DE9206111U1

DE9206111U1 - Flüssigkeitsneigungssensor

Info

Publication number: DE9206111U1
Application number: DE9206111U
Authority: DE
Original assignee: KAMPFRATH GERIT DR; SEIDEL HANS-HERMANN DR 8960 KEMPTEN DE
Current assignee: KAMPFRATH GERIT DR; SEIDEL HANS-HERMANN DR 8960 KEMPTEN DE
Priority date: 1992-05-06
Filing date: 1992-05-06
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2002-05-07

Description

Dr. Gerit Kampfrath/ Dr. Hans-Hermann Seidel
Neuhauser Weg 114
8960 Kempten/Allgäu

Fluss igkeitsneigungssensor

Stand der Technik

Zur Messung von Neigungswinkeln sind eine Reihe von Meßprinzipien bekannt. Häufig angewendet werden hierzu statisch arbeitende Beschleunigungssensoren (z.B. DE-PS 25 23 446), die Komponenten der Erdbeschleunigung zur Winkelmessung nutzen. Diese Sensoren sind zur Messung von kleinen Neigungswinkeln geeignet, für größere Winkel wirkt sich die physikalisch bedingte Nichtlinearität zwischen dem Neigungswinkel und dem Ausgangssignal störend aus. Außerdem ist das Ausgangssignal von der Größe des Gravitationsvektors am Meßort und damit von der Höhe des Meßortes abhängig. Mit Flüssigkeitsneigungssensoren kann man einen linearen Zusammenhang zwischen Neigungswinkel und Ausgangssignal erzeugen (z.B. DE-OS 35 12 983). Zur Neigungswinkelmessung größer +/- 90 Grad sind mehrere Neigungssensoren mit übergreifenden Meßbereichen notwendig. Diese Methode ist aufwendig in Hinsicht auf Platzbedarf und dem Einsatz elektronischer Mittel. Bei Anwendungen z. B. im Maschinenbau, Transportwesen, Bergbau und an Meßmitteln sind platzsparende Neigungssensoren notwendig, die einen Meßbereich von über 360 Grad besitzen. In der Patentschrift EP 0035340 wird dazu ein Flüssigkeits-Neigungssensor beschrieben, der eine Elektrodenanordnung auf einer Kreisfläche von drei gleichgeteilten Kreissegmenten auf einer Meßelektrode aufweist. Diese Anordnung hat die entscheidenden Nachteile, daß hier nicht das störgrössenvermindernde Prinzip des Differentialkondensator wirksam ist und daß an den Überlappungsstellen der drei gleichartigen Kreissegmentelektroden Unstetigkeiten auftreten, die zu einem größeren Meßfehler an diesen Stellen führen.

Aufgabe

Der im Anspruch 1 angebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel bekannter Neigungssensoren, insbesondere bei der Neigungsmessung mit einem Meßbereich von über 360 Grad, zu beseitigen.

Vorteile

Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Flüssigkeitsneigungssensor mit einen Meßbereich über 360 Grad einsetzbar ist. Gleichzeitig zeichnet er sich durch einfache Realisierbarkeit und damit wirtschaftlich vorteilhafter Herstellung aus.

Weiterbildung der Erfindung

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Anspruch 2 angegeben.

Anspruch 2 beinhaltet eine besonders gegen Störgrößen unempfindliche Anordnung.

in Anspruch 3 ist eine besonders empfindliche Anordnung dargestellt.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung ist anhand von vier Figuren in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Flüssigkeitsneigungssensor mit Referenzelektrode,
Fig. 2 den Flüssigkeitsneigungssensor mit Differentialelektroden
Fig. 3 die Seitenansicht des Flüssigkeitsneigungssensors und

Fig. 4 die Seitenansicht des Flüssigkeitsneigungssensors mit dünner elektrisch isolierender Deckschicht.

In Fig. 1 ist mit 1 der elektrisch isolierende Träger der Elektroden, mit 2a bis 2g die Segmentelektroden und mit 3 die Referenzelektrode bezeichnet. Die Elektroden werden teilweise, d. h. vorteilhafterweise zu Hälfte, von einer dielektrischen Flüssigkeit 4 bedeckt.

Die Zahl der Segmentelektroden 2 ist ungerade. Günstigerweise liegt die Zahl dabei zwischen drei und elf. Die Elektroden sind dabei so angeordnet, daß der Flüssigkeitsspiegel einer Neigung mindestens eine der Segmentelektroden 2 und die Referenzelektrode 3 bedeckt. Die Referenzelektrode 3 und die Segmentelektroden 2 sind mit elektronischen Auswerteschaltungen 5a bis 5h verbunden, die die neigungsbedingten Kapazitäten zwischen den Elektroden und einer Masse-Gegenelektrode (9, Fig. 3) in zeit- bzw. frequenzproportionale Signale wandeln. Durch die Anordnung der Segmentelektroden 2 wird gewährleistet, daß immer mindestens eine Segmentelektrode 2a bis 2g und die Referenzelektrode 3 eine durch die dielektrische Flüssigkeit 4 bei Neigungsänderung veränderliche Kapazität bzw. Kapazitäten ergeben. Die Signale der Auswerteschaltungen 5 werden einem Mikrorechner 6 zugeführt, der die Signale logisch verknüpft und ein Ausgangsignal an 7 bereitstellt, das winkelproportional ist.

Die Referenzelektrode 3 bewirkt, daß temperatur- und alterungsbedingte Veränderungen zum größten Teil kompensiert werden, so daß ein relativ kleiner Meßfehler entsteht.

In Fig. 2 ist mit 1 der elektrisch isolierende Elektrodenträger, mit 2a bis 2c die Segmentelektroden und mit 8a bis 8c die Differentialelektroden bezeichnet, die teilweise und neigungswinkelabhängig von der dielektrischen Flüssigkeit 4 bedeckt sind. Die Segmentelektroden 2 und die Differentialelektroden 8 bilden zusammen mit der Masse-Gegenelektrode (9, Fig. 3) Differentialkondensatoren. Durch diese Differentialkondensatoren werden temperatur- und alterungsbedingten Veränderungen kompensiert, gleichzeitig erhöht sich auch noch die Empfindlichkeit. Die Segment- und Differentialelektroden 2, 8 sind elektrisch mit den Auswerteschaltungen 5a bis 5f verbunden, die ihrerseits wieder mit dem Mikrorechner 6 verbunden sind. Am Ausgang 7 steht ein neigungswinkelproportionales Signal zur Verfügung.

In Fig. 3 ist mit 4 die dielektrische Flüssigkeit, die Segmentelektroden mit 2 und mit 3 bzw. 8 die Referenzelektrode bzw. die Differentialelektroden dargestellt. Die Flüssigkeitskammer ist mit 9 bezeichnet und der elektrisch isolierende Träger mit 1. Die Flüssigkeitskammer 9 bildet gleichzeitig die Masse-Gegenelektrode.

In Fig. 4 ist mit 11 eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die Segmentelektroden mit 2 und mit 3 die Referenzelektrode bzw. mit 8 die Differentialelektroden dargestellt. Die Flüssigkeitskammer ist mit 9 bezeichnet und der elektrisch isolierende Träger mit 1. Über alle Elektroden, die auf dem Träger 1 angeordnet sind, befindet sich eine elektrisch isolierende Deckschicht 10, vorzugsweise eine dünne Polymerschicht von etwa 0,01 mm Dicke. Durch die Verwendung einer elektrisch isolienden Deckschicht 10 können für die Flüssigkeit auch elektrisch leitfähige Flüssigkeiten 11 benutzt werden, was sich empfindlichkeitssteigernd auswirkt.

Claims

Anspruch

1. Flüssigkeitsneigungssensor, bestehend aus einer teilweise mit einer Flüssigkeit (4, 10) gefüllten Flüssigkeitskammer (9) und auf einem elektrisch isolierenden Träger (1) aufgebrachten ungeradzahligen Segmentelektroden (2), dadurch gekennzeichnet, daß auf dem elektrisch isoliernden Träger (1) noch eine Referenzelektrode (3) aufgebracht ist und die Segmentelektroden (2) und die Referenzelektrode (3) elektrisch mit Auswerteschaltungen (5) und diese mit einem Mikrorechner (6) verbunden sind.

2. Flüssigkeitsneigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (3) aus einer entsprechend der Anzahl der Segmentelektroden (2) gleichen Anzahl von Differentialelektroden (8) besteht.

3. Flüssigkeitsneigungssensor nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentelektroden (2) und die Refernzelektrode (3) bzw. die Differentialelektroden (8) vollständig mit einer dünnen elektrisch isolierenden Deckschicht (10) bedeckt sind.