WO2014166479A2 - Kapazitiver füllstandssensor - Google Patents

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WO2014166479A2
WO2014166479A2 PCT/DE2014/100121 DE2014100121W WO2014166479A2 WO 2014166479 A2 WO2014166479 A2 WO 2014166479A2 DE 2014100121 W DE2014100121 W DE 2014100121W WO 2014166479 A2 WO2014166479 A2 WO 2014166479A2
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capacitive
voltage
measuring
shielding
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Frank Winkens
Jürgen Glock
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Balluff GmbH
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Definitions

  • the invention is based on a stepless capacitive level sensor with an electrode unit according to the preamble of the independent claim.
  • Capacitive level sensors can be used to measure levels of liquid IV media or solids. At a capacitive
  • a measuring impedance is formed whose ohmic component, but especially their capacitive component reflects a measure of the level.
  • a measuring electrode is provided, which is positioned electrically insulated on the outer wall of a container or in a submersible probe adjacent to a counter-electrode.
  • the capacitive sensor comprises a measuring electrode and a counter electrode, wherein the counter electrode is the electrical Shaft mass is that can correspond to the Erdpotenziai.
  • Electrodes form an IVless condenser with the medium as a dielectric.
  • the capacity of the measuring capacitor depends on the filling level of the medium.
  • the capacitance of the measuring capacitor is measured by comparison with the capacitance of a reference capacitor.
  • Both capacitors are connected via a respective resistor to a voltage source. To carry out the measurement, both capacitors are short-circuited by switching on in chronological order and thus discharged.
  • the voltage increase across the two capacitors after opening the fuse depends on the charging resistances and the capacitances. Based on an evaluation of the rising tents or on the basis of an evaluation of the time average of the voltages at the capacitors, the filling height could be determined. Im shown
  • Embodiment however, the time averages of the voltages in a comparator are compared. At the output of the comparator is a switching signal available, which signals that the Füliiere has exceeded a certain level or less.
  • the measuring electrode is surrounded on both sides and on the back with a shielding electrode to eliminate the electromagnetic environmental influences.
  • the shield is an active shield in which the potential of the shield electrode is kept at the potential of the measuring electrode.
  • the electrode unit Due to an absolute measurement of the capacitance of the measuring capacitor formed by the measuring electrode and the counter electrode, the electrode unit is firmly predetermined and must be calibrated in each case with regard to the nature of the medium. From the published patent application DE 199 49 985 A1 is a capacitive
  • Level sensor which is operated in the context of an oscillation method.
  • the operating frequency is in a range of 5 - 10 MHz, Zur
  • Adhesion residues of the electrically solid medium in the region of the electrodes Adhesion residues of the electrically solid medium in the region of the electrodes, a further electrode is provided.
  • the comparatively high operating frequency up to 10 MHz places correspondingly high demands on the electrical shielding of the capacitive fill-in sensor to fulfill the E MV regulations.
  • Circuitry for operating the described measuring capacitor requires an absolute reference to the earth potential.
  • the function of the known capacitive level sensor depends on the configuration of the container in which the medium is stored, the filling height to be measured.
  • the published patent application DE 10 2009 002 674 A1 describes a capacitive fill level sensor in which a measuring electrode is provided, which forms the measuring capacitor with an electrical circuit ground as counter-electrode.
  • the measuring capacitor is part of a series resonant circuit
  • Oscillation frequency depends on the impedance of the medium.
  • the conductivity of the medium has an influence on the quality of the resonant circuit containing the measuring capacitor so that the level of the medium can be determined by evaluating the amplitude and frequency of the oscillating signal.
  • Laid-open specification DE 41 31 582 A1 describes a capacitive fill level sensor which has a measuring electrode, an after-shield electrode arranged behind the measuring electrode and an electrode, wherein the counter-electrode is formed by the metallic container wall.
  • the measuring electrode and the metallic Benzolierwand form a measuring capacitor whose
  • Capacity depends on the level of the medium.
  • the utility model DE 7138801 U describes a capacitive
  • Fülistandssensor with an immersed in the medium Eleorkodenech containing a strip-shaped measuring electrode and a strip-shaped counter-electrode.
  • the two electrodes form a measuring capacitor whose capacity depends on the level of the medium.
  • the measuring and counterelectrodes are arranged side by side on a dielectric container wall which is in contact with the medium on one side.
  • a shielding electrode is arranged on the side of the measuring electrode facing away from the medium. The measuring electrode and the shielding electrode are held at the same potential so that no electric field and therefore no capacitance occur between the shielding electrode and the measuring electrode can.
  • the measuring capacitor is thereby formed exclusively by the counter-electrode and the measuring electrode, whereby only that electric field which runs within the medium is effective, but not the electric field occurring between the counter-electrode and the shielding electrode.
  • the measurement result is not influenced by the capacitance which is applied between the counterelectrode and the shielding, and thereby depends at least approximately only on the level of the medium.
  • the invention has for its object to provide a capacitive Fülistandssensor, which allows easy adaptation to different Stands- measuring ranges or different high container.
  • Electrode unit includes, which includes a strip-shaped measuring electrode, a strip-shaped counter-Eleorkode and a strip-shaped shielding electrode, wherein the shielding electrode at least partially surrounds the measuring electrode.
  • the inventive capacitive Fülistandssensor initially characterized by the fact that a first echseimentsquelfe with predetermined
  • Frequency and amplitude is provided, to which the shielding electrode is connected, so that an umbrella capacitor formed between the shielding electrode and the measuring electrode has a shielding capacity which is proportional to the length of the shielding electrode.
  • the capacitive level sensor according to the invention is further characterized in that a second alternating voltage source of the same frequency and with a predetermined second amplitude is provided, wherein the second amplitude is in opposite phase to the first amplitude, at which the go-go electrode
  • an Ivless capacitor formed between the counter electrode and the measuring electrode has a measuring capacity which is proportional to the level.
  • the measuring electrode voltage which can be tapped off at the measuring electrode is from the
  • the measuring electrode voltage or a signal derived therefrom can be output as an output signal for a measure of the filling level.
  • the sensing electrode voltage may be used as part of a closed-loop control, where a control voltage may be provided as an output for a level measurement.
  • the capacitive level sensor according to the invention is a high-fiexibier sensor for direct and continuous implementation of the level of a medium in a container in a corresponding ⁇ usgangssignai.
  • an output signal for example, an analog voltage in the range vo 0 - 0 V or
  • an impressed current in the range of 4 - 20 mA be provided.
  • the capacitive level sensor according to the invention is preferably arranged on a non-metallic outer wall of the container.
  • the output signal! always reflects a measure of the current level of fill level over the entire range of zero, corresponding to the bottom of the electrode unit, to the maximum value corresponding to the top of the electrode unit.
  • the output signal always uses the same intended electric range, which lies between the minimum and the maximum level to be measured, assuming only that the thickness of the wall of the container and in particular the electrical properties of the medium are at least approximately equal stay.
  • Both the measuring capacitance of the measuring capacitor and the ⁇ bschirrn-Capaci! of the shield capacitor change both with the freely selectable length of the electrode unit as well as depending on the level of the same.
  • the capacitance-dependent ratio of the measuring capacitance with respect to the shield capacitance remains constant independently of the freely configurable length of the electrode unit. Under the above condition, the output signal thus always passes through the same stroke or range of values regardless of whether the length of the
  • Electrode unit for example, only 10 cm or, for example, 100 cm.
  • a first embodiment provides that the shielding electrode is designed as a third strip-shaped shielding electrode, which is arranged on the rear side of the measuring electrode facing away from the container and in that the third shielding electrode covers the measuring electrode Measure not only the umbrella capacitor is formed, but it is at the same time
  • the shielding electrode additionally acts as a first strip-shaped shielding electrode and as a first second strip-shaped shielding electrode is formed such that the first shielding electrode is arranged on one side next to the measuring electrode and the second etching frame on the other side next to the measuring electrode, and that the first, second and third shielding electrodes Electrode are electrically connected together. Due to the fact that the first and second shielding electrodes are arranged in the same plane as the measuring electrode, simple assembly of the first and second shielding electrodes results.
  • the wall of the container lies in the electric field between the first shielding electrode and the Ivless electrode or between the second shielding electrode and the measuring electrode.
  • the value of the two partial shielding capacitances thus depends on the dielectric of the wall of the container .
  • the shield capacity increases, but also the coupling or the voltage resulting from the coupling at the measuring electrode.
  • the coupling from the yess electrode to the medium also increases.
  • the influence of the material of the wall of the container is compensated in this way within certain limits. The same applies to a ⁇ nhesungsresi of
  • a development of this embodiment provides that the counter-electrode, the measuring electrode and the first and second ⁇ bcap electrode on a
  • an insulating layer is provided at least in the region between the third shielding electrode on the one hand and the measuring electrode, the first shielding electrode and the second shielding electrode.
  • the insulating layer which is preferably a low
  • Dielectric constant has a simple specification of Able- apacity in manufacturing based on the unit length of the electrode unit. Vorzugsswesse the insulating layer is realized as a foam tape.
  • An embodiment provides that the rear side of the electrode unit, corresponding to the rear side of the third shielding electrode and the counterelectrode, is coated with an insulating protective layer. As a result, the electrodes produced, for example, from copper foil are compared
  • Another embodiment provides that an adhesive layer is provided on the side of the electrode unit facing the container on the outside wall of the container for fixing the ejector unit.
  • the adhesive coating allows easy mounting on a curved outer wall of the container.
  • Another development of the capacitive level sensor according to the invention provides that the measuring electrode, the counter-electrode and the shielding electrode directly on a circuit board of a first electronic unit
  • the electronic unit may include a signal processing arrangement for driving the electrodes and the complete evaluation circuit, so that at the output of the first
  • an output signal can be provided, which reflects the level.
  • An embodiment of the capacitive fill level sensor according to the invention provides that the second realizing line is implemented as an inverter whose Input is connected to the first AC voltage source. With this measure, the Realisätation the second WeGhelsbondsario is particularly inexpensive, while providing the antiphase
  • the inverter is preferably set to a gain of at least approximately one.
  • AC voltage sources is set to a value between 0.1 MHz and 30 MHz.
  • the selection of the frequencies in the specified range makes it possible, on the one hand, to sufficiently couple the alternating voltage vo of the absehirm electrode and the counterelectrode to the measuring electrode.
  • the Kirspannu conditions can be realized in this frequency range with simple means.
  • the frequency is preferably set to at least approximately 1 MHz.
  • One embodiment provides a rectifier for rectifying the measuring electrode voltage occurring at the measuring electrode, wherein the dc voltage present at the output of the rectifier can be used as an output signal, which can be regarded as a measure for the filling level.
  • AC voltage source is realized as a controlled AC voltage source, the output voltage in response to a control voltage is changeable.
  • the control voltage is determined as a function of the output signal of a comparator, which compares the DC voltage provided by the rectifier with a fixed reference voltage. This creates a closed control loop that keeps constant the ess electrode voltage that can be picked off at the measuring electrode.
  • the control voltage as
  • Output voltage are used, which reflects a measure of the level.
  • the measuring electrode voltage which can be tapped off at the measuring electrode is used to determine a measure of the filling level, although the measuring electrode voltage is kept constant.
  • FIG. 1 shows a capacitive fill level sensor according to the invention which is cut in the height direction in the region of an electrode unit;
  • FIG. 2 shows a section in the height direction through a capacitive fill level sensor according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section through a Elektrodeneinheii a
  • FIG. 4 shows a first embodiment of a signal processing arrangement
  • FIG. 5 shows functional relationships between an output signal of the signal processing arrangement shown in FIG. 4 and fill levels
  • Figure 8 shows a second embodiment of a signal processing
  • FIG. 7 shows functional relationships between an output signal of the signal processing arrangement and fill levels shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a capacitive fill level sensor 10 according to the invention, which is cut in the height direction in the region of an electrode in position.
  • the capacitive level sensor 10 measures the level H1, H2 of a medium 16 located in a container 14 in a filling level measuring range H, in the exemplary embodiment shown, the medium 18 has a first filling level H1.
  • the electrode unit 12 is glued to the outer wall 20 of the container 14 by means of an adhesive layer 18. Due to the partially sectioned illustration, a Wess electrode 22, a counter-electrode 24, a first shielding electrode 28 and a second shielding electrode 28 are visible.
  • the electrode unit 12 is connected to a first electronic unit 30, which is shown in FIG.
  • the capacitive level sensor 10 according to the invention which is cut in the vertical direction in the region of the measuring electrode 22 and shown in FIG. 2, shows a third shielding electrode 40 arranged on the rear side of the ess electrode 22.
  • the electrode unit 12 is surrounded by a protective layer 42 at least on the rear side.
  • the electrodes 22, 24, 28, 28, 40 are with a in.
  • the first electronic unit 30 arranged board 44 contacted, for example mitteis soldering.
  • the first electronic unit 30 includes a signal processing
  • FIG. 3 shows a cross section through the electrode unit 12 of FIG.
  • Capacitive level sensor 10 according to the invention.
  • the container wall 20 and the electrode unit 12 are shown rectilinearly, so that the capacitive level sensor 10 according to the invention is positioned, for example, against a rectangular container 14.
  • the outer wall 20 has a curvature, which can be easily adapted to the electrode unit 12 due to their structure described in detail below.
  • the Elektrodeneinheif 12 is glued to the adhesive layer 18 on the non-metallic outer wall 20 of the container 14.
  • the adhesive layer 18 is applied to the side of the carrier 14 facing the container 14, preferably a flex circuit board, which preferably contains the counter electrode 24, the first shield electrode 28, the measuring electrode 22 and the second diaphragm electrode 28 as conductor tracks , ,
  • an insulating layer 50 is provided which preferably exhibits a low dielectric constant.
  • the insulating layer 50 is made of a foam adhesive tape, for example. The insulating layer 50 separates the measuring electrode 22 and the first and second shielding electrodes 26, 28 from the third shielding electrode 40.
  • the rear region of the electrode unit 12 with respect to the container 14 is surrounded by a protective layer 42, which protects the Elektrodeneinheif 12 in particular from environmental influences.
  • the complete electrode unit 12 is made of flexible materials, so that the electrode unit 12 can be easily adapted to different outer wall curvatures of cylindrical or oval containers 14.
  • the widths of the measuring electrode 22 and the first and second shielding electrodes 28, 28 may be 3.5 mm, for example, while the width of the third shielding electrode 40 may be between 8-13 mm ,
  • the width of the Gage electrode 24 is for example 8 mm.
  • the thickness of the insulating layer 50 is, for example, 1 mm.
  • the thickness of the adhesive layer 18, the electrodes 22, 24, 26, 28, 40 and the protective layer 42 are in the micrometer range, the thickness of the substrate 48, which is realized for example as a Flex-Plailne, is for example in. upper micrometer range,
  • Level sensor 10 with the electrode unit 12 shown lies in the fact that the electrode unit 12 can be adapted by the user in a very simple manner to different height ranges H corresponding to different heights of containers 14 by shortening the electrode unit 12 to the required length, for example by means of a pair of scissors. Therefore, the electrode unit 12 can be adapted by the user in a very simple manner to different height ranges H corresponding to different heights of containers 14 by shortening the electrode unit 12 to the required length, for example by means of a pair of scissors. Therefore, the
  • Capacitive level sensor 10 can be manufactured and offered, for example, by the meter.
  • the electrodes 22, 28, 28, 40 effectively form a semi-coaxial structure in which the measuring electrode 22 is comparable to the inner ear of a coaxial line which is open to the outer wall 20 of the container 14, but on the sides of the first and second shielding electrode 28, 28 and shielded to the rear from the third shielding electrode 40.
  • the first and second shielding electrode 28, 28 shielded to the rear from the third shielding electrode 40.
  • the first electronic unit 30 positioned at the lower end of the electrode unit 12.
  • the first electronic unit 30 can be mounted at any height position of the electrode unit 12 and contacted with the electrode unit 12.
  • Electrode unit 2 connected Elektroniktician 30 a not shown in detail second Eiektronikhim provided spatially separated from the
  • Electrode unit 12 is arranged.
  • the electrode unit 12 is connected to the second electronic unit with at least a 5-wire, preferably pluggable cable.
  • the board 44 lying within a housing of the first electronic unit 30 ends of the electrodes 22, 24, 20, 28, 40, the signal processing
  • Arrangement 46 and the weathering components of the first electronic unit 30 can be surrounded with a filling material, such as cast resin, so that the first electronic unit 30 is protected in particular from environmental influences.
  • a measuring capacitor 52 is formed between the measuring electrode 22 and the counter-electrode 24, which has a level-dependent Ivless capacity.
  • the measuring capacity has a small basic amount, which is linearly dependent on the level measuring range H. In particular, however, the measuring capacity has a fill level-dependent value which is proportional to the fill level H1, H2 of the Ivlediums 16 in the container 14.
  • a first shield capacitor 54 between the measuring electrode 22 and the second shielding electrode 28, a second shield capacitor 56 and between the Measuring electrode 22 and the third shielding electrode 40, a third Able- capacitor 58 emerged.
  • the capacitances of the shield capacitors 54, 56, 58 are exclusively dependent and proportional to the level measurement range H, corresponding to the length of the electrode unit 12.
  • the Abschirrn capacitances increase accordingly linear with the length of the electrode unit 12 at.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the signal processing arrangement 46, which is provided for operating the electrode unit 12.
  • the signal processing arrangement 46 includes a first AC voltage source 60 connected between a circuit ground 62 and the electrically connected schirrn electrodes 26, 28, 40 corresponding to the shield capacitors 54, 56, 58.
  • the first AC voltage source 60 provides a first, preferably sinusoidal AC voltage 64 whose frequency is, for example, in the range of 0.1 to 30 MHz.
  • the frequency of the first AC voltage is set to 1 MHz. The frequency is to be determined in such a way that, on the one hand, only a small undesired emission of the signal takes place and, on the other hand, in view of the comparatively small occurring capacitances which lie in the picofarad range
  • a second Komditionsquefle 86 is provided, which is realized in the illustrated embodiment as an inverter.
  • the AC voltage source 68 is connected to the counter electrode 24.
  • the second alternating voltage source 66 provides a second alternating voltage 88, which has the same frequency as the first alternating voltage 84, but which is phase-shifted by 180 °, that is to say opposite to the first alternating voltage 64.
  • the second AC voltage branch 68 implemented as an inverter de
  • Amplification factor 1 so that the amplitude of the first AC voltage 64 at least approximately equal to the amplitude of the second
  • AC voltage 68 is.
  • the measuring electrode 22 is preferably on. connected to an impedance converter 70, which only slightly loads the measuring electrode 22, passes an occurring at the measuring electrode 22 IViess electrode voltage 72 jedoc low impedance to a near-connected rectifier 74 passes.
  • the rectifier 74 provides a DC voltage UDC which corresponds to the rectified IVfess electrode voltage 72
  • a divided, yogtlstandscole measuring electrode voltage 72 occurs at the measuring electrode 22 . Reference is made to the sum of the shimming capacitances of the shielding capacitors 54, 56, 50.
  • the measuring electrode voltage 72 decreases with increasing filling level H1, H2 of the medium 18, because the voltages behave inversely to the capacitances of the capacitors 52, 54, 56, 58.
  • the first alternating voltage 64 and the second alternating voltage 68 are respectively recorded with a constant amplitude and the measuring electrode voltage 72 with two different amplitudes, the higher amplitude (solid lens) at a lower filling level H1 and a higher filling level H2 the lower amplitude (strieffiniert) occurs.
  • the Iviess electrode voltage 72 could already be used directly as a measure of the filling level H H2, with the highest measuring electrode voltage 72 at the lowest measurable filling level H1, H2 and the lowest measuring electrode voltage 72 at the highest measurable filling level Hl H2 occurs.
  • the DC voltage UPC instead of directly the measuring electrode voltage 72 is used as a measure of the level Hl, H2 and provided as an output signal 36.
  • the variable ivless electrode voltage 72 is used as a measure for determining the fill level H1, H2, of a medium 18 in a container 14.
  • Figure 5 shows functional relationships between the DC voltage UDO for two different Füii einn measuring ranges H, ⁇ ', which are provided for two containers 14 of different heights.
  • the DC voltage UDC corresponds to the output voltage 3ö of the capacitive level sensor 10.
  • the DC voltage UDC can be converted into a predetermined range of the output signal 36.
  • the output signal 36 can be converted to the range of 0-10 V or the range of 4-20 mA and output.
  • the smallest DC voltage UDC which corresponds to the higher level H2, is not set to zero, in FIG.
  • the smallest value of the DC voltage UDC can of course be set to the value zero.
  • the essential advantage of the capacitive level sensor 10 according to the invention lies in the fact that the electrode unit 12 by the user himself on the
  • each suitably tailored capacitive level sensor 10 has the same voltage range of the DC voltage UDC or the same voltage range of the output signal 36 depending on the respective voltage range Fölistands iVless area H, H s providing.
  • the scaling for different filling level measuring units H, H ' is independent of the length of the electrode unit 12.
  • the smaller filling level measuring range H with the filling levels H1, H2 shown as an example uses the entire available voltage range of the DC voltage UDC or the output signal 38 from exactly the same like the bigger one
  • Arrangement 46 which provides an output signal 36 which is proportional to the level H1, H2 of the medium 16, that is, the output signal 36 BE rising level H1, H2 also increases.
  • the first alternating voltage source 60 is designed in this embodiment as a controllable first alternating voltage source 60, wherein the amplitude of the first alternating voltage 64 can be changed by means of a regulating voltage UR.
  • the amplitude of the first AC voltage 64 is thus determined by the
  • Control voltage UR specified.
  • the DC voltage UDC is provided to a comparator 84 which supplies the DC voltage UDC to one of a reference voltage pump 86
  • the control voltage UR compares and depending on the comparison result, the control voltage UR provides For example, the reference voltage Uref is 1 V.
  • the comparator 84 is realized, for example, as a high-gain differential amplifier, so that the output signal! If necessary, a comparator can also be used as the comparison 84. In this case, it must be ensured that the resulting control loop is sufficiently damped to avoid control oscillations.
  • the resulting control circuit ensures that the first AC voltage 64 and thus the second AC voltage 68 are adjusted to an amplitude at which the ess-E Stammroden voltage 72 and, accordingly, the resulting DC voltage UDC are kept constant, namely the value of the reference voltage Uref In Figure 8 are therefore the first
  • the control voltage UR can be used as an output signal 36, which is proportional to the level H1, H2; H1 ! , H2 1 of the medium 16 in the container 14.
  • the measuring electrode voltage 72 which is kept constant in this exemplary embodiment, is ultimately used as a measure for determining the filling level H1, H2; H, H2 'of a medium 16 in a container 14 used.
  • FIG. 7 shows two functional relationships between the control voltage UR and the fill levels H1, H2; Shown H1 ⁇ H2 'for two ⁇ different liquid level measurement ranges H, H'.
  • the control voltage UR corresponds to the
  • the output signal 36 without intervention in the signal processing device 46 by the user on the entire predetermined range of, for example, 0 - ⁇ 10 V or
  • Elektorodeeinhe.it 12 and thus independent of the specified level measuring range H, H ⁇
  • a low level of the control voltage UR or of the output signal 38 corresponds to a low level H1, H and a higher level of the control voltage UR of the output signal 36 to a higher level H2, H2 '.
  • H1, H2; ⁇ H2 ! registered, which can occur at two different Fflestands- Hf H, H '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Füllstandssensor (10) zur Messung des Füllstands (H1, H2; Η1', H2') eines Mediums (18) in einem Behälter (14), mit einer Elektrodeneinheit (12), die eine streifenförmige Mess-Elektrode (22), eine streifenförmige Gegen-Elektrode (24) und eine streifenförmige Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) enthält, wobei die Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) die Mess-Elektrode (22) zumindest teilweise umgibt. Der erfindungsgemäße kapazitive Füllstandssensor (10) zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Wechselspannungsquelle (60) mit vorgegebener Frequenz und Amplitude vorgesehen ist, an welcher die Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) angeschlossen ist, sodass ein zwischen der Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) und der Mess-Elektrode (22) ausgebildeter Abschirm-Kondensator (54, 56, 58) eine Abschirm-Kapazität aufweist, die proportional zur Länge der Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) ist, dass eine zweite Wechselspannungsquelle (68) gleicher Frequenz und mit vorgegebener zweiter Amplitude vorgesehen ist, wobei die zweite Amplitude gegenphasig zur ersten Amplitude ist, an welcher die Gegen-Elektrode (24) angeschlossen ist, sodass ein zwischen der Gegen-Elektrode (24) und der Mess-Elektrode (22) ausgebildeter Mess-Kondensator (52) eine Mess-Kapazität aufweist, die proportional zum Füllstand (H1, H2; Η1', H2') ist, und dass die an der Mess-Elektrode (22) liegende Mess-Elektroden-Spannung (72) zur Ermittlung des Füllstands (H1, H2; Η1', H2') herangezogen wird.

Description

Titel
Kapazitiver Fülistandssensor
Die Erfindung geht aus von einem stufenlosen kapazitiven Föilstandssensor mit einer Eiektrodeneinheit nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Kapazitive Füllstandssensoren können zur Messung von Füllständen flüssiger IVIedien oder von Feststoffen eingesetzt werden. Bei einem kapazitiven
Füllstandssensor zur Messung von Füllständen wird eine Mess-impedanz herausgebildet, deren ohmsche Komponente, insbesondere jedoch deren kapazitive Komponente ein Maß für den Füllstand widerspiegelt.
In einer einfachen Ausgestaltung einer Elektrodeneinheit ist eine Mess-Elektrode vorgesehen, die elektrisch isoliert an der Außenwand eines Behälters oder in einer Tauchsonde benachbart zu einer Gegen-Elektrode positioniert ist.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2009 017 011 Ä1 ist ein kapazitiver
Füllstandssensor beschrieben, der eine Messung der Füllhöhe eines Mediums i einem Behälter ermöglicht. Der kapazitive Sensor umfasst eine Mess-Efektrode und eine Gegen-Elektrode, wobei die Gegen-Elektrode die elektrische Schaftungsmasse ist, die dem Erdpotenziai entsprechen kann. Die beiden
Elektroden bilden einen IVless-Kondensaior mit dem Medium als Dielektrikum. Die Kapazität des Mess-Kondensators hängt von der Füllhöhe des Mediums ab. Die Kapazität des Mess-Kondensators wird anhand eines Vergleichs mit der Kapazität eines Referenz-Kondensators gemessen. Beide Kondensatoren sind über jeweils einen Widerstand mit einer Spannungsquelle verbunden. Zur Durchführung der Messung werden beide Kondensatoren durch Einschaltet in zeitlicher Folge kurzgeschlossen und somit entladen. Der Spannungsanstieg an den beiden Kondensatoren nach dem Öffnen der Schafter hängt von de Lade-Widerständen und den Kapazitäten ab. Anhand einer Bewertung der Anstiegszelt oder anhand eine Bewertung des zeitlichen Mittelwerts der an den Kondensatoren liegenden Spannungen könnte die Füllhöhe bestimmt werden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel werden jedoch die zeitlichen Mittelwerte der Spannungen in einem Komparator miteinander verglichen. Am Ausgang des Komparators steht ein Schaltsignal zur Verfügung, welches signalisiert, dass die Fülihöhe ein bestimmtes Maß überschritten hat oder darunter liegt.
In einem Äusführungsbeispie! ist die Mess-Elektrode auf beiden Seiten und auf der Rückseite mit einer Abschirm-Elektrode umgeben, um die elektromagnetische Umgebungseinflüsse zu eliminieren. Bei der Abschirmung handelt es sich um eine aktive Abschirmung, bei welcher das Potenzial der Abschirm-Elektrode- auf dem Potenzial der Mess-Elektrode gehalten wird. Dadurch weist die Kapazität des Kondensators, der von der fvless-Elekirode und der Abschirm-Elektrode gebildet wird, einen Wert von wenigstens näherungsweise null auf.
Aufgrund einer absoluten Messung der Kapazität des von der Mess-Elektrode und der Gegen-Elektrode gebildeten Mess-Kondensators Ist die Elektrödeneinheit fest vorgegebe und muss- im Hinblick auf die Beschaffenheit des Mediums jeweils kalibriert werden. Aus der Offenlegungsschrift DE 199 49 985 A1 geht ein kapazitiver
Füllstandssensor hervor, der im Rahmen eines Oszillationsverfahrens betrieben wird. Die Betriebsfrequenz liegt in einem Bereich von 5 - 10 MHz, Zur
Kompensation der Behälterwandkapazitäf sowie zur Kornpensation eines
Anhaftungsrests des elektrisch festfähigen Mediums im Bereich der Elektroden ist eine weitere Elektrode vorgesehen. Die vergleichsweise hohe Betriebsfrequenz bis 10 MHz stellt entsprechend hohe Anforderunge an die elektrische Abschirmung des kapazitiven Füllsiandssensors zur Erfüllung der E MV- orschriften. Die
Schaltungsanordnung zum Betreiben des beschriebenen Mess-Kondensators erfordert einen absoluten Bezug zum Erdpotenztal. Hierdurch hängt die Funktion des vorbekannten kapazitiven Füllstandssensors von der Ausgestaltung des Behälters ab, in welchem das Medium gelagert ist, dessen Füllhöhe gemessen werden soll.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 002 674 A1 beschreibt einen kapazitiven Füllstandssensor, bei welchem eine Mess-Eiektrode vorgesehen ist, die mit einer elektrischen Schaltungsmasse als Gegen-Elektrode den Mess- ondensator bildet Der Mess-Kondensator ist Teil eines Serien-Schwingkreises, desse
Schwingfrequenz von der Impedanz des .Mediums abhängt. Die Leitfähigkeit: des Mediums hat einen Einfluss auf die Güte des den Mess-Kondensator enthaltenden Schwingkreises, sodass der Füllstand des Mediums anhand einer Bewertung der Amplitude und der Frequenz des Schwingungssignals ermitielt werden kann. Durch die Einbeziehung der elektrischen Schaltungsmasse kann die vorbekannte
Vorgehensweise nur in Tauchsonde mit geerdetem Metallgehäuse verwendet werden, wobei die Mess-Eiektrode immer nahe der Metaligehäusefläche angeordnet sein muss.
In der Offenlegungsschrift DE 41 31 582 A1 ist ein kapazitiver Füllstandssensor beschrieben, der eine Mess-Eiektrode, eine hinter der Mess-Eiektrode angeordnete Äbschirm-Elektrode sowie eine ©egen-Elektrode aufweist, wobei die Gegen- Elektrode durch die metallische Behälterwand gebildet wird. Die Mess-Eiektrode und die metallische Behälierwand bilden einen Mess-Kondensator, dessen
Kapazität vom Füllstand des Mediums abhängt.
Das Gebrauchsmuster DE 7138801 U beschreibt einen kapazitiven
Fülistandssensor mit einer in das Medium eintauchenden Elekirodeneinheit, welche eine streifenförmige Mess-Elektrode und eine streifenförmige Gegen-Elektrode enthält. Die beiden Elektroden bilden einen Mess-Kondensator, dessen Kapazität vom Füllstand des Mediums abhängt Die ess- und Gegen-Elektrod sind nebeneinander an einer einseitig mit dem Medium in Berührung stehenden dielektrischen Behälterwand angeordnet. Auf der dem Medium abgewandten Seite der Mess-Elektrode ist eine Abschirra-Elektrode angeordnet Die Mess- Elektrod und die Äbschirm-Eiektrode werden auf demselben Potenzial gehalten, sodass zwischen der Äbschirm-Eiektrode und der Mess-Elektrode kein elektrisches Feld und somit keine Kapazität auftreten kann. Der Mess-Kondensator wird dadurch ausschließlich von der Gegen-Elektrode und der Mess-Elektrode gebildet, wobei nur dasjenige elektrische Feld wirksam wird, welches innerhalb des Mediums verläuft, Jedoch nicht das zwischen der Gegen-Elektrode und der Äbschirm- Eiektrode auftretende elektrische Feld. Das Messergebnis wird dadurch von der zwischen der Gegen-Elektrode und der Abschirmung herausgebiSdefe Kapazität nicht beeinflusst und hängt dadurch wenigstens näherungsweise nur vom Füllstand des Mediums ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Fülistandssensor anzugeben, welcher eine einfache Anpassung an unterschiedliche Füllstands- Messbereiche beziehungsweise unterschiedlich hohe Behälter ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung geht von einem kapazitiven Füüstandssensor zur stufenlosen
Messung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter aus, der eine
Elektrodeneinheit umfasst, welche eine streifenförmige Mess-Elektrode, eine streifenförmige Gegen-Elekirode sowie eine streifenförmige Abschirm-Elektrode enthält, wobei die Abschirm-Elektrode die Mess-Elektrode zumindest teilweise umgibt.
Der erfindungsgemaße kapazitive Fülistandssensor zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass eine erste echseispannungsquelfe mit vorgegebener
Frequenz und Amplitude vorgesehen ist, an welcher die Abschirm-Elektrode angeschlossen ist, sodass ein zwischen der Abschirm-Elektrode und der Mess- Elektrode ausgebildeter Äbschirm-Kondensator eine Abschirm-Kapazität aufweist, die proportional zur Länge der Äbschirm-Eiektrode ist.
Der erfindungsgemäße kapazitive Füllstandssensor zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass eine zweite Wechselspannungsquelle gleicher Frequenz und mit vorgegebener zweiter Amplitude vorgesehen ist, wobei die zweite Amplitude gegenphasig zur ersten Amplitude ist, an welcher die Gegeh-Elektrode
angeschlossen ist, sodass ein zwischen der Gegen-Elektrode und der Mess- Elektrode ausgebildeter Ivless-Kondensator eine Mess-Kapazität aufweist, die proportional zum Füllstand ist.
Die an der Mess-Elektrode abgreifbare Mess-Elektroden-Spannung ist vom
Verhältnis der Abschirm-Kapazität zu Mess-Kapazität abhängig und wird so zur Ermittlung des Füllstands herangezogen. Hierbei kann die Mess-Elektroden- Spannung oder ein daraus abgeleitetes Signal als Ausgangssignal für ein Maß des Füllstands ausgegeben werden. Alternativ kann die Mess-Elektroden-Spannung im Rahmen einer Regelung verwendet werden, wobei eine Regelspannung als Ausgangssignal für ein Maß des Füllstands bereitgestellt werden kann. Der erfindungsgemäße kapazitive Füllstandssensor ist ein hochfiexibier Sensor zur direkten und stufenlosen Umsetzung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter in ein korrespondierendes Äusgangssignai. Als Ausgangssignal kann beispielsweise eine analoge Spannung im Bereich vo 0 - 0 V oder
beispielsweise ein eingeprägter Strom im Bereich von 4 - 20 mÄ vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße kapazitive Föllstandssensor wird vorzugsweise auf einer nicht metallischen Außenwand des Behälters angeordnet. Das Äusgangssigna! spiegelt jederzeit ein Maß für die aktuelle Höhe des Füllstands im gesamten essbereich von null, entsprechend dem unteren Ende der Elektrodeneinheit, bis zum Maximalwert, entsprechend dem oberen Ende der Elektrodeneinheit wider.
Ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen kapazitive
FÜlistandssensors mit der Elektrodeneinheit liegt darin, dass die Länge der Eiektrodeneinheit individuell durch einfaches Abschneiden auf einen vorgegebenen Füllstands- essbereich, entsprechend einer vorgegebenen Höhe des Behälters, angepasst werden kann. Daher kann der erfindungsgemäße kapazitive
Föllstandssensor preiswert beispielsweise als Meterware hergestellt und geliefert werden.
Das Äusgangssignai nutzt unabhängig von der Läng der Elektrodeneinheit stets denselben vorgesehenen elektrischen Bereich aus, der zwischen dem minimalen und den maximalen zu messenden Füllstand Hegt, wobei lediglich vorausgesetzt wird, dass die Dicke der Wand des Behälters sowie insbesondere die elektrischen Eigenschaften des Mediums wenigstens näherungsweise gleich bleiben. So werden ohne weiteren Eingriff in eine signalverarbeitende Anordnung ein
Füllstands-Messbereich bei einem Behälter von beispielsweise 10 cm maximalem Füllstand oder bei einem hohen Behälter von beispielsweise 100 cm maximalem Füllstand auf den gleichen Bereich des Äusgangssignals von den bereits beispielsweise genannten 0 - 10 V oder 4 - 20 mÄ verteilt. Sowohl die ess-Kapazität des Mess-Kondensators als auch die Äbschirrn- Kapazifä! des Abschirm-Kondensators ändern sich sowohl mit der frei wählbaren Länge der Elektrodeneinheit als auch in Abhängigkeit vom Füllstand gleich.
Aufgrund des Gleichlaufs der beiden Kapazitäten bleibt das füilstandsabhängige Verhältnis der Mess-Kapazität bezogen auf die Äbschirm-Kapazität unabhängig von der frei konfigurierbaren Länge der Elektrodenefnheit konstant. Unter der oben genannten Voraussetzung durchläuft das Ausgangsignal somit immer den gleichen Hub beziehungsweise Wertebereich unabhängig davon, ob die Länge der
Elektrodeneinheit beispielsweise nur 10 cm oder beispielsweise 100 cm beträgt.
Aufgrund der gegenphasigen Beaufschlagung der Gegen-Elektrode einerseits und der Äbschirm-Elektrode andererseits mit den von beiden
Wechselspannungsquellen bereitgestellten Wechseispannungen ist das Potenzial der elektrischen Feldlinien in der geometrischen Mitte zwischen der Mess- Elektrode und der Gegen-Elektrode identisch mit dem Erdpotenzial
beziehungsweise der Schaltungsmasse. Die Messergebnisse sind somit unabhängig von den Erdungsverhältnissen am Behälter.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstände jeweils von abhängigen Ansprüchen.
Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass die Äbschirm-Elektrode als eine dritte streifenförmige Äbschirm-Elektrode ausgebildet ist, die auf der hinteren, vom Behälter abgewandte Seite der Mess-Elektrode angeordnet ist und dass die dritte Äbschirm-Elektrode die Mess-Elektrode überdeckt Mit dieser Maßnahme wird nicht nur der Äbschirm-Kondensator gebildet, sondern es wird gleichzeitig ein
elektromagnetische Abschirmung gegenüber 'Störsignalen aus der Umgebung erzielt.
Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht vor, dass die Abschirm- Elektrode zusätzlich als eine erste streifenförmige Äbschirm-Elektrode und als eine zweite streifenförmige Äbschirm-Elektrode ausgebildet ist, dass die erste Äbschirm- Elektrode auf der einen Seite neben der ess-Efektrode und die zweite Äbschfrm- Elektrode auf der anderen Seite neben der Mess-Elektrode angeordnet sind und dass die erste, zweite und dritte Äbschirm-Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind. Aufgrund der Tatsache, dass die erste und zweite Äbschirm- Elektrode in der gleichen Ebene wie die Mess-Elektrode angeordnet sind, ergibt sich eine einfache Montage de ersten und zweiten Äbschirm-Elektrode.
Im elektrischen Feld zwischen der ersten Äbschirm-Elektrode und der Ivless- Elektrode beziehungsweise zwischen der zweiten Abschirm- Elektrode und der Mess-Elektrode liegt die Wand des Behälters, Der Wert der beiden Teil-Äbschirm- Kapazitäten ist somit vom Dielektrikum der Wand des Behälters abhängig. Mit einer Erhöhung des Dielektrikums der Wand des Behälters erhöht sich nicht nur die Äbschirm-Kapazität, sondern auch di Kopplung beziehungsweise die aus der Kopplung resultierende Spannung an der Mess-Elektrode. Gleichzeitig erhöht sich jedoch auch die Kopplung von der yess-Elektrode hin zum Medium. Der Einfluss des Materials der Wand des Behälters wird auf diese Weise innerhalb gewisser Grenzen kompensiert. Gleiches gilt auch für einen Änhaftungsresi von
schäumenden, an der Innenwand des Behälters anhaftenden Medien, die insbesondere bei einem sinkenden Füllstand auftreten können.
Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass die Gegen-Elektrode, die Mess-Elektrode sowie die erste und zweite Äbschirm-Elektrode auf einer
Trägersehieht angeordnet sind, die beispielsweise als Flexplatine realisiert ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest im Bereich zwischen der dritten Äbschirm-Elektrode einerseits und der Mess-Elektrode, der ersten Äbschirm-Elektrode sowie der zweiten Äbschirm-Elektrode eine Isolierschicht vorgesehen ist. Die Isolierschicht, die vorzugsweise eine niedrige
Dielektrizitätskonstante aufweist, ermöglicht eine einfache Vorgabe der Abschirm- apazität bei der Fertigung bezogen auf die Längeneinheit der Elektrodeneinheit. Vorzugswesse ist die Isolierschicht als ein Schaumstoff-Klebeband realisiert.
Dadurch wird insbesondere eine leichte Anpassung der Elektrodeneinheit an die Krümmung der Außenwand des Behälters möglich.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Rückseite der Efektrodeneinheit, entsprechend der Rückseite der dritten Abschirm-Elektrode und der Gegen- Elektrode mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen ist. Dadurch werden die beispielsweise aus Kupferfolie hergestellten Elektroden gegenüber
Umwelteinflüssen geschützt.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass auf der dem Behälter zugewandte Seite der Elektrodeneinheit eine Klebeschicht zürn Fixieren der Ejektrodeneinheit auf der Außenwand des Behälters vorgesehen ist. Die Klebeschieht ermöglicht insbesondere eine einfache Montage auf einer gekrümmten Außenwand des Behälters.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors sieht vor, dass die Mess-Elektrode, die Gegen-Elektrode sowie die Äbschirm- Elektrode unmittelbar auf einer Platine einer ersten Elektronikeinheit
angeschlossen sind, welche direkt am Behälter angeordnet ist. Die Elektroden werden direkt auf der Platine verlötet. Insbesondere kann die Elektronikeinheit eine signalverarbeiiende Anordnung zum Ansteuern der Elektroden sowie die vollständige Auswerteschaltung enthalten, sodass am Ausgang der ersten
Elektronikeinheit ein Ausgangssignal bereitgestellt werden kann, welches den Füllstand widerspiegelt.
Alternativ kann eine von der Etektrodeneinheit getrennte zweite Elektronikeinheit vorgesehen sein.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäSe kapazitiven Füllstandssensors sieht vor, dass die zweite echse!spanRungsqueiie als Invertierer realisiert ist, dessen Eingang an der ersten Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Mit dieser Maßnahme wird die Realisäerung der zweiten WeGhselspannungsquelle besonders preisgünstig, wobei gleichzeitig die Bereitstellung der gegenphasigen
Wechselspannung sichergestellt ist. Der Invertferer wird vorzugsweise auf einen Verstärkungsfaktor von wenigstens näherungsweise eins eingestellt. Durch eine Änderung des Verstärkungsfaktors kann eine Adaption an unterschiedliche
Geometrien der Elektroden ohne besonderen Aufwand erfolgen.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Frequenz der
Wechselspannungsquelien auf einen Wert zwischen 0,1 MHz und 30 MHz festgelegt ist. Die Auswahl der Frequenzen in dem angegebenen Bereich ermöglicht zum einen eine ausreichende Kopplung der Wechselspannung vo der Absehirm-Elektrode und der Gegen-Elektrode auf die Mess-Elektrode. Zum anderen können die Wechselspannu gen in diesem Frequenzbereich mit einfachen Mitteln realisiert werden. Vorzugsweise wird die Frequenz beispielsweis auf wenigstens näherungsweise 1 MHz festgelegt.
Eine Ausgestaltung sieht einen Gleichrichter zum Gleichrichten der an der Mess- Elektrode auftretende Mess-Elektroden-Spannung vor, wobei di am Ausgang des Gleichrichters anliegende Gleichspannung als Äusgangssignal herangezoge werden kann, welches als ein Ma& für den Füllstand gewertet werden kann.
Aufgrund der erwarteten geringen Kapazitäten und somit hohen Quellenimpedanz des erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors ist zwische der Mess- Elektrod und dem Gleichrichter vorzugsweise ein Impedanzwandier geschaltet, der die yess-Elektrode nur gering belastet und den naohgeschalteten Gleichrichter niederohrmg ansteuern kann.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die erste
Wechselspannungsquelle als gesteuerte Wechselspannungsquelle realisiert ist, deren Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Regelspannung änderbar ist. Die Regeispannung wird in Abhängigkeit vom Äusgangsssgnal eines Vergleichers festgelegt, der die vom Gleichrichter bereitgestellte Gleichspannung mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung vergleicht. Dadurch entsteht ein geschlossener Regelkreis, der die an der Mess-Elektrode abgreifbare ess-Elektroden-Spannung konstant hält. Bei dieser Weiterbildung kann die Regeispannung als
Ausgangsspannung herangezogen werden, welche ein Maß für den Füllstand widerspiegelt. Letztendiich wird auch bei dieser Weiterbildung die an der Mess- Elektrode abgreifbar Mess-Elektroden-Spannung zur Ermittlung eines Maßes für den Füllstand herangezogen, obwohl die Mess-Elektroden-Spannung konstant gehalten wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Rgyren
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensor, der im Bereich einer Elektrodeneinheit in Höhenrichtung geschnitten ist,
Figur 2 zeigt einen Schnitt in Höhenrichtung durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensor,
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektrodeneinheii eines
erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors,
Figur 4 zeigt ein erstes Äusführungsbeispiel einer signalverarbeitenden Anordnung, Figur 5 zeigt funktionale Zusammenhänge zwischen einem Äusgangssignai der in Figur 4 gezeigten signalverarbeitenden Anordnung und Füllständen,
Figur 8 zeigt ein zweites Äusführungsbeispiel einer signalverarbeitenden
Anordnung und Figur 7 zeigt funktionale Zusammenhänge zwischen einem Ausgangssignal der in Figur 8 gezeigten signalverarbeitenden Anordnung und Füllständen.
Detaillierte Beschreibung der Äusführungsbeisptele
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensor 10, der im Bereich einer Elektrodenein heii 12 in Höhenrichtung geschnitten ist. Der kapazitive Föllstandssensor 10 misst den Füllstand H1 , H2 eines in einem Behälter 14 befindlichen Mediums 16 in einem Füllstands-Messbereich H, Im gezeigten Ausführtmgsbeispiei weist das Medium 18 einen ersten Füllstand H1 auf.
Eingetragen ist weiterhin ein möglicher zweiter Füllstand H2.
Die Elektrodeneinheit 12 ist mittels einer Klebeschicht 18 an die Außenwand 20 des Behälters 14 geklebt. Aufgrund der teilweise geschnittenen Darstellung sind eine Wess-Elektrode 22, eine Gegen-Elektrode 24, eine erste Abschirm-Elektrode 28 sowie eine zweite Abschirm-Elektrode 28 sichtbar. Die Elektrodeneinheit 12 ist mit einer ersten Elektronikeinheit 30 verbunden, die im gezeigten
Äusführungsbeispiel am unteren Ende des Behälters 14 angeordne ist. Über eine Leitung 32, die mittels eines Steckverbinders 34 mit der ersten Elektronikeinheit 30 kontaktiert wird, wird ein Ausgangssignal 36 bereitgestellt, welches ein Maß für den Füllstand H1 , H2 bzw. sämtlicher auftretenden Füllstände im Füllsiands- IVlessbereich H des Mediums 16 im Behälter 14 ist.
Der in Figur 2 gezeigte, im Bereich der ess-Efektrode 22 in Höhenrichtung geschnittene erfindungsgemäße kapazitive Füllstandssensor 10, zeigt eine auf der Rückseite der ess-Elektrode 22 angeordnete dritte Abschirm-Elektrode 40.
Diejenigen in Figur 2 gezeigten Teile, die mit de in Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, fragen jeweils dieselbe Bezugszeichen. Dies gilt auch für die folgenden Figuren. Die Elektrodeneinheit 12 ist zumindest auf der Rückseite von einer Schutzschicht 42 umgeben. Die Elektroden 22, 24, 28, 28, 40 sind mit einer in. der ersten
Elektronikeinheit 30 angeordneten Platine 44 beispielsweise mitteis Löten kontaktiert. Die erste Elektronikeinheit 30 enthält ein signalverarbeitende
Anordnung 48,
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch die Elektrodeneinheii 12 des
erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors 10. Die Behälterwand 20 sowi die Elekfrodeneinheit 12 sind geradlinig gezeigt, sodass der erfindungsgemäße kapazitive Föllstandssensor 10 beispielsweise an einem rechteckförmigen Behälter 14 positioniert ist. Bei einem zylindrischen Behälter 14 weist die Außenwand 20 eine Krümmung auf, welcher die Elektrodeneinheit 12 aufgrund ihres nachfolgend detailliert beschriebenen Äufbaus problemlos angepasst werden kann.
Die Elektrodeneinheif 12 wird mit der Klebeschicht 18 auf die nicht metallische Außenwand 20 des Behälters 14 geklebt. Die Klebeschicht 18 ist auf der dem Behälter 14 zugewandten Seite einer Trägerschicht 48, vorzugsweise einer Flexleiterplatte aufgebracht, welche die Gegen-Elektrode 24, die erste Äbschirm- Eiektrode 28, die Mess-Elektrode 22 sowie die zweite Äbsdiirm-Elektrode 28 vorzugsweise als Leiterbahnen enthält. .
Auf der Rückseite der Mess-Elektrode 22 sowie der ersten und zweiten Abschirm- Elektrode 26, 28 ist eine Isolierschicht 50 vorgesehen, die vorzugsweise eine gering Dielektrizitätskonstante autweist. Die Isolierschicht 50 ist beispielsweise aus einem Schaumstoff-Klebeband hergestellt. Die Isolierschicht 50 trennt die Mess-Elektrode 22 sowie die erste und zweite Äbschirm-Eiektrode 26, 28 von der dritten Äbschirm-Eiektrode 40.
Der hintere Bereich der Elektrodeneinheit 12 bezogen auf den Behälter 14 ist mit einer Schutzschicht 42 umgeben, welche die Elektrodeneinheif 12 insbesondere von Umwelteinflössen schützt. Die komplette Elektrodeneinheit 12 ist aus flexiblen Materialien hergestellt, sodass die Elektrodeneinheit 12 problemlos an unterschiedliche Außenwand-Krümmungen von zylindrischen oder ovalen Behältern 14 angepasst werden kann.
In Figur 3 sind die einzelnen Komponenten de Elektrodeneinheit 12 zur
Verdeutlichung des Aufbaus erheblich vergrößert dargestellt. Beispielhaft können folgende Abmessungen vorgesehen sein: Die Breiten der Mess-Elektrode 22 sowie der ersten und zweiten Abschirm-Elektrode 28, 28 können beispielsweise 3,5 mm betragen, während die Breite der dritten Abschirm-Elektrode 40 beispielsweise zwischen 8 - 13 mm liegen kann. Die Breite der Gagen-Elektrode 24 liegt beispielsweise bei 8 mm. Die Dicke der Isolierschicht 50 beträgt beispielsweise 1 mm. Die Dicken der Klebeschicht 18, der Elektroden 22, 24, 26, 28, 40 sowie der Schutzschicht 42 liegen im Mikrometer-Bereich, Die Dicke des Trägermaterials 48, das beispielsweise als Flex-Plailne realisiert ist, liegt beispielsweise im. oberen Mikrometerbereich,
Ein wesentlicher Vorteil des Äufbaüs des erfindungsgemäßen kapazitiven
Füllstandssensors 10 mit der gezeigten Elektrodeneinheit 12 liegt darin, dass die Elektrodeneinheit 12 vom Anwender auf einfachste Weise an unterschiedliche Füilstahds- essbereiche H entsprechend unterschiedliche Höhen von Behältern 14 angepasst werden kann, indem die Elektrodeneinheit 12 beispielsweise mittels einer Schere auf die erforderliche Länge gekürzt wird. Daher kann der
erfindungsgemäße kapazitive Füilstandssensor 10 beispielsweise als Meterware hergestellt und angeboten werden.
Die Elektroden 22, 28, 28, 40 bilden gewissermaßen eine halbkoaxiale Struktur, bei welcher die Mess-Elektrode 22 vergleichbar ist mit dem Innenlester einer Koaxial- Leitung, die zur Außenwand 20 des Behälters 14 hin offen ist, jedoch an den Seiten von der ersten und zweiten Abschirm-Elektrode 28, 28 und nach hinten von der dritten Abschirm-Elektrode 40 abgeschirmt ist. Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeisplel ist die erste
Elektronikeinheit 30 am unteren Ende der Elektrodeneinheit 12 positioniert. In einer anderen, nicht näher gezeigten Ausführung kann die erste E!ektronikeinheii 30 an einer beliebigen Höhenposition der Elektrodeneinheit 12 montiert und mit der Elektrodeneinheit 12 kontaktiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist anstelle der ersten, unmittelbar mit der
Elektrodeneinheit 2 verbundenen Eiektronikeinheit 30 eine nicht näher gezeigte zweite Eiektronikeinheit vorgesehen, die räumlich getrennt von der
Elektrodeneinheit 12 angeordnet ist. In diesem Fall wird die Elektrodeneinheit 12 mit einem mindestens 5-adrigen, vorzugsweise steckbaren Kabel mit der zweiten Elektronikeinheit verbunden.
Die Platine 44, die innerhalb eines Gehäuses der ersten Eiektronikeinheit 30 liegenden Enden der Elektroden 22, 24, 20, 28, 40, die signalverarbeitende
Anordnung 46 sowie die wetteren Komponenten der ersten Elektronikeinheit 30 können mit einem Füllmaterial, beispielsweise Gießharz umgeben werden, sodass die erste Elektronikeinheit 30 insbesondere vor Umwelteinflüsse geschützt ist.
Aufgrund des Aufbaus der Elektrodeneinheit 1 wird zwischen der Mess-Elektrode 22 und der Gegen-Eiektrode 24 ein Mess-Kondensator 52 gebildet, der eine füllstandsabhängige Ivless-Kapazität aufweist. Die Mess-Kapazität weist einen kleinen Grundbetrag auf, der linear abhängig von dem Füllstands-Messbereich H ist. Insbesondere weist die Mess- apazität jedoch einen füllstandsabhängigen Wert auf, der proportional zum Füllstand H1 , H2 des Ivlediums 16 im Behälter 14 ist.
Zwischen der ersten Äbschirm-Elektrode 28 und der Mess-Elektrode 22 wird ein erster Äbschirm-Kondensator 54, zwischen der Mess-Elektrode 22 und der zweiten Äbschirm-Elektrode 28 ein zweiter Äbschirm-Kondensator 56 und zwischen der Mess-Elektrode 22 und der dritten Abschirm-Eiektrode 40 ein dritter Abschirm- Kondensator 58 herausgebildet. Die Kapazitäten der Abschirm-Kondensatoren 54, 56, 58 sind ausschließlich abhängig und proportional zum Füllstands-Messbereich H, entsprechend der Länge der Elektrodeneinheit 12. Die Abschirrn-Kapazitäten steigen demnach linear mit der Länge der Elektrodeneinheit 12 an.
In Figur 4 ist ein Äusführungsbeispiel der^ignalverarbeiienden Anordnung 46 gezeigt, welche zum Betreiben der Elektrodeneinheit 12 vorgesehen ist.
Die signalverarbeitende Anordnung 46 enthält eine erste Wechselspannungsquelle 60, die zwischen einer Schaltungsrnasse 62 und die elektrisch miteinander verbundenen Abschirrn-Elektroden 26, 28, 40, entsprechend den Äbschirm- Kondensatoren 54, 56, 58 geschaltet ist. Die erste WechselspannungsqueSle 60 stellt eine erste, vorzugsweise sinusförmige Wechselspannung 64 bereit, deren Frequenz beispielsweise im Bereich von 0,1 -30 MHz liegt. Vorzugsweise wird die Frequenz der ersten Wechselspannung auf 1 MHz festgelegt. Die Frequenz ist derart festzulegen,, dass einerseits nur eine geringe unerwünschte Abstrahlung des Signals stattfindet und dass andererseits jedoch mit Blick auf die vergleichsweise geringen auftretenden Kapazitäten, die im Picofarad- Bereich liegen, ein
ausreichend hoher Signalpegel an der ess-Elektrode 22 auftritt.
Weiterhin Ist eine zweite Wechselspannungsquefle 86 vorgesehen, die Im gezeigten Ausführungsbeispiel als Invertierer realisiert ist. Die zweite
Wechselspannungsquelle 68 ist mit der Gegen-Elektrode 24 verbunden. Die zweite Wechselspannungsquelle 66 stellt eine zweite Wechselspannung 88 bereit, weiche die gleiche Frequenz wie die erste Wechselspannung 84 aufweist, weiche jedoch um 180° phasenverschoben, also gegenphaslg zur ersten Wechseispannung 64 liegt.
Gegebenenfalls besteht eine Abgleichsmöglichkeit für die Amplitude der ersten oder der zweiten Wechselspannung 84, 68, um zumindest eine Wechselspannung 64, 88 an unterschiedliche Geometrien der Elektroden 22, 24, 28, 28, 40 anpassen zu können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird, davon ausgegangen, dass die als Invertierer realisierte zweite Wechselspannungsqueiie 68 de
Verstärkungsfaktor 1 aufweist, sodass die Amplitude der ersten Wechselspannung 64 wenigstens näherungsweise gleich der Amplitude der zweiten
Wechselspannung 68 ist.
Die Mess-Elektrode 22 ist vorzugsweise an. einem Impedanzwandler 70 angeschlossen, der die Mess-Elektrode 22 nur gering belastet, eine an der Mess- Elektrode 22 auftretende IViess-Eiektroden-Spannung 72 jedoc niederohmig an einen naehgeschalteten Gleichrichter 74 weitergibt. Der Gleichrichter 74 steiit eine Gleichspannung UDC bereit, welche der gleichgerichtete IVfess-Elektroden- Spannung 72 entspricht
Der IVIess-Kondensator 52 einerseits und die parallel liegenden Abschirm- Kondensatoren 54, 56, 58 andererseits bilden einen kapazitiven Spannungsteiler. An der Mess-Elektrode 22 tritt eine geteilte, fütlstandsabhängige Mess-Elektroden- Spannung 72 auf. Den Bezug bildet die Summe der Abschim -Kapazitäten der Abschirm-Kondensatoren 54, 56, 50. ivTii steigendem Füllstand des Mediums 16 steigt die Kapazität des Mess- Kondensators 52 gegenüber der gleich bleibenden Abschirm-Kapazität der Abschirm-Kondensatoren 54, 56, 58 an. Die Mess-Elektroden-Spannung 72 sinkt bei wachsendem Füllstand H1 , H2 des Mediums 18 ab, weil sich die Spannungen umgekehrt zu den Kapazitäten der Kondensatoren 52, 54, 56, 58 verhalten.
In Figur 4 sind die erste Wechselspannung 64 sowie die zweite Wechselspannung 68 jeweils mit konstanter Amplitude und die Mess-Elektroden-Spannung 72 mit zwei unterschiedlichen Amplituden eingetragen, wobei bei einem kleineren Füllstand H1 die höhere Amplitude (durchgezogene Linse) und bei einem höheren Füllstand H2 die niedrigere Amplitude (strieftfiniert) auftritt. Die Iviess-Elektroden-Spannung 72 könnte bereits unmittelbar als ein Maß für den Füllstand H H2 herangezogen werden, wobei die höchste Mess- Elektroden- Spannung 72 beim niedrigsten messbaren Füllstand H1 , H2 und die niedrigste Mess-Elektroden-Spannung 72 beim höchsten messbaren Füllstand Hl H2 auftritt. Vorzugsweise wird jedoch bei diesem Äusführungsbelspiel die Gleichspannung UPC anstelle unmittelbar der Mess-Elektroden-Spannung 72 als Maß für den Füllstand Hl , H2 herangezogen und als Ausgangssignals 36 bereitgestellt. Bei diesem Äusführungsbeispiel der signalverarbeitenden Anordnung 46 wird die variable Ivless-Elektroden-Spannung 72 als ein Maß zur Ermittlung des Füllstands H1 , H2, eines Mediums 18 In einem Behälter 14 herangezogen.
Figur 5 zeigt funktionale Zusammenhange zwischen der Gleichspannung UDO für zwei unterschiedlichen Füiihöhen-Messbereiche H, Η', die für zwei unterschiedlich hohe Behälter 14 vorgesehen sind. Die Gleichspannung UDC entspricht der Ausgangsspannung 3ö des kapazitiven Füllstandssensors 10.
Mittels weiterer nicht gezeigter Funktionsblöcke kann die Gleichspannung UDC in einen vorgegebenen Bereich des Ausgangssignais 36 umgesetzt werden.
Beispielsweise kann das Ausgangssignal 36 auf den Bereic von 0 - 10 V oder den Bereich von 4 - 20 mA umgesetzt und ausgegeben werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Ist die kleinste Gleichspannung UDC, die dem höheren Füllstand H2 entspricht, nicht auf den Wert null festgelegt, in
Abhängigkeit von der gewünschten Ausgestaltung kann der kleinste Wert der Gleichspannung UDC selbstverständlich auf den Wert null festgelegt werden.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen kapazitiven Füiistandssensors 10 liegt darin, dass die Elektrodeneinheit 12 vom Anwender selbst auf den
erforderlichen Füllsiands-Messbereich H, H! durch einfaches Kürzen der länger gelieferten Elektrodeneinheit 12 angepasst werden kann. Die in Figur 5 gezeigten funktionalen Zusammenhänge Sassen unmittelbar einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen kapazitiven Füllstandssensors 10 erkennen, der darin liegt, dass ohne weiteres Zutun des Anwenders jeder passend zugeschnittene kapazitive Föllstandssensor 10 denselben Spannungsbereich der Gleichspannung UDC beziehungsweis denselben Spannungsbereich des Ausgangssignais 36 i Abhängigkeit vom jeweiligen Fölistands-iVlessbereich H, Hs bereitstellt. Die Skalierung für unterschiedliche Füllstands-Messberetehe H, H' ist unabhängig von der Länge der Elektrodeneinheit 12, Der kleinere Füllstands- essbereich H mit den exemplarisch gezeigten Füllständen H1 , H2 nutzt den gesamten zur Verfügung siehenden Spannungsbereich der Gleichspannung UDC beziehungsweise des Ausgangssignais 38 aus genauso wie der größere
Fölistands-iVlessbereich H' mit den exemplarisch gezeigten Füllständen Η1!, H2'. Bei wenigstens näherungsweise gleichen Medien 16 sind hierzu keine Eingriffe in die signalverarbeitende Anordnung 46 erforderlich.
In Figur 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der signalverarbeitenden
Anordnung 46, welche ein Ausgangssignal 36 bereitstellt, das proportional zum Füllstand H1 , H2 des Mediums 16 ist, das heißt, dass das Äusgangssignal 36 be steigendem Füllstand H1 , H2 ebenfalls ansteigt.
Die erste WechseispannungsqueSle 60 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als steuerbare erste Wechselspannungsquelle 60 ausgestaltet., wobei die Amplitude der ersten Wechselspannung 64 mittels einer Regelspannung UR veränderbar ist. Die Amplitude der ersten Wechseispannung 64 wird demnach durch die
Regelspannung UR vorgegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Gleichspannung UDC einem Vergleicher 84 zur Verfügung gestellt, der die Gleichspannung UDC mit einer von einer Referenzspan nungsqueile 86
bereitgestellten Referenzspannung URef vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Regelspannung UR bereitstellt Dle Referenzspannung URef liegt beispielsweise bei 1 V. Der Vergleicher 84 ist beispielsweise ais hochverstärkender Differenzverstärker realisiert, sodass das Ausgangssigna! proportional zur Differenz zwischen der Gleichspannung UDC und der Referenzspannung URef ist Gegebenenfalls kann als Vergleichet- 84 auch ein Komparaior eingesetzt werden. In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass der entstehende Regelkreis ausreichend gedämpft ist, um Regelschwingungen zu vermeiden.
Der entstehende Regelkreis sorgt dafür, dass die erste Wechselspannung 64 und somit die zweite Wechselspannung 68 auf eine Amplitude eingeregelt werden, bei welcher die ess-Efektroden-Spannung 72 und entsprechend die daraus resultierende Gleichspannung UDC konstant gehalten werden, und zwar auf dem Wert der Referenzspannung URef In Figur 8 sind daher die erste
Wechselspannung 64 sowie die zweite Wechselspannung 68 mit einer höhen Amplitude (durchgezogene Linie), entsprechend einem höheren Füllstand H2 und mit einer niedrigeren Amplitude (strichliniert), entsprechend einem niedrigeren Füllstand H1 dargestellt, während die IVIess-Eiektroden-Spannung 72 als konstant dargestellt ist.
Bei diesem Äusführungsbeispiei der signalverarbeitenden Anordnung 46 kann die Regelspannung UR als Ausgangssignal 36 herangezogen werden, die proportional zum Füllstand H1 , H2; H1!, H21 des Mediums 16 im Behälter 14 ist. Auch bei diesem Äusführungsbeispiei der signalverarbeitenden Anordnung 46 wird letztendlieh die Mess-Efektroden-Spannung 72, die bei diesem Äusführungsbeispiei konstant gehalten wird, als ein Maß zur Ermittlung des Füllstands H1 , H2; H , H2' eines Mediums 16 in einem Behälter 14 herangezogen.
In Figur 7 sind zwei funktionale Zusammenhänge zwischen der Regelspannung UR und den Füllständen H1 , H2; H1\ H2' für zwei■unterschiedliche Füllstands- Messbereiche H, H' gezeigt. Die Regelspannung UR entspricht der
Ausgangsspannung 36 des kapazitiven Füllstandssensors 10. Selbstverständlich skaliert auch bei diesem Äusführungsbeispäel der
erfindungsgemäßen signaiverarbeiienden Anordnung 46 das Ausgangssignal 36 ohne Eingriff in die signalverarbeitende Anordnung 46 durch den Anwender auf den gesamten vorgegebenen Bereich von beispielsweise 0 -· 10 V oder
beispielsweise 4 - 20 mA unabhängig von der zugeschnittenen Länge der
Elekirodeneinhe.it 12 und somit unabhängig vom festgelegten Füllstands- Messbereich H, H\
Aus Figur 7 ist ersichtlich, dass einem niedrigen Pegel der Regelspannung UR beziehungsweise des Ausgangssignals 38 ein niedriger Füllstand H1 , H und einem höheren Pegel der Regeispannung UR des Ausgangssignals 36 ein höherer Füllstand H2, H2' entsprechen. Exemplarisch sind wieder zwei verschiedene Füllstande H1, H2; ΗΓ H2! eingetragen, die bei zwei unterschiedlichen Füflstands- Berefchen H, H' auftreten können.

Claims

Ansprüche
1. Kapazitiver Fülistandssensor (10} zur Messung des Füllstands (Hl , H2; H1 \ H2!) eines Mediums (18) in einem Behälter (14), mit einer Elektrodeneinheit (12), die eine streifenförmige Mess-Eiektrode (22), eine streifenförmige Gegen-Elektrode (24) und eine streifenförmige Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40) umfassf, wobei die Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40): die Mess-Elektrode (22) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wechseispannungsquelie (60) mit vorgegebener Frequenz und Amplitude vorgesehen ist, an weicher die Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40)
angeschlossen ist, sodass ein zwischen der Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40) und der Mess-Eiektrode (22) ausgebildeter Absen irm-Kondensator (54, 56, 58) eine Abschirm-Kapazität aufweist, die proportional zur Länge der
Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40) ist, dass eine zweite
Wechseispannungsquelie (68) gleicher Frequenz und mit vorgegebener zweiter Amplitude vorgesehen ist, wobei die zweite Amplitude gegenphasig zur ersten Amplitude ist, an weicher die Gegen-Elektrode (24) angeschlossen Ist, sodass ein zwischen der Gegen-Elektrode (24) und der Mess-Elektrode (22) ausgebildeter Mess-Kondensator (52) eine ess-Kapazität aufweist, die proportional zum Füllstand (H1 , H2; H11, H2!) ist, und dass die an der Mess- Elektrode (22) liegende Mess-Elektroden-Spannung (72) zur Ermittlung des Füllstands (H1 , H2; H1', H2') herangezogen wird.
2. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirm-Eiektrode (26, 28, 40) eine dritte streifenförmige Abschirm- Eiektrode (40 umfasst, die auf der hinteren, vom Behälter (14) abgewandten Seite der Mess-Elektrode (22) angeordnet ist und die Mess-Elektrode (22) überdeckt.
Kapazitiver Fülistandssensor nac Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirm-Elektrode (26, 28, 40) zusätzlich als eine erste
streifenförmige Abschirm-Elektrode (26) und als eine zweite streifenförmige Äbschirrn-Eiektrode (28) ausgebildet ist, dass die erste Abschirm-Elektrode (26) auf der inen Seite neben der Mess-Elektrode (22) und die zweite
ÄbschiHTi-EIektrode (28) auf der anderen Seite neben der Mess-Elektrode (22) angeordnet sind und dass die erste, zweite und dritte Abschirm- Elektrode (26, 28, 4.0) elektrisch miteinander verbunden sind.
Kapazitiver Fülistandssensor nac Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegen-Eiektrode (24), die Mess-Elektrode (22) sowie die erste und zweite Abschirm-Elektrode (26, 28) auf einer Trägerschicht (48) angeordnet sind.
Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich zwischen der dritten Äfosehirm-Efekfrode (40) einerseits und der ersten Abschirm-Elektrode (26), der Mess-Elektrode (22) und der zweiten Absehirm-Elekirode (28) andererseits eine Isolierschicht (50) vorgesehen Ist.
Kapazitiver Fülfstandssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (50) als Schaumstoff-Klebeband realisiert ist.
Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite der dritten Abschirm-Elektrode (40) und der Gegen- Eiektrode (24) mit einer Schutzschicht (42) überzogen ist.
Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (12) auf der dem Behälter (14) zugewandten Seite eine Klebeschicht (18) zum Fixieren der Elektrodeneinheit (12) auf der Außenwand (20) des Behälters (14) aufweist.
9. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Elektrode (22), die Gegen-Elektrode (24) sowie die Äbschirm- Elektrode (26, 28, 40) auf einer Platine (44) einer ersten Elektronikeinheit (30) angeschlossen sind, welche unmittelbar am Behälter (14) angeordnet ist
10. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Steckverbinder (34) zum Anschluss der Elektronikeinheit (30) vorgesehen ist.
1 1. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wechseispannungsquelle (66) als Invertierer realisiert ist, dessen Eingang an der ersten Wechseispannungsquelle (60) angeschlossen ist.
12. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Invertierer einen Verstärkungsfaktor von eins aufweist
13. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselsparsnungsquellen (60, 66) auf einen Wert zwischen 0,1 IVlHz und 30 MHz festgelegt ist. 14. Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz auf 1 MHz festgelegt ist.
Kapazitiver Fülistandssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichrichter (74) zum Gleichrichten der an der Mess-Elektrod (22) auftretenden Mess-Elektroden-Spannung (72) vorgesehen ist, und dass die am Ausgang des Gleichrichters (74) auftretende Gleichspannung (UDC) als Ausgangssignaf (36) herangezogen ist, welches ein Maß für den Füllstand (H1, H2; H1 \ H2<) ist
16. Kapazitiver Füllstandssensor nach Anspruc 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der yess-Etektrode (22) und dem Gleichrichter (74) ein Impedanzwandler (70) vorgesehen ist.
17. Kapazitiver Fülfsiandssensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wechselspannungsquetie (60) als gesteuerte
Wechselspannungsqueile (60) realisiert ist, wobei die Amplitude der ersten Wechseispannung (84) in Abhängigkeit von einer Regelspannung (UR) inderbar ist, dass ein Verglescher (64) vorgesehen ist, der die
Gleichspannung (UDC) mit einer Referenzspannung (URef) vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die die Regelspannung (UR) festlegt wodurch ein Regelkreis entsteht, der die ess-Elekfroden-Spannung (72) konstant hält, und dass die Regefspannung (UR) als Äusgangssignal (36) herangezogen ist, weiches ein Maß für den Füllstand (Hl , H2; H1\ Β2') ist.
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