DE102021112449A1 - Point level sensor with self-test function, procedure for checking the functionality of a point level sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Grenzstandsensor (10) mit Selbsttestfunktion, wobei der Grenzstandsensor (10) eine Sensoreinheit (16) aufweist, mittels welcher das Erreichen eines definierten Grenzstandes detektierbar ist.Mit dem Grenzstandsensor (10) soll ein möglichst sicherer Betrieb eines Prozesses mit dem Grenzstandsensor (10) ermöglicht werden.Der Grenzstandsensor (10) weist mindestens ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität (20) auf, wobei mindestens ein Mittel (20) dazu dient ein Schaltereignis unabhängig vom Erreichen des Grenzstandes auszulösen und/oder eine Überprüfung eines Schaltereignisses nach Erreichen des Grenzstandes vorzunehmen.The invention relates to a point level sensor (10) with a self-test function, the point level sensor (10) having a sensor unit (16) by means of which reaching a defined point level can be detected. The point level sensor (10) is intended to ensure the safest possible operation of a process with the point level sensor (10).The level limit sensor (10) has at least one means for automatically checking the functionality (20), with at least one means (20) serving to trigger a switching event independently of the level limit being reached and/or to check a switching event to reach the limit.
Description
Die Erfindung betrifft einen Grenzstandsensor mit Selbsttestfunktion gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität eines Grenzstandsensors gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to a limit level sensor with a self-test function according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for checking the functionality of a limit level sensor according to patent claim 7.
Grenzstandsensoren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Eine typische Anwendung für Grenzstandsensoren ist die Erfassung einer vordefinierten Füllhöhe in einem Prozessbehältnis, wie beispielsweise einem Prozesstank, einem Lagertank, einem Silo oder einer Rohrleitung in der Prozessindustrie. Grenzstandsensoren werden dabei häufig als sogenannte Grenzschalter eingesetzt, d.h. zur Bestimmung, ob ein Füllmedium eine bestimmte Füllhöhe, den sogenannten Grenzstand, über- oder unterschreitet. Grenzstandsensoren können für unterschiedliche Flüssigkeiten, sowie granulierte und pulverförmige Schüttgüter eingesetzt werden.Point level sensors are basically known from the prior art. A typical application for point level sensors is the detection of a predefined filling level in a process container, such as a process tank, a storage tank, a silo or a pipeline in the process industry. Limit level sensors are often used as so-called limit switches, i.e. to determine whether a filling medium is above or below a certain level, the so-called limit level. Point level sensors can be used for different liquids, as well as granulated and powdered bulk goods.
Es sind verschiedene Arten von Grenzstandsensoren bekannt, die je nach Einsatzgebiet, Prozessbedingungen und Eigenschaften des Füllmediums ausgewählt werden. Unabhängig vom Messprinzip des Grenzstandsensors wird üblicherweise bei Erreichen eines definierten Grenzstandes ein Schaltbefehl generiert. Ein Schaltbefehl des Grenzstandsensors kann beispielsweise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen starten oder stoppen, um entsprechend ein Überlaufen oder Leerlaufen des jeweiligen Prozessbehältnisses zu vermeiden.Various types of point level sensors are known, which are selected depending on the area of application, process conditions and properties of the filling medium. Regardless of the measuring principle of the point level sensor, a switching command is usually generated when a defined point level is reached. A switching command from the limit level sensor can, for example, start or stop filling devices or emptying devices in order to prevent the respective process container from overflowing or running empty.
Ein ordnungsgemäßes Funktionieren eines Grenzstandsensors ist insbesondere im Hinblick auf diese Schaltbefehle besonders wichtig. Wenn der Grenzstandsensor nicht ordnungsgemäß funktioniert oder ein falsches Signal ausgibt, so kann es zu einem Trockenlaufen oder Überlaufen eines Prozessbehältnisses kommen und damit zu erheblichen Beschädigungen, auch an weiteren Anlagen.Proper functioning of a point level sensor is particularly important with regard to these switching commands. If the point level sensor does not work properly or emits an incorrect signal, a process vessel may run dry or overflow, causing significant damage, including to other systems.
Die zugrundliegende Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Grenzstandsensor und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchen ein möglichst sicherer Betrieb eines Prozesses mit einem Grenzstandsensor ermöglicht werden kann.The underlying object of the invention is therefore to provide a point level sensor and a method by means of which the safest possible operation of a process with a point level sensor can be made possible.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages are described in connection with the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Grenzstandsensor mit Selbsttestfunktion weist eine Sensoreinheit auf, mittels welcher das Erreichen eines definierten Grenzstandes detektierbar ist. Je nach Messprinzip kann der Grenzstandsensor mit einer anderen Sensoreinheit ausgestattet sein. Insbesondere kommen folgende Messprinzipien und korrespondierende Sensoreinheiten in Frage:
- - Eine vibronische Messung, wobei das Sensorelement eine Schwinggabel ist, welche in Schwingungen versetzt wird. Kommt die vibrierende Schwinggabel mit dem Medium in Berührung, so verändert sich die Schwingungsfrequenz und/oder Schwingungsamplitude und das Erreichen des Grenzstandes wird detektiert. Die Schwinggabel ist auf Höhe des Füllstandes angeordnet, welcher als oberer oder unterer Grenzstand definiert ist.
- - Eine kapazitive Messung, wobei das Sensorelement ein Kondensator mit zwei Elektroden ist. Eine der beiden Elektroden kann auch durch eine Behälterwand gebildet sein. Tritt Medium in den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden, so verändert sich die Kapazität und das Erreichen des Grenzstandes wird detektiert. Die Elektroden sind auf Höhe des Füllstandes angeordnet, welcher als oberer oder unterer Grenzstand definiert ist.
- - Eine konduktive Messung, wobei das Sensorelement durch zwei voneinander beabstandete Elektroden gebildet ist. Kommen die Elektroden des konduktiven Grenzstandsensors mit einem leitfähigen Medium in Kontakt, so fließt ein geringer Wechselstrom zwischen den Elektroden und das Erreichen des Grenzstandes wird detektiert. Auch hier erfolgt die Anordnung der Elektroden auf Höhe des Füllstandes, welcher als oberer oder unterer Grenzstand definiert ist.
- - Eine Radarmessung, wobei das Sensorelement einen Mikrowellensender und einen Mikrowellenempfänger umfasst, welche eine sogenannte Mikrowellenschranke (analog zu einer Lichtschranke) bilden. Durchbricht das Medium den Mikrowellenstrahl zwischen dem Mikrowellensender und dem Mikrowellenempfänger, so wird das Signal gedämpft. Diese Veränderung wird vom Empfänger erfasst und in ein Schaltsignal umgesetzt. Die Anordnung des Mikrowellensenders und des gegenüberliegend angeordneten Mikrowellenempfängers erfolgt auf Höhe des Füllstandes, welcher als oberer oder unterer Grenzstand definiert ist.
- - Eine radiometrische Messung, wobei das Sensorelement einen Sender und einen Detektor umfasst. Bei der radiometrischen Messung sendet der Sensor von einem Isotop generierte Gammastrahlen aus. Der Detektor auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters empfängt die Gammastrahlung und wandelt diese in Signale um, deren Anzahl erfasst und ausgewertet wird. Tritt ein Medium zwischen den Sender und den Detektor, wird die Intensität der Strahlung abgeschirmt. Auch hier erfolgt die Anordnung auf Höhe des Füllstandes, welcher als oberer oder unterer Grenzstand definiert ist.
- - A vibronic measurement, whereby the sensor element is a vibrating fork, which is made to vibrate. If the vibrating tuning fork comes into contact with the medium, the vibration frequency and/or vibration amplitude changes and reaching the limit level is detected. The tuning fork is positioned at the height of the fill level, which is defined as the upper or lower limit level.
- - A capacitive measurement, where the sensing element is a two-electrode capacitor. One of the two electrodes can also be formed by a container wall. If medium enters the space between the two electrodes, the capacity changes and reaching the limit level is detected. The electrodes are arranged at the filling level, which is defined as the upper or lower limit level.
- - A conductive measurement, the sensor element being formed by two spaced-apart electrodes. If the electrodes of the conductive point level sensor come into contact with a conductive medium, a small alternating current flows between the electrodes and reaching the point level is detected. Here, too, the electrodes are arranged at the height of the fill level, which is defined as the upper or lower limit level.
- - A radar measurement, with the sensor element comprising a microwave transmitter and a microwave receiver, which form a so-called microwave barrier (similar to a light barrier). If the medium breaks through the microwave beam between the microwave transmitter and the microwave receiver, the signal is attenuated. This change is recorded by the receiver and converted into a switching signal. The arrangement of the microwave transmitter and the microwave receiver arranged opposite takes place at the height of the fill level, which is defined as the upper or lower limit level.
- - A radiometric measurement, where the sensor element comprises a transmitter and a detector. In the radiometric measurement, the sensor emits gamma rays generated by an isotope. The detector on the opposite side of the container receives the gamma radiation and converts it into signals, the number of which is recorded and evaluated. If a medium occurs between the Sen the and the detector, the intensity of the radiation is shielded. Here, too, the arrangement is at the height of the fill level, which is defined as the upper or lower limit level.
Ein erfindungsgemäßer Grenzstandsensor weist mindestens ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität auf, wobei mindestens ein Mittel dazu dient ein Schaltereignis unabhängig vom Erreichen des Grenzstandes auszulösen und/oder wobei mindestens ein Mittel dazu dient eine Überprüfung eines Schaltereignisses nach Erreichen des Grenzstandes vorzunehmen.A limit level sensor according to the invention has at least one means for automatically checking the functionality, with at least one means serving to trigger a switching event independently of the reaching of the limit level and/or with at least one means serving to check a switching event after the limit level has been reached.
Eine automatische Überprüfung soll hier heißen, dass die Simulation oder Überprüfung des Schaltereignisses ohne manuelle Betätigung erfolgt. Insbesondere ist kein Ausbau des Grenzstandsensors notwendig. Es sind keine zusätzlichen Zugänge zum Grenzstandsensor an der Messstelle erforderlich, sowie kein Betätigen einer Testtaste und auch keine manuelle Anbringung eines Magneten. Der Grenzstandsensor kann sich selbst testen.An automatic check here means that the simulation or check of the switching event takes place without manual operation. In particular, it is not necessary to remove the point level sensor. No additional access to the point level sensor at the measuring point is required, no pressing of a test button and no manual attachment of a magnet. The point level sensor can test itself.
Ein Auslösen eines Schaltereignisses meint, dass unabhängig davon, ob ein definierter Grenzstand in dem Moment tatsächlich erreicht ist, simuliert wird, dass dieser Grenzstand erreicht ist. In Folge des simulierten Grenzstandes sollte der Grenzstandsensor ein Schaltereignis auslösen. Löst der Grenzstandsensor ein solches Schaltereignis aus, so kann davon ausgegangen werden, dass der Grenzstandsensor ordnungsgemäß funktioniert. Die Simulation eines Grenzstandes und die darauffolgende Überprüfung eines Schaltereignisses kann dabei jederzeit und insbesondere unabhängig vom tatsächlich herrschenden Grenzstand erfolgen. In welcher Form die Mittel einen Grenzstand simulieren, wird im Folgenden noch im Detail erläutert.Triggering a switching event means that regardless of whether a defined limit level is actually reached at the moment, it is simulated that this limit level has been reached. As a result of the simulated limit level, the limit level sensor should trigger a switching event. If the point level sensor triggers such a switching event, it can be assumed that the point level sensor is functioning properly. The simulation of a limit level and the subsequent checking of a switching event can take place at any time and in particular independently of the actually prevailing limit level. The form in which the means simulate a limit level is explained in detail below.
Mit einer Überprüfung des Schaltereignisses ist gemeint, dass nach dem tatsächlichen Erreichen eines definierten Grenzstandes und eines daraufhin ausgelösten Schaltereignisses die Mittel eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob der gemessene Grenzstand wirklich auf einen Anstieg oder einen Abfall des Füllstandes zurückzuführen ist oder ob beispielsweise Anhaftungen an der Sensoreinheit oder verklemmtes Schüttgut zu einem fälschlichen Auslösen eines Schaltereignisses geführt haben.A check of the switching event means that after a defined limit level has actually been reached and a switching event triggered as a result, the means are used to check whether the measured limit level is really due to an increase or decrease in the fill level or whether, for example, buildup of the sensor unit or jammed bulk material have led to a false triggering of a switching event.
Insgesamt kann durch mindestens ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität ein zuverlässiger Betrieb des Grenzstandsensors realisiert werden. Insbesondere sind ein oder mehrere Mittel vorgesehen, sodass sowohl die Simulation eines Schaltereignisses als auch die Überprüfung eines Schaltereignisses vorgenommen werden kann und der Grenzstandsensor damit besonders sicher betrieben werden kann. Ein erfindungsgemäßer Grenzstandsensor kann sich durch die Mittel zur Überprüfung der Funktionalität selbst testen. Es wird vor allem durch die Möglichkeit ein Schaltereignis zu simulieren eine vereinfachte vorrausschauende Wartung des Grenzstandsensors ermöglicht.Overall, reliable operation of the point level sensor can be implemented by at least one means for automatically checking the functionality. In particular, one or more means are provided so that both the simulation of a switching event and the checking of a switching event can be carried out and the point level sensor can thus be operated particularly reliably. A point level sensor according to the invention can test itself using the means for checking the functionality. Above all, the possibility of simulating a switching event enables simplified predictive maintenance of the point level sensor.
Im Folgenden werden die Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität im Detail beschrieben. Die Mittel sind dabei so ausgelegt, dass sie die Messung am Sensorelement beeinflussen oder ein Signal auf der Ebene der Sensorelektronik erzeugen.The means for automatically checking the functionality are described in detail below. The means are designed in such a way that they influence the measurement at the sensor element or generate a signal at the level of the sensor electronics.
Bei dem mindestens einen Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Signal. Dieses dient insbesondere dazu, ein Schaltereignis unabhängig vom tatsächlichen Grenzstand auszulösen, indem ein Grenzstand simuliert wird.The at least one means for automatically checking the functionality is, in particular, an electrical signal. This serves in particular to trigger a switching event independently of the actual limit level by simulating a limit level.
Welches elektronische Signal sinnvoll ist, hängt dabei vom vorliegenden Typ des Grenzstandsensors ab. Handelt es sich um einen Grenzstandsensor, welcher den Grenzstand kapazitiv oder konduktiv ermittelt, so kann als elektrisches Signal auf Ebene der Sensorelektronik eine zusätzliche Kapazität, eine zusätzliche Induktivität und/oder ein zusätzlicher Widerstand (oder Strom oder Spannung) eingekoppelt werden. Die zusätzliche Kapazität oder Induktivität oder der zusätzliche Widerstand (oder Strom oder Spannung) sind jeweils so ausgelegt, dass dies einer resultierenden Kapazität oder Konduktivität entspricht, die bei Erreichen eines tatsächlichen Grenzstandes vorliegen würde.Which electronic signal makes sense depends on the type of point level sensor used. If it is a point level sensor that determines the point level capacitively or conductively, an additional capacitance, an additional inductance and/or an additional resistance (or current or voltage) can be coupled in as an electrical signal at the level of the sensor electronics. The additional capacitance or inductance or the additional resistance (or current or voltage) are each designed in such a way that this corresponds to a resulting capacitance or conductivity that would be present if an actual limit level were reached.
Wird ein Grenzstandsensor verwendet, der eine Radarmessung mittels Mikrowellen durchführt, so kann es sich bei dem elektrischen Signal insbesondere um ein Mikrowellensignal bestimmter Frequenz und Amplitude handeln, welches dann zu einem resultierenden Signal führt, das dem Signal bei Erreichen des definierten Grenzstandes entspricht.If a limit level sensor is used that performs a radar measurement using microwaves, the electrical signal can be a microwave signal of a specific frequency and amplitude, which then leads to a resulting signal that corresponds to the signal when the defined limit level is reached.
Handelt es sich um einen nach dem radiometrischen Prinzip arbeitenden Grenzstandsensor, so kann als elektrisches Signal insbesondere ein Lichtblitz, z.B. mittels einer LED, eingekoppelt werden.If it is a point level sensor that works according to the radiometric principle, a flash of light, e.g. by means of an LED, can be coupled in as an electrical signal.
Die vorstehend genannten elektrischen Signale als Mittel zur Überprüfung der Funktionalität eignen sind insbesondere dazu das Erreichen eines Grenzstandes zu simulieren und ein Schaltsignal unabhängig von einem tatsächlichen Grenzstand auszulösen.The electrical signals mentioned above, which are suitable as a means of checking the functionality, are particularly suitable for simulating reaching a limit level and triggering a switching signal independently of an actual limit level.
Insbesondere ist das elektrische Signal auf die Anwendung bzw. das zu messende Medium spezifisch abgestimmt. Das elektrische Signal kann dabei beispielsweise abhängig von der vorliegenden Dichte oder DK-Wert des Mediums generiert werden. Damit entspricht die Überprüfung der Funktionalität möglichst genau einem wirklichen Schaltereignis und es kann davon ausgegangen werden, dass der Grenzstandsensor auch bei einem tatsächlichen Über- oder Unterschreiten des Grenzstandes ordnungsgemäß funktioniert.In particular, the electrical signal is specifically tailored to the application or the medium to be measured. The electrical signal can are generated depending on the existing density or DK value of the medium, for example. This means that the functionality check corresponds as closely as possible to an actual switching event, and it can be assumed that the point level sensor is also functioning properly when the point level is actually exceeded or fallen below.
Bei dem mindestens einen Mittel zur Überprüfung der Funktionalität kann es sich auch um eine mechanische Einheit handeln. Mittels der mechanischen Einheit kann insbesondere das Erreichen eines Grenzstandes simuliert werden und/oder ein Schaltereignis überprüft werden.The at least one means for checking the functionality can also be a mechanical unit. In particular, the mechanical unit can be used to simulate reaching a limit level and/or to check a switching event.
Die mechanische Einheit kann auch wieder abhängig vom Messprinzip des Grenzstandsensors gestaltet sein.The mechanical unit can also be designed depending on the measuring principle of the point level sensor.
Ein vibronischer Grenzstandsensor weist insbesondere eine schwingende Sensoreinheit und insbesondere eine Schwinggabel auf. Um hier das Erreichen eines Grenzstandes zu simulieren, kann eine mechanische Bedämpfung an dem Grenzstandsensor angeordnet sein. Insbesondere kann ein Klemmring oder ein verschiebbares Rohr verwendet werden, wobei der Klemmring oder das Rohr relativ zu der Schwinggabel verfahrbar ist, sodass der Klemmring oder das Rohr über die Schwinggabel geführt wird und die Schwingungen der Schwinggabel mechanisch blockiert. Das Rohr weist bevorzugt eine konische Innenfläche auf. Durch die Konizität kann die Stärke der Bedämpfung variabel und stufenlos eingestellt werden. Der Klemmring bzw. das Rohr werden so weit über die Schwinggabel geführt, dass von der Schwinggabel eine Schwingungsfrequenz erreicht wird, welche einem definierten Grenzstand entspricht und ein Schaltereignis ausgelöst wird. Die Relativbewegung kann entweder durch ein Verfahren des Klemmrings oder Rohrs realisiert sein oder auch durch ein Verfahren der Schwinggabel.A vibronic point level sensor has in particular an oscillating sensor unit and in particular an oscillating fork. In order to simulate reaching a limit level here, mechanical damping can be arranged on the limit level sensor. In particular, a clamping ring or a displaceable tube can be used, the clamping ring or tube being movable relative to the tuning fork, so that the clamping ring or tube is guided over the tuning fork and mechanically blocks the vibrations of the tuning fork. The tube preferably has a conical inner surface. Due to the taper, the strength of the damping can be variably and steplessly adjusted. The clamping ring or the tube is guided so far over the tuning fork that the tuning fork reaches an oscillating frequency that corresponds to a defined limit level and a switching event is triggered. The relative movement can be realized either by moving the clamping ring or tube or by moving the tuning fork.
Bei einem kapazitiven oder konduktiven Grenzstandsensor kann als mechanische Einheit eine Bedämpfung oder eine Elektrode vorgesehen sein, welche automatisch relativ zum dem Sensorelement verfahrbar ist. Die Bedämpfung oder die Elektrode wird in den Bereich des Sensorelementes gebracht und entsprechend verändert sich die gemessene Kapazität oder Konduktivität. Die Veränderung erfolgt derart, dass ein Erreichen eines Grenzstandes simuliert wird und ein Schaltereignis ausgelöst wird.In the case of a capacitive or conductive point level sensor, damping or an electrode can be provided as a mechanical unit, which can be automatically moved relative to the sensor element. The damping or the electrode is brought into the area of the sensor element and the measured capacitance or conductivity changes accordingly. The change takes place in such a way that reaching a limit level is simulated and a switching event is triggered.
Für einen Mikrowellen-Sensor kann in den Bereich der Mikrowellenschranke eine Bedeckung eingeführt werden, welche das Signal abschwächt und so ein Erreichen eines Grenzstandes simuliert.For a microwave sensor, a cover can be introduced in the area of the microwave barrier, which weakens the signal and thus simulates reaching a limit level.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Grenzstandsensors ist die mechanische Einheit ein teleskopförmig ausfahrbares Rohr, mittels welchem das Sensorelement verfahrbar ist. Diese mechanische Einheit kann einerseits dazu dienen, das Sensorelement in den Bereich eines Klemmrings, konischen Rohres, einer Bedämpfung, einer Elektrode oder einer Bedeckung zu verfahren.In a practical embodiment of the limit level sensor according to the invention, the mechanical unit is a telescopically extendable tube, by means of which the sensor element can be moved. On the one hand, this mechanical unit can be used to move the sensor element into the area of a clamping ring, conical tube, damping, an electrode or a cover.
Alternativ oder in Ergänzung dazu dient das teleskopförmig ausfahrbare Rohr zur Überprüfung eines Schaltereignisses. Wenn ein tatsächliches Erreichen eines Grenzstandes ermittelt wird und daraufhin ein Schaltereignis ausgelöst wird, kann das Sensorelement verfahren werden, sodass es aus dem Füllgut herausfährt (bei einem oberen Grenzstand) oder wieder in das Füllgut hineinfährt (bei einem unteren Grenzstand). Durch die Veränderung der Position des Sensorelementes soll erreicht werden, dass dieses seinen Schaltzustand verändert und dadurch überprüft werden kann, ob das ursprüngliche Auslösen des Schaltereignisses auf die Veränderung des Füllstandes zurückzuführen ist oder nicht.Alternatively or in addition to this, the telescopically extendable tube is used to check a switching event. If it is determined that a limit level has actually been reached and a switching event is then triggered, the sensor element can be moved so that it moves out of the medium (in the case of an upper limit level) or back into the medium (in the case of a lower limit level). Changing the position of the sensor element is intended to change its switching state so that it can be checked whether the original triggering of the switching event is due to the change in fill level or not.
Die vorstehend beschriebenen Varianten der mechanischen Einheit sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie abgedichtet sind gegenüber dem Eindringen von Staub und Flüssigkeit. Insbesondere weist das teleskopförmig ausfahrbare Rohr mindestens eine Dichtung auf, die verhindert, dass Flüssigkeit oder Staub zwischen die relativ zueinander verfahrbaren Rohrelemente eindringt.The variants of the mechanical unit described above are designed in particular in such a way that they are sealed against the ingress of dust and liquid. In particular, the telescopically extendable tube has at least one seal that prevents liquid or dust from penetrating between the tube elements that can be moved relative to one another.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mechanische Einheit einen Sensor zur Überwachung der Position aufweist. Vor allem bei einer verfahrbaren mechanischen Einheit kann damit automatisch die Position erfasst werden.In particular, it can be provided that the mechanical unit has a sensor for monitoring the position. This means that the position can be recorded automatically, particularly in the case of a movable mechanical unit.
Die Mittel zur Überprüfung der Funktionalität sind insbesondere so ausgelegt, dass sie ein Erreichen eines Grenzstandes abhängig von der Dichte, der Dielektrizitätskonstante, der Viskosität des zu messenden Füllgutes, einem herrschenden Druck und/oder ggf. von den Einbaubedingungen ermöglichen, um den für den Prozess individuellen Grenzstand simulieren zu können. Zum Beispiel kann je nach Medium der genaue Wert der notwendigen Dämpfung der Schwingungsfrequenz einer Schwinggabel über den Anpressdruck durch ein Rohr mit konisch ausgebildeter Innenfläche ausgewählt werden. Somit wird sichergestellt, dass beim vorliegendem Füllgut die Bedämpfung funktioniert.The means for checking the functionality are designed in particular in such a way that they enable a limit level to be reached depending on the density, the dielectric constant, the viscosity of the filling material to be measured, a prevailing pressure and/or possibly the installation conditions in order to to be able to simulate individual limit values. For example, depending on the medium, the exact value of the necessary damping of the vibration frequency of a vibrating fork can be selected via the contact pressure through a tube with a conical inner surface. This ensures that the damping works with the product in hand.
Die Auslegung der Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität auf den jeweiligen konkreten Prozess kann bereits vor der Montage des Sensors erfolgen oder auch in Einbaulage. Die Abstimmung erfolgt insbesondere durch den Sensor selbst.The design of the means for automatically checking the functionality for the respective concrete process can already take place before the installation of the sensor or also in the installation position. the Tuning is done in particular by the sensor itself.
Die Energieversorgung der Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität erfolgt insbesondere über ein Bussystem mit integrierter Energieversorgung z.B. APL oder PoE. Es sind auch andere Feldbusse z.B. 4-20 mA, IO-Link, ein Relais- oder Transistor-Anschluss denkbar. Zum Betreiben der Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität wird durch das Bussystem genügend Energie bereitgestellt ohne zusätzliche Verkabelung.The means for automatically checking the functionality are supplied with energy via a bus system with an integrated energy supply, e.g. APL or PoE. Other field buses, e.g. 4-20 mA, IO-Link, a relay or transistor connection are also conceivable. Sufficient energy is provided by the bus system without additional cabling to operate the means for automatically checking the functionality.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität eines wie vorstehend beschriebenen Grenzstandsensors mit einem Sensorelement. Über ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität wird ein Schaltereignis unabhängig vom Erreichen des Grenzstandes ausgelöst und/oder durch ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität wird ein Schaltereignisses nach Erreichen eines Grenzstandes überprüft.The invention also relates to a method for checking the functionality of a limit level sensor as described above with a sensor element. A switching event is triggered via a means for automatically checking the functionality independently of the reaching of the limit level and/or a switching event is checked after a limit level has been reached by a means for automatically checking the functionality.
Für die Vorteile des Verfahrens wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.For the advantages of the method, reference is made to the above description.
Wie bereits vorstehend im Detail beschrieben, erfolgt dabei die Simulation eines Schaltereignisses durch das Einkoppeln eines elektrischen Signals und/oder durch Bewegen einer mechanischen Einheit. Die Wahl des Mittels hängt insbesondere von dem Messprinzip des Grenzstandsensors ab.As already described in detail above, a switching event is simulated by coupling in an electrical signal and/or by moving a mechanical unit. The choice of the means depends in particular on the measuring principle of the point level sensor.
Insbesondere erfolgt die Überprüfung eines Schaltereignisses dadurch, dass das Sensorelement verfahren und/oder verschwenkt wird. Das Sensorelement wird insbesondere so weit verfahren und/oder verschwenkt, dass das Sensorelement bei einem oberen Grenzstand nicht mehr mit Füllgut bedeckt ist oder bei einem unteren Grenzstand, bis das Sensorelement wieder mit Füllgut bedeckt ist und entsprechend ein neues Schaltereignis registriert wird. Das Sensorelement schaltet entsprechend von „Grenzstand erreicht“ auf „Grenzstand nicht erreicht“. Wenn ein solches neues Schaltereignis registriert wird, kann davon ausgegangen werden, dass das Erreichen des Grenzstandes nicht fälschlicherweise durch Anhaftungen oder andere Effekte ausgelöst wurde. Erst nach einer solchen Validierung des Schaltsignals erfolgt insbesondere die Ausgabe eines Schaltbefehls über einen Feldbus, ein Funkmodul oder einen Ausgang. Das Sensorelement kann anschließend wieder in seine ursprüngliche Position verfahren werden. Alternativ kann das Sensorelement auch in der verfahrenen Position verbleiben, bis erneut das Signal „Grenzstand erreicht“ ermittelt wird. In Verbindung mit einer Zeitmessung und Kenntnis der Behältergeometrie ist so auch eine Erfassung der Füllgeschwindigkeit möglich.In particular, a switching event is checked by moving and/or pivoting the sensor element. In particular, the sensor element is moved and/or pivoted so far that the sensor element is no longer covered with filling material at an upper limit level or until the sensor element is again covered with filling material and a new switching event is registered accordingly at a lower limit level. The sensor element switches accordingly from "Limit level reached" to "Limit level not reached". If such a new switching event is registered, it can be assumed that reaching the limit level was not incorrectly triggered by buildup or other effects. In particular, only after such a validation of the switching signal is a switching command output via a fieldbus, a radio module or an output. The sensor element can then be moved back to its original position. Alternatively, the sensor element can also remain in the moved position until the "limit reached" signal is determined again. In connection with a time measurement and knowledge of the container geometry, it is also possible to record the filling speed.
Die automatische Überprüfung der Funktionalität erfolgt insbesondere zyklisch. Vor allem erfolgt die Überprüfung regelmäßig jeweils nach vorgeschriebenen Wartungsintervallen. Beispielsweise jeweils nach einigen Monaten oder nach einem Jahr. Die Überprüfung wird insbesondere automatisch dokumentiert. Die Überprüfung kann auch ereignisorientiert erfolgen, beispielsweise wenn ein Schaltvorgang ausgelöst wurde.The automatic checking of the functionality takes place in particular cyclically. Above all, the check is carried out regularly according to the prescribed maintenance intervals. For example, after a few months or after a year. In particular, the check is automatically documented. The check can also be event-oriented, for example when a switching process has been triggered.
Insbesondere werden die bei einem tatsächlichen Schaltereignis ermittelten Messparameter für das jeweilige Sensorelement gespeichert und im Folgenden bei einem Auslösen eines Schaltereignisses unabhängig vom Erreichen eines Grenzstandes von dem Mittel zu automatischen Überprüfung berücksichtigt. Insbesondere werden die Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität während des Betriebes des Grenzstandsensors angepasst. Es handelt sich dann um einen lernfähigen Grenzstandsensor. Zum Beispiel kann die Frequenz oder Amplitude eines Mikrowellensignals bei Erreichen des Grenzstandes gespeichert werden und bei der Simulation des Grenzstandes durch die Bedämpfung wieder verwendet werden.In particular, the measurement parameters determined during an actual switching event for the respective sensor element are stored and subsequently taken into account by the means for automatic checking when a switching event is triggered, regardless of whether a limit level is reached. In particular, the means for automatically checking the functionality during operation of the point level sensor are adjusted. It is then an adaptive point level sensor. For example, the frequency or amplitude of a microwave signal can be stored when the level limit is reached and reused when simulating the level limit due to the damping.
Im Folgenden werden in Zusammenhang mit den Figuren weitere Ausführungsformen und Vorteile beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Grenzstandsensor in einer ersten Ausführungsform mit einer mechanischen Einheit in einer ersten Position in einer Seitenansicht, -
2 den Grenzstandsensor aus1 mit der mechanischen Einheit in einer zweiten Position, -
3 einen erfindungsgemäßen Grenzstandsensor in einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht, und -
4 den Grenzstandsensor aus3 an einem Behälter, wobei der Grenzstandsensor in drei verschiedenen Positionen gezeigt ist.
-
1 a limit level sensor according to the invention in a first embodiment with a mechanical unit in a first position in a side view, -
2 the level sensor off1 with the mechanical unit in a second position, -
3 a limit level sensor according to the invention in a second embodiment in a side view, and -
4 the level sensor off3 on a container, with the point level sensor shown in three different positions.
In den
Zusätzlich weist der Grenzstandsensor 10 ein Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität 20 auf. Bei diesem Mittel 20 handelt es sich hier um eine mechanische Einheit in Form eines Rohrs 22 mit konisch zulaufender Innenfläche. Das Rohr 22 erstreckt sich bis in den Prozessanschluss 14 hinein. Wie in einer Zusammenschau der
Um ein Schaltereignis unabhängig vom Erreichen eines Grenzstandes auszulösen, fährt das Rohr 22 so weit über die Schwinggabel 18, dass eine gedämpfte Schwingung mit einer Schwingfrequenz erreicht ist, die bei Erreichen eines tatsächlichen Grenzstandes vorliegen würde. Wird als Konsequenz ein Schaltereignis ausgelöst, so kann davon ausgegangen werden, dass der Grenzstandsensor 10 ordnungsgemäß funktioniert.In order to trigger a switching event independently of a limit level being reached, the tube 22 travels so far over the tuning fork 18 that a damped oscillation is achieved with an oscillation frequency that would be present if an actual limit level was reached. If a switching event is triggered as a consequence, it can be assumed that the
In Verbindung mit den
In
Als Mittel zur automatischen Überprüfung der Funktionalität 20 ist hier ebenfalls eine mechanische Einheit an dem Grenzstandsensor angeordnet, wobei es sich hier um ein teleskopartig ausfahrbares Rohr 26 handelt, mittels welchem die Sensoreinheit 16 in axialer Richtung hoch- und runter verschiebbar ist.As a means for automatically checking the functionality 20, a mechanical unit is also arranged on the point level sensor, this being a telescopically extendable tube 26, by means of which the
Das teleskopartig ausgebildete Rohr 26 weist ein innenliegendes Rohr 28 auf, welches fest mit dem Prozessanschluss 14 verbunden ist, und ein außenliegendes Rohr 30, welches relativ zu dem innenliegenden Rohr 28 verfahrbar ist. Mit dem außenliegenden Rohr 30 ist das Sensorelement 16 verbunden. Das außenliegende Rohr 30 und das innenliegende Rohr 28 sind über Dichtungsringe (nicht erkennbar) dichtend miteinander verbunden, so dass keine Feuchtigkeit oder Staub zwischen die Rohre 28, 30 gelangt.The tube 26 of telescopic design has an
In
In der ersten Position I befindet sich das Sensorelement 16 in einer durch das Rohr 26 ausgefahrenen Position. In der Position I ist das Sensorelement 16 von dem Füllgut 34 bedeckt und es wird von dem Grenzstandsensor 10 das Erreichen eines (oberen) Grenzstandes durch das in dem Behälter 32 befindliches Füllgut 34 ermittelt und ein Schaltereignis „Grenzstand erreicht“ ausgegeben. Um dieses Schaltereignis zu überprüfen, wird die Sensoreinheit 16 mittels des teleskopförmigen Rohres 26 nach oben aus dem Füllgut heraus verfahren (Position II). In dieser Position II sollte der Grenzstandsensor 10 dann wieder in den Zustand „Grenzstand nicht erreicht“ schalten. Erfolgt dieses Schaltereignis, so kann davon ausgegangen werden, dass der Grenzstandsensor 10 funktioniert. Danach wird das Sensorelement 16 in die Position III verfahren, die der ersten Position I entspricht und das Sensorelement 16 sollte wieder das Erreichen des Grenzstands detektieren. Das Schaltereignis ist dann validiert und es kann ein Schaltbefehl ausgegeben werden. In the first position I, the
Sollte nach dem jeweiligen Verfahren in die Positionen II oder III kein erneutes Schaltereignis ausgelöst werden, so wird der Sensor in einen sicheren Zustand gebracht und ein Fehler wird ausgegeben.If no new switching event is triggered after the respective procedure in positions II or III, the sensor is brought into a safe state and an error is output.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Grenzstandsensorlevel sensor
- 1212
- GehäuseHousing
- 1414
- Prozessanschlussprocess connection
- 1616
- Sensorelementsensor element
- 1818
- Schwinggabeltuning fork
- 2020
- Mittel zur automatischen Überprüfung der FunktionalitätMeans for automatically checking the functionality
- 2222
- Rohr mit konischer Innenfläche Tube with a conical inner surface
- 2424
- Elektrodeelectrode
- 2626
- teleskopförmig ausfahrbares Rohrtelescopic tube
- 2828
- innenliegendes Rohrinternal tube
- 3030
- außenliegendes Rohrexternal tube
- 3232
- Behältercontainer
- 3434
- Füllgutcontents
Claims (11)
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-
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- 2021-05-12 DE DE102021112449.2A patent/DE102021112449A1/en active Pending
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