WO2024132411A1 - Apparatus and method for capacitive fill-level measurement - Google Patents

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WO2024132411A1
WO2024132411A1 PCT/EP2023/083408 EP2023083408W WO2024132411A1 WO 2024132411 A1 WO2024132411 A1 WO 2024132411A1 EP 2023083408 W EP2023083408 W EP 2023083408W WO 2024132411 A1 WO2024132411 A1 WO 2024132411A1
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capacitors
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voltage
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Stefan Klehr
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a device for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least one first fluid.
  • the invention also relates to a system with a device and a fluid container.
  • the invention also relates to a method for capacitive measurement of a level of a fluid container filled with at least one first fluid.
  • WO 2023/036423 Al discloses a capacitive reading device for a pointer instrument.
  • the invention is based on the object of providing a device and an associated method for the capacitive measurement of a fill level, which can be done with little effort and minimally invasively.
  • This object is achieved by a device for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least a first fluid according to claim 1.
  • the object is achieved by a system according to claim 8.
  • the object is achieved by a method for capacitive measurement of a level of a fluid container filled with at least a first fluid according to claim 9.
  • a device according to the invention for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least a first fluid comprises the following steps:
  • a detection device which is designed to apply an electrical voltage to the capacitors, preferably offset in time, and to detect a respective electrical charge of the capacitors in order to determine a respective capacitance of the capacitors by measurement, wherein the detection device is further designed to compare the measured capacitances of the capacitors with one another and to determine a fill level of the fluid container on the basis of this comparison, taking into account a positioning indication with regard to the fluid container.
  • the device according to the invention can be easily attached to the outer wall of a fluid container.
  • the capacitors are arranged parallel to one another along a longitudinal direction. In other words, the capacitors are arranged parallel and offset from one another.
  • the detection device of the device according to the invention is designed to apply an electrical voltage, preferably staggered in time, to the capacitors. Depending on the permittivity of a fluid in the fluid container, a certain electrical charge is established in the respective capacitor. This charge is measured by the detection device. From the measured charge and the applied voltage, the detection device determines a capacitance of the respective capacitor.
  • the electrical voltage can be applied to several or all capacitors at the same time. However, they can also advantageously be subjected to the electrical voltage staggered in time or one after the other in order to prevent or at least reduce mutual parasitic influences on the capacitances determined later.
  • the detection device is also designed to compare the determined capacitances of the two capacitors. If the detection device determines, for example, that both capacitors have a capacitance expected for the medium air, it can be assumed that the fill level in the fluid container is very low and does not reach the level of the first capacitor. If, on the other hand, the capacitance of both capacitors is significantly higher, it can be assumed that the fill level in the fluid container is high and exceeds both capacitors. If the capacitances of the two capacitors differ from one another within the scope of the measurement accuracy, it can be assumed that the fill level in the fluid container reaches the level of the first capacitor.
  • the detection device In order for the device according to the invention to be able to indicate an absolute fill level, the detection device must be given a positioning specification. This specifies the height of the fluid container at which the device is to be installed. It thus provides a so-called offset, which in the simplest case is zero. The detection device knows the distance between the capacitors. Together with the positioning information, it can use this to calculate exactly what level the fluid container has.
  • the detection device can be located in close proximity to the capacitors and in particular can be arranged within a common housing. However, at least the part of the detection device that compares the capacitances and determines the fill level can also be designed remotely from the capacitors, for example in a cloud-based computer environment.
  • the device according to the invention has the advantages that no moving mechanical parts are required for measuring the fill level. In addition, only readily available standard components can be used. In addition, the device does not intervene in the fluid container, which would be particularly problematic with chemically reactive fluids.
  • the measurement of the fill level is also not limited to a single fluid in the fluid container. Rather, with N capacitors, up to N different fluids can be detected.
  • the invention is not limited to just two capacitors. Rather, the device can have a plurality of three or more capacitors. The following applies: the higher the number of capacitors, the higher the spatial resolution. With a large number of capacitors, the fill level can therefore be specified more precisely.
  • the device has a shield for electromagnetic shielding of the capacitors, in particular against each other.
  • the device according to the invention is designed to detect changes in capacitance. detect the electromagnetic fields that arise due to different permittivities of different fluids within the fluid container. For this purpose, it is advisable if the capacitors are shielded against undesirable electromagnetic influences by means of suitable shielding.
  • the capacitors can be electromagnetically shielded from one another in order to prevent or at least minimize falsification of the measurement results.
  • the detection device may comprise a capacitance-digital converter, which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits.
  • the detection device can comprise a multiplexer which has at least two voltage outputs, each of which is conductively connected to a capacitor (more precisely: the voltage outputs are each connected to an electrode of a capacitor).
  • the multiplexer can have correspondingly more voltage outputs.
  • the electrical potential of a voltage output of the multiplexer to which no electrical voltage is applied corresponds to the electrical potential of the shield.
  • the capacitor or capacitors that are not currently supplied with voltage act as additional shielding for the voltage-supplied capacitor that is currently being used to determine the capacitance.
  • a printed circuit board can serve as a carrier element for the electrodes/capacitors.
  • the carrier element can be a printed, flexible film such as a polyimide or a PU film.
  • the device comprises at least a first, a second and a third capacitor, which are arranged parallel to one another along the longitudinal direction of the capacitors.
  • the second capacitor is arranged longitudinally between the first and the third capacitor.
  • One voltage output of the multiplexer is conductively connected to the first and the third capacitor, while another voltage output of the multiplexer is electrically connected to the second capacitor.
  • the underlying idea here is that the voltage outputs of a multiplexer can be connected to several capacitors. This makes it possible to achieve a higher resolution for the fill level without needing a multiplexer with so many voltage outputs. More detailed information on this can be found in the description of the exemplary embodiments.
  • a system which comprises a fluid container filled with one or more fluids and a device which is designed as previously explained.
  • the device is attached to the outer wall of the fluid container, with the longitudinal direction of the capacitors of the device being aligned in the direction of the fluid container fill level to be measured.
  • the device is aligned vertically on the fluid container and is attached there using suitable means (gluing, clamping, etc.).
  • a detection system which comprises a plurality of devices as previously explained, which are connected to one or more higher-level evaluation units, wherein the devices are preferably arranged in a pipeline.
  • the outer wall of the fluid container is preferably made of plastic or glass.
  • a method for capacitively measuring a fill level of a fluid container filled with at least a first fluid comprises the following method steps: a) attaching a device to an outer wall of the fluid container, the device having at least a first capacitor and a second capacitor, which are arranged parallel to one another along a longitudinal direction of the capacitors, and a detection device, b) applying an electrical voltage, preferably offset in time, to the capacitors by the detection unit, c) detecting a respective electrical charge of the capacitors resulting from the application of the electrical voltage by the detection unit, d) metrologically determining the respective capacitance of the capacitors on the basis of the applied electrical voltage and the detected electrical charge by the detection unit, e) comparing the metrologically detected capacitances of the capacitors in order to determine the fill level of the fluid container therefrom.
  • the detection device can comprise a capacitance-digital converter, which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits, and which detects the respective electrical charge of the capacitors resulting from the application of the electrical voltage and determines the respective capacitance of the capacitors by measurement.
  • a capacitance-digital converter which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits, and which detects the respective electrical charge of the capacitors resulting from the application of the electrical voltage and determines the respective capacitance of the capacitors by measurement.
  • the detection device can also comprise a multiplexer which has at least two voltage outputs, each of which is conductively connected to a capacitor, and by means of which the respective electrical voltage is applied to the capacitors.
  • the device comprises at least a first, a second and a third capacitor arranged along the Longitudinal direction of the capacitors are arranged parallel to one another, wherein the second capacitor is arranged longitudinally between the first and the third capacitor, and wherein a first voltage output of the multiplexer is conductively connected to the first and the third capacitor, and wherein a second voltage output of the multiplexer is electrically conductively connected to the second capacitor, wherein an electrical voltage is applied to the first and the third capacitor by means of the first voltage output of the multiplexer, and wherein an electrical voltage is applied to the second capacitor by means of the second voltage output of the multiplexer.
  • FIG 1 is a diagram of a system comprising a device and a fluid container
  • FIG 2 shows a schematic diagram for measuring a capacitance by means of a device according to the invention
  • FIG 3 is a circuit diagram of part of a device according to the invention.
  • FIG 4 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 5 is a side view of a device according to the invention.
  • FIG 6 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG 7 shows an aspect of a method according to the invention.
  • FIG 8 is a circuit diagram of part of another device according to the invention.
  • FIG 9 shows an aspect of a device according to the invention.
  • FIG 10 is a side view of a device according to the invention.
  • FIG 11 is a diagram of a measurement carried out by means of a device according to the invention.
  • FIG 1 shows the side view of a system 1 according to the invention.
  • the system 1 comprises a fluid container 2, a device 3 and a detection device 13 (see FIG 3).
  • the fluid container 2 is made of glass in the present case and can be filled with a fluid such as water or oil.
  • a fill level F of the fluid container is measured in FIG 1 from the lower edge (bottom) of the fluid container 2 in a vertical direction upwards.
  • FIG. 1 Only a part of the device 3 is shown in FIG. 1. This part comprises four supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, a sensor electrode 5 and an electromagnetic shield 6 arranged to the right of the sensor electrode 5 in FIG. 1 as well as a further shield 8 arranged to the left of the supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d.
  • the shields 6, 8 can be made of aluminum, for example, and can have the same electrical potential.
  • the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d together with the sensor electrode 5 form four capacitors 7a, 7b, 7c, 7d, which are indicated in FIG 1 with dashed borders.
  • the electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 5 are arranged on a longitudinal axis L, for example on a flexible, printed film or a printed circuit board, which are not shown in FIG 1 for reasons of clarity (cf. FIG 9).
  • the part of the device 3 shown in FIG. 1 is attached to an outer wall of the fluid container 2 (i.e. outside the fluid container 2) by means of suitable means (adhesive, clamping means, etc.).
  • the part of the device 3 is arranged such that the longitudinal axis L of the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d or the sensor electrode 5 coincides with a direction of the fill level F.
  • FIG. 2 shows in a sectional view, as an example for a capacitor 7a of the four capacitors 7a, 7b, 7c, 7d from FIG. 1, which is formed from a feed electrode 4a and the sensor electrode 5, the electrical field E resulting from the application of the electrical voltage.
  • a part of this electrical field E runs through the fluid container wall 2 (sectional view) and is influenced by a permittivity of the fluid in the fluid container 2.
  • FIG. 3 shows an electrical wiring diagram of the detection device 13 of the device 3.
  • Three of the capacitors 7a, 7b, 7c are shown on the left-hand side.
  • the feed electrodes 4a, 4b, 4c of the capacitors 7a, 7b, 7c are each connected to a voltage output 9a, 9b, 9c of a multiplexer 10.
  • the multiplexer 10 is designed to apply an electrical voltage to the voltage outputs 9a, 9b, 9c at different times. It receives this electrical voltage from a voltage output 11 ("EXC") of a capacitance-digital converter 12 of the detection device 13.
  • the capacitance-digital converter 12 can be, for example, an AD7745 from Analog Devices.
  • the capacitance is determined via an input 14 ("CIN( + )"), which is connected to the sensor electrode 5.
  • CIN( + ) an input 14
  • the internal structure of the capacitance-digital converter 12 is not the subject of this invention and is therefore not explained in more detail.
  • the 3-8-line decoder 74xx238 from Texas Instruments can be used as the multiplexer 10, for example.
  • the multiplexer 10 sets the voltage outputs 9a, 9b, 9c, which are not supplied with a voltage, to the same electrical potential as the shield 6.
  • all feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d which are not supplied with a voltage, serve as a shield for the feed electrode 4a, 4b, 4c, 4d that is supplied with a voltage.
  • FIG. 4 which has eight feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, a sensor electrode 5 and a shield 6, and is attached to the fluid container 2.
  • FIG. 4 only one of the feed electrodes 4c is supplied with a voltage. Only the capacitor 7c formed by this supply electrode 4c and the sensor electrode 5 is used for the capacitance measurement at the time shown in FIG. 4.
  • FIG 5 illustrates how the capacitance values determined by the detection device 13 can be assigned to the fill level F in the fluid container 2.
  • the detection device 13 applies an electrical voltage to the first three capacitors 7a, 7b, 7c (from bottom to top) one after the other and determines the capacitance of the respective capacitor 7a, 7b, 7c. This is largely determined by a permittivity of a in the fluid container 2. With the transition to the fourth capacitor 7d, there is no longer any fluid 14 in the fluid container 2, which influences the electric field generated by the capacitor 7d and ultimately the determined capacitance. By comparing the capacitance measured on the fourth capacitor 7d with the capacitance measured on the third capacitor 7c, the fill level F in the fluid container 2 can be determined. The distance between the capacitors 7a, 7b, 7c, 7d determines the resolution with which the fill level can be determined.
  • Each feed electrode 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j must be connected to a voltage output 9a, 9b, 9c of the multiplexer 10.
  • the number of electrode numbers can therefore be the same as the number of electrodes that can be switched for measurement.
  • one of the eight feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h can be activated for measurement. If these eight electrodes are simply placed parallel to one another, the fill level can only be determined within the measuring section in which the eight electrodes are lined up.
  • Each voltage output 9a, 9b, 9c of the multiplexer 10 is connected to two or more feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41.
  • the capacitance measuring range of the detection unit 13 is dimensioned such that the signal control is only reached to 100% when the fluid has reached all supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 belonging to a respective voltage output 9a, 9b, 9c, and to 50% when it has reached the Half of the corresponding feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41.
  • the device 3 here has 16 supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p and a sensor electrode 5.
  • the multiplexer 10 here has four voltage outputs 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 (analogous to the voltage outputs 9a, 9b, 9c from the previous figures), which are each connected to four of the supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p.
  • the first voltage output 9.1 is connected to the first feed electrode 4a, the fifth feed electrode 4e, the ninth feed electrode 4i and the thirteenth feed electrode 4m.
  • the distance between the feed electrodes 4a, 4e, 4i and 4m connected to the voltage output is therefore four feed electrodes each. The same applies to the other voltage outputs 9.2, 9.3 and 9.4.
  • FIG 8 shows a further embodiment of the detection device 13 of the apparatus 3.
  • FIG. 9 shows further embodiments of the feed electrodes 4a, 4b, 4c with the sensor electrode 5.
  • the circuit can be manufactured with a large length and then cut to the length required for the respective fluid container (for example by cutting).
  • the feed electrodes 4a, 4b, 4c do not have to be arranged directly parallel to one another, but can also be arranged alternately around the sensor electrode 5.
  • the only important thing is that their axes K are arranged essentially parallel to one another.
  • FIG 10 shows a sectional view of the first part of a device 3 according to the invention.
  • the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d visible in FIG 10 (and the sensor element not visible in FIG 10 hidden by the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d)
  • Electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and shields 6, 8 are attached to a flexible film 16 and are made of copper or a conductive ink.
  • Electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 5 have a thickness of 25 micrometers.
  • On top of this there is another shielding layer 17. This can, for example, have a thickness of 35 micrometers.
  • FIG 11 shows the results of a measurement carried out with 24 feed electrodes (3x8 with an 8-way multiplexer).
  • the electrodes are 20x10 mm in size and are spaced 1 mm apart (in the direction of the longitudinal axis L).
  • the measuring range is 270 mm.
  • the fill level in a fluid container was increased in 5 mm steps after each measurement.
  • the capacitance changes gradually in 33% control steps (due to 3 electrodes connected together, i.e. 3 capacitors connected in parallel).
  • the X-axis shows the fill level in the fluid container and the Y-axis the determined capacitance for the eight feed electrodes (or the capacitor formed by them). From a fill level of 100mm, the channel assigned to the first feed electrode (designated K in FIG 11) measures approx. 1.7pF (66% capacitance control). From 190mm, the channel is fully controlled with 2.6pF (100%).

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Abstract

The invention relates to an apparatus (3) for capacitive fill-level measurement on an outer wall of a fluid container (2) filled with at least one first fluid (14), comprising: - at least a first capacitor (7a) and a second capacitor (7b), which are arranged parallel to one another along a longitudinal direction (L) of the capacitors (7a, 7b) and which can be mounted on the outer wall of the fluid container (2), - a sensing device (13), which is designed to apply a voltage to the capacitors (7a, 7b), with temporal staggering, and to sense an electric charge of each of the capacitors (7a, 7b) in order to metrologically determine a capacitance of each of the capacitors (7a, 7b), wherein the sensing device (13) is also designed to compare the metrologically sensed capacitances of the capacitors (7a, 7b) with one another and to determine a fill level (F) of the fluid container (2) on the basis of this comparison, taking into account a positioning specification with respect to the fluid container.

Description

Beschreibung Description
Vorrichtung und Verfahren zur kapazitiven Füllstandmessung Device and method for capacitive level measurement
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandmessung an einer Außenwand eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters. Außerdem betrifft die Erfindung ein System mit einer Vorrichtung und einem Fluidbehälter. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kapazitiven Messung eines Füllstandes eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters . The invention relates to a device for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least one first fluid. The invention also relates to a system with a device and a fluid container. The invention also relates to a method for capacitive measurement of a level of a fluid container filled with at least one first fluid.
In der chemischen Industrie werden vielfach Glas- oder Kunst- stof fbehälter zur Lagerung oder zur chemischen Reaktion eingesetzt. Zur Erfassung des Füllstandes in den Behältern begnügt man sich oft mit einer einfachen auf gedruckten Zahlenskala an der Behälterwand zum manuellen Ablesen (vgl. Messbecher) . Man verzichtet oftmals auf die Instrumentierung von Messequipment zur Erfassung des Füllstandes aus diversen Gründen wie z.B. Kosten oder keine Medienberührung. In the chemical industry, glass or plastic containers are often used for storage or for chemical reactions. To determine the fill level in the containers, a simple number scale printed on the container wall for manual reading is often sufficient (see measuring cup). Measuring equipment for determining the fill level is often not used for various reasons, such as costs or no contact with the media.
Weiter hat man oftmals verschiedene Flüssigkeiten in einem Behälter, so dass sich eine Grenzschicht bildet (z.B. Wasser und Öl) . Um die Füllstände beider Fluide voneinander unterscheidbar bzw. getrennt zu erfassen ist eine einfache, nicht medienberührende Instrumentierung nicht möglich. Furthermore, there are often different liquids in one container, so that a boundary layer forms (e.g. water and oil). In order to distinguish or separately measure the fill levels of both fluids, simple, non-media-contacting instrumentation is not possible.
Viele Behälter sind nicht ortsfest, daher ist eine fest verdrahtete Messeinrichtung zur Erfassung des Füllstands nicht erwünscht. Eine batteriegestützte und drahtlose Lösung wäre vorteilhaft . Many containers are not stationary, so a hard-wired measuring device for detecting the fill level is not desirable. A battery-supported and wireless solution would be advantageous.
Die WO 2023/036423 Al offenbart eine kapazitive Ablesevorrichtung für ein Zeigerinstrument. WO 2023/036423 Al discloses a capacitive reading device for a pointer instrument.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur kapazitiven Messung eines Füllstandes anzugeben, welche aufwandsarm und minimalinvasiv vorgenommen werden kann. The invention is based on the object of providing a device and an associated method for the capacitive measurement of a fill level, which can be done with little effort and minimally invasively.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandmessung an einer Außenwand eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters nach Anspruch 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein System nach Anspruch 8. Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur kapazitiven Messung eines Füllstandes eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a device for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least a first fluid according to claim 1. In addition, the object is achieved by a system according to claim 8. In addition, the object is achieved by a method for capacitive measurement of a level of a fluid container filled with at least a first fluid according to claim 9. Advantageous further developments emerge from the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandmessung an einer Außenwand eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters umfasst die folgenden Schritte : A device according to the invention for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container filled with at least a first fluid comprises the following steps:
- wenigstens einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, die entlang einer Längsrichtung der Kondensatoren parallel zueinander angeordnet sind, und die an der Außenwand des Fluidbehälters anbringbar sind, - at least one first capacitor and one second capacitor, which are arranged parallel to each other along a longitudinal direction of the capacitors and which can be attached to the outer wall of the fluid container,
- eine Erfassungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, an den Kondensatoren eine elektrische Spannung, vorzugsweise zeitlich versetzt, anzulegen und eine jeweilige elektrische Ladung der Kondensatoren zu erfassen, um eine jeweilige Kapazität der Kondensatoren messtechnisch zu bestimmen, wobei die Erfassungseinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, die messtechnisch erfassten Kapazitäten der Kondensatoren miteinander zu vergleichen und anhand dieses Vergleichs, unter Einbezug einer Positionierungsangabe bezüglich des Fluidbehälters, einen Füllstand des Fluidbehälters zu bestimmen. - a detection device which is designed to apply an electrical voltage to the capacitors, preferably offset in time, and to detect a respective electrical charge of the capacitors in order to determine a respective capacitance of the capacitors by measurement, wherein the detection device is further designed to compare the measured capacitances of the capacitors with one another and to determine a fill level of the fluid container on the basis of this comparison, taking into account a positioning indication with regard to the fluid container.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich einfach an der Außenwand eines Fluidbehälters anbringen. Die Kondensatoren sind entlang einer Längsrichtung parallel zueinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Kondensatoren parallel versetzt zueinander angeordnet. Die Erfassungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung, vorzugsweise zeitlich versetzt, an den Kondensatoren anzulegen. In Abhängigkeit einer Permittivi tät eines in dem Fluidbehälter befindlichen Fluides stellt sich eine bestimmte elektrische Ladung in dem jeweiligen Kondensator ein. Diese Ladung wird von der Erfassungseinrichtung gemessen. Aus der gemessenen Ladung und der angelegten Spannung bestimmt die Erfassungseinrichtung eine Kapazität des jeweiligen Kondensators. Das Anlegen der elektrischen Spannung kann zeitgleich bei mehreren oder allen Kondensatoren erfolgen. Sie können aber vorteilhafterweise auch zeitlich versetzt bzw. nacheinander mit der elektrischen Spannung beaufschlagt werden, um gegenseitige parasitäre Einflüsse auf die später ermittelten Kapazitäten zu verhindern oder wenigstens zu verringern. The device according to the invention can be easily attached to the outer wall of a fluid container. The capacitors are arranged parallel to one another along a longitudinal direction. In other words, the capacitors are arranged parallel and offset from one another. The detection device of the device according to the invention is designed to apply an electrical voltage, preferably staggered in time, to the capacitors. Depending on the permittivity of a fluid in the fluid container, a certain electrical charge is established in the respective capacitor. This charge is measured by the detection device. From the measured charge and the applied voltage, the detection device determines a capacitance of the respective capacitor. The electrical voltage can be applied to several or all capacitors at the same time. However, they can also advantageously be subjected to the electrical voltage staggered in time or one after the other in order to prevent or at least reduce mutual parasitic influences on the capacitances determined later.
Die Erfassungseinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, die ermittelten Kapazitäten der beiden Kondensatoren zu vergleichen. Stellt die Erfassungseinrichtung beispielsweise fest, dass beide Kondensatoren eine für das Medium Luft zu erwartende Kapazität aufweisen, ist davon auszugehen, dass der Füllstand in dem Fluidbehälter sehr niedrig ist und nicht an den ersten Kondensator heranreicht. Ist die Kapazität bei beiden Kondensatoren dagegen deutlich höher, ist davon auszugehen, dass der Füllstand in dem Fluidbehälter hoch ist und beide Kondensatoren übersteigt. Wenn sich die Kapazitäten der beiden Kondensatoren im Rahmen der Messgenauigkeit voneinander unterscheiden, ist davon auszugehen, dass der Füllstand in dem Fluidbehälter bis zu einer Höhe des ersten Kondensators heranreicht. The detection device is also designed to compare the determined capacitances of the two capacitors. If the detection device determines, for example, that both capacitors have a capacitance expected for the medium air, it can be assumed that the fill level in the fluid container is very low and does not reach the level of the first capacitor. If, on the other hand, the capacitance of both capacitors is significantly higher, it can be assumed that the fill level in the fluid container is high and exceeds both capacitors. If the capacitances of the two capacitors differ from one another within the scope of the measurement accuracy, it can be assumed that the fill level in the fluid container reaches the level of the first capacitor.
Damit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein absoluter Füllstand angegeben werden kann, muss der Erfassungseinrichtung eine Positionierungsangabe vorgegeben werden. Diese gibt an, auf welcher Höhe des Fluidbehälters die Vorrichtung angebracht wird. Sie stellt damit einen sogenannten Offset dar, der im einfachsten Fall Null ist. Die Erfassungseinrichtung kennt den Abstand der Kondensatoren zueinander. Zusammen mit der Positionierungsangabe kann sie hieraus exakt berechnen, welchen Füllstand der Fluidbehälter aufweist. In order for the device according to the invention to be able to indicate an absolute fill level, the detection device must be given a positioning specification. This specifies the height of the fluid container at which the device is to be installed. It thus provides a so-called offset, which in the simplest case is zero. The detection device knows the distance between the capacitors. Together with the positioning information, it can use this to calculate exactly what level the fluid container has.
Die Erfassungseinrichtung kann in einer unmittelbaren räumlichen Nähe zu den Kondensatoren befindlich sein und insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein. Wenigstens der Teil der Erfassungseinrichtung, der die Kapazitäten vergleicht und den Füllstand bestimmt, kann aber auch von den Kondensatoren entfernt ausgebildet sein, beispielsweise in einer cloudbasierten Computerumgebung . The detection device can be located in close proximity to the capacitors and in particular can be arranged within a common housing. However, at least the part of the detection device that compares the capacitances and determines the fill level can also be designed remotely from the capacitors, for example in a cloud-based computer environment.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Vorteile auf, dass keine beweglichen mechanischen Teile für die Messung des Füllstandes benötigt werden. Zudem können ausschließlich gut verfügbare Standardbauteile verwendet werden. Außerdem greift die Vorrichtung nicht in den Fluidbehälter ein, was insbesondere bei chemisch reaktiven Fluiden problematisch wäre. Die Messung des Füllstandes ist zudem nicht auf ein einziges Fluid in dem Fluidbehälter beschränkt. Vielmehr können bei N Kondensatoren bis zu N verschiedene Fluide detektiert werden. The device according to the invention has the advantages that no moving mechanical parts are required for measuring the fill level. In addition, only readily available standard components can be used. In addition, the device does not intervene in the fluid container, which would be particularly problematic with chemically reactive fluids. The measurement of the fill level is also not limited to a single fluid in the fluid container. Rather, with N capacitors, up to N different fluids can be detected.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht nur auf zwei Kondensatoren beschränkt ist. Vielmehr kann die Vorrichtung eine Vielzahl von drei und mehr Kondensatoren aufweisen. Dabei gilt: je höher die Anzahl an Kondensatoren, desto höher die räumliche Auflösung. Mit einer Vielzahl von Kondensatoren lässt sich somit der Füllstand exakter angeben. It is obvious that the invention is not limited to just two capacitors. Rather, the device can have a plurality of three or more capacitors. The following applies: the higher the number of capacitors, the higher the spatial resolution. With a large number of capacitors, the fill level can therefore be specified more precisely.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Abschirmung zur elektromagnetischen Abschirmung der Kondensatoren, insbesondere gegeneinander, auf . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dafür ausgelegt, Kapazitätsänderungen zu erfassen, die aufgrund unterschiedlicher Permittivi täten verschiedener Fluide innerhalb des Fluidbehälters entstehen. Hierfür ist es zweckgemäß, wenn die Kondensatoren gegenüber unerwünschten elektromagnetischen Einflüssen durch eine geeignete Abschirmung abgeschirmt werden. Insbesondere können die Kondensatoren gegeneinander elektromagnetisch abgeschirmt sein, um Verfälschungen der Messergebnisse zu verhindern oder wenigstens zu minimieren . Preferably, the device has a shield for electromagnetic shielding of the capacitors, in particular against each other. The device according to the invention is designed to detect changes in capacitance. detect the electromagnetic fields that arise due to different permittivities of different fluids within the fluid container. For this purpose, it is advisable if the capacitors are shielded against undesirable electromagnetic influences by means of suitable shielding. In particular, the capacitors can be electromagnetically shielded from one another in order to prevent or at least minimize falsification of the measurement results.
Die Erfassungseinrichtung kann einen Kapazitäts-Digital-wand- ler umfassen, der vorzugsweise eine Messauflösung von wenigstens 24 Bit aufweist. The detection device may comprise a capacitance-digital converter, which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits.
Zudem kann die Erfassungseinrichtung einen Multiplexer umfassen, welcher wenigstens zwei Spannungsausgänge aufweist, die jeweils mit einem Kondensator leitend verbunden sind (exakter: die Spannungsausgänge sind jeweils mit einer Elektrode eines Kondensators verbunden) . Für den Fall von drei oder mehr Kondensatoren kann der Multiplexer entsprechend mehr Spannungsausgänge aufweisen. In addition, the detection device can comprise a multiplexer which has at least two voltage outputs, each of which is conductively connected to a capacitor (more precisely: the voltage outputs are each connected to an electrode of a capacitor). In the case of three or more capacitors, the multiplexer can have correspondingly more voltage outputs.
Bevorzugt entspricht dabei das elektrische Potential eines Spannungsausgangs des Multiplexers, an dem keine elektrische Spannung angelegt ist, dem elektrischen Potential der Abschirmung. Hierdurch fungiert der Kondensator bzw. die Kondensatoren, die gerade nicht mit Spannung versorgt werden, als zusätzliche Abschirmung für den spannungsversorgten Kondensator, welcher gerade für die Ermittlung der Kapazität verwendet wird. Preferably, the electrical potential of a voltage output of the multiplexer to which no electrical voltage is applied corresponds to the electrical potential of the shield. As a result, the capacitor or capacitors that are not currently supplied with voltage act as additional shielding for the voltage-supplied capacitor that is currently being used to determine the capacitance.
Als ein Trägerelement für die Elektroden/Kondensatoren kann eine Leiterplatte (engl. Printed Circuit Board, kurz: PCB) dienen. Alternativ kann es sich bei dem Trägerelement um eine bedruckte, flexible Folie wie eine Polyimid oder eine PU- Folie handeln. Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kondensator, die entlang der Längsrichtung der Kondensatoren parallel zueinander angeordnet sind . Dabei ist der zweite Kondensator in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem dritten Kondensator angeordnet . Dabei ist ein Spannungsausgang des Multiplexers mit dem ersten und dem dritten Kondensator leitend verbunden, während ein anderer Spannungsausgang des Multiplexers mit dem zweiten Kondensator elektrische leitend verbunden ist . Der zugrundeliegende Gedanke besteht hierbei darin, dass die Spannungsausgänge eines Multiplexers mit mehreren Kondensatoren verbunden sein können . Dadurch lässt sich eine höhere Auflösung für den Füllstand erzielen, ohne dass ein Multiplexer mit derart vielen Spannungsausgängen benötigt werden würde . Nähere Informationen hierzu sind der Beschreibung der Aus führungsbeispiele zu entnehmen . A printed circuit board (PCB) can serve as a carrier element for the electrodes/capacitors. Alternatively, the carrier element can be a printed, flexible film such as a polyimide or a PU film. In a preferred development of the invention, the device comprises at least a first, a second and a third capacitor, which are arranged parallel to one another along the longitudinal direction of the capacitors. The second capacitor is arranged longitudinally between the first and the third capacitor. One voltage output of the multiplexer is conductively connected to the first and the third capacitor, while another voltage output of the multiplexer is electrically connected to the second capacitor. The underlying idea here is that the voltage outputs of a multiplexer can be connected to several capacitors. This makes it possible to achieve a higher resolution for the fill level without needing a multiplexer with so many voltage outputs. More detailed information on this can be found in the description of the exemplary embodiments.
Die zuvor erläuterte Aufgabe wird gleichfalls von einem System gelöst , welches einen mit einem oder mehreren Fluiden gefüllten Fluidbehälter und eine Vorrichtung, die wie zuvor erläutert ausgebildet ist , umfasst . Die Vorrichtung ist dabei an der Außenwand des Fluidbehälters angebracht , wobei die Längsrichtung der Kondensatoren der Vorrichtung in Richtung des zu messenden Füllstandes des Fluidbehälters ausgerichtet ist . Mit anderen Worten ist die Vorrichtung in vertikaler Richtung an dem Fluidbehälter ausgerichtet und dort mit geeigneten Mitteln (Kleben, Klemmen, etc . ) befestigt . The previously explained object is also achieved by a system which comprises a fluid container filled with one or more fluids and a device which is designed as previously explained. The device is attached to the outer wall of the fluid container, with the longitudinal direction of the capacitors of the device being aligned in the direction of the fluid container fill level to be measured. In other words, the device is aligned vertically on the fluid container and is attached there using suitable means (gluing, clamping, etc.).
Auch wird die Aufgabe von einem Detektionssystem gelöst , welches eine Viel zahl von Vorrichtungen wie zuvor erläutert umfasst , die mit einer oder mehreren übergeordneten Auswerteeinheiten verbunden sind, wobei die Vorrichtungen vorzugsweise in einer Rohrleitung angeordnet sind . Die Außenwand des Fluidbehälters ist dabei vorzugsweise aus Kunststof f oder Glas gefertigt . Die zuvor erläuterte Aufgabe wird zudem von einem Verfahren zur kapazitiven Messung eines Füllstandes eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters gelöst , welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst : a) Anbringen einer Vorrichtung an einer Außenwand des Fluidbehälters , wobei die Vorrichtung wenigstens einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, die entlang einer Längsrichtung der Kondensatoren parallel zueinander angeordnet sind, und eine Erfassungseinrichtung aufweist , b) Anlegen einer elektrischen Spannung, vorzugsweise zeitlich versetzt , an den Kondensatoren durch die Erfassungseinheit , c) Erfassen einer j eweiligen, aus dem Anlegen der elektrischen Spannung resultierenden elektrische Ladung der Kondensatoren durch die Erfassungseinheit d) Messtechnisches Bestimmen der j eweiligen Kapazität der Kondensatoren anhand der angelegten elektrischen Spannung und der erfassten elektrischen Ladung durch die Erfassungseinheit , e ) Vergleichen der messtechnisch erfassten Kapazitäten der Kondensatoren, um hieraus den Füllstand des Fluidbehälters zu bestimmen . The problem is also solved by a detection system which comprises a plurality of devices as previously explained, which are connected to one or more higher-level evaluation units, wherein the devices are preferably arranged in a pipeline. The outer wall of the fluid container is preferably made of plastic or glass. The previously explained object is also achieved by a method for capacitively measuring a fill level of a fluid container filled with at least a first fluid, which method comprises the following method steps: a) attaching a device to an outer wall of the fluid container, the device having at least a first capacitor and a second capacitor, which are arranged parallel to one another along a longitudinal direction of the capacitors, and a detection device, b) applying an electrical voltage, preferably offset in time, to the capacitors by the detection unit, c) detecting a respective electrical charge of the capacitors resulting from the application of the electrical voltage by the detection unit, d) metrologically determining the respective capacitance of the capacitors on the basis of the applied electrical voltage and the detected electrical charge by the detection unit, e) comparing the metrologically detected capacitances of the capacitors in order to determine the fill level of the fluid container therefrom.
Die Erfassungseinrichtung kann dabei einen Kapazitäts-Digitalwandler umfassen, der vorzugsweise eine Messauflösung von wenigstens 24 Bit aufweist , und der die j eweiligen, aus dem Anlegen der elektrischen Spannung resultierenden elektrische Ladung der Kondensatoren erfasst und die j eweilige Kapazität der Kondensatoren messtechnisch bestimmt . The detection device can comprise a capacitance-digital converter, which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits, and which detects the respective electrical charge of the capacitors resulting from the application of the electrical voltage and determines the respective capacitance of the capacitors by measurement.
Die Erfassungseinrichtung kann zudem einen Multiplexer umfassen, welcher wenigstens zwei Spannungsausgänge aufweist , die j eweils mit einem Kondensator leitend verbunden sind, und mittels derer die j eweilige elektrische Spannung an die Kondensatoren angelegt wird . The detection device can also comprise a multiplexer which has at least two voltage outputs, each of which is conductively connected to a capacitor, and by means of which the respective electrical voltage is applied to the capacitors.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung wenigstens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kondensator, die entlang der Längsrichtung der Kondensatoren parallel zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Kondensator in Längsrichtung zwischen dem ersten und dem dritten Kondensator angeordnet ist, und wobei ein erster Spannungsausgang des Multiplexers mit dem ersten und dem dritten Kondensator leitend verbunden ist, und wobei ein zweiter Spannungsausgang des Multiplexers mit dem zweiten Kondensator elektrische leitend verbunden ist, wobei mittels des ersten Spannungsausgangs des Multiplexers eine elektrische Spannung an dem ersten und dem dritten Kondensator angelegt wird, und wobei mittels des zweiten Spannungsausgangs des Multiplexers eine elektrische Spannung an dem zweiten Kondensator angelegt wird. Preferably, the device comprises at least a first, a second and a third capacitor arranged along the Longitudinal direction of the capacitors are arranged parallel to one another, wherein the second capacitor is arranged longitudinally between the first and the third capacitor, and wherein a first voltage output of the multiplexer is conductively connected to the first and the third capacitor, and wherein a second voltage output of the multiplexer is electrically conductively connected to the second capacitor, wherein an electrical voltage is applied to the first and the third capacitor by means of the first voltage output of the multiplexer, and wherein an electrical voltage is applied to the second capacitor by means of the second voltage output of the multiplexer.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird. Es zeigen: The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more readily understood in connection with the following description of the embodiments, which is explained in more detail in connection with the figures. They show:
FIG 1 ein Schaubild eines Systems mit einer Vorrichtung und einem Fluidbehälter; FIG 1 is a diagram of a system comprising a device and a fluid container;
FIG 2 ein Prinzipbild für die Messung einer Kapazität mittels einer er f indungs gemäßen Vorrichtung; FIG 2 shows a schematic diagram for measuring a capacitance by means of a device according to the invention;
FIG 3 einen Schaltplan eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG 3 is a circuit diagram of part of a device according to the invention;
FIG 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG 4 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention;
FIG 5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ; FIG 5 is a side view of a device according to the invention;
FIG 6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG 7 einen Aspekt eines erfindungsgemäßen Verfahrens; FIG 6 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention; FIG 7 shows an aspect of a method according to the invention;
FIG 8 einen Schaltplan eines Teils einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung ; FIG 8 is a circuit diagram of part of another device according to the invention;
FIG 9 einen Aspekt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG 9 shows an aspect of a device according to the invention;
FIG 10 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und FIG 10 is a side view of a device according to the invention; and
FIG 11 ein Schaubild einer mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Messung. FIG 11 is a diagram of a measurement carried out by means of a device according to the invention.
FIG 1 zeigt die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Systems 1. Das System 1 umfasst einen Fluidbehälter 2, eine Vorrichtung 3 und eine Erfassungseinrichtung 13 (vgl. FIG 3) . Der Fluidbehälter 2 ist vorliegend aus Glas gefertigt und mit einem Fluid wie Wasser oder Öl befüllbar. Ein Füllstand F des Fluidbehälters wird in FIG 1 vom unteren Rand (Boden) des Fluidbehälters 2 in einer vertikalen Richtung nach oben gemessen. FIG 1 shows the side view of a system 1 according to the invention. The system 1 comprises a fluid container 2, a device 3 and a detection device 13 (see FIG 3). The fluid container 2 is made of glass in the present case and can be filled with a fluid such as water or oil. A fill level F of the fluid container is measured in FIG 1 from the lower edge (bottom) of the fluid container 2 in a vertical direction upwards.
Von der Vorrichtung 3 ist in FIG 1 nur ein Teil dargestellt. Dieser Teil umfasst vier Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, eine Sensorelektrode 5 und eine in FIG 1 rechts der Sensorelektrode 5 angeordnete elektromagnetische Abschirmung 6 sowie eine weitere, links der Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d angeordnete Abschirmung 8. Die Abschirmungen 6, 8 können beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein und können dasselbe elektrische Potential auf we i sen . Only a part of the device 3 is shown in FIG. 1. This part comprises four supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, a sensor electrode 5 and an electromagnetic shield 6 arranged to the right of the sensor electrode 5 in FIG. 1 as well as a further shield 8 arranged to the left of the supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d. The shields 6, 8 can be made of aluminum, for example, and can have the same electrical potential.
Die Speiselektroden 4a, 4b, 4c, 4d bilden gemeinsam mit der Sensorelektrode 5 vier Kondensatoren 7a, 7b, 7c, 7d, die in FIG 1 mit gestrichelten Umrandungen angedeutet sind. Die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 5 sind auf einem entlang einer Längsachse L angeordnet, beispielsweise auf einer flexiblen, bedruckten Folie oder einer Leiterplatte, die in FIG 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind (vgl. FIG 9) . The feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d together with the sensor electrode 5 form four capacitors 7a, 7b, 7c, 7d, which are indicated in FIG 1 with dashed borders. The electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 5 are arranged on a longitudinal axis L, for example on a flexible, printed film or a printed circuit board, which are not shown in FIG 1 for reasons of clarity (cf. FIG 9).
Der in FIG 1 dargestellte Teil der Vorrichtung 3 ist mittels geeigneter Mittel (Klebemittel, Klemmmittel, etc. ) an einer Außenwand des Fluidbehälters 2 (also außerhalb des Fluidbehälters 2) angebracht. Dabei ist der Teil der Vorrichtung 3 so angeordnet, dass die Längsachse L der Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d bzw. der Sensorelektrode 5 mit einer Richtung des Füllstandes F übereinstimmt . The part of the device 3 shown in FIG. 1 is attached to an outer wall of the fluid container 2 (i.e. outside the fluid container 2) by means of suitable means (adhesive, clamping means, etc.). The part of the device 3 is arranged such that the longitudinal axis L of the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d or the sensor electrode 5 coincides with a direction of the fill level F.
Die Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d werden zeitlich versetzt mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, wofür die in FIG 3 dargestellte Erfassungseinrichtung 13 der Vorrichtung 3 verantwortlich ist. FIG 2 zeigt in einem Schnittbild exemplarisch für einen Kondensator 7a der vier Kondensatoren 7a, 7b, 7c, 7d aus FIG 1, welcher aus einer Speiseelektrode 4a und der Sensorelektrode 5 gebildet wird, das aus der Beaufschlagung mit der elektrischen Spannung resultierende elektrische Feld E. Ein Teil dieses elektrischen Feld E verläuft durch die Fluidbehälterwand 2 (Schnittbild) und wird von einer Permi tt ivität des in dem Fluidbehälter 2 befindlichen Fluides beeinflusst. The feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d are subjected to an electrical voltage at different times, for which the detection device 13 of the device 3 shown in FIG. 3 is responsible. FIG. 2 shows in a sectional view, as an example for a capacitor 7a of the four capacitors 7a, 7b, 7c, 7d from FIG. 1, which is formed from a feed electrode 4a and the sensor electrode 5, the electrical field E resulting from the application of the electrical voltage. A part of this electrical field E runs through the fluid container wall 2 (sectional view) and is influenced by a permittivity of the fluid in the fluid container 2.
Die elektrische Spannung wird von der in FIG 3 dargestellten Erfassungseinrichtung 13 der Vorrichtung 3 bereitgestellt. FIG 3 zeigt einen elektrischen Leitungsplan der Erfassungseinrichtung 13 der Vorrichtung 3. Auf der linken Seite sind drei der Kondensatoren 7a, 7b, 7c dargestellt. Die Speiselektroden 4a, 4b, 4c der Kondensatoren 7a, 7b, 7c sind jeweils mit einem Spannungsausgang 9a, 9b, 9c eines Multiplexers 10 verbunden. Der Multiplexer 10 ist dazu ausgebildet, zeitlich versetzt eine elektrische Spannung an den Spannungsausgängen 9a, 9b, 9c anzulegen. Diese elektrische Spannung erhält er von einem Spannungsausgang 11 („EXC") eines Kapazitäts- Digitalwandlers 12 der Erfassungseinrichtung 13. Bei dem Kapazitäts-Digitalwandler 12 kann es sich beispielsweise um einen - AD7745 der Firma Analog Devices - handeln. Dieser kann einen Kapazitätsbereich von 0 bis 8 pF mit einer Auflösung von 24 Bit erfassen. Dabei wird die Kapazität über einen Eingang 14 (,,CIN( + )") ermittelt, welcher mit der Sensorelektrode 5 verbunden ist. Der innere Aufbau des Kapazitäts-Digitalwandlers 12 ist nicht Gegenstand dieser Erfindung und wird daher nicht näher erläutert . The electrical voltage is provided by the detection device 13 of the device 3 shown in FIG. 3. FIG. 3 shows an electrical wiring diagram of the detection device 13 of the device 3. Three of the capacitors 7a, 7b, 7c are shown on the left-hand side. The feed electrodes 4a, 4b, 4c of the capacitors 7a, 7b, 7c are each connected to a voltage output 9a, 9b, 9c of a multiplexer 10. The multiplexer 10 is designed to apply an electrical voltage to the voltage outputs 9a, 9b, 9c at different times. It receives this electrical voltage from a voltage output 11 ("EXC") of a capacitance-digital converter 12 of the detection device 13. The capacitance-digital converter 12 can be, for example, an AD7745 from Analog Devices. This can detect a capacitance range from 0 to 8 pF with a resolution of 24 bits. The capacitance is determined via an input 14 ("CIN( + )"), which is connected to the sensor electrode 5. The internal structure of the capacitance-digital converter 12 is not the subject of this invention and is therefore not explained in more detail.
Als Multiplexer 10 kann beispielsweise der 3-8-line Decoder 74xx238 der Firma Texas Instruments zum Einsatz kommen. Der Multiplexer 10 legt die Spannungsausgänge 9a, 9b, 9c, die nicht mit einer Spannung beaufschlagt werden, auf dasselbe elektrische Potential, das auch die Abschirmung 6 aufweist. Dadurch dienen alle Speiselektroden 4a, 4b, 4c, 4d, die nicht mit Spannung beaufschlagt werden, als Abschirmung für die mit Spannung beaufschlagte Speiseelektrode 4a, 4b, 4c, 4d. Hierzu sei auch auf FIG 4 verwiesen, welches acht Speiselektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, eine Sensorelektrode 5 und eine Abschirmung 6 aufweist, und an dem Fluidbehälter 2 angebracht ist. In FIG 4 ist nur eine der Speiseelektroden 4c mit Spannung beaufschlagt. Ausschließlich der durch diese Speiseelektrode 4c und die Sensorelektrode 5 gebildete Kondensator 7c dient zu dem in FIG 4 dargestellten Zeitpunkt der Kapazitätsmessung. The 3-8-line decoder 74xx238 from Texas Instruments can be used as the multiplexer 10, for example. The multiplexer 10 sets the voltage outputs 9a, 9b, 9c, which are not supplied with a voltage, to the same electrical potential as the shield 6. As a result, all feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, which are not supplied with a voltage, serve as a shield for the feed electrode 4a, 4b, 4c, 4d that is supplied with a voltage. Reference is also made to FIG. 4, which has eight feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, a sensor electrode 5 and a shield 6, and is attached to the fluid container 2. In FIG. 4, only one of the feed electrodes 4c is supplied with a voltage. Only the capacitor 7c formed by this supply electrode 4c and the sensor electrode 5 is used for the capacitance measurement at the time shown in FIG. 4.
FIG 5 verdeutlicht, wie die durch die Erfassungseinrichtung 13 ermittelten Kapazitätswerte dem Füllstand F in dem Fluidbehälter 2 zugeordnet werden können. Die Erfassungseinrichtung 13 beaufschlagt die ersten drei Kondensatoren 7a, 7b, 7c (von unten nach oben) zeitlich nacheinander mit einer elektrischen Spannung und ermittelt die Kapazität des jeweiligen Kondensators 7a, 7b, 7c. Diese wird maßgeblich von einer Permi tt ivität eines sich in dem Fluidbehälter 2 befindlichen Fluides 14 beeinflusst. Mit dem Übergang zum vierten Kondensator 7d befindet sich kein Fluid 14 mehr in dem Fluidbehälter 2, was das für das durch den Kondensator 7d erzeugte elektrische Feld und letztendlich die ermittelte Kapazität beeinflusst. Durch einen Vergleich der am vierten Kondensator 7d gemessenen Kapazität mit der am dritten Kondensator 7c gemessenen Kapazität kann auf den Füllstand F in dem Fluidbehälter 2 geschlossen werden. Der Abstand der Kondensatoren 7a, 7b, 7c, 7d zueinander bestimmt dabei die Auflösung, mit der der Füllstand bestimmt werden kann . FIG 5 illustrates how the capacitance values determined by the detection device 13 can be assigned to the fill level F in the fluid container 2. The detection device 13 applies an electrical voltage to the first three capacitors 7a, 7b, 7c (from bottom to top) one after the other and determines the capacitance of the respective capacitor 7a, 7b, 7c. This is largely determined by a permittivity of a in the fluid container 2. With the transition to the fourth capacitor 7d, there is no longer any fluid 14 in the fluid container 2, which influences the electric field generated by the capacitor 7d and ultimately the determined capacitance. By comparing the capacitance measured on the fourth capacitor 7d with the capacitance measured on the third capacitor 7c, the fill level F in the fluid container 2 can be determined. The distance between the capacitors 7a, 7b, 7c, 7d determines the resolution with which the fill level can be determined.
Jede Speiseelektrode 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j muss dabei mit einem Spannungsausgang 9a, 9b, 9c des Multiplexers 10 verbunden sein. Die Anzahl der Elektrodennummern kann also gleich der Anzahl der zur Messung schaltbaren Elektroden sein. Bei einem 8-fachen Multiplexer 10 kann von acht Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h jeweils eine zur Messung aktiviert werden. Platziert man diese acht Elektroden einfach parallel zueinander, so kann der Füllstand nur innerhalb der Messstrecke, in der die acht Elektroden aufgereiht sind, bestimmt werden. Each feed electrode 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j must be connected to a voltage output 9a, 9b, 9c of the multiplexer 10. The number of electrode numbers can therefore be the same as the number of electrodes that can be switched for measurement. With an 8-fold multiplexer 10, one of the eight feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h can be activated for measurement. If these eight electrodes are simply placed parallel to one another, the fill level can only be determined within the measuring section in which the eight electrodes are lined up.
Will man nun den Füllstand des gesamten Behälters erfassen mit einer Auflösung von z.B. 1% des Messbereichs, so müsste man nach obigem Schema 100 Speiseelektroden linear anordnen. Man würde also einen lOOfach-Multiplexer 10 benötigen, was schaltungstechnisch aufwändig wäre. Eine Lösung hierfür liefert die in FIG 6 gezeigte Aus führungs form. Jeder Spannungsausgang 9a, 9b, 9c des Multiplexers 10 ist dabei mit zwei oder mehr Speiselektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4 j , 4k, 41 verbunden. Bei der Mehrfachverwendung wird der Kapazitäts-Messbereich der Erfassungseinheit 13 so dimensioniert, dass die Signalaussteuerung erst dann zu 100% erreicht ist, wenn das Fluid alle zu einem jeweiligen Spannungsausgang 9a, 9b, 9c gehörigen Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 erreicht hat, und zu 50%, wenn sie die Hälfte der zugehörigen Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 erreicht hat. If one now wants to record the fill level of the entire container with a resolution of, for example, 1% of the measuring range, one would have to arrange 100 feed electrodes linearly according to the above scheme. This would require a 100-fold multiplexer 10, which would be complex in terms of circuitry. A solution for this is provided by the embodiment shown in FIG. 6. Each voltage output 9a, 9b, 9c of the multiplexer 10 is connected to two or more feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41. In the case of multiple use, the capacitance measuring range of the detection unit 13 is dimensioned such that the signal control is only reached to 100% when the fluid has reached all supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 belonging to a respective voltage output 9a, 9b, 9c, and to 50% when it has reached the Half of the corresponding feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41.
Auf diese Art und Weise kann man mit relativ wenigen Spannungsausgängen des Multiplexers 10 eine große Anzahl von Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 platzieren und somit eine hohe örtliche Auflösung erzielen . In this way, with relatively few voltage outputs of the multiplexer 10, a large number of feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41 can be placed and thus a high spatial resolution can be achieved.
In FIG 7 ist ein weiteres erläuterndes Beispiel dargestellt. Die Vorrichtung 3 weist hier 16 Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p und eine Sensorelektrode 5 auf. Der Multiplexer 10 weist hier vier Spannungsausgänge 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 (analog zu den Spannungsausgängen 9a, 9b, 9c aus den vorherigen Figuren) auf, die jeweils mit vier der Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p verbunden sind. Dabei ist beispielsweise der erste Spannungsausgang 9.1 mit der ersten Speiselektrode 4a, der fünften Speiseelektrode 4e, der neunten Speiselektrode 4i und der dreizehnten Speiseelektrode 4m verbunden. Der Abstand zwischen den mit dem Spannungsausgang verbundenen Speiseelektroden 4a, 4e, 4i, 4m beträgt also jeweils vier Speiseelektroden. Für die anderen Spannungsausgänge 9.2, 9.3, 9.4 gilt dies analog. A further explanatory example is shown in FIG 7. The device 3 here has 16 supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p and a sensor electrode 5. The multiplexer 10 here has four voltage outputs 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 (analogous to the voltage outputs 9a, 9b, 9c from the previous figures), which are each connected to four of the supply electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 41, 4m, 4n, 4o, 4p. For example, the first voltage output 9.1 is connected to the first feed electrode 4a, the fifth feed electrode 4e, the ninth feed electrode 4i and the thirteenth feed electrode 4m. The distance between the feed electrodes 4a, 4e, 4i and 4m connected to the voltage output is therefore four feed electrodes each. The same applies to the other voltage outputs 9.2, 9.3 and 9.4.
Auf der rechten Seite sind verschiedene Füllhöhen 14 von Fluiden (Wasser und Öl) dargestellt. In der darunter befindlichen tabellarischen Auflistung ist der Aussteuerungsgrad der jeweils bezüglich eines Spannungsausgangs 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 ermittelten Kapazität dargestellt. Für die erste Spalte reicht der Füllstand des Wassers bis zur zweiten Speiseelektrode 4b bzw. bis zum zweiten Kondensator. Die erste Speiseelektrode 4a ist mit dem ersten Spannungsausgang 9.1, die zweite Speiseelektrode 4b mit dem zweiten Spannungsausgang 9.2 verbunden. Der Aussteuerungsgrad der jeweils bezüglich des Spannungsausgangs 9.1, 9.2 ermittelten Kapazität beträgt jeweils 25%, da der Füllstand nicht bis zu den übrigen, mit den beiden Spannungsausgängen 9.1, 9.2 verbundenen Speiseelektroden reicht. Für die zweite, dritte und vierte Spalte sind analog dazu Aussteuerungsgrade abgebildet. Für die fünfte Spalte reicht das Wasser bis zur neunten Speiseelektrode 4i. Dies bedingt eine Aussteuerung von jeweils 50% für die Kapazitäten bezüglich der zweiten, dritten und vierten Spannungsausgänge 9.2, 9.3, 9.4 und 75% für die Kapazität bezüglich des ersten Spannungsausgangs 9.1. On the right-hand side, different filling levels 14 of fluids (water and oil) are shown. The table below shows the level of control of the capacity determined in relation to a voltage output 9.1, 9.2, 9.3, 9.4. For the first column, the level of the water reaches up to the second feed electrode 4b or up to the second capacitor. The first feed electrode 4a is connected to the first voltage output 9.1, the second feed electrode 4b to the second voltage output 9.2. The level of control of the capacity determined in relation to the voltage output 9.1, 9.2 is 25% in each case, since the level does not reach up to the other the two voltage outputs 9.1, 9.2 connected feed electrodes. Analogous levels of control are shown for the second, third and fourth columns. For the fifth column, the water reaches up to the ninth feed electrode 4i. This requires a control of 50% for the capacitances for the second, third and fourth voltage outputs 9.2, 9.3, 9.4 and 75% for the capacitance for the first voltage output 9.1.
Für die Kapazitäten bezüglich der zweiten, dritten und vierten Spannungsausgänge 9.2, 9.3, 9.4 kommen jeweils noch 3% Aussteuerung hinzu, da das Öl im Vergleich zum Wasser nur eine geringere Kapazitätserhöhung mit sich bringt. Dadurch kann die Erfassungseinheit 13 einfach ermitteln, wie hoch der Füllstand des Wassers und wie hoch der Füllstand des Öls ist - und benötigt hierfür nur einen Multiplexer 10 mit vier Spannungsausgängen . For the capacities of the second, third and fourth voltage outputs 9.2, 9.3, 9.4, an additional 3% control is added, since the oil only brings with it a smaller increase in capacity than the water. This allows the detection unit 13 to easily determine how high the water level and how high the oil level are - and only requires one multiplexer 10 with four voltage outputs.
In FIG 8 ist eine weitere Aus führungs form für die Erfassungseinrichtung 13 der Vorrichtung 3 dargestellt. FIG 8 shows a further embodiment of the detection device 13 of the apparatus 3.
In FIG 9 sind weitere Aus führungs formen der Speiseelektroden 4a, 4b, 4c mit der Sensorelektrode 5 dargestellt. Die Schaltung kann mit einer großen Länge gefertigt werden und dann nach Belieben auf die für den jeweiligen Fluidbehälter passende Länge gebracht werden (zum Beispiel durch Schneiden) . Auf der rechten Seite von FIG 9 ist gezeigt, dass die Speiseelektroden 4a, 4b, 4c nicht unmittelbar parallel zueinander angeordnet sein müssen, sondern auch alternierend um die Sensorelektrode 5 angeordnet sein können. Wichtig ist nur, dass ihre Achsen K im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind . FIG. 9 shows further embodiments of the feed electrodes 4a, 4b, 4c with the sensor electrode 5. The circuit can be manufactured with a large length and then cut to the length required for the respective fluid container (for example by cutting). On the right-hand side of FIG. 9 it is shown that the feed electrodes 4a, 4b, 4c do not have to be arranged directly parallel to one another, but can also be arranged alternately around the sensor electrode 5. The only important thing is that their axes K are arranged essentially parallel to one another.
FIG 10 zeigt ein Schnittbild des ersten Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 3. Die in FIG 10 sichtbaren Speiselektroden 4a, 4b, 4c, 4d (und die in FIG 10 von den Speiseelektroden 4a, 4b, 4c, 4d verdeckte, nicht sichtbare Sensorei- ektrode 5 sind mittels einer Klebstoffmasse 15 an der Außenwand des Fluidbehälters 2 befestigt. Es ist weiterhin zu erkennen, dass sich in Längsrichtung L Teile der Abschirmung 6, 8 befinden, um die Kondensatoren voneinander abzuschirmen. Die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d und die Abschirmungen 6, 8 sind auf einer flexiblen Folie 16 angebracht und sind aus Kupfer oder einer leitfähigen Tinte gefertigt. Die Elektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 5 weisen eine Dicke von 25 Mikrometer auf. Auf dieser befindet (in FIG 10 rechts daneben) eine weitere Abschirmungsschicht 17. Diese kann beispielsweise eine Dicke von 35 Mikrometer aufweisen. FIG 10 shows a sectional view of the first part of a device 3 according to the invention. The feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d visible in FIG 10 (and the sensor element not visible in FIG 10 hidden by the feed electrodes 4a, 4b, 4c, 4d) Electrodes 4a, 4b, 4c, 4d and shields 6, 8 are attached to a flexible film 16 and are made of copper or a conductive ink. Electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 5 have a thickness of 25 micrometers. On top of this (to the right in FIG. 10) there is another shielding layer 17. This can, for example, have a thickness of 35 micrometers.
FIG 11 zeigt die Ergebnisse einer mit 24 Speiseelektroden (3x8 mit einem 8-fach Multiplexer) durchgeführten Messung. Die Elektroden sind 20x10 mm groß und weisen einen Abstand (in Richtung der Längsachse L) von 1mm zueinander auf. Der Messbereich beträgt 270mm. Der Füllstand in einem Fluidbehälter wurde nach jeder Messung in 5mm Schritten erhöht. FIG 11 shows the results of a measurement carried out with 24 feed electrodes (3x8 with an 8-way multiplexer). The electrodes are 20x10 mm in size and are spaced 1 mm apart (in the direction of the longitudinal axis L). The measuring range is 270 mm. The fill level in a fluid container was increased in 5 mm steps after each measurement.
Die Kapazität ändert sich stufenweise in 33% Aussteuerungs- Schritten (wegen jeweils 3 zusammengeschalteten Elektroden, d.h. 3 parallel geschalteten Kondensatoren) . Die X-Achse zeigt den Füllstand in dem Fluidbehälter und die Y-Achse die ermittelte Kapazität für die acht Speiselektroden (bzw. den durch sie gebildeten Kondensator) . Ab einem Füllstand von 100mm misst der der ersten Speiselektrode zugeordnete Kanal (in FIG 11 mit K bezeichnet) ca. l,7pF (66% Kapazitätsaussteuerung) . Ab 190mm ist der Kanal mit 2, 6pF voll ausgesteuert (100%) . The capacitance changes gradually in 33% control steps (due to 3 electrodes connected together, i.e. 3 capacitors connected in parallel). The X-axis shows the fill level in the fluid container and the Y-axis the determined capacitance for the eight feed electrodes (or the capacitor formed by them). From a fill level of 100mm, the channel assigned to the first feed electrode (designated K in FIG 11) measures approx. 1.7pF (66% capacitance control). From 190mm, the channel is fully controlled with 2.6pF (100%).
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited to the disclosed example and other variations may be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Vorrichtung (3) zur kapazitiven Füllstandmessung an einer Außenwand eines mit wenigstens einem ersten Fluid (14) gefüllten Fluidbehälters (2) , umfassend: 1. Device (3) for capacitive level measurement on an outer wall of a fluid container (2) filled with at least a first fluid (14), comprising:
- wenigstens einen ersten Kondensator (7a) und einen zweiten Kondensator (7b) , die entlang einer Längsrichtung (L) der Kondensatoren (7a, 7b) parallel zueinander angeordnet sind und an der Außenwand des Fluidbehälters (2) anbringbar sind,- at least one first capacitor (7a) and one second capacitor (7b) which are arranged parallel to one another along a longitudinal direction (L) of the capacitors (7a, 7b) and can be attached to the outer wall of the fluid container (2),
- eine Erfassungseinrichtung (13) , die dazu ausgebildet ist, an den Kondensatoren (7a, 7b) eine elektrische Spannung, vorzugsweise zeitlich versetzt, anzulegen und eine jeweilige elektrische Ladung der Kondensatoren (7a, 7b) zu erfassen, um eine jeweilige Kapazität der Kondensatoren (7a, 7b) messtechnisch zu bestimmen, wobei die Erfassungseinrichtung (13) ferner dazu ausgebildet ist, die messtechnisch erfassten Kapazitäten der Kondensatoren (7a, 7b) miteinander zu vergleichen und anhand dieses Vergleichs, unter Einbezug einer Positionierungsangabe bezüglich des Fluidbehälters, einen Füllstand (F) des Fluidbehälters (2) zu bestimmen. - a detection device (13) which is designed to apply an electrical voltage to the capacitors (7a, 7b), preferably at different times, and to detect a respective electrical charge of the capacitors (7a, 7b) in order to determine a respective capacitance of the capacitors (7a, 7b) by measurement, wherein the detection device (13) is further designed to compare the measured capacitances of the capacitors (7a, 7b) with one another and to determine a fill level (F) of the fluid container (2) on the basis of this comparison, taking into account a positioning indication with regard to the fluid container.
2. Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, die eine Abschirmung (6, 8, 17) zur elektromagnetischen Abschirmung der Kondensatoren (7a, 7b) , insbesondere gegeneinander, aufweist. 2. Device (3) according to claim 1, which has a shield (6, 8, 17) for electromagnetic shielding of the capacitors (7a, 7b), in particular against each other.
3. Vorrichtung (3) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Erfassungseinrichtung (13) einen Kapazitäts-Digitalwandler (12) umfasst, der vorzugsweise eine Messauflösung von wenigstens 24 Bit aufweist. 3. Device (3) according to one of the preceding claims, wherein the detection device (13) comprises a capacitance-digital converter (12) which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits.
4. Vorrichtung (3) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Erfassungseinrichtung (13) einen Multiplexer (10) umfasst, welcher wenigstens zwei Spannungsausgänge (9a, 9b) aufweist, die jeweils mit einem Kondensator (7a, 7b) leitend verbunden sind. 4. Device (3) according to one of the preceding claims, wherein the detection device (13) comprises a multiplexer (10) which has at least two voltage outputs (9a, 9b), each of which is conductively connected to a capacitor (7a, 7b).
5. Vorrichtung (3) nach Anspruch 2 und 4 oder nach Anspruch 2, 3 und 4, bei der das elektrische Potential eines Spannungsausgangs (9a, 9b) des Multiplexers (10) , an dem keine elektrische Spannung angelegt ist, dem elektrischen Potential der Abschirmung (6, 8, 17) entspricht. 5. Device (3) according to claim 2 and 4 or according to claim 2, 3 and 4, wherein the electrical potential of a voltage output (9a, 9b) of the multiplexer (10), to which no electrical voltage is applied, corresponds to the electrical potential of the shield (6, 8, 17).
6. Vorrichtung (3) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Kondensatoren (7a, 7b, 7c) auf einer Leiterplatte oder einer flexiblen Folie angeordnet sind. 6. Device (3) according to one of the preceding claims, in which the capacitors (7a, 7b, 7c) are arranged on a circuit board or a flexible film.
7. Vorrichtung (3) nach wenigstens Anspruch 4, die wenigstens einen ersten (7a) , einen zweiten (7b) und einen dritten Kondensator (7c) umfasst, die entlang der Längsrichtung (L) der Kondensatoren (7a, 7b, 7c) parallel zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Kondensator (7b) in Längsrichtung (L) zwischen dem ersten Kondensator (7a) und dem dritten Kondensator (7c) angeordnet ist, und wobei ein Spannungsausgang (9a) des Multiplexers (10) mit dem ersten Kondensator (7a) und dem dritten Kondensator (7c) leitend verbunden ist, und wobei ein anderer Spannungsausgang (9b) des Multiplexers (10) mit dem zweiten Kondensator (7b) elektrisch leitend verbunden ist . 7. Device (3) according to at least claim 4, which comprises at least a first (7a), a second (7b) and a third capacitor (7c) which are arranged parallel to one another along the longitudinal direction (L) of the capacitors (7a, 7b, 7c), wherein the second capacitor (7b) is arranged in the longitudinal direction (L) between the first capacitor (7a) and the third capacitor (7c), and wherein a voltage output (9a) of the multiplexer (10) is conductively connected to the first capacitor (7a) and the third capacitor (7c), and wherein another voltage output (9b) of the multiplexer (10) is electrically conductively connected to the second capacitor (7b).
8. System (1) , umfassend einen mit einem oder mehreren Fluiden gefüllten Fluidbehälter (2) und eine Vorrichtung (3) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die an der Außenwand des Fluidbehälters (2) angebracht ist, wobei die Längsrichtung8. System (1) comprising a fluid container (2) filled with one or more fluids and a device (3) according to one of the preceding claims, which is attached to the outer wall of the fluid container (2), wherein the longitudinal direction
(L) der Kondensatoren (7a, 7b, 7c) der Vorrichtung (1) in Richtung des zu messenden Füllstandes (F) des Fluidbehälters (2) ausgerichtet ist. (L) of the capacitors (7a, 7b, 7c) of the device (1) is aligned in the direction of the filling level (F) of the fluid container (2) to be measured.
9. System (1) nach Anspruch 8, bei dem die Außenwand des Fluidbehälters (2) aus Kunststoff oder Glas gefertigt ist. 9. System (1) according to claim 8, wherein the outer wall of the fluid container (2) is made of plastic or glass.
10. Verfahren zur kapazitiven Messung eines Füllstandes (F) eines mit wenigstens einem ersten Fluid gefüllten Fluidbehälters (2) , umfassend: a) Anbringen einer Vorrichtung (3) an einer Außenwand des Fluidbehälters (2) , wobei die Vorrichtung (3) wenigstens einen ersten Kondensator (7a) und einen zweiten Kondensator (7b) , die entlang einer Längsrichtung (L) der Kondensatoren (7a, 7b) parallel zueinander angeordnet sind, und eine Erfassungseinrichtung (13) aufweist, b) Anlegen einer elektrischen Spannung, vorzugsweise zeitlich versetzt, an den Kondensatoren (7a, 7b) durch die Erfassungseinrichtung (13) , c) Erfassen einer jeweiligen, aus dem Anlegen der elektrischen Spannung resultierenden elektrische Ladung der Kondensatoren (7a, 7b) durch die Erfassungseinrichtung (13) , d) Messtechnisches Bestimmen der jeweiligen Kapazität der Kondensatoren (7a, 7b) anhand der angelegten elektrischen Spannung und der erfassten elektrischen Ladung durch die Erfassungseinrichtung (13) , e) Vergleichen der messtechnisch erfassten Kapazitäten der Kondensatoren (7a, 7b) , um hieraus den Füllstand des Fluidbehälters (2) zu bestimmen. 10. Method for capacitive measurement of a fill level (F) of a fluid container (2) filled with at least a first fluid, comprising: a) attaching a device (3) to an outer wall of the fluid container (2), the device (3) having at least a first capacitor (7a) and a second capacitor (7b), which are arranged parallel to one another along a longitudinal direction (L) of the capacitors (7a, 7b), and a detection device (13), b) applying an electrical voltage, preferably offset in time, to the capacitors (7a, 7b) by the detection device (13), c) detecting a respective electrical charge of the capacitors (7a, 7b) resulting from the application of the electrical voltage by the detection device (13), d) metrologically determining the respective capacitance of the capacitors (7a, 7b) on the basis of the applied electrical voltage and the detected electrical charge by the detection device (13), e) comparing the metrologically detected capacitances of the capacitors (7a, 7b) in order to determine the fill level of the fluid container (2) therefrom.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Erfassungseinrichtung (13) einen Kapazitäts-Digitalwandler umfasst, der vorzugsweise eine Messauflösung von wenigstens 24 Bit aufweist, und der die jeweiligen, aus dem Anlegen der elektrischen Spannung resultierenden elektrische Ladung der Kondensatoren (7a, 7b) erfasst und die jeweilige Kapazität der Kondensatoren (7a, 7b) messtechnisch bestimmt. 11. Method according to claim 10, wherein the detection device (13) comprises a capacitance-digital converter, which preferably has a measurement resolution of at least 24 bits, and which detects the respective electrical charge of the capacitors (7a, 7b) resulting from the application of the electrical voltage and determines the respective capacitance of the capacitors (7a, 7b) by measurement.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der die Erfassungseinrichtung (13) einen Multiplexer (10) umfasst, welcher wenigstens zwei Spannungsausgänge (9a, 9b) aufweist, die jeweils mit einem Kondensator (7a, 7b) leitend verbunden sind, und mittels derer die jeweilige elektrische Spannung an die Kondensatoren (7a, 7b) angelegt wird. 12. Method according to claim 10 or 11, wherein the detection device (13) comprises a multiplexer (10) which has at least two voltage outputs (9a, 9b), which are each conductively connected to a capacitor (7a, 7b), and by means of which the respective electrical voltage is applied to the capacitors (7a, 7b).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Vorrichtung (3) wenigstens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kondensator (7a, 7b, 7c) umfasst, die entlang der Längsrichtung (L) der Kondensatoren (7a, 7b, 7c) parallel zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Kondensator (7b) in Längsrichtung (L) zwischen dem ersten Kondensator (7a) und dem dritten Kondensator (7c) angeordnet ist, und wobei ein erster Span- nungsausgang (9a) des Multiplexers (10) mit dem ersten Kondensator (7a) und dem dritten Kondensator (7c) leitend verbunden ist, und wobei ein zweiter Spannungsausgang (9b) des Multiplexers (10) mit dem zweiten Kondensator (7b) elektrische leitend verbunden ist, wobei mittels des ersten Span- nungsausgangs (9a) des Multiplexers (10) eine elektrische Spannung an dem ersten Kondensator (7a) und dem dritten Kondensator (7c) angelegt wird, und wobei mittels des zweiten Spannungsausgangs (9b) des Multiplexers (10) eine elektrische Spannung an dem zweiten Kondensator (7b) angelegt wird. 13. Method according to claim 12, wherein the device (3) comprises at least a first, a second and a third capacitor (7a, 7b, 7c) arranged along the longitudinal direction (L) of the capacitors (7a, 7b, 7c) are arranged parallel to one another, wherein the second capacitor (7b) is arranged in the longitudinal direction (L) between the first capacitor (7a) and the third capacitor (7c), and wherein a first voltage output (9a) of the multiplexer (10) is conductively connected to the first capacitor (7a) and the third capacitor (7c), and wherein a second voltage output (9b) of the multiplexer (10) is electrically conductively connected to the second capacitor (7b), wherein an electrical voltage is applied to the first capacitor (7a) and the third capacitor (7c) by means of the first voltage output (9a) of the multiplexer (10), and wherein an electrical voltage is applied to the second capacitor (7b) by means of the second voltage output (9b) of the multiplexer (10).
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