DE3236291C2

DE3236291C2 - Vorrichtung zum Erfassen und Auswerten des Füllzustandes in Behältern

Info

Publication number: DE3236291C2
Application number: DE3236291A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 1000 Berlin Klose
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: Stoeckert Instrumente 80939 Muenchen De GmbH
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1986-01-30
Also published as: SE8305156D0; IT1171699B; DE3236291A1; SE8305156L; IT8323008A0

Abstract

Zur Überwachung des Füllzustandes von Behältern, die leitende Flüssigkeiten, insbesondere Flüssigwaschmittel für Waschmaschinen enthalten, sind an der Außenwandung des Kunststoffbehälters flächig Metallelektroden angeordnet, deren durch die elektrisch leitende Flüssigkeit veränderliche Kapazität elektronisch auswertbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen und Auswerten des Füllzustandes elektrisch leitender Flüssigkeiten in Behältern, insbesondere für Flüssigwaschmittel-Vorratsbehälter in Wasch- oder Spulmaschinen, wobei die elektrisch leitende Flüssigkeit über eine dielektrische Gefäßwandung zusammen mit einer an dieser Gefäßwandung angeordneten Kondensatorplatte einen kapazitiv auswertbaren Meßumformer für eine Auswerteschaltung darstellt.

Für Wasch- bzw. Spülvorgänge mit entsprechenden Maschinen insbesondere in Haushalten ist es notwendig oder teilweise zweckmäßig, dem Reinigungs- bzw. Spülwasser entsprechende Wirkmittel zuzusetzen. Diese Wirkmittel können in fester Form pulverisiert oder gekörnt oder in flüssiger Form vorliegen. Wirkmittel in flüssiger Form für Wasch- oder Spülvorgänge eignen sich besonders zum automatischen Portionieren für die Arbeitsvorgänge aus Vorratsbehältern. Da diese Portionierung der Wirkmittelzugaben automatisch erfolgt, muß gewährleistet sein, daß das Zurneigegehen dieser Wirkmittel den Bedienungspersonen zur Kenntnis gebracht wird, und zwar möglichst auffällig. In den meisten Fällen ist es weder gewünscht noch vertretbar möglich, den freien Einblick zum Vorratstank für die Wirkmittelflüssigkeit zu gewährleisten. Aus diesem Grunde ist es naheliegend, den Flüssigkeitspegel innerhalb des Vorratstankes technisch zu erfassen, um ihn dann auszuwerten und/oder anzuzeigen. Insbesondere für aus dem Gesamtgerät herausnehmbare Vorratsbehälter ist diese Maßnahme im Rahmen der bekannten Lösungsvorschläge problematisch und störanfällig. Deshalb sind auch bereits Lösungen bekanntgeworden, bei denen auf eine direkte Auswertung des Füllstandes innerhalb des Vorratsbehälters verzichtet wird. Anstelle dessen wird die Anzahl der Waschvorgänge registriert und daraus das wahrscheinliche Zurneigegehen des Wirkmittelzusatzes abgeleitet. Es ist naheliegend, daß diese Vorgehensweise nur als Notbehelf angesehen werden kann.
Nach dem Stand der Technik bieten sich zur Messung von Flüssigkeits-Füllständen in Vorratsbehältern Meßanordnungen und -verfahren an, welche die elektrische Eigenschaft, nämlich die elektrische Leitfähigkeit bzw. die Dielektrizität der Flüssigkeiten nutzen und über als Sensoren dienende Elektroden über eine entsprechende Auswerteschaltung zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes als Meßkriterium heranziehen.

Beispielsweise bekannt ist ein kapazitives Füllstandsmeßgerät (DE-AS 21 51 078) mit einem in das Füllgut eintauchenden Meßkondensator, welcher zwei Meßelektroden enthält, die im Abstand voneinander und parallel zueinander an einem mit dem Füllgut in Berührung stehenden Dielektrikum angeordnet sind. Die dielektrische Eigenschaft des Füllgutes verändert ein an den Meßelektroden angelegtes elektrisches Feld in Abhängigkeit von der Menge des durch diese Meßelektroden erfaßten Füllguts. Die Dielektrizitätskonstanten von Flüssigkeiten, mit Ausnahme von destilliertem Wasser, unterscheiden sich so gering voneinander und auch von Luft, daß die erfaßbaren Meßkriterien sehr klein sind und durch Störgrößen leicht verfälscht werden können.

Weiterhin ist eine Anordnung bekanntgeworden (DE-PS 8 45 713), bei welcher zur Flüssigkeitsstandsüberwachung eine Wechselstromquellc ein Impedanznetz speist, in welchem ein oder mehrere Kondensatoso ren eingehen, deren Kapazität von dem Flüssigkeitsstand abhängig ist. In diesem Falle ist bevorzugt eine Elektrode innerhalb des Rohres zur Aufnahme der Flüssigkeit angeordnet, während die Gegenelektroden an der Außenwandung dieses Rohres angeordnet sind.

Auch bei dieser Anordnung sind aus den besagten Gründen lediglich geringe Kapazitätsunterschiede zu erwarten, wobei die Problematik besteht, daß die Zuordnung der Elektroden zueinander schwanken kann und damit beachtliche Störgrößen zu verzeichnen sind.

Zur Messung von gut leitenden Flüssigkeiten, wie Quecksilber, ist eine Anordnung bekanntgeworden (FR-PS 15 83 998), bei welcher dieses Quecksilber die eine Elektrode einer zusätzlich aus einer durch die Gefäßwandung gebildeten Dielektrizität und einer an deren Umfang angeordneten Gegenelektrode gebildeten Kapazität bildet. In diesem Falle ist es erforderlich, die Flüssigkeit, deren Flüssigkeitsstand zu erfassen ist, gesichert mit Meßstrom zu beaufschlagen, d. h., daß eine

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Elektrode durch die Gefäßwandung in den Flüssigkeits- troden Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises bereich hineingeführt werden muß. Für eine Reihe von sind. Dieser Schwingkreis ist einer hochfrequenten Anwendungsfällen ist es aber nicht nur unerwünscht. Schwingung ausgesetzt, und dessen Schwingverhalten sondern sogar äußerst bedenklich und gefährlich, wenn ist durch elektronische Pegelmessung erfaßbar und weidie Flüssigkeit unter Meßspannung steht. 5 terverarbeitbar. Derartige elektrische Schwingkreise Aufbauend auf diesen Erkenntnissen ist es Aufgabe werden bekanntermaßen gebildet durch kapazitiv und der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Er- induktiv wirkende Elemente. Durch Veränderung im fassen und Auswerten des Füllzustandes elektrisch lei- vorliegenden Fall des kapazitiven Elementes wird eine tender Flüssigkeiten darzulegen, welche in Vorratsbe- gut auswertbare elektrische Meßgröße erzeugt haltern hauptsächlich bei Wasch- oder Spülmaschinen io Nach einer Weiterbildung ist die erfindungsgemäße eingesetzt sind und aus denen die Flüssigwaschmittel Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß am Flüssigautomatisch für die einzelnen Bearbeitungsgänge por- keitsbehälter eine mit den kapazitiven Elektroden in tioniert abgegeben werden. Derartige Behälter beste- Reihe geschaltete Spule angeordnet ist, welche mit eihen üblicherweise aus elektrisch nicht leitendem Mate- ner weiteren außerhalb des Flüssigkeitsbehälters angerial, nämlich aus Kunststoff. Selbstverständlich sollen 15 ordneten Spule einer elektronischen Schwingkreis-Ausdie getroffenen Maßnahmen weitestgehend funktionssi- werteschaltung einen Übertrager bildet. Damit bilden eher sein und sich möglichst einfach realisieren lassen. die auf dem Flüssigkeitsbehälter angeordneten kapaziti-Eine Vorrichtung zum Erfassen und Auswerten des ven Elektroden mit der in Reihe geschalteten Spule den Füllzustandes elektrisch leitender Flüssigkeiten in Vor- Schwingkreis, welcher nicht galvanisch, d. h. auch nicht ratsbehältern, welche diesen Anforderungen gerecht 20 mechanisch mit der elektronischen Schwingkreis-Auswird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß werteschaltung in Verbindung zu stehen braucht Dies an der Außenwandung eines dielektrischen Flüssigkeits- bedeutet daß der Flüssigkeitsbehälter aus der Waschbehälters in zwei der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit oder Spülmaschine entfernt werden kann, ohne daß abgewandten Flächenbereichen aus elektrisch leiten- elektrische Verbindungen zur Schwingkreis-Auswertedem Material gebildete Elektroden angeordnet sind, 25 schaltung gelöst werden müssen, welche mittels der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit zwei Als kapazitive Elektroden sind vorteilhafterweise durch den Flüssigkeitsstand veränderliche, in Reihe lie- Kupferfolien auf den Flüssigkeitsbehälter-Wandungen gende Kapazitäten bilden. angeordnet Um Beschädigungen oder sonstige Verän-Bei einer Vorrichtung nach diesen erfindungsgemä- derungen der elektronischen Eigenschaften möglichst ßen Merkmalen verändert sich der Flüssigkeitsstand im 30 zu vermeiden, ist es zweckmäßig, sowohl die elektrisch Vorratsbehälter und damit auch im Bereich an der Au- leitenden Elektroden als auch eine am Flüssigkeitsbeßenwandung angeordneter Elektroden aus elektrisch hälter angeordnete Spule zu schützen, und zwar beileitendem Material. Mit diesen Schichten bildet die elek- spielsweise dadurch, daß diese Elemente in die Wantrisch leitende Flüssigkeit eine elektrisch kapazitive An- dung des Flüssigkeits-Vorratsbehälters eingebettet sind. Ordnung mit zwei in Reihe geschalteten, wie Kondensa- 35 Schaltungstechnisch ist es zweckmäßig, daß der Austoren wirkenden Bereichen. Es ist bekannt, daß u. a. die gangspegel über einen Übertrager ausgekoppelt wird Kapazität von galvanisch getrennten, gegenüberliegen- und/oder daß der Ausgangspegel einer Schwellwertden und elektrisch leitenden Elementen abhängig ist Verstärkerschaltung zugeführt ist an dessen Ausgang von der Größe der sich überdeckend gegenüberstehen- digital verarbeitbare Signale abgreifbar sind. Elektroden Fläche dieser Elemente. Da sich die Flüssigkeits- 40 nisch sind derartige Schaltungsanordnungen in einfamenge innerhalb des Vorratsbehälters durch die ständig eher Weise abgleichbar, so daß ein gewünschter Flüssigfortlaufende Entnahme reduziert, entstehen auch im Be- keitsstand innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters reich der an der Außenwandung angeordneten leiten- relativ genau erfaßt und als Grenzwert ausgewertet den Elektroden unterschiedliche Kapazitäten. Diese werden kann. Unterschreitet die Flüssigkeit, z. B. das Kapazitätsänderungen können in bekannter Weise 45 Flüssigwaschmittel, das vorgegebene Niveau innerhalb elektronisch ausgewertet werden. Damit ergibt sich ei- des Flüssigkeitsvorratsbehälters, so wird dieser Zustand ne einfache Maßnahme, das Zur-Neige-gehen des Flüs- elektronisch verarbeitet und beispielsweise beim Einsigwaschmittels im Vorratsbehälter zu erkennen und zu schalten des Gerätes akustisch oder optisch signalisiert signalisieren. Ausführungsbeispiele mit Merkmalen der Erfindung Da bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfin- 50 sind anhand der Zeichnung im folgenden näher bedung beide Meßelektroden an der Außenwandung des schrieben. Es zeigt

Behälters angeordnet sind, sind diese in einfacher Weise F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Fiüssigkeits-

mit der Auswerteschaltung zu kontaktieren. Außerdem Vorratsbehälters mit außen aufgebrachten leitenden

ist sichergestellt, daß die verwendeten Flüssigkeiten, Schichten,

insbesondere Laugen, die Elektroden nicht angreifen 55 F i g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung

können. Messungen von normalerweise für den vorge- des Flüssigkeitsstandes innerhalb dieses Vorratsbehäl-

schlagenen Anwendungsbereich zu verwendenden tersund

Flüssigkeiten ergeben elektrische Widerstandswerte im F i g. 3 eine weitere Anordnung zur Flüssigkeits-Füll-

Bereich von 10⁴ cm, d. h. Widerstandswerte, die durch Standsauswertung.

Schaltelemente der Halbleiterschalttechnik günstig aus- 60 Aus der schematisierten Ansicht nach der F i g. 1 geht

wertbar sind. Dagegen ist der Widerstandswert von hervor, daß ein Flüssigkeits-Vorratsbehälter 1 bis zum

Luft um mehrere Größenordnungen höher, so daß ein Pegel 2 mit Flüssigkeit 3 gefüllt ist. Die Wandung 4 des

vorteilhaft auswertbares Meßkriterium erzielbar ist. Flüssigkeitsbehälters 1 ist aus Kunststoff und damit

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der erfin- elektrisch nicht leitend. Dagegen besitzt die Flüssigkeit

dungsgemäßen Vorrichtung steht diese in Verbindung 65 3 eine elektrische Leitfähigkeit. Außen auf der Wan-

mit einer Schaltungsanordnung, welche dadurch ge- dung 4 sind in zwei nebeneinanderliegenden Bereichen

kennzeichnet ist, daß die an der Außenwandung des Kupferfolien 5 und 6, also Schichten aus elektrisch lei-

Flüssigkeitsbehälters angeordneten, kapazitiven Elek- tendem Material aufgebracht.Von diesen KuDferfolien

5,6 aus führen elektrische Leitungen 7,8 zu der nachgeschalteten Auswerteschaltung.

Zusammen mit der elektrisch leitenden Flüssigkeit 3 bilden die beiden Kupferfolien zwei kapazitive hintereinandergeschaltete Elemente. Die Kapazität ändert sich merklich, wenn die elektrisch leitende Flüssigkeit 3 auf das gestrichelt dargestellte Niveau 9 durch eine automatische Entnahme abgesunken ist.

Aus der Fi g. 2 ist eine Schaltungsanordnung ersichtlich, in der die aus den Kupferfolien 5 und 6 mit der leitenden Flüssigkeit 3 gebildeten Kapazitäten mit einer Spule 10 als induktives Element zusammen zu einem elektronischen Schwingkreis geschaltet ist. Dieser Schwingkreis wird durch einen Generator 11 mit Schwingungen im MHz-Bereich angeregt. Das elektronische Verhalten des Schwingkreises 5, 3, 6, 10 wird über den Widerstand 12 abgegriffen und von einer Verstärkerstufe 13 zu einem weiterverarbeitbaren Signal ausgewertet. In Abhängigkeit eines derartigen Signals ist bei Unterschreitung eines vorgegebenen gewünschten Niveaus dei Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsvorratsbehälter ein akustisches oder optisches Signal erzeugbar, und zwar entweder dauernd oder lediglich bei Einschaltung des Gerätes.

Aus der F i g. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Schaltungsanordnung ersichtlich. In diesem Falle bildet die im Vorratsbehälter 1 aufgenommene elektrisch leitende Waschmittelflüssigkeit 3 mit elektrisch isoliert von dieser Flüssigkeit 3 getrennten Kupferfolien 5' und 6' zwei Kapazitäten. Die Kupferfolien 5' und 6' sind in Serie geschaltet mit einer Spule 14, die ebenfalls dem Flüssigkeitsvorratsbehälter 1 zugeordnet ist Mit einer weiteren Spule 15, weiche jedoch im ortsfesten Teil des Gerätes 16 angeordnet ist, bildet die Spule 14 einen Übertrager. Damit wird erreicht, daß zwischen dem Behälter 1 und der Auswerteschaltung dem ortsfesten Gehäuse 16 keine galvanische elektrische Verbindung erforderlich ist Die Kapazität 5', 3 und 3,6' bilden zusammen mit den Induktivitäten der Spulen 14,15 einen elektronischen Schwingkreis und zusammen mit dem Transistor 17 eine HS-Oszillatorschaltung, deren Rückkopplungsgrad durch eine Kapazität 18 eingestellt werden kann. Bei vollem Flüssigkeits-Vorratsbehälter 1 ist der Kollektorschwingkreis des Transistors 17 mit einer Kapazität 19 so abgeglichen, daß der Oszillator schwingt, wobei mit der Kapazität 18 eine definierte Oszillatoramplitude eingestellt ist. Mittels einer Spule 20 eines weiteren Übertragers wird die Oszillatorspannung ausgekuppelt und über eine Diode 21 gleichgerichtet einer Schwellwertverstärkerschaltung 22 zugeführt. Am Ausgang 23 lsi digital der Signalpege! abgreiffaar.

Sinkt der Flüssigkeitspegel auf das Niveau 9 (Fig. 1) und nimmt die Bedeckung der als Elektroden dienenden Kupferfolien 5' und 6' ab, so ändert sich die Kapazität im Schwingkreis 5'—3, 3—6', 14, 15, so daß dieser Schwingkreis so weit verstimmt wird, daß die Schwingungen des Oszillators abreißen. Damit wird in der Spule 20 keine Spannung mehr induziert, und der Pegel am Ausgang 23 der Schwellwertverstärkerschaltung 22 wird zurückgesetzt Aus diesem Kriterium wird dann die optische oder akustische Alarmangabe abgeleitet

Die Einrichtung ist insofern eigensicher, als bei Störungen der Oszillatorschaltung am Ausgang immer der Alarm gebende Zustand ausgegeben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erfassen und Auswerten des Füllzustandes elektrisch leitender Flüssigkeiten in Behältern, insbesondere für Flüssigwaschmittel-Vorratsbehälter in Wasch- oder Geschirrspülmaschinen, wobei die elektrisch leitende Flüssigkeit über eine dielektrische Gefäßwandung zusammen mit einer an dieser Gefäßwandung angeordneten Kondensatorplatte einen kapazitiv auswertbaren Meßumformer für eine Auswerteschaltung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwandung (4) eines dielektrischen Flüssigkeitsbehälters (1) in zwei der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit abgewandten Flächenbereichen aus elektrisch leitendem Material gebildete Elektroden (5,6) angeordnet sind, welche mittels der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (3) zwei durch den Flüssigkeitsstand (2,9) veränderliche, in Reihe liegende Kapazitäten bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Außenwandung des Flüssigkeitsbehälters (1) angeordneten, kapazitiven Elektroden (5, 6) Bestandteil eines Schwingkreises (5/3, 3/6,10; 5/3,3/6', 14,15) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Flüssigkeitsbehälter (4) eine mit den kapazitiven Elektroden (5', 6') in Reihe geschaltete Spule (14) angeordnet ist, welche mit einer weiteren, außerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters (1) angeordneten Spule (15) einer elektronischen Schwingkreis-Auswerteschaltung einen Übertrager (14/15) bildet

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als kapazitive Elektroden (5, 6; 5', 6') Kupferfolien auf den Wandungen (4) des Flüssigkeitsvorratsbehälters (1) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Elektroden (5,6; 5', 6') in die Wandung (4) des Flüssigkeitsvorratsbehälters (1) eingebettet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den kapazitiven Elektroden (5', 6') in Reihe geschaltete Übertrager-Spule (14) in die Wandung (4) des Flüssigkeitsvorratsbehälters (1) integriert ist.

7. Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangspegel über einen (19,20) auskoppelbar ist.