DD285414A5 - Kapazitive fuellstandsregeleinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Fuellstandsregeleinrichtung fuer fluessige und rieselfaehige Medien in metallischen Behaeltern. Das Merkmal der Erfindung besteht darin, dasz ein durch einen Operationsverstaerker gebildeter Oszillator in seiner Ausgangsfrequenz durch die Sondenkapazitaet beeinfluszt wird. Diese Ausgangsfrequenz wird ueber eine auf den zu erwartenden Frequenzbereich abgestimmte RC-Tiefpaszanordnung gefuehrt. Dieser Tiefpasz wird so dimensioniert, dasz der Frequenzbereich des Meszsignals etwa dem UEbergangsbereich vom Durchlasz zum Sperrbereich des Filters entspricht. Nach der Filterung steht ein amplitudenmoduliertes Signal bereit, welches nach einer in der Sonde erfolgenden Verstaerkung in ein stabiles Gleichspannungssignal gewandelt werden kann. Dieses Signal wird dann ueber eine Verbindungsleitung der weiteren Auswertung zugefuehrt. Figur{Fuellstandsregelung; Meszsonde; Entoelungsanlage; OElablasz; Fluessigkeit; rieselfaehiges Medium; Gleichrichter- und Glaettungseinrichtung; kapazitiv; metallischer Behaelter; Dielektrizitaetskonstante; Funktionssicherheit}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Schaltungsanordnung dient der automatischen Füllstandsregelung für alle flüssigen sowie rieselfähigen Medien mit einer DK ^>= 1,3 in allen metallischen Behältern, vorzugsweise der automatischen Regelung des Ölablaßvorganges in Entölungsanlagen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind eine Vielzahl von Schaltungsanordnungen zur Erfassung von kleinen Kapazitäten oder Kapazitätsänderungen bekannt. Dabei liegt die zu messende Kapazität entweder direkt in einem HF-Schwingkreis und verstimmt dessen Frequenz, oder die Kopplung eines HF-Generators wird beeinflußt.

Aus der DD 254992 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, welche als direktes Vergle'ciiserzeugnis für den Einsatzfall, an der Entölungsanlage anzusehen ist. Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein Impulsgenerator mit einer über einen nachgeschalteten Verstärker geregelten Amplitude verwendet. Das NF-Signs! (etwa 10 kHz) wird über die Behälterwand in die Meßstrecke eingespeist. Die Meßstrecke wird über die Anordnung Behälterwand-Medium-Sonde gebildet. Das an der Sonde empfangene von der Dielektrizitätskonstante des Mediums in seiner Amplitude abhängige NF-Signal wird über ein geschirmtes HF-Kabel einem weiteren Operationsverstärker zugeführt. Das verstärkte Signal wird über eine Diode und einen Kondensator in eine stabile Gleichspannung umgewandelt, welche dann Komparatoren mit einstellbaren Schaltpunkten zugeführt wird. Diese Komparatoren sollen eine Ober- und Unterwert-Regelung ermöglichen.

Diese beschriebene Anordnung ist mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Zum einen ist dies die räumliche Trennung von Meßstrecke und Auswerteeinheit. Auf Grund des verwendeten Meßverfahrens wird das Signal in seiner Amplitude verändert, so daß geringe Signalpegel über größere Entfernungen übertragen werden müssen. Die Verbindung erfolgt daher zur Vermeidung von Störeinflüssen über geschirmte HF-Leitungen. Die hierbei auftretenden Kabelkapazitäten liegen um Größenordnungen über der Sondenkapazität bzw. der Kapazitätsänderung der Meßstrecke und sind bei variabler Kabellänge jeweils abzugleichen. Zum anderen ist eine Füllstandsregelung über einen größeren Bereich mit einer Sonde nicht möglich. Beim Einsatz von mehr als einer Sonde an einem Behälter kommt es zu einer Beeinflussung zwischen den Sonden, da die Ausgänge der Impulsgeneratoren gemeinsam auf die Behälterwand führen würden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die bekannten Anordnungen zur kapazitiven Füllstandsregelung hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit, Störungsunempfindlichkeit und einer ökonomischen Herstellung zu vervollkommnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der kapazitiven Füllstandsregelung für alle flüssigen sowie rieselfähigen Medien mit einer DK ^>- 1,3 in metallischen Behältern eine Beeinflussung der Sonden auszuschließen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung gelöst, in der ein durch einen Operationsverstärker gebildeter Oszillator in seiner Ausgangsfrequenz durch die Sondenkapazität beeinflußt wird. Diese Ausgangsfrequenz wird über eine auf den zu erwartenden Frequenzbereich abgestimmte RC-Tiefpaßanordnung geführt. Dieser Tiefpaß wird so dimensioniert, daß der Frequenzbereich des Meßsignals etwa dem Übergangsbereich vom Durchlaß zum Sperrbereich des Filters entspricht. Nach der Filterung steht ein amplitudenmoduliertes Signal bereit, welches nach einer in der Sonde erfolgenden Verstärkung in ein stabiles Gleichspannungssignal gewandelt werden kann. Dieses Signal wird dann über eine Verbindungsleitung der weiteren Auswertung zugeführt, über einfache Komparatoranordnungen lassen sich die gewünschten Schaltpunkte einstellen.

Auf Grund der Verwendung moderner Operationsverstärker ist der Einsatz derartiger Meßsonden problemlos in einem Umgebungstemperaturbereich von -10⁰C bis 70⁰C möglich.

Ausführungsbelspiei Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine Realisierungsvariante. Als Meßfühler wird eine geschirmte kapazitive Meßsonde 2 verwendet. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird im Anschlußkopf 9 der Meßsonde 2 untergebracht. Dndurch entfällt die Übertragung des empfindlichen amplitudenmodulierten HF-Signals über eine längere abgeschirmte Leitung. Der störende Einfluß der Kabelkapazitäten wird unterdrückt. Als aktives Bauelement der Schaltungsanordnung wird ein leistungsarmer, intern frequenzkompensierter integriertet- 2fach Operationsverstärker verwendet. Dadurch wird eine stabile Schaltungsanordnung mit minimalem Platz· und Energiebedarf

realisiert.

Die Meßsonde 2 stellt in Verbindung mit dem Behälter 1 einen von der relativen Dielektrizität ε, des Füllmediums abhängigen Kondensator dar. Das Verhältnis der relativen Dielektrizität von Öl ε,οι zu Wasser e,w beträgt 2:80. Das ergibt eine große gut

auswertbare Kapazitätsänderung.

Die Kapazität der Meßsonde 2 ist als frequenzbes<:immendes Element in den Oszillator 5 mit dem OV 1 eingebunden. Dazu wird

der Anschluß der Meßsonde 2 an den invertierenden Eingang des OV1 gelegt. Die Wand des Behälters 1 ist mit dem

Massepotential der Schaltungsanordnung verbunden. Am Ausgang des Oszillators 5 steht ein frequenzvariables Ausgangssignal mit konstanter Amplitude bereit. Dieses Meßsignal wird einer Tiefpaßanordnung 6 zugeführt, welche im Ausführungsbeispiel durch den einfachsten Fall eines RC-Tiefpaßfilters realisiert ist. Die Dimensionierung des Widerstandes R und des Kondensators C1 erfolgt so, daß der zu

erwartende Frequenzbereich des Meßsignals etwa dem Üborgangsbereich vom Durchlaß zum Sperrbereich des Filtersentspricht. Mit dieser Dimensionierung steht nach der Tiefpaßanordnung 6 ein amplitudenmoduliertes Signal bcait.

Durch die konkrete Auswahl des Typs der Tiefpußanordnung 6 läßt sich die Schaltungsanordnung an unterschiedliche Meßaufgaben und unterschiedliche Ganauigkeits- und Linearitätsanforderungen anpassen. Für die Füllstandsmessung im Ausführungsbeispiel ist keine genaue quantitative und über einen größeren Bereich lineare Messung der Kapazität der Meßsonde 2 erfordorlich. Daher erfüllt die einfache RC-Tiefpaßanordnung die Anforderungen an das Übertragungsverhalten. Der 0V2 dient in der Beschaltung als nichtinvortierender Verstärker als Meßverstärker 7. Durch ihn wird das

amplitudenmodulierte Signal auf einen siehe .en Pegel angehoben.

In der Gleichrichter- und Glättungseinrichtung 8 wird das verstärkte Signal gleichgerichtet und geglättet, wobei der Glättungekondensator C2 so zu dimensionieren ist, daß die Aufladezeitkonstante größer als die Periodendauer des Meßsignals

ist. Das so aufbereitete stabile Meßsignal kann jetzt über die Anschlußleitung einer Auswerteeinheit zugeführt werden. Übereinstellbare Komparatoron läßt sich eine genaue Einstellung der Schaltpunkte vornehmen.

Ein besonderer Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß das HF-Signal in der frequenzvariablen Form wie

auch nach der Tiefpaßanordnung 6 in der amplitudenmodulierten Form nur innerhalb des Anschlußkopfes 9 mit kürzesten

Leitungslängen übertragen wird. Die Beeinflussung des Signals durch Fremdeinstrahlung und kapazitive Ankopplung ist damit

auf ein Minimum reduziert.

Die Meßsonden 3 und 4 sind bei entsprechender Meßaufgabe analog zur Meßsonde 2 aufgebaut.

Claims (1)

1. Kapazitive Füllstandsregeleinrichtung zur automatischen Füllstandsregelung mit kapazitivem Meßfühlerfür flüssige und rieselfähige Medien mit einer DK §= 1,3 in metallischen Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch einen Operationsverstärker gebildeter Oszillator (5) in seiner Ausgangsfrequenz durch die Kapazität der Meßsonden (2,3,4) derart beeinflußbar ist, daß das Ausgangssignal mit konstanter Amplitude bei variabler Frequenz über eine Tiefpaßanordnung (6) entsprechend seiner Frequenz in der Amplitude veränderbar ist und nach einer folgenden Signalverstärkung durch einen Meßverstärker (7) über eine Gleichrichter- und Glättungseinrichtung (8) in eine stabile Gleichspannung umwandelbar ist, wobei die Tiefpaßanordnung (6) so dimensioniert ist, daß der zu erwartende Ausgangsfrequenzbereich des Oszillators (5) im Ubergangsbereich vom Dui chlaß- zum Sperrbereich der Filteranordnung liegt, sowie die Aufladezeitkonstante der Gleichrichterschaltung größer als die Periodendauer der Ausgangsfrequenz ist.

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