DE4037927A1 - Einrichtung zur stufenweisen fuellstandsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stufen­ weisen Füllstandsmessung mit entlang einer Füllstrecke angeordneten Kondensatoren, deren Kapazitäten durch ein von einem Füllgut gebildetes Dielektrikum beinflußbar sind.

Bei einer derartigen bekannten (DE-OS 37 20 473) Einrichtung sind entlang einer Füllstrecke - die bei einem senkrecht ste­ henden zylindrischen Gefäß der Füllhöhe entspricht - einzelne Kondensatoren angeordnet. Die Kapazität jedes Kondensators variiert in Abhängigkeit von dem Dielektrikum, das sich zwi­ schen die Kondensatoren bildenden Elektroden (Kondensator­ flächen) befindet. Jeder Kondensator ist über eine eigene Leitung mit einer Auswerteschaltung verbunden, die eine Demodulationsstufe enthält, deren Ausgangssignal durch das Verhältnis der Kapazität des jeweiligen Kondensators zu einem extern eingestellten Referenzwert bestimmt ist. Durch eine Mischschaltung werden die einzelnen Ausgangssignale der Demo­ dulatoren zu einem Meßsignal zusammengesetzt. Wird beispiels­ weise ein Füllgut zwischen die Elektroden gebracht, das eine wesentlich höhere Dielektrizitätszahl als Luft hat, wird diese Änderung der Kapazitäten durch die Auswerteschaltung erkannt. Mit zunehmendem Füllstand ergibt sich so ein Meßsignal mit treppenförmigem Verlauf als Funktion der Füllhöhe.

Bei der bekannten Einrichtung sind auch bei verhältnismäßig geringer Auflösung der Füllstrecke eine wegen der einzeln auszuwertenden Kondensatoren verhältnismäßig aufwendige Verdrahtung und Auswerteschaltung erforderlich. Durch Änderung der Kondensatoreneigenschaften - beispielsweise durch Alterung oder durch Einwirkungen des Füllgutes - ist bei der bekannten Einrichtung die Gefahr einer Verfälschung der Messung gegeben. Die Kondensatoreigenschaften müssen also auf Veränderungen hin überwacht werden. Ferner muß der externe Referenzwert bzw. die vom Füllgut im Vergleich zum ungefüllten Zustand bewirkte Größe der Kapazitätsänderung entsprechend an das Füllgut angepaßt werden; eine derartige Anpassung ist insbesondere dann häufig erforderlich, wenn sich die Dielek­ trizitätszahl des Füllgutes von dem gleichzeitig in dem Füll­ behälter befindlichen Medium (z. B. Luft) nur unwesentlich unterscheidet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur stufenweisen Füllstandsmessung zu schaffen, die schaltungstechnisch einfach aufgebaut ist und sich dennoch durch eine hohe Langzeitstabilität ihrer Ausgangssignale auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Kondensatoren zu einer ersten und mindestens einer weiteren Gruppe zusammen­ gefaßt sind, daß jede Gruppe zwei Untergruppen von parallelge­ schalteten Kondensatoren enthält, daß jeweils zwei in Füll­ streckenrichtung aufeinander folgende Kondensatoren derselben Gruppe bei gleichem Dielektrikum annähernd gleiche Kapazitäten aufweisen und verschiedenen Untergruppen zugeordnet sind, daß jeweils die Untergruppen einer Gruppe an jeweils eine gemein­ same Vergleichseinheit angeschlossen sind, die in Abhängigkeit der Differenz der resultierenden Kapazitäten der Untergruppen ein digitales Vergleichssignal bildet, daß zumindest ein Teil der Kondensatoren der einen Gruppe interpolierend zwischen den Kondensatoren der jeweils weiteren Gruppe angeordnet sind und daß die gruppenweise gebildeten Vergleichssignale Binärstellen eines Ausgangssignals bilden. Ein wesentlicher Vorteil der er­ findungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß als Referenz­ größe für die resultierende Kapazität der einen Untergruppe jeweils die resultierende Kapazität der anderen Untergruppe einer Gruppe dient. Da das Vergleichssignal aus der Differenz der resultierenden Kapazitäten bestimmt wird, kompensieren sich gleichsinnige Alters- und Umwelteinflüsse auf die Kondensatoren einer Gruppe. Durch den Vergleich der resultierenden Kapazi­ täten der jeweiligen Untergruppen und deren gruppenweise Aus­ wertung ist eine hochauflösende Füllstandsmessung in schal­ tungstechnisch einfacher Weise gegeben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zur Überprüfung der resultierenden Kapa­ zitäten der Untergruppen jeweils einer Gruppe auf Gleich- oder Ungleichheit nur zwei Meßleitungen und jeweils eine Verbindung zu einem Bezugspotential erforderlich sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ein­ richtung besteht darin, daß die Kondensatoren derart angeordnet sind, daß sich beim Übergang des Füllguts von einer Füllstands­ höhe zur nächsten Füllstandshöhe nur eine Binärstelle des Ausgangssignals ändert. Das Ausgangssignal verändert sich damit schrittweise z. B. im sogenannten Gray-Code (vgl. Lexikon der Datenverarbeitung, verlag moderne industrie, 9. Auflage, Seiten 754 ff.). Diese Ausgestaltung der Erfindung ist im Hinblick auf dynamische Vorgänge bei der Füllstandsmessung besonders vorteil­ haft, weil Meß- bzw. Übermittlungsfehler bei hinreichend hoher Abtastrate an der gleichzeitigen Veränderung von zwei oder mehr Binärstellen des Ausgangssignals erkannt werden können.

Hinsichtlich der Kompensation von Alterungs- und Umgebungsein­ flüssen auf die Kapazitäten der Kondensatoren ist gemäß einer weiteren Fortbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung vorge­ sehen, daß jeweils die einen Elektroden der Kondensatoren zumindest einer Gruppe auf einem gemeinsamen Substrat ange­ ordnet sind.

Eine besonders platzsparende, beispielsweise zylindrische, Anordnung der Kondensatoren ist gemäß einer weiteren vorteil­ haften Fortbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß das Substrat eine flexible Leiterfolie ist.

Ein besonders kompakter und störungsunauffälliger Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch erreichbar, daß die jeweils anderen Elektroden der Kondensatoren einer Gruppe von einer den jeweils einen Elektroden gegenüberliegenden gemein­ samen Bezugselektrode gebildet sind. In dieser Hinsicht und aus fertigungstechnischen Gründen ist es besonders vorteilhaft, die Bezugselektrode aus einem Rohr aus leitendem Material herzu­ stellen.

Eine weitere Verminderung des Raumbedarfs der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung läßt sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der Erfindung dadurch erzielen, daß die jeweils einen Elektroden von einer Gruppe zugeordneten Kondensatoren wenigstens teilweise in Zwischenräumen der jeweils einen Elektroden der Kondensatoren mindestens einer weiteren Gruppe angeordnet sind.

Eine in schaltungstechnischer Hinsicht und im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse besonders vorteilhafte Fort­ bildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß jede Vergleichseinheit zwei monostabile Multivibratoren enthält, die die resultierenden Kapazitäten der Untergruppen einer Gruppe in Pulsweiten umsetzen, daß ein Vergleicher die Pulsweiten zum Rücksetzzeitpunkt einer der monostabilen Multivibratoren vergleicht und daß der Vergleicher je nach Gleichheit oder Ungleichheit der Pulsweiten ein erstes oder zweites digitales Signal ausgibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C den prinzipiellen Aufbau der erfindungs­ gemäßen Einrichtung;

Fig. 2 und 3 Anordnungsmöglichkeiten von Kondensatoren in der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit vier Binärstellen;

Fig. 4 eine prinzipiell der Fig. 3 entsprechende Anordnung von Kondensatoren zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit sieben Binärstellen;

Fig. 5 eine Anordnung von Kondensatorflächen;

Fig. 6 einen Füllstandsgeber;

Fig. 7 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Ein­ richtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit sieben Binär­ stellen und

Fig. 8 beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung auftre­ tende Impulse in einer in der Fig. 7 gezeigten Vergleichs­ einheit.

Fig. 1A zeigt in prinzipieller Darstellung in einem Behälter 1 angeordnete Kondensatoren 2 und 3 einer ersten Gruppe in bezug auf eine Füllstrecke 4. Die Füllstrecke 4 stimmt im vorliegen­ den Beispiel mit der Höhe des Behälters 1 überein, kann jedoch bei anderer Orientierung des Behälters 1 und einem ent­ sprechenden Füllgut (z. B. Schüttgut) auch eine andere Orien­ tierung aufweisen. Die Kondensatoren 2 und 3 weisen einen ge­ meinsamen Anschluß zu einem Bezugspotential 5 auf und sind mit ihren jeweiligen anderen Anschlüssen 6 an eine Vergleichsein­ heit 7 zum Vergleich ihrer Kapazitäten angeschlossen. Die Ka­ pazitäten der Kondensatoren 2 und 3 sind bei gleichem zwischen ihren Elektroden befindlichen Dielektrikum annähernd gleich. Die Vergleichseinheit 7 liefert ein digitales Vergleichssignal 8, das bei Gleichheit der Kapazitäten den Wert "1" annimmt und bei einer Mindestabweichung der Kapazitäten den Wert "0" an­ nimmt. Gemäß Fig. 1A ist der Behälter 1 ungefüllt, so daß zwischen den Elektroden der Kondensatoren 2 und 3 Luft als Dielektrikum vorhanden ist; die Kapazitäten der Kondensatoren 2 und 3 sind daher annähernd gleich; das Vergleichssignal 8 hat somit den Wert "1".

Gemäß Fig. 1B ist als Füllgut 9 Wasser in den Behälter 1 bis zu einer Füllhöhe 10 eingelassen. Das Wasser dient als Di­ elektrikum für den Kondensator 2, was zu ungleichen Kapa­ zitätswerten der Kondensatoren 2 und 3 führt. Das Vergleichs­ signal 8 hat daher den Wert "0".

Gemäß Fig. 1C hat das Füllgut 9 (Wasser) nunmehr eine Füllhöhe 11, so daß beide Kondensatoren 2 und 3 gleichermaßen von dem Wasser 9 als Dielektrikum beeinflußt sind. Die Vergleichsein­ heit liefert wegen der annähernd gleichen Kapazitäten ein Ver­ gleichssignal mit dem Wert "1". In Richtung der Füllstrecke 4 schließen sich weitere (nicht dargestellte) Kondensatoren an, wie nachfolgend erläutert wird.

Die Meßergebnisse der Gruppe von Kondensatoren 2 und 3 sind von Alterungserscheinungen der Kondensatoren 2 und 3 und auf ein­ wirkende Umwelteinflüsse weitgehend befreit, da diese durch die Differenzbildung der Kapazitäten kompensiert werden. Da keine absolute Bestimmung der Kapazitäten, sondern lediglich ein Kapazitätenvergleich erforderlich ist, ist die erfindungsgemäße Einrichtung schaltungstechnisch äußerst einfach und damit stör­ unanfällig aufgebaut.

Fig. 2 zeigt eine gemäß Fig. 1 aufgebaute Gruppe 20 von Kondensatoren 21-1 bis 22-8. Die Kondensatoren 21-1 bis 21-8 sind mit ihrem jeweils einen Elektrodenanschluß zusammen auf eine Bezugsleitung 23 mit Massepotential geführt. Ihre jeweils anderen Elektrodenanschlüsse sind auf eine Sammelleitung 24 ge­ führt, so daß die Kondensatoren 21-1 bis 21-8 eine erste Unter­ gruppe 25 der Gruppe 20 bilden. Eine zweite Untergruppe 26 ist in gleicher Weise durch die Kondensatoren 22-1 bis 22-8 gebil­ det, die mit ihrem jeweils einen Elektrodenanschluß ebenfalls auf die Bezugsleitung 23 und mit ihrem jeweils anderen Elektro­ denanschluß auf eine weitere Sammelleitung 27 geführt sind. In Füllstreckenrichtung 4 (Fig. 1A) gesehen weisen zumindest jeweils zwei aufeinanderfolgende, alternierend verschiedenen Untergruppen 25 und 26 zugeordnete Kondensatoren (z. B. 21-1 und 22-1) bei gleichem Dielektrikum eine annähernd gleiche Kapazität auf.

In gleicher Weise ist eine weitere Gruppe 30 gebildet, indem Kondensatoren 31-1 bis 32-4 alternierend Untergruppen 33 und 34 zugeordnet sind. Die Untergruppen 33 und 34 weisen eben­ falls Anschlußleitungen 35 und 36 auf, die zu einer in der Fig. 2 nicht dargestellten Vergleichseinrichtung führen. Eine weitere Gruppe 40 besteht in gleicher Weise aus Kondensatoren 41-1 bis 42-2, die Untergruppen 43 bzw. 44 mit Anschlußlei­ tungen 45 und 46 bilden. Eine weitere Gruppe 50 besteht schließlich aus von Kondensatoren 51 und 52 gebildeten Unter­ gruppen 53 und 54 mit Anschlußleitungen 55 und 56.

Die Kondensatoren 21-1 bis 22-8 der einen Gruppe 20 sind in bezug auf die Kondensatoren 31-1 bis 32-4 der weiteren Gruppe 30 derart angeordnet, daß sie zur Interpolation der zwischen den Kondensatoren 31-1 bis 32-4 gebildeten Abstände in Füll­ streckenrichtung 4 dienen. Beispielsweise erfolgt durch die Kondensatoren 21-1 bis 21-2 eine Interpolation des Abstandes zwischen den Kondensatoren 31-1 und 32-1 der weiteren Gruppe 30. Die Kondensatoren 31-1 bis 32-4 dienen ihrerseits zur Interpolation der Abstände in Füllstreckenrichtung 4 der Kon­ densatoren 41-1 bis 42-2 der Gruppe 40. Gleiches gilt für die Kondensatoren 41-1 bis 42-2 im Hinblick auf die Kondensatoren 51 und 52 der Gruppe 50.

Wie nachfolgend noch näher erläutert, werden die resultierenden Kapazitäten der Untergruppen 25 und 26, 33 und 34, 43 und 44 und 53 und 54 jeweils einer Vergleichseinheit zugeführt, die bei Gleichheit der Kapazitäten der Untergruppen einen ersten digitalen Zustand (z. B. den Wert "1") und bei Ungleichheit der Untergruppen jeweils den zweiten digitalen Zustand (z. B. den Wert "0") als Vergleichssignal annimmt. Die Vergleichssignale der jeweiligen Vergleichseinheiten bilden Binärstellen eines Ausgangssignals.

In Fig. 2 sind die auf diese Weise gebildeten Ausgangssignale für 16 verschiedene Füllstandshöhen 60-1 bis 60-16 darge­ stellt. Bei der Füllstandshöhe 60-1, die einem leeren Behälter entspricht, weisen die jeweiligen Untergruppen der Gruppen 20, 30, 40 und 50 untereinander jeweils eine übereinstimmende re­ sultierende Kapazität auf. Daher weisen sämtliche Vergleichs­ signale den Wert "1" auf. Wie die Kombination der Binärstellen zeigt, werden mit zunehmender Füllstandshöhe zunehmend Konden­ satoren der unterschiedlichen Gruppen 20 bis 50 mit dem Füllgut als Dielektrikum beaufschlagt und ändern dementsprechend ihre Kapazität. Beispielsweise sind bei der Füllstandshöhe 60-6 die Kondensatoren 22-8, 21-8, 22-7, 21-7 und 22-6 der Gruppe 20, die Kondensatoren 32-4 und 32-4 der Gruppe 30 und der Konden­ sator 42-2 der Gruppe 40 mit einem im Vergleich zu den übrigen Kondensatoren abweichenden Dielektrikum beaufschlagt. Da bei der Gruppe 20 nur zwei Kondensatoren 21-7 und 21-8 der Unter­ gruppe 25, dagegen aber drei Kondensatoren 22-6, 22-7 und 22-8 der Untergruppe 26 mit dem Füllgut als Dielektrikum beauf­ schlagt sind, sind auch die resultierenden Kapazitäten der Untergruppen 25 und 26 unterschiedlich, so daß die der Gruppe 20 zugeordnete Vergleichseinheit ein Vergleichssignal mit dem Wert "0" ausgibt. Bei der Gruppe 30 sind die Kondensatoren 31-4 und 32-4 jeweils mit dem Füllgut als Dielektrikum beaufschlagt. Da diese aufeinanderfolgenden Kondensatoren der Gruppe 30 je­ doch, wie eingangs ausführlich dargelegt, bei gleichem Dielek­ trikum annähernd gleiche Kapazitäten aufweisen und auch die übrigen Kondensatoren der Gruppe 30 mit dem gleichen Dielektri­ kum (z. B. Luft) beaufschlagt sind, ergibt sich insgesamt eine Gleichheit der resultierenden Kapazitäten der Untergruppen 33 und 34 und damit als Vergleichssignal für die Gruppe 30 der Wert 1. Dementsprechend ergibt sich für die Gruppe 40 mit einem mit dem Füllgut als Dielektrikum beaufschlagten Kondensator 42-2 ein Vergleichssignal der Wert "0" und für die Gruppe 50 ein Vergleichssignal mit dem Wert 1. Bei Erreichen der maximal zu erkennenden Füllstandshöhe 60-16 weisen nach dem Vorgenann­ ten sämtliche Untergruppen einer Gruppe 20 bis 50 im Vergleich zueinander unterschiedliche Kapazitäten auf, so daß sich das aus den Vergleichssignalen gebildete Ausgangssignal aus­ schließlich aus den Werten "0" zusammensetzt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnungsmöglichkeit von Konden­ satoren in der erfindungsgemäßen Einrichtung. Eine erste Gruppe 70 besteht aus zwei Untergruppen 71 und 72, die ihrerseits jeweils aus parallelgeschalteten Kondensatoren 71-1 bis 71-4 bzw. 72-1 bis 72-4 bestehen. Anschlußleitungen 73 bzw. 74 der Untergruppen 71 und 72 führen zu einer nicht dargestellten Vergleichseinheit. In gleicher Weise ist eine Gruppe 80 aus Untergruppen 81 und 82 mit Kondensatoren 81-1 bis 82-2 ge­ bildet; eine Gruppe 90 besteht aus Kondensatoren 91-1 und 92-1, die jeweils eine Untergruppe 91 bzw. 92 bilden. Eine letzte Gruppe 100 besteht aus Kondensatoren 101-1 und 102-1, die Untergruppen 101 und 102 bilden. Wie vorstehend ausführlich erläutert, sind in Füllstreckenrichtung 4 gesehen aufeinander­ folgende Kondensatoren einer Gruppe (z. B. 70) alternierend den Untergruppen (z. B. 71 und 72) zugeordnet, wobei zumindest je­ weils zwei in Füllstreckenrichtung 4 aufeinander folgende Kon­ densatoren (z. B. 71-4 und 72-4) derselben Gruppe 70 bei glei­ chem Dielektrikum annähernd gleiche Kapazitäten aufweisen. Die Kondensatoren 71-3 und 72-3 können beispielsweise untereinander bei gleichem Dielektrikum ebenfalls dieselbe Kapazität aufwei­ sen, jedoch kann sich diese Kapazität von den Kapazitäten der Kondensatoren 71-4 und 72-4 bei gleichem Dielektrikum unter­ scheiden. Vorzugsweise weisen jedoch alle Kondensatoren zu­ mindest einer Gruppe dieselben Kapazitäten bei gleichem Dielek­ trikum auf.

Auch die Gruppen 70 bis 100 der Fig. 3 sind hinsichtlich der Anordnung ihrer Kondensatoren derart ausgebildet, daß die Kondensatoren (z. B. 72-1 und 71-2) der einen Gruppe 70 zur Interpolation der Abstände zwischen den Kondensatoren (z. B. 81-1 und 82-1) der Gruppe 80 dienen. Ein weiterer Kondensator (z. B. 91-1) der weiteren Gruppe 90 dient seinerseits zur Interpolation des Abstandes zwischen den Kondensatoren 81-1 und 82-1.

Fig. 3 zeigt darüber hinaus die bei einem gruppenweisen Ver­ gleich der resultierenden Kapazitäten der jeweiligen Untergrup­ pen 71 und 72, 81 und 82, 91 und 92 und 101 und 102 in Abhän­ gigkeit von verschiedenen Füllstandshöhen 110-1 bis 110-16 aus den Vergleichssignalen der Gruppen 70 bis 20 gebildeten Binär­ stellen eines Ausgangssignals. Der Füllstand 110-1 entspricht dabei einem luftgefüllten Behälter. Mit ansteigendem Füllstand des in den Behälter eingefüllten Füllgutes werden stufenweise die weiteren Füllstandshöhen 110-2, 110-3 usw. erreicht, wobei jeweils die angegebenen Binärstellen des Ausgangssignals auftreten. Von Füllstandshöhe zu Füllstandshöhe ändert jeweils nur eine Binärstelle, d. h. eines der von den Gruppen 70 bis 100 gebildeten Vergleichssignale, seinen Wert (Gray-Code); bei dem Übergang von der Füllstandshöhe 110-2 zur Füllstandshöhe 110-3 ändert beispielsweise nur das von der Gruppe 80 gebildete Vergleichssignal seinen Wert von "1" auf "0".

Die Anordnung der Kondensatoren gemäß Fig. 3 bietet im Ver­ gleich zur Anordnung gemäß Fig. 2 den Vorteil, daß ebenfalls 16 verschiedene Füllstandshöhen (110-1 bis 110-16) mit einer vergleichsweise erheblich geringeren Anzahl von Kondensatoren gemessen werden können. Ferner ist auch bei verhältnismäßig schneller Änderung des Füllstandes eine zuverlässige Kontrolle der Meßwerte gegeben, weil von Füllstandshöhe zu Füllstandshöhe jeweils nur die Änderung einer Binärstelle des Ausgangssignals auftritt. Bei hinreichend schneller Abtastung kann daher auf einen Meßfehler geschlossen werden, wenn zwischen der Messung zweier aufeinanderfolgender Füllstandshöhen mehr als eine Binärstelle des Ausgangssignals verändert ist.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung 300 von Kondensatoren 301-1 bis 301-n .. 307-1 bis 307-n, die in der im Zusammenhang mit Fig. 3 geschilderten Weise jeweils in Untergruppen 301a, 301b ... 307a, 307b von Gruppen 301 bis 307 angeordnet sind. Wie vorstehend ausgeführt sind z. B. die Kondensatoren 301-1 bis 301-n alternierend den Untergruppen 301a und 301b der Gruppe 301 zugeordnet. Jede Gruppe 301 bis 307 ist an jeweils einer (nicht gezeigten) Vergleichseinheit angeschlossen. Die Aus­ gangssignale der Vergleichseinheiten bilden ein Ausgangssignal mit 7 Binärstellen (7 Bit), so daß eine Füllstandsmessung mit 128 Stufen ermöglicht ist. Auch hierbei findet beim Übergang von einer Füllstandsstufe zur nächsten die Änderung des Aus­ gangssignals nur in einer einzigen Binärstelle statt.

Fig. 5 zeigt auf einem als flexible Leiterfolie ausgebildeten gemeinsamen Substrat 400 angeordnete Elektroden (leitende Flächen) 401-1 bis 401-n, die jeweils die eine Kondensator­ fläche der in der Fig. 4 dargestellten Kondensatoren 301-1 bis 301-n der einen Gruppe 301 bilden. In gleicher Weise sind lei­ tende Flächen 402-1 bis 402-n auf dem Substrat 400 angeordnet, die jeweils die eine Elektrode der Kondensatoren der Gruppe 302 (Fig. 4) bilden. Weitere leitende Flächen 403-1 bis 403-n, die jeweils die eine Elektrode der Kondensatoren der Gruppe 303 (Fig. 4) bilden, sind teilweise in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden bzw. leitenden Flächen 402-1 bis 402-n der Kondensatoren der Gruppe 302 angeordnet. In gleicher Weise sind Elektroden 404-1 bis 404-n, 405-1 bis 405-n, 406-1 bis 406-n und 407-1 bis 407-n der Gruppen 304, 305, 306 und 307 (Fig. 4) in den jeweils von den Elektroden der anderen Gruppen gebilde­ ten Zwischenräumen zur Platzersparnis angeordnet. Man erkennt, daß die in Füllstreckenrichtung angeordneten Elektroden 401-1 bis 401-n der Gruppe 301 (Fig. 4) alternierend unter Bildung der zwei Untergruppen an Anschlußleitungen 410 bzw. 411 ange­ schlossen sind, die zu Anschlußpunkten 412 und 413 führen. In gleicher Weise sind auch die Elektroden der übrigen Gruppen alternierend an entsprechende Anschlußleitungen bzw. Anschluß­ punkte angeschlossen.

Fig. 6 zeigt den konstruktiven Aufbau eines Füllstandgebers 420 der erfindungsgemäßen Einrichtung, der das auf einen rohr­ förmigen Tragkörper 421 aufgebrachte Substrat 400 (Fig. 5) enthält. Konzentrisch zu dem Tragkörper 421 ist außen eine von einem leitenden Rohr gebildete Bezugselektrode 422 angeordnet.

Durch eine Trägerplatte 423 treten die Anschlüsse (z. B. 412 und 413/Fig. 5) der Untergruppen und ein Bezugspotentialan­ schluß 425 hindurch. Die Bezugselektrode 422 bildet zu den Elektroden (leitenden Flächen) des Subtrats 400 eine gemeinsame Gegenelektrode, so daß eine Vielzahl von Kondensatoren entlang einer Füllstrecke 426 in dem in der Fig. 5 dargestellten Muster angeordnet ist.

Fig. 7 zeigt den Gesamtaufbau der erfindungsgemäßen Einrich­ tung mit dem Füllstandsgeber 420 gemäß Fig. 6 mit den bei­ spielhaft gezeigten Anschlußpunkten 412 und 413, die mit einer ersten Vergleichseinheit 500 verbunden sind. Der Anschlußpunkt 412 ist auf einen Eingang eines ersten monostabilen Multivi­ brators 501 und der Anschlußpunkt 413 auf einen Eingang eines zweiten monostabilen Multivibrators 502 geführt. Die Multivi­ bratoren 501 und 502 werden durch einen gemeinsamen Takt über Takteingänge 503 und 504 synchronisiert. Die Kapazitäten der den Anschlußpunkten 412 und 413 zugeordneten Untergruppen 301a und 301b der Gruppe 301 (Fig. 4) bestimmen die Haltezeit der Multivibratoren 501 und 502. Die Pulsweite des Multivibrators 502 ist durch einen zusätzlichen Kondensator 505 vergrößert. Ein Ausgang des ersten Multivibrators 501 ist mit einem Daten­ eingang 506 eines als Vergleicher dienenden Speichers 507 ver­ bunden. Ein invertierender Ausgang des zweiten Multivibrators 502 ist mit einem Übernahmeeingang des Speichers 507 verbunden. Der Speicher 507 kann beispielsweise von einem D-Flip-Flop ge­ bildet sein. Bei Abfall des Multivibrators 502 wird das jeweils ausgangsseitig am Multivibrator 501 anliegende Signal in den Speicher 507 übernommen. Die Wiederholfrequenz dieser Abtastung ist im wesentlichen durch die Pulsweiten der monostabilen Mul­ tivibratoren 501 und 502 begrenzt, jedoch in der Praxis auch für schnelle Füllvorgänge durchaus ausreichend.

Fig. 8 zeigt neben den den Multivibratoren 501 und 502 (Fig. 7) zugeführten Taktsignalen 600 mit einer Pulsweite von 0,1 ms die Ausgangssignale 601 des Multivibrators 501 und die inver­ tierten Ausgangssignale 602 des Monoflops 502. Der linke Teil der Fig. 8 zeigt die Verhältnisse bei einem leeren Behälter, wobei die Untergruppen z. B. 301a und 301b von parallelge­ schalteten Kondensatoren (Fig. 4) die gleichen resultierenden Kapazitäten aufweisen. Der Multivibrator 501 fällt daher bereits in den stabilen Zustand zurück, bevor aufgrund des zusätzlichen Kondensators 505 der Multivibrator 502 zurückfällt und damit um die Zeit t2-t1 später eine Abtastflanke 610 zur Übernahme des Ausgangssignals "0" des Multivibrators 501 in den Speicher 507 erzeugt.

Ist dagegen der Behälter derart mit einem Füllgut (z. B. Wasser) gefüllt, daß ein Kondensator der einen Untergruppe 301a mehr als Kondensatoren in der anderen Untergruppe der Gruppe 301b mit dem Füllgut als Dielektrikum beaufschlagt ist, ist die resultierende Kapazität der einen Untergruppe 301a größer als die der anderen Untergruppe 301b. Wie in Fig. 8 rechts dar­ gestellt, erfolgt dann eine Abtastflanke 611 des Multivibrators 502, der der Untergruppe 301b mit der geringeren Kapazität zugeordnet ist, zu einem Zeitpunkt, zu dem der Multivibrator 501 (Fig. 7) infolge der größeren Kapazität der anderen Unter­ gruppe 301a noch im angehobenen Zustand ist, so daß ein Wert "1" in den Speicher 507 übernommen wird. In gleicher Weise werden die übrigen Gruppen bzw. deren Untergruppen von gleich­ artigen Vergleichseinheiten ausgewertet, wobei in der Fig. 7 der Übersichtlichkeit halber lediglich noch die Vergleichs­ einheit 500 für die Gruppe 407 (entsprechend der Gruppe 307 der Fig. 4) dargestellt ist. Die Ausgänge der Speicher 507 der Vergleichseinheiten 500 gemäß Fig. 7 werden dann einem han­ delsüblichen Dekoderbaustein zugeführt, der aus den jeweiligen auf diese Weise gebildeten Werten einen Wert für die jeweilige Füllstandshöhe erzeugt.

Claims (8)

1. Einrichtung zur stufenweisen Füllstandsmessung mit entlang einer Füllstrecke (4) angeordneten Kondensatoren (71-1...72-4; 81-1...82-2), deren Kapazitäten durch ein von einem Füllgut (9) gebildetes Dielektrikum beinflußbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (71-1...72-4; 81-1...82-2) zu einer ersten (70) und mindestens einer weiteren (80) Gruppe zusammengefaßt sind,
daß jede Gruppe (70; 80) zwei Untergruppen (71, 72; 81, 82) von parallelgeschalteten Kondensatoren (71-1...71-4; 72-1...72-4; 81-1...81-2; 82-1...82-2) enthält,
daß jeweils zwei in Füllstreckenrichtung (4) aufeinander­ folgende Kondensatoren (71-1; 72-1) derselben Gruppe (70) bei gleichem Dielektrikum annähernd gleiche Kapazitäten aufweisen und verschiedenen Untergruppen (71; 72) zugeordnet sind,
daß jeweils die Untergruppen (71; 72) einer Gruppe (70) an jeweils eine gemeinsame Vergleichseinheit (500) angeschlossen sind, die in Abhängigkeit der Differenz der resultierenden Kapazitäten der Untergruppen (71; 72) ein digitales Vergleichssignal bildet,
daß zumindest ein Teil der Kondensatoren (71-1...71-4; 72-1...72-4) der einen Gruppe (70) interpolierend zwischen den Kondensatoren (81-1, 82-1; 81-2, 82-2) der jeweils weiteren Gruppe (80) angeordnet sind und
daß die gruppenweise gebildeten Vergleichssignale Binärstellen eines Ausgangssignals bilden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (71-1...72-4; 81-1...82-2; 91-1, 92-1; 101-1, 102-1) derart angeordnet sind, daß sich beim Übergang des Füllguts von einer Füllstandshöhe (110-2) zur nächsten Füll­ standshöhe (110-3) nur eine Binärstelle des Ausgangssignals ändert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die einen Elektroden (401-1...401-n) der Kondensatoren (301-1...301-n) zumindest einer Gruppe (301) auf einem gemeinsamen Substrat (400) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (400) eine flexible Leiterfolie ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils anderen Elektroden der Kondensatoren (301-1... 301-n) einer Gruppe (301) von einer den jeweils einen Elektroden (401-1...401-n) gegenüberliegenden gemeinsamen Bezugselektrode (422) gebildet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (422) ein Rohr aus leitendem Material ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einen Elektroden (403-1...403-n) von einer Gruppe (303) zugeordneten Kondensatoren (303-1...303-n) wenigstens teilweise in Zwischenräumen der jeweils einen Elektroden (402-1...402-n) der Kondensatoren (302-1...302-n) mindestens einer weiteren Gruppe (302) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vergleichseinheit (500) zwei monostabile Multivibra­ toren (501, 502) enthält, die die resultierenden Kapazitäten der Untergruppen (301a, 302b) einer Gruppe (301) in Pulsweiten umsetzen, daß ein Vergleicher (507) die Pulsweiten zum Rücksetzzeitpunkt einer der monostabilen Multivibratoren (501, 502) vergleicht und daß der Vergleicher (507) je nach Gleichheit oder Ungleichheit der Pulsweiten ein erstes oder zweites digitales Signal ausgibt.