DE1264811B

DE1264811B - Capacitive fill level meter for containers

Info

Publication number: DE1264811B
Application number: DE1965F0047988
Authority: DE
Inventors: Georg Fritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1965-12-23
Publication date: 1968-03-28

Description

Kapazitiver Füllstandsmesser für Behälter Die Erfindung betrifft einen Füllstandsmesser mit einer in einen Behälter eintauchbaren Meßsonde, deren Kapazität gegenüber den Behälterwandungen durch das Füllgut veränderbar ist, und mit einer von einer Wechselspannungsquelle gespeisten Vorrichtung zur Messung der Sondenkapazität, deren Größe ein Maß für den jeweiligen Füllstand des Behälters ist.Capacitive level meter for containers The invention relates to a Level meter with a measuring probe that can be immersed in a container, its capacity can be changed with respect to the container walls through the filling material, and with a Device for measuring the probe capacitance fed by an alternating voltage source, the size of which is a measure of the respective fill level of the container.

Derartige Füllstandsmesser sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Sondenkapazität auf dem Zweig einer Meßbrücke angeordnet ist, die von einer sinusförmigen Wechselspannung gespeist wird. Die Diagonalspannung der Brücke ist dann ein Maß für die Sondenkapazität und damit für den Füllzustand des Behälters. Such level meters are known in many embodiments. All embodiments have in common that the probe capacitance on the branch one Measuring bridge is arranged, which is fed by a sinusoidal alternating voltage. The diagonal tension of the bridge is then a measure of the probe capacitance and thus for the filling level of the container.

Wenn derartige Geräte eine zuverlässige Messung des Füllzustandes eines Behälters ermöglichen sollen, muß dafür Sorge getragen werden, daß Schwankungen des Meßwertes durch Betriebseinflüsse, insbesondere durch schwankende Temperaturen faktisch ausgeschaltet sind. Dabei muß berücksichtigt werden, daß die Sonden im allgemeinen in frei stehende Behälter eingebaut sind, so daß die Betriebstemperaturen einen Bereich von etwa - 30 bis + 700 C und mehr durchlaufen können, wenn eine Erwärmung durch direkte Sonneneinstrahlung berücksichtigt wird. Um Fehler durch Leitungskapazitäten u. dgl. auszuschalten, wird in der Regel die Vorrichtung zur Messung der Sondenkapazität unmittelbar mit der Meßsonde zusammengebaut, so daß diese Vorrichtung den gleichen Temperaturschwankungen unterworfen ist wie die Sonde. Da die Charakteristik der in der Vorrichtung zur Kapazitätsmessung vorhandenen Schaltelemente und insbesondere von Transistoren stark temperaturabhängig ist, ist eine Temperaturkompensation erforderlich. Von besonderem Nachteil ist dabei, daß nicht nur die zur Auswertung der Brückenspannung dienenden Schaltungsteile temperaturabhängig sind, sondern daß auch die Amplitude des vom Oszillator gelieferten Signals temperaturabhängig ist. Außerdem ist diese Amplitude auch von den zur Speisung des Oszillators dienenden Spannungen abhängig, so daß sorgfältig stabilisierte Speisespannungen vorgesehen werden müssen. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Amplitude des Ausgangssignals eines Oszillators stets wesentlich geringer ist als die Höhe der angelegten Speisespannung, so daß insbesondere bei einem mit Transistoren bestückten Gerät nur geringe Signalspannungen zur Verfügung stehen. Endlich erfordert ein Oszillator auch noch einen erheblichen Aufwand, wobei ins- besondere die bei Oszillatoren relativ geringer Frequenz benötigten Spulen relativ kostspielig sind und einen erheblichen Platz beanspruchen. If such devices provide a reliable measurement of the fill level to allow a container, care must be taken that fluctuations of the measured value due to operational influences, in particular due to fluctuating temperatures are in fact switched off. It must be taken into account that the probes in are generally installed in free-standing containers, so that the operating temperatures can run through a range of about - 30 to + 700 C and more when heated is taken into account by direct sunlight. About errors caused by line capacities Switching off and the like is usually the device for measuring the probe capacitance assembled directly with the measuring probe, so that this device is the same Like the probe, it is subject to temperature fluctuations. Since the characteristics of the in the device for capacitance measurement existing switching elements and in particular of transistors is highly dependent on temperature, temperature compensation is required. A particular disadvantage here is that not only those for evaluating the bridge voltage serving circuit parts are temperature-dependent, but that also the amplitude of the signal supplied by the oscillator is temperature-dependent. Besides, this is The amplitude also depends on the voltages used to supply the oscillator, so that carefully stabilized supply voltages must be provided. Farther has the disadvantage that the amplitude of the output signal of an oscillator is always is significantly less than the level of the applied supply voltage, so that in particular only low signal voltages are available for a device equipped with transistors stand. Finally, an oscillator also requires considerable effort, whereby into the- especially the coils required for oscillators with a relatively low frequency are expensive and take up a considerable amount of space.

Alle diese Nachteile der bekannten Füllstandsmesser werden durch die Erfindung in überraschend einfacher Weise vermieden, die darin besteht, daß die Wechselspannungsquelle von einem Rechteckgenerator gebildet wird, so daß also zur Bestimmung der Sondenkapazität ein mäanderförmiges Rechtecksignal Verwendung findet. Als Rechteckgenerator ist besonders ein vorzugsweise transistorisierter, astabiler Multivibrator geeignet. All of these disadvantages of the known level meter are caused by the invention avoided in a surprisingly simple manner, which consists in that the AC voltage source is formed by a square-wave generator, so that Use a meandering square-wave signal to determine the probe capacitance finds. A preferably transistorized, astable multivibrator suitable.

Die Verwendung eines derartigen Rechteckgenerators hat den Vorteil, daß bei geeigneter Auslegung die mäanderförmige Ausgangsspannung annähernd so groß ist wie die Speisespannung, so daß auch bei relativ niedrigen Speisespannungen Ausgangssignale relativ hoher Spannung erzielt werden. Die Ausgangsspannung ist dabei der Speisespannung des Generators im wesentlichen proportional, was insbesondere dann gilt, wenn zur Erzeugung der Rechteckspannungen Schalitransistoren mit sehr hoher Stromverstärkung Verwendung finden. Es ist daher möglich, durch Stabilisierung der Speisespannung auch die Signalspannung zu stabilisieren. Temperaturschwankungen haben auf die Ausgangsspannung praktisch keinen Einfluß. Andererseits ist es aber auch möglich, über die Speisespannung einen gewünschten Einfluß auf die Signalamplitude zu nehmen, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Fall ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Rechteckgenerators besteht darin, daß er sich durch einen extrem einfachen Aufbau und einen sehr geringen Platzbedarf auszeichnet, weil er beispielsweise in Form eines astabilen Multivibrators mit nur sehr wenigen Bauelementen erstellbar ist und keinerlei Maßnahmen zur Temperaturkompensation nötig sind. The use of such a square wave generator has the advantage that with a suitable design the meandering output voltage is approximately as large is like the supply voltage, so that output signals even at relatively low supply voltages relatively high voltage can be achieved. The output voltage is the supply voltage of the generator is essentially proportional, which is especially true when the Generation of square-wave voltages with switching transistors with a very high current gain Find use. It is therefore possible by stabilizing the supply voltage also stabilize the signal voltage. Temperature fluctuations have an effect on the output voltage practically no influence. On the other hand, it is also possible via the supply voltage to take a desired influence on the signal amplitude, as is the case with a preferred one Embodiment of the invention is the case. Another benefit of using it of a square wave generator consists in that it is characterized by an extremely simple Structure and a very small space requirement, because it is, for example, in Form of an astable multivibrator can be created with only a few components and no temperature compensation measures are necessary.

Weitere Vorteile der Verwendung einer Rechteckspannung ergeben sich aus der Möglichkeit, diese Rechteckspannungen mit sehr geringem Aufwand weiterzuverarbeiten. There are further advantages of using a square wave voltage out of the possibility of this Square-wave voltages with very low Further processing effort.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sondenkapazität Teil eines kapazitiven Spannungsteilers ist, an den das Ausgangssignal des Rechteckgenerators angelegt ist. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the probe capacitance is part of a capacitive voltage divider to which the Output signal of the square wave generator is applied.

Es steht außer Zweifel, daß ein einfacher Spannungsteiler mit sehr viel weniger Aufwand erstellbar ist als eine Brücke, die nicht nur eine höhere Anzahl von Bauelementen umfaßt, sondern deren Nullzustand sorgfältig nach Betrag und Phase abgeglichen werden muß, während bei der erfindungsgemäßen Schaltung ein Phasenabgleich überhaupt nicht stattzufinden braucht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dann vorgesehen, daß die an der Sondenkapazität abfallende Rechteckspannung differenziert und das differenzierte Signal derart an den Eingang eines Verstärkers, dessen Ausgangssignal einem Anzeigeinstrument zugeführt wird, gelegt wird, daß seine zwischen den Spitzen vorhandene volle Spannung zur Aussteuerung des Verstärkers dient. Ein besonderer Vorteil des Rechtecksignals liegt darin, daß es durch eine Differentiation in ein Signal verwandelt werden kann, bei dem die Spannung zwischen den Spitzen fast doppelt so groß ist wie die Spannung zwischen den Impulsfächern des Rechtecksignals. Da das Rechtecksignal, das an der Sondenkapazität abgegriffen wird, schon eine erhebliche Spannung aufweist, ist die Spannung des differenzierten Signals groß genug, um ohne Spannungsverstärkung weiterverarbeitet werden zu können. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Nullinie des differenzierten Signals beispielsweise mit Hilfe einer Kondensator-Dioden-Anordnung so weit angehoben wird, daß die volle Spannung zwischen den Spitzen dieses Signals ausgenutzt werden kann. Der erwähnte Verstärker dient dann im wesentlichen zur Leistungsverstärkung und Glättung des Signals, bevor es einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird.There is no doubt that a simple voltage divider with very Much less effort can be built than a bridge that not only has a higher number of components, but their zero state carefully according to amount and phase must be adjusted, while a phase adjustment in the circuit according to the invention does not need to take place at all. In a further embodiment of the invention is then it is provided that the square-wave voltage dropping across the probe capacitance is differentiated and the differentiated signal to the input of an amplifier, its output signal is fed to an indicating instrument, that its is placed between the tips available full voltage is used to control the amplifier. A special The advantage of the square wave signal is that it is differentiated into a Signal can be transformed in which the voltage between the peaks is almost double is as large as the voltage between the pulse fans of the square wave signal. There the square-wave signal that is tapped at the probe capacitance is a considerable one Voltage, the voltage of the differentiated signal is large enough to be without To be able to further process voltage amplification. This is especially true when the zero line of the differentiated signal, for example with the help of a Capacitor-diode arrangement is raised so far that the full voltage between the peaks of this signal can be exploited. The mentioned amplifier is used then essentially to power amplification and smoothing the signal before it is fed to a display device.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das von der Sondenkapazität abgeleitete Signal mit dem Ausgangssignal eines Verstärkers verglichen wird, der von einer festen, vorzugsweise einstellbaren Bezugsspannung ausgesteuert wird. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers kann so eingestellt werden, daß es die gleiche Größe hat wie das von der Sondenkapazität abgeleitete Signal, wenn beispielsweise der zu überwachende Behälter leer ist Das die beiden Signale vergleichende Anzeigeinstrument würde dann den Wert Null annehmen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn zur Signalverstärkung ein Verstärker vorgesehen wird, der den gleichen Aufbau hat wie der zur Bildung des Vergleichssignals dienende Verstärker. Dies hat den besonderen Vorteil, daß die Temperaturabhängigkeit der beiden Verstärker genau gleich ist, so daß sich die Einflüsse von Temperaturschwankungen automatisch kompensieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden zur Signalverstärkung und zur Bildung eines Vergleichssignals dienenden Verstärker von transistorisierten Emitterfolgestufen gebildet, bei denen die Emitter über getrennte Widerstände und eine gemeinsame Zenerdiode an der Betriebsspannung anliegen. In one embodiment of the invention it is provided that the of The signal derived from the probe capacitance with the output signal of an amplifier is compared, that of a fixed, preferably adjustable reference voltage is controlled. The output signal of this amplifier can be adjusted so that it is the same size as the signal derived from the probe capacitance, if, for example, the container to be monitored is empty. That is the two signals comparative display instrument would then assume the value zero. Of special It is advantageous if an amplifier is provided for signal amplification, which the has the same structure as the amplifier used to generate the comparison signal. This has the particular advantage that the temperature dependence of the two amplifiers is exactly the same, so that the influences of temperature fluctuations are automatic compensate. In a preferred embodiment of the invention, the two for signal amplification and for forming a comparison signal amplifier formed by transistorized emitter follower stages, in which the emitters are separated Resistors and a common Zener diode are connected to the operating voltage.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht der im wesentlichen lineare Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung eines Rechteckgenerators und der Speisespannung eine gewollte Beeinflussung der Signalamplitude, die dazu benutzt werden kann, um die Unlinearität zwischen der Änderung der Sondenkapazität und der in einem kapazitiven Spannungsteiler daran abfallenden Spannung zu kompensieren. As already mentioned, the essentially linear relationship makes it possible between the output voltage of a square wave generator and the supply voltage a intentional influencing of the Signal amplitude that can be used to adjust the Non-linearity between the change in probe capacitance and that in a capacitive one Voltage divider to compensate for falling voltage.

Zu diesem Zweck ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das Gerät von einer Energiequelle gespeist wird, die im Gegensatz zu den sonst allgemein üblichen Netzgeräten nicht eine konstante Spannung, sondern einen konstanten Strom liefert. Infolgedessen ist die an der Schaltung anliegende Speisespannung von dem Innenwiderstand dieser Schaltung abhängig. Der Innenwiderstand der Schaltung ist seinerseits eine Funktion der Kapazität der Meßsonde. Insbesondere wirkt sich dabei der Widerstand der von der Signalspannung gesteuerten Verstärkerstufe aus. Wie später noch im einzelnen erläutert wird, kann die Abhängigkeit der Speisespannung vom Betriebszustand dazu benutzt werden, das nichtlineare Verhalten des kapazitiven Spannungsteilers weitgehend zu kompensieren, so daß in einem gewünschten Meßbereich ein praktisch linearer Zusammenhang zwischen der Sondenkapazität und der zur Anzeige verwendeten Signalspannung vorhanden ist.For this purpose, in a particularly advantageous embodiment the invention provided that the device is powered by an energy source that In contrast to the usual power supply units, there is no constant voltage, but delivers a constant current. As a result, the is applied to the circuit Supply voltage depends on the internal resistance of this circuit. The internal resistance the circuit is in turn a function of the capacitance of the probe. In particular the resistance of the amplifier stage controlled by the signal voltage has an effect the end. As will be explained in detail later, the dependency of the supply voltage from the operating state to the non-linear behavior of the capacitive Voltage divider largely to compensate, so that in a desired measuring range a practically linear relationship between the probe capacitance and that of the display signal voltage used is available.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes eines Füllstandsmeßgerätes nach der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird. Further details and embodiments of the invention are as follows Refer to the description in which the invention with reference to that shown in the drawing Circuit diagram of a level measuring device according to the invention described in more detail and is explained.

Das in der Zeichnung dargestellte Füllstandsmeßgerät weist als Signalquelle einen astabilen Multivibrator auf, der die Transistoren T1 und T2, die Widerstände R 1, R 2, R 3 und R 4 und die Kondensatoren Cl und C2 umfaßt. Dieser einen üblichen Aufbau aufweisende Multivibrator erzeugt am Kollektor des Transistors T2 eine mäanderförmige Rechteckspannung, deren Frequenz in der Größenordnung von etwa 10 kHz liegt und deren Spannung zwischen den Impulsdächern nur wenig geringer ist als die an den Leitungen 1 und 2 anliegende Speisespannung. Das von dem Multivibrator erzeugte Rechtecksignal ist in der Zeichnung durch den Kurvenzug a angedeutet. The level measuring device shown in the drawing has as a signal source an astable multivibrator, the transistors T1 and T2, the resistors R 1, R 2, R 3 and R 4 and capacitors Cl and C2. This one usual Structure exhibiting multivibrator generates a meandering shape at the collector of transistor T2 Square wave voltage, the frequency of which is in the order of magnitude of 10 kHz and whose voltage between the impulse roofs is only slightly lower than that on the Supply voltage applied to lines 1 and 2. The one generated by the multivibrator Square-wave signal is indicated in the drawing by curve a.

Zwischen den Kollektor des Transistors T2 und die Masseleitung 1 ist ein kapazitiver Spannungsteiler gelegt, der aus den Kondensatoren C3 und Cx besteht. Der Kondensator Cx wird von der Meßsonde des Gerätes in Verbindung mit den Wandungen des Behälters gebi]det, dessen Füllzustand überwacht werden soll. Die Kapazität des Kondensators Cx ist also ein Maß für den Füllzustand des Behälters. Die Anordnung dieses Kondensators in den Spannungsteiler bewirkt, daß an dem Kondensator Cx eine Spannung ansteht, die von der Kapazität dieses Kondensators abhängig ist. Dem Kondensator Cx ist ein Widerstand R 5 parallel geschaltet, der eine Differenzierung des am Kondensator Cx anliegenden Signals bewirkt. Es entsteht somit das in der Zeichnung durch den Kurvenzug b in bezug auf das Massepotential der Leitung 1 symmetrische Signal b, dessen Amplitude gleich der zwischen den Impulsdächern gemessenen Spannung des Rechtecksignals ist, das sich auf Grund des Teilungsverhältnisses am Kondensator Cx ergeben würde. Between the collector of the transistor T2 and the ground line 1 a capacitive voltage divider is placed, which consists of the capacitors C3 and Cx consists. The capacitor Cx is connected to the measuring probe of the device the walls of the container whose fill level is to be monitored. The capacitance of the capacitor Cx is therefore a measure of the filling level of the container. The arrangement of this capacitor in the voltage divider causes that across the capacitor Cx there is a voltage that depends on the capacitance of this capacitor. A resistor R 5 is connected in parallel to the capacitor Cx, which differentiates of the signal applied to the capacitor Cx. It thus arises in the Drawing by the curve b with respect to the ground potential of the line 1 symmetrical Signal b, the amplitude of which is equal to the voltage measured between the pulse tops of the square wave signal, which is due to the division ratio on the capacitor Cx would result.

Das Signal b wird mit Hilfe eines weiteren Kondensators C 4, eines Widerstandes R 6 und einer Diode D so weit angehoben, daß es im wesentlichen über der Nullinie liegt, wie es durch die Kurve c angedeutet ist. The signal b is with the help of another capacitor C 4, one Resistance R 6 and a diode D raised so far that it is essentially above the zero line, as indicated by curve c.

Das Signal c wird einem zweistufigen Gleichstromverstärker zugeführt, der die Transistoren T3 und T4 umfaßt. Der Emitter des Transistors T3 ist mit der Basis des Transistors T 4 verbunden, so daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T 4 den Emitterwiderstand des Transistors T3 bildet. Der Emitter des Transistors T 4 liegt seinerseits über einem Emitterwiderstand R 7 und eine Zenerdiode Z1 an der Masseleitung 1. Die Kollektoren der Transistoren T3 und T4 sind an die Leitung 2 angeschlossen und liegen daher unmittelbar an Speisespannung. Zur Glättung des Signals ist zwischen den Emitter des Transistors T3 und die Masseleitung 1 ein Kondensator C5 geschaltet. Durch diese -Schaltung wird erreicht, daß am Emitter des Transistors T4 eine Ausgangsspannung d zur Verfügung steht, die fast der Spitzenspannung des Signals c entspricht. The signal c is fed to a two-stage DC amplifier, which comprises the transistors T3 and T4. The emitter of transistor T3 is connected to the Base of transistor T 4 connected, so that the base-emitter path of the transistor T 4 forms the emitter resistance of transistor T3. The emitter of the transistor T 4 is in turn applied to an emitter resistor R 7 and a Zener diode Z1 the ground line 1. The collectors of transistors T3 and T4 are connected to the line 2 and are therefore directly connected to the supply voltage. To smooth the Signal is a capacitor between the emitter of the transistor T3 and the ground line 1 C5 switched. This circuit ensures that at the emitter of the transistor T4 an output voltage d is available which is almost the peak voltage of the Signal c corresponds.

Diese Spannung ist daher von der Größe des Kondensators Cx, also von der Größe der Sondenkapazität, abhängig. This voltage is therefore of the size of the capacitor Cx, so depends on the size of the probe capacity.

Zur Bestimmung des Füllzustandes des Behälters wird die Spannung d mit einer Normalspannung e verglichen, die mit Hilfe eines Gleichstromverstärkers erzeugt wird, der die Transistoren T5 und T 6 umfaßt und dessen Aufbau dem Verstärker mit den Transistoren T3 und T4 gleich ist. Der Basis des Transistors T5 wird eine Bezugsspannung zugeführt, die von einem Spannungsteiler mit den Widerständen R 8, R 9 und R 10 abgeleitet wird. Der mittlere Widerstand R 9 ist als Potentiometer ausgebildet, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors T5 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T5 ist wieder mit der Basis des Transistors T6 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand R 11 an die gleiche Zenerdiode 71 angelegt ist wie der Emitter des Transistors T 4. Mit Hilfe des Potentiometers R 9 wird die an der Basis des Transistors T5 anliegende Bezugsspannung so eingestellt, daß die Spannung e am Emitter des Transistors T6 den gleichen Wert hat wie die Spannung d bei leerem Behälter. Wird der Behälter gefüllt, so nimmt die Sondenkapazität Cx zu, der Widerstand dieses Kondensators nimmt ab und infolgedessen auch die an ihm anliegende Spannung. Infolgedessen sinkt auch die Spannung d ab, so daß die Differenz zwischen den Spannungen e und d ein Maß für den Füllzustand des Behälters ist. To determine the filling level of the container, the voltage d compared with a normal voltage e obtained with the aid of a direct current amplifier is generated, which includes the transistors T5 and T 6 and the structure of the amplifier with the transistors T3 and T4 is the same. The base of the transistor T5 becomes a Reference voltage supplied by a voltage divider with resistors R 8, R 9 and R 10 is derived. The mean resistance R 9 is used as a potentiometer formed, the tap of which is connected to the base of the transistor T5. Of the The emitter of the transistor T5 is again connected to the base of the transistor T6, the emitter of which is applied to the same Zener diode 71 via a resistor R 11 is like the emitter of the transistor T 4. With the help of the potentiometer R 9, the at the base of the transistor T5 applied reference voltage so that the Voltage e at the emitter of transistor T6 has the same value as the voltage d when the container is empty. If the container is filled, the probe capacity Cx increases to, the resistance of this capacitor decreases and consequently so does that on it applied voltage. As a result, the voltage d also decreases, so that the difference between the voltages e and d is a measure of the filling level of the container.

Infolgedessen wird diese Spannung mit Hilfe eines Meßinstrumentes 3 angezeigt, das unmittelbar in Größen geeicht sein kann, die den Füllzustand des Behälters angeben. Dem Anzeigeinstrument 3 ist ein Regelwiderstand R 12 vorgeschaltet, der es ermöglicht, das Instrument bei vollem Behälter auf Vollausschlag zu bringen. Die Zenerdiode 71 ist so gewählt, daß ihre Durchbruchsspannung nur wenig unterhalb der Spannung d liegt, die am Emitter des Transistors T4 bei vollem Behälter auftritt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Aussteuerbereich des Transistors T4 praktisch vollständig zur Verfügung steht, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung erheblich gesteigert wird.As a result, this tension is measured with the aid of a measuring instrument 3 displayed, which can be calibrated directly in sizes that reflect the fill level of the Specify the container. A rheostat R 12 is connected upstream of the display instrument 3, which enables the instrument to be brought to full deflection when the container is full. The Zener diode 71 is chosen so that its breakdown voltage is only slightly below the voltage d, which occurs at the emitter of the transistor T4 when the container is full. In this way it is achieved that the control range of the transistor T4 is practical is completely available, which increases the sensitivity of the device considerably is increased.

Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist die bisher beschriebene Schaltung, abgesehen von dem Spannungsteiler R 8, R 9, R 10, der dem Leerabgleich der Vorrichtung dient, und dem Anzeigeinstrument 3 mit dem Vorwiderstand R 12, der zum Vollabgleich dient, mit der Meßsonde zusammengebaut und wird daher mit der Meßsonde in den zu überwachenden Behälter eingebaut. Dies hat den besonderen Vorteil, daß nur Gleichspannungen übertragen zu werden brauchen, deren Übertragung völlig unkritisch ist. Insbesondere werden störende Kapazitäten vermieden, die durch Verbindungskabel zwischen Sonde und Meßgerät bedingt sein könnten. Dies ist besonders deshalb von Vorteil, weil die Kapazität solcher Kabel häufig sehr temperaturabhängig ist. Dagegen ist die beschriebene Schaltung selbst weitgehend temperaturunabhängig, weil die Amplitude der Meßspannung im wesentlichen nur von der Höhe der zugeführten Speisespannung und dem Wert des Kondensators Cx abhängt. Die Temperaturabhängigkeit des Verstärkers mit den Transistoren T3 und T4 wird auf sehr einfache Weise dadurch kompensiert, daß die Bezugsspannung mit der das Ausgangssignal dieses Verstärkers verglichen wird; von einem gleichartigen Verstärker erzeugt wird. In a practical embodiment of the device according to the invention is the circuit described so far, apart from the voltage divider R 8, R 9, R 10, which is used for the empty adjustment of the device, and the display instrument 3 with the series resistor R 12, which is used for full adjustment, with the measuring probe assembled and is therefore installed with the measuring probe in the container to be monitored. this has the particular advantage that only direct voltages need to be transmitted, whose transmission is completely uncritical. In particular, there are disruptive capacities avoided, which could be caused by connecting cables between probe and measuring device. This is particularly advantageous because the capacity of such cables is frequent is very temperature dependent. In contrast, the circuit described is largely itself independent of temperature, because the amplitude of the measuring voltage is essentially only of depends on the level of the supplied supply voltage and the value of the capacitor Cx. The temperature dependency of the amplifier with the transistors T3 and T4 is on very simple way of compensating that the reference voltage with that of the output signal this amplifier is compared; is generated by a similar amplifier.

Das erfindungsgemäße Meßgerät wird von einem Netzgerät gespeist, das zusammen mit dem Spannungsteiler zum Leerabgleich und dem Anzeigegerät 3 in einem besonderen Gehäuse untergebracht ist. Die Verbindung erfolgt mit Hilfe von Kabeln an den Stellen 4 bis 8. The measuring device according to the invention is fed by a power supply unit, together with the voltage divider for empty adjustment and the display device 3 in is housed in a special housing. The connection is made with the help of Cables at positions 4 to 8.

Das Netzgerät weist einen üblichen Netztransformator 9 auf, an den sich ein Brückengleichrichter 10 anschließt, dessen Ausgangsspannung mit Hilfe eines Kondensators C6 geglättet wird. Das Netzgerät weist weiterhin einen Transistor T7 auf, der so geschaltet ist, daß das Netzgerät entgegen der allgemeinen Übung einen konstanten Strom statt einer konstanten Spannung abgibt. Zu diesem Zweck ist die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors in die Leitung 11 eingeschaltet, die von dem negativen Ausgang des Gleichrichters 10 zu der Masseleitung 1 des Gerätes führt. Die Basis des Transistors T7 wird mit Hilfe einer Zenerdiode 72 und dem in Serie zu ihr geschalteten Widerstand R 13 auf einem gegenüber der Leitung 11 positiven Potential gehalten. Das Potential am Emitter des Transistors T7 wird im wesentlichen durch den Spannungsabfall an dem Emitterwiderstand R 14 bestimmt, der von dem Gesamtstrom durchflossen wird, der an das Meßgerät abgegeben wird. Sinkt der Strom durch den Widerstand R 14 ab, so sinkt auch die Emitterspannung des Transistors T7 ab und die Basisspannung wird gegenüber dem Emitter stärker positiv, so daß der Innenwiderstand des Transistors T 7 ebenfalls abnimmt und dadurch wieder einen größeren Strom zuläßt. Bei einer Zunahme des Stromes reagiert der Transistor umgekehrt. The power supply unit has a conventional network transformer 9 to which a bridge rectifier 10 is connected, the output voltage with the help of a Capacitor C6 is smoothed. The power supply unit also has a transistor T7 on, which is connected in such a way that the power supply unit contrary to general practice delivers constant current instead of constant voltage. To this end, the Emitter-collector path of the transistor switched into line 11, which is from the negative output of the rectifier 10 leads to the ground line 1 of the device. The base of the transistor T7 is made with the help of a Zener diode 72 and that in series connected to her resistor R 13 on a relative to the line 11 positive Potential held. The potential at the emitter of the transistor T7 is substantially determined by the voltage drop across the emitter resistor R 14, which is determined by the total current is traversed, which is delivered to the measuring device. If the current drops through the Resistance R 14 decreases, the emitter voltage of transistor T7 also decreases and the base voltage is more positive than the emitter, so that the internal resistance of the transistor T 7 also decreases and thus again allows a larger current. When the current increases, the transistor reacts in reverse.

Da das erfindungsgemäße Meßgerät mit einem konstanten Strom versorgt wird, hängt die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 2 von dem Widerstand der Schaltung zwischen diesen beiden Leitungen ab. Dieser Widerstand ist seinerseits eine Funktion der Sondenkapazität, denn der Widerstand des den Transistor T4 enthaltenden Zweiges ist eine Funktion seiner Aussteuerung. Der Transistor T 4 hat einen niedrigen Widerstand, wenn die Sondenkapazität klein ist, und einen großen Widerstand, wenn die Sondenkapazität groß ist. Dies hat zur Folge, daß bei großer Sondenkapazität die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 2 geringer ist als bei geringer Sondenkapazität. Infolgedessen hat auch das vom Multivibrator erzeugte Signal eine geringere Spannung, und die durch eine Kapazitätsänderung erzeugte Spannungsänderung ist geringer als in dem Bereich, in dem die Sondenkapazität groß und daher die Spannung zwischen den Leitungen 1 und 2 geringer ist. Since the measuring device according to the invention is supplied with a constant current the voltage between lines 1 and 2 depends on the resistance of the circuit between these two lines. This resistance, in turn, is a function the probe capacitance, because the resistance of the branch containing the transistor T4 is a function of its modulation. The transistor T 4 has a low resistance, when the probe capacitance is small, and large resistance when the probe capacitance is great. This has the consequence that the voltage between lines 1 and 2 is lower than when the probe capacitance is low. Consequently the signal generated by the multivibrator also has one lower voltage, and the change in voltage produced by a change in capacitance is less than in the area where the probe capacitance is large and therefore the voltage between lines 1 and 2 is lower.

Auf diese Weise ist es möglich, die Unlinearität eines kapazitiven Spannungsteilers zu kompensieren, bei dem bei kleiner Kapazität eine bestimmte Kapazitätsänderung eine größere Spannungsänderung zur Folge hat als bei großer Kapazität. In this way it is possible to reduce the non-linearity of a capacitive To compensate voltage divider, in which a certain change in capacitance with small capacitance results in a larger voltage change than with a large capacity.

Ein weiterer Vorteil der Spannungsänderung, die durch die Anwendung einer Quelle konstanten Stromes erzielt wird, besteht darin, daß die Spannungserhöhung, die mit einer kleineren Aussteuerung des Transistors T4 und mit einem Absinken seiner Emitterspannung d verbunden ist, zugleich eine Erhöhung der Emitterspannung am Transistor T6 zur Folge hat. Hierdurch wird die Differenzspannung Um, die von dem Meßinstrument3 gemessen wird, erhöht, und es wird dementsprechend die Empfindlichkeit des Gerätes gesteigert. Another benefit of the voltage change brought about by the application a source of constant current is achieved, is that the voltage increase, those with a smaller modulation of the transistor T4 and with a decrease in its Emitter voltage d is connected, at the same time an increase in the emitter voltage on the transistor T6. As a result, the differential voltage Um, which is measured by the measuring instrument3 is measured, and it increases accordingly the sensitivity of the device increased.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Gerät geschaffen wird, das sich durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet und trotzdem in dem benötigten Bereich eine gute Linearität und eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist. Insbesondere ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Meßgerät nicht nur zur Messung der Sondenkapazität bei Tankinhaltsmeßgeräten Anwendung finden kann, sondern daß auf die beschriebene Weise auch von anderen Organen gebildete Kapazitäten gemessen und/oder überwacht werden können. From the above it can be seen that by the Invention a device is created, which is characterized by a very simple structure and still a good linearity and a has little temperature dependence. In particular, it can be seen that the inventive Measuring device not only used for measuring the probe capacity in tank content measuring devices can find, but that also formed in the manner described by other organs Capacities can be measured and / or monitored.

Claims

Claims: 1. Level meter with one in a container immersible measuring probe, whose capacity compared to the container walls by the Filling is changeable, and fed by an AC voltage source Device for measuring the probe capacitance, the size of which is a measure of the respective Fill level of loading holder is, characterized in that the AC voltage source is formed by a square wave generator and the probe capacitance (Cx) by its meandering output signal is applied.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the square wave generator is formed by a preferably transistorized astable multivibrator.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Probe capacitance (Cx) is part of a capacitive voltage divider (C3, Cx) to which the output signal (a) of the square wave generator is applied.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the Probe capacitance (Cx) falling square wave voltage differentiated and the differentiated Signal (b) to the input of an amplifier (T3), the output signal of which is a Indicating instrument (3) is supplied, is placed that its between the tips available full voltage is used to control the amplifier.

5. Device according to one of the preceding claims, in particular according to Claim 4, characterized in that the derived from the probe capacitance Signal (d) is compared with the output signal (e) of an amplifier which is supplied by a fixed, preferably adjustable reference voltage is controlled.

6. Apparatus according to claims 4 and 5, characterized in that the two used for signal amplification and for the formation of a comparison signal Amplifiers are formed by transistorized emitter follower stages (T4 and T6) and the emitters via separate resistors (R 7 and R 11) and a common Zener diode (Z 1) are connected to the operating voltage.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that it is fed by an energy source emitting a constant current.