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Fülls tandsanzeigeeinrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Füllstandsanzeigeeinrichtung eines mit
einem fließfähigen Stoff gefüllten Behälters mit einem Meßwertaufnehmer, der ein
mit dem Behälter verbundenes Standrohr aufweist, in dem eine von dem Füllstand in
dem Behälter abhängige Säule des Stoffes steht.
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Es ist bekannt, den Füllstand in einem Behälter beispielsweise mittels
druckabhängiger Schalter zu ermitteln. Die Messung des Füllstandes mittels druckabhängiger
Schalter ist insbesondere bei der Verwendung in Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen,
also bei verhältnismäßig geringen Füllhöhen relativ ungenau.
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Die Druckschalter bringen weiterhin den Nachteil mit sich, daß sie
verschleißbehaftet und teuer in der Fertigung sind.
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Eine andere Möglichkeit, den Füllstand in einem Behälter zu erfassen,
besteht in der Verwendung eines Schwimmers, der seinerseits ein Potentiometer oder
einen Schalter betätigt.
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Auch dieses Meßverfahren ist wegen der sich bewegenden mechanischen
Teile verschleißbehaftet und verhältnismäßig teuer in der Justage und beim Einbau.
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Die Verwendung eines Schwimmers zur Füllstandsanzeige benötigt einen
gewissen Platz, der in zu überwachenden Geräten keineswegs einfach bereitzustellen
ist.
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Als nichtmechanisches Verfahren zur Erfassung des Füllstandes ist
beispielsweise die Durchstrahlungsmethode mittels radioaktiver Isotope bekannt.
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Diese Methode ist zwar relativ genau, birgt aber in sich alle Gefahren
radioaktiver Strahlenquellen und scheidet somit für eine ganze Reihe von Anwendungsfällen
von vornherein aus.
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Auch die Verwendung von Schallsonden zur Ermittlung des Füllstandes
ist ein nichtmechanisches Verfahren, das ohne bewegte Teile auskommt, erfordert
jedoch einen verhältnismäßig großen Bauteileaufwand. Insbesondere die Schallwandler
stellen, mechanisch gesehen, relativ komplizierte Gebilde dar. Auch die daran angeschlossene
elektronische Schaltung ist keineswegs so einfach, daß sie in großen Stückzahlen
preiswert herstellbar ist.
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Schließlich ist es bekannt, zur Füllstandserfassung Heiß- oder Kaltleiter
zu verwenden, die nach Eintauchen in das zu messende Medium mehr oder weniger sprunghaft
und mehr oder weniger schnell ihren Widerstandswert ändern.
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Zwar ist die notwendige elektronische Schaltung, an die ein derartiger
Thermistor angeschlossen werden muß, verhältnismäßig einfach, doch kann mit einer
derartigen Methode der Füllstand in der Regel nur diskontinuierlich erfaßt werden.
Obendrein ist das Meßverfahren im wesentlichen auf flüssige Stoffe beschränkt.
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Aufgrund der thermischen Abkühl- bzw. Aufheizzeitkonstante des jeweils
verwendeen Thermistors ergibt sich eine Totzeit der Füllstandsanzeige, die bei gewissen
Anwendungen zu erheblichen Betriebsstörungen Anlaß geben kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Füllstandsanzeigeeinrichtung zu
schaffen, die keine bewegten mechanischen Teile enthält, verzögerungsfrei und trägheitslos
anspricht und einen einfach herstellbaren robusten Meßwertaufnehmer enthält.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Füllstandsanzeigeeinrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß das Standrohr einen axial sich erstreckenden Meßbereich
mit wenigstens einem leitenden Bereich aufweist, der zusammen mit einer weiteren
Elektrode einen Kondensator bildet, dessen Elektrodenzwischenraum wenigstens teilweise
mit dem Stoff in dem Standrohr gefüllt ist und daß zur Messung der elektrischen
Kapazität des so gebildeten veränderlichen Kondensators dieser mit Eingangsanschlüssen
einer Meßschaltung verbunden ist.
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Bei einer derartigen Anordnung des Meßwertaufnehmers ergibt sich der
wesentliche Vorteil, daß alle fließfähigen Materialien,d.h. flüssige,pulverförmige
oder auch gekörnte Stoffe, auf nichtmechanischem Wege gemessen werden können. Hierbei
werden in dem in seinem Füllstand zu messenden Stoff nur geringe dielektrische Verschiebungsströme
induziert und es tritt, da wenigstens eine der elektrisch leitenden Beschichtungen
bzw.der durch die Beschichtungen gebildeten Kondensatorplatten von dem Stoff isoliert
ist, keine elektrische Disoziierung auf.Ein derartiger
Meßwertaufnehmer
ist einfach und billige in großen Stückzahlen mit großer Genauigkeit herzustellen.
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Die an den Meßwertaufnehmer angeschlossene elektrische Schaltung ist
ebenfalls verhältnismäßig einfach und demzufolge kostengünstig.
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Je nach den räumlichen Verhältnissen und der Viskosität des zu messenden
Stoffes können die den Kondensator bildenden Elektroden aus metallischen Beschichtungen
bestehen, die außen auf dem Standrohr aufgebracht sind oder es kann eine Elektrode
als metallischer Stab koaxial in dem Standrohr angeordnet sein, während die zweite
Elektrode zylinderartig auf dem Standrohr angebracht ist.
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Wenn keine kontinuierliche Füllstandsmessung erforderlich ist, sondern
eine stark digitalisierte Messung ausreicht, so kann wenigstens eine Beschichtung
abschnittsweise auf dem Standrohr angebracht sein, wodurch sich mehrere diskrete
Meßpunkte für die Füllstandsmessung ergeben.
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Wenn der zu messende Stoff eine zu geringe Dielektrizitätskonstante
oder eine zu geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, kann es vorteilhaft sein,
wenn eine Art "Schwimmer" verwendet wird, der die entsprechenden elektrischen Eigenschaften
besitzt und der mit dem zu messenden Stoff nicht vermischbar ist. Der Schwimmer
kann, da er keine mechanische Funktion auszulösen braucht, flüssig oder gekörnt
sein.
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Unabhängig davon, ob die die Kondensatorelektroden bildenden Beschichtungen
abschnittsweise aufgebracht sind oder sich über die ganze Meßbereichslänge erstrecken,
können unterschiedliche Meßschaltungen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird die Kapazitätsänderung an dem Standrohr
mit einer Kapazitätsmeßbrücke
gemessen, deren Diagonalspannung ein Maß für den Füllstand innerhalb des Standrohres
ist. Bei einer anderen Gruppe von Ausführungsbeispielen wird die Kapazitätsänderung
dazu verwendet, die Frequenz eines Oszillators zu verstimmen, wobei dann die Frequenzänderung
das Maß für den Füllstand bildet. Die Frequenzänderung kann mit Hilfe von frequenzselektiven
Verstärkern oder mit Hilfe eines FM-Demodulators oder mit Hilfe eines Digitalzählers
ermittelt werden.
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Je nach zu messendem Stoff kann es vorteilhaft sein, das Standrohr
entweder mit rechteckigem oder mit ovalem Profil auszubilden, wobei dann bei diametraler
Anordnung der Kondensatorplatten in Form von metallischen Beschichtungen diese jeweils
auf den Längskanten aufgebracht sind.
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Wenn es gewünscht ist, die Anzeigecharakteristik zu beeinflussen,
so kann die elektrisch wirksame Fläche der Beschichtungen längs des Meßbereiches
verändert werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Füllstandsanzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,
mit durchgehenden Beschichtungen des Standrohres, die sich im wesentlichen über
die gesamte Standrohrlänge erstrecken und an einer Kapazitätsmeßbrücke angeschlossen
sind, in schematischer Darstellung, Fig. 2 das Standrohr nach Fig. 1, im Querschnitt
und in einem anderen Maßstab, Fig. 3 eine Füllstandsanzeigeeinrichtung gemäß der
Erfindung, bei der die Beschichtungen entlang dem Standrohr in mehrere Bereiche
aufgeteilt sind, die an einen in der Frequenz variablen Oszillator
mit
Filterverstärker angeschlossen sind, in schematischer Darstellung, Fig. 4 eine Füllstandsanzeigeeinrichtung
gemäß der Erfindung, bei der die eine Elektrode durch das elektrisch leitende Standrohr
und die andere Elektrode durch einen koaxial darin angeordneten Leiter gebildet
ist und Fig. 5 eine Füllstandsanzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung, bei der die
Meßschaltung über einen Zeitmultiplexer mit den Beschichtungen des Standrohres verbunden
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Füllstandsanzeigeeinrichtung nach
Fig. 1 ist an einen mit einem fließfähigen Stoff 2 gefüllten Behälter 1 ein Standrohr
3 angeschlossen.
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Das Standrohr 3 weist die in Fig. 2 veranschaulichte Querschnittsgestalt
auf und ist aus elektrisch nichtleitendem Material mit einer möglichst geringen
Dielektrizitätskonstante und/oder geringen Wandstärke, beispielsweise Glas. Es können
auch Materialien mit größerer Dielektrizitätskonstante verwendet werden, wenn die
Wandstärke entsprechend dünn ist. Auf dem Standrohr 3 sind an den Längsseiten des
ovalen Querschnittsprofiles zwei elektrisch leitende Beschichtungen 4 und 5 außen
aufgebracht, die sich, bezogen auf die Rohrachse, diametral gegenüberstehen. Die
Beschichtungen 4 und 5 können durch jedes bekannte Verfahren aufgebracht sein und
brauchen nur sehr geringe Stärke aufzuweisen.
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Wie in Fig. 1 ersichtlich, erstrecken sich die Beschichtungen 4, 5
über die Höhe H entlang der Längsachse des Standrohres 3. Mittels zweier Kontaktierungen
6 und 7, die an beliebiger Stelle der Beschichtungen 4, 5 angebracht sind, sind
diese über zwei elektrische Leiter 8, 9 mit Eingangsklemmen 10, 11 einer mit 12
bezeichneten Meßschaltung verbunden.
Die Meßschaltung 12 weist
eine an sich bekannte Kapazitätsmeßbrücke auf, die aus den Widerständen R1, R2 und
CT besteht. Der Widerstand R1 führt von der Eingangsklemme 10 zu einem Verknüpfungspunkt
13, an den der Widerstand R2 angeschlossen ist, der zu dem Verknüpfungspunkt 14
führt, welcher seinerseits über den Kondensator CT wieder mit der Eingangsklemme
11 verbunden ist. An die Eingangsklemme 10 und den Verknüpfungspunkt 14 ist eine
Wechselspannungsquelle 15 angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt 1 3 sowie die Eingangsklemme
11 sind mit einem Verstärker 16 bzw.dessen Eingangsklemme 18a und 18b verbunden.
Der Ausgang 17 des Verstärkers 16 ist an eine Diode D angeschlossen, über die ein
Meßinstrument 19 gespeist wird. Anstelle des veranschaulichten Drehspuhlmeßinstrumentes
kann auch eine Digitalanzeigeeinrichtung verwendet werden.
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Von den Beschichtungen 4, 5 des Standrohres 3 wird ein Kondensator
C gebildet, dessen Kapazität die Größe Co aufweist, wenn sich in dem Standrohr 3
zwischen den beiden Beschichtungen 4, 5 kein zu überwachender Stoff 2 befindet,
d.h. der Behälter 1 im wesentlichen leer ist.
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Wenn in den Behälter 1 der Stoff 2 eingefüllt wird, so steigt dieser
gemäß dem Prinzip der kommunizierenden Röhre auch in dem Standrohr 3 auf und steht
somit abhängig vom Füllstand zwischen den Beschichtungen 4, 5. Die Höhe des Füllstandes
des Stoffes 2, bezogen auf die Unterkante der Beschichtungen 4, 5 sei mit h gemäß
Fig. 1 bezeichnet.
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Bei einem nichtleitenden Stoff 2 mit einer relativen Dielektrizitätskonstante
# r ergibt sich die Kapazität C des von den Beschichtungen 4, 5 gebildeten Kondensators
in Abhängigkeit des Füllstandes näherungsweise zu:
Hierbei ist Co die Anfangskapazität des Kondensators, wenn sich
kein zu messender Stoff zwischen den Kondensatorplatten befindet. Für reines (nichtleitendes)
Wasser ist Er ungefähr 80, d.h. die Kapazität des von den Beschichtungen 4, 5 gebildeten
Kondensators ist für h = H etwa 80 mal so groß wie die Anfangskapazitït Co.
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Eine Leitfähigkeit des Stoffes 2 bewirkt durch teilweises Kurzschließen
des Kondensatorinnenraumes ebenfalls eine Kapazitätsvergrößerung, da hierdurch der
elektrisch wirksame Plattenabstand verringert wird.
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Für einen Plattenkondensator ergibt sich die Anfangskapazität mit
Hierbei sind £o die Dielektrizitätskonstante des Vakuums, A die Plattenfläche und
b der Plattenabstand. Wenn der Kondensatorzwischenraum durch einen elektrischen
Leiter kurzgeschlossen wird, so erhöht sich die Kapazität des Kondensators umgekehrt
proportional zu dem nunmehr elektrisch wirksamen Kondensatorplattenabstand.
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Bei zunächst leerem Behälter 1 wird CT so abgeglichen, daß sich entsprechend
der Dimensionierung von R1 und R2 keine Spannung in der Brückendiagonalen 10, 13
ergibt, wenn in der Brückendiagonale 10, 14 durch die liechselspannungsquelle 15
eine geeignete Wechselspannung eingespeist wird. Die Frequenz der eingespeisten
Wechselspannung sollte etwa so bemessen sein, daß der Blindwiderstand von Co einen
Wert von näherungsweise 100 k nicht überschreitet.
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Nach erfolgtem Abgleich von CT ist somit die Eingangsspannung an den
Klemmen 17, 18 des Verstärkers 16 null, wodurch das Anzeigeinstrument 19 auf seinem
Anfangswert steht und den Füllstand null anzeigt.
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Durch Einfüllen des Stoffes 2 in den Behälter 1 steigt der Stoff 2
auch zwischen den Beschichtungen 4, 5 des Standrohres 3 auf und verändert die Kapazität
zwischen den Eingangsklemmen 10, 11 gemäß einer der obigen Gleichungen..
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Aufgrund des Anwachsens der Kapazität wird die Kapazitätsmeßbrücke
der Meßschaltung 12 verstimmt und in dem Brückenzweig 11, 13 entsteht eine von der
Kapazität C abhängige Diagonalspannung, die in den Verstärker 16 eingespeist wird.
Der Verstärker 16 verstärkt die Diagonalspannung und führt sie über die Diode D
dem Meßinstrument 19 zu. Das Meßinstrument 19, das beispielsweise in Prozent des
maximalen Füllstandes geeicht sein kann, zeigt nunmehr den relativen Füllstand in
dem Behälter 1 an.
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Die Füllstandsanzeige des Instrumentes 19 erfolgt nahezu trägheitslos
und stellt auch in dem Bereich H eine kontinuierliche Überwachung dar, da zu jedem
beliebigen Füllstand h ein eindeutiger Zeigerausschlag des Meßinstrumentes 19 gehört.
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Bekanntlich besteht kein linearer Zusammenhang zwischen der Diagonalspannung
zwischen den Verknüpfungspunkten 11 und 13 sowie der Kapazität zwischen den Verknüpfungspunkten
11 und 10. Falls dieser Umstand für die Füllstandsanzeige störend ist oder in einem
bestimmten Bereich zu einer Zusammendrängung von Meßwerten führt,
in
dem eigentlich ein gedehnter Anzeigebereich erwünscht ist, so kann durch entsprechende
Gestaltung des Rohrquerschnittes oder der Umfangsbedeckung des Standrohres 3 durch
die Beschichtungen 4, 5 eine nahezu beliebige andere Anzeigecharakteristik erzeugt
werden.
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Eine Verringerung der Umfangsbedeckung führt nämlich zu einer Verringerung
der Anfangskapazität in diesem Meßbereich und somit zu einem geringeren absoluten
Kapazitätszuwachs, wenn dieser Meßbereich mit dem Stoff 2 gefüllt wird.
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Im übrigen ist es auch möglich, je nach Viskositäts-oder Adhäsionseigenschaften
des Stoffes 2 anstelle einer im wesentlichen ovalen Querschnittsgestalt des Standrohres
3 eine rechteckige Querschnittsform vorzusehen.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der neuen Füllstandsanzeigeeinrichtung
dargestellt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, bei dem die Beschichtungen
4, 5 des Standrohres 3 sich über nahezu dessen gesamte Länge erstrecken,sind bei
diesem Ausführungsbeispiel die Beschichtungen in einzelne Teilmeßbereiche aufgeteilt
und bilden die Beschichtungen 4a, 5a, 4b, 5b, 4c, 5c. Die Beschichtungen 4a bis
5c sind jeweils mit Kontaktierungen 6a - 7c versehen und hierüber mit den elektrischen
Leitern 8 und 9 verbunden, die zu den Eingangsklemmen 10, 11 der Meßschaltung 12
führen.
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Die Meßschaltung 12 enthält bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 einen Oszillator 20, der einen Transistor 21, einen Übertrager 22 sowie einen
Widerstand 23 zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors 21 beinhaltet. Die Sekundärseite
des Übertragers 22 ist mit den Eingangsklemmen 11
und 10 verbunden,
während die Primärseite des Ubertragers 22 einends mit dem Kollektor des Transistors
21 verbunden ist und anderenends an den Widerstand 23 angeschlossen ist, der seinerseits
mit seinem anderen Ende von der Eingangsklemme 11 beaufschlagt ist. Die Basis des
Transistors 21 ist mit der Eingangsklemme 10 verbunden. Zwischen dem Emitter und
dem Verknüpfungspunkt des Widerstandes 23 mit der Primärseite des Übertragers 23
ist eine Gleichspannungsquelle 24 eingeschaltet.
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Der Kollektor des Transisotrs 21 ist über einen Kondensator 37 gleichspannungsfrei
mit den Eingängen von drei frequenzselektiven Verstärkern 30, 40,50 verbunden.Diese
Verstärker 30, 40, 50 sind intern identisch aufgebaut, so daß es genügt, den Verstärker
30 im einzelnen zu erläutern.
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Der Eingang 31 der frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtung 30 ist
über ein in bekannter Schaltungstechnik ausgeführtes Bandfilter 32 mit einem Eingang
33 eines Verstärkers 34 verbunden. Der Ausgang des frequenzunabhängigen Verstärkers
34 ist mit der Ausgangsklemme der frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtung 30
verbunden. An die Ausgänge der frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtungen sind
jeweils Leuchtdioden (LED) 60, 61, 62 angeschlossen.
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Wenn der Behälter 1 leer ist, so weisen di, von den Beschichtungen
4a bis 5c gebildeten Kondensatoren ihren niedrigsten Kapazitätssert auf und bilden
in der Parallelschaltung zusammen mit der Induktivität des Übertragers 22 einen
Schwingkreis, der die Frequenz des Oszillators 20
bestimmt. Da
keines der Bandfilter 32 der frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtungen 30, 40,
50 auf diese Oszillatorfrequenz abgestimmt ist, sind alle LED 60, 61, 62 dunkel
und zeigen somit an, daß der Behälter entleert ist. Sobald nach Einfüllen des Stoffes
2 in den Behälter 1 der Füllstand soweit angestiegen ist, daß das Niveau in dem
Standrohr 3 oberhalb der Beschichtungen 4a - 5a steht, ergibt sich eine größere
Schwingkreiskapazität und somit eine niedrigere Frequenz des Oszillators 20.
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Beispielsweise das Randfiltar 3? aer frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtung
30 ist auf diese Oszillatorfrequenz abgestimmt, so daß das Oszillatorsiqnal in den
Verstärker 34 gelangt, dort verstärkt wird und der LED 60 zugeführt wird und kiese
zum Aufleuchten bringt.
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Diese Oszillatorfrequenz bleibt solange erhalten, bis der Füllstand
des Stoffes 2 in dem Behälter 1 soweit angestiegen ist, daß sich nunmehr die Säule
des Stoffes 2 auch zwischen den Beschichtungen 4b, 5b befindet. Die resultierende
Schwingkreiskapazität des Oszillators 20 wird dadurch weiter vergrößert, wodurch
der Oszillator 20 nunmehr auf einer dritten, weiter erniedrigten Frequenz schwingt.
Da die frequenzabhängige Verstärkungseinrichtung 30 mittels des Bandfilters 32 auf
die zweitp Oszillatorfrequenz abgestimmt ist, erlöscht nunmehr die LED 60 und es
leuchtet die LED 61 auf, weil die frequenzabhängige Verstärkungseinrichtung 40 auf
diese dritte Oszillatorfrequenz abgestimmt ist.
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Sobald der Füllstand in dem Behälter 1 die Beschichtungen 4c, 5c erreicht,
erlischt die LED 61 und es leuchtet wegen der weiter geänderten Frequenz des Oszillators
20 die LED 62 auf.
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Damit nicht beim allmählichen Ubergang von einen Füllstand auf den
nächsten zwischenzeitlich alle LED 60, 61, 62 aus sind und somit fälschlich einen
leeren Behälter anzeigen, müssen sich die Durch laßfrequenzbe -reiche der Verstärker
30, 40, 50 geeignet überlappen.
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Beim Absinken des Füllstandes in dem Behälter 1 leuchten die LED 60,
61, 62 entsprechend in umgekehrter Reihenfolge auf. Mit Hilfe einer derartigen Schaltungsanordnung
ist es möglich, einzelne Füllstände des Behälters 1 zu erfassen, wobei die Anzeige
jeweils über einen gewissen Füllstandsbereich erhalten bleibt. Auch bei dieser Schaltungseinrichtung
spricht die Anzeige verzögerungslos auf das Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes
an.
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Anstatt die einzelnen Beschichtungen 4a - 5c mit getrennten Kontaktierungen
zu versehen, besteht die Möglichkeit, die galvanische Verbindung zwischen den einzelnen
Beschichtungen bereits im Rahmen des Aufbringens der Beschichtungen 4a - 5c vorzunehmen.
Hierzu wird die Beschichtung zwischen den einzelnen Bereichen mit einer so geringen
Umfangsbedeckung des Standrohres 3 ausgeführt, daß hierdurch praktisch keine zusätzlichen
Parallelkapazitäten auftreten. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ändert sich die
Gesamtkapazität der Anordnung auch dann nicht wesentlich, wenn sich die Höhe des
Füllstandes zwischen zwei Beschichtungsbereichen verändert.
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Da die Frequenz des Oszillators 20 ein Maß für den Füllstand darstellt,
kann anstelle der frequenzabhängigen Verstärkungseinrichtungen 30, 40, 50 auch ein
nicht dargestellter digitaler Frequenzmesser angeschlossen werden, durch den in
Abhängigkeit von der ermittelten Oszillatorfrequenz die Anzeigeeinrichtungen betrieben
werden.
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Auch ist es möglich, die Oszillatorspannung in einen nicht dargestellten
FM-Demodulator einzuspeisen, dessen Ausgangsspannung einem sog. Fensterdiskriminator
zugeführt wird, der eine Anzeigeeinrichtung treibt.
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Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann auch bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 das Standrohr 3 mit unterschiedlichem Querschnittsprofil
ausgeführt sein, wodurch eine ähnliche Wirkung wie bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 erzielt wird.
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Wenn der in den Behälter 1 eingefüllte Stoff 2 eine zu geringe Dielektrizitätskonstante
und/oder keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die in der Folge zu einer zu
geringen relativen Kapazitätsänderung der von den Beschichtungen 4a bis 5c gebildeten
Kondensatoren führen würde, so kann es zweckmäßig sein, in dem Standrohr 3 einen
Schwimmer vorzusehen, der gemäß dem Füllstand von dem Stoff 2 in dem Standrohr 3
gehoben und gesenkt wird. Weil dieser Schwimmer keine mechanischen Funktionen auszulösen
braucht, sondern nur die Kapzität der von den Beschichtungen 4a bis 5c gebildeten
Kondensatoren verändern soll , muß das gewählte Schwimmermaterial eine genügend
hohe relative Dielektrizitätskonstante und/oder elektrische Leitfähigkeit aufweisen;
im übrigen kann der Schwimmer in Form einer Flüssigkeit oder gekörnt vorliegen,
jedoch darf er bei diesen physikalischen Zuständen mit dem Stoff 2 nicht vermischbar
sein, bzw. in diesem versinken.
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Es ist offensichtlich, daß bei den gemäß Fig. 3 abschnittsweiseangeordneten
Beschichtungen auch die Meßschaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann, während
umgekehrt bei durchgehenden Beschichtungen gemäß Fig. 1 die Meßschaltung nach Fig.
3 einsetzbar ist.
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In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Füllstandsanzeigeeinrichtung
dargestellt. Hierbei besteht das Standrohr 3 aus elektrisch leitendem Material und
bildet auf diese Weise die eine Elektrode des Kondensators, während die andere Elektrode
durch einen koaxial angeordneten elektrisch leitenden Stab 70 gebildet wird, der
nichtleitend beschichtet ist. Die an den so gebildeten Kondensator angeschlossene
Meßschaltung 12 entspricht der Meßschaltung nach Fig. 1, weshalb sich eine Beschreibung
der Wirkungsweise erübrigt. Diese koaxiale Anordnung der beiden Kondensatorelektroden
bietet den Vorteil der geringeren Störeinstrahlung und folglich je nach den Umgebungsbedingungen
eine stabilere Anzeige.
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Anstelle eines elektrisch leitenden Standrohres 3 kann auch, wie bei
den vorigen Ausführungsbeispielen, ein elektrisch nichtleitendes Standrohr verwendet
werden, auf dessen Umfangsfläche eine elektrisch leitende Beschichtung angebracht
ist. Diese elektrisch leitende Beschichtung kann durchgehend ausgeführt werden,
womit dann eine kontinuierliche Füllstandsmessung möglich wird oder sie kann sich
in einzelnen Ringen auf dem Standrohr befinden, was dann, je nach Abstand, eine
mehr oder weniger stark digitalisierte Messung des Füllstandes ergibt.
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Die Meßschaltung 12, die in Fig. 4 veranschaulicht ist, kann durch
eine Meßschaltung ersetzt werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
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Wenn nicht für jeden aus den Beschichtungen gebildeten Kondensator
eine eigene Meßschaltung 12 vorgesehen werden soll, so besteht auch die Möglichkeit,
die Meßschaltung im Multiplexverfahren nacheinander mit den einzelnen durch die
Beschichtungen gebildeten Kondensatoren zu verbinden, wie dies in Fig. 5 dargestellt
ist.
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Im Gegensatz zu der Füllstandsanzeigeeinrichtung nach Fig. 3 wird
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Meßschaltung 12 über einen Zeitmultiplexer
betrieben. Die elektrisch leitenden Beschichtungen 5a, 5b und 5c sind mit den Schaltern
82a, 82b und 82c verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der Schalter 82a, 82b und 82c
sind an den Eingang 10 der Meßschaltung 12 angeschlossen. Der Anschluß 11 der Meßschaltung
ist hingegen unmittelbar mit den elektrisch leitenden Beschichtungen 4a, 4b und
4c verbunden.
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Die Schalter 82a, 82b und 82c bilden zusammen die Eingangsschaltergruppe
80 des Zeitmultiplexers.
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Der Ausgang der Meßschaltung 12 ist mit der Ausgangsschaltergruppe
81 des Zeitmultiplexers verbunden,der die Schalter 83a, 83b und 83c enthält. Jeder
der Schalter 83a - 83c ist mit einer der Leuchtdioden 60, 61 oder 62 verbunden.
Die synchrone Steuerung der Eingangsschaltergruppe 80 und der Ausgangsschaltergruppe
81 ist durch die gestrichelte Linie 84 symbolisiert.
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Beim Betrieb der Füllstandsanzeigeeinrichtung nach Fig. 5 werden durch
die Eingangsschalteigruppe 80 die einzelnen Beschichtungen 5a - 5c zeitlich nacheinander
mit dem Eingang 10 der Meßschaltung 12 verbunden. Synchron mit den Schaltern der
Eingangsschalterbaugruppe 80 werden die Schalter 83a, 83b und 83c der Ausgangsschaltergruppe
81 betätigt, so daß jeweils die zu der betreffenden elektrisch leitenden Beschichtung
gehörende Leuchtdiode mit dem Ausgang der Meßschaltung 12 verbunden ist.
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Wenn der Behälter 1 soweit gefüllt ist, daß sich der Stoff 2 zwischen
den elektrisch leitenden Beschichtungen 4b und 5b befindet, so leuchtet die Diode
60 auf, wenn die Schalter 82a und 83a geschlossen
sind. Nachdem
dieser Schalterzustand eine vorbestimmte Zeit angehalten hat, werden die Schalter
82a und 83a wieder geöffnet und die Schalter 82b und 83b geschlossen, was zu einem
Verlöschen der Leuchtdiode 60 und einem Aufleuchten der Leuchtdiode 61 führt.
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Ebenfalls nach einer vorbestimmten Zeit werden die Schalter 82b und
83b geöffnet und die Schalter 82c und 83c geschlossen. Da sich der Stoff 2 nicht
zwischen den elektrisch leitenden Beschichtungen 4c und 5c befindet, bleibt die
zugehörige Leuchtdiode 62 dunkel. Nachdem die Meßzeit für die Kapazität der elektrisch
leitenden Beschichtungen 4c und 5c abgelaufen ist, werden die Schalter 82c und 83c
geöffnet und es beginnt ein neuer Meßzyklus mit dem Schließen der Schalter 82a und
83a.
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Es ist klar, daß obwohl die Schalter 82a bis 83c als mechanische Schalter
dargestellt sind, genauso gut elektronische Schalter in Form von Transistoren verwendet
werden können, die dann in entsprechender zeitlicher Reihenfolge von einer zentralen
Steuerung betätigbar sind. Je nachdem, mit welcher Genauigkeit die Meßschaltung
12 arbeiten soll, ändert sich der notwendige Bauteileaufwand, so daß es unter Umständen
eine kostengünstigere Lösung ist, wenn die Meßschaltung 12, wie in Fig. 5 dargestellt,
im Zeitmultiplexverfahren mit den einzelnen elektrisch leitenden Beschichtungen
verbunden wird.
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L e e r s e i t e