DE1243890B

DE1243890B - Anordnung zur kapazitiven Messung des Fuellstands eines Behaelters

Info

Publication number: DE1243890B
Application number: DE1962E0022549
Authority: DE
Inventors: Heinrich Arns
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1962-03-14
Filing date: 1962-03-14
Publication date: 1967-07-06

Description

Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstands eines Behälters Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstandes eines Behälters mit wenigstens zwei sich im Behälter im wesentlichen senkrecht erstreckenden Elektroden, die in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kapazität zwischen diesen Elektroden als Maß für den Füllstand gemessen wird.
Bei den bekannten Elektroden dieser Art beruht die Kapazitätsänderung auf dem Prinzip, daß das Füllgut in den Zwischenraum zwischen den Elektroden als Dielektrikum an Stelle der Luft eintritt und dadurch die Kapazität verändert.
Dieses Meßprinzip ist jedoch nicht bei allen Füllgütern anwendbar, sondern eignet sich im wesentlichen nur für Flüssigkeiten, welche leicht in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eindringen können. Dagegen würden zähflüssige oder körnige Fiillgüter nicht oder nur schlecht in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eindringen, wodurch ein falscher Füllstand vorgetäuscht würde.
Eine weitere Schwierigkeit bei derartigen Elektroden besteht darin, genau den richtigen Elektrodenabstand aufrechtzuerhalten, da bereits geringe Anderungen dieses Abstandes zu erheblichen Kapazitätsänderungen führen können, welche gleichfalls das Meßergebnis verfälschen würden. Dies ist besonders dann schwierig, wenn die Elektrode bereits im Fertigungswerk zusammengebaut und abgeglichen werden soll und erst später an der Montagestelle in den Behälter eingebaut wird. In diesem Fall besteht eine große Gefahr, daß beim Transport oder durch unsachgemäßen Einbau der eingestellte Elektrodenabstand verändert wird. Es müssen daher oft komplizierte Abstandshalter vorgesehen werden, die jedoch wiederum das Eindringen des Füllguts erschweren.
Dieses Problem tritt besonders dann erheblich in Erscheinung, wenn es erwünscht ist, die Elektroden in Form eines biegsamen Seils auszubilden, das einfach in den Behälter gehängt wird.
Übrigens ergibt die Messung von elektrisch leitenden Füllgütern ein besonderes Problem bei Elektroden der zuvor geschilderten bekannten Art. Da das in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eindringende leitende Füllgut die Elektroden kurzschließen würde, müssen diese durch isolierende Überzüge geschützt werden, was beispielsweise bei konzentrischen rohrförmigen Elektroden einen erheblichen Aufwand erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, welche eine genaue Messung von schwer ffleßfähigen und/oder elektrisch leitenden Füllgütern ermöglicht und ohne Schwierigkeit in beliebige Behälter eingebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektroden derart in und/oder auf einem Körper aus dielektrischem Material angebracht sind, und daß die Feldlinien. zwischen den Elektroden teilweise außerhalb des Körpers verlaufen.
Die Wirkung der nach der Erfindung ausgeführten Anordnung beruht darauf, daß das Füllgut nicht in den Zwischenraum zwischen den Elektroden eintreten kann, sondern lediglich den Körper umgibt. Es hat sich gezeigt, daß überraschenderweise auch in diesem Fall eine genaue Füllstandsmessung möglich ist, weil das Füllgut die aus dem Körper heraustretenden Streufeldlinien beeinflußt und dadurch die Kapazität zwischen den Elektroden verändert. Dies gilt in gleichem Maße - für leitende wie für nichtleitende Füllgüter. Die gegenseitige Lage der Elektroden ist in diesem Fall ein für allemal durch den dielektrischein Körper festgelegt, so daß er-weder beim Transport noch beim Einbau verändert werden kann.
Selbst wenn der Körper mit den Elektroden als biegsames Seil ausgeführt wird, bleiben die Elektrodenabstände unverändert erhalten. Da das Füllgut nur noch die Außenseite der Elektrodensonde umgibt, kann auch bei zähfiüssigen und körnigen Füllgütern eine genaue Messung durchgeführt werden. Die in den Körper eingebetteten Elektroden sind im übrigen ausgezeichnet isoliert und gegen mechanische und chemische Beeinflussungen geschützt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß sämtliche Elektroden symmetrisch zueinander in einen zylindrischen Kunststoffkörper nahe dessen Umfangswand eingebettet sind.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine der Elektroden in Form eines leitenden Belags auf die Außenfläche eines zylindrischen Körpers aus Kunststoff aufgebracht ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung und F i g. 2 einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektrodenanordnung, bei der zwei Meßelektroden 10 und 11 und zwei Masseelektroden 12 und 13 in einem Kunststoffmantel 14 so eingebettet sind, daß sie etwa auf den Ecken eines Quadrates einander diametral gegenüberliegen. Die ganze Anordnung hat die Form einer Stange oder eines Seils beliebiger Länge und erstreckt sich senkrecht im Innern des Behälters, dessen Füllstand gemessen werden soll.
Die Meßelektroden 10 und 11 und die Masseelekkorden 12 und 13 sind jeweils miteinander elektrisch verbunden, und die Messung der Kapazität erfolgt zwischen diesen beiden Eelektrodenpaaren. Zu diesem Zweck kann die Anordnung in bekannter Weise zwischen den PunktenA und M in einen Zweig der Kapazitätsmeßbrücke eingeschaltet werden, die mit Wechselstrom gespeist wird. Es bilden sich dann zwischen den Eletroden elektrische Felder aus, deren Feldlinien sich zum Teil außerhalb des Kunststoffmantels schließen. Die gemessene Kapazität wird daher durch ein Füllgut beeinflußt, in das die Elektrode mehr oder weniger weit eintaucht. Andererseits nimmt die Intensität der Feldlinien mit wachsender Entfernung von der Oberfläche des Kunststoffmantels rasch ab, so daß die Messung durch metallische Gegenstände, beispielsweise die Behälterwand, nicht beeinflußt wird, sofern ein gewisser Mindestabstand nicht unterschritten wird.
Auch bei der Elektrodenanordnung von Fig. 2 ist die Meßelektrode 15 in einen Kunststoffmantel 16 eingebettet. Sie liegt in diesem Fall koaxial zu dem Kunststoffmantel, und die Masseelektrode ist in Form eines leitenden Belags 17 auf den Kunststoflmantel aufgebracht. Dieser Belag kann die Form mehrerer leitender Streifen haben, die sich beispielsweise einander diametral gegenüber über die ganze Länge des Kunststoffmantels erstrecken. Es ist meist ausreichend, wenn jeder Streifen einen Winkel von etwa 200 einrimmt.
Der Belag kann durch Auftragen eines Leitlacks hergestellt werden.
Bei beiden Ausführungsformen kann der Kunststoflnaantel mit den Elektroden als biegsames Seil ausgebildet werden, das dann einfach in den Behälter eingehängt wird. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für sehr hohe Behälter, Tiefbrunnen oder ähnliche Gebilde.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstands eines Behälters mit wenigstens zwei sich im Behälter im wesentlichen senkrecht erstreckenden Elektroden, die in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kapazität zwischen diesen Elektroden als Maß für den Füllstand gemessen wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Elektroden derart in und/oder auf einem Körper aus dielektrischem Material angebracht sind, und ,daß die Feldlinien zwischen den Elektroden teilweise außerhalb des Körpers verlaufen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden symmetrisch zueinander in einen zylindrischen Kunststoffkörper nahe dessen Umfangswand eingebettet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Elektroden einander paarweise diametral gegenüberliegend in den Kunststoffkörper eingebettet sind, und daß die Elektroden jedes Paares elektrisch miteinander verbunden sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden in Form eines leitenden Belags auf die Außenffäche eines zylindrischen Körpers aus Kunststoff aufgebracht ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Elektrode in den Kunststoffkörper eingebettet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenfläche mehrere in der Längsrichtung verlaufende Streifen aus leiten dem Material aufgebracht sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material ein Leitlack ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper mit den Elektroden als biegsames Seil ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1031013, 1042 909, 1055 833; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1821906, 1 843 829; schweizerische Patentschrift Nr. 338031; Prospekt der Fa. Fiel den von 1956, »Elektronischer Füllstandanzeiger«, LF 3.