DE102004008125A1

DE102004008125A1 - Method and device for capacitive level determination

Info

Publication number: DE102004008125A1
Application number: DE102004008125A
Authority: DE
Inventors: Igor Dr. Getman
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-01
Also published as: WO2005078398A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), wobei mindestens eine Füllstandssonde (3) vorgesehen ist und wobei mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit (4) vorgesehen ist, die die Füllstandssonde (3) mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde (3) auswertet. Die Erfindung beinhaltet, dass eine Änderung mindestens einer Prozessbedingung bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung für die Bestimmung des Füllstandes ein derartiger Auswertealgorithmus verwendet wird, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstndes hat und dass aus dem Antwortsignal und/oder einem dazu proportionalen Signal über den Auswertealgorithmus der Füllstand des Mediums (1) bestimmt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Vorrichtung.The The invention relates to a method for capacitive determination the level a medium (1) in a container (2), wherein at least one level probe (3) is provided and wherein at least one control / evaluation unit (4) is provided, the level probe (3) controls with an electrical drive signal and the on electrical response signal of the level probe (3) evaluates. The invention includes that a change at least one process condition is determined that in dependence from being affected by the change resulting process condition for the determination of the level Such an evaluation algorithm is used that the resulting from the change Process condition minimal impact on the determination of the filling level and that from the response signal and / or a proportional thereto Signal over the Evaluation algorithm of the level of the medium (1) is determined. Furthermore, the invention relates to a corresponding device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, wobei mindestens eine Füllstandssonde vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, die die Füllstandssonde mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde auswertet.The The invention relates to a method and a device for Capacitive determination of the level a medium in a container, wherein at least one level probe is provided, and wherein at least one control / evaluation unit is provided, which is the level probe with an electrical drive signal drives, and an electric Evaluates response signal of the level probe.

Kapazitive Messgeräte zur Füllstandsmessung sind seit vielen Jahren bekannt. Dabei bilden eine in den Behälter ragende Sonde und die Behälterwand oder zwei in den Behälter ragende Sonden einen Kondensator. Dessen Kapazität C ist zumindest abhängig vom Füllstand und der Dielektrizitätskonstante des zu messenden Mediums. Somit kann aus der Kapazität C der Füllstand bestimmt werden. Es ergeben sich jedoch einige Schwierigkeiten.capacitive Measuring device for level measurement have been known for many years. This form a projecting into the container Probe and the container wall or two in the container protruding probes a capacitor. Its capacity C is at least dependent on level and the dielectric constant of the medium to be measured. Thus, from the capacity C of level be determined. However, there are some difficulties.

Eine Möglichkeit zur Messung dieser Kapazität C ist die so genannte Scheinstrommessung. Dabei wird z.B. mittels einer konventionellen Gleichrichterschaltung der Betrag des Wechselstromes gemessen, der bei einer bestimmten Frequenz und Spannung durch den aus Sonde, Medium und Behälterwand gebildeten Kondensator der zu bestimmenden Kapazität C fließt. Der Scheinstrom I_S ist allerdings nicht nur von der Kapazität C, sondern auch von der Leitfähigkeit σ des zu messenden Mediums abhängig. Da die Leitfähigkeit σ vor allem bei Schüttgütern von unterschiedlichen Faktoren wie z.B. Temperatur oder Luftfeuchtigkeit abhängt, ergeben sich dadurch Ungenauigkeiten.One way of measuring this capacitance C is the so-called apparent current measurement. In this case, for example by means of a conventional rectifier circuit, the amount of alternating current is measured, which flows at a certain frequency and voltage through the capacitor formed by the probe, medium and container wall of the capacitance C to be determined. However, the apparent current I _S is not only dependent on the capacitance C, but also on the conductivity σ of the medium to be measured. Since the conductivity σ, especially for bulk solids, depends on different factors such as temperature or humidity, this results in inaccuracies.

Eine Methode, den Einfluss dieser Parallelleitfähigkeit zu unterdrücken, ist die Messung bei relativ hohen Frequenzen. Der durch die Kapazität C fließende Anteil des Scheinstromes I_S ist proportional zur Frequenz, wohingegen der durch die Leitfähigkeit σ verursachte Anteil konstant bleibt. Somit überwiegt bei hohen Frequenzen praktisch immer der kapazitive Anteil. Die Messung bei hohen Frequenzen (>100 kHz) führt allerdings erfahrungsgemäß zu Schwierigkeiten bei langen Sonden mit großen parasitären Induktivitäten.One way to suppress the influence of this parallel conductivity is to measure at relatively high frequencies. The proportion of the apparent current I _S flowing through the capacitance C is proportional to the frequency, whereas the proportion caused by the conductivity σ remains constant. Thus, almost always the capacitive component prevails at high frequencies. The measurement at high frequencies (> 100 kHz), however, experience leads to difficulties with long probes with large parasitic inductances.

Eine andere Methode zur Messung der Kapazität C besteht darin, nicht den Scheinstrom I_S zu messen, sondern den Blindstrom bei einem Phasenverschiebungswinkel von 90° zwischen Strom und Spannung, was einer reinen Kapazitätsmessung entspricht. Dies lässt sich z.B. mit Hilfe einer Synchrongleichrichterschaltung realisieren (siehe Patent DE 42 44 739 C2 ). Dieses Verfahren ist bei einzelnen Medien mit Nachteilen verbunden. Bei Medien mit kleiner Dielektrizitätskonstante und großer Leitfähigkeit, die mit einer Scheinstrommessung gut messbar sind, ergeben sich aufgrund des praktisch verschwindenden Blindstromes Schwierigkeiten. Außerdem sind derartige konventionelle Synchrongleichrichterschaltungen erfahrungsgemäß empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.Another method for measuring the capacitance C is not to measure the apparent current I _S , but the reactive current at a phase shift angle of 90 ° between current and voltage, which corresponds to a pure capacitance measurement. This can be realized, for example, with the aid of a synchronous rectifier circuit (see patent DE 42 44 739 C2 ). This process is associated with disadvantages for individual media. For media with a low dielectric constant and high conductivity, which are easily measurable with an apparent current measurement, difficulties arise due to the virtually vanishing reactive current. In addition, such conventional synchronous rectifier circuits are known to be sensitive to electromagnetic interference.

Probleme bei den Messungen ergeben sich weiterhin z.B. durch Toleranzen der verwendeten Bauteile und z.B. durch Ansatz, der an der Messsonde durch das zu messende Medium auftreten kann. Dieser Ansatz hat Einfluss auf das Messsignal und somit auch auf den Messwert, d.h. den zu bestimmenden Füllstand.issues in the measurements, further results are e.g. through tolerances of used components and e.g. by approach, attached to the probe can occur through the medium to be measured. This approach has influence to the measuring signal and thus also to the measured value, i. e. which to determining level.

Allgemein ergibt sich also das Problem, dass die Kapazität C des Kondensators aus Sonde und Behälterwand/zweiter Sonde von vielen Prozessgrößen oder Prozessbedingungen – da in der vorliegenden Erfindung der Füllstand bestimmt wird, seien unter Prozessbedingungen alle Prozessgrößen außer des Füllstands verstanden – abhängig ist: Füllstand, Dielektrizitätskonstante und Leitwert des Mediums, Geometrie der Sonde, Position der Sonde relativ zur Behälterwand oder zur zweiten Sonde, Temperatur und Druck im Behälter usw. Ändert sich eine dieser Prozessbedingungen, so kann sich auch der Kapazitätswert C ändern. Ist also im Prozess nicht sichergestellt, dass sich nur der Füllstand ändert, so sind Änderungen der Kapazität C nicht mehr eindeutig mit Änderungen des Füllstandes verbunden. Dies betrifft ebenfalls Füllstandsmessungen, für welche – unter anderen Prozessbedingungen – Referenzwerte für die Kalibrierung bestimmt worden sind.Generally Thus, the problem arises that the capacitance C of the capacitor from probe and container wall / second Probe of many process variables or Process conditions - there in the present invention, the level is determined, be Under process conditions, all process variables are understood except for the fill level - depending on: Level, dielectric constant and Conductance of the medium, geometry of the probe, position of the probe relative to the container wall or to the second probe, temperature and pressure in the container, etc. Changes one of these process conditions, so the capacitance value C may change. is So in the process not ensured that only the level changes, so are changes the capacity C no longer unique with changes the level connected. This also applies to level measurements, for which - among others Process Conditions - Reference Values for the Calibration has been determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Füllstand eines Mediums möglichst genau und zuverlässig kapazitiv zu bestimmen. Dafür sind ein Verfahren und eine Vorrichtung erforderlich.Of the Invention is based on the object, the level of a medium as possible accurate and reliable Capacitive to determine. Therefore a method and a device are required.

Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Änderung mindestens einer Prozessbedingung bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung für die Bestimmung des Füllstandes ein derartiger Auswertealgorithmus verwendet wird, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat, und dass aus dem Antwortsignal und/oder einem dazu proportionalen Signal über den Auswertealgorithmus der Füllstand des Mediums bestimmt wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Auswertealgorithmus um eine entsprechende Formel, mit der sich aus den Größen des Antwortsignals (z.B. Phase, Amplitude, Betrag) der Füllstand berechnen lässt. Der Füllstand wird also jeweils mit einer solchen Formel/einem solchen Algorithmus berechnet, die/ der möglichst optimal an die herrschenden Prozessbedingungen – Leitwert des Mediums, möglicher Ansatz an der Füllstandssonde, Temperatur, Geometrie der Sonde und auch Position der Sonde in Relation zum Behälter usw. – derartig angepasst ist, dass die Prozessbedingungen möglichst keine Auswirkungen zeigen, insbesondere, dass sie keine Nichtlinearitäten hervorrufen. Die Bestimmung des Änderung einer Prozessbedingung kann z.B. durch den Benutzer erfolgen, welcher dann entsprechende Daten an das Messgerät übermittelt. Die Bestimmung erfolgt somit über die Auswertung des vom Benutzers oder von einer zusätzlichen Messstelle eingegebenen Wert bzw. einer damit verbundenen Beschreibung der Prozessbedingungen. Der für die gegebene Situation optimale Auswertealgorithmus/die Formel lässt sich beispielsweise aus einer Liste von im Messgerät abgelegten Algorithmen wählen oder es wäre auch eine individuelle Anpassung an die vorherrschenden Prozessbedingungen über eine Optimierung möglich. Dafür kann beispielsweise eine Datenleitung zu einer entfernten Auswerteinheit vorgesehen sein, die ggf. über eine größere Rechnerkapazität verfügt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine begrenzte Auswahl von fest vorgegebenen Auswertealgorithmen/Formeln passend abgelegt ist, aus welcher vom Benutzer oder vom Messgerät selbst ein passender Algorithmus ausgewählt wird. Im Fall, dass es sich bei der überwachten Prozessbedingung um den Ansatz handelt, könnten z.B. ein Modus A für keinen Ansatz bis maximal x mm und Modus B für einen Ansatz zwischen x mm und maximal y mm vorgesehen sein. Ein zu großer Ansatz kann – wie weiter unten ausgeführt ist – durch die Art der Auswertung nicht kompensiert werden, so dass es zwingend erforderlich ist, den Ansatz zu beseitigen, um wieder korrekt messen zu können.The object is achieved with respect to the method according to the invention in that a change in at least one process condition is determined, that depending on the resulting from the change process condition for the determination of the level of such an evaluation algorithm is used, that the resulting process result by the minimal condition Effects on the determination of the level has, and that from the response signal and / or a signal proportional thereto via the evaluation algorithm, the level of the medium is determined. In the simplest case, the evaluation algorithm is a corresponding formula with which the fill level can be calculated from the magnitudes of the response signal (eg phase, amplitude, magnitude). The level is thus calculated in each case with such a formula / such an algorithm as optimally as possible to the prevailing process conditions - conductivity of the medium, possible approach to the level probe, temperature, geometry the probe and also the position of the probe in relation to the container, etc. - adapted in such a way that the process conditions show as no effects as possible, in particular that they do not cause any nonlinearities. The determination of the change of a process condition can, for example, be carried out by the user, who then transmits corresponding data to the measuring device. The determination thus takes place via the evaluation of the value entered by the user or by an additional measuring point or an associated description of the process conditions. The evaluation algorithm / formula that is optimal for the given situation can be chosen, for example, from a list of algorithms stored in the measuring device, or an individual adaptation to the prevailing process conditions via an optimization would also be possible. For example, a data line to a remote evaluation unit may be provided, which optionally has a larger computer capacity. However, it can also be provided that a limited selection of fixed evaluation algorithms / formulas is suitably filed, from which the user or the measuring device itself selects a suitable algorithm. In the case where the monitored process condition is the approach, for example, a mode A for no batch up to x mm and mode B for a batch between x mm and maximum y mm could be provided. An excessive approach can not be compensated by the nature of the evaluation, as explained below, so that it is imperative to eliminate the approach in order to be able to measure correctly again.

Wären alle Prozessbedingungen konstant, so würde eine einzige optimal angepasste Formel genügen. Um Nichtlinearitäten zu vermeiden, ist es dabei ggf. sinnvoll, den Anwendungsbereich der Messvorrichtung zu beschränken, z.B. in Hinsicht auf die Medien bezüglich ihres Leitwertes. Das Problem besteht jedoch darin, dass die meisten Prozessbedingungen nicht konstant sind, sondern sich ändern. Daher ist die Idee der Erfindung, dass der Auswertealgorithmus/die Formel an die geänderten Bedingungen derartig angepasst wird, dass die geänderte Prozessbedingung möglichst minimale, d.h. im besten Fall keine Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Dabei wird vorzugsweise die Prozessbedingung ausgewählt, die die stärksten Änderungen bzw. den stärksten Einfluss auf die Füllstandsbestimmung aufweist. Es ist weiterhin vorzugsweise die Prozessbedingung, die sich nicht eingrenzen lässt, wie z.B. die Einschränkung der Anwendung auf bestimmte Medien oder Temperaturbereiche. Ein Beispiel hierfür ist der Ansatz, der sich aus dem Prozess heraus ergibt. Beim Ansatz könnte jedoch auch eine Warnmeldung an den Benutzer ausgegeben werden, wenn der Ansatz zu groß ist, so dass eine Reinigung zwingend erforderlich ist.Would all be Process conditions constant, so would a single optimally adapted Formula suffice. To nonlinearities it may be useful to avoid the scope restrict the measuring device, e.g. in terms of the media in terms of their conduct value. The The problem, however, is that most process conditions are not constant, but change. Therefore, the idea of Invention that the evaluation algorithm / formula to the changed Conditions are adapted so that the changed process condition as possible minimal, i. in the best case, no effect on the determination the level Has. In this case, the process condition is preferably selected, the the strongest changes or the strongest Influence on the level determination having. It is furthermore preferably the process condition that can not be limited, such as. the restriction Application to specific media or temperature ranges. One Example for this is the approach that results from the process. In the approach, however, could Also, a warning message will be issued to the user when the Approach is too big so that a cleaning is mandatory.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal in der Regel-/Auswerteeinheit digitalisiert wird. Eine solche Digitalisierung des Antwortsignals für die kapazitive Füllstandsbestimmung ist beispielsweise beschrieben in der Patentanmeldung der Anmelderin beim Deutschen Patent- und Markenamt unter dem Aktenzeichen 103 22 279.0. Eine solche Digitalisierung erlaubt es, dass das Antwortsignal der Auswertung optimal zugänglich ist. Dabei wird nicht das Antwortsignals selbst, welches üblicherweise ein Stromsignal ist, digitalisiert, sondern das dazu proportionale Spannungssignal, welches sich über einen Widerstand aus dem Antwortsignal erzeugen lässt.A advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the response signal and / or a signal proportional thereto in the Control / evaluation unit is digitized. Such a digitization of the response signal for the Capacitive level determination is described, for example, in the Applicant's patent application to German patent and Trademark Office under the file number 103 22 279.0. Such digitization allows the response signal of the evaluation to be optimally accessible. It is not the response signal itself, which usually a current signal is digitized, but the proportional to it Voltage signal, which is about generate a resistance from the response signal.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass für die Bestimmung des Füllstandes die Amplitude und/oder die Phase und/oder der Betrag des Antwortsignals benutzt wird/werden. Aus dem Antwortsignal – üblicherweise ein Stromsignal – bzw. einem dazu proportionalen Signal – aus dem Stromsignal wird üblicherweise über einen Widerstand ein Spannungssignal erzeugt – stehen also bis zu drei Größen zur Verfügung, aus denen auf die Änderung einer Prozessgröße geschlossen werden bzw. aus denen der Füllstand berechnet werden kann. Im Stand der Technik wird üblicherweise nur der Betrag des Antwortsignals ausgewertet, was einen Verlust an Information bedeutet. Somit sind in dieser Ausgestaltung bis zu zwei zusätzliche Größen gegeben, über die weitere und genauere Berechnungen möglich sind. Dies setzt jedoch voraus, dass das Antwortsignal auch hinsichtlich der Phase ausgewertet werden kann, was durch die Digitalisierung leicht zu realisieren ist. Die Auswertung der Phase des Antwortsignals oder eines dazu proportionalen Signals hat den Vorteil, dass durch die Phase meist eine große Dynamik gegeben ist, die oft die Dynamik der Amplitude übertrifft. Dies ist jedoch abhängig von den Eigenschaften des Mediums, dessen Füllstand gemessen und/oder überwacht werden soll.A includes advantageous embodiment of the method according to the invention, that for the determination of the level the amplitude and / or the phase and / or the magnitude of the response signal is used will be. From the response signal - usually a current signal - or a to proportional signal - off the current signal is usually via a Resistance generates a voltage signal - so are up to three sizes to available from those to the change closed a process variable or from which the level can be calculated. In the prior art is usually only the amount of the response signal evaluated, giving a loss to information means. Thus, in this embodiment, until to two additional ones Given sizes over the further and more accurate calculations are possible. This sets however assume that the response signal is also evaluated in terms of phase what can be easily realized through digitization is. The evaluation of the phase of the response signal or one to it proportional signal has the advantage that through the phase mostly a big Dynamic is given, which often exceeds the dynamics of the amplitude. This is dependent, however of the properties of the medium whose level is measured and / or monitored shall be.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Änderung einer Prozessbedingung durch die Auswertung des Antwortsignals bei einem bekannten Füllstandswert des Mediums bestimmt wird. Ist der Füllstand des Mediums bekannt – z.B. über ein zweites Füllstandsmessgerät oder über die Eingabe des Wertes –, so lassen sich Schlussfolgerungen daraus ziehen. Vor allem wenn zwei Antwortsignale gegeben sind, die zu unterschiedlichen Zeiten beim gleichen Füllstandswert gewonnen wurden, so kann aus dem Vergleich der Signale eine Aussage über die Änderung von Prozessbedingungen gewonnen werden. Ist beispielsweise Ansatz aufgetreten, so kann sich dies in einer unterschiedlichen Phase niederschlagen. Die Idee ist also, dass bei gleichem Füllstand unterschiedliche Antwortsignale oder ein Antwortsignal mit vorgegebenen Sollwerten verglichen wird. Zeigen sich Unterschiede, so muss dies auf Änderungen der Prozessbedingungen zurückzuführen sein und die Auswertung erfolgt ab diesem Zeitpunkt vorzugsweise mit einem angepassten Algorithmus oder einer angepassten Auswerteformel.An advantageous embodiment of the inventive method includes that the change of a process condition is determined by the evaluation of the response signal at a known level value of the medium. If the level of the medium is known - eg via a second level gauge or via the input of the value - conclusions can be drawn. Especially when two response signals are given, which were obtained at different times at the same level value, so can be obtained from the comparison of the signals a statement about the change of process conditions. For example, if approach has occurred, this can be reflected in a different phase. So the idea is that at the same level different response signals or a response signal with predetermined setpoints is compared. If there are any differences, this must be due to changes in the process conditions and the evaluation is preferably carried out from this time on with a modified algorithm or a modified evaluation formula.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Änderung eines Ansatzes an der Füllstandssonde bestimmt wird. Je nach Beschaffenheit des Mediums kann dieses an der Sonde anhaften. Ansatz tritt dann auf, wenn nach Absinken des Füllstandes das Medium an der Sonde hängt und z.B. antrocknet. Ein solcher Ansatz wirkt dann ähnlich einer Metallhülle, die über die Sonde gezogen wird. Dadurch wird die Sonde quasi abgeschirmt und es kann sogar dazu kommen, dass der Füllstand keine Kapazitätsänderung mehr hervorrufen kann. Deshalb ist Ansatz eine sehr wichtige Prozessbedingung, die vor allem während der Änderung des Füllstandes, in Abhängigkeit von der Temperatur oder auch der Zeit, über welcher der Ansatz an der Sonde besteht, Änderungen unterworfen ist.A advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a change an approach to the level probe is determined. Depending on the nature of the medium this can adhere to the probe. Approach occurs when, after sinking the filling level the medium hangs on the probe and e.g. dries. Such an approach is similar to one Metal shell the above the probe is pulled. As a result, the probe is virtually shielded and it may even happen that the level no longer changes capacity can cause. Therefore, approach is a very important process condition especially during the change the level, dependent on from the temperature or even the time over which the approach to the Probe exists, changes is subject.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus der Phase des Antwortsignals oder des dazu proportionalen Signals eine Änderung des Ansatzes bestimmt wird. Ansatz ergibt sich dadurch, dass das Medium an der Sonde hängen bleibt. Somit ergibt sich also quasi eine Art Abschirmung um die Sonde herum. Nun erlauben es nicht alle Prozesse, dass die Sonde regelmäßig gereinigt, also von Ansatz befreit wird. Daher sollte in der Füllstandsbestimmung auf den Ansatz eingegangen werden. Eine erste Näherung ergibt, dass der Ansatz zu einer Art von Phasenverschiebung führt. Somit liegt es nahe, dass für die Berechnung des Füllstandes in erster Näherung eine Formel verwendet wird, die u.a. von der Phase des Antwortsignals einen Phasenwert subtrahiert. Die Phasenverschiebung wird also quasi rückgängig gemacht. Dieser zu subtrahierende Phasenwert ist jedoch abhängig von der Ausdehnung und auch von der sonstigen Beschaffenheit des Ansatzes, z.B. auch ob es sich um Ansatz von oben oder von unten, d.h. vom Medium am Stab nach oben handelt.A Embodiment of the method according to the invention provides that from the phase of the response signal or the proportional Signals a change of the approach is determined. Approach results from the fact that the Hang the medium on the probe remains. Thus, there is a kind of shielding around the Probe around. Now not all processes allow that probe cleaned regularly, that is freed from approach. Therefore, in the level determination should to be approached. A first approximation shows that the approach leads to a kind of phase shift. Thus, it is obvious that for the Calculation of the filling level in first proximity a formula is used which i.a. from the phase of the response signal one Phase value subtracted. The phase shift is thus virtually reversed. However, this phase value to be subtracted depends on the Extent and also of the other nature of the approach, e.g. whether it is approach from above or from below, i. from Medium on the bar is up.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Füllstandssonde mit einem Wechselstromsignal als elektrischem Ansteuersignal ansteuert wird, und dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung die Frequenz des Ansteuersignals geändert wird. Je nach der Frequenz des Ansteuersignals ist es möglich, dass besonders der Ansatz mehr oder weniger Einfluss auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Somit ist die Idee dieser Ausgestaltung, dass in Abhängigkeit vom Bestimmen eines Ansatzes die Frequenz des Ansteuersignals verändert, vorzugsweise vergrößert wird. Diese Ausgestaltung ist jedoch limitiert durch den zur Verfügung stehenden Strom und durch das Problem, dass die Füllstandssonde in Abhängigkeit von seiner Länge als Antenne funktionieren kann. Der Auswertealgorithmus baut also bei dieser Ausgestaltung darauf, dass durch eine andere Anregefrequenz negative Folgen z.B. des Ansatzes kompensiert werden.A Embodiment of the method according to the invention that includes the level probe with an AC signal drives as an electrical drive signal will, and that in dependence from being affected by the change resulting process condition, the frequency of the drive signal is changed. Depending on the frequency of the drive signal, it is possible that especially the approach more or less influence on the determination the level Has. Thus, the idea of this embodiment is that depending from determining an approach, the frequency of the drive signal changes, preferably is enlarged. However, this embodiment is limited by the available power and by the problem that the level probe depending on of his length as an antenna can work. The evaluation algorithm builds so in this embodiment, that by another exciting frequency negative consequences e.g. of the approach to be compensated.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass in dem Fall, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, ein Alarm ausgegeben wird. Es ist z.B. möglich, dass ein Ansatz so dick wird, dass eine zuverlässige Messung nicht mehr möglich ist, weil beispielsweise das Antwortsignal zu schwach ist. Somit ist es sinnvoller, dass an den Benutzer ein Hinweis ausgegeben wird, dass ein Reinigen der Sonde zwingend erforderlich ist. Dies gilt jedoch nicht nur für Ansatz, sondern auch für Änderungen der Leitfähigkeit des Mediums, der Temperatur, des Druckes usw.A Embodiment of the method according to the invention that implies that in the event that is affected by the change resulting process condition outside a predetermined range, an alarm is issued. It is e.g. possible, that an approach becomes so thick that a reliable measurement is no longer possible, because, for example, the response signal is too weak. Thus is it makes more sense that a hint is issued to the user that Cleaning the probe is absolutely necessary. This is true, however not only for Approach, but also for changes the conductivity of medium, temperature, pressure, etc.

Die Erfindung gibt ebenfalls eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, wobei mindestens eine Füllstandssonde vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, die die Füllstandssonde mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde auswertet.The Invention also provides a device for capacitive determination the level a medium in a container, wherein at least one level probe is provided, and wherein at least one control / evaluation unit is provided which the level probe with an electrical drive signal drives, and an electric Response signal of the level probe evaluates.

Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung dadurch, dass der Regel-/Auswerteeinheit mindestens eine Speichereinheit zugeordnet ist, in welcher Auswertealgorithmen zur Bestimmung des Füllstandes abgelegt sind. Der Regel-/Auswerteeinheit ist also eine Speichereinheit zugeordnet – dabei kann diese Speichereinheit Bestandteil der eigentlichen Vorrichtung sein oder über eine Datenkommunikationsart (Feldbus, Ethernet usw.) mit der Vorrichtung verbunden sein –, in der mehrere Auswertealgorithmen oder im einfachsten Fall Auswerteformeln abgelegt sind oder aufgrund anderer abgelegter Daten passend erzeugt werden können. Somit stehen der Bestimmung des Füllstandes mehrere Algorithmen/Formeln zur Verfügung, wobei passend zur Änderung einer Prozessbedingung der optimale Algorithmus oder die optimale Formel verwendet wird.The Invention solves the task concerning the device in that the control / evaluation at least a memory unit is assigned, in which evaluation algorithms for determining the filling level are stored. The control / evaluation unit is thus a memory unit assigned - it can this storage unit be part of the actual device or over a data communication type (fieldbus, ethernet, etc.) with the device be connected -, stored in the multiple evaluation algorithms or in the simplest case evaluation formulas or suitably generated based on other stored data can. Thus, the determination of the level of several algorithms / formulas to disposal, being appropriate to the change a process condition the optimal algorithm or the optimal one Formula is used.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie die Änderung einer Prozessbedingung bestimmt und dass sie entsprechend der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung einen solchen Auswertealgorithmus zur Bestimmung des Füllstandes verwendet, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Die Regel-/Auswerteeinheit bestimmt also die Änderung einer Prozessbedingung und bestimmt dann den Füllstand mit einem Algorithmus, bei welchem die geänderten und somit neuen Prozessbedingungen möglichst keine Auswirkungen haben, so sollten z.B. Nichtlinearitäten möglichst vermieden werden. Die Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung kann z.B. über einen zusätzlichen Sensor erfolgen, der eine Prozessbedingung überwacht. Eleganter ist es, direkt aus dem Antwortsignal selbst die Änderung einer Prozessbedingung zu bestimmen. Ansatz hat z.B. Auswirkungen auf die Phase in Hinsicht auf Extremwerte und auch in Hinsicht auf den Verlauf der Phase. Somit kann z.B. aus der Phase auf den Ansatz rückgeschlossen werden.An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit is configured such that it determines the change of a process condition and that it uses such an evaluation algorithm for determining the filling level according to the process condition resulting from the change the change resulting process condition minimal impact on the determination of the level. Thus, the control / evaluation unit determines the change of a process condition and then determines the level with an algorithm in which the changed and thus new process conditions have as few effects as possible, so for example non-linearities should be avoided as far as possible. The determination of the change of a process condition can, for example, be made via an additional sensor which monitors a process condition. It is more elegant to determine directly from the response signal itself the change of a process condition. The approach has, for example, an impact on the phase in terms of extreme values and also in terms of the course of the phase. Thus, for example, can be deduced from the phase on the approach.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Regel-/Auswerteeinheit mindestens ein Analog/Digitalwandler zugeordnet ist, der mindestens das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal digitalisiert. Hierüber lässt sich das Antwortsignal – meist ein Stromsignal – oder ein dazu proportionales Signal – üblicherweise ein Spannungssignal – digitalisieren und somit optimal auswerten, wozu auch gehört, dass vom Antwortsignal nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase ausgewertet wird. Vorzugsweise ist die Regel-/Auswerteinheit ein Mikroprozessor mit einem entsprechenden Signaleingang zum Analog/Digitalwandler.A advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit at least one analog / digital converter is assigned, the at least the response signal and / or a thereto proportional signal digitized. This can be the response signal - usually a Current signal - or a signal proportional to it - usually a voltage signal - digitize and thus optimally evaluate, which also includes that of the response signal not only the amplitude, but also the phase is evaluated. Preferably, the control / evaluation unit is a microprocessor with a corresponding signal input to the analog / digital converter.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens ein zusätzliches Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes des Mediums vorgesehen ist, dessen Messwert von der Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung verwendet wird. Über dieses zusätzliche Füllstandsmessgerät kann die Änderung einer Prozessgröße bestimmt werden, indem z.B. unterschiedliche Antwortsignale beim gleichen Füllstandswert miteinander oder mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden. Eine andere Ausgestaltung ist, dass der Benutzer über eine Eingabeeinheit den Füllstandswert der Vorrichtung übermittelt und somit zur Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung beiträgt.A Embodiment of the device according to the invention provides that at least one additional level gauge for the determination the level the medium is provided, the measured value of the device to determine the change a process condition is used. About this additional Level gauge can change a process variable determined be replaced by e.g. different response signals at the same level value be compared with each other or with corresponding setpoints. Another embodiment is that the user has one Input unit the level value transmitted to the device and thus to determine the change contributes to a process condition.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie aus der Phase des Antwortsignals oder eines dazu proportionalen Signals eine Änderung des Ansatzes an der Füllstandssonde bestimmt. Dies ist die oben angesprochene Ausgestaltung, dass aus dem Antwortsignal selbst die Änderung der Prozessbedingung bestimmt wird. Das Antwortsignal wird also vorzugsweise auf Änderungen hin überprüft, die sich nicht durch die Änderung des Füllstandes, sondern der Prozessbedingung ergeben. Eine Möglichkeit ist, dass die minimalen oder maximalen Werte von Phase oder Amplitude überprüft werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Auswertung des zeitlichen oder Füllstandsabhängigen Verlauf der Größen. Vorzugsweise wird die Phase untersucht, um aus dieser auf den Ansatz zu schließen.A Embodiment of the device according to the invention includes that the control / evaluation designed in such a way is that they are from the phase of the response signal or a signal proportional thereto a change the approach to the level probe certainly. This is the embodiment discussed above that the response signal itself the change the process condition is determined. The response signal is so preferably for changes checked out, the not by the change the level, but the process condition result. One possibility is that the minimum or maximum values of phase or amplitude are checked. Another possibility consists in the evaluation of the time or level dependent course of the variables. Preferably the phase is examined to draw from this on the approach.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: einen schematischen Aufbau einer kapazitiven Füllstandsmessung, 1 : a schematic structure of a capacitive level measurement,

2: ein Flussdiagramm zu Verdeutlichung des Verfahrens, 2 : a flow chart to clarify the method,

3: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit der Admittanz des Antwortsignals von der Leitfähigkeit und dem DK-Wert des Mediums, 3 FIG. 2 is a diagram illustrating the dependence of the admittance of the response signal on the conductivity and the DK value of the medium, FIG.

4: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung des Ansatzes auf die Admittanz, und 4 a diagram illustrating the effect of the approach on admittance, and

5: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Fehler zweier unterschiedlicher Auswerteformeln. 5 : a diagram to illustrate the errors of two different evaluation formulas.

In 1 bilden die Füllstandssonde 3, die Wand des Behälters 2 und das Medium 3 einen Kondensator, dessen Kapazität C u.a. durch den Füllstand des Mediums 1 bedingt ist. Weitere Größen, von denen die Kapazität C beeinflusst wird, sind u.a. der Leitwert und die Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) des Mediums 1, die Temperatur, der Druck. Weiterhin zeigen sich Abhängigkeiten von der Geometrie der Sonde 3, des Behälters 2 und der Positionierung der Sonde 3 und des Behälters 2 zueinander. Weiterhin kann es je nach Art des Mediums 1 zur Bildung von Ansatz 5 an der Sonde 3 oder der Wandlung des Behälters 2 kommen. Somit ändert nicht nur der Füllstand des Mediums 1 die Kapazität C, sondern auch andere Prozessbedingungen haben Einfluss. Da dies umgekehrt die Bestimmung des Füllstandes erschwert, unsicher oder sogar unmöglich macht, ist die Vorrichtung der Erfindung weiter ausgestaltet. In der Regel-/Auswerteeinheit 4 – diese kann direkt ein Bestandteil der Messvorrichtung sein, kann jedoch auch weiter davon entfernt und z.B. über eine Datenleitung mit der Sonde 3 oder einer dazwischen geschalteten Elektronikeinheit verbunden sein – wird zunächst das Antwortsignal der Sonde 3 oder ein dazu proportionales Signal – aus dem Stromsignal lässt sich über einen Widerstand (graphisch hier nicht dargestellt) ein Spannungssignal gewinnen – durch einen Analog/Digitalwandler 11 digitalisiert. Dafür ist z.B. in der Regel-/Auswerteeinheit 4 ein Mikroprozessor vorgesehen. Aus diesem digitalisierten Signal lässt sich dann beispielsweise bestimmen, ob sich Ansatz 5 an der Sonde 3 gebildet, bzw. ob sich die Ausdehnung des Ansatzes 5 geändert hat. Liegen Änderungen vor- es lassen sich auch andere Prozessbedingungen überwachen; dafür sind ggf. entsprechende Sensoren erforderlich, falls sich nicht ein von der Prozessbedingung eindeutiges Verhalten im Antwortsignal zeigt –, so wird der Füllstand aus dem Antwortsignal mit einer an die neuen Prozessbedingungen angepassten Formel bestimmt. Entsprechende Formeln und Auswertealgorithmen sind dabei in der Speichereinheit 10 hinterlegt. Dort können auch Daten hinterlegt sein, aus denen sich dann eine optimal angepasste Formel oder ein optimaler Algorithmus ergibt. Die Optimierung besteht hierbei darin, dass die sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingungen möglichst geringen Einfluß auf die Bestimmung des Füllstandes haben, also besonders keine fehlerhafte Werte erzeugen. Die Speichereinheit 10 muss jedoch nicht – wie hier dargestellt – ein Bestandteil der Vorrichtung, bzw. der Regel-/Auswerteeinheit 4 sein. Die Idee der Erfindung ist also, den Auswertealgorithmus/die Formel zur Bestimmung des Füllstandes und somit die Bestimmung selbst an die herrschenden Prozessbedingungen anzupassen. Dafür ist es jedoch erforderlich zu erkennen, dass sich die Prozessbedingungen geändert haben. Da sich auch solche Prozessbedingungen einstellen können, die außerhalb gewisser Grenzen liegen, die also außerhalb des Bereiches liegen, in dem sinnvolle und verlässliche Messungen möglich sind, ist weiterhin in der in der Figur dargestellten Ausgestaltung der Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens eine Anzeigeeinheit 15 vorgesehen, über welche z.B. signalisiert wird, dass der Ansatz so groß ist, dass eine Reinigung der Füllstandssonde 3 vorgenommen werden muss. Die Grenzen der Prozessbedingungen sind dabei entsprechend vorzugeben und richten sich auch danach, welche Prozessbedingungen durch die Elektronik und die Auswertealgorithmen und Formeln noch eine Auswertung des Füllstandssignals zulassen. Das Füllstandsmessgerät 20 ist beispielsweise ein Füllstandsgrenzschalter, der von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Liquiphant" hergestellt und vertrieben wird. Dieses Messgerät 20 ist beispielsweise so relativ zur Sonde 3 positioniert, dass es erkennt, wenn der Füllstand des Mediums 1 so ist, dass die Sonde 3 nicht mehr vom Medium 1 bedeckt wird, wenn die Sonde also frei von Medium sein sollte. Durch Ansatz 5 ist jedoch die Sonde 3 vom Medium 1 auch im eigentlich freien/unbedeckten Zustand vom Medium 1 umgeben. Da das Füllstandsmessgerät 20 mit der Regel-/Auswerteeinheit 4 verbunden ist, können die Messwerte/Signale des sekundären Messgeräts 20 zur Bestimmung der Änderung einer Prozessgröße – hier vorzugsweise des Ansatzes – herangezogen werden. Durch den Vergleich von Antwortsignalen, die sich jeweils ergeben, wenn der Füllstand unterhalb des unteren Endes der Sonde befindlich ist, lassen sich – z.B. durch die Auswertung der Phase – Rückschlüsse auf den Ansatz 5 ziehen. Anstelle des zusätzlichen Messgerätes 20 ist es auch möglich, dass ein fester Füllstandswert durch eine Interaktion mit einem Benutzer der Regel-/Auswerteeinheit 4 übermittelt wird. Erforderlich ist allgemein eine Größe, die den Vergleich von Antwortsignalen ermöglicht und die somit die Unsicherheit oder den Fehler, die bzw. der sich durch die Änderung der Prozessbedingung ergibt, ausgleicht.In 1 form the level probe 3 , the wall of the container 2 and the medium 3 a capacitor whose capacity C, inter alia, by the level of the medium 1 is conditional. Other variables influencing the capacitance C include the conductance and the dielectric constant (DK value) of the medium 1 , the temperature, the pressure. Furthermore, there are dependencies on the geometry of the probe 3 , the container 2 and the positioning of the probe 3 and the container 2 to each other. Furthermore, it may vary depending on the type of medium 1 for formation of approach 5 at the probe 3 or the transformation of the container 2 come. Thus, not only the level of the medium changes 1 the capacity C, but also other process conditions have an influence. Conversely, since this makes the determination of the level difficult, unsafe or even impossible, the device of the invention is further developed. In the control / evaluation unit 4 - This can be directly part of the measuring device, but can also be further away and eg via a data line with the probe 3 or an electronic unit connected in between - first the response signal of the probe 3 or a signal proportional thereto - from the current signal can be a resistor (not graphically shown here) win a voltage signal - by an analog / digital converter 11 digitized. This is eg in the control / evaluation unit 4 a microprocessor provided. From this digitized signal can then be determined, for example, whether approach 5 at the probe 3 formed, or whether the extension of the approach 5 has changed. If there are any changes, others can be avoided Monitor process conditions; If necessary, corresponding sensors are required for this, unless a behavior that is unambiguous in the response signal shows up from the process condition, then the fill level is determined from the response signal with a formula adapted to the new process conditions. Corresponding formulas and evaluation algorithms are in the memory unit 10 deposited. There, data can also be stored, which then results in an optimally adapted formula or an optimal algorithm. The optimization consists in the fact that the process conditions resulting from the change have as little influence as possible on the determination of the fill level, that is to say, in particular, do not generate any erroneous values. The storage unit 10 However, it does not have to be a component of the device or the control / evaluation unit, as shown here 4 be. The idea of the invention is thus to adapt the evaluation algorithm / formula for determining the fill level and thus the determination itself to the prevailing process conditions. However, it is necessary to recognize that the process conditions have changed. Since such process conditions can also be set which lie outside certain limits, ie lie outside the range in which sensible and reliable measurements are possible, a display unit is furthermore in the embodiment of the device for implementing the method shown in the figure 15 provided, via which is signaled, for example, that the approach is so great that a cleaning of the level probe 3 must be made. The limits of the process conditions are to be specified accordingly and also depend on which process conditions through the electronics and the evaluation algorithms and formulas allow an evaluation of the level signal. The level gauge 20 is, for example, a level limit switch manufactured and marketed by the Applicant under the name "Liquiphant." This meter 20 is for example so relative to the probe 3 positioned that it detects when the level of the medium 1 such is that the probe 3 no longer of the medium 1 is covered, so the probe should be free of medium. By approach 5 but it is the probe 3 from the medium 1 also in the actually free / uncovered state of the medium 1 surround. Because the level gauge 20 with the control / evaluation unit 4 connected, the readings / signals of the secondary meter 20 to determine the change of a process variable - here preferably the approach - are used. By comparing response signals, each resulting when the level is located below the lower end of the probe, can be - for example by the evaluation of the phase - conclusions about the approach 5 pull. Instead of the additional measuring device 20 It is also possible that a fixed level value through an interaction with a user of the control / evaluation unit 4 is transmitted. What is needed is a quantity that allows the comparison of response signals and thus compensates for the uncertainty or error that results from changing the process condition.

Die Abbildung 2 zeigt, dass der entscheidende Punkt der Erfindung der ist, festzustellen bzw. zu bestimmen, ob sich eine Prozessbedingung geändert hat. Dabei kann es sich um den Ansatz, den Leitwert, die Geometrie, die Position von Sonde relativ zur Behälterwand – Änderungen sind hier z.B. durch den Betrieb eines Rührwerks möglich –, die Temperatur, den Druck oder um weitere Prozessbedingungen handeln. Meist wird der Fokus auf einer bestimmten Prozessbedingung liegen, die den größten Änderungen unterworfen ist, bzw. die die größten Änderungen auf die Bestimmung des Füllstandes zeigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Ansatz z.B. des Mediums an der Sonde. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Prozessbedingungen zu überwachen. Dabei ist dann jedoch eine Abwägung zwischen dem Nutzen und dem Aufwand notwendig.The illustration 2 shows that the key point of the invention is to determine whether a process condition has changed. This can be the approach, the conductance, the geometry, the position of the probe relative to the vessel wall - changes are possible here, for example due to the operation of an agitator -, the temperature, the pressure or other process conditions. Most of the time, the focus will be on a particular process condition that is subject to the greatest changes, or that will show the largest changes to the level determination. This is, for example, an approach of, for example, the medium at the probe. However, it is also possible to monitor several process conditions. However, then a balance between the benefits and the effort is necessary.

Das Verfahren ist wie folgt: Liegt keine Änderung vor, so wird weiter der Füllstand bestimmt. Liegt eine Änderung des Füllstandes vor, ist z.B. der Ansatz größer geworden, so wird für die weitere Bestimmung des Füllstandes ein Algorithmus oder eine Formel benutzt, der/die an die neue Prozessbedingung angepasst ist. Die sich aus der Änderung der Prozessbedingung ergebende Prozessbedingung ist also die neue oder aktuelle Prozessbedingung, wobei die Änderung einer Bedingung auch Einfluss auf andere Prozessbedingungen haben kann. So bewirkt beispielsweise die Änderung der Temperatur auch den Einfluss des Ansatzes auf das Antwortsignal, weil der Ansatz austrocknen kann. Mit dem neuen Algorithmus wird dann ebenfalls der Füllstand bestimmt. Die Änderung einer Prozessbedingung kann z.B. aus einem Extremwert im Antwortsignal bestimmt werden, oder z.B. aus der Untersuchung des Verlaufs einer Reihe von Messungen.The Procedure is as follows: If there is no change, so will continue the level certainly. There is a change the level before, is e.g. the approach has become bigger, so will for the further determination of the level uses an algorithm or formula adapted to the new process condition is. The result of the change The process condition resulting from the process condition is therefore the new one or current process condition, where the change of a condition also Can influence other process conditions. For example the change the temperature also the influence of the approach on the response signal, because the approach can dry out. Then with the new algorithm also the level certainly. The change a process condition may e.g. from an extreme value in the response signal be determined, or e.g. from the study of the course of a Series of measurements.

Die Wert in den Abbildungen 3 bis 6 sind aufgrund von Messergebnissen berechnet und simuliert.The value in the pictures 3 to 6 are calculated and simulated on the basis of measurement results.

In der 3 ist die Abhängigkeit der Admittanz des Antwortsignals von der Leitfähigkeit σ (X-Achse) und dem DK-Wert (die einzelnen Kurven) des Mediums dargestellt. Die Leitfähigkeit oder conductivity des Mediums ist der reziproke spezifische Widerstand des Mediums: σ = 1/ρ. Der DK-Wert (Dielektrizitätskonstane oder relative Permittivitätszahl) des Mediums ε_r dient zur Berechnung der Kapazität C, die sich aus der Sonde, der zweiten Sonde bzw. der Behälterwand und dem Medium ergibt: C ~ ε_r. Gezeigt werden (von unten nach oben) folgende DK-Werte: DK = 2, 10, 20, 50 und 80. Die Admittanz A oder der Scheinleitwert ist die Amplitude des Antwortsignals. Aus der Graphik ist zu entnehmen, dass die Admittanz von den Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit und DK-Wert abhängig ist. Weiterhin ist auch die Abhängigkeit von der Frequenz des Anregungssignals dargestellt: Diese beträgt für die durchgezogenen Linien 33 kHz und bei den gestrichelten Linien 1 MHz. Durch die Frequenz lässt sich also eine Verschiebung erzielen, die in bestimmten Bereichen quasi einer Veränderung der Leitfähigkeit des Mediums entspricht. Dies zeigt also, dass es durch die Ausgestaltung der Messung bzw. der Messparameter möglich ist, auf die gegebenen Bedingungen zu reagieren. Jedoch ist es nicht immer möglich, die Frequenz beliebig zu setzen, da dies auch abhängig von der zur Verfügung stehenden Energie ist und da darauf geachtet werden muss, dass die Sonde nicht zu einer strahlenden Antenne umfunktioniert wird, dass also nicht die Resonanzfrequenz der Sonde erreicht wird. Die Abhängigkeit der Admittanz von den Eigenschaften des Mediums führt jedoch auch dazu, dass der Anwendungsbereich der kapazitiven Füllstandsbestimmung nicht bei allen Medien direkt möglich ist. Es sind also ggf. auf das spezifische Medium abgestimmt Ausgestaltungen der kapazitiven Messvorrichtung notwendig.In the 3 shows the dependence of the admittance of the response signal on the conductivity σ (X axis) and the DK value (the individual curves) of the medium. The conductivity or conductivity of the medium is the reciprocal specific resistance of the medium: σ = 1 / ρ. The DK value (dielectric constant or relative permittivity number) of the medium ε _r is used to calculate the capacitance C, which results from the probe, the second probe or the container wall and the medium: C ~ ε _r . The following DK values are shown (from bottom to top): DK = 2, 10, 20, 50 and 80. The admittance A or the admittance is the amplitude of the response signal. It can be seen from the graph that the admittance is dependent on the material properties such as conductivity and DK value. Furthermore, the dependence on the frequency of the excitation signal is shown: This is 33 kHz for the solid lines and 1 MHz for the dashed lines. By means of the frequency, therefore, a shift can be achieved which, in certain areas, corresponds more or less to a change in the conductivity of the medium. This shows that it is possible by the design of the measurement or the measurement parameters to respond to the given conditions. However, it is not always possible to set the frequency arbitrarily, since this is also dependent on the available energy and since care must be taken that the probe is not converted into a radiating antenna, that does not reach the resonant frequency of the probe becomes. However, the dependence of admittance on the properties of the medium also means that the scope of capacitive level determination is not directly possible with all media. So it may be necessary to the specific medium adapted configurations of the capacitive measuring device.

Die Prozessbedingung Ansatz liegt vor, wenn das Medium an der Füllstandssonde haften bleibt. Der Ansatz hat dann die Wirkung, als ob ein metallischer Schlauch über die Sonde gestülpt worden wäre. Dies führt dann dazu, dass das Medium außerhalb des Ansatzes nicht mehr richtig gemessen werden kann. Die Sonde wird also quasi durch den Ansatz abgeschirmt. Dabei hat sich gezeigt, dass außer der rein geometrischen Dimensionierung des Ansatzes die Temperatur des Mediums im Ansatz, aber auch der Grad der Trocknung des Ansatzes starke Auswirkungen auf das Antwortsignal der Sonde haben.The Process condition approach is when the medium is at the level probe sticks. The approach then has the effect as if a metallic Hose over the probe is put over would have been. this leads to then to that medium outside of the approach can not be measured correctly. The probe is thus shielded by the approach. It has been shown that except the purely geometric dimensioning of the approach the temperature the medium in the approach, but also the degree of drying of the approach have a strong effect on the response signal of the probe.

4 zeigt die Auswirkungen des Ansatzes. Dargestellt ist die Admittanz in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Mediums. Der DK-Wert des Mediums beträgt dabei 59 und die Füllstandshöhe 60% (0% entspricht einer vom Medium nicht bedeckten Sonde und 100% einer vollständig bedeckten Sonde; die absoluten Werte hängen somit von der Länge der Sonde und der Position des Endes der Sonde relativ zum Boden des Behälters ab). Die Kurve Nr. 1 zeigt den Verlauf der Admittanz in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit bei einer Frequenz von 250 kHz ohne Ansatz. Durch den Ansatz an der Sonde ergibt sich die Kurve Nr. 2. Bei Kurve 2 ergibt sich ab einer Leitfähigkeit von 1000 μS/cm ein dramatische Anstieg der Admittanz durch den Ansatz. Durch den Ansatz ergibt sich also eine zu hohe Admittanz und umgekehrt wird aus der Admittanz auf einen zu hohen Füllstand geschlossen, der nicht gegeben ist. Durch Ansatz an der Sonde wird in diesem Beispiel also der Füllstand überschätzt. Die gestrichelte Kurve Nr. 3 zeigt die Auswirkung der Verwendung einer höheren Frequenz von 1 MHz bei Ansatz. Durch die höhere Anregungsfrequenz erfolgt die Überschätzung des Füllstandes durch Ansatz erst bei höheren Leitfähigkeiten. Somit ist durch die Änderung der Frequenz ein größerer Bereich für Medien gegeben, die sich trotz Ansatz noch zuverlässig messen lassen. Die Kurve Nr. 4 verwendet zur Auswertung die Formel F2 (mehr dazu gleich), wobei jedoch die Anregungsfrequenz immer noch 250 kHz beträgt. Zu sehen ist also, dass sich durch die Auswerteformel ebenfalls eine Verschiebung ergibt, die der Verwendung einer höheren Frequenz nahe kommt. Durch die Art der Auswertung können also die Möglichkeiten der Messung deutlich erweitert werden. 4 shows the effects of the approach. Shown is the admittance depending on the conductivity of the medium. The DK value of the medium is 59 and the filling level is 60% (0% corresponds to a probe not covered by the medium and 100% of a completely covered probe, the absolute values thus depend on the length of the probe and the position of the end of the probe relative to the bottom of the container). The curve no. 1 shows the course of the admittance as a function of the conductivity at a frequency of 250 kHz without approach. Curve No. 2 results from the attachment to the probe. Curve 2 results in a dramatic increase in admittance through the approach from a conductivity of 1000 μS / cm. The approach thus results in too high an admittance and vice versa is concluded from the admittance to a high level, which is not given. By approach to the probe so the level is overestimated in this example so the level. Dashed curve # 3 shows the effect of using a higher frequency of 1 MHz at startup. Due to the higher excitation frequency, the overestimation of the filling level by means of the approach takes place only at higher conductivities. Thus, changing the frequency gives a wider range of media that can still be reliably measured despite their approach. Curve # 4 uses formula F2 for evaluation (more on this), but the excitation frequency is still 250 kHz. It can therefore be seen that the evaluation formula also results in a shift that approximates the use of a higher frequency. Due to the nature of the evaluation so the possibilities of measurement can be significantly extended.

5 zeigt den relativen gemessenen Füllstand (m für gemessen; H für die Höhe und L für die Länge der Sonde; somit H/Lm) zum relativen Ist-Füllstand (H/L). Die gestrichelte Gerade stellt somit den optimalen Verlauf der Messungen dar. Die Leitfähigkeit soll 5000 μS/cm betragen und die Ansatzdicke sei 1 mm bei einer Stablänge L von 500 mm. Der Ansatz ist hier so gerechnet, dass er die gesamte Sonde bedeckt. Die Länge des Ansatzes ist also 500 mm. Dabei ist noch zu bemerken, dass die Auswirkung der Variation der Dicke des Ansatzes davon abhängt, wie lang die Sonde ist. Die Anregungsfrequenz ist 250 kHz. Die Kurve 1 wurde mit der Auswerteformel F1 berechnet: F1 = A sin ϕ + A cos ϕ cos (ϕ – ϕ₀). A ist dabei die Admittanz und ϕ die Phase des gemessenen Antwortsignals. ϕ₀ ist eine konstante Phasenverschiebung, die sich durch Optimierung der Auswertekurve ergibt. Die Kurve 2 wurde mit der Formel F2 berechnet: F2 = A (k1 sin ϕ – k2 cos ϕ). Bei dieser Auswerteformel werden also zwei Konstanten k1 und k2 verwendet, deren Optimierung eine möglichst gute Anpassung der Kurve an die Sollwerte ergibt. Wie zu sehen, führt F1 generell zu einer Überschätzung des Füllstandes. Die Funktion F2 liefert meist kleinere Fehler, hat jedoch zu Beginn auch eine Unterschätzung des Füllstandes zur Folge. 5 shows the relative measured level (m for measured, H for the height and L for the length of the probe, thus H / Lm) to the relative actual level (H / L). The dashed line thus represents the optimum course of the measurements. The conductivity should be 5000 μS / cm and the batch thickness is 1 mm with a rod length L of 500 mm. The approach is calculated here so that it covers the entire probe. The length of the approach is therefore 500 mm. It should also be noted that the effect of varying the thickness of the lug depends on how long the probe is. The excitation frequency is 250 kHz. The curve 1 was calculated using the evaluation formula F1: F1 = A sin φ + A cos φ cos (φ - φ ₀ ). A is the admittance and φ the phase of the measured response signal. φ ₀ is a constant phase shift resulting from optimization of the evaluation curve. Curve 2 was calculated using the formula F2: F2 = A (k1 sin φ - k2 cos φ). In this evaluation formula, therefore, two constants k1 and k2 are used whose optimization results in the best possible adaptation of the curve to the nominal values. As you can see, F1 generally overestimates the level. The function F2 usually provides smaller errors, but at the beginning also results in an underestimation of the level.

Es wird also offensichtlich, dass je nach Auswahl der Auswerteformeln oder allgemein des Auswertealgorithmen die Messwerte besser und genauer ausgewertet werden können und dass es möglich ist, widrige Prozessbedingungen wie z.B. den Ansatz durch die Art der Auswertung zu kompensieren.It So it becomes obvious that depending on the selection of the evaluation formulas or more generally the evaluation algorithms the readings better and can be evaluated more accurately and that it is possible is, adverse process conditions such. the approach by the kind to compensate for the evaluation.

11: Mediummedium
22: Behältercontainer
33: Füllstandssondelevel probe
44: Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
55: Ansatzapproach
1010: Speichereinheitstorage unit
1111: Analog/DigitalwandlerAnalog / digital converter
1515: Anzeigeeinheitdisplay unit
2020: Füllstandmessgerätlevel meter

Claims

Method for the capacitive determination of the level of a medium ( 1 ) in a container ( 2 ), wherein at least one level probe ( 3 ) is provided, and wherein at least one control / evaluation unit (4) is provided which the level probe ( 3 ) with an electrical drive signal, and an electrical response signal of the level probe ( 3 ), characterized in that a change in at least one process condition is determined, that depending on the resulting process of the change for the determination of the level of such an evaluation algorithm is used, that resulting from the change process condition has minimal impact on the determination of the filling level, and that from the response signal and / or a signal proportional thereto via the evaluation algorithm, the level of the medium ( 1 ) is determined.

A method according to claim 1, characterized in that the response signal and / or a signal proportional thereto in the control / evaluation unit ( 4 ) is digitized.

Method according to claim 1 or 2, characterized that for the determination of the level the amplitude and / or the phase and / or the magnitude of the response signal is / are used.

A method according to claim 1 or 4, characterized in that the change of a process condition by the evaluation of the response signal at a known level value of the medium ( 1 ) is determined.

Method according to claim 1, characterized in that a change of an approach ( 5 ) at the level probe ( 3 ) is determined.

A method according to claim 5, characterized in that from the phase of the response signal or the signal proportional thereto, a change of the approach ( 5 ) is determined.

Method according to claim 1, 5 or 6, characterized in that the level probe ( 3 ) is driven with an AC signal as the electrical drive signal, and that the frequency of the drive signal is changed depending on the process condition resulting from the change.

Method according to claim 1, 5 or 7, characterized that in the case that the process condition resulting from the change is outside a predetermined range, an alarm is issued.

Device for the capacitive determination of the level of a medium ( 1 ) in a container ( 2 ), wherein at least one level probe ( 3 ) is provided, and wherein at least one control / evaluation unit (4) is provided which the level probe ( 3 ) with an electrical drive signal, and an electrical response signal of the level probe ( 3 ), characterized in that the control / evaluation unit ( 4 ) at least one storage unit ( 10 ) is assigned, in which evaluation algorithms for determining the level of the medium ( 1 ) are stored.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the control / evaluation unit ( 4 ) is adapted to determine the change of a process condition and to use such a level-finding evaluation algorithm according to the process condition resulting from the change that the process condition resulting from the change has minimal impact on the determination of the level.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the control / evaluation unit ( 4 ) at least one analog / digital converter ( 11 ), which digitizes at least the response signal and / or a signal proportional thereto.

Apparatus according to claim 9, characterized in that at least one additional level gauge ( 20 ) for determining the level of the medium ( 1 ), the measured value of which is used by the device for determining the change of a process condition.