NL1004367C2 - Capacitieve sensor. - Google Patents

Description

Capacitieve sensor

De uitvinding heeft betrekking op een capacitieve sensor voor toepassing in een, van ten minste een primair pompkanaal voorziene pomp, zoals een pomp voor vloeibare gassen, met twee in het door het pompkanaal te verpompen 5 medium onderdompelbare condensatorplaten en met op deze con-densatorplaten aangesloten meetapparatuur ter meting van capaciteitsveranderingen van de door de beide condensatorplaten gevormde condensator, waarbij de condensatorplaten zijn opgenomen in een secundair kanaal dat zowel via een toegangs-10 opening alsmede via een afvoeropening zodanig in verbinding staat met het primaire pompkanaal, dat tijdens bedrijf van de pomp een stroming van het medium door het secundaire kanaal optreedt.

Wanneer in een pomp tijdens bedrijf geen volledige 15 vulling van de pompkamer door het te verpompen vloeibare medium plaatsvindt, bijvoorbeeld doordat het niveau van het vloeibare medium zakt of het vloeibare medium gasinsluitsels bevat, kan onherstelbare schade optreden aan de onderdelen van de pomp. Dit probleem doet zich in bijzonder voor bij media 20 die ten gevolge van hun aard reeds een slechte smering veroorzaken, zoals vloeibaar C02, vloeibaar LPG, butaan, propaan en dergelijke. Derhalve is het van belang om sensoren toe te passen die de aanwezigheid van het medium in de pomp bewaken.

Een bekende capacitieve sensor van het onderhavige 25 type is reeds bekend uit het US-A-4.590.795. Hieruit is een inrichting bekend met een primair kanaal en een secundair kanaal, waardoorheen een produktstroming plaatsvindt. Opgemerkt wordt overigens, dat hierbij strikt genomen geen sprake is van een pomp, omdat de produktstroming onder invloed van de 30 zwaartekracht plaatsvindt. In het secundaire kanaal, dat aan zijn beide uiteinden in verbinding staat met, en evenwijdig loopt aan het primaire kanaal, is de capacitieve sensor voor een vochtigheidsbepaling aangebracht. De ene condensatorplaat wordt gevormd door een zijwand van het secundaire kanaal, en 35 de andere condensatorplaat door een zich axiaal in het secun- infU3R7 2 daire kanaal uitstekende plaat. Een nadeel van deze bekende capacitieve sensor is enerzijds de geringe gevoeligheid, terwijl anderzijds hierdoor veel ruimte in beslag wordt genomen. Tevens is de constructieve inspanning om een dergelijke 5 capacitieve sensor achteraf in een reeds bestaande pomp aan te brengen, vrij groot.

De uitvinding beoogt een capacitieve sensor van het onderhavige type te verschaffen, waarbij de genoemde nadelen op eenvoudige, doch niettemin doeltreffende wijze zijn opgehe-10 ven.

Hiertoe bezit de capacitieve sensor volgens de uitvinding het kenmerk, dat het secundaire kanaal wordt gevormd door twee, ten opzichte van elkaar elektrisch geïsoleerde, concentrische buissecties die met corresponderende 15 eerste uiteinden uitmonden in het primaire pompkanaal ter vorming van de toegangsopening respectievelijk de afvoerope-ning en die aan hun corresponderende tweede uiteinden onderling in stromingstechnische zin verbonden zijn ter vorming van het doorgaande secundaire kanaal, waarbij verder middelen zijn 20 toegepast om, tijdens bedrijf van de pomp, een stroming vanuit het primaire pompkanaal in de toegangsopening, door de ene en vervolgens de andere buissectie 'en via de afvoeropening terug in het primaire pompkanaal te veroorzaken en waarbij de beide buissecties de condensatorplaten vormen.

25 Doordat het secundaire kanaal wordt gevormd door twee concentrische buissecties wordt een uitermate compact ontwerp van de capacitieve sensor verkregen. Tevens brengt een dergelijk ontwerp met zich mee, dat het monteren van de capacitieve sensor op het primaire pompkanaal slechts vereist, dat 30 een opening in de wand van het primaire pompkanaal wordt gemaakt. Door de genoemde concentrische plaatsing van de beide buissecties is het verder mogelijk, om deze buissecties als condensatorplaten te gebruiken. Hierdoor vervullen ze een dubbele functie: het vormen van het secundaire kanaal en de 35 vorming van de condensator. Hierdoor wordt de compactheid en eenvoud van het ontwerp verder bevorderd. Doordat tijdens bedrijf van de pomp een stroming van het medium door het 1 ΠΠ λ O O "7 3 secundaire kanaal optreedt blijkt in de praktijk, dat de gevoeligheid van de gevormde capacitieve sensor uitermate hoog is, en dat bijvoorbeeld reeds kleine gasinsluitsels in het stromende medium kunnen worden gedetecteerd. Tenslotte kunnen 5 de afmetingen van het secundaire kanaal klein worden gehouden, zodat de omvang van een pomp, waarin de capacitieve sensor volgens de uitvinding is toegepast, niet noemenswaardig toeneemt ten opzichte van een overeenkomstige pomp zonder een dergelijke sensor.

10 Teneinde de montage van de capacitieve sensor op het primaire pompkanaal te optimaliseren, kan het de voorkeur genieten, dat de buissecties loodrecht staan op het primaire pompkanaal.

Verder wordt een bijzondere uitvoeringsvorm van de 15 sensor volgens de uitvinding genoemd, waarbij de genoemde corresponderende eerste uiteinden van de beide buissecties enigzins uitsteken in het primaire pompkanaal, waarbij het als toegangsopening fungerende uiteinde zodanig is gevormd, dat aldaar door stuwing van het medium een drukverhoging ontstaat, 20 terwijl het als afvoeropening fungerende uiteinde zodanig is gevormd, dat aldaar door venturiwerking een drukverlaging ontstaat.

Door de speciale vormgeving van de eerste uiteinden van de beide buissecties wordt de gewenste doorstroming van 25 het medium door het secundaire kanaal veroorzaakt, aan welke doorstroming de sensor volgens de uitvinding zijn nauwkeurige werking ontleent.

De in het voorgaande genoemde drukverhoging en drukverlaging kan constructief worden verkregen met een vari-30 ant van de sensor volgens de uitvinding, waarbij de in her primaire pompkanaal uitstekende uiteinden van de buissecties zodanig zijn afgeschuind, dat het als toegangsopening fungerende uiteinde een tegengesteld aan de stromingsrichting van het medium gerichte opening bezit en het als afvoeropening 35 fungerende uiteinde een in de stromingsrichting gerichte opening bezit. Uiteraard komt ook de toepassing van speciaal gevormde geleidingsschotten en dergelijke in aanmerking, om de 1Π n Ao c -7 4 gewenste drukverhoging respectievelijk drukverlaging (ter realisatie van de stroming door het secundaire kanaal) te veroorzaken.

Voor een optimale stroming van het medium door het 5 secundaire kanaal kan het verder gunstig zijn, dat de buissec-tie waarvan het eerste uiteinde als toegangsopening fungeert de buitenste buissectie is. Op deze wijze krijgt de toegangsopening, binnen de afmetingsgrenzen van de sensor, een maximale grootte.

10 Tenslotte wordt de constructieve mogelijkheid genoemd, dat de buitenste buissectie met zijn tweede uiteinde afdichtend is verbonden met een eindplaat, terwijl de binnenste buissectie met zijn tweede uiteinde op enige afstand van de eindplaat binnen de buitenste buissectie is gemonteerd, 15 bijvoorbeeld door afstandhouders uit elektrisch isolerend materiaal. Op deze wijze is de concentrische plaatsing van de beide buissecties eenvoudig realiseerbaar met een gering aantal constructieve middelen. Hierdoor verkrijgt de capaci-tieve sensor volgens de uitvinding een goedkoop, doch niette-20 min robuust ontwerp.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvorm van de capa-citieve sensor volgens de uitvinding is weergegeven. Hierbij toont: 25 figuur 1 schematisch, een langsdoorsnede door een uitvoeringsvorm van de capacitieve sensor volgens de uitvinding, gemonteerd op een primair pompkanaal van een pomp, en figuur 2 een aanzicht volgens II in figuur 1.

30 In figuur 1 is een primair pompkanaal 1 van een verder niet weergegeven pomp zichtbaar. De stromingsrichting van een door het primaire pompkanaal 1 te verpompen medium is aangegeven door pijl 2. In een opening 3 in de wand van het primaire pompkanaal 1 is een capacitieve sensor volgens de 35 uitvinding geplaatst. Deze capacitieve sensor wordt in hoofdzaak gevormd door twee concentrische buissecties 4 en 5. Beide buissecties 4 en 5 steken met een eerste uiteinde uit in het 1004367 5 primaire pompkanaal 1. Het tegenovergelegen uiteinde van de buitenste buissectie 4 is afdichtend afgesloten door een eindplaat 6. Het corresponderende achterste uiteinde van de binnenste buissectie 5 bevindt zich op enige afstand van deze 5 eindplaat 6, zodat het inwendige kanaal 7 binnen de binnenste buissectie 5 in stromingstechnische zin in verbinding staat met het ringkanaal 8 tussen de beide buissecties 4 en 5.

De binnenste buissectie 5 wordt door afstandhou-ders 9 uit elektrisch isolerend materiaal op zijn plaats 10 gehouden binnen de buitenste buissectie 4.

De buitenste buissectie 4 en de binnenste buissectie 5 zijn door respectievelijke elektrische leidingen 10 en 11 verbonden met niet nader getoonde elektronische meetapparatuur, waarmee capaciteitsveranderingen van de door de beide 15 buissecties 4 en 5 gevormden condensator kunnen worden bepaald. De hiertoe benodigde elektronica is op zichzelf bekend, en behoeft geen verdere toelichting.

Zoals verder blijkt uit figuur 1 steken beide buissecties met hun eerste uiteinde enigszins uit in het 20 primaire pompkanaal 1. Deze uiteinden zijn zodanig afgeschuind, dat de buitenste buissectie 4 een tegengesteld aan de stromingsrichting 2 van het medium gerichte toegangsopening 12 bezit, terwijl de binnenste buissectie 5 een in de stromingsrichting 2 gerichte afvoeropening 13 vormt. Door stuwing van 25 het in het primaire pompkanaal 1 stromende medium ontstaat ter plaatse van de toegangsopening 12 een verhoogde druk, terwijl ten gevolge van het venturi-effeet ter plaatse van de afvoer-opening 13 een onderdruk ontstaat. Hierdoor wordt een stroming van het medium vanuit het primaire pompkanaal 1 in de toe-30 gangsopening 12, door het ringkanaal 8 en vervolgens het kanaal 7 en ten slotte door de afvoeropening 13 opnieuw terug in het primaire pompkanaal veroorzaakt. Deze stroming is mede verantwoordelijk voor de grote gevoeligheid van de capacitieve sensor volgens de uitvinding.

35 Zoals duidelijk blijkt uit figuur 1 staat de capa citieve sensor volgens de uitvinding loodrecht op het primaire 10n 13R7 6 pompkanaal 1. Het is echter ook mogelijk, dat een schuine plaatsing wordt toegepast.

In principe is het denkbaar, dat de afschuiningen van de uiteinden van de beide buissecties 4 en 5 omgekeerd 5 zijn, dat wil zeggen dat dan het onderste uiteinde van de binnenste buissectie 5 als toegangsopening fungeert en het onderste uiteinde van de buitenste buissectie 4 als afvoerope-ning. Teneinde echter een zo groot mogelijke toegangsopening te verkrijgen geniet de in figuur l weergegeven variant de 10 voorkeur.

Met behulp van de capacitieve sensor volgens de uitvinding is het mogelijk om met grote gevoeligheid zeer snel de aanwezigheid van gasinsluitsels in een te verpompen vloeibaar medium of, in algemenere zin, het in meer of mindere mate 15 ontbreken van vloeibaar medium in het pompkanaal 1 te detecteren. De hierdoor veroorzaakte capaciteitsverandering van de gevormde condensator kan worden gebruikt voor het aansturen van meet- en regelapparatuur. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de pomp in een dergelijke situatie te stoppen. Hierdoor kunnen 20 onbedoelde beschadigingen aan de pomp worden vermeden.

Bij wijze van niet-beperkend voorbeeld wordt een capacitieve sensor volgens de uitvinding genoemd, waarvan de capaciteit bij volledige vulling door vloeibaar medium 30 pF bedraagt, terwijl de capaciteit bij volledig ontbreken van het 25 vloeibaar medium 20 pF bedraagt. De gemeten capaciteit zal zich dan ergens tussen deze beide grenswaarden bevinden. Bij het passeren van een gekozen drempelwaarde zal de meet- en regelapparatuur reageren.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voor-30 gaande beschreven uitvoeringsvormen, die binnen het door de conclusies bepaalde kader van de uitvinding op velerlei wijze kunnen worden gevarieerd.

35 Π 0 43 6 7

Claims (6)

1. Capacitieve sensor voor toepassing in een, van ten minste een primair pompkanaal voorziene pomp, zoals een pomp voor vloeibare gassen, met twee in het door het pompkanaal te verpompen medium onderdompelbare condensatorplaten en 5 met op deze condensatorplaten aangesloten meetapparatuur ter meting van capaciteitsveranderingen van de door de beide condensatorplaten gevormde condensator, waarbij de condensatorplaten zijn opgenomen in een secundair kanaal dat zowel via een toegangsopening alsmede via een afvoeropening zodanig in 10 verbinding staat met het primaire pompkanaal, dat tijdens bedrijf van de pomp een stroming van het medium door het secundaire kanaal optreedt, met het kenmerk, dat het secundaire kanaal wordt gevormd door twee, ten opzichte van elkaar elektrisch geïsoleerde, concentrische buissecties die met 15 corresponderende eerste uiteinden uitmonden in het primaire pompkanaal ter vorming van de toegangsopening respectievelijk de afvoeropening en die aan hun corresponderende tweede uiteinden onderling in stromingstechnische zin verbonden zijn ter vorming van het doorgaande secundaire kanaal, waarbij verder 20 middelen zijn toegepast om, tijdens bedrijf van de pomp, een stroming vanuit het primaire pompkanaal in de toegangsopening, door de ene en vervolgens de andere buissectie en via de afvoeropening terug in het primaire pompkanaal te veroorzaken en waarbij de beide buissecties de condensatorplaten vormen.

2. Sensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de buissecties loodrecht staan op het primaire pompkanaal.

3. Sensor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de genoemde corresponderende eerste uiteinden van de beide buissecties enigzins uitsteken in het primaire pompka-30 naai, waarbij het als toegangsopening fungerende uiteinde zodanig is gevormd, dat aldaar door stuwing van het medium een drukverhoging ontstaat, terwijl het als afvoeropening fungerende uiteinde zodanig is gevormd, dat aldaar door venturiwer-king een drukverlaging ontstaat. inru3fi7 δ

4. Sensor volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de in het primaire pompkanaal uitstekende uiteinden van de buissecties zodanig zijn afgeschuind, dat het als toegangsope-ning fungerende uiteinde een tegengesteld aan de stromings- 5 richting van het medium gerichte opening bezit en het als afvoeropening fungerende uiteinde een in de stromingsrichting gerichte opening bezit.

5. Sensor volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de buissectie waarvan het eerste uiteinde als 10 toegangsopening fungeert de buitenste buissectie is.

6. Sensor volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de buitenste buissectie met zijn tweede uiteinde afdichtend is verbonden met een eindplaat, terwijl de binnenste buissectie met zijn tweede uiteinde op enige afstand van 15 de eindplaat binnen de buitenste buissectie is gemonteerd, bijvoorbeeld door afstandhouders uit elektrisch isolerend materiaal. 1Π 0 43 R7