DE2755517A1 - Kapazitive vorrichtung zur messung eines fluessigkeitspegels - Google Patents

Kapazitive vorrichtung zur messung eines fluessigkeitspegels

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DE2755517A1
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Daniel Ira Pomerantz
Louis Maurice Sandler
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Description

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P. R. Mallory & Co. Inc.
3029 East Washington Street
Indianapolis, Indiana, V.St.A.
Kapazitive Vorrichtung zur Messung eines Flüssigkeitspegels
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Vorrichtung zur Messung des Pegels einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, mit wenigstens einer Gruppe aus zumindest zwei Elektroden, die jeweils nahe dem Behälter angeordnet sind, sowie mit einem Generator, der mit wenigstens einer der Elektroden aus der Gruppe elektrisch verbunden ist und an diese Elektrode im Betrieb der Vorrichtung ein elektrisches Signal abgibt. Zum Gegenstand der Erfindung gehört außerdem ein Meßverfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Meßgeräte der genannten Art sind gewöhnlich in die Klasse der kapazitiven Anordnungen eingeordnet worden und sind als solche in der Fachwelt bekannt, vgl. beispielsweise die US-Patentschriften 3 641 544 und 2 433 599. Bei den zum Stand der Technik zählenden kapazitiven Anordnungen wird die Flüssigkeit dazu verwendet, ein elektrisches Signal zwischen zwei Elektroden zu übertragen, wenn sich die Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Elektroden befindet, und somit
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einen elektrischen Kreis zu schließen. Dementsprechend ist in den bisherigen kapazitiven Einheiten die Schließung des Stromkreises eine notwendige Voraussetzung dafür, daß man das Flüssigkeitsniveau überhaupt registrieren kann. Hieraus ergibt sich, daß das Fehlen eines elektrischen Signals aufgrund einer Störung in der Elektronik oder in anderen Teilen der kapazitiven Anordnung zu einem vollständigen Ausfall der gesamten Anordnung führt. Die bisher bekannten kapazitiven Einheiten sind also nicht von sich aus störungssicher. Hinzu kommt, daß diese Anordnungen auf die Übertragung eines elektrischen Signals durch die Flüssigkeit angewiesen sind und daher verlangen, daß die Flüssigkeit gegen Masse isoliert wird; anderenfalls würde das Signal durch einen Nebenschluß die Empfängerelektrode nicht mehr erreichen, so daß sich das Vorliegen dieses Signals nicht mehr registrieren ließe.
Die Erfindung steht vor der Aufgabe, ein Meßinstrument sowie ein Meßverfahren anzugeben, die ohne zusätzliche Vorkehrungen storungssicher arbeiten und ohne eine Flüssigkeitsisolation gegen Erde auskommen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein Überbrückungselement vorgesehen ist, welches das elektrische Signal dann, wenn sich Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe wenigstens einer der Elektroden der Gruppe befindet, durch Nebenschluß aus dem Meßkreis nimmt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsspiegels in einem Behälter besteht darin, den Behälter zumindest teilweise aus einem dielektrischen Material zu fertigen, wenigstens zwei Elektroden in einem räumlichen Abstand zueinander auf den dielektrischen Teil des Behälters zu bringen, wenigstens eine der Elektroden rait einem Generator elektrisch zu verbinden, der ein elektrisches Signal abgibt, das kapazitiv zwischen den Elektroden übertragen wird, und das elektrische Signal dann durch Nebenschluß aus dem Meßkreis zu nehmen, wenn sich
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Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe wenigstens einer der Elektroden befindet.
Der Lösungsvorschlag beruht im wesentlichen darauf, ein elektrisches Signal in Abwesenheit von Flüssigkeit zwischen zwei Elektroden zu übertragen und bei Anwesenheit von Flüssigkeit die Signalübertragung durch Nebenschluß zu unterbinden. Auf diese Weise führen Störungen des Meßkreises in wesentlich geringerem Naße zu einer Fehlanzeige.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 1a das elektrische Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2a das elektrische Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels der Fig. 2;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3a das elektrische Ersatzschaltbild für das Ausführungsbeispiel der Fig. 3;
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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Fig. 4a das elektrische Ersatzschaltbild für das Ausführungsbeispiel der Fig. 4.
Die Vorrichtung der Fig. 1, in der Darstellung insgesamt mit der Bezugsziffer 1 versehen, dient zur Messung des Pegels einer Flüssigkeit 55. Die Vorrichtung enthält im einzelnen einen Behälter 20, Elektroden 40, 50 und 10, einen Generator 80 zur Erzeugung eines elektrischen Signals, ein Überbrückungselement 75 zur Schaffung eines Nebenschlusses für das elektrische Signal, einen Detektor 70 zur Registrierung des Flüssigkeitsniveaus und einen Einlaß 90, durch den die Flüssigkeit 55 in den Behälter 20 gelangen kann.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Behälter 20 die Form eines Zylinders mit einer Wandung 30, die dielektrisches Material enthält. Die Wandung 30 hat eine innere Oberfläche 32 und eine äußere Oberfläche 34. Der Einlaß 90, durch den die Flüssigkeit 55 in den Behälter 20 fliessen kann, ist mit dem Behälter 20 verbunden und enthält eine Öffnung 92 im Behälter 20 sowie ein mit der Öffnung 92 verbundenes Rohr 94. Es gibt viele Möglichkeiten, Flüssigkeit in einen Behälter einzuführen; die vorliegende Ausführung soll daher nicht auf den geschilderten Einlaß 90 für den Flüssigkeitsnachschub beschränkt sein.
Die Elektrode 40 befindet sich auf der äußeren Oberfläche 34 der Wandung 30 und ist mit dem Generator 80 elektrisch verbunden, so daß es dessen elektrische Signale empfängt. Die andere Elektrode 50 ist ebenfalls auf der äußeren Oberfläche 34 der Wandung 30 aufgebracht, und zwar parallel zur Elektrode 40. Die Elektrode 50 steht außerdem mit dem Detektor 70, der den Flüssigkeitsspiegel registriert, in elektrischer Verbindung. Die Elektrode 10, die in Fig. 1 teilweise durch gestrichelte Linien angedeutet ist, befindet sich auf der inneren Oberfläche 32 der Wandung 30, und zwar parallel
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und in räumlichem Abstand zu den Elektroden 40 und 50. Die gewählte Elektrodenkonfiguration schafft eine Kapazität zwischen den Elektroden 40 und 10 sowie zwischen den Elektroden 10 und 50. Demzufolge wird das elektrische Signal, das vom Generator 80 auf die Elektrode 40 gegeben wird, kapazitiv zwischen den Elektroden 40, 10 und 50 auf den Detektor 70 übertragen. Sollen mehr als ein einziges Flüssigkeitsniveau gemessen werden, so werden mehrere Elektroden 40, 10 und 50, zusammengefaßt in Gruppen, in der vorstehend beschriebenen V/eise in senkrechter Richtung längs der Wandung 30 angebracht. Wie der Figur zu entnehmen, kann die Elektrode 40 langgestreckt ausgebildet sein und in vertikaler Richtung längs der Wandung 30 verlaufen. Bei einer solchen Elektrodenausbildung kommt man für die Messung mehrerer Flüssigkeitspegel mit einer einzigen Elektrode 40 aus. Allerdings braucht man stets mehrere Elektroden 10 und 50 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn man mehr als ein Flüssigkeitsniveau messen will.
Das Überbrückungselement 75, das das zwischen den Elektroden 40, 10 und 50 kapazitiv übertragene elektrische Signal durch einen Nebenschluß aus dem Meßkreis herausführt, enthält im vorliegenden Fall die auf Massepotential liegende Flüssigkeit 55, die außerdem noch elektrisch leitend ist. Steht die Flüssigkeit 55 in elektrischem Kontakt mit der Elektrode 10, so kann das elektrische Signal die Elektrode 50 nicht mehr erreichen, da es durch die Flüssigkeit 55 auf Massepotential gebracht wird.
Für den Generator 80 kann man eine der herkömmlichen Quellen mit Wechselspannungsausgang oder gepulstem Ausgang verwenden. Der in Fig. 1 eingezeichnete Detektor 70 enthält einen Empfänger/Verstärker 72 und ein Anzeigelämpchen 74. Im Rahmen der Erfindung sind natürlich auch andere Detektortypen möglich. So könnte der Detektor 70 sogar auch einen elektronischen Steuerkreis enthalten, der dann, wenn der Nebenschluß
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des elektrischen Signals registriert wird, bestimmte Funktionen steuert oder in Gang setzt.
Wie aus der Fig. 1a hervorgeht, gibt der Generator 80 im Betrieb der Vorrichtung ein elektrisches Eingangssignal auf den die Elektroden 40 und 10 enthaltenden Kondensator 42. Dieses Signal wird von der Elektrode 40 über die dielektrisches Material enthaltende Wandung 30 kapazitiv zur Elektrode 10 übertragen. Bei Abwesenheit von Flüssigkeit wird das elektrische Signal von der Elektrode 10 kapazitiv zurück durch die Wandung 30 auf die Elektrode 50 überführt. Die Elektroden 10 und 50 gehören zu einem Kondensator 52, von dem das Signal auf den Detektor 70 geleitet wird. Auf diese V/eise wird die Abwesenheit der Flüssigkeit registriert. Befindet sich Flüssigkeit in der Nähe der Elektrode 10, steht sie also mit dieser Elektrode in einem elektrischen Kontakt (Kontakt 55' in Fig. 1a), so sorgt das Überbrückungselement 55 dafür, daß praktisch das gesamte elektrische Signal auf Massepotential gebracht und somit dem Kondensator 52 und damit letztlich dem Detektor 70 entzogen wird. Empfängt der Detektor 70 kein elektrisches Signal mehr, so ändern sich seine Betriebsbedingungen. Auf diese V/eise wird das Vorhandensein von Flüssigkeit registriert. V/erden mehrere Niveaus geraessen, so wird bei jedem Pegel die Anwesenheit von Flüssigkeit registriert, bei dem sie die Elektrode 10 der zugehörigen Elektrodengruppe elektrisch kontaktiert, also den Kontakt 55' herstellt.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die gesamte Einheit mit der Bezugsziffer 100 versehen. Sie mißt den Pegel einer Flüssigkeit 155 und enthält einen Behälter 120, Elektroden 140 und 150, einen Generator 180 zur Erzeugung eines elektrischen Signals, ein Überbrückungselement 175 zur Schaffung eines Nebenschlusses für das elektrische Signal, einen Detektor 170, der den Flüssigkeitsspiegel registriert, und einen
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Einlaß 190, durch den die Flüssigkeit 155 in den Behälter gelangen kann.
In der in Fig. 2 dargestellten Modifikation ist der Behälter 120 ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und hat eine mit dielektrischem Material versehene Wandung 130. Die Wandung 130 weist eine innere Oberfläche 132 und eine äußere Oberfläche 134 auf. Der Einlaß I90 ist mit dem Behälter 120 verbunden und enthält eine Öffnung 192 im Container sowie ein mit der Öffnung 192 verbundenes Rohr 194. Auch das vorliegende Ausführungsbeispiel ist, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführung erwähnt, nicht auf den geschilderten Einlaß 190 für den Flüssigkeitsnachschub beschränkt.
Die Elektrode 140 befindet sich auf der äußeren Oberfläche 134 der Wandung I30, steht mit dem Generator 180 in elektrischer" Verbindung und empfängt somit das vom Generator abgegebene elektrische Signal. Die Elektrode 150 ist ebenfalls auf der äußeren Oberfläche 134 der Wandung 130 angebracht, und zwar parallel zur Elektrode 140. Die Elektrode 150 ist ferner mit dem Detektor 170 elektrisch gekoppelt. Zwischen den beiden Elektroden 140 und I50 befindet sich ein mit dielektrischem Material versehener Isolator 160, so daß zwischen beiden Elektroden eine Kapazität entsteht. Bei dieser Anordnung wird das vom Generator 180 auf die Elektrode 140 gegebene elektrische Signal kapazitiv zunächst zur Elektrode 150 und dann zum Detektor 170 übertragen. Will man mehr als einen einzigen Flüssigkeitsspiegel messen, so sind, wie bereits bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels erläutert, mehrere Elektroden 140 und I50, in Gruppen zusammengefaßt, übereinander längs der Wandung I30 anzuordnen.
Das Überbrückungselement 175, das das zwischen den Elektroden 140 und 150 kapazitiv übertragene elektrische Signal durch Nebenschluß ableitet, enthält im vorliegenden Fall die auf
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Massepotential liegende Flüssigkeit 155, wobei die Flüssigkeit elektrisch leitend sein muß und zum Massepotential eine nur sehr geringe Impedanz bzw. einen nur sehr kleinen Spannungsabfall haben darf. Befindet sich die Flüssigkeit 155 in unmittelbarer Nähe der Elektrode 150, so kann das elektrische Signal den Detektor 170 nicht erreichen, da es durch die Flüssigkeit auf Erdpotential gebracht wird.
Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann man als Generator 180 jede herkömmliche Quelle für ein Wechselspannungssignal oder ein gepulstes Signal verwenden. Der in Fig. 2 dargestellte Detektor 170 enthält, ebenfalls wie bei der Ausführung der Fig. 1, einen Empfänger/Verstärker 172 und ein Anzeigelämpchen 174. Wiederum gilt, daß man im Rahmen der Erfindung auch andere Detektortypen als die geschilderte Version heranziehen kann.
Der Fig. 2a entnimmt man, daß im Betrieb der Vorrichtung der Generator 180 ein Eingaigssignal auf einen Kondensator 142 gibt, der die Elektroden 140 und 150 umfaßt. Das elektrische Signal wird kapazitiv von der Elektrode 140 über den Isolator 160 zur Elektrode 150 übertragen. Bei Abwesenheit von Flüssigkeit wird dann das elektrische Signal vom Kondensator 142 direkt zum Detektor 170 geleitet, der in diesem Fall das Fehlen von Flüssigkeit registriert. Befindet sich Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Elektrode 150 (dieser Fall ist in Fig. 2a mit 155' bezeichnet), so bildet sich ein Kondensator 135 mit der Elektrode 150 und der Oberfläche der Flüssigkeit 155 aus. Die Flüssigkeitsoberfläche ist in Fig. 2a durch das Zeichen E2 markiert. In diesem Fall bringt das Überbrückungselement 175, das die Flüssigkeit 155 auf Erdpotential enthält, praktisch das gesamte elektrische Signal über einen Nebenschluß durch die beiden Kondensatoren 142 und 135 auf Massepotential und entzieht dieses Signal somit dem Detektor 170. Empfängt der Detektor kein Signal, so
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ändern sich seine Betriebsbedingungen. Dies hat zur Folge, daß die Anwesenheit von Flüssigkeit registriert wird. Mißt man mehrere Flüssigkeitsspiegel, so wird das Vorliegen von Flüssigkeit bei jedem Pegel registriert, bei dem die Flüssigkeit - repräsentiert mit dem Bezugszeichen 155' in Fig. 2a der Elektrode 150 der zugehörigen Elektrodengruppe sehr nahe kommt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die gesamte Vorrichtung mit 200 gekennzeichnet; sie mißt den Pegel einer Flüssigkeit 255. Die Vorrichtung enthält einen Behälter 220, Elektroden 240, 250 und 210, einen Generator 280, ein Überbrückungselement 275, einen Detektor 270 und einen Einlaß 290. Die genannten Teile haben die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Teile in den beiden ersten Ausführungen.
In der in Fig. 3 dargestellten AusführungsVariante hat der Behälter wiederum eine Zylinderform und enthält eine mit dielektrischem Material versehene Wandung 230. Die Wandung weist eine innere Oberfläche 232 und eine äußere Oberfläche 234 auf. Der Einlaß 290, durch den die Flüssigkeit 255 in den Behälter 220 nachgeführt werden kann, ist mit dem Behälter 220 verbunden und enthält eine Öffnung 292 im Container sowie ein mit der Öffnung 292 verbundenes Rohr 294. Wie bereits bei Beschreibung der vorangehenden Ausführungsbeispiele an gleicher Stelle betont, kann der Flüssigkeitsnachschub auch auf andere Weise als mittels des beschriebenen Einlasses 290 erfolgen.
Die Elektrode 240 befindet sich auf der äußeren Oberfläche 234 der Wandung 230, ist mit dem Generator 280 elektrisch verbunden und empfängt dessen Signale. Die Elektrode 250 liegt ebenfalls der äußeren Oberfläche 234 der Wandung 230 auf, sie erstreckt sich dabei parallel zur Elektrode 240. Die Elektrode
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250 steht ferner mit dem Detektor 270 in elektrischem Kontakt. Zwischen den Elelt roden 240 und 250 befindet sich ein mit dielektrischem Material versehener Isolator 260, so daß zwischen beiden Elektroden eine Kapazität entsteht.
Die Elektrode 210 ist ebenfalls auf der äußeren Oberfläche 234 der Wandung 230 aufgebracht, und zwar der Elektrode 250 gegenüber und in einem räumlichen Abstand zu dieser Elektrode. Die Elektrode 210 ist außerdem geerdet. Bei dieser Anordnung wird das vom Generator 280 auf die Elektrode 240 gegebene elektrische Signal über die Elektrode 250 und weiter zum Detektor 270 kapazitiv übertragen. Die Elektrode 210 muß zur Elektrode 250 einen hinreichend großen Abstand einhalten, so daß jegliche Kapazität, die zwischen diesen beiden Elektroden aufgebaut werden könnte, bei Abwesenheit von Flüssigkeit vernachlässigbar gering ist. Demgemäß ist es am günstigsten, die Elektrode 210 - selbst wenn sich beide Elektroden 210 und 250 nicht notwendigerweise zueinander parallel erstrecken müssen der Elektrode 250 diametral gegenüber anzuordnen. Will man mehr als ein einziges Flüssigkeitsniveau messen, so werden mehrere Elektroden 240, 210 und 250, zu Gruppen zusammengefaßt, in der bereits geschilderten Weise übereinander längs der Wandung 230 plaziert. Wie dargestellt, kann die Elektrode 210 langgestreckt sein und sich senkrecht längs der Wandung 230 erstrecken; auf diese Weise kommt man für die Messung mehrerer Flüssigkeitsspiegel mit einer Elektrode 210 aus.
Das Überbrückungselement 275» das das zwischen den Elektroden 240 und 250 kapazitiv übertragene elektrische Signal durch Nebenschluß ableitet, umfaßt die auf Erdpotential befindliche Elektrode 210. Der Nebenschluß erfolgt dann, wenn die elektrisch leitende Flüssigkeit 255 in die Nähe der Elektroden 250 und kommt. Tritt dieser Fall ein, so kann das elektrische Signal den Detektor 270 nicht erreichen, da es durch die Elektrode
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über die Flüssigkeit 255 auf Erdpotential gebracht wird. Demgemäß muß der eläc trische Pfad durch die Flüssigkeit 255 so kurz sein, daß die Impedanz gering v/ird.
Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Generator 280 eine der herkömmlichen Quellen für Wechselspannungssignale oder gepulste Signale sein> und der Detektor 270 umfaßt, wie ebenfalls bereits beschrieben, einen Empfänger/Verstärker 272 sowie ein Anzeigelämpchen 274. Auch in diesem Fall bleibt es dem Fachmann ungenommen, den Detektor 270 im Rahmen der Erfindung anders auszubilden.
Im Betrieb der Vorrichtung gibt, wie der Fig. 3a zu entnehmen, der Generator 280 ein Eingangssignal auf einen Kondensator 242, zu dem die Elektroden 240 und 250 gehören. Das elektrische Signal wird von der Elektrode 240 über den Isolator 260 auf die Elektrode 250 kapazitiv übertragen. Ist keine Flüssigkeit vorhanden, so wird das elektrische Signal vom Kondensator 242 direkt auf den Detektor 270 geführt, der die Abwesenheit von Flüssigkeit registriert. Die Kapazität zwischen den Elektroden 210 und 250 ist bei Fehlen von Flüssigkeit vernachlässigbar gering, d.h. die Impedanz zwischen diesen beiden Elektroden ist zu groß, als daß sie das elektrische Signal durch einen Nebenschluß auf Erdpotential bringen könnte. Befindet sich Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Elektroden 210 und 250 - dieser Fall ist in Fig. 3a mit 255f angedeutet -, so entsteht zwischen der Elektrode 250 und der in Fig. 3a mit E3 bezeichneten Flüssigkeitsoberfläche eine Kapazität (Kondensator 235) und zwischen der Elektrode 210 und der in Fig. 3a mit F3 bezeichneten Flüssigkeitsoberfläche eine weitere Kapazität (Kondensator 225). Tritt also der Fall ein, daß aidiFlüssigkeit den Elektroden 210 und 250 nähert, so sinkt der Widerstand zwischen den Elektroden 250 und 210, der zuvor bei Abwesenheit von Flüssigkeit hoch war, auf einen relativ kleinen Wert. Auf diese Weise entsteht für das zwischen
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den Elektroden 250 und 210 zu transmittierende elektrische Signal ein Pfad mit geringer Impedanz. Das geschilderte Ausführungsbeispiel findet vor allem dann Anwendung, wenn die Impedanz Z bei einer Flüssigkeit auf Massepotential (vgl. Fig. 2) sehr groß wäre und es daher Schwierigkeiten bereitete, das Signal durch Parallelschluß durch die Flüssigkeit 255 hindurch auf Erdpotential zu bringen.
Das Überbrückungselement, das die auf Massepotential befindliche Elektrode 210 enthält, bringt nahezu das gesamte elektrische Signal über einen Nebenschluß auf Null-Potential und entzieht es dem Kondensator 242 und damit letztlich dem Detektor 270. Wird der Detektor 270 nicht mehr durch das elektrische Signal beaufschlagt, so ändern sich seine Betriebsbedingungen, wodurch die Anwesenheit von Flüssigkeit registriert wird. V/erden mehrere Flüssigkeitsniveaus gemessen, so wird jedes Niveau registriert, bei dem die Flüssigkeit 255 - wie in Fig. 3a mit 255'bezeichnet - in unmittelbare Nähe zu den Elektroden 210 und 250 der jeweils zugehörigen Elektrodengruppe kommt.
Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist die gesamte Vorrichtung mit 300 bezeichnet; sie mißt den Spiegel einer Flüssigkeit 355 und enthält im einzelnen einen Behälter 320, Elektroden 340 und 350, einen Generator 380, ein Überbrückungselement 375» einen Detektor 370 und einen Einlaß 390. Die genannten Teile erfüllen die gleiche Funktion wie die entsprechenden Teile der bereits geschilderten Ausführungsbeispiele.
In der in Fig. 4 eingezeichneten AusführungsVariante hat der Behälter 320 die Form eines Quaders mit einem rechteckigen Querschnitt. Zwei Wandungen dieses Quaders (Wandung 330 bzw. 335) enthalten jeweils dielektrisches Material. Die Wandung 335 weist eine äußere Oberfläche 334 auf, die Wandung 330 hat eine äußere Oberfläche 331. Der Einlaß 390 ist mit dem
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Behälter 320 verbunden und enthält eine Öffnung 392 im Behälter sowie ein mit der Öffnung 392 verbundenes Rohr 394. Die Flüssigkeitszufuhr kann im Rahmen der Erfindung, wie bereits erwähnt, auch auf andere Weise als mittels des beschriebenen Einlasses 390 bewerkstelligt werden.
Die Elektrode 340 befindet sich auf der äußeren Oberfläche 331 der Wandung 330 und ist mit einem Generator 380 elektrisch verbunden, der sie mit einem elektrischen Signal versorgt. Die Elektrode 350 ist auf der äußeren Oberfläche 334 der Wandung 335 angebracht und erstreckt sich parallel zur Elektrode 340. Die Elektrode 350 steht außerdem mit dem Detektor 370 in elektrischer Verbindung. Der Behälter 320 ist so ausgebildet, daß der Abstand zwischen den Wandungen 335 und 330 relativ klein ist, so daß zwischen den Elektroden und 350 eine beträchtliche Kapazität entsteht. Bei dieser Anordnung wird das vom Generator 380 auf die Elektrode 340 gegebene elektrische Signal über die Elektrode 350 weiter zum Detektor 370 kapazitiv übertragen. Sollen mehr als ein einziges Flüssigkeitsniveau gemessen werden, so sind mehrere Elektroden 340 und 350 in der bereits beschriebenen V/eise in senkrechter Richtung längs der Wandungen 330 und 335 zu gruppieren. Wie bereits erläutert, kann die Elektrode 350 langgestreckt sein und in senkrechter Richtung längs der Wandung 331 verlaufen; auf diese Weise braucht man zur Messung mehrerer Flüssigkeitsspiegel nur eine einzige Elektrode 340. Zur Messung von mehr als einem Flüssigkeitspegel braucht man allerdings auch in dieser Ausführung mehrere Elektroden 350.
Zu dem Überbrückungselement 375» das das zwischen den Elektroden 340 und 350 kapazitiv übertragene elektrische Signal durch Nebenschluß ableitet, gehört die Flüssigkeit 355, die sich auf Erdpotential befindet, elektrisch leitend ist und
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eine geringe Impedanz hat. Kommt die Flüssigkeit 355 den Elektroden 340 und 350 sehr nahe, so kann das elektrische Signal die Elektrode 350 nicht erreichen, da es durch die Flüssigkeit 355 hindurch auf Grundpotential gebracht wird.
Für den Generator 380 wie für den Detektor 370 gilt das gleiche wie bei den ersten drei Ausführungsbeispielen: für den Generator kann man eine der herkömmlichen Quellen von Wechselspannungssignalen oder gepulsten Signalen verwenden, während der Detektor - ohne daß die vorliegende Ausführung hierauf beschränkt wäre - einen Empfänger/Verstärker 372 und ein Anzeigelämpchen 374 umfaßt.
Im Betrieb der Vorrichtung (Fig. 4a) gibt der Generator 380 ein Eingangssignal auf einen Kondensator 342, der die Elektroden 340 und 350 enthält. Das elektrische Signal wird kapazitiv von der Elektrode 340 durch die Wandungen 330 und 335 beide Wandungen sind mit dielek-trischem Material versehen zur Elektrode 350 übertragen.
Bei Abwesenheit von Flüssigkeit wird das elektrische Signal vom Kondensator 342 direkt auf den Detektor 370 geführt, wodurch das Nichtvorhandensein der Flüssigkeit registriert wird. Der Abstand zwischen den Wandungen 330 und 335 muß so gering bemessen sein, daß sich zwischen den Elektroden 340 und 350 eine erhebliche Kapazität ausbildet. Befindet sich Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Elektroden 340 und 350 - dieser Fall ist in Fig. 4a durch das Symbol 355' angedeutet -, so entsteht zwischen der Elektrode 340 und der Oberfläche der Flüssigkeit 355 (E4 in Fig. 4a) eine Kapazität (Kondensator 335) und zwischen der Elektrode 350 und der in Fig. 4a mit F4 bezeichneten Flüssigkeitsoberfläche eine weitere Kapazität (Kondensator 325). Die Kapazität des Kondensators 325 ist allerdings praktisch vernachlässigbar. Das Überbrückungselement 375, das das elektrische Signal durch Nebenschluß ablei-
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tet und die auf Erdpotential befindliche Flüssigkeit 355 enthält, sorgt dafür, daß praktisch das gesamte elektrische Signal durch den Kondensator 335 hindurch auf Masse gebracht wird und dementsprechend der Elektrode 350 und damit letztlich dem Detektor 370 entzogen wird. Empfängt der Detektor kein Signal mehr, so wird - durch Änderung der Betriebsbedingungen des Detektors - das Vorhandensein von Flüssigkeit registriert. Und wieder gilt wie bei den vorstehend geschilderten Ausführungen, daß bei Messung mehrerer Flüssigkeitsniveaus die Anwesenheit von Flüssigkeit bei jedem Pegel registriert wird, bei dem die Flüssigkeit 355 den Elektroden 3AO und 350 der zugehörigen Elektrodengruppe - wie in Fig. Aa mit 355' angedeutet - sehr nahe kommt.
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e e r S e i f

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    1J Kapazitive Vorrichtung zur Messung des Pegels einer in •^ einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, mit wenigstens einer Gruppe aus zumindest zwei Elektroden, die jeweils nahe dem Behälter angeordnet sind, sowie mit einem Generator, der mit wenigstens einer der Elektroden aus der Gruppe elektrisch verbunden ist und an diese Elektrode im Betrieb der Vorrichtung ein elektrisches Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überbrückungselement (75; 175; 275; 375) vorgesehen ist, welches das elektrische Signal dann, wenn sich die Flüssigkeit (55; 155; 255; 355) in unmittelbarer Nähe wenigstens einer der Elektroden (10, 40, 50; 110, 140, 150; 210, 240, 250; 310, 340, 350) der Gruppe befindet, durch Nebenschluß aus dem Meßkreis nimmt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungselement (75; 175; 275; 375) das elektrische Signal durch Nebenschluß auf Erdpotential bringt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß
    zu dem überbrückungselement (75; 175; 275; 375) die Flüssigkeit (55; 155; 255; 355) gehört.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem überbrückungselement (75; 175; 275; 375) wenigstens eine der Elektroden (10, 40, 50; 110, 140, 150; 210, 240, 250; 310, 340, 350) der Gruppe gehört.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Detektor (70; 170; 270; 370) vorgesehen ist, der mit wenigstens einer der Elektroden (10, 40, 50; 110, 140, 150; 210, 240, 250; 310, 340, 350) der Gruppe in elektrischer Verbindung steht und den Pegel
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    der Flüssigkeit (55; 155; 255; 355) registriert, wenn das elektrische Signal durch Nebenschluß aus dem Meßkreis genommen wird.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Behälters (20; 120; 220; 320) dielektrisches Material enthält.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodengruppe in unmittelbarer Nähe des dielektrisches Material enthaltenden Behälterteils angeordnet ist, derart, daß zwischen diesen Elektroden eine Kapazität besteht.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wandung des Behälters (20; 120; 220; 320) dielektrisches Material enthält.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Elektrode (40, 50; 140, 150; 210, 240, 250; 340, 350) der Gruppe auf einer äußeren Oberfläche (34; 134; 234; 331, 334) der dielektrisches Material enthaltenden Wandung (30; 130; 230; 330, 335) angeordnet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wandungen (330 und 335) des Behälters (320) dielektrisches Material enthalten.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (340) auf einer äußeren Oberfläche (331) einer der beiden Wandungen (330, 335) und eine zweite Elektrode (350) der Gruppe auf einer äußeren Oberfläche (334) der anderen der beiden Wandungen (330 und 335) angeordnet sind, wobei die beiden Elektroden (340, 350) einen
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    räumlichen Abstand zueinander einhalten und sich parallel zueinander erstrecken.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei aus wenigstens zwei Elektroden (10, 40, 50; 140, 150; 210, 240, 250; 340, 350) bestehende Gruppen in verschiedenen Abständen senkrecht übereinander nahe dem Behälter (20; 120; 220; 320) angeordnet sind.
  13. 13. Verfahren zur Messung des Pegels einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Behälters mit einem dielektrischen Material versehen wird, daß wenigstens zwei Elektroden in einem räumlichen Abstand zueinander auf diesem Behälterteil aufgebracht werden, daß wenigstens eine der Elektroden mit einem Generator elektrisch verbunden wird, der ein elektrisches Signal liefert, das zwischen den Elektroden kapazitiv übertragen wird, und daß das elektrische Signal dann, wenn sich die Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe wenigstens einer der Elektroden befindet, durch Nebenschluß aus dem Meßkreis genommen wird.
  14. 14. Verfaliren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf Erdpotential liegt.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden auf Erdpotential liegt.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitspegel dann registriert wird, wenn das elektrische Signal durch Nebenschluß aus dem Meßkreis genommen wird.
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