DE2255861C3 - Vorrichtung zum Nachweis des Vorhandenseins dielektrischer Eigenschaften oder zum Nachweis einer Änderung dielektrischer Eigenschaften von Körpern unter Verwendung einer Hochfrequenzspannungsquelle - Google Patents
Vorrichtung zum Nachweis des Vorhandenseins dielektrischer Eigenschaften oder zum Nachweis einer Änderung dielektrischer Eigenschaften von Körpern unter Verwendung einer HochfrequenzspannungsquelleInfo
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Description
weis des Vorhandenseins dielektrischer Eigenschaften oder zum Nachweis einer Änderung dielektrischer
Eigenschaften fester, flüssiger oder gasförmiger Körper (Prüflinge) unter Verwendung einer Hochfrequenzspannungsquelle.
Eine derartige, auf induktiver Basis arbeitende Vorrichtung beschreibt die FR-PS 13 78 896. Der
genaue Schaltungsaufbau dieser Vorrichtung ist nicht bekannt Diese Vorrichtung kann darüber hinaus nur bei
solchen Prüflingen verwendet werden, in denen sich
eine Induktion erzielen läßt, d. h. in erster Linie bei
eisenhaltigen Festkörpern. Der Anwendungsbereich dieser Vorrichtung ist daher begrenzt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die
zuverlässig arbeitet und mit der das Vorhandensein beziehungsweise die Änderungen dielektrischer Eigenschaften fester, flüssiger oder gasförmiger Körper
nachgewiesen werden kann. Insbesondere soll die Vorrichtung nach der Erfindung für flüssige Prüflinge
geeignet sein, beispielsweise für den Nachweis der Anwesenheit von Quecksilber in einem Thermometer,
von Öl in einem Manometer und dergleichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine erste Diode und einen ersten
Widerstand, die in Serie geschaltet sind, durch eine zweite Diode und einen zweiten Widerstand, die
ebenfalls in Serie geschaltet sind, wobei beide Dioden mit einem ersten Verbindungspunkt verbunden sind, der
mit der Hochfrequenzspannungsqueüe für eine modu
lierte Hochfrequenz verbunden ist, .so daß die Dioden im
Betrieb elektrische Signale beider Vorzeichen von diesem Verbindungspunkt durchlassen; ferner durch
einen ersten Kondensator, dessen eine Platte mit einem zweiten Verbindungspunkt verbunden ist, der zwischen
der ersten Diode und dem ersten Widerstand liegt, durch einen zweiten Kondensator, dessen eine Platte
mit einem dritten Verbindungspunkt zwischen der zweiten Diode und dem zweiten Widerstand verbunden
ist, des wetteren durch einen dritten Kondensator, der
mit einem vierten Verbindungspunkt verbunden ist, der
zwischen beiden Widerständen liegt, und mit einem ersten Ausgangspunkt, durch eine Rückleitung, die mit
einem zweiten Ausgangspunkt verbunden ist und an der die anderen Platten des ersten und zweiten Kondensa
tors liegen und die im Betrieb mit der Wechselspan
nungsquelle verbunden ist, durch einen Lastwiderstand, der mit dem vierien Verbindungspunkt und der
Rückleitung verbunden ist, wobei beide Widerstände und beide Kondensatoren so dimensioniert sind, daß im
Betrieb bei Vorhandensein des Prüflings nahe dem ersten Kondensator ein erstes Aüsgängssignäl an den
Ausgängen erzeugt wird, und daß bei Nichtvorhandensein des Prüflings oder bei einer Änderung in den
dielektrischen Eigenschaften des Prüflings ein zweites
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet somit kapazitiv. Die Ausgangssignale werden gegebenenfalls
entsprechend weiterverarbeitet, beispielsweise einer
Alarmeinriehuing, einer Steuerung oder einem Zähler
zugeleitet. Pie Vorrichtung ist kompakt aufgebaut und kann beispielsweise in einem Klemmsitz an einem Rohr
oder dergleichen befestigt werden, ohne gesondert gestutzt werden zu müssen. Zusätzliche Induktionsspulen
sind nicht notwendig.
Beide Dioden können thermionische Dioden, Halbleiterdioden oder andere geeignete Dioden beziehungsweise
SchaItungRanordnungen sein, die damit äquivalent
sind und die Strom gleichrichten, Halbleiterdioden werden bevorzugt · und von diesen insbesondere
Germaniumdioden, weil sie eine geringe Shuntkapazität haben.
Die Unteransprüche kennzeichnen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Der Widerstandswert beider Widerstände hängt von den Werten der anderen Bauelemente in der Schaltung
und von ihren Bedingungen im Betrieb ab. Beispielsweise sind Widerstände in der Größenordnung von 0,2 bis
03 Megohm bei einer Wechselspannung von 200 Volt
Spitze-Spitze geeignet. Es wird bevorzugt, wenn beide Widerstände im wesentlichen gleiche Widerstandswerte
haben.
In gewissem Maße hängt die Konstruktion des ersten Kondensators vom Verwendungszweck der Vorrichtung
ab. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine Metallklammer als die eine Platte des ersten Kondensators
verwendet wird, die mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten Diode und dem ersten Widerstand
verbunden ist Eine derartige Klammer kann an ein Rohr angeklemmt werden, und die Vorrichtung kann
dann verwendet werden, um die Bewegung eines Meniskus in dem Rohr nachweisen. Sie kann auch für
eine Vielzahl von anderen Verwendungszwecken angewendet werden. Die andere Platte des ersten
Kondensators kann, falls es sie gibt, mit der Schaltungsanordnung verbunden werden, oder sie wird direkt
geerdet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich beide Dioden, beide Widerstände und beide
Kondensatoren in einer metallischen Abschirmung. Vorzugsweise ist die Abschirmung geerdet und bildet
die andere Platte des ersten Kondensators.
Es wurde gefunden, daß die Vorrichtung auch dann arbeitet, wenn der erste Kondensator nur eine Platte
hat. Die Gründe hierfür sind nicht ganz klar; es ist jedoch wahrscheinlich, daß die umgebende Atmosphäre
oder benachbarte Objekte als geerdete zweite Platte des Kondensators wirken. Im allgemeinen wird es
jedoch bevorzugt, wenn dar erste Kondensator zwei
Platten hat, weil die Empfindlichkeit der Vorrichtung bei Verwendung nur einer Platte verringert wird.
Der zweite Kondensator kann eine geeignete feste Kapazität haben; vorzugsweise ist er jedoch variabel, so
daß er als Trimmer ausgebildet ist. Eine variable Kapazität kann so eingestellt werden, daß ein
gewünschtes erstes Ausgangssignal abgegeben wird. Die Kapazität des zweiten Kondensators hängt von den
Daten der anderen Bauelemente der Schaltung ab. Ein Kondensator, dessen Kapazität zwischen 0,5 und 3 pF
liegt, genügt für viele Anwendungen. Die zweite Platte des Kondensators kann mit der Schaltungsanordnung
zwischen dem Belastungswiderstand und der Spannungsquelle verbunden sein, oder sie ist geerdet.
Die Kapazität des Blockierungskondensators für den Gleichstrom ist nicht kritisch; Werte zwischen 0,4 und
0,6 mF reichen für viele Ar;!iendungsfälle aus.
Der Widerstandswert des Belastungswiderstandes hängt wiederum von den Werten der anderen
Bauelemente ab. Er liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und J1O Megohm, Dieser Widerstandswert
kann also von einem einzigen, festen Widerstand von beispielsweise 0,2 bis 0,6 Megohm erhalten werden oder
von einem einzigen festen Widerstand von beispielsweise 0,1 Megohm, der in Serie mit einem Potentiometer
liegt, dessen Abgriffe zwischen 0,1 und 0,5 Megohm liegen. Wird ein Potentiometer als Widerstand oder Teil
des Widerstandes verwendet, so kann die Amplitude des Ausgangssignals eingestellt werden.
Der Blockierungskondensator und der Lasxwiderstand können sich ebenfalls innerhalb der Abschirmung
befinden. Wird die Vorrichtung jedoch mittels einer Klammer oder dergleichen an einem Rohr montiert, so
kann das Gewicht der Abschirmung mit Inhalt wichtig sein. In diesem Fall wird der Blockierungskondensator
und der Lastwiderstand am besten in einem getrennten Gehäuse montiert, und zwar vorzugsweise mit Bauelementen
der modulierten, hochfrequer-'-m Wechselspannungsquelle.
Im Betrieb ist die Vorrichtung mit einer modulierten, hochfrequenten Wechselspannung verbunden. Deren
Spannung ist nicht kritisch; eine Spannung zwischen 200 bis 250 Volt Spitze-Spitze ist für die meisten Anwendungsfälle
richtig. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung wächst mit wachsender Frequenz. Bei sehr hohen
Frequenzen ergeben sich jedoch Shunt-Kapazitäten und Streukapazitäten. Die ausgewählte Frequenz ist
jo daher in gewissem Maße ein Kompromiß. Frequenzen von 150 bis 250 kHz werden bevorzugt Die Spannungsquelle wird einer beliebigen niederfrequenten Spannung
moduliert, beispielsweise mit 50 Hz, d. h. mit Netzspannung.
Das Ausgangssignal liegt in Form elektrischer Impulse vor. Diese Impulse können mit einem
Wechselstrom- oder Impulsverstärker verstärkt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Impulse verglichen
mit kontinuierlichen Ausgangssignalen bekannter Vorrichtungen ist darin zu sehen, daß die Temperaturdrift
vermieden wird, die bei Gleichspannungsverstärkern auftritt.
Die, vorzugsweise verstärkten, Ausgangssignale werden einer geeigneten Einrichtung zugeführt, beispielsweise
einer Alarm-, Kontroll-, Zähl- odei Wiedergabeanlage.
Die Ausgangssignale können also verwendet werden, um das Flüssigkeitsniveau in einem Rohr zu
kontrollieren, um die Anzahl von Kristallen oder Körnern zu zählen, die an der Vorrichtung vorbeifallen,
die Anzahl von Objekten, die an der Vorrichtung vorbeigefördert werden, oder die Vorrichtung kann
verwendet werden, um Abänderungen in den dielektrischen Eigenschaften eines Gases oder eines anderen
Körpers nachzuweisen, beispielsweise um diese Änderungen aufzuzeichnen, wiederzugeben oder zu zählen.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltdiagramm einer Schaltanordnung einer Vorrichtung η :ch der Erfindung;
Fig.2 eine Draufsicht auf einen Fühlkopf einer
Vorrichtung nach der Erfindung;
F i g. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung Λ von F i g. 2,
wobei der Fühlkopf an einem Thermometer befestigt ist.
In den Zeichnungen werden dieselben Elemente mit denselben Bezugszifftm bezeichnet.
Zuerst wird F i g. 1 erläutert. Dort ist eine erste Diode D1 gezeigt, die in Serie mit einem Widerstand R 1 liegt.
Diese Serienschaltung ist parallel zu einer anderen
Serienschaltung mit einer zweiten Diode D 2 und einem zweiten Widerstand R 2 geschaltet. Die Dioden D 1 und
D 2 können so geschaltet sein, daß sie den Strom in der angedeuteten Richtung passieren lassen. Sie können
aber auch beide umgedreht werden, so daß der Strom in der entgegengesetzten Richtung durchgeht. Der Verbindungspunkt
zwischen den Dioden ist mit einem ersten Anschluß Π verbunden.
Ein Fühlkondensator Cl ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Widerstand R 1
«inerseits und mit einem zweiten Anschlußpunkt 7"2 sowie einem dritten Anschlußpunkt 7"3 über eine
Rückkehrschaltung RC verbunden. Ein variabler Kondensator C2 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen
der Diode D2 und dem Widersland R2 einerseits und
der Rückkehrschaltung /?Candererseits verbunden.
Ein Blockierungskondensator C3 für Gleichspannung ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen
R\ und R 2 und einem vierten Anschluß 7"4
verbunden. Ein Lastwiderstand K 3 ist mit einer Verbindung zwischen den Widerständen RX und R 2
und dem Kondensator C3, sowie mit der Rückkehrschaltung oder Rückleitung flCverbunden.
Die Rückleitung RC kann, wie dargestellt, geerdet
werden, wenn dies erwünscht ist.
Im Betrieb werden die Anschlüsse Ti und T2 mit
einer Spannungsquelle S für eine modulierte Hochfrequenz verbunden. Die Anschlüsse 7"3 und TA werden
mit einem Impulsverstärker A oder mit einer anderen geeigneten Nachweisanordnung verbunden.
Der Fühlkopf umfaßt eine geerdete Abschirmung 1 (vgl. Fig. 2 und 3), die als Gehäuse die in den
gestrichelten Linien in Fig. 1 befindlichen Bauelemente aufnimmt. Die Bauelemente, außer dem Kondensator
Cl. sind in Harz 2 eingebettet. Eine elastische Klammer 3, etwa nach Art einer Wäscheklammer, die im festen
Harz 2 montiert ist, bildet die Fühlerplatte des ersten Kondensators Cl von Fig. I, und die Abschirmung
bildet die andere Platte. Ein Drehknopf 4 erstreckt sich von der Rückseite der Abschirmung 1, um die
Einstellung des variablen Kondensators C2 der Fig. 1
zu steuern. Ein Koaxial-Kabel 5 verbindet die in der
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/-\LO\-MII MlUlIg I \.l I Ig 1.3X-I IIU33\.I IC *J\. I I Ul IU I Ig HIIt UCtI
anderen Bauelementen der Schaltung, die in geeigneter Weise in einer getrennten, nicht gezeigten Einheit
vorgesehen sind, die vorzugsweise auch einen Impulsverstärker und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung
einer modulierten Hochfrequenz aufnimmt.
Um die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung an einem Thermometer 6 zu verwenden, um dort einen
Temperaturanstieg über eine maximale Einstellung anzuzeigen, wird die Vorrichtung mit dem Verstärker A
(Fig. 1) und mit der Spannungsquelle 5für modulierte
Hochfrequenz verbunden. Der Fühlkopf wird am Thermometer 6 über seine Klammern 3 montiert, und
zwar an einem Punkt am Thermometer, wo sich keine
ίο Flüssigkeit im Thermometer befindet. Der Einstellknopf
4 wird so eingestellt, daß das gewünschte Ausgangssignal erzeugt wird (vorzugsweise im wesentlichen gleich
Null). Der Fühlkopf wird anschließend bewegt, so daß die Klammer die gewünschte maximale Temperaturein-
ii stellung umgibt. Steigt die Temperatur über das
gewünschte Maximum an, so ändert die Flüssigkeit im Thermometer das Gleichgewicht der Schaltung, wodurch
ein Ausgangssignal geändert oder erzeugt wird, das vom Verstärker verstärkt wird.
2n Das verstärkte Signal kann einer optischen oder akustischen Alarmanlage zugeführt werden, und/oder
es wird einer Steuereinrichtung zugeleitet, die beispielsweise ein Heizsystem steuert oder regelt.
In ähnlicher Weise kann die Vorrichtung verwendet
werden, um Änderungen in Flüssigkeitsniveaus in anderen Röhren, beispielsweise in Manometern, nachzuweisen.
Die beschriebene Vorrichtung kann auch ohne Abändeitingen dazu verwendet werden, um Flüssigkeitsniveaus
in größeren Behältern nachzuweisen. In diesem Fall wird das offene Ende der Fühlanordnung
gegen die Behälterwand gepreßt.
Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, um sich bewegende Objekte zu zählen. Die Fühlerplatte
wird dabei mit ihrem offenen Ende der Bahn der sich bewegenden Objekte benachbart angeordnet. Wenn
dann ein Objekt am Fühlkopf vorbeigeht, gelangt die Schaltung außer Gleichgewicht und erzeugt ein
Ausgangssignal. Dies kann verstärkt und einer Zähleinrichtung zugeführt werden, oder bei Wunsch auch einer
anderen Wiedergabeeinrichtung.
Im vorstehenden wurde von einer Rückleitung oder
*3\.n<iiLuiig9aiiiHuriÜM5 gcäpi'üCucn. nt UCiUCII rauen tat
die Rückleitung RC in Fig. 1 gemeint, die den Kondensator C2 mit Erde und mit den Anschlüssen T2
und 7"3 verbindet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Nachweis des Vorhandenseins
dielektrischer Eigenschaften oder zum Nachweis einer Änderung dielektrischer Eigenschaften fester,
flüssiger oder gasförmiger Körper (Prüflinge) unter Verwendung einer Hochfrequenzspannungsquelle,
gekennzeichnet durch eine erste Diode (D 1) und einen ersten Widerstand (R i), die in Serie
geschaltet sind, durch eine zweite Diode (D 2) und einen zweiten Widerstand (R 2), die ebenfalls in
Serie geschaltet sind, wobei beide Dioden (D 1, D 2)
mit einem ersten Verbindungspunkt verbunden sind, der mit der Hochfrequenzspannungsquelle (S) für
eine modulierte Hochfrequenz verbunden ist, so daß die Dioden im Betrieb elektrische Signale beider
Vorzeichen von diesem Verbindungspunkt durchlassen; ferner durch einen ersten Kondensator (Ci),
dessen eine Platte mit einem zweiten Verbindungspunkt verbunden ist, der zwischen der ersten Diode
(D 1) und deiB ersten Widerstand (R 1) liegt, durch
einen zweiten Kondensator (Ci), dessen eine Platte mit einem dritten Verbindungspunkt zwischen der
zweiten Diode (D 2) und dem zweiten Widerstand (R 2) verbunden ist, des weiteren durch einen dritten
Kondensator (C3), der mit einem vierten Verbindungspunkt verbunden ist, der zwischen beiden
Widerständen (R 1, R2) liegt, und mit einem ersten Ausgangspunkt (TA), durch eine Rückleitung (RC),
die mit einem zweiten Ausgangspunkt (T3) verbunden ist und an der die anderen Platten des ersten und
zweiten Kondensators liegen und die im Betrieb mit der Wechseispannungsquelle <S) verbunden ist,
durch einen Lastwidersunri (Λ3), der mit dem
vierten Verbindungspunkt und de- Rückleitung (RC) verbunden ist wobei beide Widerstände und beide
Kondensatoren so dimensioniert sind, daß im Betrieb bei Vorhandensein des Prüflings nahe dem
ersten Kondensator (Ci) ein erstes Ausgangssignal an den Ausgängen (T3, T 4) erzeugt wird, und daß
bei NichtVorhandensein des Prüflings oder bei einer Änderung in den dielektrischen Eigenschaften des
Prüflings ein zweites Ausgangssignal an den Ausgängen (T3, TA) erzeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (Di, D 2) gleiche
Charakteristiken haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Widerstände (Ri, R 2)
denselben Widerstandswert haben.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallklammer
(3) als die eine Platte des ersten Kondensators verwendet wird, die mit dem Verbindungspunkt
zwischen der ersten Diode (Di) und dem ersten Widerstand (R 1) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dioden (Di,
D 2), beide Widerstände (Ri, R 2) und beide Kondensatoren (Ci, C2) in einer metallischen
Abschirmung (1) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (1) geerdet ist und die
andere Platte des ersten Kondensators (C i) bildet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (C2) variabel ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand
(R 3) durch ein Potentiometer gebildet wird, dessen Ansehlußpwnkte zwischen 0,1 und 0,5 Megohm
liegen.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| GB5303071A GB1403720A (en) | 1971-11-16 | 1971-11-16 | Device |
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|---|---|
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| GB (1) | GB1403720A (de) |
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