DE2744820A1

DE2744820A1 - Kapazitiver messwertaufnehmer

Info

Publication number: DE2744820A1
Application number: DE19772744820
Authority: DE
Inventors: Werner Rottmar
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1979-04-19
Also published as: SE442783B; JPS5489660A; SE7810417L; GB1586418A; FR2405470B1; DE2744820C3; CH634652A5; IT1099223B; NL7809600A; IT7828307A0; US4245188A; DE2744820B2; JPS5952423U; FR2405470A1

Description

Patentanwälte
E. Prinz ~ Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 ^" ' ^^Ö'U

8 München 60

Endress u. Hauser GmbH u. Co. 5. Oktober 1977 Hauptstraße 1 7867 Maulburg

Unser Ze ic hem E 923 Kapazitiver Meßwertaufnehmer

Sie Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Meßwertaufnehmer zur Feststellung des Füllstands in einem Behälter, mit einer Sondenelektrode, die mit einer die zugehörige elektronische Schaltung tragenden Leiterplatte zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, die an einem mit einem äußeren Isoliermantel versehenen Kabel im Behälter aufgehängt ist.

Kapazitive Meßwertaufnehmer dieser Art dienen zur Erfassung von festgelegten Füllständen in Behältern. Sie werden zu diesem Zweck an dem Kabel oder auch an einem zusätzlichen Tragseil im Innern des Behälters so aufgehängt, daß sie sich in der Höhe des zu erfassenden Füllstands befinden. Wenn das Füllgut im Behälter die Sondenelektrode erreicht,

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ändert sich deren Kapazität, und die Kapazitätsänderung wird als Anzeige für den Füllstand ausgenutzt. Wenn der kapazitive Meßwertaufnehmer zur Feststellung eines minimalen Grenzstands dient, ist er im Normalfall dauernd von dem Füllgut bedeckt, und er zeigt die Kapazitätsänderung an, die eintritt, wenn die Sondenelektrode nicht mehr in das Füllgut eintaucht.

Bei einem aus der BT-AS 1 673 841 bekannten kapazitiven Meßwertaufnehmer dieser Art ist die die elektronische Schaltung tragende Schaltungsplatte in einem Kunststoffrohr angebracht, das an der die Sondenelektrode enthaltenden Stirnseite durch eine Schutzschicht aus aufgegossenem Kunststoff verschlossen ist, während auf das mit dem Ende des Kabels verbundene Ende des Kunststoffrohres eine Kappe aufgeklebt ist. Ferner ist auf der Außenseite des Kunststoffrohres ein sioh über einen Teil seiner Länge erstreckender metallischer Schutzring aufgeschoben. Bei dieser Ausbildung des Meßwertaufnehmers bestehen an der Außenseite an den Verbindungsstellen zwischen den verschiedenen Teilen der Umhüllung Fugen und Ritzen, die Angriffsstellen bilden, wenn der kapazitive Meßwertaufnehmer in Behältern mit aggressiven Medien eingesetzt wird, oder an denen sich Bakteriennester bilden können, wenn der kapazitive Meßwertaufnehmer zur Feststellung des Füllstands von Lebensmitteln verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines kapazitiven Meßwertaufnehmers der eingange angegebenen Art, der bei einfacher Herstellung vollkommen isoliert und gegen mechanische und chemische Einwirkungen geschützt ist, und keine Angriffsstellen für aggressive Medien oder für die Bildung von Bakteriennestern aufweist.

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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Schaltungsplatte in einem Metallrohr untergebracht ist, das am einen Ende mit einem hohlen Isolierkörper verbunden ist, der an dem dem Metallrohr abgewandten Ende die Sondenelektrode trägt, die mittels eines durch das hohle Innere des Isolierkörpers verlaufenden Drahtes mit der Schaltungsplatte verbunden ist, die ihrerseits am entgegengesetzten Ende des Metallrohres mit den Leitern des Kabels verbunden ist, und daß die aus der Sondenelektrode, dem Isolierkörper und dem Metallrohr bestehende starre Baugruppe zusammen mit dem Endabschnitt des Kabels mit einer zusammenhängenden homogenen Umhüllung aus Isoliermaterial überzogen ist.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten kapazitiven Meßwertaufnehmer gibt es an der Außenseite keine Verbindungsstellen zwischen verschiedenen Einkapselungsteilen und somit auch keine Fugen oder Ritzen, die Angriff sstellen für aggressive Medien oder Ansatzpunkte für die Bildung von Bakteriennestern bilden können. Der kapazitive Meßwertaufnehmer ist gegenüber der Umgebung vollständig isoliert und gut gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Ferner ergibt die Umhüllung eine gute mechanische Verbindung zwischen dem Kabel und dem Meßwertaufnehmer. Das die elektronische Schaltung umgebende Metallrohr bietet einen ausgezeichneten Schutz gegen äußeren Druck und andere mechanische Einwirkungen und kann zugleich als Abschirmung dienen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Besohreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist. Diese Figur zeigt einen axialen Schnitt durch einen kapazitiven Meßwertaufnehmer nach der Erfindung.

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Der in der Zeichnung dargestellte kapazitive Meßwertaufnehmer 1 ist am Ende eines elektrischen Anschlußkabels 2 angebracht, durch das er beispielsweise an der Decke eines Behälters so aufgehängt ist, daß er sich im Behälter in der Höhe eines zu erfassenden Füllstands befindet. An dem dem Kabel 2 abgewandten Ende des Meßwertaufnehmers befindet sich die eigentliche kapazitive Sonde 3, die durch eine topfförmige metallische Elektrode 4 gebildet ist, welche die offene Stirnseite und den sich anschließenden Abschnitt der Mantelfläche eines hohlen, zylindrischen Isolierkörpers 5 bedeokt. Die Sondenelektrode 4 ist über einen durch das hohle Innere des Isolierkörpers 5 verlaufenden dünnen Metalldraht 6 mit der zugehörigen elektronischen Schaltung verbunden, die auf einer Schaltungsplatte angebracht ist, die in üblicher Weise gedruckte Leiter und aufgelötete Schaltungselemente trägt. Die Schaltungsplatte ist in einem Metallrohr 8 untergebracht, das vorzugsweise aus Stahl besteht. Das Metallrohr 8 ist auf der Innenseite und auf der Außenseite mit einer Isolierschicht 9 bedeckt, die insbesondere die erforderliche Isolation gegenüber den Bestandteilen der elektronischen Schaltung ergibt.

An dem der Sondenelektrode 3 zugewandten Ende ist an dem Metallrohr 8 ein Gewindeabschnitt 10 gebildet, auf den das mit einem entsprechenden Innengewinde versehene hintere Ende des Isolierkörpers 5 aufgeschraubt ist. Wie zu erkennen ist, endet die Sondenelektrode 4 in beträchtlichem Abstand von dem zugewandten Ende des Metallrohrs 8.

An dem dem Kabel 2 zugewandten Ende des Metallrohrs 8 ist ein topfförmiger metallischer Absohlußdeckel 11 angebracht, durch den die elektrischen Leiter 12 des Kabels 2, die für die Stromversorgung der elektronischen Schaltung und die Übertragung der Meßwertsignale dienen, hindurchgeführt sind.

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Der Isolierkörper 5 besteht aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polyamid hoher Druckfestigkeit und bildet zusammen mit dem Metallrohr 8 und der Sondenelektrode 4 eine starre, vollkommen gekapselte Baugruppe. Diese Baugruppe ist zusammen mit dem Endabschnitt des Kabels 2 mit einer zusammenhängenden, vollständig homogenen Umhüllung 13 aus Kunststoff überzogen, die vorzugsweise durch Umspritzen aufgebracht ist. Diese Umhüllung bedeckt das Metallrohr 8, die Sondenelektrode 4 und den dazwischenliegenden Abschnitt des Isolierkörpers 5 in Form einer Schicht von etwa 3-6 mm Dicke und bildet in dem den Endabschnitt des Kabels 2 umgebenden Bereich einen alle Zwischenräume ausfüllenden massiven Körper. Als Material für die Umhüllung 13 wird vorzugsweise der gleiche Werkstoff verwendet, der auch die Isolierschicht 9 des Metallrohres und den äußeren Isolieriaantel 14 des Kabels bildet; ein besonders geeigneter Werkstoff ist Polyäthylen.

Die Herstellung des Meßwertaufnehmers 1 geschieht vorzugsweise in folgender Weise: Zunächst wird das Metallrohr 8 an der Innenseite und an der Außenseite mit einer Schicht aus Polyäthylen umspritzt. Die Schaltungsplatte 7 wird mit den durch den Metalldeckel 11 geführten Leitern 12 des Kabels 2 verbunden und in das Innere des umspritzten Metallrohres 8 eingebracht. Dann wird der topfförmige Metalldeckel 11 am Ende des Metallrohres 8 befestigt.

Der nächste Arbeitsgang besteht darin, daß die Sondenelektrode 4, die bereits mit dem Metalldraht 6 verbunden ist, über den unteren Teil des Isolierkörpers 5 geschoben wird. Anschließend wird der Metalldraht 6 an die Schaltungsplatte 7 angeschlossen und der Isolierkörper 5 auf den Gewindeabschnitt 10 des Metallrohres 8 aufgeschraubt.

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Die aus der Sonde 3 und dem Metallrohr 8 bestehende und mit dem Kabel 2 verbundene Baugruppe wird dann in ein Spritzwerkzeug eingebracht und bei einer Temperatur von 270° C mit der zusammenhängenden homogenen Umhüllung 13 aus Polyäthylen umspritzt. Bei diesem Vorgang verbindet sich das aufgespritzte Polyäthylen mit der auf die Außenseite des Metallrohres 8 aufgebrachten Polyäthylenschicht und mit dem gleichfalls aus Polyäthylen bestehenden Isoliermantel 14 des Kabels 2 in einer praktisch nahtlosen Verbindung. Durch geeignete Bemessung der Dauer des Spritzvorgangs wird erreicht, daß der größte Teil der infolge der Spritztemperatur von 270° C zugeführten Wärme wieder nach außen abgeführt wird, so daß die empfindlichen elektronischen Bauteile im Innern des Metallrohres 8 nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Das auf diese Weise erhaltene fertige Gebilde ist durch die Umhüllung 13 vollkommen isoliert, gegen mechanische Beschädigungen geschützt und fest mit dem Kabel 2 verbunden. Die Umhüllung ist vollkommen fugenlos, so daß keine Angriffsstellen für aggressive Medien vorhanden sind und, falls der Meßwertaufnehmer in Verbindung mit Lebensmitteln verwendet wird, keine Gefahr der Bildung von Bakteriennestern besteht.

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L e e r s e 11 e

Claims

Patentanwälte Dipt.-Ing. Otpl.-Chem. DipL-lng. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 : ' ί 4 8 München 60 Endress u. Hauser GmbH α. Co. 5. Oktober 1977 Hauptstraße 1 7867 Maulburg _ Unser Zeichen; E Patentansprüche

1. Kapazitiver Meßwertaufnehmer zur feststellung des Füllstands in einen Behälter, mit einer Sondenelektrode, die mit einer die zugehörige elektronische Schaltung tragenden Schaltungsplatte zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, die an einem mit einem äußeren Isoliermantel versehenen Kabel im Behälter aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte in einem Metallrohr untergebracht ist, das am einen Ende mit einem hohlen Isolierkörper verbunden ist, der an dem dem Metallrohr abgewandten Ende die Sondenelektrode trägt, die mittels eines durch das hohle Innere des Isolierkörpers verlaufenden Drahtes mit der Schaltungsplatte verbunden ist, die ihrerseits am entgegengesetzten Ende des Me ta Hr ohr es ait den Leitern des Kabels verbunden 1st, und daß die aus der Sondenelektrode, dem Isolierkörper und dem Metallrohr bestehende starre Baugruppe zusammen mit dem Endabschnitt des Kabels mit einer zusammenhängenden homogenen Umhüllung aus Isoliermaterial überzogen ist.

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2. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr an dem dem Kabel zugewandten Ende durch einen Metalldeckel verschlossen ist, durch den die Leiter des Kabels hindurchgeführt sind.

3. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr auf der Innenseite und auf der Außenseite mit einer Isolierschicht überzogen ist.

4. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus dem gleichen Isoliermaterial wie der Isoliermantel des Kabels und die Isolierschicht des Metallrohrs besteht.

5. Kapazitiver Meßwertaufnehmer naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial Polyäthylen ist.

6. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch Umspritzen aufgebracht ist.

7. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Isolierkörper aus Polyamid besteht.

8. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenelektrode topfförmig ist und die geschlossene Stirnseite den aioh anschließenden Bereich der Mantelfläche des hohlen Isolierkörpers bedeckt, und daß der Rand der topfförmigen Sondenelektrode im Abstand von dem ihm zugewandten Ende des Metallrohres liegt.

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9. Kapazitiver Meßwertaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Isolierkörper mit dem Ende des Metallrohres durch Yerschrauben verbunden ist.

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