WO2017220293A1 - Kapazitiver grenzstandschalter - Google Patents

Kapazitiver grenzstandschalter Download PDF

Info

Publication number
WO2017220293A1
WO2017220293A1 PCT/EP2017/062969 EP2017062969W WO2017220293A1 WO 2017220293 A1 WO2017220293 A1 WO 2017220293A1 EP 2017062969 W EP2017062969 W EP 2017062969W WO 2017220293 A1 WO2017220293 A1 WO 2017220293A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
burst
measuring electrode
measuring
level switch
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/062969
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gernot Wistuba
Original Assignee
Ifm Electronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ifm Electronic Gmbh filed Critical Ifm Electronic Gmbh
Priority to US16/309,250 priority Critical patent/US10866133B2/en
Priority to CN201780031919.9A priority patent/CN109196315B/zh
Publication of WO2017220293A1 publication Critical patent/WO2017220293A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/265—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors for discrete levels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Kapazitiver Grenzstandschalter für flüssige oder schüttfähige Medien (1) mit einer in einen Behälter (2) hineinragenden Messelektrode (3) die mit dem Behälter (2) und der Gerätemasse (4) einen Stromkreis bildet, wobei die Impedanz an der Messelektrode (3) von der Anwesenheit des Mediums (1) abhängt, sowie einer Steuereinheit (5) mit einem Signalgenerator (6) und einer komplementär angesteuerten Diodenbrücke (7) mit vier Schaltdioden, wobei das Messsignal im Zeitbereich erfasst wird, und ein Schaltpunkt durch die spektrale Analyse des Amplitudengangs an der Messelektrode (3) bestimmt wird, wobei die Messelektrode Bestandteil eines resonanten Systems ist, der Signalgenerator (6) ein Burstgenerator ist, die Diodenbrücke (7) als Abtast-Halte-Schalter dient, der mit einer steuerbaren Verzögerungsschaltung (8) verbunden ist, und eine Recheneinheit zur Auswertung des Amplitudengangs des Messsignals an der Messelektrode (3) vorhanden ist, die das Spektrum eines vom Medium (1) beeinflussten Burstsignals mit dem Spektrum eines bekannten, vom Medium (1) unbeeinflussten Burstsignals vergleicht, wobei der wesentliche Anteil der Signalenergie des Spektrums des Burstsignals um den Bereich der Resonanzen von Leerzustand und Vollzustand konzentriert ist und die Erfassungszeit für die Burstantwort 10 bis 20 Periodenlängen der Resonanzfrequenz des Messsystems beträgt.

Description

Kapazitiver Grenzstandschalter
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Grenzstandschalter zur Überwachung des Füllstands von mit flüssigen oder schüttfähigen Medien gefüllten Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Kapazitive Füllstandssensoren werden schon seit langem zur Bestimmung der Füllhöhe, der Art des Mediums, oder auch als Grenzstandschalter eingesetzt. Die wesentlichen Vorteile dieser Messmethode bestehen darin, dass sie keine mechanisch bewegten Teile erfordert, und unter bestimmten Umständen sogar durch eine Gehäusewand aus elektrisch isolierendem Material gemessen werden kann.
Von der Anmelderin werden elektronische Füllstandssensoren unter der Bezeichnung LMT100 für wasserbasierte Medien und solche für Öle und Fette unter der Bezeichnung LMT1 10 hergestellt und vertrieben.
Die EP 1 352 220 B1 zeigt ein nach dem Laufzeitverfahren arbeitendes Messgerät, bei dem ein hochfrequentes (Burst-) Signal in eine elektrische Leitung eingekoppelt, und die Laufzeit anhand eines zeitgedehnten Empfangssignals bestimmt wird, wobei die Zeitdehnung durch eine geregelte Verzögerungsschaltung und eine komplementär angesteuerte Diodenbrücke erfolgt. Für einen Grenzstandschalter erscheint diese Anordnung insbesondere auch wegen des zur Auskopplung des Empfangssignals erforderlichen Richtkopplers als zu aufwändig.
Die DE 10 2008 027 921 B4 zeigt eine Admittanzmessvorrichtung für einen Füllstandsensor mit einer resonanten Messelektrode und einer komplementär angesteuerten Diodenbrücke als Synchrongleichrichter. Der Füllstand und auch die Art des Mediums wird hier anhand der Resonanzfrequenz bestimmt, welche wiederum durch Messung des Amplitudengangs durch „Wobbein", d. h. Durchfahren eines bestimmten Frequenzbereichs ermittelt wird.
Das Durchfahren des betreffenden Frequenzbereichs erfordert jedoch eine gewisse Zeit, in der zwangsläufig elektromagnetische Strahlung emittiert wird.
Die DE 10 2009 060 742 A1 offenbart einen kapazitiven Grenzstandschalter, bei dem die Messelektrode in einer ersten Ausführung nacheinander mit Burstsignalen unterschiedlicher Frequenz beaufschlagt wird, so dass mit jedem Schritt eine Stelle des Frequenzspektrums erfasst und ausgewertet werden kann.
In einer weiteren Ausführung wird die Aussendung von steilflankigen, alle Frequenzen enthaltenden Pulssignalen vorgeschlagen, deren Sprungantwort abgetastet und mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation ausgewertet wird.
Als nachteilig werden einerseits die wegen der Einschwingzeit der Burstsignale relativ lange Messzeit und andererseits die in den Pulssignalen enthaltenen, für die Messung nicht benötigten Frequenzanteile angesehen, welche die Storabstrahlung erhöhen und außerdem für eine zusätzliche Geräteerwärmung sorgen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eigentliche Messzeit ohne Genauigkeitsverlust zu verkürzen. Darüber hinaus soll der Materialeinsatz verringert und die Herstellungskosten gesenkt werden.
Weiterhin soll die Aussendung für die Messung nicht benötigte Frequenzanteile vermieden, die Sendeenergie besser ausgenutzt, die Storabstrahlung reduziert und eine überflüssige Erwärmung des Gerätes vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mit dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, im Zeitbereich zu messen, aber die Auswertung in den Frequenzbereich zu verlegen, was mit Hilfe eines Burstsignals, geschieht, das die wesentlichen Bestandteile des in Frage kommenden Frequenzbereichs zwischen der Leerresonanz des messenden Systems bis zu den sich ausbildenden
Resonanzfrequenzen mit den zum Teil recht unterschiedlichen flüssigen oder schüttfähigen Medien enthält. Wegen der hochfrequenten Signale erfolgt die Erfassung des Messsignals vorteilhaft durch Unterabtastung.
Zu diesem Zweck soll an Stelle des bekannten steilflankigen Anregungspulses ein Burst- signal verwendet werden, das alle erforderlichen Frequenzanteile enthält, jedoch nicht benötigte Frequenzanteile vermeidet. So wird die spektrale Energiedichte hauptsächlich im interessierenden Frequenzbereich erhöht, was zu den oben genannte Vorteilen führt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein aus zwei Pulsen bestehender Burst gewählt, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.
Der Vorteil der Erfindung besteht u. a. darin, dass nur der Burst bzw. die Burstantwort des Systems im Zeitbereich abgetastet werden muss, und die weitere Verarbeitung in einem MikroController oder Signalprozessor erfolgen kann. Ein Burst lässt sich mit den heutigen Mitteln der Digitaltechnik deutlich einfacher erzeugen, als ein stabiles frequenzveränderbares hochfrequentes Sinussignal, was die Anzahl der Bauelemente und damit auch die Kosten erheblich reduziert.
Mittels des Zeitdehnungsfaktors kann das Verhältnis zwischen der Messzeit und der Abtastrate ohne Genauigkeitsverlust in weiten Grenzen eingestellt und auf diese Weise optimiert werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Messanordnung in einer vereinfachten Blockdarstellung, Fig. 2 zeigt eine als Abtaster dienende, komplementär angesteuerte Diodenbrücke im Detail, Fig. 3 zeigt die an der Messelektrode 3 gemessenen Zeitsignale mit und ohne Medium, Fig. 4 zeigt die zugehörigen Frequenzspektren mit und ohne Medium.
Die Fig. 1 zeigt ein Medium 1 in einem Behälter 2 mit einer hineinragenden Messelektrode 3, die kapazitiv über die als Erdanschluss dargestellte Umgebung des Behälters 2 mit der Gerätemasse 4 gekoppelt ist, so dass ein geschlossener Wechselstromkreis entsteht.
Eine hier als Mikrocontroller dargestellte Steuereinheit 5 erzeugt eine Schaltflanke, die einem Burstgenerator 6 und einer von der Steuereinheit 5 geregelten Verzögerungsschaltung 8 zugeführt wird wobei der Burstgenerator 6 ein Spannungssignal erzeugt.
Der als Doppelpuls dargestellte Burst wird über den Widerstand R der Messelektrode 3 und damit auch dem Medium 1 zugeführt, wobei der hochfrequente Wechselstrom über die Umgebung des Behälters 2 und entweder galvanisch oder bei den genannten
Messfrequenzen in jedem Falle kapazitiv zur Gerätemasse 4 und damit auch zum
Burstgenerator 6 gelangt. Die Induktivität L an der Messelektrode 3 zeigt, dass es sich um ein resonantes System handelt, welches auch im Leerzustand ohne Medium 1 eine
Resonanzfrequenz besitzt.
Wenn das Medium 1 die Messelektrode 3 berührt, ändert sich die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der relativen Permittivität (Dielektrizitätskonstante) des Mediums 1.
Die Resonanzamplitude hingegen ändert sich in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Mediums 1 und dessen dielektrischen Verlusten
Der Amplitudengang an der Messelektrode 3 wird zunächst als Spannungswert hinter dem als Oberwellenfilter dienenden Tiefpass 9 erfasst, und anschließend die Impedanz oder auch die Kapazität anhand der gemessenen Spannung berechnet.
Die Spannungsmessung erfolgt mit einer aus vier schnellen Schaltdioden bestehenden Diodenbrücke 7, die mit komplementären (Abtast-) Signalen angesteuert wird.
Das an dem mit X bezeichneten Ausgang der Diodenbrücke 7 entstehende Signal wird einem nicht notwendigerweise in der Steuereinheit 5 angeordneten Analog-Digital-Wandler zugeführt, dessen Anschluss hier mit Y bezeichnet ist.
Das kann entweder direkt, über die mit X und Y bezeichneten Anschlüsse, oder über einen zwischengeschalten, zur Pegelanpassung und Filterung dienenden Konditionierer erfolgen. Danach kann das Signal rein digital weiterverarbeitet werden.
Schließlich weist die Steuereinheit 5 einen binären Schaltausgang S und eine LED zur Anzeige des Schaltzustandes auf. Auf die übrigen, dem Fachmann bekannten Baugruppen eines Grenzstandschalters, wie beispielsweise eine Stromversorgung, Bedienelemente oder ein Busanschluss wurde wegen der besseren Übersicht verzichtet. Die spektrale Analyse des Amplitudengangs an der Messelektrode 3, erfolgt, indem das Frequenzspektrum der dort gemessenen Burstantwort durch eine diskrete Fouriertransformation (DFT) bestimmt, und dieses punktweise mit einem in der Steuereinheit 5 oder der Peripherie eines Mikrocontrollers abgelegten Frequenzspektrum des im Leerzustand an der gleichen Stelle gemessenen Burstsignals verglichen wird. Mit Hilfe dieses Vergleichs wird dann die Impedanz an der Messelektrode bestimmt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das ermittelte Frequenzspektrum nicht mit dem Spektrum des Leerfalls, sondern mit dem Fall ganz ohne die Messelektrode 3 verglichen. Die dazu notwendige Messung kann entweder vor der Montage der Messelektrode 3 oder mit abgetrennter Messelektrode 3 erfolgen. Es ist auch denkbar, dieses Spektrum für den betreffenden Gerätetyp festzulegen und ohne neue Messung im Gerät abzulegen.
Ohne die Messelektrode 3 liegt die Resonanz weit über dem betrachteten Frequenzbereich, weil sie nur noch von der gezeigten Induktivität L und der Eigenkapazität der Leiterplatte gebildet wird. So erhält man ein im interessierenden Frequenzbereich ungestörtes Spektrum, mit dem nun sowohl der Leerzustand auch die verschiedenen Füllzustände verglichen werden können.
Die Resonanzfrequenzen des Messsystems können durchaus im Frequenzbereich von bis zu 100-200 MHz liegen. Nach dem Theorem von Nyquist benötigt man Abtastzeitabstände von weniger als der halben Periodenlänge der höchsten abgetasteten Frequenz.
Um beispielsweise einen Frequenzbereich bis 200 MHz mit einer Frequenzauflösung von 125 kHz zu erfassen, ist demnach ein erfasster Zeitbereich von 8 s erforderlich, der in einem Abstand von weniger als 2,5 ns abgetastet werden muss, was eine erhebliche
Herausforderung an die Signalkonditionierung, und den Analog-Digital-Wandler darstellt. Rechentechnisch wären mehr als 400 MSPS (Million Samples pro Sekunde) zur verarbeiten, was für einen preiswerten Grenzstandschalter nicht zuletzt auch wegen, des Strombedarfs einer solchen Anordnung nicht akzeptabel ist.
Die Messung kann beendet werden wenn die Burstantwort soweit abgeschwungen ist, dass keine signifikanten Signalanteile mehr enthalten sind. Das bedeutet, dass bei Verlängerung der Messzeit nahezu keine Änderung des Amplitudengangs im interessierenden Frequenzbereich mehr zu erkennen ist.
Durch Messungen hat sich herausgestellt das dies nach ca. 10-20 Periodendauern der Resonanzfrequenz des Messsystems der Fall ist. Der genaue Wert hängt von den Verlusten im resonanten System ab.
Das resonante Messsystem wird zum einem durch die Verluste des Mediums bedämpft und zum anderen durch Verluste der angeschlossenen elektronischen Schaltung im Sensor und dem Verlustwiderstand der Messspule direkt im Resonanzkreis. Geringe Verluste führen zu einer längeren notwendigen Erfassungszeit im Vergleich zu einem Fall mit großen Verlusten.
Ausgehend von dieser Erkenntnis kann die Messung schon nach 100-200 Nanosekunden beendet werden ohne an Messgenauigkeit zu verlieren.
Allerdings erfordert die Unterabtastung die vielfache Wiederholung der Burstanregung.
Durch den pulsartigen Charakter des Messsignals kann die Emission elektromagnetischer Strahlung gegenüber einer rein sinusfömigen Anregung reduziert werden.
Die Kapazität und die dielektrischen Verluste an der Messelektrode lassen sich auf dem Fachmann bekannte Weise, aus der Thomsonschen Schwingungsgleichung, der
Schwingungsamplitude und der Bandbreite und damit aus dem Amplitudengang bestimmen.
Es sei angemerkt, dass die in der Figur gestrichelt umrandeten Baugruppen, insbesondere der Burstgenerator 6 und die Verzögerungsschaltung 7 nicht separat als solche vorhanden sein müssen, sondern deren Funktion auch als Programm von einem MikroController oder als Hard- oder Software mit jeder dafür geeigneten integrierten Schaltung 10 übernommen werden können.
Für den MikroController kommt die STM32F334-Familie von ST-Microelectronics in Frage, die auch die Funktion einer Recheneinheit zur Auswertung des Amplitudengangs des Messsignals an der Messelektrode 3 erfüllen können, wo die durch Fouriertransformation zu ermittelnden Spektren des vom Medium 1 beeinflussten Burstsignals mit dem Spektrum eines bekannten, vom Medium 1 unbeeinflussten Burstsignals zu vergleichen sind.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in der Fig. 1 dargestellten Diodenbrücke 7 im Detail. Aus einem von der variablen Verzögerungsschaltung 8 generiertem Abtastsignal werden zwei komplementäre Flanken erzeugt, die jeweils von einem Differenzierglied in zwei natürlich einer e-Funktion folgende, aber näherungsweise als rechteckig anzusehende Impulse umgewandelt werden, wobei die zwei umrandeten Bereiche die beiden in der Fig. 1 gezeigten Rechteckgeneratoren symbolisieren sollen.
Die komplementären Abtastsignale werden den Steueranschlüssen der Diodenbrücke 7 zugeführt, was diese kurzzeitig für das von Tiefpass 9 kommende Signal durchlässig macht. Die auch als Zeitdehnung bezeichnete Unterabtastung erfolgt in bekannter Weise durch eine geringe Phasenverschiebung (Schwebung) zwischen dem Taktsignal und den Abtastsignal, die von der Steuereinheit 5 bestimmt wird und typischerweise 3 - 4 Zehnerpotenzen beträgt.
Die Fig. 3 zeigt an der Messelektrode 3 gemessene Burstsignale. Dargestellt ist der durch Unterabtastung gewonnenen zeitliche Verlauf der Burstsignale an der Messelektrode 3. Die Spannung ist in Volt und die Zeit in Nanosekunden (ns) angegeben.
Die mit 1 1 bezeichnete Kurve zeigt den Amplitudengang ohne ein Medium 1 , und die mit 12 bezeichnete Kurve einen Amplitudengang mit einem Medium 1 .
Auf Grund der zusätzlichen Kapazität des Mediums 1 läuft das Burstsignal zeitlich etwas auseinander, was mit der in Fig. 4 gezeigten Verschiebung der Resonanzfrequenz des Messelektrodensystems zu tieferen Frequenzen hin korrespondiert.
Die Fig. 4 zeigt zu den Messsignalen gehörende, durch eine diskrete Fouriertransformation (DFT) erzeugte Frequenzspektren mit und ohne das Medium 1.
Das Minimum des mit 22 bezeichneten Spektrums ohne Medium 1 liegt etwas bei 75 MHz, wohingegen das mit 21 bezeichnete Spektrum mit einem Medium 1 wegen der oben genannten Effekte auf unter 60 MHz verschoben ist.
Durch die Auslegung der Parameter für den Burst lässt sich sein Spektrum so beeinflussen dass die wesentlichen Bestandteile der Signalenergie die Resonanzfrequenzen des
Messsystems im Leerzustand und im Vollzustand umfassen, wobei der wesentliche Anteil der Signalenergie des Spektrums des Burstsignals um den Bereich der Resonanzen von Leerzustand und Vollzustand konzentriert ist.
Besonders vorteilhaft erscheint dabei ein Burst aus zwei Perioden einer Schwingung, deren Frequenz nahe der Mitte der Resonanzfrequenzen des Messsystems im Leerzustand und im Vollzustand liegt, wobei es sich auch um ein Rechtecksignal mit der genannten Frequenz als Grundfrequenz handeln kann.
Dadurch ist das Maximum des Spektrums und damit auch der Signalenergie des Bursts optimal im Messbereich positioniert. Wenn man die Anzahl der Schwingungen im Burst erhöht, wird die nutzbare Bandbreite immer geringer. Wird die Signalenergie bei der
Resonanzfrequenz im Leerzustand oder im Vollzustand sehr klein, wird die Detektion störanfälliger und Rauscheffekte treten zunehmend störend in Erscheinung.
Hat man allerdings ein System wo die Resonanzfrequenzen des Messsystems im Leerzustand und im Vollzustand näher beieinander liegen, könnte ein Burst mit beispielsweise drei Schwingungen vorteilhafter sein.
Auch muss die Schwingungsform nicht notwendigerweise rechteckformig sein. Vorteile bietet auch eine Sinusform, allerdings lassen sich rechteckförmige Schwingungen mit den Mitteln der Digitaltechnik (Microcontroller) wesentlich leichter erzeugen. Bezugszeichen
1 Medium
2 Behälter
3 Messelektrode
4 Gerätemasse
5 Steuereinheit, MikroController
6 Burstgenerator
7 Diodenbrücke
8 Variable Verzögerungsschaltung
9 Tiefpass
10 Integrierte Schaltung (ASIC, FPGA, DSP), optional
1 1 Burstsignal an der Messelektrode 3 ohne Medium 1
12 Burstsignal an der Messelektrode 3 mit Medium 1
21 Fouriertransformierte (Spektrum) des Messsignals mit Medium 1
22 Fouriertransformierte (Spektrum) des Messsignals ohne Medium 1

Claims

Ansprüche
1 . Kapazitiver Grenzstandschalter für flüssige oder schüttfähige Medien (1 ) mit einer in einen Behälter (2) hineinragenden Messelektrode (3) die mit dem Behälter (2) und der Gerätemasse (4) einen Stromkreis bildet, wobei die Impedanz an der
Messelektrode (3) von der Anwesenheit des Mediums (1 ) abhängt, sowie einer Steuereinheit (5) mit einem Signalgenerator (6) und einer komplementär
angesteuerten Diodenbrücke (7) mit vier Schaltdioden, wobei das Messsignal im Zeitbereich erfasst wird, und ein Schaltpunkt durch die spektrale Analyse des
Amplitudengangs an der Messelektrode (3) bestimmt wird, wobei die Messelektrode Bestandteil eines resonanten Systems ist, der Signalgenerator (6) ein Burstgenerator ist, die Diodenbrücke (7) als Abtast-Halte-Schalter dient, der mit einer steuerbaren Verzögerungsschaltung (8) verbunden ist, und eine Recheneinheit zur Auswertung des Amplitudengangs des Messsignals an der Messelektrode (3) vorhanden ist, die das Spektrum eines vom Medium (1 ) beeinflussten Burstsignals mit dem Spektrum eines bekannten, vom Medium (1 ) unbeeinflussten Burstsignals vergleicht, dadurch gekennzeichnet, dass der wesentliche Anteil der Signalenergie des Spektrums des Burstsignals um den Bereich der Resonanzen von Leerzustand und Vollzustand konzentriert ist und die Erfassungszeit für die Burstantwort 10 bis 20 Periodenlängen der Resonanzfrequenz des Messsystems beträgt.
2. Kapazitiver Grenzstandschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Burst aus zwei Perioden einer Schwingung besteht, deren Frequenz nahe der Mitte der Resonanzfrequenzen des Messsystems im Leerzustand und im Vollzustand liegt.
3. Kapazitiver Grenzstandschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Burst aus drei Perioden einer Schwingung besteht, deren Frequenz nahe der Mitte der Resonanzfrequenzen des Messsystems im Leerzustand und im Vollzustand liegt.
4. Kapazitiver Grenzstandschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Rechtecksignal mit der genannten Frequenz als Grundfrequenz handelt.
5. Kapazitiver Grenzstandschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spektren gemessener Amplitudengänge mit einem im Grenzstandschalter abgelegten Spektrum ohne Messelektrode (3) verglichen werden.
PCT/EP2017/062969 2016-06-20 2017-05-30 Kapazitiver grenzstandschalter WO2017220293A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/309,250 US10866133B2 (en) 2016-06-20 2017-05-30 Capacitive limit level switch
CN201780031919.9A CN109196315B (zh) 2016-06-20 2017-05-30 电容式限位开关

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016210983.9A DE102016210983A1 (de) 2016-06-20 2016-06-20 Kapazitiver Grenzstandschalter
DE102016210983.9 2016-06-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017220293A1 true WO2017220293A1 (de) 2017-12-28

Family

ID=58794096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/062969 WO2017220293A1 (de) 2016-06-20 2017-05-30 Kapazitiver grenzstandschalter

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10866133B2 (de)
CN (1) CN109196315B (de)
DE (1) DE102016210983A1 (de)
WO (1) WO2017220293A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112541516B (zh) * 2019-12-17 2022-08-16 重庆物康科技有限公司 一种基于能量谱的桥梁静态监测数据主分量聚类方法
DE102020113129A1 (de) 2020-05-14 2021-11-18 Ifm Electronic Gmbh Messfühler für einen kapazitiven Grenzstandschalter und dessen Verwendung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009060742A1 (de) 2009-12-30 2011-07-07 NEGELE Messtechnik GmbH, 87743 Einrichtung zum Erkennen eines Pegelstandes
DE102008027921B4 (de) 2008-06-12 2011-11-10 Ifm Electronic Gmbh Admittanzmeßvorrichtung für einen Füllstandsensor
US20140352402A1 (en) * 2012-01-27 2014-12-04 Ifm Electronic Gmbh Fill level measuring device
EP1352220B1 (de) 2001-01-19 2015-03-11 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Füllstandsmessgerät mit koppelvorrichtung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10250523B4 (de) * 2001-10-31 2008-12-11 Ifm Electronic Gmbh Verfahren zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes
US8044669B2 (en) * 2009-06-11 2011-10-25 Ifm Electronic Gmbh Admittance meter for monitoring a medium
CN103278211B (zh) * 2013-05-10 2015-12-23 重庆南方数控设备有限责任公司 电容型液面检测装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1352220B1 (de) 2001-01-19 2015-03-11 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Füllstandsmessgerät mit koppelvorrichtung
DE102008027921B4 (de) 2008-06-12 2011-11-10 Ifm Electronic Gmbh Admittanzmeßvorrichtung für einen Füllstandsensor
DE102009060742A1 (de) 2009-12-30 2011-07-07 NEGELE Messtechnik GmbH, 87743 Einrichtung zum Erkennen eines Pegelstandes
US20140352402A1 (en) * 2012-01-27 2014-12-04 Ifm Electronic Gmbh Fill level measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
CN109196315A (zh) 2019-01-11
US20190178699A1 (en) 2019-06-13
CN109196315B (zh) 2020-10-20
DE102016210983A1 (de) 2017-12-21
US10866133B2 (en) 2020-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2482089B1 (de) Verfahren und System zur Ortung eines Fehlers auf einem Kabel
EP2519807A1 (de) Einrichtung zum erkennen eines pegelstands
WO2015185401A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung des füllstandes eines mediums in einem behälter
DE102008027921B4 (de) Admittanzmeßvorrichtung für einen Füllstandsensor
WO2010006896A1 (de) VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG EINER PROZESSGRÖßE UND VERFAHREN ZUR PRÜFUNG EINER VORRICHTUNG
WO2017220293A1 (de) Kapazitiver grenzstandschalter
WO2002027349A2 (de) Verfahren zur erfassung des grenzstandes eines gutes und vorrichtung hierzu
WO2013110783A2 (de) Hüllkurvenberechnung mittels phasendrehung
WO2020084058A1 (de) Zustandsanalyse eines elektrischen betriebsmittels
EP3153829B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur grenzstandbestimmung
DE102016210982B4 (de) Kapazitiver Grenzstandschalter
DE3616390C2 (de)
WO2016041726A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer prozessgrösse eines mediums
DE10322279A1 (de) Kapazitive Füllstandmessung
EP3605029B1 (de) Verfahren zum bestimmen eines schaltzustands eines impedanzsensors und impedanzsensor
EP2113753B1 (de) Vorrichtung zum Messen einer Sondenimpedanz
DE10115150A1 (de) Verfahren zur Erfassung des Grenzstandes eines Gutes und Vorrichtung hierzu
EP3567349B1 (de) Impedanzgrenzschalter mit anpassung der anregung
DE102009001695B4 (de) Verfahren und Anordnung zur Impedanzmessung
DE102018207171B4 (de) Impedanzgrenzschalter, basierend auf einer elektrischen Resonanzbildung, mit optimierter Datenanalyse zur Verbesserung der Störfestigkeit
DE19601691C1 (de) Vorrichtung zur kapazitiven Messung des Füllstands einer dielektrischen Flüssigkeit in einem Behälter
WO2010037586A1 (de) Verfahren zur fertigung einer kapazitiven messvorrichtung
CH680161A5 (de)
WO2021052706A1 (de) Messgerät zur bestimmung eines dielektrizitätswertes
WO2013120631A1 (de) Messvorrichtung und verfahren zum messen eines abstands in einem hohlkörper und hohlkörper mit dieser messvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17726315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17726315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1