DE4131582A1

DE4131582A1 - Kapazitive fuellstandsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE4131582A1
Application number: DE19914131582
Authority: DE
Inventors: Ulrich Pok; Karl-Heinz Schulze; Helmut Merten
Original assignee: Elektro Merseburg I G GmbH
Current assignee: Elektro Merseburg I G GmbH
Priority date: 1991-09-23
Filing date: 1991-09-23
Publication date: 1993-03-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Füllstandsmeßeinrichtung zur Verwendung in Behältern, Bunkern oder Silos. Zur Messung werden dabei die Kapazitätsänderungen ausgenutzt, welche durch eine entsprechende Änderung des Füllstandes im Behälter entstehen. Dabei kann das Medium vorzugsweise ein Schüttgut oder auch eine Flüssigkeit darstellen. Die Erfindung läßt sich aber auch zur Füllstandsmessung von schwer handhabbaren Schüttgütern, zum Beispiel solchen, die zum Anhaften an Bunkerwände oder zur Brückenbildung neigen, einsetzen.

Bei der Anwendung der kapazitiven Füllstandsmessung in Behältern, Bunkern oder Silos ist es bei inhomogenen Medien, wie sie z. B. Schüttgüter mit unterschiedlicher Schüttdichte oder uneinheitlicher Dielektrizitätskonstante darstellen, erforderlich, daß der Meßkondensator mit der Kapazität C_M ein genügend großes Volumen erfaßt und sich in seiner Gestaltung nach der Behältergeometrie richtet. Dazu ist in bekannter Weise eine solche Meßwertung erforderlich, die durch das Prinzip der kapazitiven Spannungsteilung leicht einem Kapazitätsbereich für C_M von 2 bis 3 Dekaden angepaßt werden kann.

Es sind Meßfühler für eine kapazitive Füllstandsmessung bekannt, die als Seile, Stäbe oder Bleche in den Behälterinnenraum hineinragen, gegen die Behälterwand isoliert gehalten sind, und mit der Behälterwand als Gegenelektrode die Meßkapazität C_M bilden. Die zum Behälter isolierte Meßelektrode - üblicherweise mit einer Abschirmung zur Erzeugung inaktiver Bereiche - muß in mechanisch robuster Form durch die Behälterwandung geführt werden. Alle diskreten Meßstellen stellen somit Einbauten dar, die zu technologischen Beeinträchtigungen führen können oder zusätzliche Maßnahmen zu deren Verhinderung erfordern. In Behältern mit Rührorganen ist der Einbau einer zusätzlichen Sonde zur kapazitiven Füllstandsmessung aus Platzgründen in vielen Fällen nicht effektiv möglich.

Aus der DE 38 04 674 ist eine Füllstandsmeßsonde bekannt, bei welcher der Meßkondensator ein größeres Volumen erfaßt. Abgesehen davon, daß im Behälterinnenraum ein zusätzlicher großvolumiger Einbau entsteht, erfordert die beschriebene Anordnung einen erheblichen Fertigungsaufwand und ist in ihrer Anwendbarkeit eingeschränkt, da bei rieselfähigen Produkten mit großer innerer Reibung Festigkeitsprobleme auftreten können.

Ein ähnlich großer konstruktiver Aufwand wird bei der in DE 38 43 338 beschriebenen Meßsonde betrieben. Obwohl durch eine Schaltungsanordnung der Meßfehler durch anhaftendes Produkt an der Meßsonde ausgeglichen wird, stellt der Einsatz dieser Meßsonde in einem Behälter auch eine Beeinträchtigung des technologischen Ablaufes dar.

Der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Messung von Produktfüllständen in Behältern, Silos oder Bunkern nach dem Prinzip der kapazitiven Spannungsteilung ohne volumenverringernde Einbauten zu ermöglichen, die Füllstandsmeßeinrichtung an jede Behältergeometrie anzupassen und unempfindlich gegen anhaftendes Füllgut zu gestalten.

Durch die flächige Ausbildung der drei Elektroden und ihre geringe Stärke, wobei auch ein Behälterbauteil oder ein vorhandenes Einbauteil die Funktion der Basiselektrode übernehmen kann, ist es möglich, die Meßanordnung auf jede beliebige Form der Einbauten oder Behälterwandung aufzubringen und beansprucht somit kaum ein zusätzliches Volumen. So besteht die vorteilhafte Möglichkeit, alle drei Elektroden oder mindestens die Meß- und Schirmelektrode aus einer dünnen selbstklebenden Folie zu fertigen, die unter Verwendung einer Zwischenisolation übereinander auf einen Untergrund aufgeklebt werden. Als Abschluß gegenüber dem Meßmedium kann eine Folie über alle Elektroden geklebt werden, die gegen das Meßmedium sowie gegen mechanische Beanspruchungen widerstandsfähig ist.

Ebenfalls können die Zwischenisolationen sehr dünn und aus einem selbstklebenden Isoliermaterial hergestellt werden. Der flächenhafte Aufbau der Elektroden erlaubt ein vernachlässigbares Einbauvolumen und kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo z. B. durch Rührwerke oder andere bewegliche Einbauten bedingt wenig Platz zur Verfügung steht.

Die Meßelektrode bildet mit der Basiselektrode die eigentliche Meßkapazität. Durch die zwischen der Meßelektrode und der Basiselektrode isoliert eingelagerte Schirmelektrode wird eine Mindestfeldlinienlänge erzwungen und das Gesamtfeld der Kondensatoranordnung erfaßt zwangsläufig ein größeres Volumen. Je größer die Fläche der Schirmelektrode zur Fläche der Meßelektrode ausgeführt wird, um so stärker überwiegt das Fernfeld gegenüber dem Nahfeld. An der Meßanordnung anhaftendes Füllgut beeinflußt nur das Nahfeld und kann bei einer entsprechenden Dimensionierung wirkungslos gemacht werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch die Meßanordnung,

Fig. 2 Verwendung der Füllstandsmeßeinrichtung an einem zylinderförmigen Behältereinbau.

Ein Beispiel der Füllstandsmeßeinrichtung verwendet als Basiselektrode die Behälterwand 3, welche eine leicht sphärisch gekrümmte Form hat. Auf dieser aufgeklebt ist eine dünne Zwischenisolation 5, auf deren Oberfläche eine kreisförmige Schirmelektrode 2 so aufgeklebt ist, daß der Durchnmesser der Schirmelektrode 2 kleiner als der der Zwischenisolation 5 ist. Auf die Schirmelektrode 2 ist eine Zwischenisolation 4 geklebt und darauf die kreisförmige Meßelektrode 1, deren Durchmesser ebenfalls kleiner als der der Zwischenisolation 4 ist. Die so in ihren Flächen abgestuft übereinanderliegenden, konzentrisch angeordneten Elektroden 1 und 2 sind unter Einbeziehung eines genügend breiten Randes der Basiselektrode (Behälterwand 3) von einer selbstklebenden, nichtleitenden Schutzfolie 6 unter Beachtung der Herausführung der Meßleitungen 7 überdeckt und gegen das Meßmedium abgeschlossen.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform verwendet ein in ein Silo zur Aufnahme zum Beispiel eines Temperaturmeßfühlers hineinhängendes hohles Seil 9 als Träger für die Füllstandsmeßeinrichtung. Koaxial um das Seil 9 sind in abgestuften Längen die Basiselektrode 8, die Schirmelektrode 2 und die Meßelektrode 1 angeordnet, wobei sich zwischen den einzelnen Elektroden Zwischenisolationen 4 und 5 befinden. Die elektrische Verbindung der drei Elektroden ist dabei von mechanischen Belastungen frei und kann parallel entlang des Seiles bis zu dessen Verankerung geführt und nach außen gebracht werden. Auch hier bietet sich als Überzug über die gesamte Elektrodenanordnung eine Schutzfolie 6 an, zum Beispiel ein Schrumpfschlauch.

Claims

1. Kapazitive Füllstandsmeßeinrichtung für Flüssigkeiten oder Schüttgüter in Behältern, Silos oder Bunkern, bestehend aus jeweils einer Meß-, Schirm- und Basiselektrode unter Verwendung des Meßprinzips des kapazitiven Spannungsteilers, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (1) und die Schirmelektrode (2) flächig ausgebildet sind, eine dünne Zwischenisolation (4) aufweisen und übereinanderliegend mit einer Zwischenisolation (5) auf der Basiselektrode (3, 8) so angeordnet sind, daß zwischen der Meßelektrode (1) und der Basiselektrode (3, 8) eine maximale Feldlinienlänge entsteht.

2. Kapazitive Füllstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Meßelektrode (1) und die Schirmelektrode (2) flächenhaft an einer Behälterwandung (3) oder an vorhandenen Behältereinbauten (9) angeordnet sind.