DE102004032965A1

DE102004032965A1 - Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters eines Feldgerätes

Info

Publication number: DE102004032965A1
Application number: DE200410032965
Authority: DE
Inventors: Ralf Reimelt; Dirk Osswald
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: WO2006003082A2; DE102004032965B4; WO2006003082A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters (7) eines Feldgerätes (1), welche zur Bestimmung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (5) eingesetzt ist, wobei über den Oberflächenwellenleiter (7) elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumoberfläche (4) reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter (7) zumindest teilweise von einem rohrförmigen Gebilde (10) umschlossen ist und ins Innere eines Behälters (5) hineinragt, wobei zumindest ein Zentrierelement (12) vorgesehen ist, das der Oberflächenwellenleiter (7) in dem rohrförmigen Gebilde (10) zentriert und/oder das verhindert, dass der Oberflächenwellenleiter (7) mit der Innenwand (11) des rohrförmigen Gebildes (10) in Kontakt kommt. Solche Zentriervorrichtungen werden besonders in Koaxialleitersystemen zum Zentrieren des Innenleiters zum Außenleiter eingesetzt. Die Erfindung befasst sich in erster Linie mit einer Hochtemperaturvariante einer solchen Zentriervorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters eines Feldgerätes, welches zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter eingesetzt ist, wobei über den Oberflächenwellenleiter elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumsoberfläche reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter zumindest teilweise von einem rohrförmigen Gebilde umschlossen ist und ins Innere eines Behälters hineinragt, wobei zumindest ein Zentrierelement vorgesehen ist, das den Oberflächenwellenleiter in dem rohrförmigen Gebilde zentriert und/oder das verhindert, dass der Oberflächenwellenleiter mit der Innenwand des rohrförmigen Gebildes in Kontakt kommt.

Ein entsprechendes Füllstandsmessgerät wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung Levelflex FMP40 angeboten und vertrieben.

Ein Messprinzip aus einer Vielzahl von Messmethoden den Füllstand in einem Behälter zu ermitteln, ist das der geführten Mikrowelle bzw. die TDR-Messmethode (Time Domain Reflection). Bei der TDR-Messmethode wird z.B. ein Hochfrequenzsignal entlang eines Sommerfeldschen Oberflächenwellenleiters oder Koaxialwellenleiters ausgesendet, welches bei einem Sprung des DK-Wertes (Dielektrizitätskonstanten) des den Oberflächenwellenleiter umgebenden Mediums teilweise zurückreflektiert wird. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Sendeimpulses und dem Empfang des reflektierten Echosignals lässt sich über die Laufzeit der Füllstand ermittelten. Das so genannte FMCW-Verfahren ist in dem Zusammenhang mit den obig beschriebenen Wellenleitern (Oberflächenwellenleiter oder Koaxialwellenleiter) ebenfalls ausführbar.

Grundlegend für die beiden Verfahren ist, dass ein stab- oder seilförmiger Oberflächenwellenleiter über eine Öffnung im Behälter, meist durch einen Stutzen, in das Medium hineinragt und es für die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Messung wichtig ist, dass der stab- oder seilförmige Oberflächenwellenleiter zur Innenwand des Behälters, Stutzens oder zu einem Koaxialaußenleiter ausgerichtet und zentriert wird. Letzteres ist deshalb notwendig, da in Behältern bei Turbulenzen und Strömungen im Medium der stab- bzw. seilförmige Oberflächenwellenleiter aus seiner an sich gewünschten, vorzugsweise lotrechten Position gedrückt werden kann, wodurch die Position des stab- bzw. seilförmigen Oberflächenwellenleiters zu der Innenwand des Behälters, Stutzens oder zu einem Koaxialaußenleiters verändert wird. Des Weiteren ist eine Positionsänderung des stab- bzw. seilförmigen Oberflächenwellenleiters durch Vibrationen am Gesamtsystem und Resonanzschwingungen ein Grund für eine gestörte Messung mit der geführten Mikrowellen-Technik. Diese Schwingungen können z.B. von verschiedenartigsten Geräten am Behälter z.B. Motoren, Pumpen erzeugt werden.

Nachteilig bei einer unkontrollierten Positionsänderung des Oberflächenwellenleiters ist, dass aufgrund dessen die Messsituation im Tank verändert wird und die Messergebnisse nicht mehr miteinander vergleichbar sind. Falls der stab- bzw. seilförmige Oberflächenwellenleiter sogar die Innenwand des Behälters, des Stutzens oder eines Koaxialaußenleiters berührt ist eine Ermittlung des Füllstandes nicht mehr möglich. Auch bei stark bewegten Medien, die z.B. durch Befüllvorgänge, Belüftungsprozesse oder Rührwerke verursacht werden, kann es sein, dass sich diese Bewegung des Mediums auf den stab- bzw. seilförmigen Oberflächenwellenleiter überträgt und diese den Oberflächenwellenleiter aus seiner meist lotrechten Position bewegt. Diese Messsituation würde keine reproduzierbaren Messungen ergeben. Falls der stab- bzw. seilförmige Oberflächenwellenleiter die Innenwand des Behälters, des Stutzens oder des Koaxialaußenleiters berührt, ist eine Ermittlung des Füllstandes nicht mehr möglich, da ein elektrischer Kurzschluss entsteht. Ein anderes Problem, das mit den auf den Oberflächenwellenleiter einwirkenden Kräften auftritt, ist, dass die einwirkenden Kräfte eine große mechanische Beanspruchung des Oberflächenwellenleiters darstellen, die die stab- bzw. seilförmige Sonde zerstören können. Diese großen Belastungen des Oberflächenwellenleiters treten besonders durch Kräfteeinwirkungen von zyklischen Bewegungen bzw. Vibrationen des Oberflächenwellenleiters auf.

Aus diesen Gründen werden Abstandshalter, die den stab- bzw. seilförmigen Oberflächenwellenleiter in ihrer lotrechten Position in Bezug zu der Innenwand des Behälters, Stutzens oder einem Koaxialenaußenleiters halten, angebracht. Diese sollten den Oberflächenwellenleiter in der gewünschten Position fixieren.

In der Offenlegungsschrift DE 101 60 239 A1 ist eine Zentriervorrichtung für eine stab- bzw. seilförmige Messsonde in einem Stutzen beschrieben. In dieser Schrift werden verschiedene Ausführungsformen einer Zentriervorrichtung der Messsonde im Stutzen des Behälters aufgezeigt.

In der Offenlegungsschrift DE 197 28 280 A1 ist eine Messsonde zur kapazitiven Füllstandsmessung aufgezeigt, welche eine Zentriervorrichtung aufweist, die im Außenrohr des Koaxialleitersystems angeordnet ist. Ein scheibenförmiges Element wird hierzu fest an das Außenrohr geklemmt und durch eine Mittenöffnung in dieser Scheibe, durch die der Innenleiter eingeführt wird, ist der Innenleiter zum Außenrohr justiert.

Nach dem Stand der Technik werden für das Messprinzip der geführten Mikrowelle als Materialien für die Zentrierelemente hauptsächlich chemisch resistente Materialien mit einem niedrigen DK-Wert bzw. einem ähnlichen DK-Wert wie Luft (ε_r ≅ 1) eingesetzt, weil jede DK-Wert- Änderung eine Reflexion des ausgesendeten Hochfrequenzsignals verursacht. Je größer der DK-Wertunterschied an dieser Stelle ist, umso mehr Energie des ausgesendeten Hochfrequenzsignals wird dort zurück reflektiert. Somit kann folgendes Problem auftreten: Ist der effektive DK-Sprung, hervorgerufen durch das Zentrierelement auf dem Oberflächenwellenleiter, nahezu gleich oder größer als der Unterschied des DK-Wertes der zu messenden Phasengrenze (z.B. Luft ε_r ≈ 1 zum Medium ε_r ≈ 1.4 – 100), so kann an der Position, an der das Zentrierelement sitzt, kein Messsignal ermittelt werden. In diesen Fällen kann an dieser Position kein exakter Füllstand bestimmt werden. Infolgedessen werden beispielsweise als Materialien für das Zentrierelement im Allgemeinen spezielle Kunststoffe oder ein Kunststoffgemisch verwendet, da diese meist einen geringen DK-Wert aufweisen. Ein Beispiel hierfür sind die Kunststoffe Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) oder Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), die für diese Anwendung als geeignet anzusehen sind, da sie weder von Lösungsmitteln noch von anderen aggressiven Chemikalien angegriffen werden und dadurch von der Lebensmittel- und Chemischen Industrie als Prozesswerkstoffe im Allgemeinen akzeptiert werden. Ein Nachteil kann beispielsweise darin zu sehen sein, dass Polytetrafluorethylen und Perfluoralkoxypolymere nur dauerwärmebeständig bis ~ +250 °C sind, was diese Werkstoffe von einer Hochtemperaturanwendung grundlegend ausschließt. Aus diesem Grund muss beispielsweise für eine Hochtemperaturanwendung ein Material verwendet werden, das höhere Temperaturen übersteht. Als Materialien für diese spezielle Anwendung als Abstandshalter bzw. Zentrierelement sind aber nur wenige Materialien verwendbar. Jedoch haben diese Materialien, die beispielsweise im Hochtemperaturbereich einsetzbar sind, meist den Nachteil, einen hohen DK-Wert aufzuweisen, was eine Verwendung und den Einsatz dieses Materials speziell als Zentrierelement an einer stab- bzw. seilförmigen TDR-Messsonde erschwert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine stab- bzw. seilförmige Sonde für geführte elektromagnetische Wellen vorzuschlagen, die sich durch eine optimierte Wellenwiderstandsanpassung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gelöst, dass das Zentrierelement aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht und dass an dem Oberflächenwellenleiter zumindest an einer Position, an der das Zentrierelement platziert ist, zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, deren Dimensionierung von der Dielektrizitätskonstanten des Materials des Zentrierelementes und der geometrischen Form des Zentrierelementes abhängt. Durch die Ausnehmung/-en an dem Oberflächenwellenleiter wird der Wellenwiderstand des Oberflächenwellenleiters an dieser Stelle, an der sich die Ausnehmung/-en befinden, je nach Größe der Ausnehmung/-en größer. Mit dem Effekt der Vergrößerung des Wellenwiderstandes durch die Ausnehmung/-en kann man somit den Effekt der Verringerung des Oberflächenwellenwiderstandes des Wellenleiters durch ein angebrachtes Zentrierelement an dem Oberflächenwellenleiter aus einem Material mit einem höheren DK-Wert kompensieren. Die Materialien, die in den Hochtemperaturanwendungen einsetzbar sind, haben im Wesentlichen eine Dielektrizitätskonstante von ε_r > 2,5 (z.B. Keramiken: ε_r ≈ 5 – 10). Bei diesen Materialien mit einem erhöhten DK-Wert von ε_r > 2,5 ist eine Kompensation bzw. Angleichung des Wellenwiderstandes des Oberflächenwellenleiters, wie zuvor beschrieben, durchzuführen. Die Dimensionierung der Ausnehmung-/en ist abhängig von der Form und dem DK-Wert des Zentrierelementes, d.h. je höher der DK-Wert des Materials des Zentrierelementes ist und je mehr Querschnittsfläche das Zentrierelement zwischen dem Oberflächenwellenleiter und dem rohrförmigen Gebilde ausfüllt, umso größer muss/müssen die Ausnehmung/-en ausgestaltet sein. Mit dieser Methode lässt sich der Wellenwiderstand des Wellenleiters angleichen.

Eine zweite Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich dadurch, dass das Zentrierelement aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht und dass das Zentrierelement zumindest eine innen liegende Aussparung aufweist und/oder dass am äußeren Rand des Zentrierelementes außen liegende Aussparungen derart ausgestaltet sind, dass das Zentrierelement nur teilweise an dem Oberflächenwellenleiter und/oder der Innenwand des rohrförmigen Gebildes anliegt. Das elektrische Feld ist an der Oberfläche des Oberflächenwellenleiters am größten und nimmt mit der Entfernung reziprok ab. Aus diesem zuvor beschriebenen Grunde ist in der Nähe des Oberflächenwellenleiters die Wirkung des Zentrierelementes auf den Wellenwiderstand des Wellenleiters am größten. Infolgedessen ist bei dieser Lösung der Aufgabe das Prinzip umgesetzt worden, die Fläche bzw. das Volumen, das das Zentrierelement zwischen Oberflächenwellenleiter und rohrförmigen Gebilde ausfüllt, bei gegebenem DK-Wert des Materials, zu minimieren. Die Materialien, die in den Hochtemperaturanwendungen einsetzbar sind, haben im Wesentlichen eine Dielektrizitätskonstante von ε_r > 2,5 (z.B. Keramiken ε_r ≈ 5 – 10). Bei diesen Materialien mit einem erhöhten DK-Wert von ε_r > 2,5 ist es notwendig, eine Minimierung des Störvolumens, das den Wellenwiderstand des Oberflächenwellenleiters beeinflusst und dadurch unerwünschte Reflexionen des ausgesendeten Signals verursacht, vorzunehmen. Außerdem ist es aus den obigen beschriebenen Gründen besonders Vorteilhaft die Flächen- bzw. Volumenanteile, die sich im Nahbereich des Oberflächenwellenleiters befinden, zu minimieren. Hierbei ist auf folgende Randbedingung bei der Minimierung des Störvolumens zu achten, dass die mechanische Stabilität des Zentrierelementes jederzeit gewährleistet ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der ersten Lösung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung/-en auf dem Oberflächenwellenleiter so beschaffen ist/sind, dass bei fixierte-m/-n Zentrierelement/-en an dem Oberflächenwellenleiter der Wellenwiderstand entlang einem Wellenleiter im Wesentlichen konstant ist. Der Wellenwiderstand sollte in dem Bereich, in dem das Zentrierelement an dem Oberflächenwellenleiter befestigt ist, im bestmöglichen Fall dem Wellenwiderstand des ungestörten Wellenleiters entsprechen. Hierdurch werden Reflexionen des Sendesignals an der Position, an der das Zentrierelement sitzt, vermindert oder sogar vermieden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der ersten Lösung der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei der/den Ausnehmung/-en an dem Oberflächenwellenleiter um zumindest eine Bohrung handelt. Es sind alle Ausführungsformen von Bohrungen z.B. Sackloch-Bohrungen und/oder durchgehende Bohrungen, anwendbar. Die Bohrungen sind bevorzugt so angebracht, dass diese den Oberflächenwellenleiter bevorzugt senkrecht zur Längsachse des Oberflächenwellenleiters und mittig durchqueren, jedoch in einem speziellen Anwendungsfall können die Bohrungen auch in einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Oberflächenwellenleiters erfolgen. Die Größe der Bohrung wird durch das Optimum der Anpassung des Wellenwiderstandes unter Beachtung der mechanischen Stabilität des durchbohrten Oberflächenwellenleiters gewählt. In die Bohrungen können jegliche Arten von Befestigungshilfen für das Zentrierelement, wie zum Beispiel Gewinde, Nuten, Passungen und Konusse eingearbeitet sein.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der ersten Lösung der Erfindung ist, dass es sich bei dem Zentrierelement um mindestens einen zylindrischen Stift handelt, der in die Bohrung/-en an dem Oberflächenwellenleiter eingebracht ist/sind. Die Stifte sind passgenau gearbeitet und werden in die Bohrungen eingesetzt. Bei Sacklochbohrungen aber auch bei Durchgangsbohrungen besteht die Möglichkeit, die Stifte mit einem Federmechanismus in die Bohrungen einzubringen, welcher die Stifte nach Außen an die Innenwand des rohrförmigen Gebildes presst. Somit könnten Varianzen in dem Durchmesser des rohrförmigen Gebildes ausgeglichen werden, wodurch eine Passgenauigkeit gewährleistet wird. Die Stifte lassen sich auf verschiedene Art und Weise in den Bohrungen befestigten, indem beispielsweise die Stifte in die Bohrungen eingeklebt, eingeklemmt, eingelötet, über ein Gewinde eingeschraubt oder mit einem Befestigungselement fixiert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der ersten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der Ausnehmung an dem Oberflächenwellenleiter um eine Verjüngung des Oberflächenwellenleiters.

Die Verjüngung des Oberflächenwellenleiters ist im einfachsten Fall eine konzentrische Eindrehung des Oberflächenwellenleiters, jedoch sind auch andere flächenförmige Verjüngungen an dem Oberflächenwellenleiter vorgesehen, die wiederum ein Verdrehen des Zentrierelementes auf dem Oberflächenwellenleiter verhindern. Hierzu können an dem Oberflächenwellenleiterflächenförmige Verjüngungen in einem quadratischen, sechseckigen oder mehreckigen Profil herausgearbeitet sein. Die Ausnehmungen an dem Oberflächenwellenleiter sind dahingehend ausgelegt, dass ein Optimum zwischen der mechanischen Stabilität und der Anpassung des Wellenwiderstandes des Oberflächenwellenleiter erreicht wird, d.h. die Tiefe der Ausnehmungen ergibt sich aus der Form des Zentrierelementes und dessen DK-Wert und wird nur von der oben angeführten mechanischen Stabilität des Oberflächenwellenleiters begrenzt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der ersten und zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass das Zentrierelement aus einem scheibenförmigen Element mit Aussparungen besteht. Unter einem scheibenförmigen Element wird ein beliebiger, dreidimensionaler, geometrischer Körper verstanden, dessen eine Dimension z.B. die Höhe geringer ist als die beiden verbleibenden Dimensionen z.B. Länge und Breite ist. Die Höhe bzw. Dicke des scheibenförmigen Elementes ist im einfachsten Fall über die gesamte Grundfläche gesehen gleich, so dass sich parallele Flächen ergeben. Jedoch ist dies nicht zwingend gefordert, so dass z.B. das Zentrierelement, über die Grundfläche gesehen, unterschiedliche Höhen bzw. Dicken aufweist, d.h. das Zentrierelement an verschiedenen Stellen unterschiedlich hoch ist. Besonders vorteilhaft ist die Reduzierung der Höhe des Zentrierelementes zum Oberflächenwellenleiter hin, da dies zwei Vorteile mit sich bringt. Ein erster Vorteil ist, dass das Medium besser abfließen kann, und der weitere Vorteil ist die Minimierung des Volumens, das sich nahe dem Oberflächenwellenleiter befindet. Letzteres ist besonders vorteilhaft, wenn eine Anpassung des Wellenwiderstandes, mit oder ohne Ausnehmung am Oberflächenwellenleiter, auf Grund der mechanischen Anforderungen an das Zentrierelement, mit einem Zentrierelement mit parallelen Planflächen nicht realisieren lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der beiden Varianten der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Zentrierelement aus mehreren Teilstücken besteht, die lösbar miteinander verbunden werden. Aufgrund der Verjüngung des Oberflächenwellenleiters und der Montage des Zentrierelementes an der Stelle der Verjüngung des Oberflächenwellenleiters muss das Zentrierelement teilbar sein, da der Oberflächenwellenleiter an der Stelle der Ausnehmung eine Unterschneidung aufweist und das Zentrierelement den Oberflächenwellenleiter an der Stelle der Ausnehmung umschließt. Das Zentrierelement kann aus einer beliebigen Anzahl von Teilstücken zusammengesetzt sein. Des Weiteren ist es möglich, diese Teilstücke mit einem Justage- und Befestigungselement zu versehen, damit die Teilstücke nicht mehr vertauscht oder falsch montiert werden können. Die Teilstücke werden mit Hilfe dieser Justage- und Befestigungselement zusammen gehalten. Das Justage- und Befestigungselement kann durch eine bestimmte Ausgestaltung der Teilstücke erreicht werden, indem z.B. kleine Stifte oder Führungen oder ähnliches an dem einen Teilstück des Zentrierelementes und entsprechend an dem anderen Teilstück des Zentrierelementes äquivalente Justage- und Befestigungselement ausgearbeitet sind, welche zueinander passgenau angeordnet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der ersten Lösung der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Zentrierelement den Oberflächenwellenleiter im Bereich der Ausnehmung bündig umschließt. Der bündige Umschluss des Zentrierelementes um die Ausnehmung des Oberflächenwellenleiters stellt sicher, dass sich der Wellenwiderstand des Wellenleiters an dieser Stelle sich nicht ändert. Dadurch lässt sich verhindern, dass ein undefinierter Luftspalt zwischen Zentrierelement und Oberflächenwellenleiter die Anpassung des Wellenwiderstandes beeinflusst und diesen verändert. Außerdem kann auch kein Medium in einen möglichen Luftspalt hineinlaufen und sich darin festsetzen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung beider Varianten der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass die Teilstücke des Zentrierelements symmetrisch sind. Werden die Teilstücke symmetrisch ausgelegt, hat dies den Vorteil, dass nur ein Gleichteil angefertigt werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der ersten und zweiten Variante der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, dass der Oberflächenwellenleiter an der Position der Ausnehmung teilbar ausgestattet ist. Eine andere Möglichkeit, das scheibenförmige Zentrierelement z.B. mit einem kleineren Mittenbohrungsdurchmesser als der Außendurchmesser des Oberflächenwellenleiters an der Position der Ausnehmung anzubringen, ist, den Oberflächenwellenleiter an dieser Stelle teilbar auszulegen. Die Teilung des Oberflächenwellenleiters kann über ein Schraubgewinde erfolgen, indem z.B. in einem Teil des Oberflächenwellenleiters eine Gewindebohrung eingebracht ist, in welche ein Gewindebolzen des anderen Teilstücks des Oberflächenwellenleiters, der an den Bereich der Ausnehmung anschließt, eingeschraubt wird. Wird der Oberflächenwellenleiter teilbar ausgelegt, kann ein komplettes Zentrierelement vor dem Zusammenschrauben des Oberflächenwellenleiters auf die Ausnehmung an dem Oberflächenwellenleiter gesteckt werden. Andere Verbindungselemente, wie beispielsweise ein Bajonett-Verschluss oder Presspassung sind bei dieser Ausführungsform ebenfalls anwendbar.

Eine sehr vorteilhafte Variante der beiden erfindungsgemäßen Lösungen ist darin zu sehen, dass zumindest ein Halteelement vorgesehen ist, dass das Zentrierelement auf dem stabförmigen oder seilförmigen Oberflächenwellenleiter flixiert. Das Halteelement dient zur radialen und/oder axialen Fixierung des Zentrierelementes auf dem Oberflächenwellenleiter. Im Falle von einem geteilten Zentrierelement, werden diese Teilstücke von dem Halteelement zusammengehalten. Diese Halteelemente können Stifte, Splinte, Schrauben, Klammern, Federn oder Ringe sein, die an dem Oberflächenwellenleiter und/oder dem Zentrierelement angebracht werden und das Zentrierelement am Oberflächenwellenleiter fixieren. Es sind auch andere Ausführungsformen von Halteelementen und auch Kombinationen von Haltemechanismen bzw. Halteelementen anwendbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform beider erfindungsgemäßer Lösungen ist, dass das Zentrierelement aus einem Material, das im Wesentlichen aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff besteht, angefertigt ist. Verschiedenste Anforderungen werden an das Material des Zentrierelementes für diese Anwendung gestellt, welche sind:

– hohe mechanische Stabilität,
– hohe chemische Beständigkeit,
– hohe Temperaturbeständigkeit und
– geringste Laufzeitverschiebung
– geringe Reflektion des Hochfrequenzsignals

Für die Zentrierelemente müssen Materialien verwendet werden, die aufgrund Ihrer geringen Leitfähigkeit näherungsweise im Bereich von elektrischen Isolatoren anzusiedeln sind. Jedoch kann eine gewisse Leitfähigkeit des Materials zur Sicherheit in Explosionsgefährdeten Bereichen erwünscht sein, damit sich das Material nicht elektrostatisch auflädt und somit es auch keinen Zündfunken gibt. Manche Kunststoffe und technische Keramiken besitzen außerdem eine gute chemische, korrosive und mechanische Stabilität. Die Kunststoffe Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) oder Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) sind für die Anwendung als Abstandshalter bzw. Zentrierelement bestens geeignet, da diese innert gegen Lösungsmittel und aggressive Chemikalien sind und dadurch von der Lebensmittel- und Chemischen Industrie als Prozesswerkstoff generell akzeptiert werden. Die Materialklasse der Kunststoffe und im Allgemeinen die obig aufgeführten Kunststoffe sind jedoch in Hochtemperaturanwendungen nur bedingt anwendbar. Dadurch lassen sich als Materialien der Zentrierelemente für Hochtemperaturanwendungen im Wesentlichen nur technische Keramiken oder Stoffgemische mit einem Keramikanteil einsetzen, da diese zusätzlich die Spezifikationen der Hochtemperaturanwendungen abdecken. Jedoch weisen diese Keramiken oder Stoffgemische einen hohen DK-Wert (ε_r ≈ 5 – 10) auf, wodurch starke Reflexionen auf dem nicht angeglichenen Oberflächenwellenleiter bei fixiertem Zentrierelement verursacht werden. Prinzipiell ist eine Vielzahl von technischen Keramiken für diese Art der Anwendung einsetzbar. Beispiele für einsetzbare technische Keramiken sind Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Zirkoniumoxid (ZrO₂). Eine weitere Anforderung an das Material ist, dass die Laufzeitverschiebung des Hochfrequenzsignals aufgrund des angebrachten Zentrierelements möglichst gering ist, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird. Das Zentrierelement kann auch aus weiteren Materialien, die die obig angeführten Spezifikationen erfüllen, gefertigt sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform beider erfindungsgemäßer Varianten besteht darin ist, dass es sich bei dem rohrförmigen Gebilde um einen Stutzen am Behälter handelt und dass das Zentrierelement als Abstandshalter des Oberflächenwellenleiters zur Innenwand des Stutzens dient. Das Zentrierelement leistet die Aufgabe, den Oberflächenwellenleiter in der Mitte des Stutzens zu halten und den Oberflächenwellenleiter vor Bewegungen im Stutzen zu bewahren. Die freie Bewegung des Oberflächenwellenleiters im Stutzen verursacht zwei Probleme: Das erste Problem ist die mechanische Beanspruchung des Oberflächenwellenleiters durch die auf ihn einwirkenden Kräfte; das zweite Problem ist der Kurzschluss des Oberflächenwellenleiters mit der Innenwand des Stutzens. Außerdem können beispielsweise am Oberflächenwellenleiter Beschädigungen entstehen, die zum Abreißen der Sonde führen, wenn dieser sich z.B. auf Grund der Bewegung an der Kante des Stutzens zum Behälterinnenraum reibt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform beider erfindungsgemäßen Lösungen ist, dass es sich bei dem rohrförmigen Gebilde um einen Koaxialaußenleiter handelt, der zusammen mit dem stabförmigen Oberflächenwellenleiter ein Koaxialleitersystem bzw. ein Wellenleiter bildet und dass das Zentrierelement als Abstandshalter des Oberflächenwellenleiters zur Innenwand des Koaxialaußenleiters dient. Das Zentrierelement hat wiederum die Aufgabe, den Oberflächenwellenleiter in der Mitte des röhrenförmigen Koaxialaußenleiters zu fixieren und Bewegungen des Oberflächenwellenleiters im Koaxialaußenleiter zu vermeiden. Hierdurch wird erstens die Messsituation des Koaxialleitersystems konstant gehalten, da dieser nicht die Innenwand des Koaxialaußenleiters kontaktiert, und zweitens wird der Oberflächenwellenleiter nicht zu stark von den auf ihn einwirkenden Kräften beansprucht.

Eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Lösung schlägt die Verwendung des Zentrierelementes als Befestigungsmittel eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters eines Feldgerätes vor, welche zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter eingesetzt ist, indem über den Oberflächenwellenleiter elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumsoberfläche reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter ins Innere eines Behälters hineinragt, und wobei ein Befestigungselement vorgesehen ist, dessen einer Endbereich mit dem Zentrierelement verbunden ist, das wiederum den Oberflächenwellenleiter umschließt, und dessen anderer Endbereich an der Innenwand des Behälters fixiert ist. Das Zentrierelement ist mit einem zusätzlichen Befestigungselement auch als einseitige Halterung des Oberflächenwellenleiters an der Innenwand des Behälters oder Stutzens einsetzbar. Dabei wird das Befestigungselement über eine Verschraubung, eine Vernietung, eine Verschweißung, eine Klebung oder über eine sonstige Befestigungsmethode fest an die Innenwand montiert.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene, in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentrierelementes als Abstandshalter im Stutzen und als Halterung einer stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters in einem TDR-Messsystem,
2: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentrierelementes als Abstandshalter eines Oberflächenwellenleiters im Koaxialaußenleiter in einem TDR – Messsystem,
3a: eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform auf ein als Lochscheibe ausgebildetes Zentrierelement,
3b: eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung A-A in 3a,
3c: eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform des in 3a dargestellten Zentrierelementes als Lochscheibe auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters,
4a: eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform auf ein als Hufeisen-Stern ausgebildetes Zentrierelement,
4b: eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung B-B der 4a,
4c: eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des in 4a dargestellten Zentrierelementes als Hufeisen-Stern auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters,
5a: eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung G-G in 5e eines ersten Ausführungsbeispiels von einem Teilstück des Zentrierelementes als Halbstern, das auf dem Oberflächenwellenleiter befestigt ist,
5b: eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform eines Teilstücks des Zentrierelementes als Halbstern,
5c: eine Draufsicht der dritten Ausführungsform auf das als Halbstern ausgebildetes Zentrierelement,
5d: eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung C-C in 5c,
5e: eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform eines Ausführungsbeispiels des Zentrierelementes als Halbstern,
5f: eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform des in 5a dargestellten Zentrierelementes als Halbstern,
5g: eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform des in 5a des als Halbstern ausgebildeten Zentrierelementes,
6: eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform des Zentrierelementes mit Bohrungen und Stiften,
7a: eine Draufsicht einer siebten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit vier innen liegenden und vier außen liegenden Aussparungen,
7b: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung D-D der 7a,
7c: eine perspektivische Ansicht der siebten Ausführungsmöglichkeit des in 7a dargestellten Zentrierelementes als Zahnrad mit vier innen liegenden und vier außen liegenden Aussparungen auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters,
7d: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung D-D der 7a mit unterschiedlicher Höhe des scheibenförmigen Elementes,
8a: eine Draufsicht einer achten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit drei innen liegenden und drei außen liegenden Aussparungen,
8b: eine Schnittansicht der achten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung E-E der 8a,
8c: eine perspektivische Ansicht der achten Ausführungsform des in 8a dargestellten Zentrierelementes als Zahnrad mit drei innen liegenden und drei außen liegenden Aussparungen auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters,
9a: eine Draufsicht einer neunten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit sechs innen liegenden und zwölf außen liegenden Aussparungen,
9b: eine Schnittansicht der neunten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung F-F der 9a,
9c: eine perspektivische Ansicht der neunten Ausführungsform einer weiteren Ausführungsmöglichkeit des in 9a dargestellten Zentrierelementes als Zahnrad mit sechs innen liegenden und zwölf außen liegenden Aussparungen auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters.
9d: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung F-F der 9a mit unterschiedlicher Höhe des scheibenförmigen Elementes, In den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung Bauteile oder Bauteilgruppen, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Figuren 1 und 2 werden die drei beschriebenen Anwendungsbeispiele von Zentrierelementen 12 in TDR-Messystemen dargestellt. In der 1 ist ein Feldgerät 1, das nach der TDR-Messmethode den Füllstand 2 in einem Behälter 5 ermittelt, aufgezeigt. Das Feldgerät 1 ist auf einem Stutzen 8 auf dem Behälter 5 angebracht, und die Messsonde mit dem stab- und seilförmiger Oberflächenwellenleiter 7 ist durch den Stutzen 8 in den Messraum des Behälters 5 eingeführt.
Die TDR-Messmethode arbeitet nach folgenden Messprinzip: Über den Oberflächenwellenleiter 7 werden Hochfrequenzsignale ausgesandt, die an der Oberfläche des Oberflächenwellenleiters 7 entlang geführt werden. Diese Hochfrequenzsignale werden bei einem DK-Wert-Sprung bzw. einer Änderung des dielektrischen Faktors ε_r des umgebenden Mediums 3 bzw. einer damit zusammenhängenden Wellenwiderstandsänderung teilweise zurückreflektiert. Über die gemessene Laufzeit des Hochfrequenzsignals bzw. HF-Impulses wird durch eine Umrechnung über die Formel der Wellengeschwindigkeit die zurückgelegte Strecke ermittelt. Diese Differenzstrecke entspricht der Höhe des Behälters 5 minus den Füllstand 2 des Mediums 3 im Behälter 5. Da die Höhe des Behälters 5 bzw. die Position der Einkopplung des Messsignals bekannt ist, lässt sich somit den Füllstand 2 im Behälter 5 bestimmen. Das Zentrierelement 12 im Stutzen 8 ist ein Abstandshalter 17, das den Oberflächenwellenleiter 7 im Stutzen 8 zentriert hält und dadurch verhindert, dass der Oberflächenwellenleiter die Innenwand 9 des Stutzens 8 berührt. Das im unteren Teil von 1 vorgesehene Zentrierelement 12 bildet zusammen mit dem Befestigungselement 21, das fest an der Innenwand 6 des Behälters 5 angebracht ist, eine einseitige Halterung des Oberflächenwellenleiters 7. Durch diese Halterung wird verhindert, dass sich der Oberflächenwellenleiter 7 durch eine Krafteinwirkung aus seiner gewünschten lotrechten Position bewegt.
Im unteren Endbereich des Oberflächenwellenleiters 7 ist ein Gewicht 22 angebracht. Das Gewicht 22 ist nur bei seilförmigen Oberflächenwellenleitern 7 relevant, da die Drahtseile besonders bei Schüttgütern sich sonst leicht verbiegen lassen und aufgeschwemmt werden können. Das Feldgerät 1 würde dann einen falschen Messwert liefern.
In 2 ist die dritte Anwendungsmöglichkeit des Zentrierelementes 12 als ein Koaxialleitersystem 18 dargestellt. Hier dienen die Zentrierelemente 12 als Abstandshalter 17, die den Oberflächenwellenleiter 7 im Koaxialaußenleiter 19 zentrieren und das Koaxialleitersystem 18 vor mechanischer Beanspruchung bzw. vor Vibrationseinwirkungen schützen. In der 2 ist ein Zentrierelement 12 mit Ausnehmungen 13 vorgesehen. Wie schon zuvor erwähnt, handelt es sich bei dem rohrförmigen Gebilde 10 um einen Stutzen 8 oder ein Koaxialaußenleiter 19.
In den Figuren 3a, 3b und 3c wird ein Ausführungsbeispiel eines Zentrierelementes 12 als Lochscheibe dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Teilung des Oberflächenwellenleiters 7 durch eine Verschraubung oder einen sonstigen lösbaren Befestigungsmechanismus zwingend, da die Ausnehmung 13 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 eine Unterschneidung ausbildet, in die die radialsymmetrische innen liegende Aussparung 15 des Zentrierelementes 12 bündig passt. Eine andere Möglichkeit ist es, die Lochscheibe teilbar auszulegen, wodurch eine Montage des Zentrierelementes 12 als Lochscheibe auf einem durchgängigen Oberflächenwellenleiter 7 mit Ausnehmungen 13 wiederum möglich wird. Die außen liegenden Aussparungen 16 sind als Bohrungen dahingehend ausgestaltet, dass das Medium 3 durch das Zentrierelement 12 möglichst wenig in seinem Fließverhalten beeinflusst wird und dass das Zentrierelement 12 eine noch ausreichende mechanische Stabilität aufweist.
In den Figuren 4a, 4b und 4c wird ein Ausführungsbeispiel eines Zentrierelementes 12 als Hufeisen-Stern dargestellt. Bei dem so genannten Hufeisen-Stern Zentrierelement 12 handelt es sich um einen Hohlzylinder, in der Größe und Form der Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 angepasst, mit kreuzförmig angeordneten Stegen und einer Öffnung der Zylinderform in dem Durchmesser des Oberflächenwellenleiters 7 an der Verjüngung 13.2. In 4c ist ein Beispiel gezeigt, wie das Zentrierelement 12 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 angebracht werden kann, indem das scheibenförmige Element 12.2 in der Scheibenstärke geteilt wird und somit in zwei Teilstücken 12.3 ausgelegt ist. Diese Teilstücke 12.3 werden gegenläufig übereinander geschoben und können über zusätzliche Führungen, Nuten, Zapfen und entsprechenden Gegenelementen, die ineinander greifen und sich auf den Oberflächen der Teilstücke 12.3 des scheibenförmigen Elementes 12.2 befinden, zueinander arretiert werden. Eine alternative Möglichkeit, das Zentrierelement 12 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 zu fixieren, ist es, ein zusätzliches Halteelement 14, z.B. einen Splint 14.2 , wie in 5f gezeigt, anzubringen, das ein Herunterrutschen des Zentrierelementes 12 von der Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 verhindert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zentrierelementes ist in den 5a-5g 12 als Halbstern dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Zentrierelement 12 eine sternförmige Scheibe mit einer Mittenbohrung 23 in der Größe des Durchmessers der Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7, die in symmetrische Teilstücke 12.3 aufgeteilt ist.
Das Zentrierelement 12 weist an seinen äußeren Rändern außen liegende Aussparungen 16 auf, die dem Medium 3 genügend Platz zum Vorbeiströmen ermöglichen und auch die Gefahr der Ansatzbildung verringern. Die Teilstücke 12.3 der Scheibe 12.2 sind symmetrisch ausgelegt, dass diese durch ein einziges Werkzeug hergestellt werden können, was Kosten einspart. Die Teilstücke 12.3 des Zentrierelementes 12 werden auf die Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 geschoben und mit einem Halteelement 14, z.B. einem Federring 14.1 oder einem Splint 14.2 fixiert. Eine andere Möglichkeit, die Teilstücke 12.3 zu fixieren besteht darin, an den Teilstücken 12.3 selbst Halteelemente 14, z.B. in der Form von Nuten und Zapfen bzw. Gräben und Bohrungen oder anderer Befestigungsmechanismen, anzubringen, die die Teilstücke 12.3 des Zentrierelementes 12 auf der Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 fixieren.
In 5e ist ein Ausführungsbeispiel zu sehen, das ein zweiteilig ausgeführtes Zentrierelement 12 aufzeigt, das wiederum über einen Federring 14.1 als Halteelement 14 auf der Verjüngung 13.2 fixiert ist. In 5g ist ein Ausführungsbeispiel des Zentrierelementes 12 als Halbstern zu sehen, bei dem die Teilung des Zentrierelementes 12 unsymmetrisch ausgeführt ist und die Teilstücke 13.2 über einen Splint 14.2 oder ein sonstiges Halteelement 14 zusammen gehalten bzw. zueinander fixiert werden.
In 6 wird ein Ausführungsbeispiel des Zentrierelementes 12 mit zylindrischen Stiften 12.1 und Bohrungen 13.1 dargestellt. Die Ausnehmungen 13 an dem Oberflächenwellenleiter 7 sind so beschaffen, dass der Wellenwiderstand näherungsweise konstant ist. Der Wellenwiderstand ist abhängig von dem DK-Wert der verwendeten Materialien. Bei diesem Beispiel werden als Ausnehmungen 13, je nach DK-Wert des Materials der Stifte 12.1, Bohrungen 13.1 in den Oberflächenwellenleiter 7 eingebracht und die Stifte 12.1 in den Bohrungen 13.1 befestigt. Bei den Bohrungen 13.1 kann es sich um Durchgangsbohrungen oder Sacklochbohrungen handeln, in die Befestigungshilfen für die Stifte 12.1, z.B. in Form von Gewinden oder Nuten, eingebracht sind. Die Stifte 12.1, bei denen es sich beispielsweise auch um Bolzen handeln kann, werden in die Bohrungen 13.1 eingebracht und über ein entsprechendes Halteelement 14 befestigt. Sie werden z.B. eingeschraubt, eingeklemmt, eingeklebt und/oder eingelötet. Die Achse Y der Bohrungen 13.1 muss nicht zwangsläufig orthogonal zu der Achse Z des Oberflächenwellenleiters 7 ausgerichtet sein, sondern die Bohrungen 13.1 können auch in einem beliebigen Winkel zu der Längsachse Z des Oberflächenwellenleiters 7 erfolgen.
In den Figuren 7a-7d, 8a-8c und 9a-9d werden Ausführungsbeispiele eines Zentrierelementes 12 als Zahnrad dargestellt. Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu finden, dass zwischen dem Oberflächenwellenleiter 7 und der Innenwand 6, 9, 11, 20 ein mechanisch stabiles Gerüst als Zentrierelement 12 ausgebildet ist. Dieses Zentrierelementes 12 liegt nur in wenigen Randbereichen an dem Oberflächenwellenleiter 7 und demzufolge sind die Volumenanteile des Zentrierelementes 12, die sich in der Nähe des Oberflächenwellenleiters 7 befinden, unter Beachtung der mechanischen Stabilität minimal ausgestaltet. Somit wird durch das geringe Störvolumen des Zentrierelementes 12 der Wellenwiderstand des Oberflächenwellenleiters 7 nur unbeträchtlich verändert. Die Verringerung des Störvolumens im Bereich des Oberflächenwellenleiters 7 hat den Grund, dass das elektrische Feld an der Oberfläche des Oberflächenwellenleiters 7 am stärksten vorliegt und reziprok mit Entfernung vom Oberflächenwellenleiter 7 abnimmt. Dieses Zentrierelement 12 besteht aus einem scheibenförmigen Element 12.2 mit innen liegenden Aussparungen 15 und/oder außen liegenden Aussparungen 16. Bei der Gestaltung der Aussparungen 15,16 werden insbesondere folgende Aspekte beachtet:

– mechanischen Stabilität des Zentrierelementes 12
– Konstanz des Wellenwiderstandes des Oberflächenwellenleiters 7
– nahezu behinderungsfreier Durchfluss des fließenden Mediums 3
– Laufzeitverzögerungen des Signals durch das Zentrierelement 12

Auf Grund der geringen Beeinflussung des Wellenwiderstandes durch diesen Aufbau des Zentrierelementes 12 mit einer nur geringen Anlagefläche am Oberflächenwellenleiter 7 bzw. einem geringen Störvolumen ist einen Ausnehmung 13 in der Form einer Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 nicht zwingend nötig.
Jedoch kann zur Fixierung des Zentrierelementes 12 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 eine geringfügige Ausnehmung 13 vorgesehen sein, in die das Zentrierelement 12 mit seinen innen liegenden Zähnen einrastet. Eine andere Möglichkeiten, das Zentrierelement 12 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 zu fixieren, ist es, durch eine kleine Einkerbung einen leichten Ringwulst am Oberflächenwellenleiter 7 zu bilden, die eine Barriere für das Zentrierelement 12 darstellt oder das Zentrierelement 12 mit einer Federring 14.1 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 zu platzieren.
In den 7d und 9d sind Ausführungsbeispiele aufgezeigt, bei denen die Flächen des scheibenförmigen Elementes 12.2 nicht planparallel ausgestaltet sind. In diesen Figuren wird eine Möglichkeit aufgezeigt, die Volumenelemente des Zentrierelementes 12 noch weiter zu verkleinern, wodurch diese noch unwesentlicher den Wellenwiderstand des Oberflächenwellenleiters 7 beeinflussen. Da das freie elektrische Feld an der Oberfläche des Oberflächenwellenleiters 7 am größten ist und mit der Kehrwert der Entfernung abnimmt, ist die Verringerung des Störvolumens im Bereich des Oberflächenwellenleiters 7 als am zweckdienlichsten anzusehen. Diese unterschiedlichen Höhen des Zentrierelementes 12 sind auch bei den anderen Ausführungsformen der Lösungen, wie in 3 bis 6 zu sehen, realisierbar.

1: Feldgerät
2: Füllstand
3: Medium
4: Mediumsoberfläche
5: Behälter
6: Innenwand des Behälters
7: stab- oder seilförmige Oberflächenwellenleiter
7.1: Wellenleiter
8: Stutzen
9: Innenwand des Stutzens
10: rohrförmiges Gebilde
11: Innenwand des rohrförmigen Gebildes
12: Zentrierelement/-e
12.1: zylindrischer Stift
12.2: scheibenförmiges Element
12.3: Teilstücke
13: Ausnehmung
13.1: Bohrung
13.2: Verjüngung
14: Halteelement
14.1: Federring
14.2: Splint
15: innen liegende Aussparung
16: außen liegende Aussparung
17: Abstandshalter
18: Koaxialleitersystem
19: Koaxialaußenleiter
20: Innenwand des Koaxialleiteraußenwellenleiters
21: Befestigungselement
22: Gewicht
23: Mittenbohrung

Claims

Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters (7) eines Feldgerätes (1), welches zur Bestimmung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (5) eingesetzt ist, wobei über den Oberflächenwellenleiter (7) elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumsoberfläche (4) reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter (7) zumindest teilweise von einem rohrförmigen Gebilde (10) umschlossen ist und ins Innere eines Behälters (5) hineinragt, wobei zumindest ein Zentrierelement (12) vorgesehen ist, das den Oberflächenwellenleiter (7) in dem rohrförmigen Gebilde (10) zentriert und/oder das verhindert, dass der Oberflächenwellenleiter (7) mit der Innenwand (11) des rohrförmigen Gebildes (10) in Kontakt kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht und dass an dem Oberflächenwellenleiter (7), zumindest an einer Position, an der das Zentrierelement (12) platziert ist, zumindest eine Ausnehmung (13) vorgesehen ist, deren Dimensionierung von der Dielektrizitätskonstanten des Materials des Zentrierelementes (12) und der geometrischen Form des Zentrierelementes (12) abhängt.
Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren eines stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters (7) eines Feldgerätes (1), welches zur Bestimmung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (5) Behälter im Hochtemperaturbereich eingesetzt ist, wobei über den Oberflächenwellenleiter (7) elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumsoberfläche (4) reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter (7) zumindest teilweise von einem rohrförmigen Gebilde (10) umschlossen ist und ins Innere eines Behälters (5) hineinragt, wobei zumindest ein Zentrierelement (12) vorgesehen ist, das den Oberflächenwellenleiter (7) in dem rohrförmigen Gebilde (10) zentriert und/oder das verhindert, dass der Oberflächenwellenleiter (7) mit der Innenwand (11) des rohrförmigen Gebildes (10) in Kontakt kommt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem Material mit einer bestimmten Dielektrizitätskonstanten besteht und dass das Zentrierelement (12) zumindest eine innen liegende Aussparung (15) aufweist und/oder dass am äußeren Rand des Zentrierelementes (12) außen liegende Aussparungen (16) ausgestaltet sind, so dass das Zentrierelement (12) nur teilweise an dem Oberflächenwellenleiter (7) und/oder der Innenwand (9, 11, 20) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung/-en (13) auf dem Oberflächenwellenleiter (7) so beschaffen ist/sind, dass bei fixiertem Zentrierelement (12) an dem Oberflächenwellenleiter (7) der Wellenwiderstand entlang einem Wellenleiter (7.1) im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der/den Ausnehmung/-en (13) an dem Oberflächenwellenleiter (7) um zumindest eine Bohrung (13.1) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zentrierelement (12) um mindestens einen zylindrischen Stift (12.1) handelt, der in die Bohrung/-en (13.1) an dem Oberflächenwellenleiter (7) eingebracht ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ausnehmung (13) an dem Oberflächenwellenleiter (7) um eine Verjüngung (13.2) des Oberflächenwellenleiters (7) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem scheibenförmigen Element (12.2) mit Aussparungen (15, 16) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus mehreren Teilstücken (12.3) besteht, die lösbar miteinander verbunden werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) den Oberflächenwellenleiter (7) im Bereich der Ausnehmung (13) bündig umschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstücke (12.3) des Zentrierelements (12) symmetrisch sind.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung (13) teilbar ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Halteelement (14) vorgesehen ist, das das Zentrierelement (13) auf dem stabförmigen oder seilförmigen Oberflächenwellenleiter (7) fixiert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem Material, das im Wesentlichen aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff besteht, angefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem rohrförmigen Gebilde (10) um einen Stutzen (8) am Behälter (5) handelt und dass das Zentrierelement (12) als Abstandshalter (17) des Oberflächenwellenleiters (7) zur Innenwand (9) des Stutzens (8) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem rohrförmigen Gebilde (10) um einen Koaxialaußenleiter (19) handelt, der zusammen mit dem Oberflächenwellenleiter (7) ein Koaxialleitersystem (18) bildet und dass das Zentrierelement (12) als Abstandshalter (17) des Oberflächenwellenleiters (7) zur Innenwand (20) des Koaxialaußenleiters (19) dient.
Verwendung des Zentrierelementes (12) nach den Ansprüchen 1 bzw. 3-15 der ersten Ausführungsform oder den Ansprüchen 2, 8, 10 bzw. 12-15 der zweiten Ausführungsform als Befestigungsmittel eines stab- oder seilförmige Oberflächenwellenleiters (7) eines Feldgerätes (1), welche zur Bestimmung des Füllstandes (2) eines Mediums (3) in einem Behälter (5) eingesetzt ist, indem über den Oberflächenwellenleiter (7) elektromagnetische Wellen geführt werden, die an der Mediumsoberfläche (4) reflektiert werden, wobei der Oberflächenwellenleiter (7) ins Innere eines Behälters (5) hineinragt, und wobei ein Befestigungselement (21) vorgesehen ist, dessen einer Endbereich mit dem Zentrierelement (12) verbunden ist, das den Oberflächenwellenleiter (7) umschließt, und dessen anderer Endbereich an der Innenwand (6) des Behälters (5) fixiert ist.