DE1295868B

DE1295868B - Vorrichtung zum kapazitiven Messen des Fuellstandes eines Behaelters mit Kontaktgebern

Info

Publication number: DE1295868B
Application number: DE1965P0035998
Authority: DE
Inventors: Seisser Gerhard
Original assignee: Phoenix Armaturen Werke Bregel GmbH
Current assignee: Phoenix Armaturen Werke Bregel GmbH
Priority date: 1965-02-04
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1969-05-22

Description

Bei dem kapazitiven Messen des Füllstandes hat man vorgeschlagen, nicht von der Spannungsmessung am Kondensator auszugehen, sondern den Kondensatorstrom zu berücksichtigen, welcher proportional zur Kapazität und daher zur Füllhöhe als Ergebnis des Meßvorganges auftritt.
Außerdem ist eine Einrichtung zum kapazitiven Messen des Füllstandes mittels einer in den Behälter eintauchbaren Meßsonde bekanntgeworden, bei welcher die vom Füllstand abhängige Kapazität in einem Zweig einer am Ort der Meßsonde vorgesehenen Wechselstrombrücke liegt. Diese Anordnung für kapazitive Messung benötigt jedoch einen an die Nulldiagonale angeschlossenen Demodulator und Frequenzweiche in der Nulldiagonale dieser Brücke und auf der Einspeisungsseite. Außerdem wurde bei dieser Einrichtung ein linear wirkender Verstärker eingebaut, welcher das Frequenzband gleichmäßig verstärkt. Infolge dieser Anordnung werden jedoch alle Störsignale im gleichen Verhältnis wiedergegeben, so daß Ungenauigkeiten in der Anzeige eintreten.
Die Erfindung verhindert die Nachteile und meidet die erwähnten Anordnungen an der Nulldiagonale sowie des Verstärkers und löst die Aufgabe den Nullabgleich in der Nulldiagonale durch eine entsprechende Auslegung der Meßbrücke auszuschalten.
Sie bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kapazitiven Messen des Füllstandes in einem Behälter oder in einem mit dem Behälter kommunizierenden Gefäß mit Kontaktgebern und mit einer in den Behälter eintauchbaren Meßsonde, bei welcher die vom Füllstand abhängige Kapazität in einem Zweig einer Wechselstrombrücke liegt.
Diese Vorrichtung ist mit dem Merkmal versehen, daß die Wechselstrombrücke an einen die Wechselstromspannung erzeugenden Oszillator über einen zwischengeschalteten Verstärker, der als Resonanzverstärker temperaturkompensiert ist, angeschlossen ist und zum Verhindern störender Einflüsse elektrolytischer Ströme mit Ct und C2 beispielsweise bezeichnete Kondensatoren vorgesehen sind.
Im weiteren Ausbau enthält der Resonanzverstärker eine über mehrere Stufen reichende Gegenkopplung vom Ausgangskreis in den Eingangskreis, Gleichrichtung der Meßspannung mittels Brückengleichrichtung und eine Gleichstromverstärkung mit Darlington-Schaltung.
Außerdem ist bei dieser Vorrichtung die für den Einstellbereich notwendige Kontakteinrichtung über den gesamten Meßbereich ausgebildet, welcher durch die Kompensationsspannung im Steuerbereich ermöglicht wird.
Die Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die schematische Anordnung der erforderlichen Elemente erläutert.
F i g. 1 zeigt schematisch die Ausrüstung des Meßverstärkers, während in der Fig. 2 eine verwertbare Anordnung zur kapazitiven Messung des Füllstandes dargestellt ist.
Gemäß der Zeichnung befindet sich die zum Messen benötigte Meßsonde 5 in dem Behälter 4, während die Wechselstrombrücke und Kontakte in beliebiger Entfernung zur Meßsonde angebracht werden können. Die Verbindung der Wechselstrombrücke mit der Meßsonde erfolgt durch ein Hochfrequenzkabel 11. Auftretende Kapazitätsänderungen in der Meßleitung werden mittels einer Kompensa- tionsleitung 6, die parallel mit der Meßleitung geführt wird, neutralisiert. Um Einstreuungen kapazitiver oder induktiver Art zu vermeiden, ist der der Meßbrücke nachfolgende Wechselstromspannungsverstär ker als Resonanzverstärker ausgebildet. Die Meßbrücke ist im Gegensatz zum bisherigen unmittelbaren Anschluß an einen Oszillator über einen zwischengeschalteten Verstärker gespeist.
Zum Verhindern störender Einflüsse elektrolytischer Ströme sind Kondensatoren Ct und C2 vorgesehen.
Der als Resonanzverstärker ausgebildete Meßverstärker ist auch temperaturkompensiert. Er enthält eine über mehrere Stufen reichende Gegenkopplung, eine Gleichrichtung der Meßspannung mittels Brückengleichrichtung und eine Gleichstromverstärkung durch Darlington-Schaltung.
Am Ausgang ist eine beliebige Anzahl von Meß-, Registrier- und Regelapparaten angeschlossen.
Der Meßverstärker 7 besteht aus a) einem dreistufigen Resonanzverstärker mit Gegenkopplung vom Ausgangskreis in den Eingangskreis, die zur Temperaturstabilisierung dient und nur die Meßspannung mit der Frequenz 1o verstärkt, wodurch Einstreuungen aller übrigen Störfrequenzen unwirksam werden, b) einer Gleichrichtung der Meßspannung mittels Brückengleichrichtung, c) einer Gleichstromverstärkung mit Darlington-Schaltung.
Der Ausgang des Meßverstärkers 7 ist derart ausgelegt, daß der direkte Anschluß eine Vielzahl von Kontaktreinigungen 9, 9,, 9b usw. und 10, 10a, 10b usw. ermöglicht, wobei Ux die Meßwerte (Anzeige) darstellen. Die Kontakteinrichtung besteht aus der Kompensaffonseinrichtung 9, 9a' 9b usw. mit den zugehörigen Kompensationsspannungen Ukj, Uk2, Uk usw., welche die Wahl des Schaltpunktes ermöglicht und der Kippschaltung mit Relais 10, 10,, 10b usw. als Ausgang zum Stellglied, wie die Fig. 1 schematisch zeigt.
Der Oszillator 1 besteht im wesentlichen aus dem Transistor 15 sowie dem Schwingungskreis 16 und erzeugt eine Wechselspannung mit der FrequenzfO.
Mit dem Potentiometer 17 wird die Eingangsspannung für den Verstärker 2 und daher die Brückenbetriebsspannung festgelegt.
Der Verstärker 2 besteht im wesentlichen aus dem Transistor 18 und dem Schwingungskreis 19. Dieser wiederum enthält die Primärwicklung des Ausgangsübertragers 21 und den Kondensator 20.
Die zwei Sekundärwicklungen des Ausgangsübertragers bilden zwei Brückenzweige der Brücke 3, womit auch gleichzeitig die Betriebsspannung für die Brücken eingespeist wird. C,, und Ro ermöglichen den 0-Punkt-Abgleich der Brücke 3.
In dem erfolgten 0-Abgleich ist die Spannung am Widerstand R22 gleich Null. Tritt bei Cx eine Kapazitätsänderung auf; so kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht und im Widerstand Roo tritt eine Spannung auf, die proportional der Kapazitätsänderung von Cx ist.
Diese Spannung wird dem Meßverstärker7 übermittelt. Wesentliche Teile des Meßverstärkers 7 sind der primärseitig auf ResonanzfO abgestimmte Ausgangsübertrager 23 (Störspannung), die Gegenkopplung 24 vom Ausgangskreis in den Eingangskreis (Temperatur, Stabilisierung), der Gleichrichter 25, welcher die Meßspannung mittels der Brückenschaltung gleichrichtet, sowie der Gleichstromverstärker 26, der den Ausgang des Meßverstärkers 7 weitgehends belastungsunabhängig macht und daher keine Rückwirkung von der verstellbaren Kontakteinrichtung auf den Meßwert entsteht.
Die Meßwertanzeige in der Stelle 8 kann wahlweise durch Strom- oder Spannungsmessung erfolgen, wobei die Anzahl der Anzeige- oder Regelgeräte beliebig ist.
Der Kontakt 10 ist als Kippschaltung ausgelegt und enthält zwei Transistoren 27, 28 und das Relais 29.
Die an der Zenerdiode 30 auftretende Spannung U2 kompensiert derart die notwendige Schwellspannung UI, welche zwischen dem Punkt und dem Punkt B herrscht, daß die Schaltung noch im gegebenen Zustand verharrt. Die am Widerstand 31 auftretende Meßspannung würde den Schalter kippen, wenn nicht eine Kompensationsspannung Uk, eingestellt durch das Potentiometer 32, eingespeist würde. Die Größe dieser Kompensationsspannung ergibt den gewünschten Schaltpunkt. Die Betriebsspannungen sind mit UB bis UB4 bezeichnet.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum kapazitiven Messen des Füllstandes in einem Behälter oder in einem mit dem Behälter kommunizierenden Gefäß mit Kontaktgebern und mit einer in den Behälter eintauchbaren Meßsonde, bei welcher die vom Füllstand abhängige Kapazität in einem Zweig einer Wechselstrombrücke liegt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Wechselstrombrücke an einen die Wechselstromspannung erzeugenden Oszillator (1) über einen zwischengeschalteten Verstärker (7), der als Resonanzverstärker temperaturkompensiert ist, angeschlossen ist und zum Verhindern störender Einflüsse elektrolytischer Ströme Kondensatoren (cX c2) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzverstärker (7) eine über mehrere Stufen reichende Gegenkopp. lung (4) vom Ausgangskreis in den Eingangskreis, eine Gleichrichtung (25) der Meßspannung mittels Brückengleichrichtung und eine Gleichstromverstärkung (26) durch Darlington-Schaltung enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung (10) für einen Einstellbereich über den gesamten Meßbereich ausgebildet ist.