DE2449097A1

DE2449097A1 - Sonde zur kapazitiven standmessung

Info

Publication number: DE2449097A1
Application number: DE19742449097
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Phys Ehret; Gerhard Ing Grad Hoyer
Original assignee: Pfaudler Werke GmbH
Current assignee: Pfaudler GmbH
Priority date: 1974-10-15
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1976-04-22
Also published as: FR2288300A1; IT1047797B; US4021707A; DE2449097C3; DE2449097B2; CH588688A5; FR2288300B1; NL7511899A; GB1523338A

Description

Anmelder: Pfaudier-Werke AG, «D-683 0 Schwetzingen

Sonde zur kapazitiven Standmessung

Die Erfindung betrifft eine Sonde mit einer elektrisch isolierten Elektrode zur kapazitiven Standmessung einer Flüssigkeitsfüllung in einem Behälter.

Bekannte Sonden zur Füllstandsmessung sind stabförmig ausgebildet und werden derart in dem zu kontrollierenden Behälter angeordnet, daß ein Kondensator ausreichender Kapazität mit der Behälterwand gebildet wird, dessen Kapazitätswert ein Maß für die Behälterfüllung ist. Bei derartigen Sonden wird als nachteilig angesehen, daß sich nur bei zylindrischer Geometrie ein linearer Zusammenhang zwischen Füllstand und Anzeige ergibt und daß wegen der Abhängigkeit der Füllstandsmessung von der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit die Füllstandsmessung nur bei einer bestimmten Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit eindeutig ist. Auch Änderungen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit können zu Fehlern bei der Füllstandsanzeige führen. Außerdem kann die Sonde nicht in beliebig großem Abstand von der Behälterwand eingesetzt werden, da zum Zwecke einer genauen Füllstandsmessung die Kapazi-

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tätsänderung entlang der Länge der Sonde möglichst groß sein muß. Ferner ergibt sich die erwünschte Linearität der Füllstandsanzeige nur bei geometrischer Parallelität zwischen Sonde und Behälterwandung, sowie gegebenenfalls vorhandenen Behältereinbauten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, zum Zwecke der Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten eine Sonde der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die kapazitive Füllstandsmessung unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten und der Leitfähigkeit der Flüssigkeit durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Gegensatz zu bekannten Sonden, die mit der Behälterwand einen Kondensator bilden, wird bei einer derartigen Sonde die Kapazität zwischen den beiden eingebetteten Elektroden und dem Stahlkörper der Sonde ausgenutzt, so daß es mit einer derartigen Sonde auch möglich ist, die Sonde in beliebig großem Abstand von der Behälterwand eines beispielsweise emaillierten Stahlbehälters einzusetzen, oder auch in aus Kunststoff bestehende Behälter. Die wirksame Kapazität der Elektroden gegenüber der Metallmasse des Stahlkörpers wird durch den Anteil der Feldlinien bestimmt, die im Verlauf ihres Weges von der Elektrode zur Metallmasse des Stahlkörpers eine Flüssigkeitsstrecke durchqueren.

Wegen der unterschiedlichen Anordnung der beiden Elektroden sprechen diese in unterschiedlicher Weise auf den Füllstand an, so daß mit Hilfe an sich bekannter elektrischer Schaltungen beispielsweise eine Differenzmessung ostejr eine Quotientenbildung erfolgen kann, um den Einfluß einer unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten und/oder einer unterschiedlichen Leitfähigkeit der Flüssigkeit auf die Füllstandsmessung zu eliminieren.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1-4 Längsschnitte durch unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Sonde gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Elektrode 1 in eine Emailschicht 4 auf einem stabförmigen Stahlkörper 3 eingebettet. Die erste Elektrode 1 besteht vorzugsweise aus einem Platinband und verläuft in der Hauptsache entlang der gesamten Länge der Sonde. Eine zweite Elektrode 2 ist am unteren Ende der Sonde in die Emailschicht 4 eingebettet und besteht aus einem Metallkegel, der in eine Öffnung am unteren Ende des Stahlkörpers 3 hineinragt und gegen diesen durch die Emailschicht elektrisch isoliert ist. Die Verbindung der Elektroden 1 und 2 mit einer elektrischen Meßschaltung erfolgt über die daran angeschlossenen Zuleitungen 5, 6.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrode 2 ebenfalls bandförmig ausgebildet und in einer Öffnung am unteren Ende des Stahlkörpers in die Emailschicht eingebettet. Der am unteren Ende des Stahlkörpers in die Emailschicht eingebettete Teil der zweiten Elektrode kann als Wendel 2a ausgebildet sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 besteht der stabförmige Sondenträger aus zwei konzentrisch ineinander sitzenden Stahlteilen 3a und 3b, die am unteren Ende der Sonde durch eine Emailschicht miteinander verschmolzen sind. Die zweite vorzugsweise bandförmige Elektrode 2a ist in die Emailschicht des hauptsächlich innen angeordneten Stahlkörpers eingebettet und durch die Emailverbindungszone an die äußere Oberfläche der Sonde geführt, wo sie entweder nach kurzem achsparallelem Verlauf oder in einer Wendel 2a endet.

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Das in Fig. 4 dargestellte Ausfiihrungsbeispiel unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen in Fig. 1-3 dadurch, daß auch der obere Teil der zweiten Elektrode 2 entlang der restlichen Länge des Stahlkörpers in die Emailschicht 4 eingebettet ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise derartiger Sonden näher erläutert werden. Bei einer Sonde entsprechend den in Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsbeispxelen liefert die zweite Elektrode 2 am unteren Ende der Sonde beim Eintauchen in die Flüssigkeit einen Meßwert, der sich auch bei weiterer Erhöhung des Füllstands praktisch nicht ändert und direkt ein Maß für die Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist. Mit Hilfe dieses Meßwerts kann bei Verwendung einer geeigneten elektrischen Schaltung eine Kompensation der Füllstandsanzeige erfolgen, so daß die Füllstandsanzeige unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten und der Leitfähigkeit der Flüssigkeit ist.

Im Gegensatz dazu ist bei der in Fig. 4 dargestellten Sonde die wirksame Kapazität zwischen der zweiten Elektrode 2 gegenüber der Metallmasse des Stahlkörpers auch vom Füllstand abhängig. Dennoch läßt sich wegen der unterschiedlichen Länge der beiden Elektroden auch in diesem Falle der Einfluß der Dielektrizitätskonstanten und der Leitfähigkeit auf die Füllstandsmessung kompensieren. Im Prinzip wirStnämlich die Wendel 2a am unteren Ende der zur Kompensation dienenden zweiten Elektrode 2 wie eine nach unten verlängerte Füllstandselektrode, die daher am Nullpunkt der als eigentliche Füllstandselektrode dienenden kürzeren ersten Elektrode 1 bereits einen der Wendellänge entsprechenden Meßwert anzeigt. Bei Füllstandszunähme verlaufen danach die Meßwertänderungen der beiden Elektroden parallel. Die Differenz der beiden Meßwerte ist deshalb unabhängig vom Füllstand, jedoch abhängig von der Dielektrizitätskonstanten und der Leitfähigkeit, da Änderungen dieser Größe eine Steilheitsänderung der Füllstandsanzeige bewirken. Die Meßwertdiffe-

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renz kann daher als Maß für die Dielektrizitätskonstante und Leitfähigkeit und somit zur automatischen Kompensation des Einflusses dieser Größen auf die Füllstandsmessung benutzt werden.

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Claims

ft. Ic. ^ 244909? -6-Patentansprüche

1.)Sonde mit einer elektrisch isolierten Elektrode zur kapazitiven Standmessung einer Flüssigkeitsfüllung in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei isolierte Elektroden (1, 2) in eine Emailschicht (4) auf einem stabförmigen Stahlkörper (3) eingesetzt sind, und daß die erste Elektrode (1) entlang der Länge und die zweite Elektrode (2) im wesentlichen am unteren Ende des stabförmigen Stahlkörpers (3) angeordnet ist.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1) aus einem Platinband besteht.

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadu rch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (2) aus einem Metallkegel besteht, der in eine Öffnung am unteren Ende des Stahlkörpers (3) einemailliert ist.

4. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß der am unteren Ende des Stahlkörpers in die Emailschicht eingebettete Teil der zweiten Elektrode (2) bandförmig und als Wendel (2a) ausgebildet ist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der zweiten Elektrode (2) sich entlang der Länge des Stahlkörpers (3) erstreckt und in die Emailschicht (4) eingebettet ist.

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