.The first switch 22 and the second switch 24 are synchronous with the second oscillator 21 , which can also be designed as a clock, controlled. The capacity of the sensor tip 4 to their environment and capacity 23 determine mutually the frequency of the first oscillator 8th , This arrangement is of great advantage in particular because common-mode signals which are superimposed on the supply lines to both capacitances are added after demodulation and integration with opposite signs and are thus substantially reduced.

Claims (7)

Verfahren zur Erfassung des Vorhandenseins von elektrisch isolierenden Flüssigkeiten oder Granulaten mit einem Sensor, der ein in eine Wandung einschraubbares Gehäuse aufweist, mit einem ersten Oszillator (8), dessen Frequenz durch eine Kapazitätsänderung des Sensors beeinflusst ist, sobald eine Sensorspitze (4) des Sensors in ein Medium eintaucht, mit einem zweiten Oszillator (21), der einen ersten Schalter (22) steuert, der periodisch einen Innenleiter (15) und einen mit einem Massepunkt (13) verbundenen Kondensator (23) mit einem Eingang des ersten Oszillators (8) verbindet, mit einem zweiten Schalter (24), der von dem zweiten Oszillator (21) gesteuert ist, und der Eingänge eines differenzbildenden Schaltkreises (25) mit einem Ausgang eines Demodulators (9) verbindet, dessen Eingang an einen Ausgang des ersten Oszillators (8) angeschlossen ist.Method for detecting the presence of electrically insulating liquids or granules with a sensor having a housing which can be screwed into a wall, having a first oscillator ( 8th ) whose frequency is influenced by a capacitance change of the sensor as soon as a sensor tip ( 4 ) of the sensor is immersed in a medium, with a second oscillator ( 21 ), a first switch ( 22 ), which periodically an inner conductor ( 15 ) and one with a mass point ( 13 ) connected capacitor ( 23 ) with an input of the first oscillator ( 8th ), with a second switch ( 24 ) generated by the second oscillator ( 21 ) and the inputs of a difference-forming circuit ( 25 ) with an output of a demodulator ( 9 ) whose input is connected to an output of the first oscillator ( 8th ) connected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Oszillator (21) ein Taktgeber ist und der erste Oszillator (8) ein Hochfrequenzoszillator ist.Method according to Claim 1, characterized in that the second oscillator ( 21 ) is a clock and the first oscillator ( 8th ) is a high frequency oscillator. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (22) und der zweite Schalter (24) von dem zweiten Oszillator (21) synchron angesteuert sind.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first switch ( 22 ) and the second switch ( 24 ) of the second oscillator ( 21 ) are controlled synchronously. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (9) als Frequenz-Spannungswandler ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the demodulator ( 9 ) is designed as a frequency-voltage converter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schaltkreis (25) ein Integrator (26) angeschlossen ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the circuit ( 25 ) an integrator ( 26 ) connected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Oszillator (8) seine Frequenz periodisch ändert, wenn die Sensorspitze (4) in ein Medium eingetaucht ist.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first oscillator ( 8th ) periodically changes its frequency when the sensor tip ( 4 ) is immersed in a medium. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der Sensorspitze (4) zu Ihrer Umgebung und die Kapazität (23) wechselseitig die Frequenz des Oszillators (8) bestimmen.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the capacity of the sensor tip ( 4 ) to your environment and the capacity ( 23 ) alternately the frequency of the oscillator ( 8th ).
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