P1.1 Performanceanalyse von zwei optimierten Messverfahren in der kapazitiven Füllstandmessung

Event
20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019
2019-06-25 - 2019-06-26
Nürnberg, Germany
Chapter
P1: Sensoren
Author(s)
J. Matheis, A. Uhl, T. Föhn, F. Dayi - EBE Elektro-Bau-Elemente GmbH, Leinfelden-Echterdingen (Deutschland)
Pages
561 - 565
DOI
10.5162/sensoren2019/P1.1
ISBN
978-3-9819376-0-2
Price
free

Abstract

Die kapazitive Füllstandmessung ist ein etabliertes Verfahren zur Erfassung von Füllständen von Flüssigkeiten sowie Schüttgütern. Eine Erweiterung der Messmethodik mittels eines breitbandigen Rauschsignals wird in diesen Artikel einer Performance Analyse unterzogen und dem klassischen Charge-Transfer-Messverfahren gegenübergestellt. Das Anwendungsszenario ist ein außen angebrachter kapazitiver Sensor an einer Gerätewand, hinter derer das eigentliche Mediengefäß wechselbar positioniert ist. Die Präsenzerkennung des Mediengefäßes sowie dessen Füllstands ist Ziel des Versuchsaufbaus auf Basis diskreter Bauelemente. Im Anschluss erfolgte eine Modellierung der Sensormessstrecke mit einem RLC-Ersatzschaltbild im direkten Vergleich der gemessenen Werte. Hier zeigte sich, dass die Leitfähigkeit σM des Mediums einen wesentlichen Einfluss bereits bei sehr dünnen Filmen generiert. Um eine sichere Präsenzerkennung des Mediengefäßes trotz Filmbildung zu gewährleisten, wurden elektrostatische Feldsimulationen durchgeführt, um die Kapazitätsänderung C mit Permittivitäten von εGefäß << εMedium feststellen zu können. Es konnte gezeigt werden, dass das klassische Messverfahren auf Basis der Charge-Transfer-Technik für wässrige, leitfähige Medien die Anforderungen erfüllt. Bei viskosen, zähflüssigen Medien wie z.B. Öl oder Milch mit Neigung zur starken adhäsiven Filmbildung ist dagegen nur eine zuverlässigere Erfassung der Füllstände und der Mediengefäßpräsenz mit dem vorgestellten, rauschbasierten Verfahren möglich.

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