DE19850291C1 - Kapazitive Meßsonde - Google Patents

Kapazitive Meßsonde

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Abstract

Beschrieben wird eine kapazitive Meßsonde, bei der in der Nachbarschaft wenigstens einer insbesondere zylindrischen Meßelektrode wenigstens eine insbesondere zylindrische Schirmelektrode angeordnet ist und die Abschirmung eines Koaxialkabels mit der Schirmelektrode und die Seele des Koaxialkabels mit der Meßelektrode verbunden sind. Um eine genauere Erfassung der Dielektrizitätskonstanten der Medien zu ermöglichen, ist vorgesehen, die Spitze eines Mantel-Thermoelementes in der Nähe der Meßelektrode zu halten und den Mantel des Mantel-Thermoelementes mit der Schirmelektrode zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Meßsonde, bei der in der Nachbarschaft wenigstens einer insbesondere zylindrischen Meßelektrode wenigstens eine insbesondere zylindrische Schirmelektrode angeordnet is und die Abschirmung eines Koaxialkabels mit der Schirmelektrode und die Seele des Koaxialkabels mit der Meßelektrode verbunden sind.
Aus dem Dokument DE 195 28 384 A1 ist eine kapazitive Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Standregelung für Medien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten bekannt, die zur Erfassung von Kapazitätsänderungen eine eingangs genannte Meßsonde benutzt. In dem Dokument DE 43 34 663-A wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Flüssigkeitsbehälters unter Verwendung einer kapazitiven Meßsonde beschrieben, deren mit steigender Füllhöhe zunehmende Kapazität in einer elektrischen Meßschaltung als Maß für den Füllstand ausgewertet wird. Dabei weist die Meßsonde eine Innenelektrode und eine diese im Abstand umhüllende Außenelektrode auf, wobei der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenelektrode von der im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeitspegel gleich gefüllt ist, und wobei ein in der Meßsonde integrierter Temperaturfühler sowie eine programmierbare Meß- und Auswerteelektronik vorgesehen sind.
In der Schrift US 5,513,399 wird eine digitale Erfassungsvorrichtung für einen Flüssigkeitspegel beschrieben, die Veränderungen in der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit erfaßt. Die Vorrichtung weist eine Reihe kapazitiver Elemente auf, die in der zu erfassenden Flüssigkeit angeordnet sind, wobei mehrere einzelne unterteilte Platten längs der Meßachse der zu erfassenden Flüssigkeit vorgesehen sind. Eine Steuereinheit gibt Impulse auf die Platten, deren Ausgänge einem Verstärker zugeführt werden, welcher eine Reihe von entsprechenden analogen Ausgangsspannungen liefert. Diese analogen Ausgangsspannungen werden dann einem Spitzenspannungsdetektor zugeführt, der eine Reihe von Spitzenspannungssignalen, die für die Größe der analogen Ausgangsspannungen repräsentativ sind, erzeugt. Die Steuereinheit vergleicht schrittweise diese Werte mit einem vorgegebenen Referenzwert und das Vergleichsergebnis erlaubt eine Anzeige dahingehend, welche der Platten wenigstens teilweise in die Flüssigkeit eintaucht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs genannten Meßsonde Maßnahmen vorzusehen, die eine genauere Erfassung der Dielektrizitätskonstanten der Medien erlauben. Dazu schlägt die Erfindung vor, die Spitze eines Mantel- Thermoelementes in der Nähe der Meßelektrode zu halten und den Mantel des Mantel-Thermoelementes mit der Schirmelektrode zu verbinden. Unter Spitze eines Mantel-Thermoelementes wird diejenige Verbindungsstelle der beiden unterschiedlichen Materialien des Thermoelementes verstanden, an welcher die Thermospannung auftritt. Durch die Erfindung wird die Meßgenauigkeit durch geleichzeitige Erfassung der Medientemperatur erhöht, wobei durch die besondere Anordnung des Mantel-Thermoelementes das Einbringen eines störenden Potentials in das Elektrodensystem verhindert wird.
Die Erfindung ist dann mit besonderem Vorteil einsetzbar, wenn die elektrische Messung nach dem Prinzip des kapazitiven Spannungsteilers erfolgt, bei welchem die Meßkapazität der Längskondensator in einem RC-Koppelglied (Hochpaß) ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Schirmelektrode und/oder die Meßelektrode hohlzylindrisch ausgeführt. Zweckmäßig ist die Schirmelektrode koaxial zur Meßelektrode angeordnet und das Mantel-Thermoelement ist axial durch die Schirmelektrode und die Meßelektrode geführt. Zum Schutz des Meßsystems empfiehlt es sich, die Schirmelektrode, die Meßelektrode und das Mantel-Thermoelement mit einer thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Hülse zu umgeben, in deren Boden die Spitze des Mantel-Thermoelementes dann zweckmäßig verankert sein kann. Die Dynamik der Temperaturmessung wird verbessert, wenn die Thermoelement-Spitze durch den Boden der Hülse hindurchgeführt ist. In dem Mantel-Thermoelement können beliebige Thermopaarungen eingesetzt werden, also zum Beispiel Fe/Ko oder Ni/CrNi.
Im übrigen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
In ein oben offenes und unten ballig verschlossenes Rohr 1 aus thermisch leitfähigem und elektrisch isolierendem Kunststoff ist axial ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Mantel-Thermoelement üblicher Bauart axial eingesetzt. Die Spitze 12 des Mantel-Thermoelementes ist in der Mitte des balligen Rohrverschlusses in die Masse des Rohres 1 eingebettet. Der elektrisch leitfähige Schutzmantel 5 des Thermoelementes ist mittels einer elektrischen Leitung 14 mit einer auf Masse- Potential liegenden Schirmelektrode 3 eines kapazitiven Meßsystems verbunden.
Das kapazitive Meßsystem umfaßt eine in der Nähe des unteren Endes des Rohres 1 in diesem gehaltene hohlzylindrische Meßelektrode 2, welche mit der Seele 7 eines Koaxialkabels 20 verbunden ist. Ferner gehört zu dem kapazitiven Meßsystem die erwähnte hohlzylindrische Schirmelektrode, die im Rohr 1 koaxial und mit Abstand über der Meßelektrode 2 gehalten ist. Die Abschirmung 4 des Koaxialkabels 20 ist mittels einer elektrischen Leitung 8 mit der Schirmelektrode 3 verbunden. Das Koaxialkabel 20 ist aus der Öffnung des Rohres 1 heraus und zu einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung geführt. Das andere Ende der Seele 7 ist über einen ebenfalls nicht dargestellten Ohmschen Widerstand mit dem elektrischen Eingang der Auswerteeinrichtung verbunden und die Abschirmung 4 ist auf Massepotential gelegt.
In der Nähe der Öffnung des Rohres 1 ist in diesem weit oberhalb des von der Meßelektrode abgewandten Endes der Schirmelektrode 3 ein Übergangsteil 6 vorgesehen, in welchem der Schutzmantel 5 endet. Jeder einzelne nicht dargestellte Innendraht des Thermoelementes ist für sich mit einer von zwei zugehörigen Ausgleichsleitungen 16, 18 elektrisch verbunden, welche für die Hinführung zur Auswerteeinrichtung hinreichende Flexibilität besitzen und preiswert sind.
Die beschriebene Meßsonde kann in ein Medium mit bestimmter Dielektrizitätskonstanten und variabler Temperatur eingetaucht werden, welches sich in einem leitfähigen und die andere Elektrode des Meßkondensators bildenden Behälter befindet und dessen Füllhöhe schwankt.

Claims (7)

1. Kapazitive Meßsonde, bei der in der Nachbarschaft wenigstens einer insbesondere zylindrischen Meßelektrode wenigstens eine insbesondere zylindrische Schirmelektrode angeordnet ist und die Abschirmung eines Koaxialkabels mit der Schirmelektrode und die Seele des Koaxialkabels mit der Meßelektrode verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (12) eines Mantel-Thermoelementes (10) in der Nähe der Meßelektrode (2) gehalten und der Schutzmäntel (5) des Mantel-Thermoelementes mit der Schirmelektrode (3) verbunden ist.
2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (2) Teil eines mit einer Auswerteeinrichtung verbundenen RC-Koppelgliedes ist.
3. Meßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (3) und/oder die Meßelektrode (2) hohlzylindrisch ausgeführt sind.
4. Meßsonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (3) koaxial zur Meßelektrode (2) angeordnet und das Mantel-Thermoelement (10) axial durch die Schirmelektrode und die Meßelektrode geführt ist.
5. Meßsonde nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode, die Meßelektrode und das Mantel-Thermoelement von einer thermisch leitfähigen, elektrisch isolierenden, rohrförmigen Hülse (1) umgeben sind.
6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (12) im Boden der Hülse (1) verankert ist.
7. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (12) durch den Boden der Hülse (1) hindurchgeführt ist.
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