本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平的方法和裝置。

背景技術(shù)：

可以例如借助于電導(dǎo)性測(cè)量方法來(lái)監(jiān)測(cè)預(yù)定填充水平。這種基本的測(cè)量原理從許多出版物中獲知。通過(guò)檢測(cè)是否經(jīng)由傳感器電極和電導(dǎo)性容器的壁之間或在傳感器電極和第二電極之間的電導(dǎo)性介質(zhì)建立電接觸來(lái)監(jiān)測(cè)填充水平。相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由申請(qǐng)人例如以商標(biāo)Liquipoint銷售。

當(dāng)待監(jiān)測(cè)的介質(zhì)實(shí)際上沒(méi)有電導(dǎo)率(<0.5μS/cm)或僅有非常低的電導(dǎo)率時(shí)，借助于電導(dǎo)性測(cè)量方法的填充水平檢測(cè)達(dá)到其極限。介質(zhì)的電導(dǎo)率相對(duì)于空氣的電導(dǎo)率的變化因此太小以至于不能夠由測(cè)量電子裝置可靠地記錄。用電導(dǎo)性測(cè)量方法難以監(jiān)測(cè)的介質(zhì)包括例如蒸餾水、糖蜜和醇。進(jìn)一步的問(wèn)題是具有小于1μS/cm的電導(dǎo)率和小于20的介電常數(shù)的介質(zhì)。落在該范圍內(nèi)的尤其是油和脂肪。

在這種情況下適合的是電容測(cè)量方法，其同樣在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。在這種情況下，介質(zhì)的填充水平根據(jù)由探頭電極和容器的壁或第二電極形成的電容器的電容來(lái)確定。依賴于介質(zhì)的電導(dǎo)率，介質(zhì)或探頭絕緣體形成電容器的電介質(zhì)。同樣，基于電容測(cè)量原理的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由申請(qǐng)人按許多不同的實(shí)施方式例如以商標(biāo)Liquicap和Solicap銷售。

原則上，對(duì)于電導(dǎo)性介質(zhì)和非電導(dǎo)性介質(zhì)兩者，借助電容測(cè)量方法的填充水平檢測(cè)確實(shí)是可能的。然而，對(duì)于電導(dǎo)率>50μS/cm的介質(zhì)，測(cè)量探頭的絕緣是必要的。這種絕緣的阻抗在粘附或積垢介質(zhì)的情況下又是不利的。

從DE 32 12 434 C2獲知用于防止積垢形成的是屏蔽電極(guard electrode)的應(yīng)用，其同軸地包圍傳感器電極并且位于與傳感器電極相同的電位。根據(jù)積垢的特性，在本實(shí)施例的情況下，存在適當(dāng)?shù)厣善帘涡盘?hào)(guard signal)的問(wèn)題。

此外，在DE 10 2006 047 780 A1中描述了一種填充水平測(cè)量探頭，其對(duì)大的測(cè)量范圍內(nèi)的積垢形成不敏感。在該已知解決方案中，提供放大單元和限制元件，其中限制元件被布置在放大單元的輸出端和屏蔽電極之間。經(jīng)由放大單元和限制元件(例如，電阻器)為屏蔽電極提供屏蔽信號(hào)。類似地，為傳感器電極提供操作信號(hào)。評(píng)估單元基于在傳感器電極處可分流的電流信號(hào)和操作信號(hào)和/或屏蔽信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)填充水平。生成屏蔽信號(hào)的放大單元由限制元件限制。將這種幅度受限的信號(hào)作為激勵(lì)器信號(hào)發(fā)送至傳感器電極。然后，從傳感器電極分流的是電流信號(hào)，為了監(jiān)測(cè)填充水平的目的，考慮當(dāng)前信號(hào)與操作信號(hào)或屏蔽信號(hào)的組合。

最后，從DE 10 2008 043 412 A1獲知一種具有存儲(chǔ)器單元的填充水平限位開(kāi)關(guān)，其中存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的是針對(duì)不同的位于容器中的介質(zhì)的極限值。當(dāng)超過(guò)或未達(dá)到介質(zhì)的極限值時(shí)，產(chǎn)生切換信號(hào)。特別地，可以參照位于容器中的介質(zhì)來(lái)建立測(cè)量值的極限值，使得積垢形成不干擾可靠的切換。因?yàn)榉e垢形成破壞測(cè)量信號(hào)并且因此錯(cuò)誤地指示不正確的過(guò)程變量，所以限制值(其確定切換點(diǎn))優(yōu)選地被設(shè)定成使得其在積垢的情況下位于可獲得測(cè)量信號(hào)的區(qū)域之外。在這種情況下，該裝置可以被實(shí)施為電容性或電導(dǎo)性填充水平測(cè)量裝置。由于該裝置可以通過(guò)根據(jù)介質(zhì)的記錄的性質(zhì)弄清或相應(yīng)地計(jì)算最佳切換點(diǎn)，自動(dòng)地在容器內(nèi)調(diào)整至替換的介質(zhì)(例如，也在諸如CIP和SIP過(guò)程的清潔步驟的情況下)，可以省略在介質(zhì)替換的情況下通常必要的復(fù)雜的調(diào)整步驟。

如果容器中的介質(zhì)的填充水平可以利用獨(dú)立于介質(zhì)的電特性的測(cè)量裝置來(lái)監(jiān)視，則是所希望的。由于電容性和電導(dǎo)性測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是相反的，所以多傳感器是有希望的，其可以借助兩種方法來(lái)監(jiān)測(cè)填充水平。這種多傳感器的特征在于其允許在電容性和電導(dǎo)性操作模式下交替地操作。在這種情況下，可以補(bǔ)充提供屏蔽電極以防止形成積垢。

對(duì)于這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具體構(gòu)造，可以想到不同的選擇。例如，可以提供具有兩個(gè)電子單元的測(cè)量探頭，一個(gè)電子單元用于電容性操作模式，一個(gè)電子單元用于電導(dǎo)性操作模式。為了能夠在兩種模式之間來(lái)回切換，例如可以補(bǔ)充地安裝電開(kāi)關(guān)。然而，這種可簡(jiǎn)單地實(shí)施的示例具有如下缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)由于寄生電容而限制可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量分辨率，這在電容性操作模式的情況下是特別不利的。

在電容性操作模式下可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量分辨率取決于測(cè)量探頭的特定幾何形狀實(shí)施方式以及取決于用于相應(yīng)的電子單元的部件。當(dāng)然，此外，所測(cè)量的電容還依賴于介質(zhì)的性質(zhì)。然而，這種依賴性涉及相應(yīng)的電流施加，而測(cè)量探頭的幾何形狀以及電子單元的部件表現(xiàn)出恒定影響。

最重要的特征是測(cè)量探頭的幾何實(shí)施方式，因?yàn)檫@固定了所測(cè)量的電容的范圍。

當(dāng)測(cè)量探頭例如被實(shí)施成使得在安裝在容器的壁中之后其與壁齊平時(shí)，諸如在申請(qǐng)人以名稱FTW33銷售的變體的情況下，測(cè)量的電容可以在毫微微法拉的范圍內(nèi)。相反，如果測(cè)量探頭至少部分地伸入到容器中，則電容的測(cè)量值達(dá)毫微微法拉以上幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

特別地，毫微微法拉范圍內(nèi)的電容的評(píng)估對(duì)所應(yīng)用的電子單元提出了最高要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和裝置，利用該方法和裝置可以獨(dú)立于介質(zhì)的電特性來(lái)監(jiān)測(cè)容器中介質(zhì)的預(yù)定填充水平，并且利用該方法和裝置同時(shí)地保證毫微微范圍內(nèi)的高測(cè)量分辨率。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)利用至少一個(gè)測(cè)量探頭和電子單元來(lái)監(jiān)測(cè)容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，其中，交替地在電導(dǎo)性測(cè)量模式和電容性測(cè)量模式下操作測(cè)量探頭，其中，為所述測(cè)量探頭提供由兩種不同的、時(shí)間交替順序的周期性信號(hào)分量組成的激勵(lì)器信號(hào)，其中在第一時(shí)間間隔中，生成用于電導(dǎo)性操作模式的第一周期性信號(hào)分量，并且在第二時(shí)間間隔中，生成用于電容性操作模式的第二周期性信號(hào)分量，其中，根據(jù)由測(cè)量探頭獲得的視當(dāng)前信號(hào)分量而定的電容性或電導(dǎo)性操作模式的響應(yīng)信號(hào)，確定是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定填充水平，并且其中在超過(guò)或未達(dá)到該填充水平時(shí)生成報(bào)告。

以這種方式，可以通過(guò)針對(duì)電容性操作模式以及也針對(duì)電導(dǎo)性操作模式兩者設(shè)計(jì)的電子單元來(lái)操作測(cè)量探頭。在這種情況下，電導(dǎo)性操作模式用于電導(dǎo)性介質(zhì)，而電容性操作模式用于非電導(dǎo)性的或電導(dǎo)率差的介質(zhì)。電導(dǎo)性操作模式對(duì)于具有高電導(dǎo)性率(>5μS/cm)的介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)在于，測(cè)量探頭與介質(zhì)具有直接連接，使得不需要進(jìn)一步的絕緣。

此外，在單個(gè)電子單元中電容和電導(dǎo)測(cè)量的組合意味著不需要使用電開(kāi)關(guān)。這又增加了可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量分辨率，因?yàn)殡婇_(kāi)關(guān)的應(yīng)用將引入寄生電容。

在激勵(lì)器信號(hào)的優(yōu)選實(shí)施例中，在第一時(shí)間間隔中，使用的是矩形信號(hào)，而在第二時(shí)間間隔中，使用的是三角形信號(hào)或正弦信號(hào)。因此，使用矩形信號(hào)用于在電導(dǎo)性操作模式下測(cè)量探頭的操作，并且使用三角或正弦信號(hào)用于電容操作模式下測(cè)量探頭的操作。特別地，三角形信號(hào)在技術(shù)上易于產(chǎn)生。

此外，當(dāng)矩形信號(hào)和三角形信號(hào)的大小被調(diào)整或被設(shè)計(jì)為具有相同的算術(shù)平均值時(shí)是有利的。以這種方式，在測(cè)量探頭的操作中，從不同的激勵(lì)器信號(hào)沒(méi)有產(chǎn)生偏移差異。

在另一優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)至少一個(gè)響應(yīng)信號(hào)確定至少一個(gè)介質(zhì)特有的性質(zhì)，特別是電導(dǎo)率或介電常數(shù)。因此，除了預(yù)定填充水平之外，還可以執(zhí)行過(guò)程和/或介質(zhì)監(jiān)測(cè)。當(dāng)然，為此，測(cè)量探頭必須至少部分地由介質(zhì)覆蓋。例如，可以定義過(guò)程窗口，其中檢測(cè)電導(dǎo)率的變化，或者在非電導(dǎo)性介質(zhì)的情況下，可以監(jiān)測(cè)介電常數(shù)。

此外，從附加介質(zhì)監(jiān)測(cè)的可能性來(lái)講，可能與測(cè)量探頭信息相關(guān)聯(lián)，這使得用函數(shù)關(guān)系把響應(yīng)信號(hào)或從響應(yīng)信號(hào)導(dǎo)出的變量對(duì)應(yīng)到特異于介質(zhì)的至少一個(gè)介質(zhì)性質(zhì)。根據(jù)該函數(shù)關(guān)系，反過(guò)來(lái)可以限定切換點(diǎn)，所述切換點(diǎn)對(duì)應(yīng)于預(yù)定填充水平的超過(guò)和/或未達(dá)到。優(yōu)選地，根據(jù)在電導(dǎo)性操作模式和/或電容操作模式下所確定的介質(zhì)特性，提供響應(yīng)信號(hào)或相關(guān)聯(lián)的切換點(diǎn)。

為了能夠自動(dòng)地進(jìn)行測(cè)量操作并且不需要操作人員的干預(yù)，優(yōu)選地首先在電導(dǎo)性操作模式下確定介質(zhì)特性。然后，基于所確定的介質(zhì)屬性和函數(shù)關(guān)系，確定相關(guān)聯(lián)的切換點(diǎn)。介質(zhì)特性優(yōu)選地是具有G＝1/R的電導(dǎo)率，其中R是介質(zhì)的歐姆電阻，或者使用介電常數(shù)。

在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，在非電導(dǎo)性或輕微電導(dǎo)性介質(zhì)的情況下，評(píng)估在應(yīng)用電容性操作模式期間獲得的響應(yīng)信號(hào)。在電導(dǎo)性介質(zhì)的情況下，評(píng)估在應(yīng)用電導(dǎo)性操作模式期間獲得的測(cè)量信號(hào)，并且對(duì)于具有在過(guò)渡區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率的介質(zhì)，對(duì)兩種操作模式的響應(yīng)信號(hào)均進(jìn)行評(píng)估，并且將視介質(zhì)的電導(dǎo)率而定的對(duì)應(yīng)的加權(quán)因子提供給從響應(yīng)信號(hào)獲取的測(cè)量值。這種方法使得能夠在電導(dǎo)性和非電導(dǎo)性介質(zhì)之間進(jìn)行連續(xù)的過(guò)渡。此外，它能夠檢測(cè)在測(cè)量探頭上可能形成的積垢。

當(dāng)然，在高電導(dǎo)性介質(zhì)的情況下，不必在電容性操作模式下確定填充水平，因?yàn)樵摐y(cè)量不提供附加信息。同樣地，對(duì)于輕微電導(dǎo)性介質(zhì)或非電導(dǎo)性介質(zhì)，不必在電導(dǎo)性操作模式下執(zhí)行測(cè)量。然而，將電導(dǎo)性測(cè)量的測(cè)量值用作屏蔽電壓，以便獲得關(guān)于介質(zhì)的電導(dǎo)率的信息。

此外，本發(fā)明的目的通過(guò)一種用于監(jiān)測(cè)容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種裝置包括至少一個(gè)測(cè)量探頭和電子單元，其中，電子單元被實(shí)施為使得其交替地在電導(dǎo)性操作模式和電容性操作模式下驅(qū)動(dòng)測(cè)量探頭，其中，電子單元向測(cè)量探頭供應(yīng)激勵(lì)器信號(hào)，該激勵(lì)器信號(hào)由兩種不同的、時(shí)間交替順序的周期性信號(hào)分量組成，其中電子單元被實(shí)施為使得其在第一時(shí)間間隔中生成用于電導(dǎo)性操作模式的第一周期性信號(hào)分量，并且在第二時(shí)間間隔中，生成用于電容性操作模式的第二周期性信號(hào)分量，其中根據(jù)測(cè)量探頭獲得的視當(dāng)前信號(hào)分量而定的電容性操作模式或電導(dǎo)性操作模式的響應(yīng)信號(hào)，電子單元確定是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定填充水平，并且其中在超過(guò)或未達(dá)到此填充水平時(shí)，電子單元生成報(bào)告。因此，本發(fā)明的裝置尤其包括適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的電子單元。

在這種情況下，當(dāng)提供用于生成矩形信號(hào)的模塊和用于生成三角形信號(hào)或正弦信號(hào)的模塊時(shí)是有利的。

在優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量探頭由傳感器電極和屏蔽電極組成。屏蔽電極可以消除或補(bǔ)償積垢對(duì)測(cè)量探頭的影響。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)高測(cè)量分辨率，必須特別地設(shè)計(jì)電子單元，并且為電子單元提供能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量探頭的低電容操作以及測(cè)量信號(hào)的低電容評(píng)估的某些部件。

為了在電導(dǎo)性操作模式下進(jìn)行評(píng)估，提供測(cè)量電阻器是有利的，經(jīng)由該測(cè)量電阻器確定通過(guò)探頭電極的電流和通過(guò)屏蔽電極的電流的比率。此外，當(dāng)提供至少一個(gè)分壓器用于生成相應(yīng)的第一信號(hào)部分時(shí)，對(duì)于電導(dǎo)性操作模式是有利的。

為了在電容性操作模式下進(jìn)行評(píng)估，反過(guò)來(lái)，當(dāng)提供至少一個(gè)差分放大器時(shí)，在電容性操作模式下經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻器使用所述至少一個(gè)差分放大器確定探頭電極和屏蔽電極上的電壓差是有利的。

在優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)運(yùn)算放大器配備有具有小輸入電容的輸入端，特別是被用來(lái)引入在電容性操作模式下測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)的運(yùn)算放大器配備有具有小輸入電容的輸入端。

此外，提供ESD保護(hù)電路是有利的，ESD保護(hù)電路包括至少一個(gè)二極管和一個(gè)分泄電阻器，其中ESD保護(hù)電路被實(shí)施為使得至少一個(gè)二極管和至少一個(gè)分泄電阻器與屏蔽電極連接并且經(jīng)由所述屏蔽電極與接地連接件連接。

在另一優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置在電子單元中的至少一個(gè)電路板用屏蔽電壓(guard voltage)來(lái)屏蔽。

通過(guò)這些措施，確保電子單元中以低電容進(jìn)行操作和評(píng)估，使得測(cè)量分辨率明顯增加。

最后，在優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，測(cè)量探頭被實(shí)施為在安裝在容器的壁中之后，其與壁齊平或者至少部分地向內(nèi)突出到容器中。特別是在測(cè)量探頭與容器的壁齊平的幾何實(shí)施例的情況下，在電容性操作模式下測(cè)量的電容位于毫微微法蘭的范圍內(nèi)。在這種情況下，諸如由本發(fā)明確保的高測(cè)量分辨率是不可避免的。當(dāng)然，在例如測(cè)量探頭至少部分地向內(nèi)突出到容器中的情況下的其他幾何實(shí)施例也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在后一種情況下，應(yīng)用本發(fā)明的解決方案也提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將基于附圖更準(zhǔn)確地描述本發(fā)明，附圖中的圖1至圖7示出如下：

圖1是布置在部分填充有介質(zhì)的容器中的本發(fā)明的測(cè)量電極的示意圖，

圖2是本發(fā)明的電子單元的框圖，

圖3是用于電導(dǎo)性操作模式的信號(hào)部分的生成的圖示

a)本發(fā)明的兩個(gè)分壓器的略圖，

b)用于電導(dǎo)性操作模式的矩形信號(hào)，作為時(shí)間的函數(shù)

c)生成具有DC偏移電壓的矩形信號(hào)

圖4是用于電容性操作模式的信號(hào)部分的生成的圖示

a)積分放大器的略圖，

b)來(lái)自微控制器的第三端口/輸出端的輸出信號(hào)，

c)三角形信號(hào)，作為時(shí)間的函數(shù)，

圖5是由信號(hào)分量組成的激勵(lì)器信號(hào)，作為時(shí)間的函數(shù)，

圖6是對(duì)在過(guò)渡區(qū)域中的測(cè)量值進(jìn)行加權(quán)的方法的略圖，以及

圖7是ESD保護(hù)電路

a)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平，

b)在本發(fā)明的實(shí)施例中。

具體實(shí)施方式

圖1示出測(cè)量探頭1的典型結(jié)構(gòu)，通過(guò)該測(cè)量探頭1可以用電容性或電導(dǎo)性測(cè)量方法監(jiān)測(cè)預(yù)定填充水平。測(cè)量探頭1布置在容器2中，該容器至少部分地填充有介質(zhì)3。在這種情況下，測(cè)量探頭從容器的上側(cè)突出到容器中。當(dāng)然，測(cè)量探頭1也可端接于容器4的壁。特別是在管道或具有小橫截面的容器的情況下，這種布置可能是有利的。在本示例中，測(cè)量探頭1包括測(cè)量電極5和屏蔽電極6，該屏蔽電極6用于防止形成積垢。測(cè)量探頭在容器外部與電子單元7連接，該電子單元負(fù)責(zé)信號(hào)配準(zhǔn)、評(píng)估和/或電力供應(yīng)。特別地，電子單元基于在電容性操作模式和電導(dǎo)性操作模式下生成的響應(yīng)信號(hào)來(lái)確定容器2中的介質(zhì)3的預(yù)定填充水平是否已被超過(guò)和/或未達(dá)到，并且生成相應(yīng)的報(bào)告或啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的切換程序。

圖2示出本發(fā)明的電子單元的框圖，借助該電子單元，可以在電容性操作模式以及也可以在電導(dǎo)性操作模式兩者下操作測(cè)量探頭。作為起點(diǎn)，示出微控制器8，諸如將在用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種各樣的電子單元中發(fā)現(xiàn)的微控制器8。

電子單元具有用于生成激勵(lì)器信號(hào)的區(qū)域9和用于評(píng)估根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)分量而定的響應(yīng)信號(hào)的區(qū)域10。

提供兩個(gè)用來(lái)生成用于電導(dǎo)性操作模式的矩形信號(hào)的分壓器11、11a，即，用于高電導(dǎo)性介質(zhì)的低歐姆分壓器(R1/R2)11和用于輕微電導(dǎo)性介質(zhì)的高歐姆分壓器(R3/R4)11a。這兩個(gè)分壓器11、11a的時(shí)鐘經(jīng)由微控制器8的相應(yīng)端口/輸出端12、12a發(fā)生。在這里所示的示例中，經(jīng)由微控制器的附加端口/輸出端12b，經(jīng)由積分放大器(塊A)13生成三角形電壓以用作電容性激勵(lì)器信號(hào)。

用于根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)分量評(píng)估響應(yīng)信號(hào)的區(qū)域10包括塊B至塊D，塊B至塊D包括所有三個(gè)運(yùn)算放大器。為了最小化來(lái)自探頭結(jié)構(gòu)以及來(lái)自測(cè)量探頭上積垢形成的寄生效應(yīng)的影響，應(yīng)用在專利文獻(xiàn)DE00102008043412A1中公開(kāi)的保護(hù)技術(shù)。

塊B 14由非反相放大器提供，該非反相放大器把參考信號(hào)(在這種情況下為屏蔽電壓)發(fā)送到微控制器8的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)15。B 14同樣可用于屏蔽至少一個(gè)電路板。塊C 16也包括非反相放大器，該非反相放大器負(fù)責(zé)把響應(yīng)信號(hào)傳遞到ADC 15。還提供測(cè)量電阻器17，利用該測(cè)量電阻器17確定探頭電極和屏蔽電極上的電壓差。

為了評(píng)估從電容性測(cè)量獲取的響應(yīng)信號(hào)，補(bǔ)充地需要塊D18，該塊D18包括差分放大器并且負(fù)責(zé)減小和放大來(lái)自測(cè)量電極和屏蔽電極的兩個(gè)響應(yīng)信號(hào)。這經(jīng)由測(cè)量電阻器17發(fā)生。該差異因此與探頭處的電容成正比。通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的方法和本發(fā)明的裝置，幾毫微微法拉的測(cè)量分辨率是可能的。

此外，還提供了四個(gè)去耦電容器19、19a、19b、19c，其對(duì)來(lái)自相應(yīng)信號(hào)的直流電壓部分進(jìn)行濾波。最后示出的是ESD保護(hù)電路20以及測(cè)量探頭1和它們與電子單元的連接件，測(cè)量探頭1布置在容器2中并且由測(cè)量電極5和屏蔽電極構(gòu)成。

圖3示出用于電導(dǎo)性操作模式的信號(hào)部分的產(chǎn)生。圖3a提供了本發(fā)明的兩個(gè)分壓器11、11a以及它們與微控制器8的兩個(gè)端口/輸出端(A和B)12、12a的連接的詳細(xì)視圖。當(dāng)一個(gè)測(cè)量范圍有效時(shí)，相應(yīng)的另一個(gè)測(cè)量范圍通過(guò)利用相應(yīng)的引腳將對(duì)應(yīng)的端口/輸出端A或B切換到所謂的三態(tài)來(lái)去耦。因此，圖3b中所示的曲線導(dǎo)致作為時(shí)間的函數(shù)的激勵(lì)器信號(hào)。由于測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)選地被供應(yīng)操作電壓(U_b)并且經(jīng)由微控制器8的信號(hào)配準(zhǔn)通過(guò)ADC 18來(lái)執(zhí)行，因此將交流電壓信號(hào)保持在半操作電壓電平是有利的。這在圖3c中關(guān)于3V_dc的操作電壓的示例被示出。

圖4以模擬方式示出用于電容性操作模式的信號(hào)部分的生成。在這種情況下，圖4a示出諸如在塊A14中使用的積分放大器。在圖4b中示出微控制器8的矩形輸出信號(hào)。積分放大器14將這種輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖4c所示的三角形信號(hào)，同時(shí)該三角形信號(hào)也是時(shí)間的函數(shù)。在這種情況下，必須將積分放大器14的正輸入端上的參考電壓設(shè)定為微控制器8的操作電壓的50％，以使傳感器系統(tǒng)的不同信號(hào)不引起偏移差。類似于針對(duì)電導(dǎo)性操作模式的兩個(gè)測(cè)量范圍，在電容性操作模式期間，兩個(gè)端口輸出A和B利用相應(yīng)的引腳切換到三態(tài)。

圖5示出由兩種信號(hào)分量組成的、作為時(shí)間的函數(shù)的激勵(lì)器信號(hào)。電容性操作模式和電導(dǎo)性操作模式的測(cè)量值記錄順序地發(fā)生。在此所示的示例中，在第一間隔中生成第一電導(dǎo)性信號(hào)分量21，在第二間隔中生成第二電導(dǎo)性信號(hào)分量22，并且在第三間隔中最后生成在此以三角形信號(hào)的形式的電容性信號(hào)分量23。兩個(gè)電導(dǎo)性信號(hào)分量21、22的存在是因?qū)τ趶?qiáng)的或弱的電導(dǎo)性介質(zhì)應(yīng)用兩個(gè)分壓器引起的。

圖6圖示根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中對(duì)在具有在非電導(dǎo)性和電導(dǎo)性之間的過(guò)渡范圍中的電導(dǎo)率的介質(zhì)的電容性操作模式和電導(dǎo)性操作模式下測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行平均和加權(quán)。在2013年3月1日提交的非預(yù)先公開(kāi)的DE102013102055.0申請(qǐng)中描述了該方法。在這種情況下，區(qū)分了3個(gè)區(qū)域：在非電導(dǎo)性介質(zhì)或具有小電導(dǎo)率的介質(zhì)的情況下(I)，評(píng)估響應(yīng)信號(hào)的電容測(cè)量。在這種情況下，優(yōu)選的電阻范圍優(yōu)選地在300kΩ到無(wú)窮大的范圍內(nèi)。在具有高電導(dǎo)率的介質(zhì)的情況下(II)，評(píng)估在電導(dǎo)性操作模式下生成的響應(yīng)信號(hào)，其中在此經(jīng)由兩個(gè)分壓器進(jìn)一步細(xì)分。在這兩個(gè)區(qū)域I和II之間的過(guò)渡區(qū)域(iii)中，評(píng)估在電導(dǎo)性操作模式和電容性操作模式下確定的響應(yīng)信號(hào)。在這方面，所述兩個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)被提供視介質(zhì)的電導(dǎo)率而定的合適的加權(quán)因子，所述加權(quán)因子例如可以在0％和100％之間，并且在相對(duì)的方向上移動(dòng)，使得它們相加到100％。該過(guò)渡區(qū)域III優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于300-3000kΩ的電阻范圍。

最后，圖7涉及ESD保護(hù)電路20。圖7a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)狀況的電路。示出了兩個(gè)分泄電阻器24、24a，其存在以使得在測(cè)量探頭的電極(例如，測(cè)量電極5和屏蔽電極6)上不會(huì)建立直接的電壓電勢(shì)。在這種情況下，二極管電路25用于ESD保護(hù)并且與接地件26連接。然而，所示配置中的分泄電阻器還具有寄生電容，這種寄生電容對(duì)可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量分辨率造成負(fù)面影響。

因此，根據(jù)圖7b中的本發(fā)明適當(dāng)?shù)匦薷腅SD保護(hù)電路20。用于測(cè)量電極1的分泄電阻器24、24a都被引導(dǎo)到屏蔽電極6，使得分泄電阻器24、24a的寄生電容對(duì)由測(cè)量探頭1產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)的評(píng)估沒(méi)有影響，且因此，對(duì)填充水平的監(jiān)測(cè)沒(méi)有影響。此外，這種修改的配置防止建立直接電壓電勢(shì)，因?yàn)檫@種電壓電勢(shì)可以經(jīng)由屏蔽電極6建立。此外，二極管電路25與屏蔽電極6連接，以便避免寄生電容對(duì)測(cè)量的影響。

附圖標(biāo)記

1 測(cè)量探頭

2 容器

3 介質(zhì)

4 容器壁

5 測(cè)量電極

6 屏蔽電極

7 電子單元

8 微控制器

9 用于生成激勵(lì)器信號(hào)的區(qū)域

10 用于根據(jù)相應(yīng)信號(hào)分量評(píng)估響應(yīng)信號(hào)的區(qū)域

11 11a分壓器

12 12a端口/輸出端

13 塊A，積分放大器

14 塊B，非反相放大器

15 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

16 塊C，非反相放大器

17 測(cè)量電阻器

18 塊D，差分放大器

19 19a 19b 19c去耦電容器

20 ESD保護(hù)電路

21 第一電導(dǎo)性信號(hào)分量

22 第二電導(dǎo)性信號(hào)分量

23 電容性信號(hào)分量

24 24a分泄電阻器

25 二極管電路

26 接地連接件