本发明涉及一种用于可填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量的设备和方法。
背景技术：
原则上已知用于可填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量的设置和方法。相应的设备和方法基于以下原理：评估布置在填充有填充介质的填充体积中的测量设备的测量元件的电容，该电容取决于填充介质的填充水平而变化。
迄今为止，在相应的设备或方法中，通常情况是，要测量的填充水平是(直接)从取决于填充水平而变化的电容中得出的。在这种情况下，填充介质通常形成电容器的电介质，并且电容器的电极通常由测量设备的测量元件形成。在这种情况下，必须知道填充介质的相对复介电常数(complexrelativepermittivity)(以下简称为介电常数)，其实部反映填充介质的介电常数，而虚部则反映填充介质的(比)导电率((specific)electricalconductivity)，以便可以测量填充水平。
为了在未知填充介质的介电常数时也能够进行填充水平的测量，有时设置两个电容，它们以不同的方式取决于填充介质的填充水平和介电常数。从数学上考虑，设置了两个线性独立的系统。另一方法在于设置参考测量元件，该参考测量元件专门用于确定填充介质的介电常数。因此，在该方法中，将设置另一个测量元件，该元件构成用于测量填充水平的实际测量元件。
所描述的方法尤其需要改进，因为为此所需的测量设备必须包括更多的电容器，尤其由于所需的电容器的“去耦”，这通常导致测量设备的设计相对复杂。另外，包括参考测量元件的测量设备通常仅允许在最小填充水平和最大填充水平之间的有限测量。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种相对改进的设备，用于可填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量。
该目的通过根据权利要求1的设备来实现。其从属权利要求涉及该设备的可能实施例。
本文所述的设备(以下简称为“设备”)通常用于可填充有或已填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量，并且据此设计用于可填充有或已填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量。
使用该设备测量填充水平的填充介质可以是导电的或不导电的。填充介质通常是但不一定是流体；因此，术语“填充介质”原则上也包括气体和固体。
流体形式的填充介质尤其可以是机器(例如是马达，例如引擎)的工作流体(即例如燃料)或者包括这类型的工作流体。在这种情况下，该设备可以用作马达(尤其是引擎)的填充水平传感器，并因此表示或认为是该填充水平传感器。
可填充或已填充的填充体积(其填充水平将使用该设备进行测量)通常由该填充体积的包容器或容器的几何/结构尺寸来定义。因此，要使用该设备测量填充水平的填充介质位于包容器或容器中。相应的包容器或容器可以例如是罐。
该设备包括以下将要描述且相互作用以确定填充水平的部件或组件：
设备的第一组件是第一测量元件。第一测量元件也可以称为或认为是第一测量电极。如以下清楚所示，第一测量元件可以形成或用作由设备的第一测量元件和第二测量元件形成的电容器装配件的第一电极。第一测量元件通常表现出导电特性。相应地，第一测量元件通常由导电材料(例如金属)形成或包括导电材料。
该设备的另一组件是第二测量元件。第二测量元件也可以称为或认为是第二测量电极。如下面清楚所示，第二测量元件可以形成或用作由第一测量元件和第二测量元件形成的电容器装配件的第二电极。与第一测量元件相比或比较，第二测量元件通常具有减小的或显著减小的导电性能。因此，与第一测量元件相比或比较，第二测量元件通常由特别是显著较少的导电材料或特别是显著较少的导电材料结构形成，或包括特别是显著较少的导电材料或特别是显著较少导电材料结构。
在设备运行期间，两个测量元件通常至少部分地布置在填充体积中，或者取决于填充水平至少部分地浸入填充介质中。
通常将两个测量元件布置或形成为彼此相邻。通常选择两个测量元件的相邻布置或形成，使得第一和第二测量元件形成电容器装配件或电容器。在这种情况下，第一测量元件形成电容器装配件或电容器的第一电极，并且在这种情况下，第二测量元件形成电容器装配件或电容器的第二电极。在两个测量元件之间形成空隙或间隙，该空隙或间隙根据填充水平，即以取决于填充水平的方式，可以填充有填充介质或已填充有填充介质。
第一和/或第二测量元件可以以分段的方式形成，即，可以包括形成第一和/或第二测量元件的多个测量元件段。在第一测量元件由形成第一测量元件的多个测量元件段形成或包括形成第一测量元件的多个测量元件段，和/或第二测量元件由形成第二测量元件的多个第二测量元件段形成或包括形成第一测量元件的多个第一测量元件段的情况下，通常将相关的第一测量元件段和第二测量元件段布置成使得其布置又可以形成电容器装配件或电容器。
只要第一测量元件和第二测量元件形成电容器装配件或电容器，原则上可以根据期望选择第一测量元件或第二测量元件的几何/结构设计。通常，两个测量元件分别以细长的方式形成，使得所述元件各自包括不同的纵轴。因此，只要第一测量元件和第二测量元件形成电容器装配件或电容器，可以设想第一和第二测量元件的任何期望的几何/结构布置。第一测量元件可以例如设计为板状或平面的、或管状或管形的。第二测量元件可以例如设计为板状或平面的、或杆状或杆形的。
例如设计成板状或平面的、或管状或管形的第一测量元件可以形成接收第一和/或第二测量元件的设备的壳体结构的可选的整体部分。例如被设计为板状或平面的、或杆状或杆形的第二测量元件可以容纳在接收第一测量元件和第二测量元件的设备的壳体结构中。在这种情况下，在第一和第二测量元件的板状或平面的实施例中，例如可以想到其平行布置。在第一测量元件的管状或管形的实施例和第二测量元件的杆状或杆形的实施例的情况下，例如可以想到其同轴布置。
相应的测量元件也可以由指定的或多或少的导电结构特别是在诸如电路板的基底元件上形成。具有较高导电率的导电结构(第一导电结构)可以形成第一测量元件，而具有相对(显著)较低导电率的导电结构(第二导电结构)可以形成第二测量元件。就此而言，可以想到所谓的叉指式布置或结构。因此，可以将各个第一和第二导电结构设计成以相互错开、平行的方式布置，从而以指状的方式彼此接合。在这种情况下，可以选择各自的第一和第二导电结构的布置，使得分别将第一导电结构布置或设计为至少部分地接合在两个(直接)相邻的第二导电结构之间形成的间隙中。
创建第二测量元件，使得(在设备的运行期间)在第二测量元件的第一部分(即特别是第二测量的第一自由端)和第二测量元件的第二部分(即特别是第二测量元件的第二自由端，其与第二测量元件的第一自由端相对)之间形成电势梯度(即电势的梯度)。结果，第二测量元件的第一部分可以形成在第二测量元件的第一自由端的区域中或由第二测量元件的第一自由端形成，和/或第二测量元件的第二部分可以形成在第二测量元件的第二自由端的区域中或由第二测量元件的第二自由端形成。在第二测量元件的所述部分之间形成的电势梯度通常独立于填充介质的填充水平。第二测量元件的测量区域通常在第二测量元件的所述部分之间延伸。
第二测量元件可以设计为测量电阻器，或者可以包括至少一个这样的电阻器。因此，第二测量元件的所述部分之间的电势梯度的形成可以基于设计为测量电阻器或者包括至少一个这样的电阻器的第二测量元件。测量电阻器的电阻(值)足够大，使得在第二测量元件的所述部分之间可以形成或已形成相应的电势梯度。
该设备的另一组件是与第二测量元件相关联的电压产生装置，即，该电压产生装置可以是或已是特别地电连接至第二测量元件。电压产生装置设计成提供或产生第一电压和第二电压，并将它们施加到第二测量元件。为了提供或产生相应的电压，电压产生装置可以连接到内部或外部电压(供应)源，即例如电压供应网络。第一电压可以(在幅度方面)与第二电压相同。然而，第一电压可选地也可以不同于第二电压(在幅度方面)，或者反之亦然。因此，电压产生装置可以可选地设计成产生至少两个相同或不同的电压。
为了将相应的第一和第二电压施加到第二测量元件，第二测量元件可以包括单独的电压施加区域，即例如电触点，在该区域可以施加或已施加由电压产生装置提供或产生的电压。第一电压施加区域可以由第二测量元件的上述第一部分的区域(即特别是第一自由端的区域)形成或布置在由第二测量元件的上述第一部分的区域(即特别是第一自由端的区域)中，并且第二电压施加区域可以由第二测量元件的上述第二部分的区域(即特别是第二自由端的区域)形成或布置在由第二测量元件的上述第二部分的区域(即特别是第二自由端的区域)中。
由电压产生装置提供或产生的电压可以分别以(特别是在幅度和时间方面)限定的电压脉冲的形式提供或产生。因此，电压产生装置可以设计成提供或产生所限定的电压脉冲。相应设计的电压产生装置可以例如设计为脉冲发生器，或者可以包括这种脉冲发生器。第一电压脉冲可以与第二电压脉冲相同。但是，第一电压脉冲也可以可选地与第二电压脉冲(在幅度方面)不同，反之亦然。因此，电压产生装置可以可选地设计成产生至少两个相同或不同的电压脉冲。
该设备的另一组件是控制装置，其实现为硬件和/或软件并且与电压产生装置相关联。控制装置可以形成实现为硬件和/或软件的电压产生装置的一部分。控制装置设计成控制电压产生装置的运作，使得第一和第二电压可以是或是以交替的方式施加到第二测量元件，即特别地施加到第二测量元件的相应的第一和第二电压施加区域。特别将第一和第二电压在第二测量元件(即第二测量元件的相应的电压施加区域)上的交替施加或存在理解为指(在大小方面)限定的电压或电压脉冲以交替的方式施加到第二测量元件的各个电压施加区域。在这种情况下，或者将第一电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域的同时，将第二电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域，或者将第二电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域的同时，将第一电压施加到第二测量元件的第二施加电压区域。
因此，控制装置设计为控制电压产生装置的运行，使得第一电压和第二电压以交替的方式施加到第二测量元件，即施加到第二测量元件的各个电压施加区域。因此，在第一时间间隔中将第一电压以及在随后的第二时间间隔中将第二电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域，而同时在第一时间间隔中将第二电压以及在随后的第二时间间隔中将第一电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域，反之亦然。在随后的第三时间间隔中，将第一电压再次施加到第二测量元件的第一电压施加区域，同时将第二电压再次施加到第二测量元件的第二电压施加区域，依此类推。
通过以这种方式设计的设备来实现用于可以填充有填充介质或已填充有填充介质的填充体积中的填充水平的电容性测量的改进原理。如下所示，可以使用该设备实现的电容性填充水平测量的原理尤其基于对第一测量元件和第二测量元件之间的电荷或电容的检测和评估，该电荷或电容取决于填充介质的填充水平而变化，从该测量可以总结填充介质的填充水平，并由此确定填充水平。
在这种情况下，第二测量元件通常用作与填充水平无关的分压器，其沿着第二测量元件或沿着第二测量元件的测量区域产生电势梯度。沿着第二测量元件或沿着第二测量元件的测量区域的与填充水平无关的分压导致在第一和第二测量元件之间的电荷或电容的与填充水平相关的加权。第一和第二测量元件之间的电荷尤其取决于填充介质的填充水平、沿电势梯度的电势以及填充介质的介电常数，如上所述，该介电常数应理解为填充介质的相对复介电常数，其实部反映填充介质的介电常数，而虚部反映填充介质的(比)导电率，但这对于使用该设备执行或可以执行确定填充水平而言无关紧要，因此可以忽略不计。因此，使用该设备执行或可以执行确定填充水平可能独立于填充介质的介电常数，即也可以不确定填充介质的介电常数。
该设备还可以包括实现为硬件和/或软件的测量设备。该测量设备设计用于在第一和第二电压在第二测量元件上的交替施加或存在期间(即特别是在第二测量元件的相应的第一和第二电压施加区域)测量第一和第二测量元件之间的可能改变的电荷或电容。因此，该测量设备设计为在将第一电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域以及同时将第二电压施加到第二电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域期间测量第一和第二测量元件之间的第一电荷，以及在将第二电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域以及同时将第一电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域期间测量第一和第二测量元件之间的第二电荷。
通常，测量设备还设计用于创建测量信号，该测量信号描述了在第二测量元件的电压施加区域上第一和第二电压的交替施加或存在期间在第一和第二测量元件之间所测量的电荷。测量信号可以包含至少两个部分信号，其中第一部分信号描述了在将第一电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域以及将第二电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域期间在第一和第二测量元件之间的电荷，并且第二部分信号描述了在将第二电压施加到第二测量元件的第一电压施加区域以及将第一电压施加到第二测量元件的第二电压施加区域期间在第一和第二测量元件之间的电荷。
该设备还可以包括实现为硬件和/或软件的评估设备。评估设备可以与测量设备相关联。评估设备设计用于在第一和第二电压交替地施加或存在于第二测量元件上时(尤其是在第二测量元件的相应的电压施加区域上时)评估所测量的电荷，或用于基于填充体积中填充介质的填充水平以评估所述测量信号。为了评估所测量的电荷或测量信号，评估设备可以包括合适的评估逻辑或合适的评估算法。
如所述的通常设计成细长的第二测量元件，还可以如所述的设计为测量电阻器，或者可以包括至少一个这样的电阻器。
所述测量电阻器例如可以设计为电阻元件，该电阻元件布置或形成为沿着第二测量元件的纵轴连续地延伸，特别是在所述第二测量元件的基底元件上延伸，所述基底元件例如可以是电路板。第一测量元件和相应的第二测量元件(设计为测量电阻器或电阻元件)的等效电路图构成了带有“无限”个rc元件的rc链。
替代地也可以想到，测量电阻器由多个分立的、导电的、尤其是金属的表面元件形成，该表面元件沿着第二测量元件的所述纵轴或一纵轴布置或形成在第二测量元件的基底元件上，该基底元件可以如所述是电路板，所述表面元件分别连接到分立的电阻元件和第二测量元件的电压施加区域。在这种情况下，通常存在相应的表面元件和相应的电阻元件的交替布置。第一测量元件和相应设计的第二测量元件的等效电路图示出了多个分立的电容表面，这些电容表面通过电阻连接。
一般而言，因此，测量电阻器通常是细长的，即至少部分地沿第二测量元件的纵向延伸。
不论具体设计如何，例如即使在至少部分地并且可能完全地涂覆基底元件的情况下，该基底元件可以如所述是电路板，测量电阻器以及因此第二测量元件可以由合适的材料制成。涂层可以在第二测量元件的所述部分之间(在第二测量元件的纵向上)连续地或不连续地延伸。涂层可以通过各种、特别是化学和/或物理的沉积或施加或涂覆技术来实现，该技术允许形成涂层的材料施加。仅作为示例，参考沉积、气相沉积或压印。
第二测量元件可以(另外)至少部分地、特别是全部地包括由合适的绝缘材料(例如塑料)制成的绝缘涂层，该绝缘涂层形成第二测量元件的电绝缘。第二测量元件可以以这种方式与填充介质绝缘；即，填充介质和第二测量元件之间没有电接触。通常只有在将设备与导电填充介质结合使用时，才需要通过相应的绝缘涂层对第二测量元件进行绝缘。因此，绝缘涂层原则上是可选的。
除了该设备之外，本发明还涉及一种测量装配件，其用于可填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量，特别是用于所描述的设备。测量装配件包括：测量元件(其与设备一起形成设备的第二测量元件)，其创建为使得在第二测量元件的第一部分(即通常为第一电压施加区域)和第二测量元件的第二部分(即通常为第二电压施加区域)之间形成电势梯度；与第二测量元件相关联的电压产生装置，该电压产生装置设计为产生第一电压和第二电压(可选地不同于第一电压)，并且将所述电压交替地施加到第二测量元件；以及与电压产生装置相关联的控制装置，该控制装置设计为控制电压产生装置的运作，使得第一和第二电压交替地施加到第二测量元件的第一和第二部分。
该测量装配件还可包括：测量设备，该测量设备设计用于在将第一和第二电压交替施加到第二测量元件的第一和第二部分期间测量第一和第二测量元件之间的电荷；与测量设备相关联的评估设备，该评估设备设计用于在将第一和第二电压交替施加到第二测量元件(即尤其是第二测量元件的相应电压施加区域)时，基于填充体积中填充介质的填充水平，评估所测量的电荷。
可以在结构上组合测量装配件的个别、多个或所有部分，以形成可以单独处理的装配件，即例如布置或形成在测量装配件的壳体上或内。
与设备有关的所有陈述类似地适用于测量装配件。
除了该设备和测量装配件之外，本发明还涉及一种用于可以填充有或已填充有填充介质的填充体积中的填充介质的填充水平的电容性测量的方法。该方法尤其包括以下步骤：
-提供第一测量元件，
-提供第二测量元件，其中，创建第二测量元件使得在第二测量元件的第一部分(特别是第一电压施加区域)与第二测量元件的第二部分(特别是第二电压施加区域)之间形成电势梯度；
-提供或产生第一电压和/或第二电压(可选地不同于第一电压)；
-将所产生的第一和第二电压交替施加到第二测量元件的第一和第二部分，
-在第二测量元件上交替施加或存在第一和第二电压期间，测量第一和第二测量元件之间的电荷，
-基于填充体积中填充介质的填充水平，在第二测量元件上交替施加或存在第一和第二电压期间评估所测量的电荷。
该方法尤其是通过使用所描述的设备来实现；与设备有关的所有陈述都类似地适用于该方法。
附图说明
下面将参考附图中所示的实施例更详细地解释本发明，其中：
图1和图2分别是根据实施例的用于可以填充有填充介质的或已填充有填充介质的填充体积中的填充水平的电容性测量的设备的示意图；和
图3-6分别是根据另一实施例的测量元件的示意图。
具体实施方式
图1和图2分别是根据实施例的用于填充体积3中的填充水平的电容性测量的设备1的示意图，该填充体积3可填充有或已填充有填充介质2。填充体积3由容器4的几何/结构尺寸形成，即，特别是由容器4的壁或壁部分4a-4c形成。
在该实施例中，填充介质2是流体，例如燃料。因此，例如，在该实施例中，容器4是罐。容器4的壁表示为4a-4c。
设备1包括两个测量元件5、6，下面将对其进行更详细描述。
在该实施例中，第一测量元件5，其也表示为或称为第一测量电极，其例如由设备1的壳体结构14的壁形成。第一测量元件5是导电的或具有导电特性；因此，第一测量元件5由导电材料(例如金属)形成。第一测量元件5的电势表示为u0。
在设备1的运行状态中，如图所示，第二测量元件6也表示为或称为第二测量电极，其布置为与第一测量元件5相邻。因此，第二测量元件6接收在由设备1的壳体结构14形成的接收空间15内或之内。
两个测量元件5、6分别设计为细长的并且平行地布置，即，两个测量元件5、6的相应的纵轴(未示出)定向为平行。
显然，两个测量元件5、6并排布置，使得两个测量元件5、6形成电容器装配件16或电容器。在这种情况下，第一测量元件5形成电容器装配件16的第一电极，并且在这种情况下，第二测量元件6形成电容器装配件16的第二电极。在两个测量元件5、6之间形成空隙或间隙(参见接收空间15)，该空隙或间隙根据填充水平(即，以取决于填充水平的方式)可填充有或已填充有填充介质2。
显然，两个测量元件5、6布置在填充体积3中，或者根据填充水平至少部分地浸入填充介质2中。
与第一测量元件5相比或比较，第二测量元件6的导电性(显著)较低，或者与第一测量元件5相比，第二测量元件6的具有(显著)降低的导电性能。因此，与第一测量元件5相比或比较，第二测量元件6由(显著)较少的导电材料或(显著)较少的导电材料结构形成。
如图1和2所示，第二测量元件6可以包括(可选的)绝缘涂层17或被这种涂层包围。如果填充介质2不导电，则可以省略绝缘涂层17；因此，绝缘涂层17原则上是可选的。
产生第二测量元件6，使得在设备1的运行期间，在第二测量元件6的第一部分6a(特别是第二测量元件6的第一自由端)和第二测量元件6的第二部分6b(即特别是第二测量元件6的第二自由端，其与第二测量元件6的第一自由端相对)之间形成电势梯度，即电势的梯度。在附图所示的实施例中，第二测量元件6的第一部分6a形成在第二测量元件6的第一自由端的区域中或由第二测量元件6的第一自由端形成。在附图所示的实施例中，第二测量元件6的第二部分6b形成在第二测量元件6的第二自由端的区域中或由第二测量元件6的第二自由端形成。在第二测量元件6的所述部分6a、6b之间形成的电势梯度通常独立于填充介质2的填充水平。第二测量元件6的测量区域在两个部分6a、6b之间延伸。
第二测量元件6设计为测量电阻器。因此，第二测量元件6的所述部分6a、6b之间的电势梯度的形成基于设计为测量电阻器的第二测量元件6。测量电阻器的电阻(值)足够大，以致在第二测量元件6的所述部分6a、6b之间形成相应的电势梯度。
测量电阻器可以设计为电阻元件，该电阻元件布置或形成为沿着第二测量元件6的纵轴连续地延伸，特别是在基底元件18上延伸，即例如在第二测量元件6的电路板上延伸。第一测量元件5和设计为测量电阻器或电阻元件的相应第二测量元件6的等效电路图构成了带有“无限”个rc元件的rc链。
从下面可以清楚地看出，结合图5所示的实施例，替代地可以想到，测量电阻器可以由多个分立的、导电的、尤其是金属的表面元件f1-fn形成，所述表面元件f1-fn沿着第二测量元件6的纵轴布置或形成在第二测量元件6的相应的基底元件18上，并且这些表面元件分别连接到分立的电阻元件r1-rn。第一测量元件5和相应设计的第二测量元件6的等效电路图显示了多个分立的电容表面，这些电容表面通过电阻器连接。
不管具体设计如何，都可以通过用合适的材料(即例如金属)至少部分地并且可能完全地涂覆基底元件18，来形成测量电阻器以及第二测量元件6。涂层11可以在第二测量元件6的所述部分6a、6b之间(在第二测量元件的纵向上)连续地或不连续地延伸。涂层11可以通过各种、特别是化学和/或物理的沉积或施加或涂覆技术来实现，其允许形成涂层11的材料施加。在图1和2所示的实施例中，例如通过印刷技术(尤其是丝网印刷技术)将形成测量电阻器的涂层11施加到基底元件18上。
在图1和2所示的实施例中，第二测量元件6还包括绝缘涂层17，该绝缘涂层17由合适的绝缘材料(例如塑料)制成，其形成第二测量元件6的电绝缘。以这种方式，第二测量元件6与填充介质2绝缘，即，填充介质2与第二测量元件6之间没有电接触。
设备1还包括与第二测量元件6相关联的电压产生装置7，即特别地电连接到第二测量元件6。电压产生装置7设计成提供或产生第一电压u1和第二电压u2，并将它们施加到第二测量元件6。为了提供或产生相应的电压u1、u2，电压产生装置7可以连接到内部或外部电压(供应)源(未示出)，即例如电压供应网络。第一电压u1可以与第二电压u2相同。但是，第一电压u1也可以可选地与第二电压u2(在幅度方面)不同，反之亦然。因此，电压产生装置7可以可选地设计成产生至少两个相同或不同的电压u1、u2。
为了将相应的第一和第二电压u1、u2施加到第二测量元件6，第二测量元件6包括分立的电压施加区域，即例如电触点，在该电压施加区域中可以施加或施加由电压产生装置7提供或产生的电压u1、u2。第一电压施加区域由第二测量元件6的上述第一部分6a的区域形成或布置在第二测量元件6的上述第一部分6a的区域中，第二电压施加区域由第二测量元件6的上述第二部分6b的区域形成或布置在第二测量元件6的上述第二部分6b的区域中。
由电压产生装置7提供或产生的电压u1、u2可以分别以(特别是在幅度和时间方面)限定的电压脉冲的形式提供或产生。因此，电压产生装置7可以设计用于提供或产生所限定的电压脉冲。相应设计的电压产生装置7可以例如设计为脉冲发生器。第一电压脉冲可以与第二电压脉冲相同。但是，第一电压脉冲也可以可选地与第二电压脉冲(在幅度方面)不同，反之亦然。因此，电压产生装置7可以可选地设计成产生至少两个相同或不同的电压脉冲。
设备1还包括控制装置8，其实现为硬件和/或软件并且与电压产生装置7相关联。控制装置8设计为控制电压产生装置7的运作，使得第一和第二电压u1、u2以交替的方式施加到第二测量元件6，即施加到第二测量元件6的第一和第二电压施加区域。第一和第二电压u1、u2在第二测量元件6(即第二测量元件6的相应的电压施加区域)上的交替施加或存在尤其应理解为是指电压u1、u2或(在幅度方面)所限定的电压脉冲以交替的方式施加到第二测量元件6的相应的电压施加区域。在这种情况下，如图1所示，将第一电压u1施加到第二测量元件6的第一电压施加区域而同时将第二电压u2施加到第二测量元件6的第二电压施加区域，或者，如图2所示，将第二电压u2施加到第二测量元件6的第一电压施加区域而同时将第一电压u1施加到第二测量元件6的第二电压施加区域。
因此，控制装置8设计成控制电压产生装置7的运作，使得将第一电压u1和第二电压u2以交替的方式施加到第二测量元件6，即施加到第二测量元件6的相应的电压施加区域。因此，在第一时间间隔(参见图1)中将第一电压u1以及在随后的第二时间间隔(参见图2)中将第二电压u2施加到第二测量元件6的第一电压施加区域，而同时在第一时间间隔(参见图1)中将第二电压u2以及在随后的第二时间间隔(参见图2)中将第一电压u1施加到第二测量元件6的第二电压施加区域。在随后的第三时间间隔中，将第一电压u1再次施加到第二测量元件6的第一电压施加区域，同时将第二电压u2再次施加到第二测量元件6的第二电压施加区域，以此类推。
可以使用设备1实现的电容性填充水平测量的原理尤其是基于对第一和第二测量元件5、6之间的电荷或电容的检测和评估，该电荷或电容取决于填充介质2的填充水平而变化，从该测量可以推断填充介质2的填充水平，从而可以确定填充水平。
在这种情况下，第二测量元件6通常用作与填充水平无关的分压器，其沿着第二测量元件6或沿着第二测量元件6的测量区域产生电势梯度。沿着第二测量元件6或沿着第二测量元件6的测量区域的与填充水平无关的分压导致第一和第二测量元件5、6之间的电荷或电容的与填充水平相关的加权。因此，第一和第二测量元件5、6之间的电荷尤其取决于填充介质2的填充水平、沿电势梯度的电势以及填充介质2的介电常数，然而，对于可以使用设备1执行确定填充水平而言，填充介质2的介电常数无关紧要，因此可以忽略不计。因此，可以使用设备1执行的确定填充水平可能独立于填充介质2的介电常数。
设备1还包括实现为硬件和/或软件的测量设备9。测量设备9设计用于在第一和第二电压u1、u2交替施加或存在于第二测量元件6的电压施加区域上期间测量第一和第二测量元件5、6之间的可能改变的电荷或电容。因此，测量设备9设计为在将第一电压u1施加到第二测量元件6的第一电压施加区域并且同时将第二电压u2施加到第二测量元件6的第二电压施加区域期间测量第一和第二测量元件5、6之间的第一电荷，并且在将第二电压u2施加到第二测量元件6的第一电压施加区域以及同时将第一电压u1施加到第二测量元件6的第二电压施加区域期间测量第一和第二测量元件5、6之间的第二电荷。
此外，测量设备9设计用于创建测量信号，该测量信号描述了在第一和第二电压u1、u2交替施加或存在于第二测量元件6的电压施加区域上期间在第一和第二测量元件5、6之间所测量的电荷。测量信号可以包含至少两个部分信号，其中第一部分信号描述了在将第一电压u1施加到第二测量元件6的第一电压施加区域以及将第二电压u2施加到第二测量元件6的第二电压施加区域期间在第一和第二测量元件5、6之间的电荷，第二部分信号描述了在将第二电压u2施加到第二测量元件6的第一电压施加区域以及将第一电压u1施加到第二测量元件6的第二电压施加区域期间在第一和第二测量元件5、6之间的电荷。
测量设备9与评估设备10相关联，该评估设备实现为硬件和/或软件。评估设备10设计用于在第一和第二电压u1、u2交替地施加或存在于第二测量元件6(即尤其是在第二测量元件6的各个电压施加区域)上期间评估所测量的电荷，或者用于基于填充体积3中的填充介质2的填充水平来评估所述测量信号。为了评估所测量的电荷或测量信号，评估设备10可以包括合适的评估逻辑或合适的评估算法。
图1和图2还示出了测量装配件12，用于可填充有填充介质2的填充体积3中的填充介质2的填充水平的电容性测量。测量装配件12包括第二测量元件6、形成设备1的测量元件6、与第二测量元件6相关联的电压产生装置7、控制装置8、测量设备9和评估设备10。
如虚线框13所示，可以在结构上组合测量装配件12的个别、多个或所有部分，以形成可以单独处理的装配件，即例如布置或形成在测量装配件12的壳体(未显示)上或内。
在图1和2所示的实施例中，第一测量元件5和第二测量元件6分别以板状或平面的方式设计。图3是相应的电容器装配件16的实施例的示意图中的测量元件5、6或其布置的截面图。由于它是可选的，所以以虚线示出了位于图3底部的第一测量元件5。
图4-6示出了第一和第二测量元件5、6或由此形成的电容器装配件16的其他实施例：
图4又是例如测量元件5、6的同轴布置的截面图。测量元件5、6的同轴布置由第一测量元件5的管状或管形设计以及第二测量元件6的杆状或杆形设计产生。
图5(已经提及到)是由多个分立的、导电的、尤其是金属的表面元件f1-fn形成的第二测量元件6的纯示意图，该表面元件沿着第二测量元件6的纵轴a1布置或形成在第二测量元件6的相应的基底元件18上，并且这些表面元件分别连接至分立的电阻元件r1-rn。显然，产生了由相应的表面元件f1-fn和电阻元件r1-rn组成的交替布置。相应地，在图5中可见，第二测量元件6也可以设计成分段的，即可以包括多个测量元件段，具体地以形成第二测量元件6的相应的表面元件f1-fn和电阻元件r1-rn的形式。
从图6所示的实施例中可以清楚地看到，该图是电容器装配件16的平面图，测量元件5、6也可以通过指定的或多或少的导电结构形成在诸如电路板之类的基底元件18上。具有较高导电率的导电结构(第一导电结构19)形成第一测量元件5，并且具有相对(显著)较低导电率的导电结构(第二导电结构20)形成第二测量元件6。关于这一点，在图6中示出了所谓的叉指式布置或结构。因此，各个第一和第二导电结构19、20设计成以相互错开、平行的方式布置，从而以手指状的形式相互接合。在这种情况下，选择相应的第一和第二导电结构19、20的布置，使得相应的第一导电结构19布置或设计为至少部分地接合在两个(直接)相邻的第二导电结构20之间形成的两个间隙中。
可以使用图中所示的设备1或测量装配件12来实现用于可以填充有或已填充有填充介质2或填充有填充介质2的填充体积3中的填充介质2的填充水平的电容性测量的方法。
该方法尤其包括以下步骤：
-提供第一测量元件5，
-提供第二测量元件6，其中创建第二测量元件6使得在第二测量元件6的第一部分6a与第二测量元件6的第二部分6b之间形成电势梯度；
-提供或产生第一电压u1和第二电压u2，所述第二电压u2可选地不同于所述第一电压u1；
-将所产生的第一和第二电压u1、u2交替地施加到第二测量元件6的第一和第二部分6a、6b，
-在第二测量元件6上交替施加或存在第一和第二电压u1、u2期间，测量第一和第二测量元件5、6之间的电荷，
-基于填充体积3中的填充介质2的填充水平，在第二测量元件6上交替施加或存在第一和第二电压u1、u2期间评估所测量的电荷。
1.一种用于在能够填充有填充介质的填充体积(3)中的填充介质(2)的填充水平的电容性测量的设备(1)，包括：
-第一测量元件(5)，
-布置的第二测量元件(6)，其中，第二测量元件(6)创建为使得在第二测量元件(6)的第一部分(6a)和第二测量元件(6)的第二部分(6b)之间形成电势梯度；
-电压产生装置(7)，所述电压产生装置(7)与第二测量元件(6)相关联并且设计为产生第一电压(u1)和第二电压(u2)，并将它们施加到第二测量元件(6)，其中所述第二电压(u2)可选地不同于所述第一电压(u1)；
-控制装置(8)，所述控制装置(8)与电压产生装置(7)相关联并且设计为控制电压产生装置(7)的运作，使得将第一和第二电压(u1、u2)以交替的方式施加到第二测量元件(6)的第一和第二部分(6a、6b)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，测量设备(9)设计用于在将第一和第二电压(u1、u2)交替施加到第二测量元件(6)的第一和第二部分(6a、6b)期间测量第一和第二测量元件(5、6)之间的电荷。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，评估设备(10)与测量设备(9)相关联，并且设计用于基于填充容积(3)中的填充介质(2)的填充水平，在将第一和第二电压(u1、u2)交替施加到第二测量元件(6)的第一和第二部分(6a、6b)期间评估所测量的电荷。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第一测量元件(5)和第二测量元件(6)并排布置，其中，第一测量元件(5)和第二测量元件(6)形成电容器装配件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第一测量元件(5)设计为板状或平面的、或者管形或管状的，并且第二测量元件(6)设计为板状或平面的、或杆状或杆形的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第二测量元件(6)设计为测量电阻器或包括至少一个这样的电阻器。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，测量电阻器设计为电阻元件，所述电阻元件布置或形成为沿着第二测量元件(6)的纵轴连续地延伸，特别是在第二测量元件(6)的基底元件(18)上延伸。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，测量电阻器由沿着第二测量元件(6)的纵轴布置或形成的多个分立的电阻元件形成在所述第二测量元件的基底元件(18)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第二测量元件(6)至少部分地、特别是全部地包括由绝缘材料制成的绝缘涂层(17)，所述绝缘涂层(17)形成第二测量元件(6)的电绝缘。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第二测量元件(6)的第一部分(6a)形成在第二测量元件(6)的第一自由端的区域中或由第二测量元件(6)的第一自由端形成，第二测量元件(6)的第二部分(6b)形成在第二测量元件(6)的第二自由端的区域中或由第二测量元件(6)的第二自由端形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，第二测量元件(6)的第一电压施加区域由第二测量元件(6)的第一部分(6a)的区域形成或形成在第二测量元件(6)的第一部分(6a)的区域中，第二测量元件(6)的第二电压施加区域由第二测量元件(6)的第二部分(6b)的区域形成或形成在第二测量元件(6)的第二部分(6b)的区域中。
12.一种用于在能够填充有填充介质(2)的填充体积(3)中的填充介质(2)的填充水平的电容性测量的测量装配件(12)，特别是用于根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)的测量装配件(12)，包括：
-测量元件(6)，所述测量元件(6)创建为使得在测量元件(6)的第一部分(6a)和测量元件(6)的第二部分(6b)之间形成电势梯度；
-电压产生装置(7)，所述电压产生装置(7)与测量元件(6)相关联并且设计为产生第一电压(u1)和第二电压(u2)，并将它们施加到测量元件(6)，所述第二电压(u2)可选地不同于所述第一电压(u1)；
-控制装置(8)，所述控制装置(8)与电压产生装置(7)相关联并且设计为控制电压产生装置(7)的运作，使得将第一和第二电压(u1、u2)以交替的方式施加到第二测量元件(6)的第一和第二部分(6a、6b)。
13.一种用于在能够填充有填充介质(2)的填充体积(3)中的填充介质(2)的填充水平的电容性测量的方法，包括以下步骤：
-提供第一测量元件(5)，
-提供第二测量元件(6)，其中所述第二测量元件(6)创建为使得在第二测量元件(6)的第一部分(6a)和第二测量元件(6)的第二部分(6b)之间形成电势梯度；
-提供或产生第一电压(u1)和第二电压(u2)，所述第二电压(u2)可选地不同于所述第一电压(u1)；
-将所产生的第一和第二电压(u1、u2)交替地施加到第二测量元件(6)的第一和第二部分(6a、6b)，
-在第二测量元件(6)上交替地施加或存在第一和第二电压(u1、u2)期间，测量第一和第二测量元件(5、6)之间的电荷，
-基于填充体积(3)中的填充介质(2)的填充水平，在第二测量元件(6)上交替地施加或存在第一和第二电压(u1、u2)期间，评估所测量的电荷。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法借助于根据权利要求1至11中的任一项所述的设备(1)来执行。
技术总结