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Dokumentenidentifikation DE10021061B4 24.01.2008
Titel Meßfühler
Anmelder Hiss, Eckart, Dr., 24105 Kiel, DE
Erfinder Hiss, Eckart, Dr., 24105 Kiel, DE
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 24105 Kiel
DE-Anmeldedatum 28.04.2000
DE-Aktenzeichen 10021061
Offenlegungstag 15.11.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.01.2008
IPC-Hauptklasse G01F 23/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Messfühler zur Erfassung des Füllstandes von in Behältern eingebrachten Medien mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein Fühler der eingangs genannten Art ist in der DE 197 56 159 C1 beschrieben. Er basiert auf einem kapazitiven Messprinzip, wobei das Sensorelement über ein Verbindungskabel mit einer Auswerteelektronik verbunden ist. Diese Auswertelektronik enthält einen Hochfrequenzoszillator, dessen invertierender Eingang mit der Messelektrode des Fühlers verbunden ist. Der Ausgang dieses Hochfrequenzoszillators ist mit einer ersten Kabelabschirmung des Verbindungskabels zwischen Fühler und Auswertelektronik verbunden. Wird dieses Anschlußkabel z. B. über einen Stecker mit der Auswertelektronik verbunden und wird die Steckverbindung gelöst oder wird das Kabel durchtrennt, wird der Hochfrequenzoszillator nicht zum Schwingen angeregt, was in der praktischen Anwendung zu Folge hat, daß der Signalausgang der Auswerteelektronik den Zustand Füllstand nicht erreicht signalisiert, obwohl der Füllstand beim Befüllen vielleicht schon lange überschritten ist, was zu einem Überlaufen des befüllten Behälters führt. Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn eine Kabelunterbrechung innerhalb des Fühlers, z. B. durch Korrosionseinwirkung auftritt.

Zum Stand der Technik wird weiter auf die DE 197 56 161 A1 und die DE 37 20 473 A1 hingewiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fehlmeldungen solcher Messfühler zu verhindern.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst, die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Der Messfühler besteht aus einem Befestigungsteil und einem Fühlerteil und ist über ein Verbindungskabel mit einer dazugehörigen Auswerteelektronik verbunden. In das Fühlerteil ist ein Sensorelement eingebracht, das mit einer ersten Anschlußleitung verbunden und an einen invertierenden Eingang des Hochfrequenzoszillators angeschlossen ist, der einen Teil der Auswertelektronik darstellt. Eine zweite Anschlußleitung ist dem Bereich des Sensorelementes, in dem die erste Anschlußleitung an das Sensorelement angeschlossen ist, mit einer ersten Kabelabschirmung verbunden, wobei das andere Ende der Anschlußleitung mit dem Hochfrequenzoszillator verbunden ist. Die zweite Anschlußleitung ist mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt, dessen Amplitude gegenüber der am Eingang des Hochfrequenzoszillator anstehenden Amplitude um annähernd 180° verschoben ist. Bei Unterbrechung dieser zweiten Anschlußleitung ist der Hochfrequenzoszillator, der vorzugsweise aus einem die Oszillatoramplitude erzeugenden und einem die Amplitude verstärkenden Teil besteht, in der Weise beeinflußt, daß bei einem kapazitiv arbeitenden Sensorelement die Amplitude angeregt ist.

Bei einer Unterbrechung der zweiten Anschlußleitung ist diese Leitung daher mit keinem Signal beaufschlagt, das um annähernd 180° gegenüber der ersten Anschlussleitung verschoben ist. Die Oszillatorschwingung setzt spontan ein und signalisiert „Füllstand erreicht". Die Auswerteschaltung kann auch für andere Messprinzipien die z. B. auf Ultraschall, Mikrowellen oder optischen Signalen beruhen, verwendet werden. Von besonderer Bedeutung für die oben beschriebene Fehlersignalisierung ist, daß die erste Anschlußleitung und die zweite Anschlußleitung von einer ersten Kabelabschirmung vorzugsweise koaxial oder symmetrisch umfaßt sind. Zur Unterdrückung von äußeren Störeinflüssen, und auch zur eindeutigen Signalzuordnung der Signalübertragung auf der ersten Kabelabschirmung, ist eine zweite Kabelabschirmung vorgesehen, die die erste Kabelabschirmung umfaßt. Diese zweite Kabelabschirmung ist vorzugsweise mit dem Massepunkt des Hochfrequenzoszillators verbunden. Eine besondere Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass das Sensorelement einen zylindrischen Ansatz aufweist, der elektrisch isoliert von einem metallischen Zylinder umfaßt ist. Dieser metallische Zylinder ist direkt oder unter Serienschaltung eines Kondensators mit der zweiten Anschlußleitung verbunden. Diese Maßnahme ist bei geeigneter Dimensionierung dazu geeignet, im Falle einer Unterbrechung der zweiten Anschlussleitung die Amplitude des Hochfrequenzoszillators anzuregen. Eine besonders sichere Ankopplung des Hochfrequenzoszillators an den ersten Kabelschirm kann darin bestehen, daß dieser Anschluß ausschließlich über die zweite Anschlußleitung im Bereich des Sensorelementes erfolgt. Auf diese Weise kann die Phasenlage der ersten Kabelabschirmung sehr genau angepasst und störende Hochfrequenzfelder unterdrückt werden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt den Aufbau eines Messfühlers.

In den Befestigungsteil 1 ist ein Kunststoff-Fühlerteil 2 eingesetzt. In dieses Fühlerteil 2 ist ein kapazitiv wirkendes Sensorelement 3 eingebracht. Das Sensorelement 3 ist über eine erste Anschlußleitung 4 aus dem Meßfühler herausgeführt und über ein Verbindungskabel mit dem invertierenden Eingang 14 eines Hochfrequenzoszillators 11 verbunden. Im Bereich des Sensorelementes 3 ist eine zweite Anschlußleitung 7 mit Hilfe einer Koppelschleife 9 an eine erste Kabelabschirmung angeschlossen. Diese Kabelabschirmung ist über den Anschlußpunkt 5 mit dem Ausgang 15 des Hochfrequenzoszillators 11 verbunden. Die Kabelabschirmung ist daher mit einem Oszillatorsignal beaufschlagt, dessen Amplitude gegenüber der am Eingang 14 des Hochfrequenzoszillators anstehenden Amplitude um 180° verschoben ist. Die zweite Anschlußleitung 7 ist an einen Steuereingang 17 des Hochfrequenzoszillators 11 angeschlossen. Bei Unterbrechung der Koppelschleife 9 ist der Hochfrequenzoszillator 11 über den Steuereingang 17 so beeinflußt, daß die Oszillatorschwingung spontan einsetzt. Die erste Anschlußleitung 4 und die zweite Anschlußleitung 7 sind von der ersten Kabelabschirmung 5 symmetrisch umfaßt. Die erste Kabelabschirmung 5 ist von einer zweiten Kabelabschirmung umfaßt, die über eine Kabelschleife 8 mit dem metallischen Befestigungsteil verbunden. Über den Anschlußpunkt 16 am Hochfrequenzoszillator ist die zweite Kabelabschirmung über den Anschlusspunkt 6 auf das Massepotential des Hochfrequenzoszillators gelegt. Diese oben beschriebenen Anschlüsse sind in 3 dargestellt, wobei der Hochfrequenzoszillator 11 aus einem die Oszillatoramplitude erzeugenden und einem die Amplitude invertierenden Teil besteht. Das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators 11 ist an einem Demodulator 12 angeschlossen, dessen Ausgang an eine Auswerteschaltung 13 angeschlossen ist, die neben einem schaltenden Digitalsignal auch ein Analogsignal, wie auch ein geeignetes Signal für einen Busanschluß an seinem Ausgang 19 zur Verfügung stellt, wobei dieser Ausgang auch aus mehreren Leitungsanschlüssen bestehen kann. Das in 3 schematisch dargestellte Auswertegerät ist über ein einige Meter langes Verbindungskabel mit dem Meßfühler verbunden.

2 zeigt eine besondere Ausbildung eines kapazitiv wirkenden Sensorelementes 3, das in den Fühlerteil 2 eingebaut ist. Die kapazitive Elektrode des Sensorelements 3 weist einen zylindrischen Ansatz 10 auf, der von einem geeigneten Dielektrikum isoliert von einem metallischen Zylinder 19 umfasst ist. Dieser metallische Zylinder 19 ist mit der ersten Kabelabschirmung 5 verbunden. Innerhalb dieser Kabelabschirmung sind die erste Anschlussleitung 4 und die zweite Anschlussleitung 7 durch Verdrillen koaxial geführt. Die zweite Anschlußleitung 7 ist mit dem metallischen Zylinder 19 elektrisch verbunden.

In einer besonderen Ausführung ist die erste Kabelabschirmung 5 endseitig offen.


Anspruch[de]
Messfühler mit

– einem Befestigungsteil (1),

– einem Fühlerteil (2),

– einem in dem Fühlerteil (2) angeordneten Sensorelement (3),

– einer das Sensorelement (3) an den invertierenden Eingang (14) eines Hochfrequenzoszillators (11) anschließenden ersten Anschlussleitung (4),

– einer mit dem Ausgang (15) des Hochfrequenzoszillators (11) verbundenen Kabelabschirmung (5) und

– einer zweiten Anschlussleitung (7), die an ihrem einen Ende im Bereich des Sensorelements (3) mit der Kabelabschirmung (5) und an ihrem anderen Ende mit einem Steuereingang (17) des Hochfrequenzoszillators (11) verbunden ist,

wobei die zweite Anschlussleitung (7) mit einem Oszillatorsignal, dessen Schwingung gegenüber der Schwingung am invertierenden Eingang (14) des Hochfrequenzoszillators (11) um 180° phasenverschoben ist, beaufschlagt ist, wobei die Kabelabschirmung (5) die erste und die zweite Anschlussleitung (4, 7) umgreift und die Schwingung des Hochfrequenzoszillators (11) bei einer Unterbrechung der zweiten Anschlussleitung (7) spontan einsetzt.
Messfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator (11) einen die Oszillatorschwingung erzeugenden und einen die Oszillatorschwingung invertierenden Teil aufweist. Messfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator (11) an einen Demodulator (12) mit nachgeschalteter Auswertelektronik (13) angeschlossen ist. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Kabelabschirmung (5) umgreifende, mit dem Massepotential des Hochfrequenzoszillators (11) verbundene zweite Kabelabschirmung (6). Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) einen zylindrischen Ansatz (10) aufweist, der elektrisch isoliert von einem metallischen Zylinder umgriffen wird, der mit der zweiten Anschlussleitung (7) verbunden ist. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlussleitung (7) im Bereich des Sensorelements (3) in Serie mit einem Kondensator an die Kabelabschirmung (5) angeschlossen ist. Messfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (1) aus Metall besteht.






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