DE10131081A1

DE10131081A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter

Info

Publication number: DE10131081A1
Application number: DE10131081A
Authority: DE
Inventors: Clemens Heilig
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-09
Also published as: US20040149030A1; WO2003002952A1; EP1399717A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kostengünstige Vorrichtung zur verläßlichen Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter. Die Vorrichtung weist die folgenden Komponenten auf: ein Gehäuse (20), an dem zumindest eine schwingfähige Einheit (3) befestigt ist; eine Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14), die unmittelbar an der schwingfähigen Einheit (3) befestigt ist und sie in vorgegebenen Zeitintervallen zu Schwingungen in zumindest einer ihrer Eigenmoden anregt, und eine Regel-/Auswerteeinheit (8), die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der zeitlichen Änderung der detektierten Schwingungen der schwingfähigen Einheit (3) das Erreichen des vorbestimmten Füllstandes erkennt und/oder die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der Änderung der detektierten Schwingungen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter.
Aus der US-PS 4,540,981 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung des Füllstandes eines flüssigen Mediums bekannt geworden. Die Vorrichtung weist ein stabförmiges Gebilde auf, das in einen Behälter hineinragt, in dem das flüssige Medium gelagert ist. Das stabförmige Gebilde ist an einer Seite der Membran befestigt. Das System "Membran - stabförmiges Gebilde" wird über einen piezoelektrischen Wandler, der auf der anderen Seite der Membran angeordnet ist, zu Eigenschwingungen angeregt. Anhand des Abklingverhaltens der Schwingungen wird erkannt, ob das System frei schwingt oder ob es in Kontakt mit der Flüssigkeit ist.

Ein Nachteil der bekannten Lösung ist darin zu sehen, daß die Verwendung einer Membran, an der die schwingfähige Einheit sehr definiert positioniert sein muß, die Fertigungskosten für den Vibrationsdetektor in die Höhe treibt. Nachteilig ist auch, daß die Eigenfrequenz des bekannten Systems "Membran - schwingfähige Einheit" sehr empfindlich auf schmalbandige Störungen von außen reagiert. So liegen im Schüttgutbereich prozeßbedingte Störfrequenzen, wie sie etwa von Förderbändern und Rüttlern erzeugt werden, bevorzugt im niederfrequenten Bereich, in dem üblicherweise auch die Eigenfrequenz des schwingenden Systems angesiedelt ist. Da der Einfluß von temporär oder kontinuierlich auftretenden Störgrößen von den aktuellen, den Füllstand signalisierenden Meßdaten nicht unterscheidbar ist, besteht die Gefahr, daß fehlerhafte Meßdaten zur Füllstandsbestimmung/-überwachung verwendet werden. Folglich ist die bekannte Vorrichtung nicht in der Lage, verläßliche Information über den Füllstand eines Mediums in einem Behälter zu liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung zur verläßlichen Detektion des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die folgenden Komponenten umfaßt: ein Gehäuse, an dem zumindest eine schwingfähige Einheit befestigt ist; eine Antriebs-/Empfangseinheit, die unmittelbar an der schwingfähigen Einheit befestigt ist und sie in vorgegebenen Zeitintervallen zu Schwingungen in zumindest einer ihrer Eigenmoden anregt; eine Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der zeitlichen Änderung der detektierten Schwingungen der schwingfähigen Einheit das Erreichen des vorbestimmten Füllstandes erkennt und/oder die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der Änderung der detektierten Schwingungen zumindest eine sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße erkennt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der schwingfähigen Einheit um einen Stab oder um ein Rohr. Dieser Stab bzw. dieses Rohr wird über die Antriebs-/Empfangseinheit zu Eigenschwingungen in zumindest einem seiner Moden angeregt. Die schwingfähige Einheit kann beispielsweise aus einem Metall (z. B. Stahl) oder aus einem harten Kunststoff wie PPS oder PEEK bestehen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht ein federndes Element vor, das derart mit der schwingfähigen Einheit verbunden ist, daß diese federnd mit dem Gehäuse oder mit einem Befestigungsteil verbunden ist. So kann es sich bei dem federnden Element z. B. um eine Membran handeln. Diese Membran dient der Entkopplung des in einem seiner Eigenmoden schwingenden Rohres oder Stabes von dem Befestigungsteil bzw. dem Gehäuse.

Alternativ oder kumulativ ist vorgesehen, daß das Befestigungsteil selbst federnd ausgestaltet ist. Dies wird beispielsweise durch Einkerbungen erreicht, die radial und/oder axial in dem Befestigungsteil verlaufen, so daß das Befestigungsteil nur noch eine möglichst dünne Außenhülle aufweist. Physikalisch läßt sich die federnde Befestigung der schwingfähigen Einheit an dem Gehäuse als Feder-Masse-System beschreiben, dessen Resonanzfrequenz unterhalb der niedrigsten Eigenfrequenz der schwingfähigen Einheit liegt. Somit erfüllt die federnde Befestigung die Funktion eines akustischen Tiefpasses, der zur effektiven Entkopplung der schwingfähigen Einheit von dem Behälter dient.

Eine weitere Möglichkeit, das schwingende Rohr bzw. den schwingenden Stab von dem Befestigungsteil bzw. dem Gehäuse zu entkoppeln, besteht in dem Einsetzen eines Zwischenstückes aus einem Material, dessen akustische Eingangsimpedanz sich deutlich von der Eingangsimpedanz des Materials unterscheidet, aus dem die schwingfähige Einheit besteht. Ist beispielsweise das Rohr bzw. der Stab aus Metall gefertigt, so kann das Einsatzstück aus Kunststoff bestehen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß es sich bei der Antriebs-/Empfangseinheit um zumindest einen elektromechanischen Wandler handelt. Bevorzugt wird ein piezoelektrischer Wandler eingesetzt.

Diese zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit ist so an der schwingfähigen Einheit befestigt ist, daß sie nicht in direkten Kontakt mit dem Medium kommen kann. Hierzu ist die zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit im Innern des schwingfähigen Rohres angeordnet ist. Alternativ ist vorgesehen, daß die zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit an der Außenfläche der schwingfähigen Einheit befestigt ist. Auf jeden Fall sollte die Antriebs-/Empfangseinheit von dem Prozeß bzw. von dem Medium durch eine Membran oder ein Verschlußstück getrennt sein. Entsprechende Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen im Detail dargestellt.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung regt die Regel-/Auswerteeinheit die schwingfähige Einheit über einen ersten elektromechanischen Wandler kontinuierlich zu Schwingungen an; ein zweiter elektromechanischer Wandler nimmt die Schwingungen auf; anhand der Amplitude bzw. der Amplitudenänderung der Schwingungen erkennt die Regel-/Auswerteeinheit das Erreichen des vorgegebenen Füllstandes.

Alternativ ist vorgesehen, daß lediglich ein elektromechanischer Wandler als Antriebs-/Empfangseinheit verwendet wird; anhand der Eingangsimpedanz des gekoppelten Systems "schwingfähige Einheit-elektromechanischer Wandler" erkennt die Regel-/Auswerteienheit das Erreichen eines vorgegebenen Füllstands.

Bevorzugt regt die Regel-/Auswerteeinheit die schwingfähige Einheit über die Antriebs-/Empfangseinheit für eine vorgegebene Zeitspanne zu Schwingungen an; anhand des Abklingverhaltens, insbesondere anhand der Abklingzeit der Schwingungen der schwingfähigen Einheit oder des Energiegehalts der abklingenden Schwingungen der schwingfähigen Einheit, oder anhand der zeitlichen Änderung der Schwingungsenergie der schwingfähigen Einheit erkennt die Regel-/Auswerteeinheit, ob die schwingfähige Einheit frei oder in Kontakt mit dem Füllgut schwingt; weiterhin erkennt die Regel-/Auswerteeinheit anhand des Abklingverhaltens oder anhand der zeitlichen Änderung der Schwingungsenergie, ob zumindest eine sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße auftritt.

Darüber hinaus schlägt eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß die Regel-/Auswerteeinheit die Antriebs-/Empfangseinheit mit einem periodischen Signal, mit einem Sweep-Signal oder mit einem Rauschsignal beaufschlagt.

Besonders günstig ist es im Hinblick auf die Erkennung von Störgrößen, wenn die Antriebs-/Empfangseinheit die schwingfähige Einheit zu Schwingungen in zumindest zwei voneinander verschiedenen Moden anregt. Anhand des unterschiedlichen Schwingungsverhaltens in den zumindest zwei unterschiedlichen Moden lassen sich sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße erkennen, die dann ggf. bei der Füllstandsbestimmung bzw. Füllstandsüberwachung berücksichtigt werden. Zur Erkennung der Ansatzbildung oder sonstiger Störgrößen wird der Umstand ausgenutzt, daß höherfrequente und tieferfrequente Moden von derartigen Störgrößen unterschiedlich stark bedämpft werden.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die gesamte Signalerzeugung, Signalaufbereitung und Signalverarbeitung softwaremäßig unter Verwendung eines Mikroprozessors.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Auswertung der Meßdaten durch die Regel-/Auswerteeinheit.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines flüssigen oder festen Mediums in einem Behälter - Behälter und Medium sind übrigens in der Fig. 1 nicht gesondert dargestellt. Bei dem Behälter kann es sich beispielsweise um einen Tank handeln, in dem das Medium gelagert ist; selbstverständlich kann es sich auch um ein Rohr handeln, das von einem Medium durchflossen wird.
Der erfindungsgemäße Vibrationsdetektor 1 weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 20 auf, an dem ein Befestigungsteil 2 vorgesehen ist. Der Vibrationsdetektor 1 ist über das an dem Befestigungsteil 2 befindliche Außengewinde 16 in einer vorbestimmten Höhe des Behälters positioniert. Bevorzugt ist der Vibrationsdetektor 1 in eine entsprechende Öffnung des Behälters eingeschraubt. Es versteht sich von selbst, daß andere Arten der Befestigung, z. B. mittels eines Flansches, das Verschrauben ersetzen können.
An einer Stirnseite des Gehäuses 20 bzw. des Befestigungsteils 2 des Vibrationsdetektor 1 ist die schwingfähige Einheit 3 angebracht. Bei der schwingfähigen Einheit 3 handelt es sich entweder um ein rohr- oder stabförmiges Gebilde. Im gezeigten Fall ist die schwingfähige Einheit 3 über eine Membran 5, die z. B. aus Stahl gefertigt ist, federnd an dem Gehäuse 20 bzw. dem Befestigungsteil 2 gelagert. Hierdurch wird eine gute schwingungstechnische Entkopplung des Befestigungsteile 2 bzw. des Gehäuses 20 von dem schwingenden Rohr 21 bzw. dem schwingenden Stab 22 erreicht. Das Feder-Masse-System aus dem relativ schweren Befestigungsteil 2 und der Membran 5 wirkt als akustischer Tiefpaß. Um eine wirkungsvolle Entkopplung zu erreichen, muß die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems deutlich unterhalb der Anregungsfrequenzen der schwingfähigen Einheit 3 abgestimmt sein. Weiterhin verhindert die Membran 5, daß Füllgut in das Innere des Gehäuses 20 des Vibrationsdetektors 1 eindringt.
Die schwingfähige Einheit 3 wird von einer Antriebs-/Empfangseinheit 4 intermittierend oder kontinuierlich zu Eigenschwingungen in zumindest einer Mode angeregt. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit 4 handelt es sich bevorzugt um einen elektromechanischen Wandler, insbesondere um einen piezoelektrischen Wandler. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können selbstverständlich auch andere Wandlertypen eingesetzt werden.
Wie bereits gesagt, wird die schwingfähige Einheit 3 zwecks Bestimmung bzw. Überwachung eines vorbestimmten Füllstands bevorzugt zu Eigenschwingungen in höheren Moden angeregt. Es kann sowohl eine einzelne Mode mit z. B. einem Sinussignal als auch mehrere Moden, z. B. mittels eines Rauschsignals oder eines Sinus-Sweeps angeregt werden. Zu einem definierten Zeitpunkt wird das anregende Signal abgeschaltet; anschließend wird das Nachklingsignal der schwingfähigen Einheit 3 mit demselben oder einem separaten Wandler 4, 13, 14 abgenommen. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß ein Kontakt der schwingfähigen Einheit 3 mit dem Medium zu erhöhten Reibungsverlusten führt, was sich in einer verkürzten Abklingzeit der Schwingungen der schwingfähigen Einheit 3 bemerkbar macht.
Die elektrischen Sende- und Empfangssignale werden zwischen der Regel-/Auswerteeinheit 8 und der Antriebs-/Empfangseinheit 4; 13, 14 über Verbindungsleitungen 6, 7 geführt. Der Regel-/Auswerteeinheit 8 ist eine Speichereinheit 11 zugeordnet, in der Meßdaten u. a. zwischengespeichert werden und Sollwerte abgespeichert sind. Ein Auswerte-Algorithmus ermöglicht es, prozeß- und oder sensorbedingte Störgrößen, die die Meßdaten verfälschen, zu erkennen. Beispielsweise sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß eine Ansatzbildung an der schwingfähigen Einheit 3 erkannt wird und daß ggf. korrigierend auf die Meßdaten Einfluß genommen wird. Meßdaten und Fehlermeldungen werden dem Bedienpersonal über die Ausgabeeinheit 10 optisch und/oder akustisch übermittelt. Weiterhin ist der in Fig. 1 gezeigte Vibrationsdetektor 1 mit einer entfernt angeordnete Kontroll- oder Leitstelle 11 verbunden. Die Regel-/Auswerteeinheit 8 und die Kontrollstelle 11 kommunizieren miteinander über die Datenleitung 12. Bevorzugt erfolgt die Kommunikation auf digitaler Basis unter Verwendung eines der bekannten Kommunikationsprotokolle. Der Vorteil dieser Art der Datenübertragung liegt in der erhöhten Störsicherheit.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationsdetektors 1. Die schwingfähige Einheit 3 ist im gezeigten Fall als Stab 22 ausgebildet, der bevorzugt aus Stahl oder einem harten Kunststoff gefertigt ist. Der Stab 22 reicht in eine Ausnehmung 18 des Befestigungsteils 2 und ist über eine Membran 55 an dem Befestigungsteil 2 arretiert. Die als piezoelektrischer Wandler ausgebildete Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist in dem Bereich des Stabes 22 angeordnet, der sich in die Ausnehmung 18 des Befestigungsteils 2 hineinerstreckt.
Der Stab 22 wird über den piezoelektrischen Wandler 4 zu Eigenschwingungen in zumindest einer Mode angeregt. Die Antwortsignale werden von demselben piezoelektrischen Wandler 4 aufgenommen und über Signalleitungen, die in der Fig. 2 nicht gesondert dargestellt sind, zu der Regel-/Auswerteeinheit 8 weitergeleitet.
Das Befestigungsteil 2 ist über das Außengewinde 16 in eine entsprechende Öffnung in dem Behälter geschraubt. Um eine möglichst gute schwingungstechnische Entkopplung zwischen dem Befestigungsteil 2 bzw. dem Behälter und dem schwingenden Stab 22 zu erreichen, ist es sinnvoll, ein Feder- Masse-System aus einem schweren Befestigungsteil 2 und einer Membran 5, bevorzugt einer Metallmembran, aufzubauen, welches die Funktion eines akustischen Tiefpasses übernimmt. Hierdurch werden die höherfrequenten Anteile von Störfrequenzen, die beispielsweise im Schüttgutbereich durch Förderbänder oder Rüttler hervorgerufen werden, herausgefiltert. Um eine wirkungsvolle Entkopplung vom Behälter zu erreichen, muß die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems deutlich unterhalb der Anregungsfrequenzen des Stabes 22 abgestimmt sein. Die Membran 5 verhindert darüber hinaus auch eine Verschmutzung des elektromechanischen Wandlers 5, da Sie das Innere des Befestigungsteils 2 gegenüber der Umgebung abdichtet.
In Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationsdetektors 1 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten in zwei Komponenten: zum einen handelt es sich bei der schwingfähigen Einheit 3 um ein Rohr 21; zum anderen ist das Befestigungsteil 2 zusätzlich zu dem Feder-Masse-System, gebildet aus schwerem Befestigungsteil 2 und Membran 5, in sich federnd ausgestaltet. Hierzu sind in dem Befestigungsteil 2 Einkerbungen 17 vorgesehen. Diese Einkerbungen 17 verlaufen derart, daß letztlich nur noch eine relativ dünne Außenhülle an dem Befestigungsteil 2 übrig bleibt.
In Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationsdetektors 1 zu sehen. Wie in Fig. 3 handelt es sich bei der schwingfähigen Einheit 3 um ein Rohr 21. Ein erster Endbereich des Rohres 21 ragt in die Ausnehmung 18, die in dem Befestigungsteils 2 vorgesehen ist. Das Rohr 21 ist in seinem ersten Endbereich direkt an der Wand 19 des Befestigungsteils 2 arretiert.
An der Innenwand des Rohres 21 sind die Antriebseinheit 13 und die Empfangseinheit 14 festgemacht. Um zu verhindern, daß sich Füllgut im Innern des Rohres 21 ablagern kann, ist der zweite Endbereich des Rohres 21 durch ein Verschlußstück 15 abgeschlossen.
Eine Entkopplung von dem Behälter kann - falls dies erforderlich ist - beispielsweise durch das Einsetzen eines in der Fig. 4 nicht gesondert dargestellten Zwischenstücks erreicht werden. Das Zwischenstück sollte aus einem Material bestehen, dessen akustische Eingangsimpedanz sich deutlich von der Eingangsimpedanz des Materials unterscheidet, aus dem das Rohr 21 gefertigt ist. In der Regel wird das Zwischenstück aus Kunststoff gefertigt sein, wenn das Rohr 21 aus einem Metall besteht. Selbstverständlich können auch die beiden zuvorgenannten Varianten zum Entkoppeln der schwingfähigen Einheit 3 von dem Behälter in Verbindung mit der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eingesetzt werden.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Auswertung der Meßdaten durch die Regel-/Auswerteeinheit 8. Im gezeigten Beispiel ist die Regel-/Auswerteeinheit 8 in der Lage, sowohl den Einfluß von Ansatz an der schwingfähigen Einheit 3 als auch von Fremdvibrationen zu erkennen. Fremdvibrationen werden im Bereich der Füllstandsdetektion von festen Füllgütern z. B. von einem Förderband verursacht, auf dem das Füllgut transportiert wird, oder von Füllgut, das beim Befüllen des Behälters mit dem Vibrationsdetektor 1 kurzzeitig in Kontakt kommt. Ist der Einfluß dieser prozeß- und/oder sensorbedingten Störgrößen bekannt, lassen sich die Füllstandsmeßdaten korrigieren. Folglich ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine hochgenaue und verläßliche Bestimmung des Füllstandes eines flüssigen oder festen Füllguts, das in einem Behälter gelagert ist.
Als besonders herausragendes Merkmal wird im Zusammenhang mit einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesehen, daß sowohl die Signalerzeugung als auch die Messung, die Filterung und die Bewertung der Meßdaten in einem Rechner (Mikroprozessor) erfolgen. Daher ist nur noch ein Minimum an Analogtechnik notwendig. Wie die Software, die in dem Mikroprozessor verwendet wird, im Detail arbeitet, ist für eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung - wie bereits gesagt - aus Fig. 5 ersichtlich. Zu erwähnen bleibt, daß die Software-Lösung natürlich zumindest teilweise durch eine entsprechende Analogtechnik ersetzt werden kann.
Die Kombination von oberem und unterem Teil des in Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms dient der Detektion von Ansatz; im unteren Teil wird zusätzlich noch die Möglichkeit beschrieben, wie Fremdvibrationen erkannt werden können.
Wie bereits erwähnt, wird z. B. zur Erkennung einer Ansatzbildung an der schwingfähigen Einheit 3 der Umstand ausgenutzt, daß höherfrequente und tieferfrequente Moden im Falle einer Ansatzbildung unterschiedlich stark bedämpft werden. So gibt es Moden, deren Schwingverhalten von Ansatzbildung stark beeinflußt wird, während sich bei anderen Moden keine oder nur eine geringe Abhängigkeit von der Ansatzbildung bzw. der Masseänderung im Schwingverhalten bemerkbar macht.
Unter den Programmpunkten 30, 40 werden z. B. jeweils Anregungssignale in Form eines Sinus-Sweeps in den Frequenzbereichen f1 . . . f2, f3 . . . f4 berechnet. Beide Frequenzbereiche sind so gewählt, daß die schwingfähige Einheit 3 zu Schwingungen in unterschiedlichen Moden angeregt wird. Für die Wiedergabe der Anregungssignale werden in beiden Frequenzbereichen beispielsweise 1000 digitale Werte bestimmt. Diese werden bei 31, 41 zwischengespeichert. Unter Punkt 32 werden die digitalen Werte in Analogwerte umgewandelt; diese Analogwerte werden mit einer vorgegebenen Samplerate (z. B. 100 kHz) der Antriebs-/Empfangseinheit 4 zugeleitet. Die von der Antriebs-/Empfangseinheit 4 gelieferten Antwortsignale werden mit derselben Samplerate bei 33, 43 in digitale Werte umgesetzt. Unter Punkt 34 werden die Signale, die im Frequenzbereich f1 . . . f2 liegen herausgefiltert. Bei dem Programmpunkt 34, 44 werden die Signale, die im angeregten Frequenzbereich f3 . . . f4 liegen, herausgefiltert. Zusätzlich werden bei 44 auch die Signale, die im nicht angeregten Frequenzbereich f1 . . . f2 liegen, herausgefiltert.
Anhand der unter dem Programmpunkt 44 gewonnenen Werte aus den beiden Frequenzbereichen f1 . . . f2, f3 . . . f4 wird ermittelt, ob Fremdvibrationen die Füllstandsmeßdaten verfälschen. Hierzu werden bei 45, 46 die Effektivwerte der bei 34, 44 gefilterten Signale berechnet. Fremdvibrationen werden dann vermutet, wenn Schwingungen in dem Frequenzbereich f1 . . . f2 auftreten, der nicht angeregt worden ist. Je nach Stärke der Fremdvibrationen wird bei Programmpunkt 47 dann entschieden, ob die Meßdaten für die Füllstandsmessung überhaupt verwendet werden können.
Zur Ansatzdetektion und Verhinderung von Fehlschaltungen aufgrund kurzzeitiger Bedeckung wird unter den Programmpunkten 36, 48 eine gleitende Mittelwertbildung anhand einer bestimmten Anzahl von Meßwerten (z. B. anhand von 6 Meßwerten) aus den Frequenzbereichen f1 . . . f2, f3 . . . f4 durchgeführt. Bei 50 wird aus den Mittelwerten das Verhältnis gebildet. Aus dem bei 50 ermittelten Wert läßt sich qualitativ und/oder quantitativ ermitteln, ob bzw. wieviel Ansatz sich an der schwingfähigen Einheit 3 gebildet hat. Der ermittelte Wert dient zur Korrektur der Füllstandsmeßdaten (Programmpunkt 51). Anhand des korrigierten Meßwertes wird dann bei Programmpunkt 52 entschieden, ob der vorbestimmte Füllstand in dem Behälter erreicht ist oder nicht. Bezugszeichenliste 1 Vibrationsdetektor
2 Befestigungsteil
3 Schwingfähige Einheit
4 Antriebs-/Empfangseinheit
5 Membran
6 Verbindungsleitung
7 Verbindungsleitung
8 Regel-/Auswerteeinheit
9 Speichereinheit
10 Anzeigeeinheit
11 Kontrollstelle
12 Kommunikationsverbindung
13 Antriebseinheit
14 Empfangseinheit
15 Verschlußstück
16 Außengewinde
17 Einkerbung
18 Ausnehmung
19 Rohrwand
20 Gehäuse
21 Rohr
22 Stab

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter mit einem Gehäuse (20), an dem zumindest eine schwingfähige Einheit (3) befestigt ist,
mit einer Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14), die unmittelbar an der schwingfähigen Einheit (3) befestigt ist und sie in vorgegebenen Zeitintervallen oder kontinuierlich zu Schwingungen in zumindest einer ihrer Eigenmoden anregt, und
mit einer Regel-/Auswerteeinheit (8), die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der zeitlichen Änderung der detektierten Schwingungen der schwingfähigen Einheit (3) das Erreichen des vorbestimmten Füllstandes erkennt und/oder die anhand der detektierten Schwingungen bzw. der Änderung der detektierten Schwingungen zumindest eine sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße erkennt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der schwingfähigen Einheit (3) um einen Stab (22) oder um ein Rohr (21) handelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein federndes Element (5; 2) vorgesehen ist, das derart mit der schwingfähigen Einheit (3) verbunden ist, daß dieses federnd an dem Gehäuse (20) oder an einem Befestigungsteil (2) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem federnden Element um eine Membran (5) handelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Befestigungsteil (2) federnd ausgestaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Antriebs-/Empfangseinheit (4) um zumindest einen elektromechanischen Wandler handelt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) so an der schwingfähigen Einheit (3) befestigt ist, daß sie nicht in direkten Kontakt mit dem Medium kommt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, 6 oder 7, wobei die zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) im Innern der schwingfähigen Einheit (3) bzw. des schwingfähigen Rohres (21) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, 6 oder 7, wobei die zumindest eine Antriebs-/Empfangseinheit an der Außenfläche der schwingfähigen Einheit (3) derart befestigt ist, daß es vom Prozeß bzw. vom Medium durch die Membran (5) oder ein Verschlußstück (15) getrennt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6,
wobei die Regel-/Auswerteeinheit die schwingfähige Einheit über einen ersten elektromechanischen oder piezoelektrischen Wandler kontinuierlich zu Schwingungen anregt,
wobei ein zweiter elektromechanischer oder piezoelektrischer Wandler die Schwingungen empfängt und
wobei die Regel-/Auswerteeinheit anhand der Amplitude bzw. der Amplitudenänderung der Schwingungen das Erreichen des vorgegebenen Füllstandes erkennt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6,
wobei ein elektromechanischer Wandler als Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) verwendet wird und
wobei die Regel-/Auswerteienheit (8) anhand der Eingangsimpedanz des gekoppelten Systems "schwingfähige Einheit (4) - elektromechanischer Wandler" das Erreichen des vorgegebenen Füllstands erkennt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6,
wobei die Regel-/Auswerteeinheit (8) die schwingfähige Einheit (4) über die Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) für eine vorgegebene Zeitspanne zu Schwingungen angeregt,
wobei die Regel-/Auswerteeinheit (8) das Abklingverhalten der Schwingungen der schwingfähigen Einheit (3) oder die zeitliche Änderung der Schwingungsenergie der schwingfähigen Einheit (3) bestimmt wird, und
wobei die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand des Abklingverhaltens, insbesondere der Abklingzeit der Schwingungen oder des Energiegehalts der abklingenden Schwingungen der schwingfähigen Einheit (3), oder der zeitlichen Änderung der Schwingungsenergie der schwingfähigen Einheit (3) erkennt, ob die schwingfähige Einheit (3) frei schwingt oder in Kontakt mit dem Füllgut ist, und/oder
wobei die Regel-/Auswerteeinheit (8) anhand des Abklingverhaltens oder der zeitlichen Änderung der Schwingungsenergie erkennt, ob zumindest eine sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße auftritt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, 8, 9, 10 oder 11, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (8) die Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) mit einem periodischen Signal, mit einem Sweep-Signal oder mit einem Rauschsignal beaufschlagt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit (4; 13, 14) die schwingfähige Einheit (3) zu Schwingungen in zwei voneinander verschiedenen Moden anregt und wobei die Regel-/Auswerteeinheit anhand der Schwingungsverhalten der beiden Moden eine sensor- und/oder prozeßbedingte Störgröße erkennt und ggf. bei der Füllstandsbestimmung berücksichtigt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 13, wobei es sich bei der Regel-/Auswerteeinheit um einen Mikroprozessor handelt, über den die Signalerzeugung, die Messung, die Filterung und/oder die Auswertung der Meß-/Empfangssignale erfolgt.