DE102017128440A1 - Impedance level sensor - Google Patents

Impedance level sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102017128440A1
DE102017128440A1 DE102017128440.0A DE102017128440A DE102017128440A1 DE 102017128440 A1 DE102017128440 A1 DE 102017128440A1 DE 102017128440 A DE102017128440 A DE 102017128440A DE 102017128440 A1 DE102017128440 A1 DE 102017128440A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy
measuring
impedance
measurement
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017128440.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Karl Griessbaum
Christian WEINZIERLE
Jürgen Haas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Priority to DE102017128440.0A priority Critical patent/DE102017128440A1/en
Priority to PCT/EP2018/082869 priority patent/WO2019106025A1/en
Publication of DE102017128440A1 publication Critical patent/DE102017128440A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • 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
    • G01F23/266Indicating 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 measuring circuits therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

Impedanzgrenzstandsensor (100) mit
- einer Messsonde (102), die durch ein die Messsonde (102) umgebendes Medium in einer Kapazität beeinflussbar ist,
- einem Messschwingkreis, in dem die Messsonde (102) als kapazitätsbestimmendes Element angeordnet ist,
- einer Elektronikeinheit (101) mit einem Signalgenerator () zur Anregung des Messschwingkreises und einem Signaldetektor (104) zur Ermittlung eins Antwortsignals des Messschwingkreises,
- einer Signalverarbeitungseinheit () zur Erzeugung eines Messsignals, die mit der Elektronikeinheit (101) verbunden ist und wobei der Impedanzgrenzstandsensor (100) als Zweileiter-Feldgerät ausgebildet ist und einen Energiezwischenspeicher (304) zur wenigstens teilweisen Versorgung des Impedanzgrenzstandsensors (100) mit Energie aufweist.

Figure DE102017128440A1_0000
Impedance level sensor (100) with
a measuring probe (102) which can be influenced by a medium surrounding the measuring probe (102) in a capacity,
a measuring resonant circuit in which the measuring probe 102 is arranged as a capacitance-determining element,
- An electronic unit (101) with a signal generator () for exciting the measuring resonant circuit and a signal detector (104) for determining a response signal of the measuring resonant circuit,
- A signal processing unit () for generating a measurement signal, which is connected to the electronic unit (101) and wherein the impedance threshold sensor (100) is designed as a two-wire field device and an energy buffer (304) for at least partially supplying the impedance level sensor (100) with energy ,
Figure DE102017128440A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Impedanzgrenzstandsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors.The present invention relates to an impedance threshold sensor according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating such a sensor.

Impedanzgrenzstandsensoren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik, bspw. zur Messung von Grenz- oder Füllständen bekannt. Typische Anwendungen für die Erfassung einer vordefinierten Füllhöhe sind Prozessbehältnisse, wie beispielsweise Prozesstanks, Lagertanks, Silos oder Rohrleitungen in der Prozessindustrie. Impedanzgrenzstandsensoren, werden dabei häufig als sog. Grenzschalter, d.h. zur Bestimmung, ob ein Füllmedium eine bestimmte Füllhöhe, den sog. Grenzstand, über- oder unterschreitet, in unterschiedlichen Flüssigkeiten, sowie granulierten und pulverförmigen Schüttgütern eingesetzt.Impedanzgrenzstandsensoren are basically known from the prior art, for example. For the measurement of limits or levels. Typical applications for the detection of a predefined level are process vessels, such as process tanks, storage tanks, silos or pipelines in the process industry. Impedance threshold sensors are often referred to as so-called limit switches, i. to determine whether a filling medium exceeds or falls below a certain filling level, the so-called limit level, in different liquids, as well as granulated and powdered bulk materials.

Es sind auch andere Arten von Grenzschaltern bzw. Grenzstandsensoren bekannt, die je nach Einsatzgebiet, Prozessbedingungen und Eigenschaften des Füllmediums ausgewählt werden. Neben Impedanzgrenzstandsensoren kommen Sensoren, die nach dem TDR (Time Domain Reflectometry) Prinzip arbeiten, oder Vibrationsgrenzstandsensoren oder kapazitiv arbeitende Sensoren zum Einsatz. Ein Schaltbefehl des Grenzschalters kann beispielsweise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen starten oder stoppen um entsprechend ein Überlaufen oder Leerlaufen des jeweiligen Prozessbehältnisses zu vermeiden.There are also other types of limit switches or level sensors known, which are selected depending on the application, process conditions and properties of the filling medium. In addition to impedance threshold sensors, sensors based on the TDR (Time Domain Reflectometry) principle or vibration level sensors or capacitive sensors are used. For example, a switching command of the limit switch can start or stop filling devices or emptying devices in order to correspondingly avoid overflowing or idling of the respective process container.

In der vorliegenden Anmeldung werden an Stelle des Begriffs Impedanzgrenzstandsensor der Einfachheit halber auch die Begriffe Impedanzsensor und Grenzschalter gleichwertig benutzt.In the present application, instead of the term impedance threshold sensor, the terms impedance sensor and limit switch are equally used for the sake of simplicity.

Ein bekannter Impedanzsensor 100 ist in 1 gezeigt. A known impedance sensor 100 is in 1 shown.

1 zeigt ein vereinfachtes Schnittbild mit Schaltungslöcken eines Impedanzsensor 100 gemäß dem Stand der Technik. Im Wesentlichen besteht der Impedanzsensor 100, nachfolgend auch Grenzstandsensor oder Grenzstandmelder genannt, gemäß dem Stand der Technik aus einer Elektronikeinheit 101 und einer Messsonde 102. Die Messsonde 102, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Serienschwingkreis ausgebildet Zwischen einer Messelektrode 106 und einer Bezugselektrode 108 bildet sich eine Messkapazität 110 aus, welche mit einer diskreten Induktivität 109 zu dem als Serienschwingkreis ausgebildeten Messschwingkreis verschaltet ist. 1 shows a simplified sectional view with circuit blocks of an impedance sensor 100 according to the prior art. Essentially, the impedance sensor is made 100 , also referred to as point level sensor or limit level detector, according to the prior art from an electronic unit 101 and a measuring probe 102 , The measuring probe 102 is formed in the present embodiment as a series resonant circuit between a measuring electrode 106 and a reference electrode 108 a measuring capacity is formed 110 out, which with a discrete inductance 109 is connected to the designed as a series resonant circuit resonant circuit.

Die Messelektrode 106 ist rotationssymmetrisch zu einer Längsachse L des Impedanzsensors 100 ausgebildet und über einer Isolierung 107 von einem Prozessraum 90 getrennt. Vorteilhafterweise wird die diskrete Induktivität 109 so gewählt, dass sich eine Resonanzfrequenz fres des Schwingkreises für unterschiedlichste Medien bzw. Bedeckungszustände (leer, voll und verschmutzt) zwischen 100 MHz und 200 MHz einstellt.The measuring electrode 106 is rotationally symmetrical to a longitudinal axis L of the impedance sensor 100 trained and over an insulation 107 from a process room 90 separated. Advantageously, the discrete inductance 109 chosen so that there is a resonant frequency fres of the resonant circuit for a wide variety of media or coverage conditions (empty, full and dirty) between 100 MHz and 200 MHz sets.

Ein Betrag einer sich über die Frequenz ändernden komplexwertigen Impedanz |Z| dieses Messschwingkreises wird vorteilhafterweise zwischen 100 MHz und 200 MHz analysiert, d.h. der Messschwingkreis wird mittels eines Frequenzgenerators 103 mit einem Frequenzsweep mit Frequenzen zwischen 100 MHz und 200 MHz angeregt und ein Antwortsignal (Frequenzantwort) des Messschwingkreises mit einem Frequenzdetektor 104 detektiert. Befindet sich ein Medium im Bereich der Messsonde 102, ändert sich das Impedanzverhalten des Messschwingkreises, d.h. insbesondere verschiebt sich dessen Resonanzfrequenz fres, an der sich ein Minimum der Impedanz ausbildet.An amount of frequency varying complex valued impedance | Z | This measuring resonant circuit is advantageously analyzed between 100 MHz and 200 MHz, ie the measuring resonant circuit is determined by means of a frequency generator 103 with a frequency sweep with frequencies between 100 MHz and 200 MHz excited and a response signal (frequency response) of the resonant circuit with a frequency detector 104 detected. If there is a medium in the area of the probe 102 , The impedance behavior of the measuring resonant circuit changes, ie in particular shifts its resonant frequency fres at which a minimum of the impedance is formed.

Unter einem Frequenzsweep wird die sequenzielle Anregung mit einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs verstanden, wobei der Frequenzbereich idealerweise sämtliche möglichen Resonanzfrequenzen des Messschwingkreises enthalten sollte.A frequency sweep is understood to mean the sequential excitation with a plurality of successive frequencies within a frequency range, wherein the frequency range should ideally contain all possible resonant frequencies of the resonant circuit.

Die Änderung der Impedanz des Messschwingkreises wird für eine Auswertung in einer Auswerte- und Steuereinheit 105 herangezogen. Konkret wird die Frequenzantwort hinsichtlich einer Frequenzänderung Δf und einer Änderung der Amplitude eines Minimums der Impedanz ΔZ, auch als Amplitudenänderung bezeichnet, ausgewertet und daraus ein Schaltbefehl generiert.The change in the impedance of the measuring resonant circuit is for an evaluation in an evaluation and control unit 105 used. Specifically, the frequency response becomes a frequency change .delta.f and a change in the amplitude of a minimum of the impedance .DELTA.Z , also referred to as amplitude change, evaluated and generated from a switching command.

In 2 sind beispielhaft für das Medium Ketchup die Frequenzantworten des Impedanzsensors 100 nach dem Stand der Technik aufgeführt.In 2 are exemplary of the medium Ketchup the frequency responses of the impedance sensor 100 listed in the prior art.

Eine erste Kurve 200 zeigt das Resonanzverhalten einer sauberen Messsonde 102. Dargestellt ist der Betrag der Impedanz Z über der Frequenz f.A first turn 200 shows the resonance behavior of a clean probe 102 , Shown is the amount of impedance Z over the frequency f ,

Das Verhalten einer mit Anhaftungen von Ketchup verschmutzten Messsonde 102 ist in einer zweiten Kurve 201 und das einer komplett mit Ketchup bedeckten Messsonde 102 in einer Kurve 202 gezeigt.The behavior of a probe soiled with ketchup buildup 102 is in a second turn 201 and that of a completely ketchup-covered probe 102 in a curve 202 shown.

Schaltbefehle (leer, voll) werden von der Auswerte- und Steuereinheit 105 realisiert, wobei gemäß dem Stand der Technik ausschließlich die Minima der Resonanzkurven für die Auswertung herangezogen werden. Diese werden bezüglich einer Frequenzänderung Δf und Amplitudenänderung ΔZ ausgewertet. Befindet sich das Minimum der Resonanzkurve in einem ersten Bereich I, so gibt die Auswerte- und Steuereinheit 105 den Schaltbefehl „leer“ aus. Befindet sich das Minimum jedoch in einem zweiten Bereich II so wird der Schaltbefehl „voll“ ausgegeben. Die beiden definierten Schaltbereiche I, II können ab Werk fest in den Impedanzsensor 100 einprogrammiert oder durch einen Kundenabgleich eingestellt und verändert werden. Idealerweise sollten die Bereiche so definiert werden, dass für möglichst viele unterschiedliche Medien die Standardeinstellungen ausreichend sind, da ein kundenseitiger Abgleich zeitaufwendig und daher unerwünscht ist.Switching commands (empty, full) are provided by the evaluation and control unit 105 realized, according to the prior art, only the minima of the resonance curves are used for the evaluation. These will change with respect to a frequency change .delta.f and amplitude change ΔZ evaluated. Is the minimum of the resonance curve in a first range I , so gives the evaluation and control unit 105 the switching command "empty". However, if the minimum is in a second range II the switching command "full" is output. The two defined switching ranges I . II can factory-fixed in the impedance sensor 100 programmed or adjusted by a customer comparison and changed. Ideally, the ranges should be defined so that as many different media as possible the defaults are sufficient, as customer matching is time consuming and therefore undesirable.

Die Grenzstandsensoren 100 nach dem Stand der Technik signalisieren den Schaltzustand mittels eines oder mehrerer Schaltausgängen, z.B. in Form eines Transistorausgangs, und werden über eine separate Leitung mit Energie versorgt. Die Grenzstandsensoren 100 nach dem Stand der Technik werden nur mit einem oder zwei Schaltausgängen angeboten. Diese Schaltausgangsleitungen sowie die beiden Versorgungsleitungen werden auf einen Anschlussstecker des Sensors aufgelegt und müssen dementsprechend mit Mehraufwand verdrahtet werden. Dieser Verkabelungsaufwand wird als Nachteil empfunden.The point level sensors 100 According to the prior art signal the switching state by means of one or more switching outputs, for example in the form of a transistor output, and are supplied via a separate line with energy. The point level sensors 100 According to the prior art are offered only with one or two switching outputs. These switching output cables and the two supply cables are connected to a connector plug of the sensor and must therefore be wired with additional effort. This cabling is perceived as a disadvantage.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Impedanzgrenzstandsensor zur Verfügung zu stellen, der einen verringerten Verkabelungsaufwand ermöglicht.It is the object of the present invention to provide an impedance threshold sensor which allows a reduced cabling effort.

Diese Aufgabe wird durch einen Impedanzgrenzstandsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an impedance threshold sensor having the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.Advantageous developments are the subject of dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Impedanzgrenzstandsensor mit einer Messsonde , die durch ein die Messsonde umgebendes Medium in einer Kapazität beeinflussbar ist, einem Messschwingkreis, in dem die Messsonde als kapazitätsbestimmendes Element angeordnet ist, einer Elektronikeinheit mit einem Signalgenerator zur Anregung des Messschwingkreises und einem Signaldetektor zur Ermittlung eins Antwortsignals des Messschwingkreises und einer Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Messsignals, die mit der Elektronikeinheit verbunden ist zeichnet sich dadurch aus, dass der Impedanzgrenzstandsensor als Zweileiter-Feldgerät ausgebildet ist und einen Energiezwischenspeicher zur wenigstens teilweisen Versorgung des Impedanzgrenzstandsensors mit Energie aufweist.An impedance threshold sensor according to the invention with a measuring probe which can be influenced by a medium surrounding the measuring probe in a capacitance, a measuring resonant circuit in which the measuring probe is arranged as capacitance determining element, an electronic unit with a signal generator for exciting the measuring resonant circuit and a signal detector for determining a response signal of Measuring resonant circuit and a signal processing unit for generating a measurement signal, which is connected to the electronic unit characterized by the fact that the impedance threshold sensor is designed as a two-wire field device and has an energy buffer for at least partially supplying the impedance level sensor with energy.

Unter einem Zweileiter-Feldgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Feldgerät verstanden das über zwei Leitungen mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist, wobei über diese beiden Leitungen sowohl eine Energieversorgung als auch eine Messwertübermittlung stattfindet.A two-wire field device according to the present invention is understood to mean a field device which is connected via two lines to a higher-order unit, with both a power supply and a measured value transmission taking place via these two lines.

Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem Zweileiter-Feldgerät und der übergeordneten Einheiten erfolgt dabei nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA Stromschleife, d.h. eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt.The energy and / or signal transmission between the two-wire field device and the higher-level units is carried out according to the known 4 mA to 20 mA standard, in which a 4 mA to 20 mA current loop, i. a two-wire line is formed between the field device and the higher-level unit. In addition to the analogue transmission of signals, there is the possibility that the measuring devices, according to various other protocols, in particular digital protocols, transmit or receive further information to or from the higher-level unit. By way of example, the HART protocol or the Profibus PA protocol may be mentioned here.

Die Energieversorgung dieser Feldgeräte erfolgt ebenfalls über das 4 mA bis 20 mA Stromsignal, sodass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Um den Verdrahtungs- und Installationsaufwand sowie die Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise beim Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen, so gering wie möglich zu halten, ist es auch nicht gewünscht, zusätzliche Stromversorgungsleitungen vorzusehen.The power supply of these field devices is also provided via the 4 mA to 20 mA current signal, so that no additional supply line is required in addition to the two-wire line. In order to minimize the wiring and installation costs and the safety measures, for example when used in explosion-proof areas, it is also not desirable to provide additional power supply lines.

Mit dem erfindungsgemäßen Impedanzgrenzstandsensor ist es damit möglich, den erforderlichen Verkabelungsaufwand deutlich zu reduzieren und trotz der nur beschränkten Verfügbarkeit von Energie, die über die Zweidrahtleitung zur Verfügung gestellt wird, eine zuverlässige Messung zu ermöglichen.With the impedance threshold sensor according to the invention, it is thus possible to significantly reduce the required cabling and to allow a reliable measurement despite the limited availability of energy that is provided via the two-wire line.

Der Energiespeicher kann vorteilhafterweise als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein. Auf diese Weise werden eine hohe Anzahl an Ladezyklen, eine hohe Verfügbarkeit sowie eine hohe Energiedichte des Energiespeichers erreicht.The energy store can advantageously be designed as a capacitor or as an accumulator. In this way, a high number of charging cycles, high availability and high energy density of the energy storage can be achieved.

In einer Weiterbildung kann der Impedanzsensor eine Energiemanagementeinrichtung aufweisen, die mit dem Energiezwischenspeicher und/oder einem Controller bspw. in einer Auswerte- und Steuereinheit und/oder einer Messelektronik verbunden ist. Auf diese Weise kann ein effizientes Energiemanagement erreicht werden, bspw. können der Controller und/oder die Messelektronik für die Dauer, in der Energie zwischengespeichert werden muss, deaktiviert oder in einen Energiesparmodus versetzt werden.In a further development, the impedance sensor can have an energy management device which is connected to the intermediate energy store and / or a controller, for example, in an evaluation and control unit and / or measuring electronics. In this way, an efficient energy management can be achieved, for example, the controller and / or the measuring electronics for the duration in which energy must be cached, disabled or put into a power saving mode.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Impedanzgrenzstandsensor gemäß der vorliegenden Anmeldung weist folgende Schritte auf:

  • - Überprüfen einer momentan zur Verfügung stehenden Energiemenge,
  • - wenn eine für eine erfolgreiche Messung notwendige Mindestenergiemenge zur Verfügung steht,
    1. i) Aktivieren eines Controllers sowie einer Messelektronik,
    2. ii) Durchführen einer Impedanzmessung,
    3. iii) Ausgeben eines Messwertes und nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergiemenge nicht erreicht ist
    4. iv) Puffern der mittels der Zweidrahtleitung übertragenen Energie.
An inventive method for operating an impedance threshold sensor according to the present application comprises the following steps:
  • - Checking a currently available amount of energy,
  • - if the minimum energy required for a successful measurement is available,
    1. i) activating a controller and a measuring electronics,
    2. ii) performing an impedance measurement,
    3. iii) Outputting a measurement and after completion of the measurement or when the minimum energy level is not reached
    4. iv) buffering the energy transmitted by the two-wire line.

Um schneller eine neue Messung durchführen zu können, kann ferner der Controller und/oder die Messelektronik deaktiviert oder in einen Energiesparmodus versetzt werden.In order to be able to carry out a new measurement more quickly, the controller and / or the measuring electronics can also be deactivated or put into an energy-saving mode.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein vereinfachtes Schnittbild eines Impedanzsensor gemäß dem Stand der Technik (schon behandelt),
  • 2 das Impedanzverhalten des Impedanzsensors gemäß 1 (schon behandelt),
  • 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Impedanzgrenzstandsensors gemäß der vorliegenden Anmeldung und
  • 4 einen Verfahrensablauf zum Betreiben des Sensors gemäß 3.
The present invention will be explained in detail below with reference to embodiments and with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a simplified sectional view of an impedance sensor according to the prior art (already discussed),
  • 2 the impedance behavior of the impedance sensor according to 1 (already treated),
  • 3 a simplified block diagram of an impedance threshold sensor according to the present application and
  • 4 a procedure for operating the sensor according to 3 ,

3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Impedanzgrenzstandsensors 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung. 3 shows a simplified block diagram of an impedance threshold sensor 100 according to the present application.

Um den Impedanzsensor 100 als Zweileiter-Feldgerät ausführen zu können weist dieser ein Netzteil 301-304 auf, das eine Zweileiterschnittstelle ausbildet und im Wesentlichen einen Stromregler 301, einen Spannungsregler 302, eine Energiemanagementeinrichtung 303 sowie einen Energiezwischenspeicher 304 aufweist.To the impedance sensor 100 As a two-wire field device to run this has a power supply 301 - 304 which forms a two-wire interface and essentially a current regulator 301 , a voltage regulator 302 , an energy management device 303 as well as an energy buffer 304 having.

Da sowohl eine Energieversorgung als auch eine Ausgabe des Schaltzustands über zwei Leitungen erfolgt, weist das Netzteil den Stromregler 301 auf, der die möglichen Schaltzustände „unbedeckt“ und „bedeckt“ als Schleifenstrom von bspw. 8 mA bzw. 16 mA ausgeben kann. Darüber hinaus ist der Stromregler 301 auch dazu ausgebildet, einen Gerätefehler auszugeben, bspw. in Form eines dritten Stromwerts, welcher von den beiden Schaltzuständen abweicht.Since both a power supply and an output of the switching state via two lines, the power supply has the power controller 301 on, which can output the possible switching states "uncovered" and "covered" as a loop current of, for example, 8 mA or 16 mA. In addition, the current regulator 301 also designed to output a device error, for example in the form of a third current value, which deviates from the two switching states.

Im einfachsten Fall ist ein solcher Stromregler 301 als Längstransistor ausgeführt, welcher abhängig vom detektierten Zustand des Sensors z.B. den Stromwert 8 mA bei dem Zustand „unbedeckt“ und 16 mA bei dem Zustand „bedeckt“ in die Versorgungsschleife einprägt. Für die Signalisierung des Fehlerzustands ist es üblich einen Stromwert kleiner als 3,6 mA oder größer als 21 mA fließen zu lassen.In the simplest case, such a current regulator 301 designed as a series transistor, which impresses depending on the detected state of the sensor, for example, the current value 8 mA in the state "uncovered" and 16 mA in the state "covered" in the supply loop. For the signaling of the fault condition, it is customary to let a current value less than 3.6 mA or greater than 21 mA flow.

Über den zusätzlichen Spannungsregelung 302 wird sichergestellt, dass die Energie, welche in dem Energiespeicher 304 für die nachfolgende Sensorik und die Auswerte und Steuereinheit 105 zur Verfügung steht nicht in die Zweidrahtleitung zurück gespeist wird und damit den Schaltzustand verfälscht. Ferner wird eine an dem Energiezwischenspeicher 304 anliegende Spannung auf einen maximalen Wert begrenzt, damit dieser nicht außerhalb der für den Betrieb zulässigen Werte betrieben wird. Der Energiezwischenspeicher 304 hat die Aufgabe die Leistung, welche durch die Zweileiterversorgung zur Verfügung steht für die nachfolgende Messung zu puffern, d.h. zwischen zu speichern.About the additional voltage regulation 302 Ensures that the energy stored in the energy store 304 for the following sensors and the evaluation and control unit 105 is available is not fed back into the two-wire line and thus distorts the switching state. Furthermore, one at the energy buffer 304 voltage is limited to a maximum value, so that it is not operated outside the permissible values for operation. The energy cache 304 has the task to buffer the power, which is available through the two-wire supply for the subsequent measurement, ie between store.

Es kann dabei die Situation auftreten, dass eine Leistungsaufnahme der Sensorik 306, die vorliegend insbesondere den Frequenzgenerator 103, den Frequenzdetektor 104 und die Messsonde 102 umfasst, der Auswerte und Steuereinheit 105 für die Dauer einer Messung die Momentanleistung, welche über die beiden Versorgungsleitungen zur Verfügung steht, übersteigt. In diesem Fall wird über eine längere Zeit die zur Verfügung stehende Energie in dem Energiespeicher 304 gepuffert, so lange, dass für eine Messung ausreichend Energie in diesem Speicher vorhanden ist. Der aktuelle Ladezustand des Energiezwischenspeichers 304 wird dabei von der Energiemanagementeinheit 303 überprüft. Um die Zeit bis zum Erreichen diese Zustands zu verkürzen kann z.B. die Sensorik 306 während dieser Zeit deaktiviert und sich der Controller der Auswerte und Steuereinheit 105 in einem Energiesparmodus befinden.It can happen the situation that a power consumption of the sensor 306 , in the present case in particular the frequency generator 103 , the frequency detector 104 and the probe 102 includes, the evaluation and control unit 105 for the duration of a measurement exceeds the instantaneous power available across the two supply lines. In this case, the available energy in the energy storage for a long time 304 buffered, so long that sufficient energy is available in this memory for a measurement. The current state of charge of the energy buffer 304 is being used by the energy management unit 303 checked. To shorten the time to reach this state, for example, the sensors 306 during this time disabled and the controller of the evaluation and control unit 105 are in a power saving mode.

Diese Unterschiede in der Leistungsaufnahme werden durch ein Energiemanagement in geeigneter Weise kontrolliert und entsprechend organisiert.These differences in power consumption are appropriately controlled by an energy management and organized accordingly.

Ein möglicher Ablauf zum Betreiben der Anordnung gemäß 3 ist in 4 dargestellt.A possible procedure for operating the arrangement according to 3 is in 4 shown.

Vor Beginn einer Messung wird in Schritt 401 der aktuelle Zustand des Energiezwischenspeichers 304 erfasst. Anhand der gespeicherten Energie wird in Schritt 402 entschieden, ob eine Messung durchgeführt werden kann. Ist ausreichend Energie gespeichert, so wird in Schritt 403 eine Impedanzmessung durchgeführt und deren Ergebnis in Schritt 404 ausgewertet. Abhängig von einer Lage des Minimums der Impedanzkurve wird in Schritt 405 ein entsprechender Schaltzustand ausgegeben.Before starting a measurement will be in step 401 the current state of the energy buffer 304 detected. Based on the stored energy will be in step 402 decided whether a measurement can be performed. If enough energy is stored, it will be in step 403 performed an impedance measurement and its result in step 404 evaluated. Depending on a location of the minimum of the impedance curve is in step 405 issued a corresponding switching state.

Wird in Schritt 402 festgestellt, dass noch zu wenig Energie für die Durchführung einer Messung in dem Energiezwischenspeicher 304 gespeichert ist, oder nach Durchführung einer Messung wird zu Schritt 401 zurückgekehrt.Will in step 402 found that there is still too little energy to carry out a measurement in the energy buffer 304 is stored, or after performing a measurement becomes step 401 returned.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

9090
Prozessraum process space
100100
Impedanzsensorimpedance sensor
101101
Elektronikeinheitelectronics unit
102102
Messsondeprobe
103103
Frequenzgeneratorfrequency generator
104104
Frequenzdetektorfrequency detector
105105
Auswerte- und SteuereinheitEvaluation and control unit
106106
Messelektrodemeasuring electrode
107107
Isolierunginsulation
108108
Bezugselektrode/GehäuseReference electrode / Housing
109109
Induktivitätinductance
110110
Messkapazität measuring capacitance
200200
erste Kurvefirst turn
201201
zweite Kurvesecond bend
202202
dritte Kurve third turn
301301
Stromreglercurrent regulator
302302
Spannungsreglervoltage regulators
303303
EnergiemanagementeinheitEnergy management unit
304304
Energiezwischenspeicher Storage of energy
401-405401-405
Verfahrensschritte steps
II
erster Bereichfirst area
IIII
zweiter Bereich second area
Δf.delta.f
Frequenzänderungfrequency change
ΔzAz
Amplitudenänderungamplitude change
fresfres
Resonanzfrequenzresonant frequency

Claims (6)

Impedanzgrenzstandsensor (100) mit - einer Messsonde (102), die durch ein die Messsonde (102) umgebendes Medium in einer Kapazität beeinflussbar ist, - einem Messschwingkreis, in dem die Messsonde (102) als kapazitätsbestimmendes Element angeordnet ist, - einer Elektronikeinheit (101) mit einem Signalgenerator (103) zur Anregung des Messschwingkreises und einem Signaldetektor (104) zur Ermittlung eins Antwortsignals des Messschwingkreises, - einer Signalverarbeitungseinheit (105) zur Erzeugung eines Messsignals, die mit der Elektronikeinheit (101) verbunden ist und dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzgrenzstandsensor (100) als Zweileiter-Feldgerät ausgebildet ist und einen Energiezwischenspeicher (304) zur wenigstens teilweisen Versorgung des Impedanzgrenzstandsensors (100) mit Energie aufweist.Impedanzgrenzstandsensor (100) with - a measuring probe (102) which is influenced by a measuring probe (102) surrounding medium in a capacity, - a measuring resonant circuit in which the measuring probe (102) is arranged as a capacity determining element, - an electronic unit (101 ) with a signal generator (103) for exciting the measuring resonant circuit and a signal detector (104) for determining a response signal of the measuring resonant circuit, - a signal processing unit (105) for generating a measuring signal which is connected to the electronic unit (101) and characterized in that Impedanzgrenzstandsensor (100) is designed as a two-wire field device and an energy buffer (304) for at least partially supplying the impedance level sensor (100) with energy. Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiezwischenspeicher (304) als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet ist.Impedance threshold sensor (100) according to Claim 1 , characterized in that the energy buffer (304) is designed as a capacitor or as an accumulator. Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Energiemanagementeinrichtung (303) aufweist, die mit dem Energiezwischenspeicher (304), einem Controller einer Auswerte- und Steuereinheit (105) und einer Messelektronik (101) verbunden ist.Impedanzgrenzstandsensor (100) according to one of the preceding claims, characterized by an energy management device (303) which is connected to the energy buffer (304), a controller of an evaluation and control unit (105) and a measuring electronics (101). Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die vollständige Energieversorgung des Sensors durch die Zweidrahtleitung.Impedance threshold sensor (100) according to one of the preceding claims, characterized by the complete power supply of the sensor through the two-wire line. Verfahren zum Betreiben eines Impedanzgrenzstandsensors (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: - Überprüfen einer momentan zur Verfügung stehenden Energiemenge, - wenn eine für eine erfolgreiche Messung notwendige Mindestenergiemenge zur Verfügung steht, i) Durchführen einer Impedanzmessung, ii) Ausgeben eines Messwertes, und nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergiemenge nicht erreicht ist, iii) Puffern der mittels der Zweidrahtleitung übertragenen Energie.Method for operating an impedance threshold sensor (100) according to one of the preceding claims, comprising the following steps: Checking a currently available amount of energy, - if the minimum energy required for a successful measurement is available, i) performing an impedance measurement, (ii) outputting a reading, and after completion of the measurement or when the minimum amount of energy has not been reached, iii) buffering the energy transmitted by the two-wire line. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Controller einer Auswerte- und Steuereinheit 105 und/oder eine Elektronikeinheit 101 vor dem Durchführen der Messung aktiviert und nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergiemenge nicht erreicht ist der Controller und/oder die Messelektronik (101) deaktiviert oder in einen Energiesparmodus versetzt wird.Method according to Claim 5 , characterized in that a controller of an evaluation and control unit 105 and / or an electronics unit 101 before performing the measurement is activated and after completion of the measurement or when the minimum amount of energy is not reached, the controller and / or the measuring electronics (101) deactivated or in a power-saving mode is set.
DE102017128440.0A 2017-11-30 2017-11-30 Impedance level sensor Pending DE102017128440A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017128440.0A DE102017128440A1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Impedance level sensor
PCT/EP2018/082869 WO2019106025A1 (en) 2017-11-30 2018-11-28 Impedance limit level sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017128440.0A DE102017128440A1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Impedance level sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017128440A1 true DE102017128440A1 (en) 2019-06-06

Family

ID=64559691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017128440.0A Pending DE102017128440A1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Impedance level sensor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017128440A1 (en)
WO (1) WO2019106025A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021132838A1 (en) 2021-12-13 2023-06-15 Endress+Hauser SE+Co. KG Field device of automation technology
DE102022107106A1 (en) 2022-03-25 2023-09-28 Krohne Messtechnik Gmbh Method for operating a field measuring device for process measurement technology with an analogue power interface and a similar field measuring device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021101417A1 (en) 2021-01-22 2022-07-28 Vega Grieshaber Kg Process for point level detection and point level sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146834A (en) * 1974-09-19 1979-03-27 Drexelbrook Controls, Inc. Admittance measuring system for monitoring the condition of materials
US4363030A (en) * 1979-11-30 1982-12-07 Drexelbrook Engineering Company Fail-safe instrument system
DE69031456T2 (en) * 1989-12-18 1998-02-05 Drexelbrook Controls Test system for remote instruments
US20040124854A1 (en) * 2002-09-30 2004-07-01 Slezak Marian Jozef Walter Power management mechanism for loop powered time of flight and level measurement systems

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6014100A (en) * 1998-02-27 2000-01-11 Vega Grieshaber Kg Two-wire RADAR sensor with intermittently operating circuitry components
DE102006032250B4 (en) * 2006-07-12 2008-08-14 Vega Grieshaber Kg Sensors with integrated solar energy generation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146834A (en) * 1974-09-19 1979-03-27 Drexelbrook Controls, Inc. Admittance measuring system for monitoring the condition of materials
US4146834B1 (en) * 1974-09-19 1992-09-22 Drexelbrook Controls
US4363030A (en) * 1979-11-30 1982-12-07 Drexelbrook Engineering Company Fail-safe instrument system
DE69031456T2 (en) * 1989-12-18 1998-02-05 Drexelbrook Controls Test system for remote instruments
US20040124854A1 (en) * 2002-09-30 2004-07-01 Slezak Marian Jozef Walter Power management mechanism for loop powered time of flight and level measurement systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021132838A1 (en) 2021-12-13 2023-06-15 Endress+Hauser SE+Co. KG Field device of automation technology
DE102022107106A1 (en) 2022-03-25 2023-09-28 Krohne Messtechnik Gmbh Method for operating a field measuring device for process measurement technology with an analogue power interface and a similar field measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019106025A1 (en) 2019-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2668474B1 (en) Device and method for capacitively measuring a fill level
DE102017128440A1 (en) Impedance level sensor
EP3329246B1 (en) Phase control unit for vibronic sensor
WO2005078398A1 (en) Method and device for the capacitive determination of a filling level
DE4230313A1 (en) Dielectric constant measuring appts. for liquid fuel testing - measures phase difference on both ends of resistor subjected to h.f. signal, and regulates phase to provide output signal representing dielectric constant
WO2003060482A2 (en) Device for measuring viscosity and/or density
DE102011089941A1 (en) Device for determining and / or monitoring a limit value of a process variable
EP3521777A1 (en) Impedance sensor and method for its operation
DE10100624B4 (en) Fluid level measurement system
DE102007003887A1 (en) Method for operating a device for the capacitive determination and / or monitoring of a process variable
EP1493002B1 (en) Device for detecting a defined filling level of a medium in a container
EP1525485B1 (en) Adaptive voltage monitoring arrangement
EP3153829A1 (en) Method and device for limit state determination
DE102017115147A1 (en) Condition monitoring of a coil in a sensor
EP3729212B1 (en) Field device electronics for a field device used in automation engineering
EP3605029B1 (en) Impedance sensor and method for determining the switching state of an impedance sensor
EP1612568A1 (en) Apparatus for measuing the resonant frequency and quality of a resonating circuit in a sensor
DE102018111960A1 (en) Impedance level sensor
EP3969853B1 (en) Monitoring the condition of a vibronic sensor
DE102005057572A1 (en) Method for operating piezo actuator of fuel injector in accumulator type injection system for IC engine, involves evaluating piezo voltage of piezo actuator by acquiring two values of piezo voltage in response to change in fuel pressure
EP3605028B1 (en) Method for determining a switching condition of an impedance sensor and impedance sensor
DE102012013554A1 (en) Device for adjusting coils of industrial metal detector used for detecting e.g. metal chips in cheese to be examined, has capacitor decades enabling freely selectably adjusting of transmitter coil frequency and/or receiver coil frequency
DE102019133259A1 (en) TDR-based dielectric value measuring device
DE102006038648A1 (en) Conductance value-sensor controlling and/or calibrating device for liquid-line of household appliance e.g. washing machine, has conductor loop closable by switching, running through both coil cores and coupled in resistor unit
EP3521778B1 (en) Impedance sensor and method for its operation

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE BAUER VORBERG KAYSER PARTNERSCH, DE