NL192582C - Capacitieve sensor voor een vulstandmeting. - Google Patents

Description

1 192582

Capacitieve sensor voor een vulstandmeting

De uitvinding heeft betrekking op een capacitieve sensor voor een vulstandmeting omvattende een bekervormig kunststof huis met een gesloten voorzijde en een kunststof aansluitorgaan dat de achterzijde 5 van het huis kan sluiten, welk huis en welk aansluitorgaan in het gesloten huis in langsrichting opvolgend, aaneensluitend en nauwsluitend passend opsluiten een in het inwendige van het huis aan de voorzijde aangebrachte sensorelektrode van metaal, een elektrisch isolerend afstandsorgaan, en een buisvormige schermelektrode van metaal, waarbij binnen de schermelektrode een elektrische schakeling is aangebracht die de sensorelektrode met het aansluitorgaan verbindt. Een dergelijke capacitieve sensor is bekend uit het 10 artikel ’’Dual element level measuring probe” uit Research Disclosure, no. 162, oktober 1977, biz. 18, no. 16270.

Bij de bekende capacitieve sensor is de gesloten voorzijde van het eendelige kunststof huis een aan een buisvormig wanddeel aangevormde voorwand. Het aansluitorgaan is een prop met kraag die het rechte open achtereind van het huis afsluit. De elektroden, de elektrische schakeling en het afstandsorgaan zijn 15 door het open achtereind van het bekervormige huis ingebracht en worden door de prop in het huis gehouden.

De capacitieve sensor volgens de uitvinding onderscheidt zich van de bekende capacitieve sensor doordat het huis uit twee delen bestaat, een buisvormig hoofddeel en een bekervormige kap, welke kap de voorzijde van het hoofddeel afsluit, doordat de sensorelektrode een in de kap passend bekervormig orgaan 20 is dat open is naar de opening van de kap en doordat op de binnenwand van het hoofddeel op afstand van het aansluitorgaan een aanslag is aangebracht waartegen de achterzijde van de schermelektrode afsteunt.

De tweedelige uitvoering van het kunststof huis maakt een eenvoudige montage aan het hoofddeel van verschillende uitvoeringen van de sensorelektrode en de kap mogelijk. De aanslag in het hoofddeel laat verschillende uitvoeringen van het aansluitorgaan toe.

25 In verband met het opvangen van stoten bij blootstelling van de capacitieve sensor aan explosies in de omgeving is het van voordeel dat het isolerende afstandsorgaan een kunststof vormdeel is met twee op onderlinge afstand gelegen omtreksribben die in de tussenruimte tussen de elektroden grijpen en onder inwerking van een aan de voorzijde optredende stootbelasting elastisch vervormbaar zijn.

30 Verdere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding blijken uit de hierna volgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld, dat in de tekeningen is weergegeven.

Figuur 1 toont een langsdoorsnede door een kapacitieve sensor volgens de uitvinding in samengebouwde toestand; figuur 2 toont een langsdoorsnede door de beide huisdelen met de daarin aangebrachte bestanddelen 35 voor de samenvoeging.

De in figuur 1 weergegeven capacitieve sensor bezit een aan de voorzijde gesloten buisvormig kunststof-huis 10, dat uit twee delen bestaat, namelijk een buisvormig hoofddeel 11 en een bekervormige kap 12. In het inwendige van het huis zijn drie elektroden aangebracht, namelijk een sensorelektrode 13, een 40 beveiligingselektrode 14 en een schermelektrode 15. De sensorelektrode 13 bezit de vorm van een vlakke beker met een aan de binnenzijde van de voorwand van de kap 12 liggende vlakke bodem 13a en een rechthoekig daarvandaan afgebogen omtreksrand 13b. De beveiligingselektrode 14 is een buisvormig metalen deel met naar verhouding korte lengte, dat op geringe afstand achter de sonde-elektrode 13 in het inwendige van de kap 12 is aangebracht en tegen het cilindrische binnenvlak daarvan is gelegen. Tussen 45 de elektroden 13 en 14 is een isolerende afstandsschijf 16 gevoegd, die de beide elektroden op de gewenste onderlinge afstand houdt. De afschermelektrode 15 is een buisvormig metalen deel met dezelfde doorsnedeafmetingen als de beveiligingselektrode 14, maar van veel grotere lengte. De afschermelektrode 15 strekt zich over het grootste deel van de lengte van het buisvormige hoofddeel 11 van het huis 10 uit en reikt nog tot iets binnen de kap 12, waar zij op geringe afstand van de beveiligingselektrode 14 eindigt.

50 Tussen de beveiligingselektrode 14 en de afschermelektrode 15 is een afstandsring 17 gevoegd. De elektroden 13, 14 en 15 kunnen alle uit hetzelfde metaal bestaan, bijvoorbeeld uit niet roestend of vertind staal. Deze metalen delen zijn zodanig gevormd en gedimensioneerd, dat zij zeer stabiel zijn tegen stootkrachten. Bij voorkeur worden de elektroden 13 en 14 gevormd door een stalen pijp, die bijvoorbeeld bij een diameter van 26 mm een wanddikte van 1,5 mm kan hebben. De sensorelektrode 13 kan uit 55 staalplaat met dezelfde dikte zijn gevormd.

In het hoofddeel 11 van het huis is een schakelingsplaat 20 aangebracht, waarvan het voorste einddeel in de kap 12 steekt en ligt tegen de afstandschijf 16. De schakelingplaat 20 draagt de onderdelen van de 192582 2 elektronische schakeling van de kapacitieve sensor, die niet gedetailleerd zijn weergegeven. De schakeling-onderdelen zijn door een op de schakelingplaat 20 aangebrachte, niet weergegeven gedrukte schakeling op de noodzakelijke wijze met elkaar verbonden. Verbindingsdraden 21, 22 en 23 verbinden de elektroden 13, 14 en 15 met de gedrukte schakeling op de schakelingplaat 20.

5 De huisdelen 11 en 12 kunnen uit dezelfde kunststof bestaan, die overeenkomstig de noodzakelijke mechanische, chemische en elektrische eigenschappen is gekozen, of ook uit verschillende kunststoffen.

Als bijzonder geschikt zijn polycarbonaten gebleken, bijvoorbeeld voor de bekervormige kap 12, de polycarbonaat-kunststof Makrolon Type 6030 en voor het buisvormige hoofddeel 11 de polycarbonaat-kunststof Orgalon Type I 2700. Het huisdeel 11 bezit een getrapte binnendiameter, die vanaf het vooreinde 10 over het grootste deel van zijn lengte dezelfde buitendiameter bezit als de schermelektrode 15, terwijl het achtereinddeel van het huisdeel 11 een iets kleinere diameter bezit, zodat een ringvormige schouder 24 bestaat, waartegen het achterste voorvlak van de buisvormige schermelektrode 15 onder invoeging van een afstandring 18 van elastische kunststof, bijvoorbeeld van siliconerubber is gelegen. De wanddikte van het buisvormige huisdeel 11 is nagenoeg gelijkvormig, zodat het, de buisvormige schermelektrode 15 omge-15 vende deel een iets grotere buitendiameter bezit. In dit deel bevindt zich een schroefdraad 25, die dient voor de bevestiging van de capacitieve sensor in een opening van de wand, bijvoorbeeld met behulp van twee op de schroefdraad 25 geschroefde ringmoeren 26 en 27. Het voorste voorvlak van het ringvormige huisdeel 11 is van een ringvormige verbreding 28 (figuur 2) voorzien, waarin een op het achterste voorvlak van de kap 12 gevormde ringvormig aanzetstuk 29 grijpt. De beide huisdelen 11 en 12 zijn door ultrageluid-20 lassen met elkaar verbonden, waardoor een vaste verbinding tussen deze huisdelen wordt bereikt.

Het achtereinde van het huisdeel 11 is over een hoek van 45° schuin afgesneden en in de daardoor gevormde schuine opening is een aansluitplaat 30 van isolerend materiaal geplaatst en daarin bijvoorbeeld door ultrageluidlassen bevestigd. De aansluitplaat 30 draagt aansluitklemmen, waarmee de op de schakelingplaat 20 aangebrachte elektronische schakeling is verbonden. Op de aansluitplaat 30 staat onder 25 een rechte hoek een van een inwendige schroefdraad voorziene steun 31. Op de schuine aansluitplaat 30 kan een van een overeenkomstig schuin vlak voorzien doorvoerdeel 32 onder tussenvoeging van een afdichting 33 met behulp van een in de schroefdraadsteun 31 ingrijpende schroef 34 in twee verschillende hoekstanden worden bevestigd, zodat een op het doorvoerdeel 32 aangebrachte kabeldoorvoering 35 ofwel, zoals in figuur 1 is weergegeven, in een rechte hoek ten opzichte van de langsas van het huis 10 staat, of, 30 als het doorvoerdeel 32 over 180° gedraaid wordt aangebracht, in de axiale verlenging van de hartlijn van het huis is gelegen. Het doorvoerdeel 32 dient voor de doorvoering, de afdichting en voor het trekontlast-bevestigen van een kabel, die met de aansluitklemmen van de aansluitplaat 30 kan worden verbonden en daardoor de verbinding tussen de schakelingplaat 20 en andere toestellen tot stand brengt. Door de verbinding volgens een schuin vlak tussen het huis 10 en het doorvoerdeel 32 kan het naar buiten voeren 35 van de kabel aan plaatselijke omstandigheden worden aangepast.

De aansluitplaat 30 draagt ook de schakelingplaat 20 met behulp van een op de aansluitplaat 30 bevestigd aansluitstuk 36, aan het vrije einde waarvan een voor ondersteuning dienend schuimstofdeel 37 is bevestigd.

De afstandsschijf 16 is een kunststofvormdeel van een naar verhouding harde, elastische kunststof.

40 Bijzonder geschikt zijn thermoplastisch verwerkte polyurethaan-elastomeren, bijvoorbeeld de onder de naam Desmopan in de handel verkrijgbare kunststof met een hardheid van 80 Shore. Het kunststofdeel heeft de vorm van een vlakke schaal met twee op een onderlinge afstand van elkaar over de omtrek verlopende ringvormige ribben 40, die tussen de sensorelektrode 13 en de beveiligingseiektrode 14 zijn gelegen. Een op de afstandsschijf 16 gevormde kegelstompvormige doorvoering 41 neemt de verbindingsdraad 21 op, die 45 de sensorelektrode 13 met de schakelingplaat 20 verbindt. Verder zijn op de afstandsschijf 16 twee uitstekende delen 42 gevormd, die het einddeel van de schakelingplaat 20 in samengebouwde toestand opnemen en ondersteunen. De naar elkaar toegekeerde vlakken van de uitstekende delen 42 zijn schuin uitgevoerd, om de invoering van de schakelingplaat 20 bij het samenbouwen te vergemakkelijken.

De afstandsring 17 tussen de beveiligingselektrode 14 en de schermelektrode 15 bestaat, evenals de 50 afstandsring 18, uit een elastische kunststof, bijvoorbeeld uit een siliconenrubber met een hardheid van 40 Shore.

De samenbouw van de capacitieve sensor wordt aan de hand van figuur 2 nader toegelicht, die de beide huisdelen 11 en 12 met de daarin aangebrachte onderdelen voor het samenbouwen toont.

De met de elektronische schakeling uitgeruste schakelingplaat 20 is buiten het huis 11 met behulp van 55 het aansluitstuk 36 aan de aansluitplaat 30 bevestigd, waarop de noodzakelijke verbindingen tussen de schakelingplaat 20 en de op de aansluitplaat 30 aangebrachte aansluitklem tot stand zijn gebracht. De afschermelektrode 15 wordt samen met de afstandsring 18 voor de voorzijde in het buisvormige hoofddeel 3 192582 11 geschoven, tot zijn achterste voorvlak over de afstandsring 18 aan de ringvormige schouder 24 is gelegen. De schakeiingplaat 20 wordt van achteren in het huis gevoerd, tot de aansluitplaat 30 juist in de schuine achteropening van het huis 11 is gelegen. De aansluitplaat 30 wordt nu door ultrageluidlassen vast verbonden met het huisdeel 11. Het aan het vooreinde van het aansluitstuk 36 aangebrachte schuimstofdeel 5 37 ligt tegen de binnenzijde van de buisvormige schermelektrode 15 en dient als extra mechanische ondersteuning van de schakeiingplaat 20. Nu kan de verbinding tussen de schakeiingplaat 20 en de schermelektrode 15 door de verbindingsdraad 23 tot stand worden gebracht. Daarmee hebben de in het huisdeel 11 ondergebrachte onderdelen van de kapacitieve sensor de in figuur 2 weergegeven vervaardigingstoestand bereikt. De buisvormige schermelektrode 15 reikt tot iets buiten het vooreinde van 10 het buisvormige hoofddeel 11 en de schakeiingplaat 20 staat boven het vooreinde van de buisvormige schermelektrode 15.

De sensorelektrode 13 met de daaraan gesoldeerde verbindingsdraad 21, de afstandsschijf 16, de buisvormige beveiligingselektrode 14 en de daaraan gesoldeerde verbindingsdraad 22 en de afstandsring 17 worden achtereenvolgens in de bekervormige kap 12 gevoerd, zodat de delen de in figuur 2 weergege-15 ven positie innemen. Nadat de verbindingsdraden 21 en 22 aan de schakelingsplaat 20 zijn gesoldeerd wordt het aanzetstuk 29 in de verbreding 28 gestoken, tot het huisdeel 11 en de kap 12 zonder voeg tegen elkaar liggen. Hierbij worden de elastische afstandsringen 17 en 18 samengedrukt, waardoor bestaande toleranties worden gecompenseerd. Daarop aansluitend worden de huisdelen 11 en 12 door ultrageluidlassen op de verbindingsplaatsen blijvend met elkaar verbonden. Tenslotte kan de totale binnenruimte van 20 het huis 10 door een in de aansluitplaat 30 aanwezige (niet weergegeven) opening met een gietmassa worden volgegoten. Daarmee is de montage van de capacitieve sensor geëindigd.

In samengebouwde toestand, die in figuur 1 is weergegeven, zijn de elektroden 13, 14 en 15 tussen de voorwand van de kap 12 en de ringvormige schouder 24 onder invoeging van de afstandsdelen 16, 17 en 18 vast ingespannen. De elastische vervorming van de afstandsringen 17 en 18 compenseert bestaande 25 toleranties.

De drie elektroden 13, 14 en 15 vormen samen met de afstandsdelen 16, 17 en 18 een freem, dat de sensor een grote weerstand biedt tegen axiale en radiale stootbelastingen. De omtreksrand 13b van de bekervormige sensorelektrode 13 bewerkstelligt, dat tussen de bodem 13a en de afstandsschijf 16 een holle ruimte 43 bestaat, die de door axiale stootkrachten veroorzaakte elastische vervorming van de bodem 13a 30 opneemt, zonder dat het gevaar van een beschadiging van de afstandsschijf 16 bestaat. De tussen de omtreksrand 13b en de beveiligingselektrode 14 gelegen ribben 40 van de afstandsschijf 16 vormen een kreukelzone, die de over de omtreksrand 13b overgedragen axiale stootkrachten opneemt. De ribben 40 zijn zodanig uitgevoerd, dat zij door dergelijke axiale stootkrachten elastisch worden samengeperst en na het verdwijnen van de belasting weer de oorspronkelijke vorm en positie aan- respectievelijk innemen. Als 35 tegenhoudorgaan voor het opnemen van axiale stootkrachten dient de schouder 24 waarop de stootkrachten via de, de elektroden 14 en 15 vormende stalen buizen worden overgedragen, waarbij de daartussen gevoegde elastische afstandsringen 17 en 18 een bufferwerking opleveren.

Het schuimstofdeel 37 neemt axiale stootkrachten, die via de gietmassa worden overgedragen, elastisch op en voert deze via het aansluitstuk 36 af naar de aansluitplaat 30, waardoor de schakelingplaats 20 tegen 40 axiale stootkrachten wordt beveiligd.

Radiaal werkende stootkrachten worden in eerste linie door de schermelektrode 15 opgenomen, die door zijn uitvoering als stalen buis een grote weerstandsbestendigheid tegen radiale belastingen vertoont. Het overstekende voorste einddeel van de buisvormige schermelektrode 15 verstijft de verbindingsplaatsen tussen de huisdelen 11 en 12. De bekervormige kap 12 is door de buisvormige beveiligingselektrode 14 en 45 de bekervormige sensorelektrode 13 eveneens zeer goed tegen radiale stootbelastingen verstijfd. De elektrode 13, 14 en 15 zijn enerzijds door de keuze van het materiaal (staal) en anderzijds door hun vorm en dimensionering zodanig uitgevoerd, dat zij de optredende stootbelasting zonder blijvende vervorming elastisch kunnen opnemen.

De tweedelige uitvoering van het huis 10 biedt de mogelijkheid en vergemakkelijkt het samenbouwen van 50 de capacitieve sensor. Ten gevolge van de schouder 24, die als mechanisch tegenorgaan voor het opnemen van de stootkrachten is aangebracht, wordt namelijk het inbouwen van de elektrode vanaf de aansluitzijde, zoals bij capacitieve sensoren gebruikelijk is, niet meer mogeiijk. Bovendien levert de tweedelige uitvoering van het huis verdere voordelen op. Zo is het mogelijk op dezelfde huisdelen 11 met daarin aangebrachte schermelektroden en schakeiingplaat verschillende kappen 12 aan te brengen. Deze 55 kappen kunnen bijvoorbeeld verschillende vormen bezitten voor het opnemen van verschillende sonde-elektroden, en zij kunnen voor het kenmerken van verschillende sonden verschillende kleuren bezitten.

De beschreven uitvoeringsvorm van de sensor is natuurlijk niet beperkt tot het geval dat drie elektroden,

Claims (4)

192582 4 namelijk buiten de sensorelektrode en de schermelektrode een tussengelegen beveiligingselektrode aanwezig zijn. De verandering voor capacitieve sensoren die slechts een sensorelektrode en een buisvormige schermelektrode bezitten, is voor de vakman zonder meer duidelijk. In dit geval wordt alleen de sensorelektrode met de afstandschijf in de bekervormige kap aangebracht en strekt de schermelektrode zich 5 uit tot de afstandsschijf, wat door passende dimensionering van de kap en/of het overstekende deel van de schermelektrode wordt bereikt. Natuurlijk kan ook de omtreksrand van de bekervormige sensorelektrode dienovereenkomstig langer zijn. In elk geval vertoont de capacitieve sensor een grote mechanische stevigheid en is deze in het bijzonder zeer goed bestand tegen axiale en radiale stootbelastingen. De buisvormige schermelektrode die de 10 schakelingplaat omgeeft levert een goede elektrische afscherming van de elektronische schakeling op.

1. Capacitieve sensor voor een vulstandmeting omvattende een bekervormig kunststof huis met een gesloten voorzijde en een kunststof aansluitorgaan dat de achterzijde van het huis kan sluiten, welk huis en welk aansluitorgaan in het gesloten huis in langsrichting opvolgend, aaneensluitend en nauwsluitend passend opsluiten een in het inwendige van het huis aan de voorzijde aangebrachte sensorelektrode van metaal, een elektrisch isolerend afstandsorgaan, en een buisvormige schermelektrode van metaal, waarbij 20 binnen de schermelektrode een elektrische schakeling is aangebracht die de sensorelektrode met het aansluitorgaan verbindt, met het kenmerk, dat het huis (10) uit twee delen bestaat, een buisvormig hoofddeel (11) en een bekervormige kap (12), welke kap de voorzijde van het hoofddeel afsluit, dat de sensorelektrode een in de kap passend bekervormig orgaan (13) is dat open is naar de opening van de kap, en dat op de binnenwand van het hoofddeel (11) op afstand van het aansluitorgaan (30) een aanslag 25 (24) is aangebracht waartegen de achterzijde van de schermelektrode (15) afsteunt.

2. Capacitieve sensor volgens conclusie 1, waarin een buisvormige schutelektrode (14) tussen de sensorelektrode en de schermelektrode in coaxiale uitlijning daarmee is geplaatst respectievelijk onder tussentoevoeging van het isolerende afstandsorgaan (16) en een afstandsring (17), waarbij de schutelektrode in aansluiting op de sensorelektrode in de bekervormige kap is aangebracht.

3. Capacitieve sensor volgens conclusie 1 of 2, waarin tussen de schermelektrode (15) en de aanslag (24) een elastisch vervormbare afstandsring (18) is opgenomen.

4. Capacitieve sensor volgens conclusie 1 of 2, waarin het isolerende afstandsorgaan (16) een kunststof-vormdeel is met twee op onderlinge afstand gelegen omtreksribben (40), die in de tussenruimte tussen de elektroden grijpen en onder inwerking van een aan de voorzijde optredende stootbelasting elastisch 35 vervormbaar zijn. Hierbij 2 bladen tekening