DE4412386A1

DE4412386A1 - Schaltungsanordnung zur konduktiven Füllstandmessung

Info

Publication number: DE4412386A1
Application number: DE19944412386
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl Ing Raffalt; Siegbert Dipl Ing Woehrle
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: DE4412386C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur konduk tiven Füllstandmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus DE 32 12 434 C2 bekannt. Die Schaltungsanordnung sieht eine drei Elektroden aufweisende Sonde vor, von denen eine erste Elektrode mit einem Ausgang eines Wechselspannungsgenera tors, eine zweite Elektrode mit Bezugspotential und die dritte Elektrode mit einer Auswerteschaltung verbunden ist.

Bei der konduktiven Füllstandmessung mit solchen Sonden ist eine bestimmte Mindestleitfähigkeit des Füllmediums Voraus setzung für die Funktionsfähigkeit der Füllstandmessung. Sobald das Füllmedium die in einer bestimmten Füllhöhe montierte Sonde berührt, wird der Stromkreis über die Sonde geschlossen und die Auswerteschaltung signalisiert das Erreichen dieses Füllstandes. Als Spannungsquelle wird eine niederfrequente Wechselspannungsquelle verwendet, um eine Elektrolyse an den Elektroden der Sonde zu verhindern. Durch Einsatz zahlreicher Elektroden in unterschiedlichen Höhen kann mit diesem Meßprinzip eine stufenweise Abtastung des Füllmediumstandes erfolgen.

Das Meßprinzip der konduktiven Füllstandmessung wird insbe sondere zur Minimal/Maximal-Steuerung, als Überlauf- oder Trockenlaufschutz, zur Leer- oder Vollmeldung sowie zur Überfüllsicherung eingesetzt. Die konduktiven Grenzstandde tektoren mit konzentrischen Drei-Elektroden-Sonden ermögli chen bei Verwendung geeigneter Auswerteschaltungen die abgleichfreie Messung diskreter Füllhöhen von Medien, deren Viskosität über einen weiten Bereich variieren kann.

Problematisch bei den bisher hierfür bekannten Auswerte schaltungen ist, daß der abgleichfrei abdeckbare Füllgut leitwertbereich zwar recht groß ist, aber dennoch diverse in der Praxis auftretende Füllgüter mit besonders hohem bzw. niederem Leitwert nicht fehlerfrei detektierbar sind.

Darüber hinaus haben sich hochviskose Füllmedien dann als problematisch herausgestellt, wenn sie gleichzeitig einen hohen Leitwert aufweisen.

Schließlich entstehen weitere Probleme, wenn die Sonde in der Nähe anderer feldemittierender Sensoren oder anderer elektromagnetischer Sender angebracht ist, so daß die Überlagerung der verschiedenen niederfrequenten bzw. hoch frequenten Felder Fehlauslösungen bzw. Fehlmeldungen in der Auswerteschaltung verursachen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung zur konduktiven Füllstandmes sung derart weiterzubilden, daß Füllmedien in einem extrem weiten Füllgutleitwertbereich ohne Abgleich meßbar sind. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll auch bei hochvis kosen Füllmedien zuverlässig arbeiten und gegenüber Fremd feldern beliebiger Art unempfindlich sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß zwischen die erste und zweite Elektrode der Sonde ein Sondenreferenz spannungsteiler geschaltet ist, welcher die Sonde in einem bestimmten Füllgutbedeckungszustand nachbildet. Der Teiler abgriff des Sonden-Referenzspannungsteilers ist, wie die dritte Elektrode der Sonde, mit der Auswerteschaltung ver bunden, welche das Differenzsignal zwischen den am Teilerab griff des Sonden-Referenzspannungsteilers und der dritten Elektrode der Sonde anstehenden Signalen zur diskreten Füllstandbestimmung phasenselektiv gleichrichtet und auswer tet.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung liegt darin, daß nicht nur eine betragsmäßige Gleichrichtung des Sondenausgangssignales und ein an schließender Vergleich mit einer Referenzgleichspannung auf Über- bzw. Unterschreitung erfolgt, sondern statt dessen die Ausgangsspannung der Sonde, d. h. das Ausgangssignal an der dritten Elektrode der Sonde, mit einer schaltungsintern erzeugten Teilerspannung des Sonden-Referenzspannungsteilers verglichen wird. Bei Abweichung dieser beiden Signale kann anhand der Polarität, d. h. der Phasenlage, der Differenz spannung bestimmt werden, ob der Teilzweig der Sonde ein größeres oder kleineres Verhältnis als der Teilzweig des Sonden-Referenzspannungsteilers aufweist, und damit, ob die Sonde mit Füllgut bedeckt ist oder nicht. Durch das Vorsehen des Sonden-Referenzspannungsteilers und die Auswertung des Differenzsignales zwischen Sonden-Referenzspannungsteiler und Sonde ist die Schaltungsanordnung unempfindlich gegen über Spannungsabfällen in der Spannungsversorgung der Sonde. Dadurch wird der Funktionsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen hinsichtlich Füllgutleitwert und Viskosität nicht eingeschränkt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen den Ausgang des Wechselspannungsgenerators und der ersten Elek trode der Sonde ein Vorwiderstand geschaltet ist. Dieser Vorwiderstand dient zur Strombegrenzung, wodurch die erste und dritte Elektrode der Sonde und das Füllmedium vor elek trolytischer Zersetzung wirksam geschützt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung weist als Wechselspan nungsgenerator einen Flußwandler mit einem Übertrager auf, dem primärseitig vorzugsweise eine rechteckförmige Wechsel spannung, die beispielsweise von einem Oszillator gewonnen werden kann, zugeführt wird. Der Übertrager transformiert diese Wechselspannung auf seine Sekundärseite. Sekundärsei tig ist der Übertrager einerseits mit einer Gleichrichteran ordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung für die Versor gung der Auswerteschaltung und andererseits mit einem An schluß versehen, an welchem ein Wechselspannungssignal für die Sonde abgreifbar ist. Dieses Wechselspannungssignal von beispielsweise 1 V_ss und 5 kHz Schwingfrequenz wird an die erste Elektrode der Sonde direkt bzw. vorzugsweise über den erwähnten Vorwiderstand angeschlossen. Die Schwingfre quenz der eingangsseitigen Wechselspannung wird bevorzugt auf einen Wert eingestellt, der sich für Leitwertmessungen eignet. Die Gleichspannung zur Versorgung der Auswerteschal tung kann beispielsweise +/- 3 Volt bezogen auf Schaltungs masse betragen.

Bei einem solchen Wechselspannungsgenerator können sekundär seitige Spannungsstabilisierschaltungen, wie sie bisher notwendig waren, entfallen. Darüber hinaus ermöglicht der beschriebene Wechselspannungsgenerator eine Potentialtren nung zwischen dem die Wechselspannung erzeugenden Oszillator und der Sonde sowie der Auswerteschaltung. Der beschriebene Wechselspannungsgenerator dient sowohl zur hochfrequenten Spannungsversorgung der Sonde und des Sonden-Referenzspan nungsteilers mit Wechselspannung, der Versorgung der Auswer teelektronik mit Gleichspannung und zusätzlich dem Bereit stellen eines für die Auswerteschaltung notwendigen Steuer signales, welches nachfolgend noch eingehend erläutert werden wird. Die drei genannten Signale bzw. Spannungen sind erfindungsgemäß potentialgetrennt vom eingangsseitigen Wechselspannungssignal des Übertragers.

Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung dient somit ein einziger Übertrager in Verbindung mit einem Oszillator zugleich als Potentialtrenneinrichtung zwischen einer Netzspannung und der Sonde und als hochfre quente Speisequelle für die Meßsonde. Bei den bisher bekann ten konduktiven Füllstandsgrenzschaltern existierten zwar auch zahlreiche Geräte mit Potentialtrennung zwischen Meß sonde und Stromversorgung. Diese Geräte enthalten meist einen Netztrafo zur Potentialtrennung und Bereitstellung einer niedervoltigen Betriebsspannung und einer netzfrequen ten, d. h. niederfrequenten Sondenkreis-Meßspannung bzw. einen Netztrafo zur Potentialtrennung und Bereitstellung einer niedervoltigen Betriebsspannung und einem zusätzlichen Oszillator zur Aufbereitung einer höherfrequenten Sonden kreis-Meßspannung. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem einzigen Übertrager in Verbindung mit dem eingangs seitig angeschlossenen Oszillator zeichnet sich somit durch einen einfacheren Schaltungsaufbau gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen aus.

Die Auswerteschaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung weist vorzugsweise eingangsseitig einen Differenzver stärker mit nachgeschaltetem Synchrondemodulator sowie nachfolgendem Tiefpaß mit Schwellwertschalter auf. Als Trägersignal wird dem Synchrondemodulator das sekundärseiti ge Wechselspannungssignal des Wechselspannungsgenerators zugeführt. Das Trägersignal für den Synchrondemodulator wird z. B. eingangsseitig an der Gleichrichterschaltung des Wech selspannungsgenerators abgegriffen. Durch den erwähnten Differenzverstärker wird ein Differenzspannungssignal zwi schen den am Teilerabgriff des Sonden-Referenzspannungstei lers und dem an der dritten Elektrode der Sonde anstehenden Signal gebildet. Dieses Differenzspannungssignal wird im Synchrondemodulator phasenselektiv gleichgerichtet und durch den nachfolgenden Tiefpaß über mehrere Perioden integriert. Die dabei erhaltende Ausgangsspannung am Tiefpaß wird dem Komparator zur Ermittlung der Polarität dieses Signales zugeführt. Das Ausgangssignal des Komparators kann zur Ansteuerung einer Schalteinrichtung dienen, die beispiels weise eine optische Anzeige oder ein akustisches Signal ein- oder ausschaltet, um das Erreichen oder Unterschreiten des zu bestimmenden Füllstandes zu signalisieren.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch vorgese hen, das Ausgangssignal dieses Komparators einem weiteren Tiefpaß mit nachgeschaltetem weiteren Komparator zuzuführen und erst das am Ausgang dieses weiteren Komparators anste hende Signal zur Ansteuerung der Schalteinrichtung für die Anzeige des Füllstandes zu verwenden. Hierdurch können kurzzeitige Störeinwirkungen, wie Füllgutblasen, wirksam unterdrückt werden. Der zuletzt erwähnte Komparator weist hierfür vorzugsweise im Nullpunktbereich eine Hysterese auf.

Das Ausgangssignal ist erfindungsgemäß unabhängig von der die Sonde speisenden Wechselspannung, dem Spannungsabfall am erwähnten Strombegrenzungswiderstand, der Versorgungsspan nung für die Auswerteschaltung sowie dem Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers. Schließlich ist dieses Ausgangs signal auch unabhängig vom statischen und dynamischen Wider stand des Synchrondemodulators.

Dieses Ausgangssignal zur Ansteuerung der Schalteinrichtung repräsentiert in einem weiten Füllgutleitwert- und Viskosi tätsbereich den Bedeckungszustand der Sonde. Durch die phasenselektive Signalauswertung mittels Synchrondemodulator ist das Ausgangssignal durch elektromagnetische Fremdfelder nicht beeinflußbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dieses Ausgangssignal auch zur Ansteuerung einer Schaltein richtung, vorzugsweise eines Halbleiterschalters, einzu setzen. Hierzu wird dieses Ausgangssignal mit dem Steueran schluß des Halbleiterschalters verbunden. Die Laststrecke des Halbleiterschalters liegt in Reihe zu einem Widerstand. Die Serienschaltung aus Widerstand und Halbleiterschalter ist parallel zu einem Zweig des Sonden-Referenzspannungstei lers geschaltet. Durch diese Maßnahme kann ein undefiniertes Hin- und Herkippen des Ausgangssignales bei teilbedeckter Sonde vermieden werden. Durch dieses zusätzliche zeitweise Parallelschalten des Widerstandes an den Zweig des Sonden-Refe renzspannungsteilers wird eine Art Hysterese erzeugt, die das ungewollte Hin- und Herkippen des Ausgangssignales vermeidet.

Befindet sich zwischen der Sonde und der Auswerteschaltung eine längere Kabelverbindung, so kann der Innenwiderstand der mit der zweiten Elektrode verbundenen Zuleitung die Wirkung der dritten Elektrode beeinträchtigen, wodurch sich ein deutlich verschlechtertes Füllgut-Anhaftungsverhalten des Sensors ergibt. Dieses Problem konduktiver Schirmsonden wird durch Hinzufügen einer getrennten Massezuführung an die zweite Elektrode gelöst. Die Signalleitung der zweiten Elektrode ist nicht mehr mit Masse verbunden und dient nur noch dem Signalrücktransport von der zweiten Elektrode zur Auswerteschaltung.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, zwischen die zweite und dritte Elektrode der Sonde einen ohmschen Widerstand zu schalten. Hierdurch wird die maximale Sonden empfindlichkeit auf sinnvolle Werte begrenzt. Die hochohmi gen kapazitiven Blindwiderstände innerhalb der Sonde und der Zuleitungen verursachen bei Vorsehen eines solchen Wider standes keine Fehlschaltungen, wenn die Sonde unbedeckt ist und daher der durch die Sonde gebildete potentiometrische Spannungsteiler einen unendlichen Widerstand aufweist.

Erfindungsgemäß kann die Form und Lage der Elektroden der Sonde entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall sehr unter schiedlich ausgeführt sein. So können sowohl stabförmige Elektroden als auch zueinander konzentrisch angeordnete Elektroden für die Sonde Verwendung finden.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen in einem weiten Meßbereich, einer geringen Leistungsaufnahme sowie einer äußersten Unempfindlichkeit der Sonde gegenüber Anhaf tungen auch bei hochviskosen Füllmedien. Darüber hinaus ist die Messung von Füllgütern über einen Leitwertbereich von größer 1 : 100 000 ohne Durchführung eines Abgleichs möglich.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend im Zusammenhang mit einer einzigen Figur noch weiter erläutert.

Das in der Figur dargestellte Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispieles einer Schaltungsanordnung zur konduktiven Füllstandmessung gemäß der Erfindung weist eine Sonde S mit drei Elektroden 19, 20, 21 auf. Zur Füllgutgrenzstandmessung wird diese Sonde S in einer vorbestimmten Höhe eines Füllbe hälters montiert, was der Übersichtlichkeit wegen jedoch nicht dargestellt ist. Die Sonde S wird von einem Wechsel spannungsgenerator W mit Wechselspannung, beispielsweise 1 V_ss mit 5 KHz Wechselfrequenz, gespeist und steht aus gangsseitig mit einer Auswerteschaltung A in Verbindung, die zur Ansteuerung einer Schalteinrichtung dient, welche das Erreichen oder Unterschreiten des vorgegebenen Füllstandes signalisiert.

Im einzelnen weist die Sonde S eine erste Elektrode 20, eine zweite Elektrode 21 und eine dritte Elektrode 19 auf. Die erste Elektrode 20 ist, vorzugsweise über einen Widerstand 12, mit einer Ausgangsklemme 43 des Wechselspannungsgenera tors W in Verbindung. Der Widerstand 12 dient zur Strombe grenzung und schützt die erste Elektrode 20 und zweite Elektrode 21 der Sonde S sowie das Füllmedium vor elektro lytischer Zersetzung.

Eine zwischen dem Widerstand 12 und der ersten Elektrode 20 der Sonde S liegende Leitung 28 ist mit dem Potential des Füllgutbehälters verbunden. Die zweite Elektrode 21 der Sonde S ist über eine Zuleitung 22 auf Schaltungsmasse 25 gelegt, während die dritte Elektrode 19 über eine Leitung 26 mit einem Eingang der Auswerteschaltung A in Verbindung steht. Auf dieser Leitung 26 ist ein Sondenausgangssignal der Sonde S abgreifbar. Die Auswerteschaltung A wertet das Sondenausgangssignal der Sonde S aus und stellt an einer Ausgangsklemme 36 ein Ausgangssignal zur Verfügung, welches eine Schalteinrichtung 37 ansteuert. Diese lediglich schema tisch dargestellte Schalteinrichtung 37, die beispielsweise ein Relais ist, kann beispielsweise eine optische oder akustische Einrichtung ein- oder ausschalten, um das Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Füllstandes zu signali sieren.

Gemäß dem Blockschaltbild der Figur ist der Wechselspan nungsgenerator W als Flußwandler ausgebildet. Der Wechsel spannungsgenerator W weist hierfür einen Übertrager 5 mit einer Primärwicklung und Sekundärwicklungen auf. Der Primär wicklung wird über Zuleitungen 3, 4 eine Wechselspannung, vorzugsweise eine Rechteckspannung zugeführt. Hierfür kann beispielsweise ein Oszillator 2 dienen, der ausgangsseitig mit den Leitungen 3, 4 in Verbindung steht und eingangssei tig über eine weitere Leitung 1 mit einer netzgebundenen Versorgungsspannung verbunden ist. Der Übertrager 5 weist sekundärseitig drei Klemmen auf, eine erste Klemme 44, eine zweite Klemme 45 und eine dritte Klemme 46. Die erste Klemme 44 ist über eine Leitung 6 mit dem Eingang einer Gleichrich teranordnung 7, wie sie als solche bekannt ist, verbunden. Am Ausgang der Gleichrichteranordnung 7 ist ein Gleichspan nungssignal 8 abgreifbar, das der Spannungsversorgung der Auswerteschaltung A dient. Die Gleichrichteranordnung 7 ist mit einem Anschluß an Schaltungsmasse 11 gelegt, ebenso die dritte Klemme 46 der Sekundärseite des Übertragers 5. Die zwischen der ersten Klemme 44 und dritten Klemme 46 der Sekundärseite des Übertrages 5 liegende zweite Klemme 45 ist mit der Ausgangsklemme 43 des Wechselspannungsgenerators W in Verbindung. Hierzu dient die Leitung 9. Der Abgriff der zweiten Klemme 45 an der Sekundärwicklung des Übertragers 5 ist so gewählt, daß beispielsweise eine Wechselspannung von 1 V_ss abgegriffen wird, wobei die Schwingfrequenz des Oszillators 2 so dimensioniert ist, daß an der zweiten Klemme 45 und damit an der Ausgangsklemme 43 des Wechsel spannungsgenerators W ein Wechselsignal mit einer Frequenz von etwa 5 KHz abgreifbar ist. Das Gleichspannungssignal 8 kann beispielsweise +/- 3 V bezogen auf die Schaltungsmasse 11 sein. Die Schwingfrequenz des Oszillators 2 und das Übersetzungsverhältnis des Übertragers 5 sind, generell gesagt, auf Werte eingestellt, die sich für Leitwertmessun gen bevorzugt eignen.

Die Schaltungsmasse 11 des Wechselspannungsgenerators W ist vorzugsweise mit der Schaltungsmasse 25, die das Null-Poten tial der Sonde S darstellt, verbunden. Die mit dem Behälter potential 18 verbundene erste Elektrode 20, auch Erdelektro de genannt, liegt auf einem Speisepotential der Leitung 28, das über den Widerstand 12 aus dem Wechselspannungssignal an der Ausgangsklemme 43 des Wechselspannungsgenerators W erzeugt wird.

Die Sonde S mit den Elektroden 19, 20, 21 bildet mit dem sie umgebenden Füllmedium einen potentiometrischen Spannungstei ler zwischen den Potentialen auf den Leitungen 28 und 22, wobei zum Abgriff der Teilerspannung an der Sonde S die dritte Elektrode 19, auch Meßelektrode genannt, dient. Die relative Höhe der zwischen der dritten Elektrode 19 und zweiten Elektrode 21 anstehende Teilerspannung, die das Wechselspannungssignal auf der Leitung 26 bestimmt, reprä sentiert, bezogen auf die Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 20 und zweiten Elektrode 21 den Füllgutbe deckungszustand der Sonde S.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Schaltungsanordnungen zur konduktiven Füllstandmessung wird nicht allein das an der dritten Elektrode 19 der Sonde S anstehende Wechselspan nungssignal ausgewertet, indem dieses betragsmäßig gleichge richtet und anschließend mit einer Referenzgleichspannung auf Über- bzw. Unterschreitung verglichen wird, sondern ein Sonden-Referenzspannungsteiler R parallel zur Sonde S ge schaltet, eine Teilerspannung dieses Sonden-Referenzspan nungsteilers R mit zur Auswertung herangezogen und eine Phasenbewertung vorgenommen.

Im einzelnen weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hierzu einen Sonden-Referenzspannungsteiler R in Form eines vorzugsweise ohmschen Spannungsteilers auf. Der Sonden-Re ferenzspannungsteiler R ist zwischen die Leitungen 28 und 22 und damit zwischen die Meßkreisspannung der ersten Elektrode 20 und zweiten Elektrode 21 der Sonde S geschaltet. Im Ausführungsbeispiel der Figur besteht der Sonden-Referenz spannungsteiler aus zwei in Serie geschalteten ohmschen Widerständen 13, 14, deren Mittelabgriff bzw. Teilerabgriff 47 mit einem weiteren Eingang der Auswerteschaltung A in Verbindung steht. Im einzelnen ist der Widerstand 13 mit seinem ersten Anschluß an die Leitung 28 und mit seinem zweiten Anschluß an einen ersten Anschluß des Widerstandes 14 gelegt. Der zweite Anschluß des Widerstandes 14 ist über eine Leitung 29 mit der Leitung 22 und damit mit der Schal tungsmasse 25 in Verbindung.

Der erfindungsgemäße Sonden-Referenzspannungsteiler R mit den in Serie geschalteten Widerständen 13 und 14 bildet die Sonde S in einem bestimmten Füllgutbedeckungszustand nach.

Da sowohl die Sonde S als auch der Sonden-Referenzspannungs teiler R an die Leitungen 28 und 29 geschaltet sind und damit von der gleichen Wechselspannung des Wechselspannungs generators W versorgt werden, stellt sich zwischen den beiden Leitungen 26 und 27 der Schaltungsanordnung ein Differenzspannungssignal von 0 V ein, wenn die Sonde S und der Sonden-Referenzspannungsteiler R ein identisches Ver hältnis aufweisen. Ist dieses Verhältnis jedoch unterschied lich, so kann anhand der Polarität, d. h. der Phasenlage der Differenzwechselspannung zwischen den Leitungen 26 und 27 bestimmt werden, ob die Sonde ein größeres oder kleineres Teilerverhältnis als der Sonden-Referenzspannungsteiler R aufweist. Damit ist festgelegt, ob die Sonde S mit Füllgut bedeckt ist oder nicht, was erfindungsgemäß zur Füllstandbe stimmung in der Auswerteschaltung A ausgenutzt wird.

Die Auswerteschaltung A weist eingangsseitig einen Diffe renzverstärker 30 auf, der ausgangsseitig über eine Leitung 38 mit dem Eingang eines Synchrondemodulators 31 in Verbin dung steht. Ein weiterer Eingang des Synchrondemodulators 31 ist mit der ersten Klemme 44 des Übertragers 5 des Wechsel spannungsgenerators W in Verbindung. Über diesen letztge nannten Eingang erhält der Synchrondemodulator 31 ein Trä gersignal, dessen Frequenz identisch zur Frequenz des Wech selspannungssignals an der Klemme 43 des Wechselspannungsge nerators W ist.

Im Ausführungsbeispiel der Figur ist die Leitung 27 mit dem invertierenden Eingang und die Leitung 26 mit dem nichtin vertierenden Eingang des Differenzverstärkers 30 in Verbin dung. Das auf der Leitung 38 anstehende Differenzspannungs signal wird im Synchrondemodulator 31 phasenselektiv gleich gerichtet und über einen nachgeschalteten Tiefpaß 32 über mehrere Perioden der Wechselspannung integriert. Von dieser integrierten Spannung, die ausgangsseitig am Tiefpaß 32 auf einer Leitung 39 abgreifbar ist, wird mittels einem nachfol genden Komparator 33 deren Polarität ermittelt. Der Ausgang des Komparators 33 kann mit der Ausgangsklemme 36 der Aus werteschaltung A in Verbindung stehen und zur Steuersignal erzeugung für die Schalteinrichtung 37 herangezogen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ausgang des Komparators 33 jedoch über eine Leitung 40 mit dem Eingang eines weiteren Tiefpasses 34 mit nachge schaltetem Komparator 35 verbunden. Der Komparator 35, der vorzugsweise im Nullpunktbereich eine Hysterese aufweist, ist mit dem Ausgang des Tiefpasses 34 über eine Leitung 41 in Verbindung, während der Ausgang des Komparators 35 an die Ausgangsklemme 36 der Auswerteschaltung A angeschlossen ist. Durch den Tiefpaß 34 mit nachfolgendem Komparator 35 wird der binäre Polaritätswert auf der Leitung 40 zu einem Ana logwert auf der Leitung 41 gemittelt und dessen Polarität mit dem Komparator 35 bestimmt. Hierdurch können kurzzeitige Störeinwirkungen, wie z. B. Füllgutgasblasen, wirksam unter drückt werden.

Das an der Ausgangsklemme 36 der Auswerteschaltung A ab greifbare Ausgangssignal ist vorteilhafterweise unabhängig von der Wechselspannungssignalamplitude an der Ausgangsklem me 43 des Wechselspannungsgenerators W, dem Spannungsabfall am zur Strombegrenzung vorgesehenen Widerstand 12, dem Gleichspannungssignal 8, dem Verstärkungsfaktor des Diffe renzverstärkers 30 sowie dem statischen und dynamischen Widerstand des Synchrondemodulators 31.

Das Signal an der Ausgangsklemme 36 der Auswerteschaltung A repräsentiert in einem extrem weiten Füllgutleitwert- und Viskositätsbereich den Bedeckungszustand der Sonde S. Durch die erfindungsgemäße phasenselektive Signalauswertung mit tels Synchrondemodulator 31 ist das Signal an der Ausgangs klemme 36 gegenüber elektromagnetischen Fremdfeldern, die durch in der Nähe angebrachte weitere Sonden oder andere Störquellen verursacht sind, nicht beeinflußbar.

Wie das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, ist die Ausgangsklemme 36 der Auswerteschaltung A zusätzlich mit einem Steueranschluß 42 einer Schalteinrichtung 16 in Verbindung. Die Schalteinrichtung 16, die beispielsweise ein Halbleiterschalter sein kann, ist darüber hinaus zu einem Widerstand 15 in Serie geschaltet. Die Serienschaltung aus Widerstand 15 und Schalteinrichtung 16 liegt parallel zum Widerstand 14 des Sonden-Referenzspannungsteilers R.

Durch diese Maßnahme kann ein undefiniertes Hin- und Herkip pen des Signales an der Ausgangsklemme 36 der Auswerteschal tung A bei teilbedeckter Sonde S vermieden werden. Durch Zuschalten des Widerstandes 15 mittels der Schalteinrichtung 16 parallel zum Widerstand 14 des Sonden-Referenzspannungs teilers nach Maßgabe des Ausgangssignales an der Ausgangs klemme 36 der Auswerteschaltung A wird der Sonden-Referenz spannungsteiler im Sinne einer Hysteresebildung verstimmt und damit ein stabiles Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 36 erreicht.

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung weist zusätz lich einen Widerstand 17 auf, der parallel zur dritten Elektrode 19 und zweiten Elektrode 21 der Sonde S geschaltet ist. Durch einen solchen Widerstand kann die maximale Son denempfindlichkeit auf vorgegebene Werte begrenzt werden. Auf diese Weise können die hochohmigen kapazitiven Blind widerstände innerhalb der Sonde S und der Zuleitungen 28, 29 keine Fehlschaltungen verursachen, wenn die Sonde S unbe deckt ist und daher der potentiometrische Spannungsteiler der Sonde S einen unendlichen Widerstand aufweist.

Es hat sich herausgestellt, daß sich bei längeren Kabelver bindungen zwischen der Sonde S und der Auswerteschaltung A ein deutlich verschlechtertes Füllgut- Anhaftungsverhalten des Sensors S einstellt. Der Grund liegt in dem verhältnis mäßig hohen Innenwiderstand der Leitung 22 bei sehr gut leitenden Füllgütern, der die Wirkung der zweiten Elektrode, auch Schirmelektrode genannt, beeinträchtigt.

Dieses Problem der längeren Kabelverbindungen und des ver schlechterten Anhaftungsverhaltens des Sensors wird erfin dungsgemäß durch Hinzufügen einer getrennten Massezuführung 23 an die zweite Elektrode 21 gelöst. Die zweite Elektrode 21 ist über die Massezuführung 23 mit der Schaltungsmasse 24 in Verbindung, welche direkt an die Schaltungsmasse 11 des Wechselspannungsgenerators W angeschlossen ist. Die oben erwähnte Schaltungsmasse 25 entfällt. Damit dient die Lei tung 22 lediglich noch zum Signalrücktransport von der zweiten Elektrode 21 der Sonde S zur Auswerteschaltung A. Das Potential auf der Leitung 29 ist auf diese Weise um den Spannungsabfall von der Massezuführung 23 gegenüber der Schaltungsmasse 11 des Wechselspannungsgenerators W angeho ben, was jedoch keinen Einfluß auf die Messung hat, da die Phasenlage der Differenzspannung am Eingang des Differenz verstärkers 30 nicht verändert wird.

Durch die Zusammenfassung von potentialtrennendem Wechsel spannungsübertrager 5, Oszillator 2 und der Trägersignaler zeugung für den Synchrondemodulator 31 in einer einzigen Baugruppe, nämlich den in der Figur gezeigten Wechselspan nungsgenerator W, sowie dem ersatzlosen Wegfall sekundärsei tiger Spannungsstabilisierschaltungen zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung neben den bereits erwähnten Vorteilen durch einen geringen Bauteileaufwand aus, welcher niedrige Herstellungskosten, ein geringes Bauvolumen der Schaltungsanordnung sowie eine minimale Ausfallrate zur Folge hat.

Mit der hier vorgestellten Schaltungsanordnung zur kondukti ven Füllstandmessung können Füllgüter über einen Leitwertbe reich von größer 1 : 100 000 ohne Durchführung eines Ab gleichs gemessen werden.

Bezugszeichenliste

1 Leitung
2 Oszillator
3 Leitung
4 Leitung
5 Übertrager
6 Anschluß
7 Gleichrichteranordnung
8 Gleichspannungssignal
9 Leitung
10 Leitung
11 Schaltungsmasse
12 Vorwiderstand
13 Widerstand
14 Widerstand
15 Widerstand
16 Schalteinrichtung
17 Widerstand
18 Behälterpotential
19 dritte Elektrode
20 erste Elektrode
21 zweite Elektrode
22 Leitung
23 Massezuführung
24 Schaltungsmasse
25 Schaltungsmasse
26 Leitung
27 Leitung
28 Leitung
29 Leitung
30 Differenzverstärker
31 Synchrondemodulator
32 Tiefpaß
33 Schwellwertschalter
34 Tiefpaß
35 Schwellwertschalter
36 Ausgangsklemme
37 Schalteinrichtung
38 Leitung
39 Leitung
40 Leitung
41 Leitung
42 Steueranschluß
43 Ausgangsklemme
44 erste Klemme
45 zweite Klemme
46 dritte Klemme
47 Teilerabgriff
A Auswerteschaltung
R Sonden-Referenzspannungsteiler
S Sonde
W Wechselspannungsgenerator

Claims

1. Schaltungsanordnung zur konduktiven Füllstandmessung mit einer drei Elektroden (19, 20, 21) aufweisenden Sonde (S), von denen eine erste Elektrode (20) mit einem Ausgang (43) eines Wechselspannungsgenerators (W), eine zweite Elektrode (21) mit Bezugspotential (25) und die dritte Elektrode (19) mit einer Auswerteschaltung (A) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste und zweite Elektrode (20, 21) der Sonde (S) ein Sonden-Referenzspannungsteiler (R) geschaltet ist, welcher die Sonde (S) in einem bestimmten Füllgutbe deckungszustand nachbildet, daß ein Teilerabgriff (47) des Sonden-Referenzspannungsteilers (R) ebenfalls mit der Auswerteschaltung (A) verbunden ist, und daß von der Auswerteschaltung (A) ein zwischen der dritten Elektrode (19) der Sonde (S) und dem Teilerabgriff (47) des Son den-Referenzspannungsteilers (R) abgreifbares Differenz signal zur diskreten Füllstandbestimmung phasenselektiv auswertbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den Ausgang (43) des Wechselspan nungsgenerators (W) und die erste Elektrode (20) der Sonde (S) ein Vorwiderstand (12) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsgenerator (W) als Flußwandler mit einem Übertrager (5) ausgebildet ist, dem primärseitig eine Wechselspannung zuführbar ist, und welcher sekundärseitig einerseits mit einer Gleichrichteranordnung (7) zur Versorgung der Auswerte schaltung (A) und andererseits mit einer mit der Aus gangsklemme (43) verbundenen Klemme (45) versehen ist, an welcher ein Wechselspannungssignal für die Sonde (S) abgreifbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (A) eingangsseitig einen Differenzverstärker (30) mit nach geschaltetem Synchrondemodulator (31) sowie nachfolgen dem Tiefpaß (32) mit Schwellwertschalter (33) aufweist, daß dem Synchrondemodulator (31) als Trägersignal das sekundärseitige Wechselspannungssignal des Wechselspan nungsgenerators (W) zuführbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (33) ausgangsseitig mit einem weiteren Tiefpaß (34) mit nachgeschaltetem weiteren Kornparator (35) verbunden ist, und daß an den Ausgang des weiteren Komparators (35) eine Schalteinrichtung (37) zur Signalisierung des zu bestimmenden Füllstandes angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des weiteren Komparators (35) ein Steueranschluß (42) einer Schalt einrichtung (16) angeschlossen ist, daß die Schaltein richtung (16) in Serie zu einem Widerstand (15) geschal tet ist, und daß die Serienschaltung aus Schalteinrich tung (16) und Widerstand (15) parallel zu einem Zweig des Sonden-Referenzspannungsteilers (R) geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schalteinrichtung (16) ein Halbleiter schalter ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Komparator (35) im Nullpunktbereich eine Hysterese aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Elektroden (19, 20, 21) der Sonde (S) zueinander konzentrisch angeordnet sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die zweite und dritte Elektrode (19, 21) der Sonde (S) ein Widerstand (17) geschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite Elektrode (21) der Sonde (S) eine eigene Massezuführung (23) geschaltet ist, welche mit der Schaltungsmasse (11) des Wechsel spannungsgenerators (W) verbunden ist.