DE3629137C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor zum Erkennen von elektrisch nicht leitenden, eine kleine Dielektrizitätskonstante aufweisenden Flüssigkeiten, mit einer elektrisch betriebenen, flüssigkeitsempfindlichen Kapazitätssonde sowie einem metallischen Detektorkörper.

Aus der DE-AS 10 49 597 ist ein Kondensator zur Verwendung in einem kapazitiven Flüssigkeitspegelmeßsystem bekannt, der durch einen beidseitig geschlossenen Detektorkörper gebildet wird. Faktisch wird bei diesem bekannten kapazitiven Flüssigkeitspegelmeßsystem unter Verwendung eines Kondensators ausschließlich der Pegelstand in einem Flüssigkeitsbehälter oder dergleichen festgestellt. Das bekannte Flüssigkeitspegelsystem versagt, wenn eine zu erkennende, elektrisch nicht leitende, eine kleine Dielektrizitätskonstante aufweisende Flüssigkeit nur an sich detektiert werden soll und dabei nicht direkt in Kontakt mit der zu erkennenden Flüssigkeit kommt, d. h. daß es geringste Mengen derartiger Flüssigkeiten, sollten sie irgendwo auftreten, nicht ermitteln kann.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor zum Erkennen von Flüssigkeiten der eingangs genannten Art zu schaffen, der schon beim Vorliegen geringer Mengen dieser Flüssigkeiten ein signifikantes Signal für Melde- und/oder Schaltzwecke liefert, ohne daß dabei die Flüssigkeit die Kapazitätssonde berühren muß.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der metallische Detektorkörper einen einseitig offenen Hohlraum aufweist, in den die Kapazitätssonde im wesentlichen mittig von einer Hohlraumdecke aus bis in die Nähe der Hohlraumöffnung hineinragt, und daß die Kapazitätssonde in Verbindung mit dem Dielektrikum der Umgebung einen RC-Oszillator bildet, dessen Streufeld sich im Hohlraum ausbildet und der von in den Hohlraum eindringender Flüssigkeit verstimmt wird.

Der Vorteil dieses Detektors liegt im wesentlichen darin, daß durch den metallischen Detektorkörper, in dessen Mitte die Kapazitätssonde bekannter Art hineinragt, ein bei geeignet gewählter Dimensionierung großvolumiger Faradayischer Käfig gebildet wird, der aufgrund seiner Abschirmwirkung gegen äußere elektrische Störfelder im Inneren ein absolut störfreies Volumen schafft. Eine geringfügige Änderung des von der Kapazitätssonde herrührenden elektrischen Streufeldes in diesem Volumen, hervorgerufen durch in das Volumen auch nur in geringfügigen Mengen eindringende Flüssigkeit, ist aufgrund des erfindungsgemäß gewählten konstruktiven Aufbaus ausreichend groß, um das angestrebte signifikante Signal zu erzeugen.

Aus der DE-OS 16 48 153 ist ein kapazitiver Fühler für die Ermittlung von Flüssigkeitsniveaus bekannt, der Teil eines phasenempfindlichen Detektors ist. Dazu weist die bekannte Vorrichtung eine Flüssigkeitspegel-Fühlsonde auf, die eine Flüssigkeitssäule bis zu einem Niveau enthält, das entsprechend dem festzustellenden Flüssigkeitsniveau steigt und fällt, wobei die Flüssigkeit in der Fühlsonde dazu dient, die Kapazität der Sonde entsprechend dem Niveau zu ändern. Diese Änderung der Kapazität der Sonde wird dann auf eine Wechselstrombrückenschaltung gegeben, wobei mittels des phasenempfindlichen Detektors die Phasenlage aus der Brückenausgangswechselspannung mit der Phasenlage der Wechselspannung verglichen wird, woraus dann auf geeignete Weise eine Aussage über das von einem Bezugswert abweichende Flüssigkeitsniveau abgeleitet wird. Der bekannte kapazitive Fühler taucht dabei in die Flüssigkeit ein, um das Niveau bzw. die Niveauänderung der Flüssigkeit zu erkennen.

Aus der DE-OS 29 49 459 ist eine Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus im Tank eines Kraftfahrzeugs bekannt, zu der an mindestens zwei Stellen des Tanks eine Meßstelle mit je einem Meßgerät angeordnet ist, das abhängig vom Flüssigkeitsniveau unterschiedliche Kapazitäten aufweist. Mittels einer elektronischen Schaltung werden dabei die unterschiedlichen Kapazitäten abgefragt und die Werte miteinander verglichen, wobei aus diesen Werten ein Wert abgeleitet wird, der eine Aussage über das Flüssigkeitsniveau im Tank des Kraftfahrzeugs anzeigt, und zwar nur dann, wenn die Differenz aus dem Vergleich der an beiden Meßstellen gemessenen Werte unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. Bei dieser bekannten Anzeige des Flüssigkeitsniveaus im Tank wird wieder unmittelbar die Verstimmung der Kapazität eines Kondensators erfaßt, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit von der Änderung des Flüssigkeitsspiegels im Kraftstoffbehälter ergibt, und zwar im Zuge unmittelbaren Eintauchens des Kondensators in die Flüssigkeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Hohlraumöffnung mit einem mit Löchern versehenen metallischen Bodenelement verschlossen, wobei durch diese konstruktive Aus­ gestaltung der durch den Hohlraum gebildete Faradayische Käfig realisiert wird. Durch die im Bodenelement vorgesehenen Löcher kann die Flüssigkeit ungehindert in das Hohlraumvolumen ein­ dringen und bestimmungsgemäß das elektrische Streufeld der Ka­ pazitätssonde verändern.

Um einerseits sicherzustellen, daß die aktive Seite der Kapa­ zitätssonde bis in die Nähe der Hohlraumöffnung in den Hohlraum hineinragen kann, d. h. um möglichst schon geringe Flüssigkeits­ pegel erkennen zu können, andererseits aber sicherzustellen, daß noch ein genügender Abstand zwischen der aktiven Seite der Kapazitätssonde und dem Bodenelement vorhanden ist und auch deshalb, damit die in den Hohlraum eingedrungene Flüssigkeit auch aus diesem tatsächlich wieder austreten kann, weist das Bodenelement eine im wesentlichen zentrale Vertiefung auf, wo­ bei deren Vertiefungsgrad kleiner als der tatsächliche Abstand des Detektorkörpers von einem Untergrund ist.

Um ein ungestörtes Zufließen der Flüssigkeit zum Detektor bzw. in seinen Hohlraum hinein von allen Seiten zu ermöglichen, sind an der Unterseite des Detektorkörpers Abstandseinrich­ tungen vorgesehen, die gleichzeitig zur Befestigung des Boden­ elements am Detektorkörper dienen können. Gfl. können diese Abstandseinrichtungen auch verstellbar ausgebildet sein, so daß in jedem Fall sichergestellt werden kann, daß der Detek­ tor sicher auf einem Untergrund steht, ohne daß dieser mit gesonderten Einrichtungen fest installiert werden müßte.

Vorteilhafterweise ist der Hohlraum über wenigstens ein in der Hohlraumseitenwand ausgebildetes Belüftungsloch be- und entlüftbar, d. h. die Flüssigkeit kann in den Hohlraum ohne Schwierigkeiten eindringen, da die durch die Flüssigkeit in ihm verdrängte Luft mühelos durch diese Löcher entweichen und beim Abfließen der Flüssigkeit aus dem Hohlraum wieder in diesen hineinströmen kann.

Wenn bestimmte mit dem Detektor zu erkennende Flüssigkeiten in bezug auf das Metall des Detektors stark korrodierende oder auf sonstige Weise aktive Eigenschaften aufweisen, ist es vor­ teilhaft, wenigstens die Hohlraumoberfläche mit einem korrosions­ beständigen Werkstoff zu beschichten und gfl. auch die unteren Teile oder auch die ganzen übrigen Flächen. Als korrosionsbe­ ständiger Werkstoff kann beispielsweise Kunststoff wie Teflon (PTFE) gewählt werden, es ist aber auch möglich, in Abhängigkeit von der Flüssigkeit jeweils geeignete beständige Werkstoffe auszuwählen und mit diesen Stoffen den Detektor ganz oder teilweise zu um­ hüllen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Detektorkör­ per als zweiseitig offenes Rohr mit im wesentlichen zylindri­ schem Querschnitt ausgebildet, das durch eine im wesentlichen radial ausgerichtete Trennwand, die die Hohlraumdecke bildet, in einen ersten und einen zweiten Rohrabschnitt getrennt ist. Diese Ausführungsform läßt sich verhältnismäßig einfach und kostengünstig herstellen, da im Prinzip handelsübliche Metall­ rohre verwendet werden können und aufgrund des zylindrischen Querschnitts sich im Inneren des Hohlraums ein verhältnismäßig homogenes Streufeld um die Kapazitätssonde herum ausbreiten kann.

Vorteilhafterweise ragt dabei die Kapazitätssonde durch ein in der Hohlraumdecke ausgebildetes Loch hindurch mit ihrer Anschlußseite in den im zweiten Rohrabschnitt gebildeten zweiten Hohlraum hinein, so daß die Anschlußsei­ te mit ihren elektrischen Anschlüssen völlig vom ersten Hohlraum, in dem die Flüssigkeit erkannt werden soll, ge­ trennt ist und von der Flüssigkeit aufsteigende Dämpfe nicht in einen Kontakt mit den Anschlüssen der Kapazitätssonde ge­ langen können. Um grundsätzlich auszuschließen, daß die An­ schlußseite der Kapazitätssonde durch die offene Seite des zweiten Rohrabschnittes hindurch dennoch mit Flüssigkeits­ dämpfen in Berührung kommt, ist der zweite Hohlraum vorzugs­ weise mit einem Isolierstoff gefüllt, wobei die offene Seite dieses Hohlraums dann noch vorteilhafterweise mit einem ge­ sonderten Abdeckelement verschlossen werden kann.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 im Schnitt einen Detektor mit kreisförmigem Quer­ schnitt auf einer Unterlage stehend und

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der Ausbreitung des Streufeldes der Kapazitätssonde um deren aktive Seite herum.

Der Detektor 10 besteht im wesentlichen aus einem metallischen Detektorkörper 12 und ist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Rohr mit im wesentlichen kreis­ förmigem Querschnitt gebildet.

Der Detektorkörper 12 bzw. das ihn bildende Rohr ist in einen ersten und einen zweiten Rohrabschnitt 25, 26 aufgeteilt, die durch eine Trennwand 140 voneinander getrennt sind, wobei die Trennwand 140 hier im wesentlichen radial zur strichpunktiert gezeichneten Detektorkörperachse ausgebildet ist. In der Trenn­ wand 140 ist im wesentlichen axial zur Detektorkörperachse ein Loch 27 ausgebildet, durch das eine Kapazitätssonde 11 hindurch­ ragt, die ihrerseits im wesentlichen mit zylindrischen äußeren Konturen ausgebildet ist.

Die Hohlraumseitenwand 15 bildet zusammen mit der Hohlraumdecken­ fläche 14 einen Hohlraum 13 im ersten Rohrabschnitt 25. Die Hohlraumöffnung 16 wird hier von der Unterseite 21 des ersten Rohrabschnitts 25 gebildet. Die Hohlraumöffnung 16 wird durch ein Bodenelement 17 verschlossen, in dem eine Mehrzahl von Löchern 18 ausgebildet ist, die beliebige geeignete Formen auf­ weisen können. Das Bodenelement 17 ist in seinem zur Detektor­ körperachse weisenden Bereich vertieft ausgebildet, wobei der Vertiefungsgrad der Vertiefung 19 kleiner als der tatsächliche Abstand des Detektorkörpers von einem Untergrund 20 ist, auf dem dieser mit Abstandseinrichtungen 22 steht. Die Abstands­ einrichtungen 22 können gleichzeitig der Befestigung des Boden­ elements 17 am Detektorkörper dienen und können gfl. höhenver­ stellbar ausgebildet sein, so daß ein guter Stand auch bei ge­ ringfügig unebenem Untergrund 20 sichergestellt werden kann.

In der Hohlraumseitenwand 15 sind eine Mehrzahl von Lüftungs­ löchern 23 angebracht, die den Hohlraum 13 mit der äußeren Detektorumgebung verbinden. Sie dienen der Erleichterung des Flusses einer hier nicht dargestellten Flüssigkeit in den Hohl­ raum 13 hinein und aus diesem heraus.

Gemäß der Darstellung von Fig. 1 ragt die Kapazitätssonde 11 mit ihrer Anschlußseite 28 durch das Loch 27 in den zweiten Rohrabschnitt 26 hinein, in dem ein zweiter Hohlraum gebildet wird.

Ein durch ein im zweiten Rohrabschnitt 26 ausgebildetes Loch hindurchgeführtes Kabel 36, das mit einem hier nicht darge­ stellten Schaltverstärker verbunden ist, ist mit seinen bei­ den Leitern 37,38 mit den entsprechenden Anschlüssen 33, 34 der Kapazitätssonde verbunden. Das Kabel 36 ist ein abgeschirm­ tes Kabel, d. h. auf seiner gesamten Länge vom Detektor 10 bis zum nicht dargestellten Schaltverstärker mit einer vollständigen Schirmumhüllung 39 versehen. Der Schirm 39 ist an einer An­ schlußklemme 35, die am Detektorkörper 12 befestigt ist, elek­ trisch leitend angeschlossen. Durch die elektrisch leitende Verbindung des Schirmes 39 mit dem Detektorkörper 12 ist der durch die Hohlraumseitenwand und die Hohlraumdecke 14 bzw. die dortige Trennwand 140 gebildete Faradayische Käfig bis zum Schaltverstärker verlängert ausgebildet worden, so daß Störungen, die von fremden elektrischen oder sonstigen Störfeldern auf die Zuleitungen einwirken und das Signal verfälschen,verhindert wer­ den.

Der im oberen zweiten Rohrabschnitt 26 gebildete Hohlraum wird zweckmäßigerweise mit einem isolierenden Werkstoff, beispiels­ weise einem Gießharz ausgefüllt, so daß aggressive Dämpfe, die von der zu erkennenden Flüssigkeit herrühren, die Anschlußsei­ te 28 der Kapazitätssonde nicht schädigend beeinflussen können und auch nicht die unmittelbaren Anschlüsse 33, 34 der Kapazitäts­ sonde 11. Die offene Seite 31 des oberen zweiten Rohrabschnitts 26 kann dann noch von einem Abdeckelement 32 verschlossen sein, das aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff be­ stehen kann.

Es sei angemerkt, daß die im Detektor 10 verwendete Kapazitäts­ sonde 11 grundsätzlich bekannt ist und als sogenannter kapazi­ tiver Annäherungsschalter verwendet wird. Elektrisch ist die Kapazitätssonde 11 ein RC-Oszillator in Verbindung mit dem Dielektri­ kum der Umgebung der Kapazitätssonde 11.

Die Größe des Hohlraumes 13 ist durch geeignete Dimensio­ nierung der Höhe der Hohlraumseitenwand 15 sowie des Durch­ messers des Hohlraums 13 so gewählt, daß ein großvolumiger Hohlraum 13 geschaffen wird. Dadurch wird erreicht, daß ei­ ne große Flüssigkeitsmenge in das Streufeld des RC-Oszilla­ tors eindringen kann, mit der Wirkung, daß auch bei geringen Pegeln der Flüssigkeit mit der sehr kleinen Dielektrizitäts­ konstanten und der nicht leitenden Eigenschaft eine so aus­ reichende Verstimmung des RC-Oszillators bewirken, daß ein ausreichend signifikantes Signal zur weiteren Verarbeitung von der Kapazitätssonde 11 geliefert wird. Durch den Faraday­ ischen Käfig, gebildet durch die Hohlraumseitenwand 15, die Hohlraumdecke 14 bzw. die Trennwand 140 und durch das mit Löchern 18 versehene Bodenelement 17, wird ansonsten das Volumen des Hohlraums 13 von von außen einwirkenden elek­ trischen Störfeldern vollkommen freigehalten.

Der verhältnismäßig großvolumig gestaltete Hohlraum 13 hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß Ablagerungen von Schmutz an den benetzten Innenflächen des Hohlraums verhältnismäßig weit entfernt vom eigentlichen RC-Oszillator stattfinden und somit deren störender Einfluß auf die Ansprechgenauig­ keit beim Eindringen einer Flüssigkeit in den Hohlraum nicht mehr zum Tragen kommt. Ebenfalls hat die großvolumige Ausbil­ dung des Hohlraums 13 den Vorteil, daß auf den benetzten Innenflächen des Hohlraums 13 verbleibende Flüssigkeitsfilme keinen merkbaren Einfluß auf die Ansprechgenauigkeit des De­ tektors 10 haben, d. h. nach einer Überflutung des Detektors 10 mit Flüssigkeit ist dieser nach Abfluß der Flüssigkeit aus dem Hohlraum 13 heraus sofort wieder funktionsbereit.

Mit dem hier vorgeschlagenen Detektor 10 sind elektrisch nicht leitende Flüssigkeiten erkennbar, die eine Dielektri­ zitätskonstante e _r von < 2 aufweisen.

Der Detektorkörper 12 selbst kann aus einem beliebig geeigne­ ten metallischen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl. Es ist aber auch denkbar, den Detektor­ körper 12 selbst aus Kunststoff herzustellen und lediglich den Hohlraum 13 mit einem metallischen Werkstoff auszuklei­ den, gfl. auch den Hohlraum, der im zweiten Rohrabschnitt 26 gebildet wird.

Bezugszeichenliste:

10 Detektor
11 Kapazitätssonde
12 Detektorkörper
13 Hohlraum
14 Hohlraumdecke
140 Trennwand
15 Hohlraumseitenwand
16 Hohlraumöffnung
17 Bodenelement
18 Loch
19 Vertiefung
20 Untergrund
21 Unterseite
22 Abstandseinrichtung
23 Belüftungsloch
24 Hohlraumoberfläche
25 erster Rohrabschnitt
26 zweiter Rohrabschnitt
27 Loch
28 Anschlußseite der Kapazitätssonde
29 aktive Seite der Kapazitätssonde
30 Isolierstoff
31 offene Seite
32 Abdeckelement
33 Anschluß
34 Anschluß
35 Abschirmklemme
36 Kabel
37 Leiter
38 Leiter
39 Schirm
40 Loch

Claims (10)

1. Detektor zum Erkennen von elektrisch nicht leitenden, eine kleine Dielektrizitätskonstante aufweisenden Flüssigkeiten, mit einer elektrisch betriebenen, flüssigkeitsempfindlichen Kapazitätssonde sowie einem metallischen Detektorkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Detektorkörper (12) einen einseitig offenen Hohlraum (13) aufweist, in den die Kapazitätssonde im wesentlichen mittig von einer Hohlraumdecke (14) aus bis in die Nähe der Hohlraumöffnung (16) hineinragt und daß die Kapazitätssonde in Verbindung mit dem Dielektrikum der Umgebung einen RC-Oszillator bildet, dessen Streufeld sich im Hohlraum (13) ausbildet und der von in den Hohlraum (13) eindringender Flüssigkeit verstimmt wird.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumöffnung (16) mit einem mit Löchern (18) ver­ sehenen metallischen Bodenelement (17) verschlossen ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenelement (17) eine im wesentlichen zentrale Ver­ tiefung (19) aufweist, wobei deren Vertiefungsgrad kleiner als der tatsächliche Abstand des Detektorkörpers (12) von einem Untergrund (20) ist.

4. Detektor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite (21) des De­ tektorkörpers (12) Abstandseinrichtungen (22) vorgesehen sind, die gleichzeitig der Befestigung des Bodenelementes (17) am Detektorkörper (12) dienen können.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (13) über wenigstens ein in der Hohlraumseitenwand (15) ausgebildetes Belüftungs­ loch (23) be- und entlüftbar ist.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Hohlraumoberfläche (24) mit einem korrosionsbeständigen Werkstoff beschichtet ist.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorkörper (12) als zwei­ seitig offenes Rohr mit im wesentlichen zylindrischem Querschnitt ausgebildet ist, das durch eine im wesentlichen radial ausge­ richtete Trennwand, die die Hohlraumdecke (14) bildet, in einen ersten und einen zweiten Rohrabschnitt (25, 26) getrennt ist.

8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätssonde (11) durch ein in der Hohlraumdecke (14) ausgebildetes Loch (27) hindurch mit ihrer Anschlußseite (28) wenigstens geringfügig in den im zweiten Rohrabschnitt (26) gebildeten zweiten Hohlraum hineinragt.

9. Detektor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlraum mit einem Isolierstoff (30) gefüllt ist.

10. Detektor nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Seite (31) des zweiten Hohlraums mit einem Abdeckelement (30) verschlossen ist.