DE2259849B2

DE2259849B2 - Anordnung zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer kapazitiven Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE2259849B2
Application number: DE2259849A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5030 Huerth Fassbender; Horst Dr. 5030 Hermuelheim Kraemer; Kurt Dr. 5000 Koeln Schmeiser
Original assignee: KNAPSACK AG 5033 HUERTH-KNAPSACK
Current assignee: KNAPSACK AG 5033 HUERTH-KNAPSACK
Priority date: 1972-12-07
Filing date: 1972-12-07
Publication date: 1974-11-14
Also published as: DE2259849A1; CH560383A5; DE2259849C3; NL7315325A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter bestimmten, aus einer Elektrode, einer Gegenelektrode, einem elektronischen Vorsatz und einem Verstärker bestehenden kapazitiven Meßeinrichtung.

Die kapazitive Meßeinrichtung ist ein verhältnismäßig einfaches und vielfältig einsetzbares Gerät zur Füllstandsmessung in Behältern. Das Meßprinzip beruht darauf, daß die Kapazität zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode gemessen wird, wobei im Falle eines metallischen Behälters dessen Wand die Gegenelektrode darstellt. Eine Kapazitätsveränderung liefert nach ihrer Eingabe in einen Verstärker ein Signal oder eine Anzeige. Taucht beispielsweise bei einer Höchststandmessung die Elektrode beim Steigen des Behälterstandes in das Füllgut ein, so erhöht sich die Kapazität zwischen Elektrode und Gegenelektrode sprunghaft. Eine sprunghafte Änderung der Kapazität erfolgt auch, wenn bei einer Tiefststandmcssung die Elektrode beim Sinken des Behälterstandes nicht mehr im Füllgut eintaucht. Schließlich ist auch eine kontinuierliche Messung von Behälterständen mit einer kapazitiven Meßeinrichtung möglich, wobei die kontinuierliche Änderung der Kapazität ein Maß für den jeweiligen Füllgutstand im liehälter ist.

Aus der deutschen Auslcgeschrift 1 HOl 772 ist cm Verfahren zur Eichung von kapazitiven Füllstandsmeßgeräten, welche aus einer am Behälter angebrachten Meßsonde, einer Kapazitätsmeßschaltung und einem Anzeigegerät bestehen, bekannt, wobei bei beliebigem Füllstand des Behälters das Anzeigegerät

'5 durch Verstellen des Leerabgleichwiderstandes auf den diesem Füllstand entsprechenden Wert eingestellt wird. Nach Einstellen des Potentials am Abgriff des Potentiometers durch Verstellen dieses Abgriffs auf den Wert des Potentials des Verbindungspunktes wird dann bei verändertem Füllstand des Behälters das Anzeigegerät durch Verstellen des Vollabgleichwiderstandes auf den diesem veränderten Füllstand entsprechenden Anzeigewert eingestellt.

In der Zeitschrift »automatik«, 1965, Seiten 495 bis 498, wird ein Gerät zur Füllstandsmessung nach der kapazitivep Methode beschrieben, bei welchem eine Elektrode vertikal von oben elektrisch isoliert in einen metallischen Behälter eingeführt ist. Das Meßgerät arbeitet mit einer Wheatston'sehen Brücke und weist darüber hinaus einen Oszillator, eine Pufferund Verstärkungsstufe, einen Hochfrequenzverstärker, einen Gleichrichter und ein Anzeigeinstrument auf.

Das in der Zeitschrift »Elektronik«, 1957. Seiten 360 bis 363, beschriebene Brennstoffmengen-Anzeigegerät mit kapazitivem Geber für Flugzeugtanks weist einen Meßkondensator auf, welcher aus drei konzentrisch zueinander angeordneten Zylindern besteht, wobei der innere und äußere Zylinder miteinander verbunden sind, während der mittlere Zylinder als Gegenelektrode dient. Dabei kann der innere Zylinder, um auch bei profilierten Tanks eine nahezu lineare Abhängigkeit zwischen Brennstoffmenge und Kapazität zu erzielen, in seinem Durchmesser entsprechend abgestuft sein. Der elektrische Teil der Mengenmeßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Meßbrücke mit Verstärker und einer Nachlaufsteuerung.

Kapazitive Meßeinrichtungen gelangen häufig an solchen Stellen in Produktionsverfahren zum Einsatz, bei denen die Betriebssicherheit unmittelbar mit bestimmten Behälterständen zusammenhängt, daher muß die Funktionsfähigkeit der kapazitiven Meßeinrichtung jeder Zeit gewährleistet sein, weswegen es

des öfteren einer Überprüfung bedarf, ob sich die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung durch den Angriff der Elektroden durch aggressive Medien oder durch Druck und Temperatur oder durch eventuelle Störungen im elektronischen Teil der Einrichtung nicht in unzulässigem Ausmaß verändert hat.

Bisher ist die Überprüfung von kapazitiven Meßeinrichtungen durch personelle Wartung vorgenommen worden. Wegen der damit verbundenen Kosten kann in der Regel eine solche Überprüfung nur in bestimmten, nicht zu kurzen Zeitabständen vorgenommen werden. Die Funktionsfähigkeit der kapazitiven Meßeinrichtungen im Zeitabschnitt zwischen zwei so notgedrungen verhältnismäßig weit auseinanderlie-

genden Überprüfungen ist deswegen bei personeller Wartung ungewiß.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer kapazitiven Meßeinrichtung zu schaffen, welche die Funktionsüberprüfung der gesamten Meßanordnung im Betrieb zu jedem beliebigen Zeitpunkt und in beliebiger Häufigkeit erlaubt und darüber hinaus konstruktiv einfach und betriebssicher ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, ¹⁽> daß zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ein Relaisschalter und ein abgleichbarer Prüf kondensator in Reihenschaltung angeordnet sind, und daß die Prüf kapazität des abgleichbaren Prüfkondensators zur Nachbildung eines Füllstandes zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode verwendet ist.

Die Anordnung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wahlweise noch dadurch gekennzeichnet sein, daß

a) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung bei Höchststand die Prüf kapazität zur Meßkapazität hinzugeschaltet ist;

b) zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Füllstandsmessung bei zugeschalteter Prüfkapazität die Meßkapazität abgetrennt ist;

c) die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung bei Niedrigststand ohne Zuschaltung der Prüfkapazität bei offener Meßleistung erfolgt;

d) die Prüfkapazität des abgleichbaren Prüfkondensators nach Anpassung an das jeweilige Medium fest eingestellt bleibt;

e) der Relaisschalter in Kunstharz eingegossen ist;

f) der abgleichbare Prüfkondensator in Kunstharz eingegossen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die automatische Überprüfung der Funktionstätigkeit der kapazitiven Meßeinrichtung zu beliebigen Zeiten. Die Anordnung ist mit geringem Aufwand auch an bereits installierte kapazitive Meßeinrichtungen unter Mitverwendung ihrer Melde- und Alarmeinrichtung anbringbar und dabei selbst so betriebssicher, daß eine Überprüfung durch personelle Wartung entbehrlich ist. Wegen der beliebig häufig wiederholbaren Prüfung wird darüber hinaus die Sicherheit in den mit kapazitiven Meßeinrichtungen bestückten Betriebsanlagen wesentlich erhöht.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine kapazitive Höchststand-Meßeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Überprüfungsanordnung,

F i g. 2 eine kapazitive Niedrigststand-Meßeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Überprüfungsanordnung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Überprüfungsanordnung für die Höchststand-' messung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Überprüfungsanordnung für die Niedrigststandmessung nach Fig. 2,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Überprüfungsanordnung für eine kontinuierliehe kapazitive Standmessung,

Fig. 6 bis 8 Draufsichten auf die Überprüfungsanordnungen nach den Fig. 3 bis 5.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist in einen metallischen Behälter IS, welcher mit Füllgut 16 gefüllt ist und als Gegenelektrode dient, eine Elektrode 2 hineingehängt. Elektrode 2 und Behälterwand 15 sind leitend mit einem elektronischen Vorsatz 1 der Meßeinrichtung verbunden.

Die Überprüfungseinrichtung 19 für Höchststandmessung nach Fig. 1 weist einen abgleichbaren Prüfkondensator 11 und einen Relaisschalter 9 auf, welche in Reihe geschaltet und mit der Elektrode 2 und der Gegenelektrode 15 leitend verbunden sind.

Die Überprüfungseinrichtung 19 für Niedrigststandmessung nach Fig. 2 besteht nur aus einem Relaisschalter 9, dessen Kontakt 18 sich öffnet, wenn die Spule 17 über die Anschlußklemme 10 mit Strom beaufschlagt wird. Der Relaisschalter 9 ist zwischen den elektronischen Vorsatz 1 und die Elektrode 2 geschaltet.

Die F i g. 3 und 6 zeigen die Überprüfungsanordnung 19 für die Höchststandmessung (vgl. Fig. 1). Eine Isolierplatte 5 ist von einer Befestigungsschraube 4 durchdrungen. Unterhalb der Isolierplatte 5 ist die Befestigungsschraube 4 konzentrisch von einem Distanzrohr 6 und einem Eingangskontakt 3 zum elektronischen Vorsatz 1 umgeben und mit dem oberen Ende der Elektrode 2 verschraubt. Auf der Isolierplatte 5 ist ein Relaisschalter 9, dessen Kontakt 18 durch Beaufschlagung der Spule 17 über die Anschlußklemme 10 mit Strom betätigbar ist, und ein abgleichbarer Prüfkondensator 11 befestigt. Die Elektrode 2 ist dabei über die Befestigungsschraube 4 mit dem Relaisschalter 9 leitend verbunden, während der abgleichbare Prüfkondensator 11 an den Relaisschalter 9 und an eine Befestigungslasche 12 angeschlossen ist, welche ihrerseits in den elektronischen Vorsatz 1 eingeschoben wird und über diesen mit der Gegenelektrode 15 (vgl. Fig. 1) in leitender Verbindung steht.

Die Fig. 4 und 7 zeigen die Überprüfungsanordnung 19 für die Niedrigststandmessung (vgl. Fig. T). Dabei ist auf einer Isolierplatte 5 eine obere Leiterbahn 13 und unter ihr eine untere Leiterbahn 14 angeordnet. Die Isolierplatte 5 ist von einer Befestigungsschraube 4 durchdrungen, auf welche in dem Bereich, in dem sie von einem Distanzrohr 6 und einem Eingangskontakt 3 zum elektronischen Vorsatz 1 konzentrisch umgeben ist, ein Isolierrohr 7 aufgezogen ist. Die Befestigungsschraube 4 ist im oberen Teil der Elektrode 2 verschraubt, wobei zwischen der Elektrode 2 und dem Eingangskontakt 3 eine Isolierscheibe 8 angeordnet ist. Auf der Isolierplatte 5 ist ein Relaisschalter 9 befestigt, dessen Kontakt 18 durch Beaufschlagung der Spule 17 über die Anschlußklemmen 10 mit Strom betätigbar ist. Die Überprüfungsanordnung 19 wird mit einer Befestigungslasche 12 in den elektronischen Vorsatz 1 eingeschoben. Der galvanische Stromverlauf geht von der Elektrode 2 über die Befestigungsschraube 4 zur oberen Leiterbahn 13, welche mit dem Relaisschalter 9 verbunden ist, zur unteren Leiterbahn 14, welche ebenfalls mit dem Relaisschalter 9 in leitender Verbindung steht, über das Distanzrohr 6 und den Eingangskontakt 3 zum elektronischen Vorsatz 1.

Die Fig. 5 und 8 zeigen die Überprüfungsanordnung 19 für die kontinuierliche Standmessung. Der Aufbau ist dem der F i g. 4 und 7 bis auf den zusätzlich auf der Isolierplatte 5 angeordneten abgleichbaren Prüfkondensator 11 analog. Darüber hinaus wird in

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diesem Fall ein Relaisschalter 9 mit Wechselkontakt, Zur Überprüfung wird der Spule 17 Strom zuge-

welches drei Anschlußklemmen aufweist, verwendet. führt, wodurch der Kontakt 18 geöffnet wird. Dadurch

Die dritte Anschlußklemme ist dabei mit dem ab- wird die elektrische Verbindung zwischen der Elek-

gleichbaren Prüfkondensator 11 leitend verbunden. trode 2 und dem elektronischen Vorsatz 1 unterbro-

der abgleichbare Prüfkondensator 11 ist weiterhin an 5 chen und ein Kapazitätsabfall zwischen Elektrode 2

eine Befestigungslasche 12 angeschlossen, welche ih- und Gegenelektrode 15 simuliert,
rerseits in den elektronischen Vorsatz 1 eingeschoben

wird und über diesen mit der Gegenelektrode in lei- ^c) Kontinuierliche Standmessung

tender Verbindung steht. (^vß^{L Fl}8- ^{5 und 8})

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Über- »° Zur Überprüfung wird der Spule 17 Strom zugeprüfungsanordnung für die verschiedenen Anwen- führt, wodurch der Kontakt 18 in leitender Verbindungsfälle ist wie folgt: dung zwischen der oberen und der unteren Leiterbahn

(13,14) aufhebt und die Verbindung zwischen unterer

A) Hochststandmessung Leiterbahn 14 und dem abgleichbaren Prüfkondensa-

(vgl. Fi g. 1, 3 und 6) _{15 tor n} herstellt. Auf diese Weise wird die durch Elek-

Zur Überprüfung wird die Stromzufuhr zur Spule trode 2 und Gegenelektrode 15 festgelegte, je nach

17 unterbrochen, wodurch der Kontakt 18 abge- Standhöhe des Füllgutes unterschiedliche Kapazität

schlossen wird. Damit wird der abgleichbare Prüf kon- durch eine bestimmte Kapazität des abgleichbaren

densator 11 zwischen Elektrode 2 und Gegenelek- Prüfkondensators 11 ersetzt.

trode 15 zugeschaltet. Der abgleichbare Prüfkonden- *° Die öffnung bzw. die Schließung des die Spule be-

sator 11 ist dabei so eingestellt, daß er der aufschlagenden Stromkreises zur Durchführung der

Kapazitätszunahme entspricht, die auftritt, wenn die Überprüfung wird zweckmäßigerweise in konstanten

Elektrode 2 in das Füllgut 16 eintaucht. Zeitabständen durch ein Zeitrelais eingeleitet. Das

. Prüfungsergebnis kann mit Hilfe einer Dokumenta-

B) Niedngststandmessung _a5 tionseinrichtung, beispielsweise durch einen Signal-

(vgl. Fig. 2, 4 und 7) schreiber, aufgezeichnet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer zur Messung eines Füllstandes in einen Behälter bestimmten, aus einer Elektrode, einer Gegenelektrode, einem elektronischen Vorsatz und einem Verstärker bestehenden kapazitiven Meßeinrichtung, dadurch gckennzeich net, daß zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (15) ein Relaisschalter (9) und ein abgleichbarer Prüfkondensator (11) in Reihenschaltung angeordnet sind, und daß die Prüfkapazität des abgleichbaren Prüfkondensators (11) zur Nachbildung eines Füllstandes zwischen der Elektrode (2) und der Gegenelektrode (15) verwendet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung bei Höchststand die Prüfkapazität zur Meßkapa/ität hinzugeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Füllstandsmessung bei zugeschalteter Prüikapazität die Meßkapazität abgetrennt ist.

4. Anordnung nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung bei Niedrigststand ohne Zuschaltung der Prüfkapazität bei offener Meßleitung erfolgt.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkapazität des abgleichbaren Prüfkondensators (11) nach Anpassung an das jeweilige Medium fest eingestellt bleibt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisschalter (9) in Kunstharz eingegossen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgleichbare Prüfkondensatpr (11) in Kunstharz eingegossen ist.