DE3303340A1

DE3303340A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AND DISPLAYING FLUID MIRRORS IN A RESERVOIR

Info

Publication number: DE3303340A1
Application number: DE19833303340
Authority: DE
Inventors: Emanuel 91326 Northridge Calif. Tward
Original assignee: TWARD 2001 Ltd
Current assignee: TWARD 2001 Ltd
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1983-09-29
Also published as: GB2118308A; GB8302257D0; CA1195529A; FR2520867A1

Description

Tward 2001 Limited 22 586/7Tward 2001 Limited 22 586/7

12 304 Santa Monica Blöd.12 304 Santa Monica Stupid.

Suite 300Suite 300

W. Los Angeles, California 90o25/USAW. Los Angeles, California 90o25 / USA

Verfahren und Vorrichtung zur Messung und Anzeige von Fluidspiegeln in einem VorratsbehälterMethod and device for measuring and displaying fluid levels in a storage container

Beschreibung Escription

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige des Spiegels und/oder einer Menge eines Fluids in einem ortsfesten Behälter oder Lagertank, jedoch befaßt sie sich insbesondere mit dem Problem einer genauen Messung des Spiegels oder der Menge von in Fahrzeugbrennstoffbehältern enthaltenem Brennstoff, und zwar einschließlich solcher Behälter von Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen, und ferner bezieht sich die Erfindung auf Tauchfühler oder -sonden kapazitiver Art.The invention relates to a method and a device for measuring and displaying the mirror and / or a Amount of fluid in a stationary container or storage tank, however, it is particularly concerned with the problem an accurate measurement of the level or amount of fuel contained in vehicle fuel containers including such containers of air, water and Land vehicles, and further the invention relates to Immersion sensors or probes of a capacitive type.

Es wurden zahlreiche Techniken zur Messung von Flüssigkeitsspiegeln und -mengen in Vorratsbehältern entwickelt. Bei dem am meisten üblichen System zur Messung des Brennstoffspiegels im Tank eines Motorfahrzeugs kommt ein im Tank befindlicher veränderlicher Widerstand zur Anwendung, dessen Schleifer durch einen Zapfen mit einem Schwimmer, welcher den Brennstoff spiegel im Tank überwacht, verbunden ist.Numerous techniques have been developed for measuring liquid levels and quantities in storage containers. at The most common system for measuring the fuel level in the tank of a motor vehicle is an in-tank system located variable resistance to the application, whose grinder by a pin with a float, which the fuel level in the tank is monitored.

Wenn das Fahrzeug eine geneigte Strecke befährt, so wird der Brennstoff spiegel in einem Winkel zu seiner normalen horizontalen Bezugsebene im Tank verlagert, was dazu führt, daß der Schwimmer einen falschen Spiegel, der entweder höher oder niedriger ist als der wahre Spiegel, anzeigt; diese Erscheinung kann als BrennsLoffniveauverschiebung bezeichnet werden. Zusätzlich werden beim Anfahren, Beschleunigen, Verlangsamen und Halten des Fahrzeugs Wellen im Brennstoffvorrat hervorgerufen. Das führt zu einer Schaukel- oder Schwapperscheinung, so daß der Schwimmer auf und ab schwingt, wodurch die Ablesungen für die gemessene Brennstoffmenge negativ beeinflußt werden. Um die Wirkungen der Verlagerung und des Schaukeins des Brennstoff spiegels zu vermindern, wurden mechanische und elektrische Dämpfungstechniken angewendet, die sich jedoch für das Erhalten von augenblicklichen und genauen Messungen des Brennstoff spiegeis als nicht geeignet erwiesen haben. Die nachteiligen Einflüsse von Niveauverlagerung und Schaukeln sind vor allom bei Brennstoffbehältern von Luft- sowie Hochgeschwindigkeits-Land- und Wasserfahrzeugen unangenehm und störend.When the vehicle is traveling on an incline, the fuel level will be at an angle to its normal horizontal The reference plane in the tank shifted, which leads to the float a false level, which is either higher or lower than the true mirror, indicates; this phenomenon can be referred to as a fuel level shift will. In addition, when the vehicle starts, accelerates, decelerates and stops, there are waves in the fuel supply evoked. This leads to a rocking or sloshing phenomenon, so that the swimmer swings up and down, thereby adversely affecting the readings for the measured amount of fuel. To the effects of the relocation mechanical and electrical damping techniques were used to reduce the chances of the fuel level. however, which is for getting instantaneous and accurate measurements of fuel level have proven unsuitable. The adverse effects of level shift and swings are allom with fuel tanks of air and high-speed land and water vehicles uncomfortable and annoying.

Um die auf der Verlagerung und dem Schaukeln des Brennstoffspiegels beruhenden Probleme im Messen und Anzeigen zu überwinden, wurden mehrere Systeme o<1er Vorrichtungen vorgeschlagen, bei denen in Flüssigkeitsbehälter eingetauchte Kondensatorgeräte oder -sonden in Kombination mit geeigneten elektrischen Schaltungen sowie geeigneter Meß- und Anzeigeinstrumentierung zur Anwendung kommen.About the shifting and rocking of the fuel level To overcome problems in measurement and display, several systems of devices have been proposed, where condenser devices or probes immersed in liquid containers in combination with suitable ones electrical circuits as well as suitable measuring and display instruments are used.

Gemäß der USA-Patentschrift 2 357 023 wird eine in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnete Platten-Tauchkondensatoreinheit verwendet, bei der die Flüssigkeit selbst das Dielektrikum zwischen den Platten bildet. Der kapazitive Wert des Tauchkondensators ist veränderlich und ändert sich mit Bezug zum Flüssigkeitsspiegel im Behälter. Durch Aufbau derAccording to U.S. Patent 2,357,023, one in one Plate-type immersion condenser unit arranged in a liquid container used, in which the liquid itself forms the dielectric between the plates. The capacitive value of the immersion capacitor is variable and changes with it Relation to the liquid level in the container. By building the

Kondensatoreinheit auf mehreren Plattenpaaren, die in unterschiedlichen Bereichen des Behälters angeordnet werden, werden die Wirkungen des Schaukeins sowie Wallens oder Schwappens und der Spiegel Verlagerung herabgesetzt, so daß man für die Taucheinheit einen genaueren Kapazitätswert erhält. Die Tauchkondensatoreinheit - ob sie nun aus einem einzelnen Plattenpaar oder aus mehreren solchen Paaren besteht - ist elek-trisch in eine Wechselstrom-Brückenschaltung mit zwei Kondensatoren von fester sowie gleicher Kapazität, die je einen Arm der Brücke bilden, während die beiden restlichen Arme der Brücke aus einem Kondensator mit veränderlicher Kapazität und dem Tauchkondensator gebildet sind, eingegliedert. Die Brückenschaltung (von bekannter Wheatstone-Ausbildung) ist mit einer Wechselstromquelle vorgegebener Frequenz sowie mit einer Erfassungs-(Meßzel1 en -) und Meßgrößenanzeigeschaltung verbunden. Ferner ist die Brückenschaltung so aufgebaut, daß sie in einem unabgeglichenen Zustand ist, solange irgendwelche Flüssigkeit im Behälter im dielektrischen Raum zwischen den Platten der FauchkondensaLoreinheit verbleibt.Condenser unit on several pairs of plates in different Areas of the container are arranged, the effects of the rocking as well as rolling or sloshing and the mirror displacement is reduced so that a more accurate capacitance value is obtained for the immersion unit. The immersion capacitor unit - whether it consists of a single one Plate pair or consists of several such pairs - is elec-trically in an alternating current bridge circuit with two Capacitors of fixed and equal capacitance, each forming one arm of the bridge, while the other two Arms of the bridge from a capacitor with variable capacitance and the immersion capacitor are incorporated. The bridge circuit (from a well-known Wheatstone education) is with an AC power source of predetermined frequency as well with a detection (measuring cells) and measured variable display circuit tied together. Furthermore, the bridge circuit is constructed in such a way that that it is in an unbalanced state as long as any Liquid in the container in the dielectric space between remains on the plates of the condenser unit.

Die USA-Patentschrift Re 22 493 offenbart ebenfalls eine Schaltung zur Erfassung und Anzeige eines Flüssigkeitsspiegels mit einer eingetauchten Kondensatoreinheit der Plattenbauart. Diese als Meßkondensator bezeichnete Einheit hat einen kapazitiven Wert, der sich mit Bezug zum Spiegel der Flüssigkeit in einem Behälter ändert. Die Schaltung enthält auch eine Vergleichskondensatoreinheit der Plattenbauart, die ständig in der bezüglich ihres Spiegels oder ihrer Menge zu erfassenden Flüssigkeit völlig eingetaucht gehalten wird. Soweit, verschiedenartige Flüssigkeiten (mit unterschiedlichen dielektrischen Werten) betroffen sind, ist der Vergleichskondensator in seinem Kapazitätswert nur bezüglich des Meßkondensators veränderlich, und bei Erfühlen von verschiedenen Pegeln einer gleichen Flüssigkeit wird ein Kompensationsoder Vergleichskapazitätswert an die Schaltung geliefert, U.S. Patent Re 22,493 also discloses a circuit for detecting and displaying a liquid level with a submerged plate-type condenser unit. This unit, known as the measuring capacitor, has a capacitive value that is related to the level of the liquid changes in a container. The circuit also includes a plate-type comparator capacitor unit that continuously is kept completely immersed in the liquid to be detected with regard to its level or its amount. So far, different liquids (with different dielectric Values) are affected, the capacitance value of the comparison capacitor is only relevant to the measuring capacitor variable, and when different levels of the same liquid are sensed, a compensation or comparison capacitance value is supplied to the circuit,

so daß eine Messung des Flüssigkeitsspiegels von der Dielektrizitätskonstanten der Flüssigkeit oder irgendeiner Änderung dieser unabhängig ist. Sowohl die Meß- wie die Vergleichkondensatoreinheit sind im wesentlichen den gleichen Umgebungsbedingungen wie die maßlich zu erfassende Flüssigkeit ausgesetzt.so that a measurement of the liquid level from the dielectric constant the liquid or any change in this is independent. Both the measuring and the comparison capacitor unit are essentially the same ambient conditions as the liquid to be measured exposed.

Die USA-Patentschrift 4 194 395 beschreibt einen Fühler kapazitiver Art zum Messen von Flüssigkeitsspiegeln, wobei eine Vielzahl von plattenartigen Kondensatoren parallel zueinander ausgerichtet sind. Die dielektrischen Räume jedes der voneinander isolierten Kondensatoren nehmen die zu messende Flüssigkeit auf, die (mit - falls vorhanden - Luft oberhalb der Flüssgke'it ) das Dielektrikum für die Räume bildet und damit den Kapazitätswert jedes Kondensators festsetzt. Da die Kondensatoren identisch ausgestaltet sind, zeigen sie gleiche Kapazi lälswerte nur, wenn das flüssige Dielektrikum (mit - falls vorhanden - Luft) zwischen den Platten jedes Kondensators gleiche Bereiche bedeckt. Wenn die Flüssigkeit in einem Behälter bezüglich ihrer Höhe oder Menge gemessen wird und im Schaukeln ist oder in ihrorri Spiegel mit Bezug zu ihrer normalen Flussigkeitsspiegel-Bezugsebene gestört ist, so deckt die (als ein Dielektrikum wirkende) Flüssigkeit unterschiedliche Bereiche der Kondensatoren ab und liefert voneinander verschiedene Kapazitätswerte. Eine zugeordnete Schaltung fragt die Kondensatoren ab, und an Stellen, da die Kapazitätswerte einer Gleichheit nahekommen, liest das System einen der Werte und zeigt den Flüssigkeitsspiegel oder die Menge an im Behälter befindlicher Flüssigkeit an.U.S. Patent 4,194,395 describes a sensor that is more capacitive Type of measuring liquid levels, with a plurality of plate-like capacitors parallel to each other are aligned. The dielectric spaces of each of the capacitors isolated from one another take the one to be measured Liquid that (with - if available - air above the liquid) forms the dielectric for the rooms and thus fixes the capacitance value of each capacitor. Since the capacitors are designed identically, they show same capacitance values only if the liquid dielectric (with - if present - air) between the plates of each capacitor covered equal areas. When the liquid in a container is measured in terms of its height or quantity and is in the rocking or in herorri mirror with reference is disturbed to its normal liquid level reference plane, so the liquid (acting as a dielectric) covers different areas of the capacitors and delivers mutually different capacitance values. An associated circuit interrogates the capacitors, and in places where the Capacitance values come close to equality, the system reads one of the values and displays the liquid level or the Amount of liquid in the container.

Kapazitive Fühler für einen Flüssigkeitsspiegel und die zugeordneten Abfrage-, Ausgleichs-, Deutungs-, Auswertungs- und Meßanzeigeschaltungen nach dem Stand der Technik sind komplex und mangelhaft in bezug auf die Behandlung bzw. Bewältigung der auf dem Schaukeln und der Spiegel Verlagerung der Flüssig-Capacitive sensors for a liquid level and the associated ones Interrogation, compensation, interpretation, evaluation and measurement display circuits according to the prior art are complex and inadequate with regard to the treatment or coping with the displacement of the liquid on the swings and the mirror

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keit beruhenden Probleme wie auch bezüglich der Auswirkungen von Änderungen in den physikalischen sowie chemischen Eigenschaften der dem Meßvorgang unterliegenden Flüssigkeiten auf die Flüssigkeitsspiegel- sowie -mengenmessung und auch bezüglich der Auswirkungen der vielfachen Eigenschaften der Umgebung der Flüssigkeit sowie deren Behälter.problems based on speed as well as the effects of changes in physical as well as chemical properties of the liquids underlying the measuring process the liquid level and volume measurement and also with regard to the effects of the multiple properties of the environment the liquid and its container.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung mit einem kapazitiven Fühler anzugeben, die für eine Messung eines Flüssigkeitsspiegels oder -volumens sowohl bei ortsfesten wie auch bei Flüssigkeitsbehältern für Fahrzeuge zur Anwendung kommen können.It is an object of the invention to provide an improved method as well as to provide an improved device with a capacitive sensor which is used for a measurement of a liquid level or volume both in the case of stationary as well as in Liquid containers for vehicles can be used.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines kapazitiven- Flüssigkeitsspiejel- oder -mengenmeßsystems der Mehrkondensator-Bauart, das genau Flüssigkeitsspiegel oder -mengen in Vorratsbehältern erfaßt und mißt, wenn die Flüssigkeit im Behälter schaukelt und/oder mit Bezug zu ihrer normalen Oberflächenbezugsebene gestört ist.Another object of the invention is to provide a capacitive liquid level or quantity measuring system the multi-capacitor type, which accurately detects liquid levels or quantities in storage containers and measures when the Liquid in the container rocks and / or is disturbed with respect to its normal surface reference plane.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, ein Flüssigkeitsspiegelmeßsystem der Mehrkondensator-BdUtirt zu schaffen, das in seiner Meßgenauigkeit relativ unempfindlich auf Änderungen in den Umgebungseigenschaften der jeweiligen Flüssigkeit und ihres Behälters ist.It is also an object of the invention to provide a liquid level measurement system to create the multi-capacitor BdUtirt, which is relatively insensitive to changes in its measurement accuracy is in the environmental properties of the respective liquid and its container.

Des weiteren hat die Erfindung die Schaffung eines kapazitiven Flüssigkeitsspiegelfühlers der Mehrkondensator-Bauart in Verbindung mit einer einfachen Wechselstrom-Brückenschaltung zum Ziel, wobei eine Erfassungs- und eine unmittelbare Ab- bzw. Ausleseschaltung, die gegen Änderungen in den Umgebungseigenschaften der Flüssigkeit und ihres Behälters, gegen eine Flüssigkeitsbewegung und Änderung der Behälterlage oder gegen eine Streukapazität im Fühler-Brückonsystem unempfindlich sind, einbegriffen sind.Another object of the invention is to provide a capacitive liquid level sensor of the multi-capacitor type in conjunction with a simple AC bridge circuit to the goal, with a detection and an immediate readout or readout circuit, which against changes in the environmental properties of the liquid and its container, against a liquid movement and change of the container position or against a stray capacitance in the sensor bridge system is insensitive are included.

Der Erfindungsgegenstand stellt eine Verbesserung für Flüssigkeitsspiegel- und -volumentneßsysteme dar und ist in weitern Sinne für eine Anwendung bei allen Arten von Flüssigkeitsoder Fluidbehältern sowie mit Bezug auf eine FIuidspiegel und -volumenmessung von leitenden wie auch nichtleitenden Fluiden geeignet. Das System ist ebenfalls auf eine Pegel- und Volumenmessung von leitenden sowie nichtleitenden Fluiden anwendbar, die - wenigstens teilweise - einen fließfähigen Stoff umfassen.The subject matter of the invention represents an improvement for liquid level and volume measurement systems and is in a broad sense for use in all types of liquid or fluid containers and with reference to a fluid level and -volume measurement of conductive as well as non-conductive Suitable for fluids. The system is also capable of measuring the level and volume of conductive and non-conductive fluids applicable, which - at least partially - comprise a flowable substance.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der im Lauf dieser Beschreibung und in den Ansprüchen gebrauchte Ausdruck "Fluid"-eine Ein- oder Mehrkomponentⁿnsubstanz oder -zusammensetzung bedeutet, die das Bestreben hat, zu fließen oder sich der Gestalt ihres Behälters anzugleichen, und die elektrisch nichtleitende oder leitende Eigenschaften aufweisen kann. Der Ausdruck "Fluid" schließt somit eine große Vielfalt an Flüssigkeiten, Gasen, Pulver- od-?r Granu latf estL tof f en , f lüssig/f 1 üssig-MisciiUNgen oder -Emulsionen, F1 üss iyk<;i t/Gas-Mi schungen oder -Dispersionen, Flussigkeit/Feststoff-Mischungen und Gas/ Feststoff-Mischungen - ohne Beschränkung hierauf - ein. In weiterer Definition des Ausdrucks "Fluid" ist es.selbstverständlich, daß ein Fluid enthaltende Mrhrkomponentensubstanzen für jede Komponente einen verschiedenartigen und bestimmbaren dielektrischen Wert aufweisen müssen. Insofern ir.üssen für Kehrkomponentenfluido oder für aus verschiedenen Phasen der gleichen Substanz gebildete Fluide meßbare Unterschiede mit Bezug auf die dielektrischen Konstanten oder Phasen zutage treten.It should be noted that the term used in this specification and in the claims term "fluid" -a single or Mehrkomponent ⁿ nsubstanz means or composition which has the tendency to flow or to equalize their container shape, and may have electrically non-conductive or conductive properties. The term "fluid" thus includes a wide variety of liquids, gases, powder or granulate solids, liquid / liquid mixtures or emulsions, oil / gas medium mixtures or dispersions, liquid / solid mixtures and gas / solid mixtures - without limitation. In a further definition of the term "fluid", it is of course that a fluid-containing component substances must have a different and determinable dielectric value for each component. In this respect, measurable differences with respect to the dielectric constants or phases must come to light for reversing component fluids or for fluids formed from different phases of the same substance.

Aus Gründen einer vereinfachten Beschreibung der Erfindung und ihrer Anwendung auf FIu idspiegel - und Fluidmengenmessungen wird das die Erfindung umfassende System - zumindest für den größten Teil - hinsichtlich spiner Anwendbarkeit auf die Flüssigkeitsspiegel- oder -volumenmessung erläutert.For the sake of a simplified description of the invention and its application to fluid level and fluid volume measurements, the system comprising the invention is at least for the most part - in terms of spin applicability on the liquid level or volume measurement explained.

Die Erfindung macht von einem kapazitiven Fühler oder einer Meßsondenkonstruktion mit ungewöhnlicher Ausgestaltung G2-brauch, der bzw. die sich - in dor normalen Ausrichtung von der Oberseite bzw. dem höchsten Punkt eines Flüssigkeitsbehälters zu dessen Boden bzw. tiefsten Punkt in dieser Ausrichtung erstreckt. Der kapazitive Fühler ist aus vier Plattenkondensatoren gebildet, die über die gesamte Länge des Fühlers in gebündelter, paralleler Gruppierung verlaufen, so daß jeder Kondensator mit dem gespeicherten Fluid über den gesamten Bereich von zu überwachenden Pegeln oder Spiegeln in Berührung ist und alle Kondensatoren dem gleichen Fluid sowie der gleichen Atmosphären- und Behälterumgebung ausgesetzt sind. Die vier Kondensatoren sind aus vier elektrisch leitenden Konderisatorelementen aufgebaut, von denen jedes aus zwei elektrisch verbundenen kapazitiven Platten besteht. Die Kondensatorelemente sind in zueinander fest beabstandeter Beziehung gehalten und durch Befestigungsmittel so angeordnet, daß jede Platte eines jeden Konrlonsa tore 1 omen t^c. mit einer Platte des benachbarten Kondensatorelemerits einen dielektrischen Spalt oder Raum zwischen beiden Platten begrenzt, wodurch die zusammengebauten Kondensatorelemente miteinander vier dielektrische Räume bilden. Ein Stoff mit konstantem dielektrischen Wert füllt zwei der dielektrischen Räume aus, wobei er mit den die jeweiligen Räume begrenzenden Platten ein Kondensatorpaar von festem kapazitiven Wert darstellt. Die beiden anderen dielektrischen Räume bleiben frei, um veränderliche Mengen des abzufühlenden Fluids aufzunehmen, und die diese Räume begrenzenden Platten wirken mit den zwischen ihnen aufgenommenen veränderlichen Fluidmengen zur Bildung eines Paars von veränderlichen Kondensatoren zusammen.The invention makes use of a capacitive sensor or a measuring probe construction with an unusual design, which extends - in the normal orientation from the top or the highest point of a liquid container to its bottom or lowest point in this orientation. The capacitive sensor is formed from four plate capacitors, which run over the entire length of the sensor in a bundled, parallel grouping so that each capacitor is in contact with the stored fluid over the entire range of levels or mirrors to be monitored and all capacitors are in contact with the same fluid and are exposed to the same atmosphere and container environment. The four capacitors are made up of four electrically conductive condenser elements, each of which consists of two electrically connected capacitive plates. The capacitor elements are held in fixed spaced relation to one another and arranged by fastening means so that each plate of each Konrlonsa gates 1 omen t ^c . with a plate of the adjacent capacitor element delimits a dielectric gap or space between the two plates, whereby the assembled capacitor elements together form four dielectric spaces. A substance with a constant dielectric value fills two of the dielectric spaces, and together with the plates delimiting the respective spaces it represents a pair of capacitors with a fixed capacitive value. The other two dielectric spaces remain free to receive varying amounts of the fluid to be sensed, and the plates defining these spaces cooperate with the varying amounts of fluid received between them to form a pair of variable capacitors.

Bei der bevorzugten Ausbildung dos Fühlers.der Mehrkondensator-Bauart nadi der Erfindung haben die büioen Festwertkondensatoren den gleichen Kapnz i La t r,wurt und :■, ind mit BezugIn the preferred embodiment of the Fühlers.der Mehrkondensator-Bauart nadi the invention, the office fixed-value capacitors have the same Capnz i La tr, wurt and : ■, ind with reference

zueinander -rbonfalli i'Je'it i sch konstruiert sowie gestaltet, so cldii sie auch in gleicher Weise auf die Umgebung des Fluids und dessen Behälter ansprechen. Da die beiden im Wert veränderlichen Kondensatoren identisch ausgestaltet sind, zeigen sie gleiche Kapazitätswerte nur, wenn das Fluid (mit seinem spezifischen dielektrischen Wert) zwischen den Platten jedes Kondensators gleiche Räume ausfüllt und gleiche Bereiche bedeckt. Daraus folgt, daß dann, wenn das Fluid im Behälter schaukelt oder wenn dessen Spiegel mit Bezug zur normalen Ruheebene im Behälter gestört ist, das als Dielektrikum bei den beiden veränderlichen Kondensatoren wirkende Fluid unterschiedliche Raumteile anfüllt und unterschiedliche Bereiche dieser Kondensatoren abdeckt, was zur Darstellung von ungleichartigen Kapazitätswerten führt.to each other -rbonfalli i'Je'it i sch constructed and designed, so they cldii in the same way to the environment of the Address fluids and their containers. Because the two capacitors of variable value are designed identically they show the same capacitance values only when the fluid (with its specific dielectric value) is between the Plates of each capacitor fill the same spaces and cover the same areas. It follows that when the fluid is in Container rocks or if its mirror is disturbed in relation to the normal plane of rest in the container, the dielectric acting on the two variable capacitors Fluid fills different parts of the room and different Covering areas of these capacitors, which leads to the representation of dissimilar capacitance values.

Der ungewöhnliche Aufbau des kapazitiven Fühlers, auf den noch näher eingegangen werden wird, ermöglicht, es, das Paar von Festwertkoiidensatoren (mit gleichem kapazitiven Wertj und das Paar von im Wert veränderlichen Kondensatoren unmittelbar als die vier kapazitiven Schenkel einer kl assischen Wechselstrom-Wheatstone-Brückenschaltung mit einem Wechselstromerzeuger (konstante Spannung bei eingestellter Frequenz) und mit einer zugeordneten Stromerfassungs-, Meß- und Wertanzeigeinstrumentschaltung zu verwenden. Die aus zwei festen und zwei veränderlichen, den Fühler bildenden Kondensatoren gebildete Brückenschaltung ist so angeordnet, daß sie in einem unabgegl ichenen Zustand ist (der Strom fließt durch die Erfassungsschaltung), solange als irgendwelches Fluid im Behälter in den dielektrischen Räumen zwischen den Platten der veränderlichen Kondensatoren verbleibt. Mit der in dieser Weise aufgebauten und arbeitenden Brücke liest die Erfassungsschdltung die Brückenunsymmetrie (Wert des Stromflusses) linear als eine direkte Messung des Fluidspiegels oder -volumens im Behälter, in dem der Fühler untergebracht ist, ab. Da al 1e Kondensatoren der Brückeη schaltung Teil desThe unusual structure of the capacitive sensor on which will be discussed in more detail, makes it possible to use the pair of fixed-value capacitors (with the same capacitive value and the pair of variable value capacitors immediately as the four capacitive legs of a classic AC Wheatstone bridge circuit with an alternator (constant voltage at set frequency) and with an associated current recording, measuring and value display instrument circuit to use. The one made up of two fixed and two variable capacitors forming the sensor formed bridge circuit is arranged so that it is in an unbalanced ichen state (the current flows through the detection circuit) as long as any fluid in the container in the dielectric spaces between the plates of the variable capacitors remains. With the in If the bridge is built and working in this way, the detection circuit reads the bridge asymmetry (value of the current flow) linear as a direct measurement of the fluid level or volume in the container in which the sensor is housed. Since al 1e capacitors of the bridge circuit part of the

Mehrkondensatorfühlers im System sind und diesen bilden, so ist die Brückenschaltung unempfindlich für eine Streukapazität, und alle Kondensatorbau Lei Ie der Brückenschaltung sind den gleichen Umgebungsbedi rigungen ausgessezt.Multi-capacitor sensor are in the system and form this, so the bridge circuit is insensitive to stray capacitance, and all capacitor construction Lei Ie of the bridge circuit are exposed to the same environmental conditions.

Die beiden veränderlichen Kondensatoren des Fühlers werden in ihren Kapazitätswerten unmittelbar von den Fluidspiegelη, die an nahen, aber getrennten Stellen einwirken, beeinflußt, und die zugeordnete Erfassungsschaltung kann so ausgelegt sein, daß sie diese Fühlerkondensatoren abfragt, um einen Ausgangskennwert in den Augenblicken abzugeben, in denen die Fluidspiegel innerhalb dieser Kondensatoren gleich sind (dann sind die Kapazitätswerte gleich). In diesen Augenblicken wird der unabgeglichene Zustand der Brücke (Wert des Stromflusses) gemessen, und die Wertanzeigeschaltung übermittelt (visuell und/oder aufgezeichnet) den exakten Wert des Fluidspiegels oder -volumens in direkter linearer Beziehung zum Stromwert. Der Fühler oder die Sonde gemäß der Erfindung mit ungewöhnlichem Aufbau überwacht und mißt Fluidspiegel und -volumina mit außerordentlicher Genauigkeit und übermittelt diese Messungen über eine einfache Wechselstrombrücke sowie eine zugeordnete Schaltung zur Anzeige und/oder gedruckten Ausgabe oder als ein elektrisches Signal für Steuer-, Regel- und andere Zwecke. Die Schaltung des Systems kann so konzipiert sein, daß sie den vorher gemessenen Spiegel- oder Mengenwert hält, bis eine Ablesung eines neuen Spiegel- oder Mengenwerts herbeigeführt wird.The two variable capacitors of the probe are in their capacitance values directly from the fluid level η, which act at close but separate points, influences, and the associated detection circuit can be designed so that it interrogates these sensing capacitors, to give an output characteristic in the moments in which the fluid levels within these capacitors are the same (then the capacitance values are the same). In these moments the unbalanced state becomes the Bridge (value of the current flow) measured, and the value display circuit transmits (visually and / or recorded) the exact value of the fluid level or volume in direct linear relationship to the current value. The sensor or probe according to the invention with an unusual structure monitors and measures fluid levels and volumes with extraordinary accuracy and transmits these measurements via a simple AC bridge and an associated circuit to the Display and / or printed output or as an electrical signal for control and other purposes. the Circuitry of the system can be designed to hold the previously measured mirror or quantity value until one Reading of a new mirror or quantity value is brought about.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The subject of the invention is explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine auf- und abgebrochene Ansicht eines Flüssigkeitsbehälters, in dem ein Fluidspiegelfühler·der Mehrkondensator-Bauart gemäß der Erfindung angeordnet ist;1 shows an open and broken view of a liquid container in which a fluid level sensor of the multi-capacitor type arranged according to the invention;

Fig. 2 einen Querschnitt des Fühlers von Fig. 1;Figure 2 is a cross-section of the probe of Figure 1;

Fig. 3 eine elektrische Schemadarstellung der den Meßfühler der Mehrkondensator-Bauart gemäß Fig. 1 enthaltenden Brückenschaltung in ihrer Anwendung bei der Fluidspiegel- und -mengenmeßvorrichtung gemäß der Erfindung;3 is an electrical schematic of the sensor the multi-capacitor design according to FIG. 1 containing the bridge circuit in its application in the fluid level and quantity measuring device according to the invention;

Fig. 4 ein Schema der Schaltung von Fig. 3, worin die Kondensatoren des Fühlers deutlicher in einer klassischen Wheatstone-Brückenschaltung dargestellt sind;Fig. 4 is a schematic of the circuit of Fig. 3, wherein the capacitors of the probe are shown more clearly in a classic Wheatstone bridge circuit;

Fig. 5 einen Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der Erfindung.5 shows a cross section of a modified embodiment a sensor according to the invention.

Ein erfindungsgemäß ausgestalteter Fluidspiegelfühler 10 der Mehrkondensator-Bauart ist in Fig. 1 in seiner in einen Fluidbehälter 11, der eine Deckenwand 12, Seitenwände 13 sowie eine Bodenwand 14 hat und eine Fluidrnenge 15 enthält, eingebauten Lage gezeigt. Der Fühler 10 erstreckt sich von der Boden- zur Deckenwand und ist im allgemeinen so ausgerichtet, daß seine vertikale Achse rechtwinklig zur Ebene der Oberfläche des Fluids in dessen statischem Zustand verläuft. Für andere und komplexere Ausgestaltungen des Behälters muß der Fühler nicht in vertikaler Ausrichtung mit Bezug zur Ebene der Oberfläche des statischen Fluids ausgerichtet sein, solange der Fühler den vollen Bereich der im Behälter in Erscheinung tretenden Fluidspiegel messen oder erfassen kann.A fluid level sensor 10 configured according to the invention The multi-capacitor design is shown in FIG. 1 in its in a fluid container 11, which has a top wall 12 and side walls 13 as well as a bottom wall 14 and containing a volume of fluid 15, is shown installed. The probe 10 extends from the Floor to ceiling wall and is generally oriented so that its vertical axis is perpendicular to the plane of the surface of the fluid runs in its static state. For others and more complex configurations of the container, the sensor does not have to be in a vertical orientation with respect to the plane be aligned with the surface of the static fluid as long as the probe covers the full area of the container in appearance can measure or detect rising fluid level.

Der Fluidspiegelfühler 10 von Fig. 1, der in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt ist, besteht aus vipr elektrisch leitenden Kondensatorelementen 16, 17, 18 und 19, von denen jedes zwei kapazitive Platten A und B umfaßt. Um die Kondensatorelemente in fest beabstandeter Beziehung zueinander zu halten und um diese Elemente so in ihrer Lage anzuordnen, daß jede deren Platten mit ei ner Platte des unmittelbar benachbarten ElementsThe fluid level sensor 10 of FIG. 1, the one in FIG. 2 in cross section shown is made of vipr electrically conductive Capacitor elements 16, 17, 18 and 19, each of which has two capacitive plates A and B comprises. To keep the capacitor elements in tightly spaced relation to one another and around to arrange these elements in their position so that each of their plates with egg ner plate of the immediately adjacent element

einen dielektrischen Spalt oder Raum dazwischen begrenzt, wodurch die vier KondensaLorelemente zusammen also vier dielektrische Räume bilden, ist ein nichtleitendes Bauteil 20 vorgesehen. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, verläuft das nichtleitende Bauteil 20 zwischen der Platte A des Elements 16 sowie der Platte B des Elements 17 und zwischen der Platte A des Elements 18 sowie der Platte B des Elements 19, wobei es die dielektrischen Räume zwischen diesen Plattenpaaren ausfüllt. Somit bildet das aus einer kleinen Tafel aus dielektrischem Material bestehende nichtleitende Bauteil 20 mit der leitenden Platte A des Elements 16 sowie der leitenden Platte B des Elements 17 und mit der leitenden Platte A des Elements 18 sowie der leitenden Platte B des Elements 19 zwei plattenförmige Kondensatoren C~ und C₃ von gleichem, festen Kapazitäts-(Impedanz-)wert.A dielectric gap or space delimits therebetween, as a result of which the four capacitor elements together form four dielectric spaces, a non-conductive component 20 is provided. As FIGS. 1 and 2 show, the non-conductive member 20 extends between the plate A of the element 16 and the plate B of the element 17 and between the plate A of the element 18 and the plate B of the element 19, with the dielectric spaces between fills these pairs of plates. Thus, the non-conductive member 20 consisting of a small sheet of dielectric material forms two plate-shaped capacitors with the conductive plate A of the element 16 and the conductive plate B of the element 17 and with the conductive plate A of the element 18 and the conductive plate B of the element 19 C ~ and C ₃ of the same, fixed capacitance (impedance) value.

Die jeweils von der Platte B des Elements 16 sowie der Platte A des Elements 19 und der Platte B des Elements 18 sowie der Platte A des Elements 17 begrenzten dielektrischen Räume 21 und 22 bleiben offen sowie frei, um verschiedenartige Mengen und Spiegel des auszumessenden Fluids zusammen mit Dämpfen oberhalb dieser Spiegel aufzunehmen. Somit bilden die in den Räumen 21, 22 befindlichen veränderlichen Flüssigkeit/Dampf-Mengen mit den leitenden Platten B des Elements 16 sowie A des Elements 19 und den Platten B des Elements 18 sowie A des Elements 17 zwei Plattenkondensatoren C. und C. von veränderlichem Kapazitäts-(Impedanz-)-wert.Each of the plate B of the element 16 and the plate A of the element 19 and the plate B of the element 18 and the Plate A of the element 17 bounded dielectric spaces 21 and 22 remain open and free to various Record quantities and levels of the fluid to be measured together with vapors above these levels. Thus form the variable amounts of liquid / vapor located in the spaces 21, 22 with the conductive plates B of the element 16 as well as A of the element 19 and the plates B of the element 18 and A of element 17 two plate capacitors C. and C. of variable capacitance (impedance) value.

Der Mehrkondensatorfühler 10 ist gegen den Behälter 11 durch irgendwelche bekannten Mittel isoliert. Elektrische Leitungsdrähte L., Lp,, L^ und L- sind jeweils mit den Kondensatorelementen 16, 17, 18 und 19 verbunden und treten aus dem Behälter 11 über eine isolierte Durchführung aus. Wenn diese Drähte mit einem Wechselstromerzeuger-Schaltungsaufbau G und mit einem Erfassungs-, Meß- und Wertanzeige-Scha1tungs-The multi-capacitor sensor 10 is through against the container 11 any known means isolated. Electrical lead wires L., Lp ,, L ^ and L- are connected to the capacitor elements, respectively 16, 17, 18 and 19 connected and emerge from the container 11 via an insulated bushing. If those Wires with alternator circuitry G and with a recording, measuring and value display switching

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aufbau D verbunden werden, wie Fig. 3 zeigt, so wird damit eine einfache Brückenschaltung der klassischen Wheatstone-Ausbildung, wie Fig. 4 schernati sch zeigt, erstellt.structure D are connected, as shown in FIG a simple bridge circuit of the classic Wheatstone training, as shown in FIG. 4 schernati sch, created.

Die Wechselstrom-Erzeugungsschalturuj G ist mit der Brückenschaltung, d.h. den Kondensatoren C., C_?, C₃, C₄ des Fühlers 10, über abgeschirmte Zuleitungsdrähte L₂ und L„ verbunden. Abgeschirmte Ableitungsdrähte L· und L₃ verbinden die Brückenschaltung mit der Erfassungsschaltung D, die erforderlichenfalls eine geeignete Stromgleichrichterschaltung enthält, mit der Brückensignalabfrageschaltung, mit der Strommeßschaltung und mit der Stromwertanzeigeschaltung. Die Brückensignalabf rageschaltung kann so ausgelegt sein, daß sie nur in den Fällen anspricht, da die Kapazitätswerte der Kondensatoren C. und Co mit veränderlichem Wert des Fühlers gleich sind, d.h. dann, wenn diese Kondensatoren gleiche Fluidspiegel messen In diesen Fällen bestimmt die Strommeßschaltung den Wert des Ausgangsstroms der Brücke und dio Stromwertanzeigeschaltung überträgt diesen Ausgangswert in einen ablesbaren oder aufzuzeichnenden Volumen- oder Fluidspiege1 wert. Alternativ kann die Frequenz oder Spannung des angelegten Wechselstroms verändert werden, bis die Erfassungsschaltung (einschließlich ihrer Meß- und/oder Wertanzeigeinstrumentierung) auf einen vorbestimmten Punkt eingestellt ist, wobei das Fluidvolumen dann in Gallonen, Litern oder anderen volume trisehen Einheiten durch Abfühlen der veränderten Frequenz (oder ihrer Periode) bzw. Spannung direkt abgelesen oder aufgezeichnet wird.The alternating current generating circuit G is connected to the bridge circuit, ie the capacitors C., C _? , C ₃ , C _{4 of} the sensor 10, connected via shielded lead wires L ₂ and L ". Shielded drain wires L · and L ₃ connect the bridge circuit to the detection circuit D, which if necessary contains a suitable current rectifier circuit, to the bridge signal interrogation circuit, to the current measuring circuit and to the current value display circuit. The bridge signal interrogation circuit can be designed so that it responds only in those cases where the capacitance values of the capacitors C. and Co with a variable value of the sensor are the same, i.e. when these capacitors measure the same fluid level. In these cases, the current measuring circuit determines the value of the output current of the bridge and the current value display circuit transfers this output value into a readable or recorded volume or fluid level value. Alternatively, the frequency or voltage of the applied alternating current can be varied until the detection circuit (including its measuring and / or value display instrumentation) is set to a predetermined point, the fluid volume then in gallons, liters or other volume-trisehen units by sensing the changed frequency (or its period) or voltage is read or recorded directly.

Für die Brückenschaltung von Fig. 4 können die jeweiligen Kondensatoren die folgenden lmpedanzwerte haben: Fe stwertkondensatorenFor the bridge circuit of FIG. 4, the respective Capacitors have the following impedance values: Fixed value capacitors

C₂ - Impedanz = Z₂ C ₂ - impedance = Z ₂

C₃ - Impedanz = Z₃ C ₃ - impedance = Z ₃

Wertveränderliche KondensatorenValuable capacitors

C. - Impedanz = Z₁ C. - Impedance = Z ₁

C. - Impedanz = 1. C. - Impedance = 1.

Die Erfassungsschaltung D stellt auch einen Impedanzwert dar, der als Zr bezeichnet werden kann. Die Wechsel Stromerzeugerschaltung G hat bei fixierter Frequenz eine konstante Spannung e, die parallel zur Brücke angelegt wird. Somit kann, wenn Z- = Z., und 1. - 1« undThe detection circuit D also represents an impedance value, which can be referred to as Zr. The alternating power generator circuit G has a constant voltage e at a fixed frequency, which is applied parallel to the bridge. Thus, if Z- = Z., and 1. - 1 « and

wenn Z₅ von kleinem Wert ist, d.h. Zr < 1. und Z₂ when Z _{5 is} of small value, ie Zr < 1. and Z ₂

festgestellt werden, daß der Strom I durch die Erfassungsschaltung ist:be found that the current I through the detection circuit is:

I = ■-/ x (C₁ - C₂)I = ■ - / x (C ₁ - C ₂ )

worin ist: E der Spannungswert undwhere: E is the stress value and

W = 2 TT x FrequenzW = 2 TT x frequency

Der Stromwert I in uer Erfassungsschaltung ändert sich in linearer Beziehung zu Änderungen im Kapazitätswert des Kondensators C... Somit können Änderungen im Verhältnis C, - C₂ durcn Meßänderungen im Strornwert I bestimmt werden. Ferner kann mit einem passenden Erfassung?- und Wechselstromerzeuger-Scha Rurigsaufbau (z.B. durch Konstanthalten des Stroms I und Verändern des W-Wertes) die Anzeige des Wertes von C. - C_? durch Messen der Periode der Winkelfrequenz W bewirkt werden. Die Anzeigeinstrumentierung in der Erfassungsschaltung kann somit einen digitalen Wert in direkter linearer Beziehung zu den tatsächlichen Werten des Fluidvolumens im Behälter, in dem der Fühler gemäß der Erfindung angeordnet ist, liefern.The current value I in uer detection circuit varies linearly related to changes in the capacitance value of the capacitor C ... Thus, changes in the ratio of C, - C ₂ durcn Meßänderungen be determined in Strornwert I. Furthermore, with a suitable recording and alternating current generator set-up (e.g. by keeping the current I constant and changing the W value), the display of the value of C. - C _? by measuring the period of the angular frequency W. The display instrumentation in the detection circuit can thus provide a digital value in direct linear relation to the actual values of the fluid volume in the container in which the probe according to the invention is arranged.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das Verfahren zur Erfassung eines Fluidspiegel s mit der einen Mehrfachkondensator einschließenden Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht auf nichtleitende Fluide begrenzt ist, sondern in gleichartiger Weise auf Fluidspiegel- oder-vol Innenmessungen bei leitenden Fluiden anwendbar ist, wobei vorauszusetzen ist, daß die kapazitiven Platten der elektrisch leitenden Kondensatorelemente des Fühlers mit einer isolierenden Schicht überzogen sind, um dadurch den übergang von kurzsch 1 i eßeriden Stromkomponenten zwischenIt should be noted that the method of detecting a fluid level is by including a multiple capacitor Device according to the invention is not limited to non-conductive fluids, but in a similar manner on fluid level or internal volumetric measurements for conductive fluids is applicable, it being assumed that the capacitive plates of the electrically conductive capacitor elements of the sensor are covered with an insulating layer to thereby the transition of short-circuit current components between

diesen P ld L toη durch die leitenden Γ Iu ι de zu verhindern. Die Fig. 5 zeigt einen im Aufbau zum F luidspieyelfüh ler 10 von Fig. 1 und 2 ähnlichen F1 u i d s ρ ιe y el fühler 30, der elektrisch leitende Kondensatorelemente 36, 37, 38 und 39 aufweist, die durch ein nichtleitendes Bauteil 40 unter Bildung der freien Räume 41, 42 in festem Abstand zueinander gehalten werden. Die vier Kondensatorelemente 36, 37, 38-, 39 sind mit einer isolierenden Schicht 43 überzogen, die die kapazitive Integrität des Paars von Festwertkondensatoren und des Paars von wertveränderlichen Kondensatoren, die den Fühler 30 bilden, aufrechterhält.to prevent this P ld L toη by the conductive Γ Iu ι de. FIG. 5 shows a fluid sensor 10 in its structure 1 and 2 similar F1 u i d s ρ ιe y el sensor 30, the electrical conductive capacitor elements 36, 37, 38 and 39, which by a non-conductive component 40 to form the free spaces 41, 42 are kept at a fixed distance from one another. The four capacitor elements 36, 37, 38-, 39 are with an insulating layer 43 coated, which the capacitive Integrity of the pair of fixed value capacitors and the pair of variable value capacitors making up the sensor 30, maintains.

Das ungewöhnliche Mehrfachkondensatürsystem gemäß der Erfindung ist auch nicht auf Spiegel- oder Volumenmessungen von Flüssigkeiten in Behältern beschränkt, sondern kann (beispielsweise) für Pegel- oder Volumenriiessungen von pulver- oder granulatförmigen Stoffen in Behältern, Trichtern und dgl. verwendet werden. In weitem Sinne kann das System für Volumenmessungen mit Bezug auf eine große Vielfalt von Mehrstoff systemen (flüssig/flüssig, flüssig/gasförmig, f 1 iisr. uj/fest, f e^c>t/gasf örmi g usw.) Anwendung finden, solanye die Dielektrizitätskonstanten für die zwei oder mehr Komponenten verschiedenartig sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei allen Anwendungen des Systems auf Spiegel- oder VoIumenmessunyen ein Mehrstoff system (wenigstens zwei Stoffe) über den Meßbereich beteiligt ist. Bei einem einfachen Brennstoffbehälter liegt folglich bei zwei gemessenen Fällen nur eine Einkomponentenbedeutung vor, d.h., wenn der Behälter restlos mit Brennstoff von bekanntem dielektrischen Wert ohne jegliche Luft gefüllt ist und wenn der Behälter überhaupt keinen Brennstoff, sondern nur Luft mit ihrem bekannten dielektrischen Wert enthält. Alle anderen abgefühlten Fälle schließen die Messungen des dielektrischen Werts eines Mehrstoff systems, d.h. von Brennstoff und Luft, ein. Das einzige Erfordernis für die Anwendbarkeit des Systems auf Tiefen- oder Volumenmessungen eines Mehrstoff systems ist,The unusual multiple condensation door system according to the invention is not limited to level or volume measurements of liquids in containers, but can (for example) be used for level or volume flow of powder or granular substances in containers, funnels and the like. In a broad sense, the system can be used for volume measurements with reference to a wide variety of multi-fuel systems (liquid / liquid, liquid / gaseous, f 1 iisr. Uj / solid, fe ^c > t / gaseous, etc.), solanye die Dielectric constants for the two or more components are different. It should be pointed out that a multi-substance system (at least two substances) over the measuring range is involved in all applications of the system to mirror or volume measurements. In a simple fuel container there is consequently only a one-component meaning in two measured cases, ie when the container is completely filled with fuel of a known dielectric value without any air and when the container contains no fuel at all but only air with its known dielectric value. All other cases sensed include measurements of the dielectric value of a multi-fuel system, ie of fuel and air. The only requirement for the applicability of the system to depth or volume measurements of a multicomponent system is,

daß die zwei dielektrischen Räume der wertveränderlichen Kondensatoren des Fühlers diesem System über den gesamten Bereich der Kömporientenviel f alt oder -änderung, wofür die Messung gewünscht wird, ausgesetzt werden.that the two dielectric spaces of the variable Capacitors of the sensor this system over the entire range of Kömporientenviel f or change, for which the measurement is desired to be exposed.

Pulver- oder granulatförmige Stoffe in Behältern oder Trichtern stellen, wie erwähnt wurde, ebenfalls ein Mehrstoffsystem dar, dessen Tiefe oder Volumen mit Hilfe des Erfindugnsgegenstandes" gemessen werden kann. Solche Stoffe haben in ihrem normalen, unter Schwerkraft gepackten Ruhezustand einen betimmbaren dielektrischen Wert. Somit kann für ein bevorratetes oder aus einem Trichter gefördertes Material mit dem Erfindungsgegenstand eine Volumen- odor Tiefenmessung für ein Zwei stoffsystem aus dem Material und Luft bewerkstel1 igt werden. Ferner kann das Volumen solcher Feststoffe in einem fluidivierten Zustand (Feststoff/Gas-Mischung) mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes festgestellt werden.Powder or granular substances in containers or funnels represent, as mentioned, also a multi-substance system, the depth or volume of which with the help of the subject of the invention " can be measured. In their normal state of rest, packed under gravity, such substances have a determinable dielectric Value. Thus, for a stored material or material conveyed from a hopper with the subject matter of the invention a volume or depth measurement for a two-substance system from which material and air are produced. Furthermore can the volume of such solids in a fluidized state (Solid / gas mixture) with the aid of the subject matter of the invention to be established.

In einer etwas komplizierteren Anwendung des Systems kann das Volumen von Flüssigkeiten in einem Gas gemessen und aufgezeigt werden. Mit richtiger Eichung der "Voll-" und "Leer"-Einstellungen der Erfassungsschaltung der einem Fühler (mit Isolierschicht an den Kondensatorplatten), der in einem Wasserbehälter angeordnet ist, zugeordneten Brückenschaltung kann das Wasservolumen im Behälter gemessen werden, selbst wenn das Wasser in diesem einer Schwerelosigkeit ausgesetzt und als Mikrotröpfchen in der Luft (Flüssigkeit/Gas-Mischung) im Behälter schwebend ist. Das System mißt den zusammengesetzten dielektrischen Wert der Dispersion aus Wassertröpfchen und Luft.In a somewhat more complicated application of the system this can Volume of liquids in a gas can be measured and displayed. With correct calibration of the "full" and "empty" settings the detection circuit of a sensor (with an insulating layer on the capacitor plates) in a water tank is arranged, associated bridge circuit, the volume of water in the container can be measured, even if the Water exposed in this a weightlessness and as Microdroplets in the air (liquid / gas mixture) in the container is floating. The system measures the composite dielectric value of the dispersion of water droplets and Air.

Zahlreiche andere Beispiele von Mehrstoffsystemen können in Betracht gezogen werden, für welche Tiefen- und/oder Volumenmessungen ausgeführt und die über den Mehrfachkondensatorfühler gemäß der Erfindung sowie die damit verbundene einfache Wheatstone-Brückenschaltung angezeigt werden können.Numerous other examples of multicomponent systems can be found in Consideration is given for which depth and / or volume measurements executed and the multiple capacitor sensor according to the invention and the associated simple Wheatstone bridge circuit can be displayed.

Ud'-. h'jli lor sy s I (.'in ι ··> t. für Streuknpriz ι l.iteri unempfindlich, da es alle die Brückenscha 1 Lung bildenden festen sowie veränderlichen Kondensatoren pni.hälL und _fj 1 Ie diese Kondensatoren der gleichen Mehrstotfsy stern- und ßohä1terumgebung ausgesetzt sind. Ferner kann das Fühlersystem auf Materialtiefe-, -spiegel- und -vo 1 umenmefifä 1 1 e angewendet worden, wobei der Materialbehältpr einer Störung gegenüber einer Normal lage und das darin befindliche Material einem .Schaukeln, Schwappen oder anderen unnatürlichen Umgebungsbedi ngungen , wie niedriger oder hoher Temperatur oder Schwerelosigkeit, unterworfen sind,Ud'-. h'jli lor sy s I (.'in ι ··> t. insensitive to Streuknpriz ι l.iteri, since there are all the fixed and variable capacitors pni.hälL and _f j 1 Ie these capacitors of the same Mehrstotfsy Furthermore, the sensor system can be applied to the depth, level and volume of the material, where the material container is subject to a disturbance in relation to a normal position and the material it contains swings, sloshes or others are subject to unnatural environmental conditions, such as low or high temperature or weightlessness,

Claims

Dr. rer. pat f "■ 1O Ul 3 DIpl.-Phys. · ·: ■ ''. ij DIpl.-lng. Fit / · .i \ ·. '., <. I DIpl.-Phys.WOLFGANG SEGETH KESSLERPLATZ 1 8500 NÜRNBERG 20 Tward 2001 Limited 22 586/7 304 Santa Monica Blöd. Suite 300 W. Los Angeles, California 90025 / USA Method and device for measuring and displaying fluid levels in a storage container

1. Method for measuring a fluid level in a fluid reservoir over a given height range

a) "by providing a multiple capacitor fluid level

sensor with at least the same length as the height range, consisting of a pair of capacitors with fixed as well as essentially the same capacitance value and from two capacitors with the same, open, dielectric Spaces for accommodating variable levels of the fluid contained in the container, which correspond to the fluid Form a pair of capacitors of variable capacitance value, consists of

b) by interconnecting the four capacitors of the sensor to form the four capacitive legs a Wheatstone bridge circuit, the two fixed-value capacitors and the two variable-value capacitors

Capacitors two opposite each other form back thighs,

c) by applying an alternating current source more constant Voltage and set frequency parallel to the bridge circuit to a first set of bridge connections at opposite corners of the bridge, each of these first connections being between a fixed value capacitor as well as a variable capacitor of the sensor,

d) by querying the bridge circuit via a detection circuit connected in parallel to the bridge, which is on a second set of bridge terminals which are independent from the first set and on opposite sides Corners of the bridge is formed, each of these second connections between a fixed value capacitor and a variable-value capacitor of the sensor is connected and

e) by measuring the current value in the detection circuit and displaying this value as a fluid level value in direct linear relationship with the current value.

2. Method of measuring a fluid level in a fluid storage container over a given height range

a) by providing a multiple capacitor fluid level sensor with a length equal to at least the height range, consisting of a pair of capacitors with fixed as well as essentially the same capacitance value and off two capacitors with identical, open, dielectric spaces to accommodate variable mirrors of the fluids contained in the container, which form a pair of capacitors of variable capacitance value with the fluid,

b) by interconnecting the four capacitors of the sensor to form the four capacitive legs of a Wheatstone bridge circuit, the two

Fixed-value capacitors and the two variable-value capacitors Capacitors two opposite each other form back thighs,

c) by applying an alternating current source more constant Voltage and set frequency parallel to the bridge circuit to a first set of bridge connections at opposite corners of the bridge, each of these first connections between one Fixed-value capacitor and a variable-value capacitor of the sensor,

d) by connecting a current value measuring circuit as well as a detection circuit comprising a current value display circuit parallel to the bridge to a second, set of bridge connections independent of the first set and formed at opposite corners of the bridge, each of which is between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor of the sensor lies,

e) by setting the current value display circuit to a zero and maximum value with reference to a zero as well as Maximum fluid level in the container and the dielectric Clearance of the two variable value capacitors and

f) by measuring the current value in the detection circuit and displaying this value as a fluid level value in a direct .1inear relationship with the current value.

3. Method of measuring an amount of fluid in a fluid reservoir over a specified quantity range

a) by providing a multiple condenser fluid flow sensor having a length spanning the volume area of the container made up of a pair of capacitors with a fixed and essentially the same capacitance value and made up of two capacitors with the same, open, dielectric spaces for accommodating variable Amounts of the fluid contained in the container with the fluid

form a pair of capacitors of variable capacitance value, consists,

b) by interconnecting the four capacitors of the sensor to form the four capacitive legs a Wheatstone bridge circuit, the two fixed-value capacitors and the two variable-value capacitors Capacitors each form two opposing bridge legs,

c) by applying an alternating current source of constant voltage as well as the set frequency parallel to the bridge circuit to a first set of bridge terminals at opposite corners of the bridge, each these first connections between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor of the Feeler lies

d) by querying the bridge circuit via a detection circuit connected in parallel to the bridge, which is sent to a second set of jumper connections which are independent of the first set and at opposite corners of the Bridge is formed, is connected, each of these second connections between a fixed value capacitor as well as a variable value capacitor of the feeler, and

e) by measuring the current value in the detection circuit and displaying this value as a fluid quantity value in a direct linear relationship with the current value.

4. The method according to claim 3, characterized
characterized in that the current value measured in the detection circuit is displayed as a fluid quantity value directly in a digital display device.

5. The method according to claim 3, characterized
characterized in that the current value measured in the detection circuit is displayed as a fluid quantity value directly in an analog display device.

6. Device for measuring a fluid level in a fluid storage container over a given height range

a) by providing a multiple capacitor fluid level sensor (10) with a length that is at least equal to the height range from

i) a first pair of capacitors (Cp. Co) with known, fixed and essentially the same capacitance value and

ii) a second pair of capacitors (C., C ₄ ) with the same open spaces (21, 22; 41, 42) for receiving different levels of the fluid (15) contained in the container (11), the capacitance of which is variable, is formed ,

b) by means of devices connecting the four capacitors of the sensor to one another to form the four capacitive legs of a Wheatstone bridge circuit, the two fixed- _{value capacitors (Cp, C 3} ) as two opposite legs of the bridge and the two variable-value capacitors (C., C. ) than the other opposite legs of the bridge are connected,

c) by an alternating current source (G) of constant voltage and set frequency that is parallel to the bridge circuit connected to a first set of bridge terminals located at opposite corners of the bridge each of which is connected between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor lies, and

d) by a parallel to the bridge circuit to a second set of bridge connections, that of the first set independently as well as at opposite corners of the bridge is formed and each of which is between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor is connected, the framing is connected to it υ ng (D), a current value measurement and current value display circuit includes.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the first and second, forming the multiple condenser fluid mirror (10) Capacitor pair is covered with an insulating layer (43).

8. Apparatus according to claim 6, characterized

characterized in that the current value measuring circuit the detection circuit (D) the bridge asymmetry of the AC electrical current flow as an immediate linear measurement of the fluid level in the container (11.) measures.

9. Apparatus according to claim 8, characterized

characterized in that the current value display circuit (d) current value measurements generated by its measuring circuit receives and converts this into a direct digital display of fluid level values.

10. Apparatus according to claim 8, characterized characterized in that the current value display circuit of the detection circuit 1 turig (0) through its measuring circuit receives generated Stromwertmessuncjen and this into a direct analog display for fluid level values implements.

11. Device for measuring an amount of fluid in a fluid storage container over a specified quantity range

a) by means of a multiple capacitor fluid flow sensor with a spanning the volume range of the container Length, d <? R from

i) a first pair of capacitors of known fixed and substantially equal capacitance value and

ii) a second pair of capacitors with equal open spaces to accommodate variable Quantities of the fluid contained in the container, which have a variable capacity value, exist,

b) through devices connecting the four capacitors of the sensor to one another to form the four capacitive legs of a Wheatstone bridge circuit, the two fixed- _{value capacitors (C 2} , C ₃ ) as two opposite legs of the bridge and the two variable-value capacitors (C., C ₄ ) than the other opposite legs of the bridge are connected,

c) by an alternating current source (G) of constant voltage and set frequency that is parallel to the bridge circuit to a first set of bridge terminals located at opposite corners of the bridge is connected, each of which is connected between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor Capacitor lies, and

d) by a parallel to the bridge circuit to a second set of bridge connections, that of the first set independently as well as at opposite corners of the bridge is formed and each of which is between a fixed-value capacitor and a variable-value capacitor 1, connected detection circuit (D), which comprises a current value measuring and current value display circuit.

12. The device according to claim 11, characterized in that the current value measuring circuit the detection circuit the bridge unbalance of the electrical AC current flow as an immediate linear measurement of the amount of fluid in the container.

I Yy \ ·: '. · ^: · Γ;. ·. · 33033Λ0

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the current value display circuit the detection circuit receives current value measurements generated by its measuring circuit and these into a direct digital display for fluid quantity values.

14. Apparatus according to claim 12, characterized

characterized in that the current value display circuit of the detection circuit by its measuring circuit receives generated current value measurements and converts them into a direct analog display for fluid quantity values.

15. Fluid level sensor of capacitive design for installation in a Fluid reservoir and for detecting the fluid level marked in the container over a specified height range

a) by four electrically conductive condenser elements (16, 17, 18, 19; 36, 37, 38, 39), each of which has two electrically connected capacitive plates (A, B) and has a length at least equal to the height range,

b) by a component holding the capacitor elements in a fixed, spaced-apart position so that each capacitive plate (A, B) with a capacitive plate (B, A) of the immediately adjacent element the intervening dielectric space is limited, the four retained elements together forming four dielectric spaces, and

c) by a substance (20; 40) of known constant dielectric word within two of the dielectric Rooms, which together with the capacitive plates delimiting the respective room, have two capacitors Forms (Cp, Co) of fixed electrical capacitance value, the other two dielectric spaces

(21, 22; 41, 4?) / Ur recording of variable mirrors of the fluid (15) contained in the container (11) are open and with their respective capacitive plates form two capacitors (C ₁ , C-) of variable electrical capacitance.

16. Sensor according to claim 15, characterized

characterized in that the two capacitors (Cp, C ₃ ) of known, fixed, electrical capacitance value have essentially the same capacitance value.

17. Sensor according to claim 15, characterized

g e ke η η ζ e i c h η e t that the four are electric conductive capacitor elements (16, 17, 18, 19; 36, 37, 38, 39) each made of a rectangular metallic Flat material are formed along a line running centrally between edges of this for formation of the electrically connected capacitive plates (A, B) is kinked.

18. Fluid level sensor of capacitive design for installation in a Fluid storage container and for detecting the fluid level in the container over a predetermined height range, marked

a) by four identical, electrically conductive capacitor elements, each of which is two electrically connected, having capacitive plates arranged at an angular position to one another, the elements and the plates have a length that is at least equal to the height range,

b) by a material made of electrically insulating material, centrally arranged, the capacitor elements at a fixed distance from each other around each other Component so that each of the capacitive plates with a capacitive plate of the immediately adjacent Capacitor element an intermediate di-

j JV-! IV-X -: 33033AO = - 10 - "··"

limited electrical space, the four retained elements together four equal dielectric Form spaces, and

c) by a substance of known, constant, dielectric Value within two of the dielectric spaces, which together with those delimiting the respective space capacitive plates two capacitors of fixed and essentially equal capacitance value forms, with the other two dielectric spaces open to accommodate variable fluid levels are and with their respective capacitive plates as well as the fluid contained in them two capacitors of variable capacitance value.

19. Sensor according to claim 18, characterized

characterized in that the centrally arranged, The component holding the electrically conductive capacitor elements at a fixed distance is located in two of the dielectric Spaces as a substance of constant dielectric value extends and with the capacitive limiting these spaces Plates forming two capacitors of fixed and essentially equal value.

20 sensor according to claim 18, characterized

marked that the four held, the same, electrically conductive capacitor elements that form the four dielectric spaces are arranged in such a way that that two diametrical pairs of spaces arise, and that the substance of constant dielectric value is contained in one of these pairs of spaces "