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DE2852212A1 - capacitor level sensor with dielectric constant compensation - has air and fluid filled compensation and measurement capacitors - Google Patents

capacitor level sensor with dielectric constant compensation - has air and fluid filled compensation and measurement capacitors

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Publication number
DE2852212A1
DE2852212A1 DE19782852212 DE2852212A DE2852212A1 DE 2852212 A1 DE2852212 A1 DE 2852212A1 DE 19782852212 DE19782852212 DE 19782852212 DE 2852212 A DE2852212 A DE 2852212A DE 2852212 A1 DE2852212 A1 DE 2852212A1
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DE
Germany
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capacitor
input
compensation
output
compensation capacitor
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Ceased
Application number
DE19782852212
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German (de)
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Wilhelm Dipl Phys Jung
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Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors

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Abstract

A capacitive level meter has a first measurement capacitor immersed in the fluid measured, an oscillator producing an electrical output corresp. to the fluid level, and a compensation circuit for different fluid dielectric constants. It gives extremely accurate level indications yet is very economical to produce. Two compensation capacitors of equal capacitance have the medium and air as dielectric respectively. A second measurement capacitor has the same capacitance as the first measurement capacitor when it is completely surrounded by air as the dielectric. The fluid height is the ratio of the second compensation and measurement capacitances multiplied by the ratio of the differences between the measurement and compensation capacitances. The capacitances are measured by charging them and then measuring the discharge time using pulsed signals.

Description

Einrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung Device for capacitive level measurement

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung mit einem nach Maßgabe des Füllstands in das zu messende Medium tauchenden ersten Messkondensator, mit einem Oszillator zur Bildung einer dem -llstand entsprechenden Grösse sowie mit Mitteln zur Kompensation unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten des Mediums.The invention relates to a device for capacitive level measurement with a first immersed into the medium to be measured according to the level Measuring capacitor, with an oscillator to create a level corresponding to the level Size and means to compensate for different dielectric constants of the medium.

Bei einer derartigen bekannten Einrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung ist ein Messkondensator vorgesehen, dessen Länge grösser als die maximale Fullst2ndshöhe ist. Dieser mehr oder weniger in das zu messende Medium, in der Regel eine Flüssigkeit, tauchende Messkondensator kann in dem frequenzbestimmenden Zweig des Oszillators angeordnet sein, um somit beispielsweise die Frequenz zu ändern, mit der der Oszillator schwingt, wenn sich infolge einer Füllstandsänderung die Kapazität des Messkondensators ändert. Da bei diesem Messverfahren die Kapazität des Messkondensators nicht nur von dem FüLlstand, sondern auch von der Dielektrizitätskonstanten abhängt, was insbesondere bei einem Kraftstoff als zu messen-es Medium bei unterschiedlichem Methanolgehalt zutrifft, ist es wünschenswert, den Einfluss der Dielektrizit-tskonstanten auf die elektrische Grösse, die von der inrichtung abgegeben wird, auszugleichen.In such a known device for capacitive level measurement a measuring capacitor is provided, the length of which is greater than the maximum filling height is. This more or less in the medium to be measured, usually a liquid, submerged measuring capacitor can be in the frequency-determining branch of the oscillator be arranged so as to change, for example, the frequency with which the oscillator oscillates when the capacitance of the measuring capacitor changes as a result of a level change changes. Since with this measuring method the capacitance of the measuring capacitor is not only on the fill level, but also on the dielectric constant, which in particular in the case of a fuel as the medium to be measured with different methanol content is true, it is desirable to examine the influence of the dielectric constant on the to compensate for the electrical quantity emitted by the device.

Der Vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, zur genauen Messung des Füllstands von Stoffen bzw. Medien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten eine möglichst exakt messende Einrichtung zu schaffen, die jedoch in möglichst wenig aufwendiger Weise realisiert werden kann.The present invention is therefore based on the object for precise measurement of the level of substances or media with different To create a device that measures the dielectric constant as precisely as possible, which, however, can be implemented in a manner that is as inexpensive as possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Einrichtung der eingangs genannten Gattung durch folgende Mittel zur Kompensation aus: ein erster Kompensationskondensator mit dem Medium als Dielektrikum, ein zweiter Kompensationskondensator einer Kapazität, die gleich derjenigen des ersten Kompensationskondensators, aber mit Luft als Dielektrikum ist, ein zweiter Messkondensator, dessen Kapazität gleich derjenigen des ersten Messkondensators ist, wenn dieser vollständig von Luft als Dielektrikum umgeben ist, eine Auswerteschaltungsanordnung, in der die Kondensatoren derart angeordnet sind, dass die Beziehung h = l KO (CM - CMO) CMO (CK - CKO) gebildet wird, wobei ist: h = Höhe des in das Medium tauchenden Abschnitts des ersten Messkondensators 1 = Gesamthöhe des ersten Messkondensators CK= Kapazität des ersten Kompensationskondensators CKO = Kapazität des zweiten Kompensationskondensators CM = Kapazität des ersten Messkondensators CMO = Kapazität des zweiten Messkondensators.To solve this problem, the establishment of the at the beginning mentioned type by the following means for compensation: a first compensation capacitor with the medium as a dielectric, a second compensation capacitor of a capacitance, the same as that of the first compensation capacitor, but with air as the dielectric is a second measuring capacitor whose capacitance is equal to that of the first Measuring capacitor is when it is completely surrounded by air as a dielectric is, an evaluation circuit arrangement in which the capacitors are arranged in this way are that the relationship h = 1 KO (CM - CMO) CMO (CK - CKO) is formed, where is: h = height of the section of the first measuring capacitor immersed in the medium 1 = total height of the first measuring capacitor CK = capacitance of the first compensation capacitor CKO = capacitance of the second compensation capacitor CM = capacitance of the first Measuring capacitor CMO = capacitance of the second measuring capacitor.

Nach dieser Erfindung wird erreicht, dass die Höhe des in das Medium tauchenden Abschnitts des ersten Messkcnden- sators bzw. der FUllstand exakt unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten des zu messenden Mediums aus den Kapazitäten des teilweise in das Medium tauchenden ersten Messkondensators und dessen vollständig in das Medium tauchenden ersten Kompensationskondensators in Form einer elektrischen Grösse, nämlich einer Spannung, gebildet wird.According to this invention it is achieved that the height of the in the medium immersing section of the first measuring end sators or the fill level exactly independent of the dielectric constant of the medium to be measured the capacities of the first measuring capacitor, which is partially immersed in the medium, and its first compensation capacitor, which is completely immersed in the medium, in Form of an electrical quantity, namely a voltage, is formed.

Die Einrichtung wird besonders zweckmässig mit den Merkmalen ausgebildet, dass zur Ermittlung der Kapazitäten des ersten und des zweiten Messkondensators sowie des ersten und zweiten Kompensationskondensators mindestens je eine Konstantstromquelle, Mittel zum Aufladen der Kondensatoren auf eine vorgegebene Spannung, Mittel zum Entladen bzw. Umladen jedes Kondensators und Mittel zur Erzeugung von synchronisierten Impulsen mit einer von der Aufladezeit abhängigen Impulsdauer vorgesehen sind, dass zur Bildung der Differenzen der so ermittelten Mittel zur Durchführung einer Impulsdauersubtraktion der synchronisierten Impulse vorgesehen sind und dass zur Division einer Kapazität durch die Differenz zweier anderer Kapazitäten die Kapazität an eine durch eine Steuerspannung gesteuerte Konstantstromquelle schaltbar ist und die Steuerspannung durch Mittel zur Mittelwertbildung aus einem durch die Impulsdauersubtraktion erzeugten Puls gebildet wird.The device is particularly expediently designed with the features that to determine the capacitances of the first and the second measuring capacitor as well as the first and second compensation capacitor at least one constant current source each, Means for charging the capacitors to a predetermined voltage, means for Discharge or reload of each capacitor and means for generating synchronized Pulses with a pulse duration dependent on the charging time are provided that to form the differences between the means determined in this way for carrying out a pulse duration subtraction the synchronized pulses are provided and that for dividing a capacity by the difference of two other capacities the capacity to one by one Control voltage controlled constant current source is switchable and the control voltage by means for averaging from one generated by the pulse duration subtraction Pulse is formed.

Mit dieser Schaltung wird eine lineare Messung der Kapazitäten erreicht, da die Spannungen der Kondensatoren mit einer ihrer Kapazität reziproken Rate ansteigen, so dass eine fest vorgegebene Spannung nach einer Zeitdauer erreicht wird, die proportional der jeweiligen Kapazität ist. Ausserdem wird die Auswerteschaltungsanordnung ausgenutzt, dass diese Zeitdauer reziprok dem Strom ist, mit dem der Kondensator, dessen Kapazität zu messen Ist, geladen wird. Die Differenzen der Kapazitäten werden in der Auswerteschaltung durch Subtraktion der synchronisierten Impulse ermittelt, deren Impulsdauer proportional mit der Kapazität und reziprok dem Strom ist, mit dem der Kondensator dieser Kapazität geladen wird.With this circuit a linear measurement of the capacitance is achieved, since the voltages of the capacitors rise at a rate reciprocal of their capacitance, so that a fixed predetermined voltage is reached after a period of time that is proportional the respective capacity. In addition, the evaluation circuit arrangement is used, that this period of time is reciprocal to the current with which the capacitor, its capacity Is to measure, is loaded. The differences in capacities are shown in the Evaluation circuit determined by subtracting the synchronized pulses, whose Pulse duration is proportional to the capacity and reciprocal to the current with which the Capacitor of this capacity is charged.

Zur Quitientenbildung wird daher eine Konstantstromquelle in Abhängigkeit von der Differenz der Kapazitäten gesteuert, die nach der voranstehenden Formel im Nenner steht. - Diese Einrichtung mit der Auswerteschaltungsanordnung lässt sich mit wenig aufwendigen Mittel, die zum grossen Teil mehrfach vorzusehen sind, in wenig aufwendiger Weise realisieren. Die Einrichtung arbeitet dabei trotzdem exakt, insbesondere ohne störenden Einfluss von Änderungen der Dielektrizitätskonstante des zu messenden Mediums auf das Messergebnis.A constant current source is therefore used as a function to form the quitient controlled by the difference in capacities, according to the formula above is in the denominator. - This device with the evaluation circuit arrangement can with little costly resources, which for the most part have to be provided several times, in Realize less costly way. The facility still works exactly, especially without the disturbing influence of changes in the dielectric constant of the medium to be measured on the measurement result.

Eine besonders vorteilhafte Realisierung der voranstehenden Einrichtung weist die Merkmale auf, dass ein Oszillator vorgesehen ist, in dessen frequenzbestimmenden Zweig der erste Kompensationskondensator angeordnet ist, dass drei monostabile Multivibratoren vorgesehen sind, in deren die Dauer einer Schaltlage (Flopzeit) bestimmenden Zweig je einer des zweiten Kompensationskondensators, des ersten und des zweiten Messkondensators angeordnet sind, dass der Oszillator zur Triggerung mit je einem Eingang der drei monostabilen Multivibratoren in Verbindung steht, dass ein Ausgang des Oszillators,an dem Impulse einer der Kapazität des ersten Kompensationskondensators proportionalen Impulsdauer und proportionaler Periodendauer des Pulses entstehen, mit einem ersten Eingang eines ersten UND-Glieds verbunden ist, dass ein Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators, an dem Impulse einer der Kapazität des zweiten Kompensationskondensators proportionalen Impulsdauer entstehen, an einen zweiten Eingang des ersten UND-Glieds angeschlossen sind, dass ein Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators, an dem Impulse einer dem ersten Messkondensator proportionalen Impulsdauer erzeugt werden, mit einem ersten Eingang eines zweiten UND-Glieds gekuppelt ist, dass ein Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators, an dem Impulse einer dem zweiten Messkondensator proportionalen Impulsdauer entstehen, an den zweiten Eingang des zweiten UND-Glieds angeschlossen ist, dass jede Konstantstromquelle, die an den ersten und an den zweiten Messkondensator anschaltbar ist, spannungssteuerbar ist, dass je ein Steuereingang der Konstantstromquellen über eine erste Glättungsstufe mit dem Ausgang des ersten UND-Glieds in Verbindung steht und dass an den Ausgang des zweiten UND-Glieds eine zweite Glättungsstufe angeschlossen ist, die eine von dem Füllstand, nicht aber von der Dielektrizitätskonstanten des Mediums abhängige Spannung abgibt.A particularly advantageous implementation of the above device has the features that an oscillator is provided in its frequency-determining Branch of the first compensation capacitor is arranged that three monostable multivibrators are provided in whose branch that determines the duration of a switching position (flop time) one each of the second compensation capacitor, the first and the second measuring capacitor are arranged that the oscillator for triggering each with one input of the three monostable multivibrators that an output of the oscillator is connected to the pulse of one of the capacitance of the first compensation capacitor proportional Pulse duration and proportional period of the pulse arise with a first The input of a first AND gate is connected to that an output of the first monostable Multivibrator, on which pulses one of the capacitance of the second compensation capacitor proportional pulse duration arise at a second input of the first AND element are connected that an output of the second monostable multivibrator to the pulses generated a pulse duration proportional to the first measuring capacitor with a first entrance a second AND element coupled is that an output of the third monostable multivibrator, at the pulses of a pulse duration proportional to the second measuring capacitor arise, to the second The input of the second AND element is connected, so that every constant current source, which can be connected to the first and to the second measuring capacitor, voltage controllable is that each control input of the constant current sources via a first smoothing stage is connected to the output of the first AND element and that to the output of the second AND gate, a second smoothing stage is connected, which is one of the level, but not dependent on the dielectric constant of the medium Gives off tension.

Bei dieser Auswerteschaltungsanordnung werden also drei gleichartig aufgebaute monostabile Multivibratoren, sowie ein Oszillator zur Triggerung dieser Multivibratoren verwendet.- Insbesondere infolge des gleichartigen Aufbaus der drei monostabilen Multivibratoren ist diese Einrichtung wenig aufwendig.In this evaluation circuit arrangement, three are thus of the same type built-up monostable multivibrators, as well as an oscillator for triggering them Multivibrators used.- Particularly due to the similar structure of the three With monostable multivibrators, this device is not very expensive.

Die Einrichtung kann im einzelnen zweckmässig so ausgestaltet sein, dass der Oszillator als astabiler Multivibrator ausgebildet ist, in dem der erste Kompensationskondensator über einen gesteuerten Schalter an eine erste Konstantstromquelle und über einen zweiten gesteuerten Schalter an eine zweite Konstantstromquelle anschliessbar ist, in dem der erste Kompensationskondensator an je einem ersten Eingang eines ersten und eines zweiten Komparators angeschlossen ist, in dem zwischen dem zweiten Eingang des ersten Komparators und dem zweiten Eingang des zweiten Komparators eine feste Spannungsdifferenz herrscht, in dem je ein Ausgang des ersten und des zweiten Komparators an einen ersten und einen zweiten Eingang einer Kippstufe angeschlossen ist, und in dem je ein Ausgang der Kippstufe zu je einem Steuereingang des ersten und des zweiten gesteuerten Schalters geführt ist.In detail, the facility can be designed in such a way that that the oscillator is designed as an astable multivibrator in which the first Compensation capacitor via a controlled switch to a first constant current source and can be connected to a second constant current source via a second controlled switch is, in which the first compensation capacitor is connected to a first input each first and a second comparator is connected, in which between the second Input of the first comparator and the second input of the second comparator There is a fixed voltage difference in which one output of the first and one of the second Comparator to a first and a second input a tilting stage is connected, and in which one output of the flip-flop to each control input of the first and second controlled switch is performed.

Als gesteuerte Schalter werden vorzugsweise Halbleiterschalter vorgesehen. Der Aufwand.für diesen als astabilen Multivibrator ausgebildeten Oszillator ist auch deswegen gering, da er unter Verwendung handelsüblicher Komparatoren und einer-Kippstufe gebildet ist, wobei gleichartige Bauelemente und Baugruppen zur Realisierung der monostabilen Multivibratoren eingesetzt werden können.Semiconductor switches are preferably provided as controlled switches. The effort for this oscillator designed as an astable multivibrator is also low because it uses commercially available comparators and a flip-flop is formed, with similar components and assemblies for realizing the monostable multivibrators can be used.

Hierzu ist die Einrichtung weiter vorteilhaft mit den Merkmalen ausgebildet, davss ein Kondensator des zweiten Kompensationskondensators, des ersten und des zweiten Messkondensators über einen ersten gesteuerten Schalter an eine zweite, dritte und vierte Konstantstromquelle anschliessbar ist und über einen zweiten Schalter kurzschliessbar ist, dass der Kondensator an einen ersten Eingang eines Komparators angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang mit einer vorgegebenen Spannung beaufschlagt ist und dessen Ausgang ein einen zweiten Eingang (Rücksetzeingang) der Kippstufe angeschlossen ist, und dassein erster Eingang (Setzeingang) der Kippstufe mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist.For this purpose, the device is also advantageously designed with the features davss one capacitor of the second compensation capacitor, the first and the second measuring capacitor via a first controlled switch to a second, third and fourth constant current source can be connected and via a second switch it can be short-circuited that the capacitor is connected to a first input of a comparator is connected, the second input of which has a predetermined voltage applied to it and its output is a second input (reset input) of the flip-flop is connected, and that a first input (set input) of the flip-flop with the Output of the oscillator is connected.

Die monostabilen Multivibratoren sind also in ähnlicher Weise realisiert wie der voranstehend gekennzeichnete Oszillator. Diese monostabilen Kippstufen werden durch den Oszillator getriggert, also zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in eine Ausgangsstellung gebracht, die sie in Abhängigkeit von der Kapazität des Kondensators in ihr ein frequenzbestimmenden Zweig und in Abhängigkeit von dem Ladestrom verlassen, Die eingangs benannte Beziehung für den Füllstand h wird durch eine geeignete Dimensionierung der Einrichtung erzielt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass alle Konstantstromquellen des astabilen Multivibrators bzw.The monostable multivibrators are thus implemented in a similar way like the oscillator identified above. These monostable multivibrators are triggered by the oscillator, i.e. at a predetermined point in time in an initial position brought them depending on the capacitance of the capacitor in it leave the frequency-determining branch and depending on the charging current, the The relationship mentioned at the beginning for the level h is determined by suitable dimensioning achieved the device, which is characterized in that all constant current sources of the astable multivibrator or

des Oszillators und des monostabilen Multivibrators, in dem der zweite Kompensationskondensator angeordnet ist, zur Abgabe desselben Stroms bemessen sind, und dass die Spannungsdifferenz zwischen den zweiten Eingängen des ersten und des zweiten Komparators des astabilen Multivibrators sowie die vorgegebene Spannung an dem zweiten Eingang des Komparators aller monostabilen Multivibratoren auf denselben Wert einreguliert ist, bei dem der Multivibrator aus seiner durch die Triggerung erzeugten Schaltlage kippt.of the oscillator and the monostable multivibrator, in which the second Compensation capacitor is arranged, are dimensioned to deliver the same current, and that the voltage difference between the second inputs of the first and the second comparator of the astable multivibrator and the specified voltage at the second input of the comparator of all monostable multivibrators to the same The value is adjusted at which the multivibrator is out of its own by triggering generated switching position flips.

Die Einrichtung zeichnet sich ferner durch einen besonders vorteilhafte Gestaltung des ersten Messkondensators und des ersten Kompensationskondensators dergestalt aus, dass der erste Messkondensator und der erste Kompensationskondensator mittels eines in einen Kraftstoffbehälter tauchenden Saugrohrs gebildet wird, dass in dem Saugrohr eine von dem Medium (Kraftstoff) vollständig umflutete erste Elektrode angeordnet ist, die zusammen mit dem Saugrohr den ersten Kompensationskondensator bildet,und dass ausserhalb des Saugrohrs in dem Kraftstoffbehälter eine zweite Elektrode angeordnet ist, die annähernd so hoch wie die lichte Höhe des Kraftstoffbehälters ist und die zusammen mit dem Saugrohr den ersten Messkondensator bildet.The device is also characterized by a particularly advantageous one Design of the first measuring capacitor and the first compensation capacitor such that the first measuring capacitor and the first compensation capacitor is formed by means of a suction pipe immersed in a fuel tank that in the suction pipe a first electrode completely flooded by the medium (fuel) is arranged, which together with the intake manifold the first compensation capacitor forms, and that outside the suction pipe in the fuel tank a second electrode is arranged, which is approximately as high as the clear height of the fuel tank and which, together with the intake manifold, forms the first measuring capacitor.

Hierbei wird insbesondere in vorteilhafter Weise ausgenutzt, dass das Saugrohr ständig mit Kraftstoff gefüllt ist, so dass eine getrennte und aufwendigere Konstruktion des ersten Kompensationskondensators entfällt.In this case, the fact that the intake manifold is constantly filled with fuel, so a separate and more expensive There is no construction of the first compensation capacitor.

Besonders vorteilhaft zeichnet sich die Einrichtung aus durch eine konzentrische Anordnung des Saugrohrs, der ersten Elektrode in dem Saugrohr und einer rohrförmigen zweiten Elektrode ausserhalb des Saugrohrs.The device is particularly advantageously characterized by a concentric arrangement of the suction pipe, of the first electrode in the suction tube and a tubular second electrode outside the suction tube.

Diese Ausbildung der Kondensatoranordnung ist besonders kompakt und ermöglicht einen einfachen Einbau in den Kraftstoffbehälter.This design of the capacitor arrangement is particularly compact and enables easy installation in the fuel tank.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die Anordnung des ersten Messkondensators und des ersten Kompensationskondensators in einem ausschnitt eines Kraftstofftanks (geschnitten), Fig. 2 ein Schaltbild der Auswerteschaltungsanordnung und Fig. 3 Diagramme der Impulse, die in der Auswerteschaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten.The invention is explained below with reference to a drawing with three figures explained. It shows: FIG. 1 the arrangement of the first measuring capacitor and the first Compensation capacitor in a section of a fuel tank (cut), FIG. 2 shows a circuit diagram of the evaluation circuit arrangement and FIG. 3 shows diagrams of the pulses, which occur in the evaluation circuit arrangement according to FIG.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kraftstofftank bezeichnet, in dem der Füllstand des Mediums Kraftstoff 2 gemessen werden soll. In den Kraftstofftank taucht ein durch einen Flansch 3 hindurchreichendes Saugrohr 4.In Fig. 1, 1 denotes a fuel tank in which the level of the medium fuel 2 is to be measured. Immersed in the fuel tank Suction pipe 4 extending through a flange 3.

Das Saugrohr ist innen von einem konzentrisch angeordneten, beidseitig offenen Rohr umschlossen, das eine rohrförmige Elektrode 5 bildet. Die rohrförmige Elektrode 5 und das Saugrohr 4 sind die Elektroden des ersten Messkondensators.The inside of the suction tube is concentrically arranged on both sides enclosed open tube which forms a tubular electrode 5. The tubular Electrode 5 and suction pipe 4 are the electrodes of the first measuring capacitor.

Die Gesamthöhe 1 des Messkondensators ist dabei grösser als die Höhe des maximalen Füllstands. Die Höhe des in das Medium Kraftstoff tauchenden Abschnitts des ersten Messkondensators ist mit h bezeichnet.The total height 1 of the measuring capacitor is greater than the height the maximum fill level. The height of the section immersed in the fuel medium of the first measuring capacitor is denoted by h.

Innerhalb des Saugrohrs und von dem Medium Kraftstoff vollständig umschlossen ist eine erste Elektrode 6 konzentrisch zu dem Saugrohr angeordnet. Diese erste Elektrode bildet zusammen mit dem Saugrohr den ersten Kompensationskondensator.Within the intake manifold and completely from the fuel medium enclosed, a first electrode 6 is arranged concentrically to the suction tube. Together with the suction pipe, this first electrode forms the first compensation capacitor.

Ein in Fig. 1,jedoch in Fig. 2 dargestellter zweiter Kompensationskondensator einer Kapazität, die gleich derjenigen des ersten Kompensationskondensators ist, wenn dieser anstelle von dem Medium Kraftstoff von Luft als Dielektrikum umgeben ist, ist durch einen Kondensator in der Auswerteschaltungsanordnung ausserhalb des Kraftstoffbehälters realisiert. Das gleiche trifft für den zweiten Messkondensator zu, dessen Kapazität gleich derjenigen des ersten Messkondensators ist, wenn dieser vollständig von Luft als Dielektrikum umgeben ist.A second compensation capacitor shown in FIG. 1 but in FIG. 2 a capacitance equal to that of the first compensation capacitor, if it is surrounded by air as a dielectric instead of the medium fuel is, is through a capacitor in the evaluation circuit arrangement outside the Realized fuel tank. The same applies to the second measuring capacitor to, whose capacitance is equal to that of the first measuring capacitor when this is completely surrounded by air as a dielectric.

In der Auswerteschaltungsanordnung in Fig. 2 ist der erste Kompensationskondensator mit dem Medium Kraftstoff als Dielektrikum mit 7 bezeichnet, der zweite Kompensationskondensator mit Luft als Dielektrikum mit 8, der erste Messkondensator, der in das Medium taucht, mit 9 und der zweite Messkondensator-mit Luft als Dielektrikum, mit 10.In the evaluation circuit arrangement in FIG. 2 there is the first compensation capacitor with the medium fuel denoted as dielectric with 7, the second compensation capacitor with air as the dielectric with 8, the first measuring capacitor that is immersed in the medium, with 9 and the second measuring capacitor - with air as the dielectric, with 10.

Der erste Kompensationskondensator 7 ist in einem astabilen Multivibrator als Oszillator 11 angeordnet. Der zweite Kompensationskondensator, der erste und der zweite Messkondensator, sind in je einem monostabilen Multivibrator 12, 13, 14 in der Weise geschaltet, das5s)'ie Zeitdauer des unstabilen Schaltzustands, die auch als Flopzeit bezeichnet wird, bestimmen.The first compensation capacitor 7 is in an astable multivibrator arranged as an oscillator 11. The second compensation capacitor, the first and the second measuring capacitor are each in a monostable multivibrator 12, 13, 14 switched in such a way that 5s) 'the duration of the unstable switching state, the also known as the flop time.

Im einzelnen ist der erste Kompensationskondensator 7 in dem Oszillator 11 über einen ersten Schalter 15 an eine erste Konstantstromquelle 16 anschaltbar und über einen zweiten gesteuerten Schalter 17 an eine zweite Konstantstromquelle 18, die einen der ersten Konstanstromquelle entgegengesetzt gleichen Strom an den Kndensator 7 liefert. Ein Steuereingang des ersten gesteuerten Schalters ist mit 19 bezeichnet, ein Steureingang des zweiten gesteuerten Schalters mit 20. Die gesteuerten Schalter sind durch Halbleiterrealisiert.In detail, the first compensation capacitor 7 is in the oscillator 11 can be connected to a first constant current source 16 via a first switch 15 and via a second controlled switch 17 to a second constant current source 18, the one of the first constant current source opposite the same current to the Capacitor 7 supplies. A control input of the first controlled switch is with 19 denotes a control input of the second controlled switch with 20. Die controlled Switches are implemented by semiconductors.

Der Oszillator 11 umfasst eine Kippstufe 21 mit einem ersten Eingang 22, einem zweiten Eingang 23, einem ersten Ausgang 24 und einem zweiten Ausgang 25. Der erste Eingang 22 ist mit dem Ausgang eines ersten Komparators 26 verbundenlund der zweite Eingang steht mit dem Ausgang eines zweiten Komparators 27 in Verbindung. Je ein erster Eingang 28 bzw. 29 aes ersten und des zweiten Komparators ist an den ersten Kompensationskondensator 7 angeschlossen..The oscillator 11 comprises a trigger stage 21 with a first input 22, a second input 23, a first output 24 and a second output 25. The first input 22 is connected to the output of a first comparator 26 the second input is connected to the output of a second comparator 27. A first input 28 or 29 aes the first and the second comparator is connected to the first compensation capacitor 7 connected.

Jeweils der zweite Eingang 30, 31 des ersten und des zweiten Komparators ist über einen Spannungsteiler 32, 33, 34 an eine Konstantspannungsquelle an der Klemme 35 angeschlossen. Der Spannungsteiler bildet zwischen dem zweiten Eingang 30 und dem zweiten Eingang 31 eine Differenzspannung a U1.In each case the second input 30, 31 of the first and the second comparator is via a voltage divider 32, 33, 34 to a constant voltage source on the Terminal 35 connected. The voltage divider forms between the second input 30 and the second input 31 a differential voltage a U1.

Der Ausgang 24 der Kippstufe 21, der dem ersten Eingang, dem Setzeingang-22, zugeordnet ist, steht mit dem Ste.1ereingang 19 des ersten gesteuerten Schalters in Verbindung.The output 24 of the flip-flop 21, which is the first input, the set input-22, is assigned, is with the Ste.1ereingang 19 of the first controlled switch in connection.

Der zweite, inverse Ausgang 25 der Kippstufe ist an den Steuereingang 20 des zweiten gesteuerten Schalters angeschlossen.The second, inverse output 25 of the flip-flop is connected to the control input 20 of the second controlled switch connected.

Im folgenden wird die erste monostabile Kippstufe 12 beschrieben, die mit der Kippstufe 36 mit einem ersten Setzeingang 37 und einem zweiten Rücksetzeingang 38 sowie mit einem ersten Ausgang 39 und einem zweiten Ausgang 40 aufgebaut ist.The following describes the first monostable multivibrator 12, the one with the flip-flop 36 with a first set input 37 and a second reset input 38 and with a first output 39 and a second output 40 is constructed.

Der erste Eingang 37 ist an den Ausgang 24 des Oszillators 11 zur Triggerung angeschlossen. Der zweite Eingang 38,der Kippstufe 36 steht mit einem Ausgang eines Komparators 41 in Verbindung, mit dessen erstem Eingang 42 der zweite Kompensationskondensator 8 gekuppelt ist. Der zweite Ein- gang 43 des Komparators ist über einen Spannung steiler 44, 45 mit einer konstanten Spannung U2 beaufschlagt.The first input 37 is connected to the output 24 of the oscillator 11 Triggering connected. The second input 38, the flip-flop 36 is with a Output of a comparator 41 in connection, with its first input 42 the second Compensation capacitor 8 is coupled. The second one corridor 43 of the comparator is steeper over a voltage 44, 45 with a constant voltage U2 applied.

Der Kondensator 8 kann über einen gesteuerten Schalter 46 mit dem Steuereingang 47 durch eine Konstantstromquelle 48, die mit der Konstantstromquelle 18 identisch sein kann, gespeist werden. Der Steuereingang 47 dieses gesteuerten Schalters steht mit dem Ausgang 39 der Kippstufe 36 in Verbindung. Der Kondensator 8 kann ferner über einen zweiten gesteuerten Schalter 49 mit einem Steuereingang 50 kurzgeschlossen werden. Der Steuereingang 50 ist mit dem zweiten Ausgang 40 der Kippstufe 36 gekuppelt.The capacitor 8 can via a controlled switch 46 with the Control input 47 through a constant current source 48 connected to the constant current source 18 can be identical to be fed. The control input 47 of this controlled The switch is connected to the output 39 of the flip-flop 36. The condenser 8 can also have a control input via a second controlled switch 49 50 can be short-circuited. The control input 50 is connected to the second output 40 of the Tilting stage 36 coupled.

Der zweite monostabile Multivibrator 13 ist in gleicher Weise wie der voranstehend beschriebene mono stabile Multivibrator 12 aufgebaut. In dem monostabilen Multivibrator 13 ist eine Kippstufe mit 51 bezeichnet, ein erster Steuereingang, der gleich dem Setzeingang ist, mit 52, ein zweiter Steuereingang, der ein Rücksetzeingang ist, mit 53, ein erster Ausgang mit 54 und ein zweiter Ausgang mit 55. Während der erste Eingang 52 mit dem Ausgang 24 des Oszillators gekuppelt ist, steht der zweite Eingang 53 mit dem Ausgang eines Komparators 56 in Verbindung, dessen erster Eingang 57 an den ersten Messkondensator 9 angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang 58 über einen Spannungsteiler 59, 60 mit einer vorgegebenen Spannung U4 gespeist wird. Der erste Messkondensator 9 ist über einen ersten gesteuerten Schalter 61 mit einem Steuereingang 62 an eine Konstantstromquelle 63 anschaltbar und über einen zweiten gesteuerten Schalter 64 mit einem Steuereingang 65 kurzschliessbar. Die Steuereingänge 62, 65 sind wiederum mit den Ausgängen 54, 55 der Kippstufe verbunden. Eine Besonderheit der Konstantst-omquelle 63 ist, dass diese durch eine Spannung steuerbar ist, die ihr über eine Leitung 66 zugeführt wird.The second monostable multivibrator 13 is the same as the monostable multivibrator 12 described above is constructed. In the monostable Multivibrator 13 is a flip-flop with 51, a first control input, which is equal to the set input, with 52, a second control input, which is a reset input is, with 53, a first output with 54 and a second output with 55. During the the first input 52 is coupled to the output 24 of the oscillator, the second is available Input 53 connected to the output of a comparator 56, the first input of which 57 is connected to the first measuring capacitor 9, the second input 58 is fed with a predetermined voltage U4 via a voltage divider 59, 60. The first measuring capacitor 9 is via a first controlled switch 61 with a Control input 62 can be connected to a constant current source 63 and via a second one controlled switch 64 with a control input 65 can be short-circuited. The control inputs 62, 65 are in turn connected to the outputs 54, 55 of the trigger stage. A special feature the constant current source 63 is that it is controllable by a voltage that it is fed via a line 66.

Der dritte monostabile Multivibrator 14 hat eine Kippstufe 67 mit einem ersten Eingang 68, einem zweiten Ein- gang 69, einem ersten Ausgang 70 und einem zweiten Ausgang 71. Ein Komparator 72 am Eingang 69 der Kippstufe steht an seinem ersten Eingang 73 mit dem zweiten Messkondensator in Verbindung und ist an seinem zweiten Eingang 74 über einen Spannungsteiler 75,76 mit einer vorgegebenen Spannung U5 beaufschlagt.The third monostable multivibrator 14 has a flip-flop 67 a first input 68, a second input aisle 69, a first Output 70 and a second output 71. A comparator 72 at input 69 of the flip-flop is connected to the second measuring capacitor at its first input 73 and is at its second input 74 via a voltage divider 75,76 with a given voltage U5 applied.

Die Spannungen d Ul, U2, U4 und U5 sind gleich gross gewählt.The voltages d Ul, U2, U4 and U5 are chosen to be equal.

Der zweite Messkondensator 10 kann wiederum über zwei gesteuerte Schalter 77, 78 abwechselnd über eine Konstantstromquelle 79 geladen werden oder kurzgeschlossen werden. Dazu sind Steuereingänge 80, 81 mit den Ausgängen 70, 71 der Kippstufe 67 verbunden.The second measuring capacitor 10 can in turn via two controlled switches 77, 78 are alternately charged via a constant current source 79 or short-circuited will. For this purpose, there are control inputs 80, 81 with the outputs 70, 71 of the flip-flop 67 tied together.

Die Konstantstromquelle ist spannungsgesteuert durch eine Spannung auf der Leitung 66.The constant current source is voltage-controlled by a voltage on line 66.

Zur Bildung einer Spannung auf der Leitung 66 sind die Ausgänge 24, 40 der Kippstufen 21, 36 zu je einem Eingang eines UND-Glieds 82 gefuhrt. An das UND-Glied schliesst sich in Signalflussrichtung eine Glättungsstufe 83 aus einer Widerstands-Kondensator-Kombination sowie ein Verstärker 84 an.To generate a voltage on the line 66, the outputs 24, 40 of the flip-flops 21, 36 each lead to an input of an AND element 82. To the AND element includes a smoothing stage 83 from one in the signal flow direction Resistor-capacitor combination and an amplifier 84.

Zur Bildung einer Spannung, die eine definierte Funktion des Füllstands ist, sind der Ausgang 54 der Kippstufe 51 und derAusgang 71 der Kippstufe 67 zu einem zweiten UND-Glied 85 geführt. Die Ausgangsspannung U(h) wird von dem Ausgang des UND-Glieds 85 über eine zweite Glättungsstufe 86 und einen Verstärker 87 abgeleitet.To create a voltage that is a defined function of the level is, the output 54 of the flip-flop 51 and the output 71 of the flip-flop 67 are closed a second AND gate 85 is performed. The output voltage U (h) is taken from the output of the AND gate 85 is derived via a second smoothing stage 86 and an amplifier 87.

Im folgenden wird die Funktion der Auswerteschaltunsanordnung gemäss Fig. 2 anhand der Impulsdiagramme in Fig. 3 erläutert: In den Impulsdiagrammen sind die Spannungen an den Punkten Pl bis P5 und P7 bis P11, die in Fig. 2 gekennzeichnet sind, aufgetragen.In the following, the function of the evaluation circuit arrangement is described in accordance with Fig. 2 explained on the basis of the pulse diagrams in Fig. 3: In the pulse diagrams are the voltages at points Pl to P5 and P7 to P11, which are marked in FIG are applied.

im Es wird angenommen, dass/Zeitpunkt Null die Kippstufe 21 des Oszillators 1°1 gesetzt ist, so dass am Punkt P2 am ersten Ausgang 24 ein Impuls erscheint. Dadurch ist der erste Schalter 15 geschlossen. Der erste Kompensationskondensator 7 wird durch einen konstanten Strom der Konstantstromquelle 16 geladen. Die Spannung des ersten Kompensationskondensators steigt linear an, wie in dem Diagramm zu P1 dargestellt. Dies geschieht bis zum Ablauf der Zeitdauer tck, zu dem die Spannung an Punkt P1 den Wert ZSU1 erreicht. In diesem Fall gibt der Komparator 27 an den zweiten Eingang den Rücksetzeingang der Kippstufe 21 ein Signal, so dass die Kippstufe 21 aus ihrer ersten Schaltlage in die zweite'Schaltlage umgesteuert wird. Damit verschwindet der Impuls an dem Ausgang 24 bzw. dem Punkt P2, während ein Impuls an dem Ausgang 25 erscheint, der den zweiten gesteuerten Schalter 17 schliesst. Dadurch wird der erste Kompensationskondensator 7 über die Konstantstromquelle 18 entladen. Die Spannung an dem Kondensator fällt linear ab, bis zum Erreichen des Zeitpunkts TCk, bei dem die Kippstufe ?1 über den Komparator 26 wieder gesetzt wird. Die Zeitdauer Tck entspricht damit der Periodendauer des Pulses, da jetzt wieder die zu dem Zeitpunkt Null beschriebenen Vorgänge von Neuem beginnen. Die Impuls dauer tck und die Periodendauer Tck sind proportional der Kapazität des ersten Kompensationskondensators 7 und dsmit proportional der Dielektrizitätskonstanten des Mediums, dessen Füllstand gemessen werden soll.im It is assumed that / time zero is the trigger stage 21 of the oscillator 1 ° 1 is set, so that a pulse appears at the first output 24 at point P2. As a result, the first switch 15 is closed. The first compensation capacitor 7 is charged by a constant current from the constant current source 16. The voltage of the first compensation capacitor increases linearly, as in the diagram for P1 shown. This happens until the end of the period tck, at which the voltage reaches the value ZSU1 at point P1. In this case, the comparator 27 to the second input the reset input of the flip-flop 21 a signal so that the flip-flop 21 is switched from its first switch position to the second switch position. In order to the pulse at the output 24 or the point P2 disappears, while a pulse appears at the output 25, which closes the second controlled switch 17. As a result, the first compensation capacitor 7 is connected to the constant current source 18 unload. The voltage across the capacitor drops linearly until it reaches the Time TCk at which the flip-flop? 1 is set again via the comparator 26. The duration Tck thus corresponds to the period duration of the pulse, since now again the processes described at time zero begin again. The impulse duration tck and the period duration Tck are proportional to the capacitance of the first compensation capacitor 7 and dsmit proportional to the dielectric constant of the medium, its level should be measured.

Der Puls an dem Punkt P2 dient zur Triggerung der monstabilen Multivibratoren 12, 13, 14, so dass diese alle zum Zeitpunkt Tg und nach Ablauf einer Periodendauer gesetzt werden.The pulse at point P2 is used to trigger the monstable multivibrators 12, 13, 14, so that these all at time Tg and after a period has elapsed be set.

Dementsprechend wird in dem monostabilen Multivibrator 12 der gesteuerte Schalter 46beim Setzen der Kippstufe 36 geschlossen, wodurch der zweite Kompensationskondensator 8 durch die Konstantstromquelle 48 geladen wird. Dies geschieht bis'zum Zeitpunkt tcko, zu dem die Kondensatorspannung die fest vorgegebene Spannung U2 erreicht. Sodann erfolgt durch den Komparator 41, der ein Steuersignal an den zweiten Eingang, den Rück--setzeingang, 38 der Kippstufe 36 abgibt, ein Umschalten der Kippstufe, bis dieser wieder nach Ablauf der Periodendauer durch den Oszillator 11 gesetzt wird. Die Dauer tcko, die die Flopzeit des monostabilen Multivibrators 12 ist, ist proportional der Kapazität des zweiten Kompensationskondensators. Der Verlauf des Pulses an dem zweiten Ausgang 40, der eininverser Ausgang ist, ist zum Punkt P4 als Impulsdiagramm dargestellt.Accordingly, in the monostable multivibrator 12th the controlled switch 46 is closed when the flip-flop 36 is set, whereby the second compensation capacitor 8 is charged by the constant current source 48. This happens up to the time tcko, at which the capacitor voltage is the fixed predetermined Voltage U2 reached. The comparator 41 then sends a control signal a switch is sent to the second input, the reset input, 38 of the flip-flop 36 of the flip-flop until it is back by the oscillator after the period has elapsed 11 is set. The duration tcko, which is the flop time of the monostable multivibrator 12 is proportional to the capacitance of the second compensation capacitor. Of the Course of the pulse at the second output 40, which is an inverse output, is for Point P4 shown as a pulse diagram.

In dem UND-Glied 82 werden die Pulse der Punkte P2 und P4.miteinander verknüpft,- so dass der Ausgangspuls des UND Glieds den Verlauf wie zu P5 dargestellt aufweist.In the AND gate 82, the pulses of the points P2 and P4. With one another linked, - so that the output pulse of the AND element has the course as shown for P5 having.

Impulse dieses Pulses zu P5 haben eine Dauer, die der Differenz der Dauer der Impulse zu P2 minus der Impulse zu P4 gleich ist. Diese Differenz entspricht somit auch der Differenz der Kapazität des ersten Kompensationskomdensators minus der Kapazität des zweiten Kompensationskondensators. Nach Glättung des Pulses zu P5 und Verstärkung erscheint am Ausgang des Verstärkers auf der Leitung 66 eine Gleichspannung, deren Höhe proportional der Differenz der Kapazitäten der beiden voranstehend genannten Kondensatoren 7 und 8 ist. Mit dieser Spannung werden die Konstantstromquellen 83 und 79 der monostabilen Multivibratoren 13 und 14 gesteuert. Somit wird der erste Messkondensator 9 und der zweite Messkondensator 10 jeweils mit einem Konstantstrom gespeist, wenn der zugnhörige gesteuerte Schalter 6i bzw. 77 geschlossen ist, der der Differenz der Kapazitäten der Kondensatoren 7 und 8 und somit der Dielektrizitätskonstanten des Mediums entspricht.Pulses of this pulse to P5 have a duration that is the difference of the The duration of the impulses to P2 minus the impulses to P4 is the same. This difference corresponds to thus also minus the difference in the capacity of the first compensation compensator the capacitance of the second compensation capacitor. After smoothing the pulse too P5 and gain appear at the output of the amplifier on line 66 a DC voltage, the level of which is proportional to the difference in the capacities of the two the aforementioned capacitors 7 and 8 is. With this tension the Constant current sources 83 and 79 of the monostable multivibrators 13 and 14 are controlled. Thus, the first measuring capacitor 9 and the second measuring capacitor 10 are each fed with a constant current if the associated controlled switch 6i resp. 77 is closed, the difference between the capacitances of the capacitors 7 and 8 and thus corresponds to the dielectric constant of the medium.

Die Schaltvorgänge in den monostabilen Multivibratoren 13 und 14 verlaufen gleichartig wie in dem monostabilen Multivibrator 12 und beginnen mit der Triggerung an den ersten Eingängen 52 und 68 der Kippstufen 51 und 67.The switching processes in the monostable multivibrators 13 and 14 take place similar to the monostable multivibrator 12 and start triggering at the first inputs 52 and 68 of the flip-flops 51 and 67.

Demzufolge steigt die Spannung des ersten Messkondensators 9 an dem Punkt P7 linear mit einer Steigung, die proportional mit dem Strom der Konstantstromquelle 63 ist und reziprok der aktuellen Kapazität des ersten Messkondensators 9, die wiederum von dem Füllstand abhängt. Dieser Spannungsanstieg erreicht die fest vorgegebene Spannung U4 an dem Komparator nach Ablauf der Impulsdauer tCM, wobei der Impuls dieser Dauer an detn Punkt P8 bzw. an dem Ausgang 54 der Kippstufe 51 erscheint. Diese Impulsdauer ist somit proportional der Kapazität des ersten Messkondensators bzw. dem Füllstand und reziprok der Differenz der Kapazität des ersten Kompensationskondensators minus der Kapazität des zweiten Kompensationskondensators.As a result, the voltage of the first measuring capacitor 9 increases across the Point P7 linear with a slope proportional to the current of the constant current source 63 is and is reciprocal of the current capacitance of the first measuring capacitor 9, which in turn depends on the level. This increase in voltage reaches the fixed value Voltage U4 at the comparator after the pulse duration tCM, the pulse this duration appears at the point P8 or at the output 54 of the flip-flop 51. This pulse duration is therefore proportional to the capacitance of the first measuring capacitor or the level and the reciprocal of the difference in the capacitance of the first compensation capacitor minus the capacitance of the second compensation capacitor.

In praktisch gleicher Weise wird in dem monostabilen Multivibrator 14 durch den Anstieg der Spannung des zweiten Messkondensators 10 entsprechend dem Impulsdiagramm zu P9 bis zu der fest vorgegebenen Spannung U5 an dem Komparator die ImpuEsdauer tCMO vergehen. Die Impulsdauer tcMOentspricht der Dauer des an dem Ausgang 70 erscheinenden Impulses, während an dem zweiten Ausgang 71 bzw. der Meßstelle P1O der inverse Impuls entsteht, der zu P1O in dem Impulsdiagramm dargestellt ist.In practically the same way in the monostable multivibrator 14 by the increase in the voltage of the second measuring capacitor 10 according to the Pulse diagram for P9 up to the fixed voltage U5 at the comparator the pulse duration tCMO elapse. The pulse duration tcMO corresponds to the duration of the Output 70 appearing impulse, while at the second output 71 or the measuring point P1O the inverse pulse arises, which is shown for P1O in the pulse diagram.

Es wird an dieser Stelle vorausgesetzt, dass die konstanten Ströme, die von den Konstantstromquellen 63 rind 79 abgegeben werden, jeweils gleich sind.It is assumed at this point that the constant currents, which are output from the constant current sources 63 and 79 are each equal.

Der Puls an dem zweiten Ausgang 71 der Kippstufe 67 wird mit dem Puls an dem ersten Ausgang 54 der Kippstufe 51 in dem UND-Glied 85 verknüpft, so dass an dem Ausgang des UND-Glieds im Messpunkt P11, der in Fig. 3 zu P11 dargestellte Puls entsteht. Die Impulse dieses Pulses zu P 11 haben eine Dauer, die der Differenz der Impulsdauer tCM minus der Pulsdauer tCM0 ist.The pulse at the second output 71 of the flip-flop 67 becomes with the pulse linked at the first output 54 of the flip-flop 51 in the AND gate 85, so that at the output of the AND element in measuring point P11, which is shown in FIG. 3 for P11 Pulse arises. The impulses of this pulse to P 11 have a duration which is the difference between the pulse duration tCM minus the pulse duration tCM0.

Dieser in der Glättungsstufe 86 geglättete Puls zu P11 ergibt nach Verstärkung in dem Verstärker 87 eine Spannung U(h)) die proportional dem Ausdruck (CM - CMO) (CK - CKO) ist. An die Klemme 88 kann somit ein spannungsmessendes Gerät angeschlossen werden, das die aktuelle Füllstandshöhe unabhängig von der Dielektrizitätskonstanten des gemessenen Mediums anzeigt. Dieses Gerät kann beispielsweise ein Anzeigegerät oder ein Grenzwertgeber sein, die beide in Fig. 2 nicht dargestellt sind.This pulse for P11, smoothed in the smoothing stage 86, results in after Amplification in the amplifier 87 a voltage U (h)) which is proportional to the expression (CM - CMO) (CK - CKO) is. A voltage measuring device can thus be connected to terminal 88 connected, the current level independent of the dielectric constant of the measured medium. This device can, for example, be a display device or a limit value transmitter, both of which are not shown in FIG.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (8)

P a t e n t a n s p r U c h e 1. Einrichtung zur kapazitiven Füllstandsmessung mit einem nach Maßgabe des Füllstands in das zu messende Medium tauchenden ersten Messkondensator, mit einem Oszillator zur Bildung einer dem Füllstand entsprechenden elektrischen Grösse sowie mit Mitteln zur Kompensation unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten des Mediums, gkennzeichnet durch folgende Mittel zur Kompensation: ein.erster Kompensationskondensator (7) mit dem Medium als Dielektrikum, ein zweiter Kompensationskondensator (8) einer Kapazität, die gleich derjenigen des ersten Kompensationskondensators,aber mit Luft als Dielektrikum, ist, ein zweiter Messkondensator (10), dessen Kapazität gleich derjenigen des ersten Messkondensators (9) ist, wenn dieser vollständig von Luft als Dielektrikum umgeben ist, eine Auswerteschaltungsanordnung (Fig. 2), in der die Kondensatoren (7 bis 10) derart angeordnet sind, dass die Beziehung h = l ÇKO (CM - CMO) CMO (CK~ CKo) gebildet wird, wobei ist: h = Höhe des in das Medium tauchenden Abschnitts des ersten Messkondensators 1 = Gesamthöhe des ersten Messkondensators CK= Kapazität des ersten Kompensationskondensators CKO = Kapazität des zweiten Kompensationskondensators CM = Kapazität des ersten Messkondensators CMO = Kapazität des zweiten Messkondensators. P a t e n t a n s p r u c h e 1. Device for capacitive level measurement with a first immersed into the medium to be measured according to the level Measuring capacitor, with an oscillator to form a level corresponding to the level electrical quantity as well as means to compensate for different dielectric constants of the medium, characterized by the following means of compensation: Ein.erster Kompensationskondensator (7) with the medium as a dielectric, a second compensation capacitor (8) one Capacity the same as that of the first compensation capacitor, but with air as a dielectric, is a second measuring capacitor (10) whose capacitance is the same that of the first measuring capacitor (9) when it is completely air is surrounded as a dielectric, an evaluation circuit arrangement (Fig. 2) in which the capacitors (7 to 10) are arranged such that the relationship h = l ÇKO (CM - CMO) CMO (CK ~ CKo) is formed, where: h = height of the immersed in the medium Section of the first measuring capacitor 1 = total height of the first measuring capacitor CK = capacitance of the first compensation capacitor CKO = capacitance of the second compensation capacitor CM = capacitance of the first measuring capacitor CMO = capacitance of the second measuring capacitor. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Kapazitäten des ersten und des zweiten Messkondensators (9, 10) sowie des ersten und zweiten Kompensationskondensators (7, 8) mindestens je eine Konstantstromquelle (16, 18, 48, 63, 79) Mittel zum Aufladen der Kondensatoren auf eine vorgegebene Spannung d Ul, U2, U4, U5, Mittel zum Entladen bzw.2. Device according to claim 1, characterized in that for determining the capacitances of the first and second measuring capacitors (9, 10) and of the first and second compensation capacitor (7, 8) at least one constant current source each (16, 18, 48, 63, 79) means for charging the capacitors to a predetermined one Voltage d Ul, U2, U4, U5, means for discharging resp. Umladen jedes Kondensators (gesteuerte Schalter 15, 17, 46, 49, 61, 64, 77, 78), Mittel zur Erzeugung von synchronisierten Impulsen mit einer von der Aufladezeit abhängigen Impulsdauer (Oszillator 11, monostabile Multivibratoren 12, 13, 14) vorgesehen sind, dassozur Bildung der Differenzen der so ermittelten Kapazitäten Mittel zur Durchführung einer Impulsdauersubtraktion der synchronisierten Impulse (UND-Glieder 82, 85) vorgesehen sind und dass zur Division einer Kapazität durch die Differenz zweier anderer Kapazitäten die Kapazität an eine durch eine Steuerspannung gesteuerte Konstantstromquelle (63 bzw. 79) schaltbar ist und die Steuerspannung (auf der Leitung 66) durch Mittel zur Mittelwertbildung (Leitungsstufen 83, 86) aus einem durch die Impulsdauersubtraktion erzeugten Puls gebildet wird. Reloading of each capacitor (controlled switches 15, 17, 46, 49, 61, 64, 77, 78), means for generating synchronized pulses with one of the Charging time-dependent pulse duration (oscillator 11, monostable multivibrators 12, 13, 14) are provided so that to form the differences between the capacities determined in this way Means for performing a pulse duration subtraction of the synchronized pulses (AND gates 82, 85) are provided and that for dividing a capacity by the difference between two other capacities increases the capacitance to one through a control voltage controlled constant current source (63 or 79) is switchable and the control voltage (on line 66) through means for averaging (line stages 83, 86) is formed from a pulse generated by the pulse duration subtraction. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oszillator (11) vorgesehen ist, in dessen frequenzbestimmenden Zweig der erste Kompensationskondensator (7) angeordnet ist, dass drei monostabile Multivibratoren (12, 13, 14) vorgesehen sind, in deren die Dauer einer Schaltlage (Flopzeit) bestimmenden Zweig je einer des zweiten Kompensationskondensators (8) des ersten und des zweiten Messkondensators (9, 10) angeordnet sind, dass der Oszillator (11) zur Triggerung mit je einem Eingang (37, 51, 68) der monostabilen Multivibratoren in Verbindung steht, dass ein Ausgang (24), an dem Impulse einer der Kapazität des ersten Kompensationskondensators (7) proportionalen Impulsdauer und proportionaler Periodendauer des Pulses entstehen, mit einem ersten Eingang eines ersten UND-Gliedes (82) verbunden ist, dass ein Ausgang (40) des ersten monostabilen Multivibrators, an dem Impulse einer der Kapazität des zweiten Kompensationskondensators 8 proportionalen Impulsdauer entstehen, aneignen zweiten Eingang des ersten UND-Glieds angeschlossen sind, dass ein Ausgang (54) des zweiten monostabilen Multivibrators (13), an dem Impulse einer dem ersten Messkondensator (9) proportionalen Impulsdauer erzeugt werden, mit einem ersten Eingang eines zweiten UND-Glieds (85) gekuppelt ist, dass ein Ausgang des dritten monostabilen Multivibrators (14),an dem Impulse einer dem zweiten Messkondensator (10) proportionalen Impulsdauer entstehen, an dem zweiten Eingang des zweiten UNDlGlieds (85).angeschlossen ist, dass jede Konstantstroquelle (63, 79) die an den ersten und an den zweiten Messkondensator anschaltbar ist, spannungssteuerbar ist, dass je ein Steuereingang dieser Konstantstromquellen über eine erste Glättungsstufe (83) mit dem Ausgang des ersten UND-Glieds (82) in Verbindung steht und dass an den ausgang des zweiten UND-Glieds (85) eine zweite Glättungsstufe (86) angeschlossen ist, die eine von dem Füllstand, nicht aber von der Dielektrizitätskonstanten des Mediums abhängige Spannung abgibt.3. Device according to claim 2, characterized in that an oscillator (11) is provided, in the frequency-determining branch of which the first compensation capacitor (7) is arranged that three monostable multivibrators (12, 13, 14) are provided are, in whose branch the duration of a switching position (flop time) is determined by one the second compensation capacitor (8) of the first and the second measuring capacitor (9, 10) are arranged that the oscillator (11) for triggering with one input each (37, 51, 68) of the monostable multivibrators in Connected, that an output (24), at the pulses of one of the capacitance of the first compensation capacitor (7) proportional pulse duration and proportional period duration of the pulse arise, is connected to a first input of a first AND element (82) that an output (40) of the first monostable multivibrator, on which pulses one of the capacitance of the second compensation capacitor 8 proportional pulse duration arise, appropriate second input of the first AND gate are connected that an output (54) of the second monostable multivibrator (13), on the pulses of one of the first measuring capacitor (9) Proportional pulse duration can be generated with a first input of a second AND gate (85) is coupled that an output of the third monostable multivibrator (14), on the pulses of a pulse duration proportional to the second measuring capacitor (10) is connected to the second input of the second AND element (85). that each constant current source (63, 79) connected to the first and to the second measuring capacitor can be switched on, it is voltage controllable that each one control input of these constant current sources via a first smoothing stage (83) to the output of the first AND element (82) in Connection is and that at the output of the second AND gate (85) a second Smoothing stage (86) is connected, which one of the level, but not of emits a voltage dependent on the dielectric constant of the medium. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (11) als astabiler Multivibrator ausgebildet ist, in dem deverste Kompensationskondensator (7) über einen ersten gesteuerten Schalter (15) an eine erste Konstantstromquelle (16) und über einen zweiten gesteuerten schalter (17) an eine zweite Konstantstromquelle (18) anschliessbar ist, in dem der erste Kompensationskondensator (7) an je einen ersten Eingang (28, 29) eines ersten und eines zweiten Komparators (26, 27) angeschlossen ist, in dem zwischen dem zweiten Eingang (30) des ersten Komparators und dem zweiten Eingang (31) des zweiten Komparators eine feste Spannungsdifferenz (AU1) herrscht und in dem je ein Ausgang der Kippstufe zu einem Steuereingang des ersten und des zweiten gesteuerten Schalters (15, 17) geführt ist.4. Device according to claim 3, characterized in that the oscillator (11) is designed as an astable multivibrator in the deverste compensation capacitor (7) via a first controlled switch (15) to a first constant current source (16) and a second controlled switch (17) to a second Constant current source (18) can be connected, in which the first compensation capacitor (7) to a first input (28, 29) each of a first and a second comparator (26, 27) is connected, in which between the second input (30) of the first Comparator and the second input (31) of the second comparator a fixed voltage difference (AU1) prevails and in each of which one output of the flip-flop to a control input of the first and second controlled switch (15, 17) is performed. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Kondensator des zweiten Kompensationskondensators (8) des ersten und des zweiten Messkondensators (9, 10) über einen ersten gesteuerten Schalter (46, 61, 77) an eine zweite, dritte und vierte Konstantstromquelle (48, 63, 79) anschliessbar ist und über einen zweiten Schalter (49, 64, 78) kurzschliessbar ist, dass der Kondensator an einen ersten Eingang (42, 47, 73) eines Komparators tk (41, 57, 72) dessen zweiter Eingang (43, 58, 74) mit mit einer vorgegebenen Spannung beaufschlagt ist und dessen Ausgang an einen zweiten Eingang (38, 53, 69) (Rückstelleingang) der Kippstufe angeschlossenist und dass ein erster Eingang (37, 52, 68) (Setzeingang) der Kippstufe mit dem Ausgang (24) des Oszillators (11) verbunden ist.5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that each one capacitor of the second compensation capacitor (8) of the first and of the second measuring capacitor (9, 10) via a first controlled switch (46, 61, 77) can be connected to a second, third and fourth constant current source (48, 63, 79) is and can be short-circuited via a second switch (49, 64, 78) that the capacitor to a first input (42, 47, 73) of a comparator tk (41, 57, 72), the second of which Input (43, 58, 74) is subjected to a predetermined voltage and its Output is connected to a second input (38, 53, 69) (reset input) of the flip-flop and that a first input (37, 52, 68) (set input) of the flip-flop with the output (24) of the oscillator (11) is connected. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Konstantstromaaellen (16, 18) des astabilen Multivibrators und des monostabilen Multivibrators (12), in dem der zweite Kompensationskondensator (8) angeordnet ist, zur Abgabe desselben Stroms bemessen sind und dass die Sparnungsdifferenz (U1) zwischen den zweiten Eingängen (D, 31) des ersten und des zweiten Komparators (26, 27) des astabilen Multivibrators sowie die vorgegebene Spannung (U2, U4, U5) an dem zweiten Eingang (43, 58, 74) des Komparators aller monostabiler Multivibratoren .auf denselben Wert einreguliert ist, bei dem der Multivibrator aus seiner durch die Triggerung erzeugten Schaltlage (Setzlage) kippt.6. Device according to claims 3, 4 and 5, characterized in that that all constant current aellen (16, 18) of the astable multivibrator and the monostable Multivibrator (12) in which the second compensation capacitor (8) is arranged, for the delivery of the same current and that the savings difference (U1) between the second inputs (D, 31) of the first and second comparators (26, 27) of the astable multivibrator and the specified voltage (U2, U4, U5) at the second input (43, 58, 74) of the comparator of all monostable multivibrators . is adjusted to the same value at which the multivibrator runs out of its the switching position (set position) generated by triggering flips. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messkondensator und der erste Kompensationskondensator mittels eines in einen Kraftstoffbehälter (1) tauchenden Saugrohres (4) gebildet wird, dass in dem Saugrohr eine von dem Medium (Kraftstoff 2) vollständig umflutete erste Elektrode (6) angeordnet ist, die zusammen mit dem Saugrohr den ersten Kompensationskondensator bildet, und dass ausserhalb des Saugrohrs in dem Kraftstoffbehälter eine zweite Elektrode (ringförmige Elektrode 5) angeordnet ist, die annähernd so hoch wie die lichte Höhe des Kraftstoffbehälters ist und die zusammen mit dem Saugrohr den ersten Messkondensator bildet.7. Device according to claim 1, characterized in that the first Measuring capacitor and the first compensation capacitor by means of a in a fuel tank (1) submerged suction pipe (4) is formed that in the suction pipe one of the medium (Fuel 2) completely flooded first electrode (6) is arranged, which together forms the first compensation capacitor with the suction pipe, and that outside of the suction pipe in the fuel tank a second electrode (ring-shaped electrode 5) is arranged, which is approximately as high as the clear height of the fuel tank and which, together with the intake manifold, forms the first measuring capacitor. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine konzentrische Anordnung des Saugrohres (4) der ersten Elektrode (6) in dea Saugrohr und einer rohrförmigen zweiten Elektrode (5) ausserhalb des Saugrohrs.8. Device according to claim 7, characterized by a concentric Arrangement of the suction tube (4) of the first electrode (6) in the suction tube and one tubular second electrode (5) outside the suction tube.
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