DE19960089A1 - Kapazitiver Neigungssensor - Google Patents
Kapazitiver NeigungssensorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Neigungssensor mit einem Hohlkörper mit einem von einer elektrisch isolierenden Hohlraumwandung definierten Hohlraum, in dem sich eine elektrisch leitende Flüssigkeit befindet, mit wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Flächenelektrode, die von der Flüssigkeit galvanisch getrennt an der Hohlraumwandung angeordnet sind, und mit einer Auswerteschaltung, in welche die erste, zweite und dritte Flächenelektrode eingeschleift sind, wobei die Flüssigkeit mit der ersten, zweiten und dritten Flächenelektrode je einen ersten, zweiten und dritten Kondensator bildet, dessen Kapazität von der Neigung des Hohlkörpers abhängt. DOLLAR A Erfindungsgemäß stehen wenigstens zwei Flächennormalen der Flächenelektroden in einem Winkel zueinander, und die Auswerteschaltung ist so ausgelegt, daß sie die Differenz zwischen den elektrischen Kapazitäten der zu der ersten und zweiten Flächenelektrode gehörenden Kondensatoren und zwischen den elektrischen Kapazitäten der zu der ersten und dritten Flächenelektrode gehörenden Kondensatoren bestimmt. DOLLAR A Verwendung z. B. als Neigungssensor zur Lagekontrolle bei Kraftfahrzeugen.
Description
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Neigungssensor mit ei
nem Hohlkörper, der einen von einer elektrisch isolierenden
Hohlraumwandung definierten Hohlraum aufweist, in dem sich eine
elektrisch leitende Flüssigkeit befindet, mit wenigstens einer
ersten, einer zweiten und einer dritten Flächenelektrode, die
von der Flüssigkeit galvanisch getrennt an der Hohlraumwandung
angeordnet sind, und mit einer Auswerteschaltung, in welche die
erste, zweite und dritte Flächenelektrode eingeschleift sind,
wobei die Flüssigkeit mit der ersten, zweiten und dritten Flä
chenelektrode je einen ersten, zweiten und dritten Kondensator
bildet, dessen Kapazität von der Neigung des Hohlkörpers ab
hängt.
Ein derartiger kapazitiver Neigungssensor ist aus der DE 41 41 324 A1
bekannt. Beim dortigen Neigungssensor ist der Hohlkörper
ein zylinderförmiger Behälter. Einer oder beiden Stirnflächen
des Behälters sind Isolierplatten zugeordnet, an denen vorzugs
weise zwei voneinander getrennte, halbkreisförmig ausgebildete
Metallbeläge angeordnet sind. Diese Metallbeläge bilden jeweils
zusammen mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit im Behälter
einen Kondensator. Wird der Behälter geneigt, so verlagert sich
die in ihm enthaltene leitfähige Flüssigkeit, und es wird eine
Änderung der Kapazität der verschiedenen Kondensatoren bewirkt.
Indem die Differenz der Kapazität von erstem und zweitem Konden
sator bestimmt wird, kann somit auf Neigungen des Neigungssen
sors um die Zylinderachse des zylinderförmigen Behälters ge
schlossen werden. Nicht ausgeschlossen ist allerdings, daß
gleichzeitige Neigungen um die Zylinderachse und davon verschie
dene Achsen das Meßergebnis beeinträchtigen. Um sicher eine
gleichzeitige Neigung um zwei in einem Winkel zueinander stehen
de Achsen erfassen zu können, ist daher ein Einsatz von zwei
derartigen Neigungssensoren erforderlich, was einen erhöhten
Schaltungsaufwand nach sich zieht.
In der DE 39 12 444 A1 ist ein Neigungswinkelmeßgerät mit Flüs
sigkeitsbehälter beschrieben, in dem sich eine dielektrische
Flüssigkeit befindet. An den Wänden des z. B. zylindrischen Flüs
sigkeitsbehälters sind metallische Beläge von z. B. halbzylindri
scher Gestalt angeordnet, die zusammen mit der dielektrischen
Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter als Flüssigkeitskondensator
wirken. Die Kapazität dieses Flüssigkeitskondensators hängt von
der Neigung des Flüssigkeitsbehälters ab. Um einen Neigungswin
kel durch Messen der Kapazität des Flüssigkeitskondensators zu
bestimmen, ist dieser mit einer Auswerteelektronik verbunden.
Aus der DE 39 20 246 A1 ist ein Flüssigkeitsneigungssensor mit
Behälter bekannt, der mit einer leitfähigen, dielektrischen
Flüssigkeit gefüllt ist. Der Flüssigkeit sind zwei oder mehr,
durch eine dielektrische Trennwand getrennte Meßelektroden zuge
ordnet. Diese Meßelektroden sind mit einer Auswerteelektronik
einheit verbunden, um durch Bestimmen einer Wechselspannungsim
pedanz auf die Höhe des Flüssigkeitsspiegels relativ zu den Meß
elektroden und dadurch auf die Neigung des Behälters zu schlie
ßen. Damit ist das Meßsignal dieses Flüssigkeitsneigungssensors
in hohem Maß vom Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter ab
hängig. Dieser Flüssigkeitssensor erweist sich damit im Hinblick
auf Fertigungstoleranzen als problematisch und verändert bei al
terungsbedingter Austrocknung der Flüssigkeit sein Meßsignal.
Die DE 35 12 983 A1 offenbart ein kapazitives Neigungs- und
Ebenheitsmeßgerät, das ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse
umfaßt, das vorzugsweise zur Hälfte mit einer dielektrischen,
nichtleitenden Flüssigkeit gefüllt ist. In die Flüssigkeit ragen
vier kreissegmentförmige Elektroden, die eine Kondensatoranord
nung bilden. Wird das Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät geneigt,
so ändert sich die Eintauchtiefe der Elektroden in die dielek
trische Flüssigkeit. Dies ruft eine wegen der vergleichsweise
großen Elektrodenabstände relativ gering bleibende Änderung der
Kapazität der Kondensatoranordnung hervor. Durch Bestimmen der
Kapazität der Kondensatoranordnung läßt sich auf Neigungs- bzw.
Ebenheitsabweichungen schließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Nei
gungssensor bereitzustellen, der schon für geringe Neigungen um
eine oder zwei nichtparallele Drehachsen empfindlich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen kapazitiven Neigungssensor der
eingangs genannten Art gelöst, bei dem wenigstens zwei Flächen
normalen der Flächenelektroden in einem Winkel zueinander stehen
und die Auswerteschaltung so ausgelegt ist, daß sie die Diffe
renzen zwischen den elektrischen Kapazitäten der zur ersten und
zweiten Flächenelektrode gehörenden Kondensatoren und zwischen
den elektrischen Kapazitäten der zur ersten und dritten Flä
chenelektrode gehörenden Kondensatoren bestimmt. Auf diese Weise
wird ein Neigungssensor geschaffen, der kostengünstig herstell
bar ist, eine lange Lebensdauer hat und bei geringer Leistungs
aufnahme eine hohe Meßgenauigkeit ermöglicht, denn die von der
Flüssigkeit mit der ersten, zweiten und dritten Flächenelektrode
gebildeten Kondensatoren entsprechen Plattenkondensatoren mit
geringem Plattenabstand, deren Kapazität bei Änderung des Flüs
sigkeitsspiegels an einer Begrenzungsfläche des Hohlkörpers auf
grund einer Neigung der Grundfläche des Hohlkörpers um eine oder
zwei Achsen sich vergleichsweise stark ändert. Aufgrund seines
kapazitiven Meßprinzips hat der Neigungssensor keine Temperatur
abhängigkeit, und es können lediglich geringe Mengen kostengüns
tiger Elektrolyte, etwa Salzlösungen, eingesetzt werden. Als
Flächenelektrode ist beispielsweise die Verwendung von metallbe
schichteten Kunststoffolien möglich, die etwa als "Flexstrip"
ausgebildet sein können, sich zum Zusammenschweißen eignen und
damit einfache Produktionsverfahren erlauben.
In Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist der Hohlkör
per als Polyeder ausgebildet, und die erste, zweite und dritte
Flächenelektrode ist jeweils an einer Seitenfläche des Polyeders
angeordnet. In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist
der Hohlkörper als Prisma mit dreieckförmiger Grundfläche ausge
bildet, und die erste, zweite und dritte Flächenelektrode ist
jeweils an einer Seitenfläche des Prismas angeordnet. Auf diese
Weise kann aus ermittelten Kapazitätsdifferenzen unmittelbar auf
eine Neigung des Neigungssensors geschlossen werden, wobei die
Neigungsmessung nicht vom Füllstand der elektrisch leitenden
Flüssigkeit im Hohlkörper abhängt. Eine Prismenform des Hohlkör
pers ermöglicht, daß eine Leiterplatte mit dem Sensor als Bau
teil in der Weise bestückt werden kann, daß mit der Leiterplatte
sowohl in senkrechter Richtung als auch in Längsrichtung ein
großflächiger Kontakt möglich ist.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist für den Hohl
körper eine elektrisch leitende Ummantelung vorgesehen. Auf die
se Weise wird ein Faradaykäfig geschaffen und somit die elektro
magnetische Verträglichkeit (EMV) des Neigungssensors verbes
sert.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 sind in der Aus
werteschaltung zum Bestimmen der Differenzen zwischen der elek
trischen Kapazität der zu der ersten und zweiten Flächenelektro
de und der zur ersten und dritten Flächenelektrode gehörenden
Kondensatoren Schaltmittel vorgesehen, um wahlweise die zur ers
ten und zweiten oder ersten und dritten Flächenelektrode gehö
renden Kondensatoren entsprechend einer kapazitiven Spannungs
teilerschaltung in Reihe zu schalten und an die in Reihe ge
schalteten Kondensatoren eine Wechselspannung zu legen. Die
Spannung zwischen den beiden in Reihe geschalteten Kondensatoren
wird über den zur verbleibenden Flächenelektrode gehörenden Kon
densator abgegriffen und einer Spannungsmeßeinrichtung zuge
führt. Auf diese Weise wird ein Neigungssensor mit einfach auf
gebauter Auswerteschaltung geschaffen, die lediglich einen ge
ringen Bauteilaufwand erfordert und damit kostengünstig her
stellbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist die Span
nungsmeßeinrichtung auf phasenempfindliche Spannungsmessung aus
gelegt. Auf diese Weise läßt sich ein kapazitiver Neigungssensor
mit großer Empfindlichkeit bereitstellen, in dem eine gute
Rauschunterdrückung realisiert ist und dessen Ausgangssignal
einfach digitalisiert werden kann.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hier
bei zeigen:
Fig. 1 einen Hohlkörper für einen kapazitiven Neigungssensor in
einer Perspektivdarstellung,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Hohlkörper entlang
der Ebene II-II von Fig. 1,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für von Kontaktelektroden am Hohl
körper gebildete Kondensatoren,
Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht des Hohlkörperinne
ren bei Neigung um eine erste Achse,
Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 4, jedoch bei Neigung um
eine zweite Achse, und
Fig. 6 eine Auswerteschaltung zum Bestimmen von Kapazitätsdif
ferenzen und damit der Neigung des Hohlkörpers.
Als Kernstück des kapazitiven Neigungssensors ist in der Fig. 1
ein Hohlkörper 1 dargestellt. Der Hohlkörper 1 ist in der Form
eines senkrechten Hohlprismas ausgebildet und hat ein gleichsei
tiges Dreieck als Grundfläche. Die Wandung 2 des Hohlkörpers 1
ist aus elektrisch nichtleitendem, vorteilhafterweise wasserab
weisendem Kunststoffmaterial gefertigt, das Dielektrikumseigen
schaft hat. Die Wandstärke des Kunststoffmaterials liegt dabei
im Bereich zwischen 0,2 mm und 0,6 mm. Das Innere des Hohlkörpers
1 ist teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 3,
etwa einer Salzlösung, befüllt. An seinen Stirnseiten 4 und 5
ist der Hohlkörper 1 verschlossen. Als Flächenelektroden sind an
jeder der rechteckigen Außenflächen 6, 7 und 8 des Hohlkörpers 1
metallisierte Schichten angebracht. Die Flächennormalen der me
tallisierten Schichten stehen in einem Winkel von 120° zueinan
der. Ihr Verlauf entspricht den Höhen der gleichseitigen Drei
ecksgrundfläche, so daß zu unterschiedlichen metallisierten
Schichten gehörende Flächennormalen einen Winkel von 120° ein
schließen. Eine solche metallisierte Schicht 9 ist auf einer
Seite des Hohlkörpers 1 in Fig. 1 erkennbar. Die metallisierten
Schichten können z. B. in einer Metallbedampfung bestehen, es ist
jedoch auch möglich, sie als Metallfolie oder Metallplatte aus
zubilden. An jede metallisierte Schicht an den rechteckigen Au
ßenflächen 6, 7 und 8 des Hohlkörpers 1 sind Leitungen 12, 13
und 14 gelegt, die an eine nicht weiter dargestellte Auswerte
schaltung angeschlossen sind.
Die Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch den in der
Fig. 1 dargestellten Hohlkörper 1 entlang der Ebene II-II. An
dem Hohlkörper 1 wirken Flächenelektroden 21, 22 und 23 mit
elektrischen Anschlüssen 24, 25 und 26 als Kondensatorplatten,
die mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit im Innern des Hohl
körpers 1 Plattenkondensatoren 21', 22' und 23' bilden, die so
mit in Form einer kapazitiven Sternschaltung verschaltet sind.
Die Kapazitäten der Plattenkondensatoren 21', 22' und 23' stel
len sich entsprechend dem Flüssigkeitsstand an der jeweiligen
Flächenelektrode 21, 22 oder 23 des Hohlkörpers 1 ein. Wird der
Hohlkörper 1 geneigt, so hat dies wegen der damit verbundenen
Änderung des Bedeckungsgrades der Seitenflächen des Hohlkörpers
1 mit der leitenden Flüssigkeit eine entsprechende Änderung der
Kapazität der Plattenkondensatoren 21', 22' und 23' zur Folge.
Die Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild 30 für den Hohlkörper 1
mit Flächenelektroden. Die Plattenkondensatoren 21', 22' und 23'
aus der Fig. 2 haben Kapazitäten C1, C2 und C3, die sich bei
entsprechender Neigung des Hohlkörpers 1 ändern. Sie sind über
Leitungspfade 31, 32 und 33, die durch die elektrisch leitende
Flüssigkeit im Innern des Hohlkörpers bewirkt werden, in einem
Punkt 34 elektrisch miteinander verbunden. Zum Anschluß an eine
nicht weiter dargestellte Auswerteschaltung sind an den Konden
satoren mit Kapazitäten C1, C2 und C3 zugehörige Anschlüsse 35,
36 und 37 vorgesehen.
Die Fig. 4 und 5 erläutern, wie die Neigung des Hohlkörpers 1
bestimmt werden kann, indem die Differenz der Kapazitäten C1 und
C2 bzw. C1 und C3 der von den Kontaktelektroden an der Außenflä
che des Hohlkörpers 1 gebildeten Kondensatoren 21', 22' und 23'
aus Fig. 2 bestimmt wird.
In der Fig. 4 ist das Innere 40 des Hohlkörpers 1 aus Fig. 1
dargestellt. Bei zunächst ungeneigtem Hohlkörper hat die leiten
de Flüssigkeit 41 im Hohlkörperinnern an den seitlichen Begren
zungsflächen 42, 43 und 44 des Hohlkörpervolumens die gleiche
Benetzungshöhe h0. Die Kapazitäten C1, C2 und C3 der aus leiten
der Flüssigkeit und den Flächenelektroden gebildeten Kondensato
ren hängen davon ab, inwieweit eine seitliche Begrenzungsfläche
des Hohlkörpervolumens mit leitender Flüssigkeit benetzt ist.
Sind die Flächenelektroden an den seitlichen Begrenzungsflächen
des Hohlkörpers wie im Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet,
so hat eine gleiche Benetzungshöhe der leitenden Flüssigkeit an
den seitlichen Begrenzungsflächen 42, 43 und 44 zur Folge, daß
die Kapazitäten C1, C2 und C3 jeweils einander gleich sind.
Wird nun der Hohlkörper um eine Kante 45 mit der Länge a der
Dreiecksgrundfläche gekippt, so verlagert sich aufgrund des Ein
flusses der Schwerkraft die leitende Flüssigkeit im Hohlraum,
und es stellt sich der mit durchgezogenen Linien angedeutete
Flüssigkeitsspiegel ein. Demnach sinkt der Benetzungsgrad an der
Begrenzungsfläche 42 um einen Betrag p, dagegen nimmt der Benet
zungsgrad an der Seitenkante 46 des Hohlkörpers um den Betrag q
zu. Die Folge ist, daß die Kapazität des zur seitlichen Begren
zungsfläche 42 gehörenden Kondensators C3 abnimmt, und zwar in
dem Maße, wie sich die von der leitenden Flüssigkeit benetzte
Fläche an der Begrenzungsfläche 42 verringert:
ΔC3 = - k.p.a,
wobei a die Länge der Seitenkante der als gleichseitiges Dreieck
ausgebildeten Grundfläche des Hohlkörpers und k eine durch die
Geometrie des Hohlkörpers bedingte Proportionalitätskonstante
ist. Die Änderung der Kapazitäten C1 und C2 der zu den seitli
chen Begrenzungsflächen 43 und 44 gehörenden Kondensatoren er
gibt sich zu:
ΔC1 = ΔC2 = k.p.a/2.
Die Fig. 5 zeigt, wie sich der Flüssigkeitsspiegel im Innern 40
des Hohlkörpers 1 aus Fig. 1 verlagert, wenn der Hohlkörper um
die Höhe 51 der Dreiecksgrundfläche 52 entsprechend dem in der
Figur eingezeichneten Pfeil 51' gekippt wird. Dabei ändert sich
jedoch nicht die von der elektrisch leitenden Flüssigkeit im
Hohlkörper 1 benetzte Fläche an der Begrenzungsfläche 42, so daß
für die Änderung der Kapazität C3 gilt:
ΔC3 = 0.
An der Begrenzungsfläche 41 nimmt die von der elektrisch leiten
den Flüssigkeit benetzte Gesamtfläche um den Betrag zu, um den
sie an der Begrenzungsfläche 43 abnimmt, d. h. für die Änderungen
der Kapazitäten C1 und C2 gilt:
ΔC1 = ΔC2 = a.r/2,
wobei r der Anstieg des Flüssigkeitspegels an der Seitenkante 53
ist. Somit ergibt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem
Kippwinkel um die Dreieckshöhenlinie 51 und der Änderung der Ka
pazitäten C1 und C2 und deren Differenz C1-C2. Entsprechend kann
durch Messen der Differenz der Kapazitäten C1 und C3 auf einen
Kippwinkel um eine zweite Höhenlinie 54 der Dreiecksgrundfläche
52 des Hohlkörpers geschlossen werden. Bei einem Kippen des
Hohlkörpers um die Dreieckshöhenlinie 51 bleibt die Kapazität C3
unverändert, wird der Hohlkörper um die Dreieckshöhenlinie 54
gekippt, so ändert sich dabei C2 nicht.
Folglich läßt sich durch Messen der Kapazitätdifferenzen C1-C2
und C1-C3 jeweils der Kippwinkel um eine entsprechend den Höhen
51 und 54 verlaufende Drehachse bestimmen, wobei die beiden
Drehachsen einen Winkel von 120° einschließen. Demnach kann
durch Verknüpfung dieser beiden Informationen auf eine beliebige
Neigungsstellung des Neigungssensors geschlossen werden. In das
Meßergebnis geht dabei lediglich die Differenz der den Flächen
elektroden zugeordneten Kapazitäten ein. Das bedeutet, daß un
terschiedliche Flüssigkeitsvolumina im Hohlkörper keinen Einfluß
auf das Meßergebnis haben.
In der Fig. 6 ist eine Auswerteschaltung 60 zum Bestimmen der
Differenzen der Kapazitäten C1, C2 und C1, C3 dargestellt. Die
Auswerteschaltung 60 enthält einen Rechteckgenerator 61, der
über ein nichtinvertierendes Pufferglied 62 und ein invertieren
des Pufferglied 63 eine Rechteck-Wechselspannung mit der Ampli
tude U für die Kapazitäten bereitstellt. Über Schaltmittel 64,
65 kann die Rechteck-Wechselspannung wahlweise gegenphasig über
eine Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 und C2 oder C1 und
C3 angelegt werden. Je nach Stellung der Schaltmittel 64, 65
wird gleichzeitig die Spannung im Knotenpunkt 66 zwischen den in
Reihe geschalteten Kondensatoren über die verbleibende Kapazität
C3 oder C2 ausgekoppelt und einem hochohmigen Vorverstärker 67
zugeführt.
Bei Reihenschaltung der Kondensatoren C1 und C2 gilt für die
Spannungsamplitude U12 im Knotenpunkt 66:
U12 = U (C1-C2) / (C1+C2).
Entsprechend gilt für die Spannung im Knotenpunkt 66 für den
Fall, daß die Kondensatoren C1 und C3 in Reihe geschaltet sind:
U13 = U (C1-C3)/(C1+C3).
Aufgrund der Bauweise des Hohlkörpers mit den daran angebrachten
Flächenelektroden sind die Kapazitäten C1, C2 und C3 in etwa
gleich, und es gilt:
C1-C2 << C1+C2, und C1-C3 << C1+C3,
so daß sich bei Kenntnis der Amplitude U der angelegten Recht
eck-Spannung und von C1, C2 und C3 in der Ruhelage des Neigungs
sensors aus der Messung von U12 bzw. U13 die gewünschten Kapazi
tätsdifferenzen recht einfach bestimmen lassen. Zur Bestimmung
von C1-C2 wirkt also C3 als Koppelkondensator, für das Ermitteln
von C1-C3 ist dies für C2 der Fall. Der genaue Wert von C3 bzw.
C2 hat damit keinen Einfluß auf das Meßergebnnis für C1-C2 bzw.
C1-C3.
Der Vorverstärker 67 ist mit einem phasensensitiven Synchron
gleichrichter 68 verbunden, dem neben dem Signal vom Vorverstär
ker 67 das Signal vom Rechteckgenerator 61 zugeführt wird. Beide
Signale werden darin mit geeigneter Phasenverschiebung multipli
ziert, um das Signal vom Vorverstärker 67 zum Rechtecksignal
phasensensitiv zu demodulieren. Auf den Synchrongleichrichter 68
folgt ein Tiefpaß 69, der das Ausgangssignal des Synchrongleich
richters 68 integriert, so daß am Ausgang der Auswerteschaltung
60 ein Gleichspannungssignal V bereitgestellt wird, das auf die
Kapazitätsdifferenzen C1-C2 bzw. C1-C3 schließen läßt und leicht
digital weiterverarbeitet werden kann.
Damit liegt der Neigungsmessung mittels des kapazitiven Nei
gungssensors eine reine Verhältnismessung zugrunde, so daß das
ausgegebene Meßsignal keine Temperaturabhängigkeit hat. Zur Ver
besserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des oben
beschriebenen Neigungssensors kann dieser in einer metallisier
ten Kunststoffstruktur aufgenommen werden, so daß sich der Hohl
körper mit den Flächenelektroden und gegebenenfalls die Auswer
teschaltung in einer leitfähigen Ummantelung befinden, die als
Faradaykäfig wirkt.
Claims (6)
1. Kapazitiver Neigungssensor mit
- - einem Hohlkörper (1) mit einem von einer elektrisch isolie renden Hohlraumwandung (2) definierten Hohlraum, in dem sich eine elektrisch leitende Flüssigkeit (3) befindet,
- - wenigstens einer ersten, einer zweiten und einer dritten Flächenelektrode (21, 22, 23), die von der Flüssigkeit (3) galva nisch getrennt an der Hohlraumwandung angeordnet sind, und
- - einer Auswerteschaltung (60), in welche die erste, zweite und dritte Flächenelektrode (21, 22, 23) eingeschleift sind, wo bei die Flüssigkeit (3) mit der ersten, zweiten und dritten Flä chenelektrode je einen ersten, zweiten und dritten Kondensator (21', 22', 23') bildet, dessen Kapazität (C1, C2, C3) von der Neigung des Hohlkörpers (1) abhängt,
- - die Flächenelektroden (21, 22, 23) so angeordnet sind, daß die Flächennormalen von wenigstens zwei der Flächenelektroden (21, 22, 23) in einem Winkel zueinander stehen, und
- - die Auswerteschaltung (60) so ausgelegt ist, daß sie die Differenzen zwischen den elektrischen Kapazitäten (C1, C2) der zu der ersten und zweiten Flächenelektrode (21, 22) gehörenden Kondensatoren (21', 22') und zwischen den elektrischen Kapazitä ten (C1, C3) der zu der ersten (21) und dritten (23) Flächen elektrode gehörenden Kondensatoren (21', 23') und in Abhängig keit davon die Neigung des Hohlkörpers (1) bestimmt.
2. Kapazitiver Neigungssensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Hohlkörper (1) als Polyeder ausgebildet ist und
- - die erste, zweite und dritte Flächenelektrode (21, 22, 23) jeweils an einer Seitenfläche des Polyeders angeordnet sind.
3. Kapazitiver Neigungssensor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Hohlkörper (1) als Prisma mit dreieckförmiger Grundflä che ausgebildet ist und
- - die erste, zweite und dritte Flächenelektrode (21, 22, 23) jeweils an einer Seitenfläche (41, 42, 43) des Prismas angeord net sind.
4. Kapazitiver Neigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet, daß
für den Hohlkörper (1) mit der elektrisch isolierenden Hohlraum
wandung (2) eine elektrisch leitende Ummantelung vorgesehen ist.
5. Kapazitiver Neigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Auswerteschaltung (60) zum Bestimmen der Differenzen zwi
schen den elektrischen Kapazitäten der zur ersten (21) und zwei
ten (22) Flächenelektrode und der zur ersten (21) und dritten
(23) Flächenelektrode gehörenden Kondensatoren (C1, C2, C3)
Schaltmittel (64, 65) vorgesehen sind, um wahlweise die zur ers
ten (21) und zweiten (22) oder ersten (21) und dritten (23)
Flächenelektrode gehörenden Kondensatoren (21', 22', 23') ent
sprechend einer kapazitiven Spannungsteilerschaltung in Reihe zu
schalten, wobei an die in Reihe geschalteten Kondensatoren eine
Wechselspannung angelegt, die Spannung zwischen den beiden in
Reihe geschalteten Kondensatoren über den zur verbleibenden Flä
chenelektrode gehörenden Kondensator abgegriffen und die abge
griffene Spannung einer Spannungsmeßeinrichtung (67, 68) zuge
führt wird.
6. Kapazitiver Neigungssensor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsmeßeinrichtung (68) auf phasenempfindliche Span
nungsmessung ausgelegt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19960089A DE19960089A1 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Kapazitiver Neigungssensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19960089A DE19960089A1 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Kapazitiver Neigungssensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19960089A1 true DE19960089A1 (de) | 2001-06-21 |
Family
ID=7932494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19960089A Withdrawn DE19960089A1 (de) | 1999-12-14 | 1999-12-14 | Kapazitiver Neigungssensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19960089A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005025908B3 (de) * | 2005-06-06 | 2006-11-09 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Kapazitiver Sensor zum Messen einer Messgrösse |
CN102683087A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-09-19 | 张文知 | 三向多点纳米导电液体开关及含该开关的平衡状态及各向倾角测定显示仪 |
CN116759683A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池单体、电解液液位高度测试方法、电池和用电装置 |
-
1999
- 1999-12-14 DE DE19960089A patent/DE19960089A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005025908B3 (de) * | 2005-06-06 | 2006-11-09 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Kapazitiver Sensor zum Messen einer Messgrösse |
CN102683087A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-09-19 | 张文知 | 三向多点纳米导电液体开关及含该开关的平衡状态及各向倾角测定显示仪 |
CN116759683A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池单体、电解液液位高度测试方法、电池和用电装置 |
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