DE102014003588A1

DE102014003588A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrischen Füllstandsmessung leitfähiger Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102014003588A1
Application number: DE102014003588.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-09-17

Abstract

Bisher erfolgt die kontinuierliche Füllstandsmessung von flüssigkeitsgefüllten Behältern entweder mit Ultraschall, Radar, durch Wiegen oder Messen des hydrostatischen Drucks. Diese Vorrichtungen sind aufwendig und für kleine Behälter nicht geeignet. Durch die Verwendung der leitfähigen Flüssigkeit als füllstandsabhängiger Spannungsteiler mit drei nichtisolierten Elektroden kann auch bei kleinen Behältern eine kontinuierliche Füllstandsmessung mit geringem Aufwand durchgeführt werden. 1 zeigt eine Elektrodenanordung mit einem isolierenden Behälter 1, einer Bezugselektrode 2, einer Messelektrode 3 und einer Erregungselektrode 4.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrischen Füllstandsmessung leitfähiger Flüssigkeiten vorzugsweise in kleinen Behältern. Während für die Füllstandsmessung großer Behälter zahlreiche Messverfahren eingesetzt werden (z. B. Ultraschall, Radar, hydrostatischer Druck), sind diese Verfahren für kleine Behälter, wie sie z. B. in analytischen System verwendet werden, ungeeignet. Gegebenenfalls können angepasste kapazitive Systeme auch in kleinen Behältern verwendet werden. Ein System zur kapazitiven Füllstandsmessung ist in DE 19528384 C2 beschrieben. Bei der kapazitiven Messung sind allerdings die Elektroden sehr hochohmig und das Signal wird oft durch leitfähige Beläge auf den meist isolierten Elektroden gestört. Diskontinuierliche konduktive Füllstandsmessungen, auch für kleinere Behälter geeignet, sind weit verbreitet. Dabei muss allerdings für jeden Schaltpunkt (üblicherweise zwei) eine separate Elektrode vorgesehen werden. Für viele Anwendungen ist es jedoch günstiger, ein kontinuierliches (analoges) Signal zu erhalten.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung zur kontinuierlichen (analogen) Füllstandsmessung zu schaffen, die auch für kleine Behälter geeignet ist.
Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, dass die Flüssigkeit selbst als füllstandsabhängiger Spannungsteiler dient (Anspruch 1). Die Elektroden sind so angeordnet, dass bei steigendem Füllstand die Messelektrode so mit Flüssigkeit unterschiedlichen Potentials benetzt wird, das sich an der Messelektrode als Mittelwert eine kontinuierlich steigende oder fallende Spannung ergibt. Die Messelektrode nimmt dabei den Mittelwert des sie umgebenden momentanen Potentials auf. Da die wässrigen Lösungen, die hier vorzugsweise gemessen werden, mitunter sehr hohe Leitfähigkeiten aufweisen, wird mit kleinen Amplituden gearbeitet. Durch Auswahl einer geeigneten Frequenz und synchrone Gleichrichtung des Messsignals wird dennoch eine hohe Störsicherheit erreicht. Die unterschiedlichen Leitfähigkeiten verschiedener Flüssigkeiten und auch die starke Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit stellen kein Problem dar, da die Spannungsteilung davon nicht beeinflusst wird. Die Behälter können alle üblichen Formen aufweisen, das Messsignal muss gegebenenfalls linearisiert werden. Wird die Vorrichtung an größeren Behältern verwendet, kann es zur Erhöhung des Lösungswiderstandes zweckmäßig sein, einen Teil des Behälters mit einer Trennwand abzutrennen.
In den Ansprüchen 2–4 sind verschiedene Elektrodenanordnungen beschrieben.
Für viele Anwendungen geeignet ist die Anordnung nach Anspruch 2. Sie wird in 1 dargestellt. In einem isolierenden Behälter 1 sind die Bezugselektrode 2 links, die Erregungselektrode 4 rechts und die Messelektrode 3 diagonal angebracht. Bei fast leerem Behälter liegt an der Messelektrode 3 ein hoher Anteil der Erregungsspannung an. Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel verringert sich die durchschnittliche Spannung an der Messelektrode, da die Messelektrode nun auch im Bereich niedrigeren Potentials benetzt wird. Mess- und Bezugselektrode können auch vertauscht werden, das Signal an der Messelektrode kehrt sich dann um.
Eine andere Elektrodenanordung ist in Anspruch 3 beschrieben. Sie wird in 2 dargestellt. Die Bezugselektrode 2 ist dabei am Boden des Isolierenden Behälters 1 angeordnet. Die Erregungselektrode 4 ist auf der einen Seite des Behälters senkrecht angeordnet, die Messelektrode 3 auf der anderen Seite ebenfalls senkrecht angeordnet. Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel steigt die Spannung an der Messelektrode. Diese Anordnung empfiehlt sich besonders, wenn die Behältermitte z. B. für eine Rührvorrichtung frei bleiben soll.
Eine weitere Elektrodenanordung ist in Anspruch 4 beschrieben. Sie wird in 3 dargestellt. Hierbei sind gegenüber der vorherigen Anordnung Erregungselektrode 4 und Bezugselektrode 2 vertauscht. Mit steigendem Flüssigkeitsspiegel sinkt die Messspannung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19528384 C2 [0001]

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Füllstandsmessung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten mit drei nichtisolierten Elektroden, wobei eine Elektrode (Bezugselektrode) auf Bezugspotential liegt, eine zweite Elektrode (Erregungselektrode) mit einer geeigneten Wechselspannung konstanter Frequenz und Amplitude versorgt wird und eine dritte Elektrode (Messelektrode) zur Messung einer füllstandsabhängigen Spannung dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden so angeordnet sind, dass bei steigendem Füllstand die Messelektrode so mit Flüssigkeit unterschiedlichen Potentials benetzt wird, das sich an der Messelektrode als Mittelwert eine kontinuierlich steigende oder fallende Spannung ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bezugselektrode und Erregungselektrode jeweils senkrecht mit Abstand voneinander in dem nicht leitfähigen Behälters angeordnet sind und die Messelektrode diagonal von unten nach oben zwischen Bezugselektrode und Messelektrode verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode am Boden des nichtleitfähigen Behälters angeordnet ist und Erregungselektrode und Messelektrode senkrecht mit Abstand voneinander im Behälter angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregungselektrode am Boden des nichtleitfähigen Behälters angeordnet ist und Bezugselektrode und Messelektrode mit Abstand voneinander senkrecht im Behälter angeordnet sind.