DE3741569C1

DE3741569C1 - Capacitative distance pickup

Info

Publication number: DE3741569C1
Application number: DE19873741569
Authority: DE
Inventors: Josef Lothmann
Original assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Current assignee: Zimmermann and Jansen GmbH
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1988-12-01

Abstract

At high working temperatures, conventional distance pickups can in general no longer be used. A capacitative distance pickup is proposed, having at least one electrode pair, the members of which are mutually insulated by means of a dielectric and whose active surfaces, forming a capacitor, may be adjusted as a function of the distance to be scanned. In this case, one of the electrodes of the electrode pair comprises a bath located in a container and made from a material which is electrically conducting and liquid at the working temperature of the distance pickup, while the other electrode of the pair comprises a conducting body dipping into the bath, the body having a completely enveloping dielectric coating in its active surface region or immersion region. At least one immersion body is proposed, which may be immersed in the bath in a manner proportional to the distance to be measured in such a way that the liquid level relative to the immersible electrode rises or falls as a function of the immersion depth of the immersion body.

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Wegaufnehmer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere einen solchen, der bei hohen Umgebungstemperaturen einsetzbar ist.The invention relates to a capacitive displacement sensor the preamble of claim 1, in particular one one that can be used at high ambient temperatures.

In vielen Bereichen der Industrie, insbesondere beim gießtechnischen Bearbeiten von Metallen, Glas oder dergleichen, treten bekanntlich hohe Temperaturen auf, so daß herkömmliche Meßfühler für die dort anfallenden Meßaufgaben nicht verwendbar sind. Wenn man beispielsweise beim Stranggießen eine Gießspiegelregelung vornehmen will, um während des Gießens den Stahlspiegel in der Kokille auf einer vorwählbaren Höhe konstant zu halten, so sind hochgenaue Stellglieder bzw. Stopfen-Stell-Antriebe notwendig, deren Temperaturverhalten usw. exakt bekannt sein muß.In many areas of industry, especially in casting technology Processing of metals, glass or the like, As is well known, high temperatures occur, so that conventional Sensor for the measuring tasks involved there not are usable. For example, when casting continuously wants to make a mold level control to during the Pour the steel mirror in the mold on a preselectable Keeping the height constant is a high-precision actuator or plug actuators, their temperature behavior etc. must be known exactly.

Sämtliche Halbleiter-Meßfühlersysteme sind zum Messen der Wege (z. B. des Stopfens) aufgrund des thermischen Verhaltens der verwendeten Festkörper unbrauchbar. Auch alle, auf Induktion basierenden Meßprinzipien (induktive Geber, Differentialtransformatoren, Wirbelstrom-Meßanordnung) sind ungeeignet für höhere Temperaturen, da die (Lack-)isolierung der notwendigerweise vorhandenen elektrischen Wicklungen die Temperaturbelastungen nicht aushalten.All semiconductor sensor systems are for measuring the Paths (e.g. plugging) due to thermal behavior the solid used is unusable. Everyone, too Induction-based measuring principles (inductive sensors, differential transformers, Eddy current measuring arrangement) are unsuitable for higher temperatures because of the (lacquer) insulation of the necessarily existing electrical windings Can not endure temperature loads.

Aus der EP-A-0 1 69 272 ist ein kapazitiver Wegaufnehmer der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zwei Elektroden in einem Keramikstab eingegossen sind, der in einem metallischen Rohr zur Wegmessung verschiebbar ist. Diese Anordnung muß aber mit Spiel ausgestattet sein, damit bei Temperaturschwankungen kein Verklemmen durch unterschiedlich schnelles Schrumpfen bzw. Ausdehnen von Rohr und Keramikstab auftritt. Dies verringert die Meßgenauigkeit der Anordnung, wobei weiterhin durch die Konstruktion eine relativ geringe Kapazität der "Meßkondensatoren" vorgegeben ist, was wiederum die Störanfälligkeit erhöht bzw. die Meßgenauigkeit verringert.From EP-A-0 1 69 272 a capacitive displacement sensor is the known type, in which two electrodes in are cast in a ceramic rod, which is in a metallic Tube for displacement measurement is slidable. This arrangement must but be equipped with play, so with temperature fluctuations no jamming due to different speeds Shrinkage or expansion of the tube and ceramic rod occurs. This reduces the measuring accuracy of the arrangement, whereby due to the construction a relatively low capacity the "measuring capacitors" is specified, which in turn the susceptibility to faults increased or the measuring accuracy decreased.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wegaufnehmer der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein robusten Wegaufnehmer entsteht, der für hohe Temperaturen geeignet ist, wobei insbesondere das Material-Dehnungsverhalten keinen wesentlichen Einfluß ausübt.Starting from the above-mentioned state of the art, it is a task the present invention, a displacement sensor of the beginning mentioned type to the extent that a robust displacement sensor is created for high temperatures is suitable, in particular the material elongation behavior has no significant influence.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Zwar ist aus der DE-OS 32 48 449 eine Anordnung zur Messung eines Flüssigkeitspegels bekannt, jedoch sind hier die Elektroden fest angeordnet, der Flüssigkeitsspiegel stellt die unbekannte zu messende Größe dar. An arrangement for measurement is indeed from DE-OS 32 48 449 a liquid level is known, but here are the Fixed electrodes, the liquid level represents the unknown quantity to be measured.

Dadurch, daß das Dielektrikum mit der einen Elektrode fest verbunden ist und als andere Elektrode eine Flüssigkeit verwendet wird, ergibt sich eine besonders robuste Anordnung, die in ihrem Übertragungsverhalten im wesentlichen temperaturunabhängig ausgestaltet werden kann.The fact that the dielectric with one electrode firmly is connected and uses a liquid as the other electrode there is a particularly robust arrangement, which are essentially temperature-independent in their transmission behavior can be designed.

Vorzugsweise ist der das Dielektrikum bildende Überzug auf der eintauchbaren Elektrode eine, auf deren leitenden Körper aufgespritzte Keramikschicht, die man vorzugweise über Plasmaauftragung aufspritzt. Eine so ausgebildete Keramikschicht weist eine hohe Gleichmäßigkeit bei sehr niedriger Dicke auf, so daß hohe Kapazitäten erzielbar sind, die wiederum bei relativ niedrigen Frequenzen der hier zu verwendenden Wechselstrommeßbrücke zu einer niedrigen Impedanz der Anordnung führen. Der Überzug wird dann besonders gleichmäßig, wenn der leitende Körper einer jeden eintauchbaren Elektrode vollstabförmig ausgebildet ist und die Keramikschicht auf seiner Außenfläche sitzt. Falls die Plasmaauftragung nicht gleichmäßig genug ist, so ist es von Vorteil, wenn der Körper einen runden Querschnitt aufweist, so daß man ihn abschließend überschleifen kann.The coating forming the dielectric is preferably on the immersible electrode, on the conductive body sprayed-on ceramic layer, which is preferably applied via plasma application sprayed on. A ceramic layer formed in this way has high uniformity with very low thickness, so that high capacities can be achieved, which in turn at relative low frequencies of the AC measuring bridge to be used here lead to a low impedance of the arrangement. The coating becomes particularly even when the conductive body of each immersible electrode full rod is formed and the ceramic layer on it Outside surface sits. If the plasma application is not even is enough, it is beneficial if the body has one has a round cross section, so that it is final can grind.

Der das Bad bildende Stoff ist vorzugsweise ein bei der Arbeitstemperatur in Schmelze befindliches Metall, vorzugsweise Zink, das keine Verbindung mit einem Stahl-Behälter eingeht.The substance forming the bath is preferably one at the working temperature molten metal, preferably Zinc, which does not form a connection with a steel container.

Der Tauchkörper wird vorzugsweise an einer Fühlerstange befestigt, die durch einen Deckel auf dem Behälter hindurchgeführt ist. Die Fühlerstange wird hierbei vorzugsweise gegenüber dem Behälter (Deckel) über einen Balg abgedichtet, wobei das Verschiebevolumen des Balges vorzugsweise demjenigen des Tauchkörpers angeglichen ist, so daß ein konstantes Gasvolumen zusätzlich zum Flüssigkeitsvolumen in der Gesamtanordnung enthalten ist. Das Gas ist vorzugsweise ein Inertgas, das mit keinem der verwendeten Stoffe eine Verbindung eingeht.The immersion body is preferably on a sensor rod attached, which passed through a lid on the container is. The sensor rod is preferably compared the container (lid) sealed with a bellows, the displacement volume of the bellows preferably that the immersion body is adjusted so that a constant Gas volume in addition to the liquid volume in the overall arrangement is included. The gas is preferably a Inert gas that does not combine with any of the substances used comes in.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt:Further characteristics result from the Preferred claims and the description below Embodiments of the invention based on figures are explained in more detail. Here shows:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt; Figure 1 shows a first preferred embodiment of the invention in longitudinal section.

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der elektrischen Funktionen der Anordnung nach Fig. 1; FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram to explain the electrical functions of the arrangement according to FIG. 1;

Fig. 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im schematisierten Teil/Längsschnitt; Fig. 3 shows a further preferred embodiment of the invention in schematic part / longitudinal section;

Fig. 4 und 5 schematisierte Ausschnittsdarstellungen zur Erläuterung der Wirkung des Schwimmkörpers nach Fig. 3; FIGS. 4 and 5 are schematic cutouts to explain the effect of the floating body according to FIG. 3;

Fig. 6 eine schematisierte Kennlinie der Anordnung nach Fig. 3; FIG. 6 shows a schematic characteristic curve of the arrangement according to FIG. 3;

Fig. 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Teil/Längsschnitt; Fig. 7 shows a further preferred embodiment of the invention in partial / longitudinal section;

Fig. 8 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in schematisiertem Längsschnitt; Fig. 8 shows a further preferred embodiment of the invention in a schematized longitudinal section;

Fig. 9 ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Anordnung nach Fig. 8 hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften; . FIG. 9 is an electrical equivalent circuit diagram for explaining the arrangement of Figure 8 with respect to their electrical properties;

Fig. 10 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Teil/Längsschnitt entlang der Linie X-X aus Fig. 11; Fig. 10 shows a further preferred embodiment of the invention in partial / longitudinal section along the line XX of Fig. 11;

Fig. 11 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 10 entlang der Linie XI-XI und Fig. 11 is a section through the arrangement of FIG. 10 along the line XI-XI and

Fig. 12 ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Funktion der Anordnung nach den Fig. 10 und 11. Fig. 12 is an electrical equivalent circuit diagram for explaining the function of the arrangement of FIGS. 10 and 11.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen Wegaufnehmer, der als Viertelbrücke geschaltet ist, also um einen Wegaufnehmer, der einen einzelnen Kondensator mit wegproportional einstellbarer Kapazität umfaßt.The first preferred embodiment of the invention shown in FIGS. 1 and 2 is a displacement transducer which is connected as a quarter bridge, that is to say a displacement transducer which comprises a single capacitor with capacitance which can be adjusted in proportion to the displacement.

Der Wegaufnehmer nach Fig. 1 umfaßt einen Behälter 10, dessen zylindrische Behälterwand 11 auf einem Boden 12 sitzt, von dem koaxial zur Behälterwand 11 ein Befestigungszapfen 13 mit Gewinde hervorsteht.The transducer of FIG. 1 comprises a container 10, the cylindrical container wall 11 sits on a base 12, a fixing pin 13 projecting from the container wall 11 coaxial to the threaded.

Rings um den Behälter 10 ist auf dessen Außenwand eine Heizanordnung 35 angeordnet, über den der Behälter 10 derart aufheizbar ist, daß ein in diesem befindliches Metall geschmolzen werden kann. Die Schmelze ist mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet.A heating arrangement 35 is arranged around the container 10 on its outer wall, via which the container 10 can be heated in such a way that a metal located therein can be melted. The melt is designated by the reference number 17 .

Die Behälterwand 11 weist an ihrem, dem Boden 12 gegenüberliegenden Rand ein Deckelauflager 14 auf, auf dem ein Keramikdeckel 20 aufliegt. Der Deckel 20 wird auf dem Auflager 14 über einen Spannring 16 gehalten, der in einer Haltenut 15 in der Behälterwand 11 sitzt.The container wall 11 has a lid support 14 on its edge opposite the bottom 12 , on which a ceramic lid 20 rests. The lid 20 is held on the support 14 via a clamping ring 16 which is seated in a holding groove 15 in the container wall 11 .

Der Deckel 20 weist ein Mittelloch 23 auf, durch das ein Elektrodenstab 24 in das Innere des Behälters 10 verschiebbar geführt ist, wobei der Elektrodenstab 24 gleichzeitig einen Fühlerstab 30 an seinem gehäuseäußeren Ende bildet. Der Fühlerstab 30 ist gegenüber dem Gehäuse 10 über einen Metall-Schutzbalg 31 abgedichtet.The lid 20 has a central hole 23 through which an electrode rod is displaceably guided in the interior 24 of the container 10, the electrode rod 24 simultaneously forms a sensor rod 30 at its outer end housing. The sensor rod 30 is sealed off from the housing 10 by a metal bellows 31 .

Die Elektrode 24 umfaßt einen stabförmigen Leiter 8 (aus Metall), auf dem eine Keramikschicht 9 über Plasmaaufspritzung aufgebracht ist.The electrode 24 comprises a rod-shaped conductor 8 (made of metal), on which a ceramic layer 9 is applied by means of plasma spraying.

Wenn der Elektrodenstab 24 in die Schmelze 17 eingetaucht ist, so bildet ihr innerer Leiter 8 die eine Kondensatorfläche (Fig. 2), die Keramikschicht 9 das Dielektrikum und die Schmelze 17 die andere Kondensatorfläche. Zum Anschluß an eine Wechselstrommeßbrücke dient zum einen eine mit dem Leiter 9 verbundene Leitung 1, zum anderen mit dem metallischen Behälter 10 verbundene Leitung 2.When the electrode rod 24 is immersed in the melt 17 , its inner conductor 8 forms the one capacitor surface ( FIG. 2), the ceramic layer 9 the dielectric and the melt 17 the other capacitor surface. For connection to a Wechselstrommeßbrücke serves on the one hand connected to the conductor 9, line 1, on the other hand with the metallic container 10 connected line. 2

Senkt man den Fühlerstab 30 und damit die Elektrode 24 in die Schmelze 17 um einen Betrag d ein, so steigt durch die Verdrängung der Flüssigkeitsspiegel 5 um den Betrag D auf einen Flüssigkeitsspiegel 5′. Somit führt das Eintauchen, das proportional zum abzutastenden Weg erfolgt, zu einer Vergrößerung der wirksamen Fläche zwischen den beiden Kondensator- Elektroden 9 und 17 und damit zu einer Vergrößerung der Kapazität des Elementes, die schließlich über eine Meßbrücke in ein elektrisches, wegproportionales Signal umsetzbar ist.If you lower the sensor rod 30 and thus the electrode 24 into the melt 17 by an amount d , the displacement of the liquid level 5 increases by the amount D to a liquid level 5 ' . Immersion, which takes place in proportion to the path to be scanned, leads to an increase in the effective area between the two capacitor electrodes 9 and 17 and thus to an increase in the capacitance of the element, which can finally be converted into an electrical path-proportional signal via a measuring bridge .

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Widerstandsheizung (oder induktiven Heizung) über ein außen am Behälter 10 angebrachtes Heizelement 35 ist es bei einer weiteren, hier nicht gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die Metallschmelze über ein Paar von in die Schmelze 17 eintauchenden Kohleelektroden aufzuheizen.Instead of the resistance heating (or inductive heating) shown in FIG. 1 via a heating element 35 attached to the outside of the container 10 , it is provided in a further preferred embodiment of the invention, not shown here, to heat the metal melt via a pair of carbon electrodes immersed in the melt 17 .

Im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 5 eine in der Anordnung nach Fig. 1 verwendbare Variante erläutert.A variant which can be used in the arrangement according to FIG. 1 is explained below with reference to FIGS. 3 to 5.

Aufgrund der Kapillarkräfte der Schmelze 17 kommt es beim Eintauchen der Elektrode 24 mit ihrer nichtbenetzbaren Keramikoberfläche zur Ausbildung eines Miniskus 6, der insbesondere bei geringen Wegveränderungen zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen kann. Um diese Verfälschung des Meßergebnisses zu verringern, kann man rings um die stabförmige Elektrode 24 einen Ring 19 aus einem Metall oder aus Keramik legen, dessen Dichte geringer ist als diejenige der Schmelze 17. Der Ring 19 wird somit immer auf der Oberfläche 5 der Schmelze 17 mitschwimmen und dabei entlang der Elektrode 24 gleiten. Wenn nun der Ring 19 die Elektrode 24 relativ eng umschließt, so wird der für den Miniskus 6 stehende Raum auf einen wesentlich kleineren Raum 6′ verengt, so daß beim Heben und Senken der Elektrode der Meßfehler verringert wird.Due to the capillary forces of the melt 17 , when the electrode 24 is immersed with its non-wettable ceramic surface, a miniscus 6 is formed , which can lead to a falsification of the measurement result, in particular if the path changes slightly. In order to reduce this falsification of the measurement result, a ring 19 made of a metal or ceramic, the density of which is less than that of the melt 17 , can be placed around the rod-shaped electrode 24 . The ring 19 will thus always float on the surface 5 of the melt 17 and thereby slide along the electrode 24 . If the ring 19 now surrounds the electrode 24 relatively closely, the space for the miniscus 6 is narrowed to a much smaller space 6 ' , so that the measurement error is reduced when the electrode is raised and lowered.

In vielen Fällen wird ein Weg nicht gemessen, um seinen Absolutwert aufzuzeichnen, sondern um die wegabhängige Wirkung irgendeines Steuerorgans vorauszubestimmen. Wenn nun das Steuerorgan eine Stellcharakteristik, z. B. bei einem Ventil die Größe Durchfluß/Weg, aufweist, so muß dann, wenn die Stellgröße (Durchfluß) geregelt werden soll, zunächst eine Linearisierung der Charakteristika der Anordnung stattfinden. Mit der vorliegenden Erfindung ist es nun auf ganz einfache Weise möglich, den Proportionalitätsfaktor des Wegaufnehmers demjenigen des Stellorgans anzupassen. Wenn nämlich der Querschnitt des Behälters bzw. der den Tauchkörper bildenen Elektrode über die Längsachse der Anordnung nicht konstant bleibt, sondern z. B. wie in Fig. 3 gezeigt, in einer Schulter 18 einen Querschnittssprung aufweist, so ergibt sich dann, wenn die Elektrode 24 über diese Schulter 18 nach oben gezogen wird, ein Empfindlichkeits-Knick, wie er in Fig. 6 schematisiert dargestellt ist.In many cases, a path is not measured to record its absolute value, but rather to predict the path-dependent effect of any control body. If the control element has a control characteristic, for. B. in the case of a valve the flow / displacement size, then if the manipulated variable (flow) is to be controlled, the characteristics of the arrangement must first be linearized. With the present invention, it is now possible in a very simple manner to adapt the proportionality factor of the displacement sensor to that of the actuator. If namely the cross section of the container or the electrode forming the immersion body does not remain constant over the longitudinal axis of the arrangement, but z. For example, as shown in FIG. 3, a cross-sectional jump occurs in a shoulder 18 , when the electrode 24 is pulled upwards over this shoulder 18 , there is a sensitivity kink, as is shown schematically in FIG. 6.

Wenn man nun - wie eingangs als Beispiel dargestellt - beim Stranggießen eine Gießspiegelregelung durchführen will, so ist die Kennlinie des den Durchfluß bestimmenden Stopfenventils nicht linear. Mit dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer ist es nun durch eine zum Stopfenventil umgekehrt proportionale Ausformung des Querschnittsprofils (über die Wegaufnehmer- Längsache) möglich, eine Kapazitätsänderung zu erzielen, die zwar zum Weg nicht linear proportional, jedoch zur Durchflußgeschwindigkeit durch das Stopfenventil linear proportional ist. Dadurch läßt sich eine erhebliche Vereinfachung der Regelelektronik (auch bei anderen Regelproblemen) erzielen.If you now - as shown at the beginning as an example - at Continuous casting wants to perform a mold level control, so is the characteristic of the plug valve that determines the flow not linear. With the displacement sensor according to the invention it is now inversely proportional to the plug valve Forming the cross-sectional profile (via the displacement transducer Longitudinal axis) possible to achieve a change in capacity, which are not linearly proportional to the path, but to Flow rate through the plug valve is linearly proportional is. This allows a considerable simplification the control electronics (also with other control problems) achieve.

Zum gleichen Ergebnis gelangt man auch dann, wenn man sowohl einen zylindrischen Behälter, als auch eine zylindrische Elektrode verwendet, jedoch zusätzlich zur Elektrode einen unbeweglichen Stab im Bad 17 anbringt, der die gewünschte Querschnittsveränderung des verschiebbaren Flüssigkeitsvolumens bewirkt.The same result can also be achieved if both a cylindrical container and a cylindrical electrode are used, but in addition to the electrode, an immobile rod is attached in the bath 17 , which causes the desired cross-sectional change in the displaceable liquid volume.

Bei einer weiteren, in Fig. 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sind mehrere Elektrodenstäbe 24 über Befestigungsmuttern 29 fest am Keramikdeckel 20 befestigt.In a further preferred embodiment of the invention shown in FIG. 7, a plurality of electrode rods 24 are fixedly attached to the ceramic cover 20 via fastening nuts 29 .

Am behälterinneren Ende des Fühlerstabes 30, der über eine gesonderte Führungsbuchse 32 mit Spannmutter 33 gehalten ist, befindet sich ein Tauchkörper 34. At the end of the sensor rod 30 inside the container, which is held by a separate guide bush 32 with a clamping nut 33 , there is an immersion body 34 .

Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der zuvor erläuterten besteht darin, daß die Zuleitungen 1 zu den Elektroden 24 ebenso wie die Zuleitung 2 zum Behälter 10 festliegen und bei Bewegung des Fühlerstabes 30 somit keine Kapazitätsschwankungen erzeugen können. Weiterhin kann bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung eine Vielzahl von Elektrodenstäben 24 den Tauchkörper 34 konzentrisch umgebend vorgesehen sein, so daß zum einen die Kapazität der Anordnung steigt und damit ihre Impedanz sinkt, was insbesondere hinsichtlich der elektrischen Störmöglichkeiten von Vorteil ist. Weiterhin wird durch eine solche konzentrische Anordnung einer Vielzahl von Elektroden 24 die Unempfindlichkeit der Anordnung gegenüber einer Schräglage vergrößert.The advantage of this arrangement compared to the one explained above is that the feed lines 1 to the electrodes 24 as well as the feed line 2 to the container 10 are fixed and therefore cannot produce any capacity fluctuations when the sensor rod 30 moves. Furthermore, in the arrangement shown in FIG. 7, a multiplicity of electrode rods 24 can be provided concentrically surrounding the immersion body 34 , so that on the one hand the capacitance of the arrangement increases and thus its impedance decreases, which is particularly advantageous with regard to the potential for electrical interference. Furthermore, such a concentric arrangement of a plurality of electrodes 24 increases the insensitivity of the arrangement to an inclined position.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung ist die eigentliche Meß-Kondensatoranordnung gleich der nach Fig. 7 ausgeführt. Zusätzlich dazu ist aber der Behälter 10 über eine zu seiner Außenwand 11 konzentrische Zwischenwand 36 derartig abgeteilt, daß zwischen der Zwischenwand 36 und der Außenwand 11 ein Ringraum verbleibt, der ebenfalls mit einer Schmelze 17′ füllbar ist. In die Schmelze 17′ sind ein unisolierter Kontaktelektrodenstab 3 und eine den Elektroden 24 im Aufbau entsprechende Referenzelektrode 37 unverschieblich eingetaucht. Weiterhin ist zusätzlich zu den mit einer Keramikschicht gegenüber der Schmelze 17 isolierten Elektroden 24 eine weitere, nicht isolierte Kontaktelektrode 28 unverschiebbar vorgesehen. Das Gehäuse 10 ist aus isolierendem Material, vorzugsweise aus Keramikmaterial, geformt.In the arrangement shown in FIG. 8, the actual measuring capacitor arrangement is identical to that of FIG. 7. In addition to this, however, the container 10 is partitioned over an intermediate wall 36 which is concentric with its outer wall 11 such that an annular space remains between the intermediate wall 36 and the outer wall 11 , which can also be filled with a melt 17 ' . In the melt 17 ' , an uninsulated contact electrode rod 3 and a reference electrode 37 corresponding to the electrodes 24 under construction are immersed immovably. Furthermore, in addition to the electrodes 24 insulated from the melt 17 with a ceramic layer, a further, non-insulated contact electrode 28 is immovably provided. The housing 10 is formed from insulating material, preferably from ceramic material.

Bei der so ausgebildeten Anordnung sind somit zwei voneinander elektrisch isolierte Bäder 17 und 17′ vorgesehen, wobei die Oberfläche des einen Bades 17 über den Tauchkörper 34 angehoben und abgesenkt werden kann, während die Oberfläche des zweiten Tauchbades im Ringraum 38 zwischen den Wänden 11 und 36 konstant bleibt. Diese Anordnung bildet somit zwei Kondensatoren (s. Fig. 9), von denen der eine zwischen den Anschlußpunkten 1 und 2 wegabhängig in seiner Kapazität einstellbar ist, während der andere zwischen den Anschlußpunkten 3 und 4 eine vom Weg unbeeinflußte Kapazität aufweist. Dieser zusätzliche Kondensator weist aber aufgrund der engen thermischen Verbindung zwischen den Anordnungen und der baugleichen Ausbildung der Elektroden denselben Temperaturgang auf wie der veränderliche Kondensator und kann somit zu Kompensationszwecken Verwendung finden.In the arrangement thus formed, two mutually electrically insulated baths 17 and 17 ' are thus provided, the surface of one bath 17 being able to be raised and lowered via the immersion body 34 , while the surface of the second immersion bath in the annular space 38 between the walls 11 and 36 remains constant. This arrangement thus forms two capacitors (see FIG. 9), one of whose capacitance can be adjusted depending on the path between the connection points 1 and 2 , while the other between the connection points 3 and 4 has a capacitance unaffected by the path. However, due to the close thermal connection between the arrangements and the identical construction of the electrodes, this additional capacitor has the same temperature response as the variable capacitor and can therefore be used for compensation purposes.

Wählt man anstelle von Keramikmaterial ein Metall als Werkstoff für den Behälter 10, so werden im elektrischen Ersatzschaltbild die Punkte 2 und 3 miteinander verbunden, wodurch eine Halbbrücke mit Kompensationskondensator entsteht.If a metal is selected as the material for the container 10 instead of ceramic material, then points 2 and 3 are connected to one another in the electrical equivalent circuit diagram, whereby a half-bridge with a compensation capacitor is produced.

Auch bei der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Anordnung sind für gleiche oder gleich wirkende Teile wieder dieselben Bezugsziffern verwendet.In the arrangement shown in FIGS . 10 and 11, the same reference numerals are used again for parts that are the same or have the same effect.

Bei dieser Anordnung ist am behälterinneren Ende des Fühlerstabes 30 ein aus Isoliermaterial (Keramik) bestehender Behälter 10′ an seinem Deckel 20′ gehalten. Der Behälter 10′ weist einen gegenüber dem Innendurchmesser des äußeren Behälters 10 geringeren Außendurchmesser auf, so daß ein Ringraum entsteht, in welchen ein äußerer Kranz von Elektroden 25 bis 27 ragt, die am Deckel 20 des Behälters 10 befestigt sind.In this arrangement, an container made of insulating material (ceramic) 10 'is held on its lid 20' at the inside of the sensor rod 30 . The container 10 ' has a smaller outer diameter than the inner diameter of the outer container 10 , so that an annular space is formed in which an outer ring of electrodes 25 to 27 protrudes, which are attached to the lid 20 of the container 10 .

In den inneren Behälter 10′ ragen durch Ausnehmungen 22 in dessen Deckel 20′ innere Elektroden 25′ bis 27′, die ebenfalls am Deckel 20 des äußeren Behälters 10 befestigt sind. Weiterhin ragt in den inneren Behälter 10′ ein Kontaktelektrodenstab 28, der auf seiner Außenfläche (zumindest im Endbereich) nicht isoliert ist, so daß eine, an seinem gehäuseäußeren Ende 1 befindliche Kontaktfahne eine direkte elektrische Verbindung zu einer Schmelze 17′ im inneren Behälter 10′ aufweist. Diese Schmelze 17′ ist gegenüber der im Ringraum bzw. im äußeren Behälter 10 befindlichen Schmelze 17 über die Wand 11′ bzw. den Boden 12′ des inneren Behälters 10′ isoliert.In the inner container 10 ' protrude through recesses 22 in the lid 20' inner electrodes 25 ' to 27' , which are also attached to the lid 20 of the outer container 10 . Also protrudes into the inner container 10 ', a contact electrode rod 28 , which is not insulated on its outer surface (at least in the end region), so that a contact tab located at its outer end 1 has a direct electrical connection to a melt 17' in the inner container 10 ' having. This melt 17 ' is isolated from the melt 17 located in the annular space or in the outer container 10 via the wall 11' or the bottom 12 'of the inner container 10' .

Jeweils zwei der inneren Elektroden 24′, 26′ bzw. 25′, 27′ sind mit zwei der äußeren Elektroden 24, 26 bzw. 25, 27 zur Bildung von Anschlußfahnen 2 bzw. 4 zusammengefaßt, während der äußere (metallische) Behälter 10 eine Anschlußfahne 3 trägt. Die so gebildete Anordnung ist in ihrem Ersatzschaltbild in Fig. 12 gezeigt, aus welchem hervorgeht, daß hier eine Vollbrückenschaltung mit ihren bekannten Vorteilen gebildet ist. Die mit unterbrochenen Linien im Ersatzschaltbild nach Fig. 12 dargestellte Kapazität zwischen den Anschlußpunkten 1 und 3 wird der Höhe nach durch die Dicke der Wand 11′ bzw. des Bodens 12′ des inneren, als Tauchkörper wirkenden Behälters 10′ bestimmt und kann somit relativ zu der durch die Dicke der aufgespritzten Keramikschicht bestimmten Nutz-Kapazitäten klein gehalten werden.Each two of the inner electrodes 24 ', 26' and 25 ', 27' are combined with two of the outer electrodes 24, 26 and 25, 27 to form terminal lugs 2 and 4 , while the outer (metallic) container 10 one Terminal lug 3 carries. The arrangement thus formed is shown in its equivalent circuit diagram in FIG. 12, from which it can be seen that a full-bridge circuit with its known advantages is formed here. The capacitance shown in broken lines in the equivalent circuit diagram according to FIG. 12 between the connection points 1 and 3 is determined in height by the thickness of the wall 11 ' or the bottom 12' of the inner container 10 ' acting as an immersion body and can thus be relative to the useful capacities determined by the thickness of the sprayed-on ceramic layer are kept small.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, sind die verschiedenen Details miteinander kombinierbar. Insbesondere können bei allen hier gezeigten Anordnungen Schwimmkörper 19, Heizungen 35 (oder Widerstandsheizungen über eintauchende Elektroden) sowie entsprechende Kennlinien-bestimmende Gehäuseformen oder (zusätzliche) Kompensations-Kapazitätsanordnungen vorgesehen sein, wobei auch derartige Anordnungen als erfindungswesentlich angesehen werden. As can be seen from the above description, the various details can be combined. In particular, in all of the arrangements shown here, floats 19 , heaters 35 (or resistance heaters via immersing electrodes) as well as corresponding housing shapes determining characteristic curves or (additional) compensation capacity arrangements can be provided, such arrangements also being regarded as essential to the invention.

LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 connection 2 connection 3 connection 4 connection 5 liquid level 6 miniscus 8 conductor 9 ceramic layer 10, 10 ′ container 11, 11 ′ container wall 12, 12 ′ container base 13 fastening pins 14, 14 ′ cover supports 15, 15 ′ retaining groove 16, 16 ′ clamping ring 17 , 17 ' melt 18 paragraph 19 float 20, 20' cover 21 rod receptacle 22 rod passage 23, 23 ' center hole 24, 24' to 27, 27 ' electrode rod 28 contact electrode 29 fastening nut 30 sensor rod 31 bellows 32 guide sleeve 33 clamping nut 34 immersion body 35 heater 36 partition 37 constant electrode rod 38 closed container d path D, D ′ stroke of the liquid level K characteristic curve C capacity h height of the heel above the inner floor

Claims

1. Capacitive displacement transducer, in particular for high temperatures, with at least one pair of electrodes which are insulated from one another by a dielectric and whose effective areas forming a capacitance can be set as a function of a path to be scanned, characterized in that

a) one of the electrodes of the pair, in a wall ( 11 ) and bottom ( 12 ) comprising container ( 10, 10 ' ) with a defined volume bath ( 17, 17' ) from an electrically conductive and liquid at the operating temperature of the displacement sensor Includes fabric,
b) the other electrode ( 24 - 27 ; 24 ' - 27' ) of the pair has a conductive body ( 8 ) immersed in the bath ( 17 , 17 ' ) with a dielectric coating that completely envelops it in its effective surface area or immersion area ( 9 ) includes
c) at least one immersion body ( 24; 24 ' - 27' ; 10 ' , 34 ) can be immersed in the bath ( 17, 17' ) in proportion to the path (d) to be scanned such that the liquid level ( 5 ) is relative to the immersible electrode ( 24 - 27 ; 24 ' - 27 ') depending on the immersion depth of the immersion body ( 24; 24'-27 ';10', 34 ) increases / decreases.

2. Capacitive displacement sensor according to claim 1, characterized in that the coating ( 9 ) comprises a, on the conductive body ( 8 ) of each electrode ( 24 - 27; 24 ' - 27' ) preferably sprayed on via plasma ceramic layer.

3. Capacitive displacement transducer according to claim 2, characterized in that the conductive body ( 8 ) is designed as a (full) rod and the ceramic layer ( 9 ) is applied to its outer surface ( Fig. 1).

4. capacitive Wegaufnehnmer according to any one of the preceding claims, characterized in that the bath ( 17, 17 ' ) forming substance is a metal, preferably zinc.

5. Capacitive displacement transducer according to one of the preceding claims, characterized in that in the area of the immersing electrodes ( 24 - 27 ; 24 ' - 27' ) on the liquid ( 17, 17 ' ) floating floats ( 19 ) are provided, which are for reduction of the miniscus ( 6 ) occurring between the liquid level ( 5 ) and the coating ( 9 ) tightly against the coating ( 9 ), but are displaceable relative to this ( Fig. 3-5).

6. Capacitive displacement transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the or at least one of the immersion bodies comprises the or one of the immersible electrodes ( 24; 24'-27 ' ) in relation to the container ( 10, 10' ) Depending on the path to be measured is displaceable.

7. Capacitive displacement transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the container wall ( 11 ) and / or the cross section (relative to the direction of displacement) of the immersion body ( 24, 24'-27 ', 10', 34 ) corresponding to the characteristic to be achieved (K) of the displacement sensor are shaped ( Fig. 3 and 6).

8. Capacitive displacement transducer according to one of the preceding claims, characterized in that all immersing electrodes ( 24 - 27 ; 24 ' - 27' ) are attached to a lid ( 20 ) which closes the (outer) container ( 10 ), and that a separate immersion body ( 34, 10 ' ) is provided which sits on a sensor rod ( 30 ) which is displaceably guided by the cover ( 20 ) (FIGS . 7 to 11).

9. Capacitive transducer according to claim 8, characterized in that the plunger body has a comprises electrically insulating with the liquid (17 ') filled (ceramic) container (10'), and that at least two dipping external electrodes (24 - 27) outside of the immersion body container ( 10 ' ) and two immersing inner electrodes ( 24' - 27 ' ) within the immersion body container ( 10' ) are arranged such that when the immersion body container ( 10 ' ) drops, the outer electrodes ( 24 - 27 ) immerse further, the inner electrodes ( 24 ' - 27' ) appear further ( Fig. 10, 11).

10. Capacitive displacement transducer according to one of the preceding claims, characterized in that a further, self-contained container ( 38 ) with immersed reference electrode ( 37 ) is arranged in close thermal connection with the container ( 10 ) ( Fig. 8).

11. Capacitive displacement sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 10 ) is provided with a (controllable) heating arrangement ( 35 ).