DE10027228A1

DE10027228A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter

Info

Publication number: DE10027228A1
Application number: DE10027228A
Authority: DE
Inventors: Herbert Schroth; Alf Reimelt; Igor Getman; Stefan Burger
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: WO2001092835A1; US6856142B2; AU2001267462A1; DE10027228B4; US20040046573A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit (2), die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit (3) und einem Oberflächenwellenleiter (4), wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit (3) auf den Oberflächenwellenleiter (4) eingekoppelt werden und über den Oberflächenwellenleiter (4) in Richtung des Füllguts geführt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit (5, 6), die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die derart ausgestaltet ist, daß Störspannungen wirkungsvoll abgeleitet werden. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Oberflächenwellenleiter (4) über eine Kopplung (7) auf Massepotential liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem Oberflächenwellenleiter, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf den Oberflächenwellenleiter eingekoppelt werden und über den Oberflächenwellenleiter in Richtung des Füllguts geführt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt.

Zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter werden Meßsysteme eingesetzt, die unterschiedliche physikalische Größen messen. Anhand dieser Größen wird nachfolgend die gewünschte Information über den Füllstand abgeleitet. Neben mechanischen Abtastern werden kapazitive, konduktive oder hydrostatische Meßsonden eingesetzt, ebenso wie Detektoren, die auf der Basis von Ultraschall, Mikrowellen oder radioaktiver Strahlung arbeiten.

Bei einer Vielzahl von Einsatzgebieten, beispielsweise in der Petrochemie, Chemie und Lebensmittelindustrie, sind hochgenaue Messungen des Füllstandes von Flüssigkeiten oder Schüttgütern in Behältern (Tanks, Silos, usw.) gefordert. Deshalb kommen hier in zunehmendem Maße Sensoren zum Einsatz, bei denen kurze elektromagnetische Hochfrequenzimpulse (TDR- Verfahren oder Puls-Radar-Verfahren) oder kontinuierliche frequenz modulierte Mikrowellen (z. B. FMCW-Radar-Verfahren) in ein leitfähiges Element bzw. einen Wellenleiter eingekoppelt und mittels des Wellenleiters in den Behälter, in dem das Füllgut gelagert ist, hineingeführt werden. Als Wellenleiter kommen die bekannten Varianten: Oberflächenwellenleiter nach Sommerfeld oder Goubau oder Lecherwellenleiter in Frage.

Physikalisch gesehen wird bei dieser Meßmethode der Effekt ausgenutzt, daß an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien, z. B. Luft und Öl oder Luft und Wasser, infolge der sprunghaften Änderung (Diskontinuität) der Dielektrizitätszahlen beider Medien ein Teil der geführten Hochfrequenz- Impulse bzw. der geführten Mikrowellen reflektiert und über das leitfähige Element zurück in eine Empfangsvorrichtung geleitet wird. Der reflektierte Anteil (→ Nutzechosignal) ist dabei um so größer, je größer der Unterschied in den Dielektrizitätszahlen der beiden Medien ist. Anhand der Laufzeit des reflektierten Anteils der Hochfrequenz-Impulse bzw. der CW-Signale (Echo signale) läßt sich die Entfernung zur Oberfläche des Füllguts bestimmen. Bei Kenntnis der Leerdistanz des Behälters kann der Füllstand des Füllguts in dem Behälter berechnet werden. Soll eine Grenzflächenbestimmung durchgeführt werden, so läßt sich anhand der Meßergebnisse die Lage der Grenzfläche bestimmen.

Sensoren mit geführten hochfrequenten Signalen (bei den Signalen kann es sich um Impulse oder Wellen handeln) zeichnen sich gegenüber Sensoren, die hochfrequente Impulse oder Wellen frei abstrahlen (Freifeld-Mikrowellen- Systeme (FMR) bzw. "echte Radar-Systeme") durch eine wesentlich höhere Echoamplitude aus. Grund hierfür ist, daß der Leistungsfluß ganz gezielt entlang des Wellenleiters bzw. des leitfähigen Elements erfolgt. Handelt es sich um Schüttgüter mit schräger Oberfläche (Schüttkegel, Abzugstrichter) oder um Flüssigkeiten mit bewegter Oberfläche (Blasen, Tromben, Wellen), so ist bei Verwendung geführter hochfrequenter Signale zudem die Gefahr von Retroreflexionen ausgeschlossen.

Das leitfähige Element ist zwecks Durchführung der Messung üblicherweise in direktem Kontakt mit dem Meßmedium. Handelt es sich um ein statisch aufladbares Meßmedium, z. B. ein Schüttgut mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kunststoffgranulat oder Zement, - besonders ausgeprägt ist die statische Aufladung übrigens bei pneumatischer Befüllung), so kann der Fall auftreten, daß statische Entladungen in dem Meßmedium über das leitfähige Element in Richtung der Signalerzeugungseinheit bzw. der Empfangs-/Auswerteeinheit abgeleitet werden. Es besteht dann die Gefahr, daß insbesondere die gegenüber Spannungsspitzen empfindlichen elektronischen und elektrischen Teile der jeweiligen Einheiten zerstört werden. Umgekehrt kann der Fall eintreten, daß bei einem Defekt im Elektronikteil die volle Betriebsspannung von z. B. 220 V an dem leitfähigen Element anliegt, was zwangsläufig zu einer enormen Gefährdung des Bedienpersonals führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die derart ausgestaltet ist, daß Störspannungen wirkungsvoll abgeleitet werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Oberflächenwellenleiter über eine Kopplung auf Massepotential liegt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Oberflächenwellenleiter den Innenleiter und die Einkoppeleinheit den Außenleiter eines Koaxialleiters bildet, und daß der Innenleiter und der Außenleiter so dimensioniert und ausgestaltet sind, daß sich näherungsweise nur der Grundmode ausbreitet. Dies ist wichtig, da höhere Moden am Übergang zwischen Einkoppeleinheit und Wellenleiter abgestrahlt oder auf dem Wellenleiter stark bedämpft werden. In beiden Fällen würde also die der Messung zur Verfügung stehende Energie des Meßsignals verringert werden.

Der Oberflächenwellenleiter besteht üblicherweise aus einem im wesentlichen zylindrischen Leiter, der konzentrisch in die Einkoppeleinheit, die den Außen leiter darstellt, mündet. Im Falle eines Koaxialleiters mit kreisförmigem Quer schnitt ist der Grundmode der rotationssymmetrische TEM-Mode. Der nächst höhere Mode ist der TE11-Mode, dessen Symmetrie durch je eine Spiegel ebene für das elektrische und magnetische Feld gekennzeichnet ist, die die Rotationsachse des Innen- und Außenleiters enthalten und aufeinander senkrecht stehen. Der TE11-Mode tritt erst ab einer Grenzwellenlänge λ_G auf, wobei für die Grenzwellenlänge λ_G näherungsweise die Beziehung gilt: λ_G ≅ 0,5 π (d + D). Hierbei kennzeichnet d den Durchmesser des Innenleiters, also des Oberflächenwellenleiters, und D den Durchmesser des Außenleiters, also der Einkoppeleinheit. Um die Ausbreitung höherer Moden zu vermeiden, werden die beiden Durchmesser zumindest überall dort im Bereich der Einkopplung, wo keine Rotationssymmetrie der Leiterstrukturen vorliegt, so gewählt, daß die kleinste im hochfrequenten Meßsignal enthaltene Wellenlänge größer ist als die Grenzwellenlänge λ_G für den TE11-Mode. Damit sind in den Bereichen mit verringerter Symmetrie der Einkoppeleinheit keine höheren Moden ausbreitungsfähig. In den Bereichen der Einkoppel einheit, in denen höhere Moden wegen der größeren Durchmesser Ausbreitungsfähig sind, liegt Rotationssymmetrie vor, so daß keine höheren Moden angeregt werden.

Vorteilhafterweise erweitert sich der Querschnitt des Außenleiters im Bereich der Einkoppeleinheit zum Oberflächenwellenleiter hin. Hierdurch läßt sich eine gute Impedanzanpassung und geringe Feldverzerrung im Übergangsbereich erzielen. Letzteres verringert die Gefahr, daß höhere Moden angeregt werden, ersteres verringert die Gefahr, daß unerwünschte Reflexion des Meßsignals auftreten.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Einkoppeleinheit zumindest eine Seitenwand und eine Rückwand aufweist, wobei die Meßsignale durch eine Öffnung in der Rückwand der Einkoppeleinheit von der Signalerzeugungseinheit in die Einkoppeleinheit bzw. von der Einkoppeleinheit in die Empfangseinheit geführt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn es sich bei der Kopplung, über die der Oberflächenwellenleiter auf Massepotential liegt, um eine Stichleitung handelt, die durch die Seitenwand der Einkoppel einheit geführt ist und die im wesentlichen parallel zu der Ebene verläuft, in der die Rückwand der Einkoppeleinheit liegt. Über die Stichleitung werden Spannungstransienten auch dann noch effektiv abgeleitet, wenn z. B. im Zusammenhang mit Service-Arbeiten an der Vorrichtung die Signal erzeugungs- und/oder die Empfangs-/Auswerteeinheit von der Einkoppelein heit und dem leitfähigen Element bzw. dem Oberflächenwellenleiter abgetrennt sind. Oder mit anderen Worten ausgedrückt: Durch die Anbindung der Kopplung bzw. der Stichleitung an den sensorseitigen Teil des Füllstandssensors wird verhindert, daß dieser bei Abtrennung vom Elektronikteil eine isolierte Kapazität gegenüber der Umgebung darstellt.

Damit wird insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen eine Entladung verhindert, die zu einer Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre führen könnte.

Besonders günstig ist es darüber hinaus, wenn die Länge der Stichleitung im wesentlichen λ/4 beträgt, wobei λ der Mittenfrequenz eines hochfrequenten Meßsignals entspricht. Beim Vorhandensein parasitärer Effekte ist es durch aus möglich, daß die optimale Länge von λ/4 abweicht, z. B. λ/6 oder λ/8 ist. Die Mittenfrequenz kann beispielsweise 5.8 GHz betragen. Erfüllt die Länge der Stichleitung (oder einer anderweitigen Art der Kopplung) die obenge nannte Bedingung, so wird der Kurzschluß zum Leerlauf transformiert. Im Idealfall treten dann keine Reflexionen im Bereich der Kopplung gegen Masse auf und das gesamte Meßsignal wie auch umgekehrt das vom Füllstand reflektierte Signal wird transmittiert. Als Folge der erhöhten Transmission erreichen die Echosignale maximale Amplituden. Durch die verminderte Reflexion ist die Blockdistanz, also die Distanz, in der eine verläßliche Bestimmung des Füllstands nicht möglich ist, da die Echosignale in den Störsignalen verschwinden, verringert. Daher läßt sich durch die zuvor beschriebene Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Meß bereich erweitern und die Meßempfindlichkeit erhöhen.

Der Kurzschluß wird vorzugsweise sowohl bei dieser Ausgestaltung als auch bei allen übrigen Varianten derart ausgestaltet, daß die Kopplung einen Stromstoß einer vorgegebenen Mindestgröße verkraftet. Der Minimalwert ist so bemessen ist, daß er einerseits die hohen Anforderungen, die an Meßgeräte im Ex-Bereich gestellt werden, erfüllen kann; andererseits ist der Kurzschluß so ausgelegt, daß die Berührspannungen am Oberflächenwellen leiter auch im Fehlerfall der Meßelektronik unter den vorgeschriebenen Werten bleiben.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß die Stichleitung außerhalb der Einkoppeleinheit, beispielsweise im Stecker der Zuleitung oder auf der Elektronikplatine, auf der die Signalerzeugungseinheit und/oder die Empfangs-/Auswerteeinheit angeordnet sind, vorgesehen ist. Insbesondere die Anordnung des Kurzschlusses auf der Elektronikplatine kann sehr preisgünstig realisiert werden, während die Anordnung im Stecker der Zuleitung Vorteile bei der Montage bietet.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Einkoppeleinheit zumindest eine Seitenwand und eine Rückwand auf, wobei die Meßsignale über eine Kopplung, die durch eine Öffnung in der Seitenwand oder der Rückwand geführt ist, von der Signal erzeugungseinheit auf den Oberflächenwellenleiter bzw. von dem Ober flächenwellenleiter in die Empfangseinheit geleitet werden, wobei die Rückwand der Einkoppeleinheit auf Massepotential liegt und wobei Rückwand und Oberflächenleiter leitend miteinander verbunden sind. Diese Anordnung zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilität aus, da die insbesondere in Schüttgütern auftretenden Zugkräfte am Wellenleiter ausschließlich von den metallischen Teilen aufgenommen werden.

Alternative Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sehen vor, daß es sich bei der Kopplung des Meßsignals zum Wellenleiter um eine im wesentlichen elektrisch leitende Verbindung handelt, oder daß es sich bei der Kopplung um eine leerlaufende oder gegen Masse kurzgeschlossene Leiterstruktur, z. B. um einen Koppelstift oder um eine Koppelschleife, handelt. Die leerlaufende oder gegen Masse kurzgeschlossene Leiterstruktur ist so angeordnet ist, daß die Ankopplung der Meßsignale an den Oberflächenwellenleiter entweder im wesentlichen induktiv oder im wesentlichen kapazitiv erfolgt. Bevorzugt ist die Leiterstruktur übrigens U- oder Q-förmig ausgebildet.

Besonders günstig ist es weiterhin, wenn die galvanische, induktive oder kapazitive Ankopplung so angeordnet ist, daß der Bereich maximaler elektrischer Kopplung von der Rückwand näherungsweise einen Abstand von λ/4 aufweist, wobei λ der Mittenfrequenz eines Meßsignals entspricht. Dadurch wird wiederum der Kurzschluß des Oberflächenwellenleiters in einen Leerlauf transformiert und damit die Reflexion des Meßsignals minimiert.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung teilweise im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Stecker mit einer Stichleitung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Steckers,

Fig. 4 eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer galvanischen Einkopplung, wobei die Meßsignale durch die Seitenwand der Einkoppeleinheit eingekoppelt werden,

Fig. 5 eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer kapazitiven Einkopplung, wobei die Meßsignale durch die Seitenwand der Einkoppeleinheit eingekoppelt werden,

Fig. 6 eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer induktiven Einkopplung, wobei die Meßsignale durch die Seitenwand der Einkoppeleinheit eingekoppelt werden,

Fig. 7a eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Einkopplung über einen Koppelstift,

Fig. 7b die in Fig. 7a gezeigte Darstellung im Querschnitt,

Fig. 8a eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Einkopplung mit leerlaufender Leiterstruktur, welche halbkreisförmig ausgebildet ist,

Fig. 8b die in Fig. 8a gezeigte Darstellung im Querschnitt,

Fig. 9a eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Einkopplung über eine Koppelschleife, die gegen Masse kurzgeschlossen ist,

Fig. 9b die in Fig. 9a gezeigte Darstellung im Querschnitt,

Fig. 10a eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Einkopplung über eine zweite Ausgestaltung einer Koppelschleife,

Fig. 10b die in Fig. 10a gezeigte Darstellung im Querschnitt und

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Kurzschlusses in der Schaltung des Elektronikteils des Füllstandssensors.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei die Vorrichtung teilweise im Längsschnitt zu sehen ist. Die Kopplung zwischen Füllstandssensor 1 und Masse wird hier über eine Stichleitung 10 realisiert, die in dem Stecker 11 vorgesehen ist. Selbstverständlich kann die Stichleitung 10 auch direkt durch die Halterung 25 der Einkoppeleinheit 3 auf das leitfähige Element 28 geführt sein.

Der Füllstandssensor 1 setzt sich zusammen aus einer Einkoppeleinheit 3, über die die Meßsignale von der Signalerzeugungseinheit 2 auf den Oberflächenwellenleiter 4 eingekoppelt werden. Die Einkopplung erfolgt im dargestellten Fall durch die Rückwand 9 der Einkoppeleinheit 3. Der Kurzschluß wird - wie bereits erwähnt - über eine seitlich im Stecker 11 angeordnete Stichleitung 10 realisiert. Die Länge der Stichleitung 10 beträgt aus den bereits an vorhergehender Stelle genannten Gründen vorzugsweise λ/4, wobei λ der Mittenfrequenz eines Meßsignals entspricht.

Die Einkoppeleinheit 3 zeigt ein spezielles Design. Durch dieses Design läßt sich einmal eine ausreichende Stabilität des Füllstandssensors 1 erreichen; andererseits wird durch die fließenden Übergänge innerhalb der Einkoppel einheit 3 der reflektierte Anteil der Meßsignale möglichst gering gehalten. Die Einkoppeleinheit ist vollkommen rotationssymmetrisch ausgestaltet - lediglich im Bereich der Stichleitung 10 ist die Symmetrie niedriger. Dort sind die Durchmesser d des Innenleiters 17 und D des Außenleiters 18 so klein, daß keine höheren Moden bei den verwendeten Signalfrequenzen ausbreitungs fähig sind. Im Bereich der Verdickung des leitfähigen Elements 28 - wobei die Verdickung der Halterung des Oberflächenwellenleiters 4 dient - können die Durchmesser zur Erreichung maximaler Zugbelastbarkeit problemlos so groß gewählt werden, daß höhere Moden prinzipiell ausbreitungsfähig sind. Wegen der Rotationssymmetrie in diesem Bereich werden höhere Moden selbst dann nicht angeregt.

Die Einkoppeleinheit 3 ist in einer auf Massepotential liegenden Halterung 25 angeordnet. Das leitfähige Element 28, das von der Halterung 25 über die dielektrischen Elemente 26, 27 beabstandet ist, befindet sich im Mittenbereich der Einkoppeleinheit 3 bzw. der Halterung 25. Über einen Stecker 11 und ein mit dem Anschlußstück 16, auf das im gezeigten Fall ein SMA-Stecker aufge schraubt werden kann, verbundenes Koaxkabel 15 werden die Meßsignale von der Signalerzeugungseinheit 2 auf den Oberflächenwellenleiter 4 bzw. von dem Oberflächenwellenleiter 4 zu der Empfangseinheit 5 geführt. Im gezeigten Beispiel sind die Signalerzeugungseinheit 2, die Empfangseinheit 5 und die Auswerteeinheit 6 auf einer Elektronikplatine 12 angeordnet.

Um eine stabile Verbindung zwischen dem Oberflächenwellenleiter 4 und der Einkoppeleinheit 3 zu erreichen, wird der obere Endbereich des Oberflächen wellenleiters 4 in der mittigen Ausnehmung 30 im unteren Endbereich des leitfähigen Elements 28 geschoben. Vorzugsweise wird der mechanische und elektrische Kontakt zwischen den beiden Elementen 3, 4 über eine Verpressung erreicht.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform liegt der Oberflächenwellen leiter 4 im Bereich des Steckers 11 auf Massepotential. Der Kurzschluß wird über die Stichleitung 10 realisiert. Der Stecker 11 mit integrierter Stichleitung 10 ist lösbar mit der Einkoppeleinheit 3 verbunden. Durch Herausziehen bzw. Hineinstecken des Kontaktstiftes 17 des Steckers 11 in die korrespondierende mittige Ausnehmung 29 im oberen Bereich des leitfähigen Elements 28 wird der leitende Kontakt des Koaxkabels 15 mit der Einkoppeleinheit 3 unter brochen bzw. hergestellt. Um einen sicheren Halt und Kontakt zu gewähr leisten, sind an dem Kontaktstift 17 federnde Elemente 19 vorgesehen. Die Stichleitung 10 ist - wie in Fig. 3 zu erkennen - über eine Schraube realisiert, die durch die seitliche Wandung des Gehäuses 18 des Steckers 11 reicht, mit diesem Gehäuse verlötet ist und in direktem Kontakt mit dem Kontaktstift 17 steht.

Der Stecker 11 ist in den Figuren Fig. 2 und Fig. 3 noch einmal detailliert dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Stecker 11, in dem die Stichleitung 10 positioniert ist; in Fig. 3 ist der Stecker 11 in einer perspekti vischen Ansicht gezeigt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung (Längsschnitt) einer Einkoppel einheit 3 mit einer galvanischen Einkopplung, wobei die Meßsignale durch die Seitenwand 8 der Einkoppeleinheit 3 auf das leitfähige Element 28 eingekoppelt werden. Die in den Figuren Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Varianten unterscheiden sich von der in Fig. 4 gezeigten Lösung lediglich durch die Art der Einkopplung der Meßsignale auf den Oberflächenwellenleiter 4. In Fig. 5 ist eine kapazitive Einkopplung über das elektrische Feld dargestellt, während Fig. 6 eine induktive Einkopplung, über das in die Leiterschleife induzierte magnetische Feld zeigt.

In allen drei Fällen ist der Oberflächenwellenleiter 4 (ggf. über ein leitfähiges Element 28) direkt mit der Rückwand 9 der Einkoppeleinheit 3 verbunden und liegt somit auf Masse. Die Meßsignale werden über eine Kopplung 7 durch die Seitenwand 8 der Einkoppeleinheit 3 auf den Oberflächenwellenleiter 4 eingekoppelt. Bei der Kopplung handelt es sich beispielsweise um einen Koppelstift 13 oder um eine Koppelschleife 14. Beispiele, wie derartige Koppelstifte 13 und Koppelschleifen 14 ausgestaltet sein können, sind in den Figuren Fig. 7a, Fig. 7b, Fig. 8a, Fig. 8b, Fig. 9a, Fig. 9b, Fig. 10a, Fig. 10b zu sehen. Während die mit (a) gekennzeichnete Figur jeweils einen Längsschnitt der Ausgestaltung zeigt, ist in der entsprechenden mit (b) gekennzeichneten Figur ein Querschnitt gezeigt. Während bei den in den Figuren Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Lösungen der Koppelstift 13 bzw. die Kopplung 7 keinen direkten Kontakt mit der Seitenwand 8 bzw. der Halterung 25 aufweist, ist bei den in den Figuren Fig. 9 und Fig. 10 gezeigten Varianten die Koppelschleife 14 in ihrem Endbereich mit der Seitenwand 8 bzw. der Halterung 25 der Einkoppeleinheit 3 kontaktiert.

Um die Anregung unerwünschter höherer Moden zu unterdrücken, ist die galvanische, induktive oder kapazitive Kopplung 7 bevorzugt an einer Stelle angeordnet, an der die Durchmesser des Innenleiters 4 und des Außenleiters 8 so klein sind, daß diese höheren Moden nicht ausbreitungsfähig sind.

Bevorzugt wird die Kopplung 7 des Meßsignals so angeordnet, daß der Bereich maximaler elektrischer Kopplung von der Rückwand 9 näherungs weise einen Abstand von λ/4 aufweist; wiederum entspricht hier λ der Mittenfrequenz eines Meßsignals. Dann wird der Kurzschluß des Oberflächen wellenleiters in einen Leerlauf transformiert und die Reflexion des Meßsignals ist minimal.

Selbstverständlich kann die Einkoppeleinheit 3 zum Schutz vor Verschmut zung oder Korrosion ganz oder teilweise mit einem dielektrischen Material aufgefüllt sein.

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Kurzschlusses auf der Elektronikplatine 12, auf der die Signalerzeugungseinheit 2 und/oder die Empfangs- und Auswerteeinheit 5, 6 angeordnet sind/ist. Der Kurzschluß erfolgt im einfachsten Fall wiederum über eine Stichleitung 31. Üblicherweise werden Mikrowellenschaltungen in Mikrostreifenleiter-Technologie ausgeführt. Die Elektronikplatine 12 besteht dann aus einem dielektrischen Substrat mit durchgehender Grundmetallisierung auf der einen Seite und Leiterbahnen auf der anderen Seite. Selbstverständlich können auch andere Technologien, wie z. B. die Koplanarleitung, Schlitzleitung oder Triplate zum Einsatz kommen. Voraussetzung für die Verwendbarkeit ist lediglich, daß sich über die Leitung ein NF-Kurzschluß realisieren läßt, der HF-technisch gesehen nicht stört.

Kommt - wie im dargestellten Fall - die Mikrostreifenleiter-Technologie zum Einsatz, so weist die Stichleitung 31 im einfachsten Fall eine Durch kontaktierung zur Grundmetallisierung der Elektronikplatte 12 auf. Die Stichleitung 31 zweigt seitlich von der Leitung 23 bzw. der Leitung 24 ab, wobei die Leitung 23 die Zuleitung zu der Schaltung der Signalerzeugungs einheit 2 und/oder der Empfangs-/Auswerteeinheit 5, 6 symbolisiert, während die Leitung 24 die Zuleitung zu der Kopplung 7 darstellt.

Bezugszeichenliste

1

Füllstandssensor

2

Signalerzeugungseinheit

3

Einkoppeleinheit

4

Oberflächenwellenleiter

5

Empfangseinheit

6

Auswerteeinheit

7

Kopplung

8

Seitenwand

9

Rückwand

10

Stichleitung

11

Stecker

12

Elektronikplatine

13

Koppelstift

14

Koppelschleife

15

Koaxialkabel

16

Anschlußstück

17

Kontaktstift

18

Gehäuse des Steckers

19

federndes Element

20

Öffnung in der Rückwand

21

Öffnung in der Seitenwand

22

Gehäuse/Flansch

23

Leitung von der Schaltung

24

Leitung zur Einkoppeleinheit

25

Halterung

26

dielektrisches Element

27

dielektrisches Element

28

leitfähiges Element

29

mittige Ausnehmung im oberen Bereich

30

mittige Ausnehmung im unteren Bereich

31

Stichleitung

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem Oberflächenwellen leiter, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf den Oberflächen wellenleiter eingekoppelt werden und über den Oberflächenwellenleiter in Richtung des Füllguts geführt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenwellenleiter (4) über eine Kopplung (7) auf Masse potential liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenwellenleiter (4) den Innenleiter und die Einkoppeleinheit (3) den Außenleiter eines Koaxialleiters bildet, und daß der Innenleiter und der Außenleiter so dimensioniert und ausgestaltet sind, daß näherungsweise nur der Grundmode angeregt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (3) zumindest eine Seitenwand (8) und eine Rückwand (9) aufweist, wobei die Meßsignale durch eine Öffnung (20) in der Rückwand (9) der Einkoppeleinheit (3) von der Signalerzeugungseinheit (2) in die Einkoppeleinheit (3) bzw. von der Einkoppeleinheit (3) in die Empfangs einheit (5) geführt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Kopplung (7), über die der Oberflächenwellenleiter (4) auf Massepotential liegt, um eine Stichleitung (10) handelt, die durch die Seitenwand (8) der Einkoppeleinheit (3) geführt ist und die im wesentlichen parallel zu der Ebene verläuft, in der die Rückwand (9) der Einkoppeleinheit (3) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Stichleitung (10) im wesentlichen λ/4 beträgt, wobei λ der Mittenfrequenz eines Meßsignals entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung (10) außerhalb der Einkoppeleinheit (3), beispielsweise im Stecker (11) der Zuleitung (15) oder auf der Elektronikplatine (12), auf der die Signalerzeugungseinheit (2) und/oder die Empfangs-/Auswerteeinheit (5, 6) angeordnet sind, vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (3) zumindest eine Seitenwand (8) und eine Rückwand (9) aufweist, wobei die Meßsignale über eine Kopplung (7), die durch eine Öffnung (20 oder 21) in der Seitenwand (8) oder der Rückwand (9) geführt ist, von der Signalerzeugungseinheit (2) auf den Oberflächenwellen leiter (4) bzw. von dem Oberflächenwellenleiter (4) in die Empfangseinheit (5) geleitet werden, wobei die Rückwand (9) der Einkoppeleinheit (3) auf Massepotential liegt und mit dem Oberflächenwellenleiter (4) leitend verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Kopplung (7) um eine im wesentlichen elektrisch leitende Verbindung (10) handelt, oder daß es sich bei der Kopplung (7) um eine leerlaufende oder gegen Masse kurzgeschlossene Leiterstruktur, z. B. um einen Koppelstift (13) oder um eine Koppelschleife (14), handelt, die so angeordnet ist, daß die Ankopplung der Meßsignale an den Oberflächenwellenleiter (4) entweder im wesentlichen induktiv oder im wesentlichen kapazitiv ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung (7) U- oder Ω-förmig ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische, induktive oder kapazitive Kopplung (7) so angeordnet ist, daß der Bereich maximaler elektrischer Kopplung von der Rückwand (9) näherungsweise einen Abstand von λ/4 aufweist, wobei λ der Mittenfrequenz eines Meßsignals entspricht.