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Die Erfindung betrifft einen Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung
mit einem zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit
eintauchenden Meßkondensator und einem auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator
nebst Ausgangsübertrager, an dessen Sekundärseite der Meßkondensator und ein niederohmiger
Meßverstärker in Reihe liegen. Die Schaltung eines derartigen Sondenkopfeinsatzes
ist beispielsweise in der Auslegeschrift 1 242 891 ausführlich beschrieben.
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Bei derartigen Sondenkopfeinsätzen tritt zwischen dem heißen Ende
der Sekundärseite des Ausgangsübertragers und Masse eine Streukapazität auf, welche
parallel zum Meßkondensator liegt und sich als Funktion der Temperatur ändert. Derartige
Streukapazitäten lassen sich zwar befriedigend kompensieren, wenn lediglich eine
geringe Temperaturabhängigkeit vorliegt, jedoch ist diese Voraussetzung praktisch
nicht erfüllt, weil sich die Dielektrizitätskonstante von zum Aufbau von Spulen
verwendeten Isolierstoffen sowie die magnetische Suszeptibilität von Kernen stets
mehr oder minder stark als Funktion der Temperatur verändern.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Sondenkopfeinsatzes,
welcher im Bereich von 20 bis 1000 C stabil und ohne Meßwertverfälschung arbeitet.
Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß in an sich bekannter Weise zwischen
der Sekundärseite und der Primärseite des Ausgangsübertragers eine Metallfolienabschirmung
angeordnet ist und daß die Metallfolienabschirmung mit dem kalten Ende der Sekundärseite
der Meßkreiswicklung galvanisch verbunden ist. Durch eine derartige Maßnahme läßt
sich die geforderte Stabilität der Anordnung in sehr befriedigender Weise erreichen,
weil die Streukapazitäten nicht mehr zu dem stets zwangläufig mit einen Pol zu erdenden
Meßkondensator parallel liegen, sondern lediglich die Kapazität der Sekundärseite
des Ausgangsübertragers beeinflussen, was unschädlich ist.
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Bisher bekannte Metallfolienabschirmungen in Übertragern dienten
lediglich dem Zweck einer Abschirmung gegenüber hochfrequenten Störungen zwischen
der Primär- und Sekundärseite, und die Metallfolienabschirmungen waren zu diesem
Zweck geerdet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung muß jedoch, bedingt durch das Anwendungsgebiet,
stets der in dem Sondenkopfeinsatz zur Anwendung gelangende Meßkondensator auf einer
Seite geerdet sein, so daß die Metallfolienabschirmungen gemäß der vorliegenden
Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik nicht geerdet sind.
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Vorteilhafterweise besteht die Sekundärseite des Ausgangsübertragers
aus zwei im Gegentakt geschalteten Wicklungen, an die der Meßkondensator bzw. der
Kompensationskondensator angeschaltet ist, wobei die dem Kompensationskondensator
zugeordnete Sekundärwicklung räumlich auf dem Spulenkörper zwischen dem heißen Ende
der dem Meßkondensator zugeordneten Sekundärwicklung und der Metallfolienabschirmung
liegt.
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Die beiden Sekundärwicklungen sind elektrisch in Serie geschaltet
und in eine Wicklung mit Anzapfungen zusammengefaßt, wobei der Anfang der Meßkreiswicklung
mit der Metallfolie zur Vermeidung schädlicher Kapazitäten nach Masse parallel zum
Meßkondensator verbunden ist. Daraus folgt, daß das heiße Ende der Kompensationskreiswicklung
unmittelbar
als erste Lage auf der Metallfolie zu liegen kommt.
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Erfindungsgemäß liegt die Wicklung mit der größerenWindungsanzahl
auf der Primärseite des Ausgangsübertragers räumlich der dem Kompensationskondensator
zugeordnetenSekundärwicklung im wesentlichen gegenüber.
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Die dem Kompensationskondensator zugeordnete Sekundärwicklung umfaßt
vorteilhafterweise nur einen Teil der axialen Spulenlänge. Die Windungsanzahl der
Kompensationskreiswicklung beträgt dementsprechend nur einen kleinen Bruchteil derjenigen
der Meßkreiswicklung. Durch die Einschränkung der Breite der Meßkreiswicklung wird
die entstehende schädliche Kapazität möglichst klein gehalten. Die Wahl einer geringen
Windungszahl der Kompensationskreiswicklung hat eine kleine, einen schädlichen Strom
über die Streukapazitäten treibende Spannung zur Folge.
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Das heiße Ende der Meßkreiswicklung, die die größere Windungszahl
und Spannung aufweist, ist der Metallfolie durch diese Anordnung der Kompensationskreiswicklung
am weitesten abgewandt, so daß schädliche Kapazitäten sich hier nur unbedeutend
auswirken können.
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Durch diese Maßnahme bei der Anordnung der Sekundärwicklungen wird
angestrebt, die Meßwertverfälschung durch Eigenkapazitäten der Meßkreis-und der
Kompensationskreiswicklung möglichst klein zu halten.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Sondenkopfeinsatzes mit einem erfindungsgemäßen
Ausgangsübertrager und F i g. 2 den Ausgangsübertrager der Anordnung nach F i g.
1 im Schnitt sowie in hälftiger Darstellung.
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Der in F i g. 1 gezeigte Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung
umfaßt einen zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit
eintauchenden Meßkondensator CM und einen auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator
0 nebst Ausgangsübertrager T. Die Primärseite des Ausgangsübertragers T umfaßt in
an sich bekannter Weise eine Schwingkreiswicklung 1 sowie eine Rückkopplungswicklung
2. Die Sekundärseite des Ausgangsübertragers T umfaßt zwei in Gegentakt geschaltete
Stromkreise, bestehend aus dem Meßkondensator CM nebst einer diesem zugeordneten
Sekundärwicklung 3 sowie einem KompensationskondensatorCK nebst einer diesem zugeordneten
Sekundärwicklung 4. In einem gemeinsamen Stromweg beider Stromkreise CM, 3 und CK,
4 liegt ein Meßverstärker, bestehend aus einem npn-Transistor T2, dessen Basis-Emitter-Strecke
in Gegendurchlaß richtung mittels einer Diode D 3 überbrückt ist. Im Kollektorkreis
des Transistors T2 liegt ein Strommesser A.
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Erfindungsgemäß ist ein gemeinsamer Verbindungspunkt 5 der Sekundärwicklungen
3, 4 des Ausgangsübertragers T mit einer Metallfolienabschirmung 6 verbunden, welche
eine vollständige Abschirmungzwi zwischen den Primärwicklungen 1,2 einerseits und
den Sekundärwicklungen 3, 4 andererseits bewirkt. Die Basis des Transistors T2 sowie
je ein Pol der Kondensatoren CM und CK liegen auf Masse, wie dies durch die Anwendung
des Sondenkopfeinsatzes zur kapazitiven Füllstandsmessung zwangläufig bedingt ist.
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Die räumliche Anordnung der Wicklungen 1 bis 4 des Ausgangsübertragers
T ergibt sich aus Fig. 2.
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Auf einem Spulenkörper Sp sind die Primärwicklungen 1, 2 und darüber
unter Zwischenlage der Metallfolienabschirmung 6 die Wicklungen 3, 4 angebracht.
Die Metallfolie 6 ist von den Wicklungen 1, 2 bzw. 3, 4 durch je eine Isolierlage
J isoliert. Räumlich zwischen dem heißen Ende der dem Meßkondensator CM zugeordneten
Sekundärwicklung 3 und der Metallfolienabschirmung 6 ist die dem Kompensationskondensator
CK zugeordnete Sekundärwicklung 4 angeordnet, welche sich lediglich iiber einen
Teil der Axiallänge des Spulenkörpers Sp erstreckt. Die dem Meßkondensator CM zugeordnete
Sekundärwicklung 3 erstreckt sich hingegen über die gesamte Axiallänge des Spulenkörpers
Sp, wobei das heiße Ende der Sekundärwicklung 3 von der Primärwicklung 1 nicht nur
durch die Metallfolienabschirmung 6, sondern zusätzlich auch noch durch die dem
Kompensationskondensator CK zugeordnete Sekundärwicklung 4 getrennt ist. Dadurch
ergeben sich sehr geringe schädliche Streukapazitäten.
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Zweckmäßig sind der Kompensationskondensator CK und die Sekundärwicklung
4 so ausgelegt, daß die Windungszahl der Sekundärwicklung 4 lediglich einen kleinen
Bruchteil derjenigen der dem Meßkondensator CM zugeordneten Sekundärwicklung 3 ausmacht.
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Zur Erläuterung der Betriebsweise der Anordnung nach F i g. 1 sei
zuerst angenommen, daß die Metallfolienabschirmung 6 nicht vorhanden sei. Es entsteht
dann an dem heißen Ende der Sekundärwicklung 3 eine schädliche Streukapazität CS2,
welche gegen Masse wirkt und somit zu dem Meßkondensator CM parallel liegt. Wird
dagegen die Metallfolienabschirmung 6 mit dem Punkt 5 verbunden, so wirkt die Streukapazität
CS2 zwischen dem heißen Ende der Sekundärwicklung 3 und deren kaltem Ende (Punkt
5), so daß sich keine Verfälschung der Kapazität des Meßkondensators CM ergibt.
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Patentansprüche: 1. Sondenkopfeinsatz zur kapazitiven Füllstandsmessung
mit einem zumindest teilweise in eine zu überwachende dielektrische Flüssigkeit
eintauchenden Meßkondensator und einem auf konstanter Frequenz arbeitenden Schwingkreisoszillator
nebst Ausgangsübertrager, an dessen Sekundärseite der Meßkondensator und ein niederohmiger
Meßverstärker in Reihe liegen, d a du r c h gekennzeichnet, daß in an sich bekannter
Weise zwischen der Sekundärseite und der Primärseite des Ausgangsübertragers (T)
eine Metallfolienabschirmung (6) angeordnet ist und daß die Metallfolienabschirmung
(6) mit dem kalten Ende (5) der Sekundärseite galvanisch verbunden ist.