JP2003524784A - 容器内の媒体の充填レベルを検出する装置 - Google Patents

容器内の媒体の充填レベルを検出する装置

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JP2003524784A JP2001560632A JP2001560632A JP2003524784A JP 2003524784 A JP2003524784 A JP 2003524784A JP 2001560632 A JP2001560632 A JP 2001560632A JP 2001560632 A JP2001560632 A JP 2001560632A JP 2003524784 A JP2003524784 A JP 2003524784A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、容量性センサ（４）を用いて容器（２）内の媒体（３）の充填レベル（Ｆ）を検出するための装置に関する。ここでこの装置には電圧源が設けられており、この電圧源はセンサ（４）に測定周波数（ＦＭ）を供給する。また測定／評価回路（６）が設けられており、この測定／評価回路（６）は測定キャパシタンス（ＣＭ）を算出し、所定のキャパシタンス値と比較し、容器（２）内の媒体（３）の充填レベル（Ｆ）に関する情報を供給する。本発明の課題は、妨害信号に対する容量性センサ（４）の感度が高まることなく、容量性センサ（４）の測定感度を高めることである。この課題は、測定／容量センサ（６）が少なくとも１つのインダクタンス（Ｌ）を有し、このインダクタンス（Ｌ）が測定キャパシタンス（ＣＭ）と共に直列共振振動回路（７）を形成することにより解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、容量性センサを用いて容器内の媒体の充填レベルを検出する装置に
関する。ここで、センサに測定周波数を供給する電圧源が設けられており、また
測定／評価装置が設けられており、この測定／評価装置は測定キャパシタンスを
算出し、所定のキャパシタンス値と比較し、容器内の媒体の充填レベルに関する
情報を供給する。
【０００２】 容器内の充填物の充填レベルを検出する容量性の方法では、容量性センサと容
器壁がコンデンサの電極を形成する。容器壁が伝導性でない場合には、別個の第
２の電極を容器の内部または外部に設ける必要がある。２つの電極間には、（容
器内の媒体の充填レベルに応じた）空気または媒体が存在する。このことは２つ
の物質のことなる誘電率に基づき、測定キャパシタンスの変化が表れる。さらに
勿論のことに、測定キャパシタンスは容器における媒体のその都度の充填レベル
に依存する。何故ならば２つの量、「充填レベル」と「測定キャパシタンス」は
機能的に相互に依存するからである。したがって容量性センサは限界レベル検出
にも継続的な充填レベル検出にも使用できる。
【０００３】 DE 195 36 199から容量性の充填レベルセンサが公知となっており、この容量
性の充填レベルセンサは監視すべき充填レベルの高さに取り付けられている。す
なわちこのセンサは限界レベル検出器ないしリミッタスイッチである。リミッタ
スイッチは有利には、容器内の越流に対する保護回路として、またはポンプから
の漏出に対する保護回路として取り付けられている。容量性センサがそれぞれ検
出すべき充填物によって覆われた場合には、この容量性センサは覆われていない
状態よりも大きなキャパシタンス値を有する。容量測定回路及びコンパレータを
用いてキャパシタンス測定値が閾値と比較される。その結果に基づいて、監視す
べき充填レベルに何時達したかを明確に識別できる。
【０００４】 容量性センサを用いる充填レベル測定は、検出及び評価すべきキャパシタンス
値が１ｐＦのオーダにある限りは危機的である。それどころかコンパクトなリミ
ッタスイッチでは適切なキャパシタンス値は１ｐＦ以下である。この非常に小さ
な測定値は多くの場合、外部の妨害作用によってさらに劣化される。妨害作用は
例えば電磁妨害信号、センサ上への付着物の形成または測定／評価回路の温度ド
リフト及び長期ドリフトである。
【０００５】 本発明の課題は、容量性センサの感度を高め、かつ同時に妨害信号に対する感
度を低減させることである。
【０００６】 この課題は、測定／評価回路が少なくとも１つのインダクタンスを有し、この
インダクタンスが測定キャパシタンスと共に直列共振振動回路を形成することに
よって解決される。
【０００７】 本発明の装置の有利な実施形態によれば、センサは限界レベル検出器ないしリ
ミッタスイッチである。しかしながら勿論のこと、本発明を継続的な充填レベル
測定と関連させて使用することもでき、そのように使用する場合では後で線形化
が行われるべきである。有利には（しかしながら相応に制限されることなく）、
本発明の装置はコンパクトなセンサである。
【０００８】 本発明の装置の有利な実施形態では抵抗が設けられており、この抵抗は測定／
評価回路のインダクタンスに並列に接続されている。この抵抗は直列共振振動回
路を所期のように減衰させることに使用される。
【０００９】 本発明の装置の有利な実施形態によれば、測定キャパシタンスに加え第２のコ
ンデンサが設けられている。この第２のコンデンサの第１の端子は、測定キャパ
シタンスとインダクタンスとに接続されている接続点と接続されており、この第
２のコンデンサの第２の端子は測定／評価回路の内部アースと接続されている。
このキャパシタンスは測定／評価回路の動作点の調整に使用される。
【００１０】 例えば、抵抗及びインダクタンスの固有共振は、妨害周波数が大幅に抑制され
るように定められる。インダクタンスを適切に選択することによって、回路のＥ
ＭＶ特性を実質的に改善することができる。さらに、インダクタンス及び第２の
コンデンサのキャパシタンスは妨害周波数が大幅に抑制されるように定められて
いる場合には有利である。
【００１１】 本発明の方法の有利な実施形態によれば、直列共振振動回路は、測定キャパシ
タンスの最大時に測定周波数が共振周波数と同じであるように、または測定周波
数が共振周波数よりも小さくなるように調節される。つまりセンサが覆われてい
ない場合、ないし誘電率が小さい媒体の充填レベルを監視する場合には、測定キ
ャパシタンス及びインダクタンスからなる全体のインピーダンスは既に低減して
おり、したがってより大きな感度を得る。このことは測定／評価回路に対して影
響を及ぼさないので、絶対的な温度ドリフトは等しく保たれ、一方相対的な温度
ドリフトは改善される。これと共に妨害作用に対する容量性センサの感度は低減
する。
【００１２】 本発明の殊に有利な実施形態では、直列共振振動回路の減衰は抵抗によって、
インダクタンスの固有共振の許容差及び／又はインダクタンスの温度依存性が抑
制されるように選択されることが提案される。
【００１３】 本発明を以下図面に基づき詳細に説明する。ここで図１は本発明による装置の
概略図である。図２は本発明による装置の測定／評価回路の等価回路図である。
図３は従来技術による測定／評価回路の周波数特性の図表である。図４は本発明
の装置による測定／評価回路の周波数特性の図表である。
【００１４】 図１は本発明による装置１の概略図である。容量性センサ４は容器２の上部領
域において越流に対する保護回路として配置されており、すなわち図示した場合
ではリミッタスイッチとして機能する。容量性センサ４は測定電圧ＵＭないし測
定電流または皮相電流ＩＭを求める。有利には本発明の装置１は、測定周波数ｆ Ｍ が一定である正弦波状の測定電圧ＵＭでもって動作する。測定電圧ＵＭないし
測定電流ＩＭは測定キャパシタンスＣＭに依存して変化する。この測定キャパシ
タンスＣＭは、既に何度も説明したように、容器２内の媒体３の充填レベルに対
する尺度である。接続線５を介して容量性センサ４は測定／評価回路６と接続さ
れている。ここで測定／評価回路６を完全に容量性センサ４内に配置することも
できる。
【００１５】 図２は、本発明の装置１の測定／評価回路６の等価回路図が図示されている。
測定キャパシタンスＣＭに直列にインダクタンスＬが接続されている。インダク
タンスＬは抵抗Ｒに並列に接続されている。測定キャパシタンスＣＭ、インダク
タンスＬ及び抵抗Ｒは直列共振振動回路７を形成する。それぞれの実際のインダ
クタンスは、（このインダクタンスは常に寄生容量を伴うので）固有の共振周波
数及び固有の周波数経過を有する並列振動回路を表す。したがってこの共振回路
を相応に調整することによって、妨害スペクトルの不所望の周波数成分を所期の
ようにまた大幅に抑制することが可能である。
【００１６】 抵抗Ｒは、直列共振振動回路７を所期のように減衰させるために使用される。
インダクタンスＬと抵抗Ｒから成る並列回路と測定キャパシタンスＣＭとの間に
は、容量性センサ４の分離キャパシタンスＣＩがあり、これはコンデンサ８によ
って表されている。インダクタンスＬと抵抗Ｒからなる並列回路の接続点１１で
は、別のキャパシタンスＣＡがセンサ４の内部アースと接続されている。このキ
ャパシタンスＣＡは測定／評価回路６の動作点を調整するために使用される。セ
ンサ４の評価すべき環境、すなわち容器２、媒体３及びアースは、この回路図で
は測定キャパシタンスＣＭ及びセンサ４の内部アースに対する外部の帰還線路に
よって表されている。
【００１７】 図３には、従来技術による測定／評価回路６の周波数特性の図表が示されてい
る。図示された例では、３ＭＨｚの一定の測定周波数ｆＭが使用される。直列共
振振動回路７は個々の構成要素Ｌ、Ｒを選択することによって非常に精確に調整
されるので、測定周波数ｆＭを一定に保つことは有利である。
【００１８】 周波数経過において顕著なことは、容量性センサ４の測定精度を顧慮し以下の
２つの点が挙げられる。 １．測定キャパシタンスＣＭの変化によって条件付けられる皮相電流ＩＭの変化
は非常に少ない。通常の場合その変化は数μＡである。 ２．測定電流ＩＭは恒常的に測定周波数ｆＭの上昇と共に増加する。
【００１９】 上記１の欠点は、既に述べたように、測定感度が弱いということである。２の
明瞭な欠点は、高周波妨害信号が測定の感度を付加的に妨げることである。
【００２０】 図４は、測定キャパシタンスＣＭの変化が同一である場合の、本発明の装置１
による測定／評価回路６の周波数特性の図表を示す。勿論どちらの場合でも同等
の容量性センサ４が使用された。図４に図示した周波数経過を図３の経過と比較
すると、本発明が使用する測定／評価回路６を用いることにより、公知の容量性
センサの前述した２つの欠点が効果的に抑制されていることが分かる。 １．測定感度は著しく改善されている。相応の測定によって証明されているよう
に、測定キャパシタンスＣＭの変化に起因する測定電流ＩＭの変化は図３に図示
したセンサ４の場合よりも約６０％大きい。 ２．測定電流ＩＭは周波数と共に恒常的に上昇するのではなく、最大値に到達し
た後に再び明確に降下する。このことは妨害信号が比較的高い周波数領域におい
て抑制されるということを意味している。したがって本発明の装置を用いてＥＭ
Ｖ特性を所期のように改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の概略図である。
【図２】 本発明の装置の測定／評価回路の等価回路図である。
【図３】 従来技術による測定／評価回路の周波数特性のグラフである。
【図４】 本発明の装置による測定／評価回路の周波数特性のグラフである。
【符号の説明】
１ 本発明による装置、 ２ 容器、 ３ 媒体、 ４ 容量性センサ、 ５
接続線路、 ６ 測定／評価回路、 ７ 直列共振振動回路、 ８ 第２のコ
ンデンサ、 ９ 第１の端子、 １０ 第２の端子、 １１ 接続点

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容量性センサを用いて容器内の媒体の充填レベルを検出する
    装置であって、 電圧源が設けられており、該電圧源は前記センサに測定周波数を供給し、 測定／評価回路が設けられており、該測定／評価回路は測定キャパシタンスを
    求め、所定のキャパシタンス値と比較し、容器内の媒体の充填レベルに関する情
    報を提供する、容量性センサを用いて容器内の媒体の充填レベルを検出する装置
    において、 測定／評価回路（６）は少なくとも１つのインダクタンス（Ｌ）を有し、該イ
    ンダクタンス（Ｌ）は測定キャパシタンス（ＣＭ）と共に直列共振振動回路（７
    ）を形成することを特徴とする、容量性センサを用いて容器内の媒体の充填レベ
    ルを検出する装置。
  2. 【請求項２】 前記装置は限界レベル検出器（４）である、請求項１記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 前記装置はコンパクトなセンサとして構成されている、請求
    項１または２記載の装置。
  4. 【請求項４】 抵抗（Ｒ）が設けられており、該抵抗（Ｒ）は前記測定／評
    価回路（６）のインダクタンス（Ｌ）に並列に接続されている、請求項１、２ま
    たは３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記測定キャパシタンス（ＣＭ）に加え、キャパシタンス（
    ＣＩ）を有する第２のコンデンサ（８）が設けられており、 該第２のコンデンサ（８）の第１の端子（９）は接続点（１１）と接続されて
    おり、該接続点（１１）は前記測定キャパシタンス（ＣＭ）及びインダクタンス
    （Ｌ）と接続されており、 該第２のコンデンサ（８）の第２の端子（１０）はアースと接続されている、
    請求項１または４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記抵抗（Ｒ）及び前記インダクタンス（Ｌ）の固有共振は
    、妨害周波数が大幅に抑制されるように定められている、請求項１または４記載
    の装置。
  7. 【請求項７】 前記インダクタンス（Ｌ）及び前記第２のコンデンサ（８）
    のキャパシタンス（ＣＩ）は、妨害周波数が大幅に抑制されるように定められて
    いる、請求項１または４記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記直列共振振動回路（７）は、前記測定キャパシタンス（
    ＣＭ）の最大時に前記測定周波数（ｆＭ）が共振周波数（ｆＲ）と同じであるか
    、測定周波数（ｆＭ）が共振周波数（ｆＲ）よりも小さくなるように調節されて
    いる、請求項１また４記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記直列共振振動回路（７）の減衰は前記抵抗（Ｒ）によっ
    て、前記インダクタンス（Ｌ）の固有共振の許容差及び／又は前記インダクタン
    ス（Ｌ）の温度依存性が抑制されるように選定されている、請求項１、４または
    ８記載の装置。
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