DE102004032965B4 - Device for aligning and centering a rod-shaped or rope-shaped surface waveguide of a field device - Google Patents

Device for aligning and centering a rod-shaped or rope-shaped surface waveguide of a field device Download PDF

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    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Abstract

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) als ein scheibenförmiges Element (12.2) ausgebildet ist und aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht, und dass an dem Oberflächenwellenleiter (7), zumindest an einer Position, an der das scheibenförmige Zentrierelement (12, 12.2) platziert ist, zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, dass der Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung eine Unterschneidung aufweist, und dass das scheibenförmige Zentrierelement (12, 12.2) den Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung umschließt.Device for aligning and centering a rod-shaped or rope-shaped surface waveguide (7) of a field device (1), which is used to determine the level (2) of a medium (3) in a container (5), wherein via the surface waveguide (7) electromagnetic Waves are guided, which are reflected on the medium surface (4), wherein the surface waveguide (7) is at least partially enclosed by a tubular structure (10) and projects into the interior of a container (5), wherein at least one centering element (12) is provided centering the surface waveguide (7) in the tubular structure (10) and / or preventing the surface waveguide (7) from coming into contact with the inner wall (11) of the tubular structure (10), characterized in that the centering element ( 12) is formed as a disk-shaped element (12.2) and consists of a material having a predetermined dielectric constant, and at least one recess is provided on the surface waveguide (7), at least at a position at which the disc-shaped centering element (12, 12.2) is placed, that the surface waveguide (7) has an undercut at the position of the recess, and in that disc-shaped centering element (12, 12.2) surrounds the surface waveguide (7) at the position of the recess.

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.The invention relates to a device for aligning and centering a rod-shaped or rope-shaped surface waveguide of a field device, which is used to determine the level of a medium in a container, wherein over the surface waveguide electromagnetic waves are guided, which are reflected at the medium surface, wherein the surface waveguide is at least partially enclosed by a tubular structure and projects into the interior of a container, wherein at least one centering element is provided which centers the surface waveguide in the tubular structure and / or prevents the surface waveguide comes into contact with the inner wall of the tubular structure.

Ein entsprechendes Füllstandsmessgerät wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung Levelflex FMP40 angeboten und vertrieben.A corresponding level gauge is offered and sold by the applicant under the name Levelflex FMP40.

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.A measuring principle from a variety of measurement methods to determine the level in a container is that of the guided microwave or the TDR measurement method (Time Domain Reflection). In the TDR measurement method z. B. emitted a high-frequency signal along a summer field surface waveguide or coaxial waveguide, which is partially reflected back at a jump in the DK value (dielectric constant) of the medium surrounding the surface waveguide. From the time difference between the transmission of the transmitted pulse and the reception of the reflected echo signal can be determined over the term of the level. The so-called FMCW method is also feasible in the context of the waveguides described above (surface waveguide or coaxial waveguide).

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.Fundamental to the two methods is that a rod or rope-shaped surface waveguide protrudes into the medium via an opening in the container, usually through a nozzle, and it is important for the reproducibility and accuracy of the measurement that the rod-shaped or rope-shaped surface waveguide to the inner wall the container, neck or to a Koaxialaußenleiter is aligned and centered. The latter is necessary because in vessels in turbulence and currents in the medium of the rod or rope-shaped surface waveguide can be pressed from its desired, preferably vertical position, whereby the position of the rod or rope-shaped surface waveguide to the inner wall of the container, Stutzens or to a Koaxialaußenleiters is changed. Furthermore, a change in position of the rod or cable-shaped surface waveguide due to vibrations in the entire system and resonant vibrations is a reason for a disturbed measurement with the guided microwave technique. These vibrations can z. B. of various devices on the container z. As motors, pumps are generated.

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.A disadvantage of an uncontrolled change in position of the surface waveguide is that due to the measurement situation in the tank is changed and the measurement results are no longer comparable. If the rod-shaped or rope-shaped surface waveguide touches even the inner wall of the container, the nozzle or a Koaxialaußenleiters a determination of the level is no longer possible. Even with strongly moving media, the z. B. caused by Befüllvorgänge, ventilation processes or agitators, it may be that this movement of the medium transmits to the rod or rope-shaped surface waveguide and this moves the surface waveguide from its mostly vertical position. This measurement situation would not yield reproducible measurements. If the rod or rope-shaped surface waveguide touches the inner wall of the container, the nozzle or the Koaxialaußenleiters, a determination of the level is no longer possible because of an electrical short circuit. Another problem that arises with the forces acting on the surface waveguide is that the applied forces represent a large mechanical stress on the surface waveguide that can destroy the rod-shaped or rope-shaped probe. These large loads of surface waveguide occur especially by forces from cyclic movements or vibrations of the surface waveguide.

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.For these reasons, spacers holding the rod-shaped surface waveguide in its vertical position with respect to the inner wall of the container, neck, or coaxial outer conductor are mounted. These should fix the surface waveguide in the desired position.

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 the published patent application DE 101 60 239 A1 is a centering device for a rod or rope-shaped probe in a nozzle described. In this document, various embodiments of a centering device of the probe are shown in the neck of the container.

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.In the published patent application DE 197 28 280 A1 a measuring probe for capacitive level measurement is shown, which has a centering device which is arranged in the outer tube of the coaxial conductor system. A disc-shaped element is firmly clamped to the outer tube and through a central opening in this disc, through which the inner conductor is inserted, the inner conductor is adjusted to the outer tube.

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 (εr ≅ 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 εr ≈ 1 zum Medium εr ≈ 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. According to the state of the art, mainly chemically resistant materials with a low DK value or a similar DK value as air (∈ r ≅ 1) are used for the measuring principle of the guided microwave as materials for the centering elements, because every Change causes a reflection of the emitted high-frequency signal. The larger the DK value difference at this point, the more energy of the emitted high-frequency signal is reflected back there. Thus, the following problem may arise: Is the effective DK jump, caused by the centering element on the surface waveguide, almost equal to or greater than the difference of the DK value of the measured phase boundary (eg, air ε r ≈ 1 to the medium ε r ≈ 1.4-100), no measuring signal can be determined at the position where the centering element is located. In these cases, no exact level can be determined at this position. As a result, for example, as materials for the centering generally special plastics or a plastic mixture is used, since these usually have a low DK value. An example of this is the polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) or perfluoroalkoxy copolymer (PFA) plastics, which are considered suitable for this application, as they are not attacked by solvents or other aggressive chemicals, and by the food and chemical industry as process materials are generally accepted. A disadvantage can be seen, for example, in the fact that polytetrafluoroethylene and perfluoroalkoxy polymers are only permanently heat resistant up to + 250 ° C., which fundamentally excludes these materials from a high-temperature application. For this reason, for example, a material that can withstand higher temperatures must be used for a high-temperature application. As materials for this special application as a spacer or centering but only a few materials are used. However, these materials, which can be used, for example, in the high temperature range, usually have the disadvantage of having a high DK value, which makes it difficult to use and use this material as a centering element on a rod-shaped or rope-shaped TDR measuring probe.

GB2385478 A beschreibt eine Sonde für ein Radarfüllstandsensor mit einem länglichen Wellenleiter, der eine zentrale Bohrung aufweist, und einem Zentralleiter, welcher in der Bohrung angeordnet ist und sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Bohrung erstreckt. Der Zentralleiter ist relativ zu dem Wellenleiter durch ein längliches Abstandsstück zwischen dem Wellenleiter und dem Mittelleiter beabstandet angeordnet. Der Abstandshalter benötigt keine Diskontinuitäten in der Antenne oder Wellenleiter, um seine Position zu halten, und kann durch Reibschluss oder Stoffschluss in einer Position gehalten und befestigt werden. GB2385478 A describes a probe for a radar level sensor having an elongate waveguide having a central bore and a center conductor disposed in the bore and extending substantially the entire length of the bore. The center conductor is spaced relative to the waveguide by an elongate spacer between the waveguide and the center conductor. The spacer does not require discontinuities in the antenna or waveguides to hold its position, and can be held and fixed in position by frictional engagement or constraint.

DE 101 60 239 A1 beschreibt, dass eine Sonde eines Feldmessgeräts im Bereich eines Stutzens eines Behälters mit einer Zentriervorrichtung versehen ist, die wenigstens ein Zentrierelement aufweist, das die Sonde im Stutzen zentriert und verhindert, dass die Sonde eine Innenwand oder eine Kante des Stutzens berührt. DE 101 60 239 A1 describes that a probe of a field measuring device is provided in the region of a nozzle of a container with a centering device having at least one centering element which centers the probe in the nozzle and prevents the probe from touching an inner wall or an edge of the nozzle.

DE 197 28 280 A1 beschreibt eine Sonde zur kapazitiven Füllstandsmessung, die aus einem Sondenaußenteil mit einer Außenelektrode, einem Sondeninnenteil mit einer Innenelektrode und einem Sondenkopfteil mit einer Anschlußbuchse zum Anschließen der Innen- und Außenelektrode an eine externe Auswerteschaltung, besteht. Durch besonders ausgestaltete Zentrierungen wird die hohe Linearität der Kapazitätskennlinie der Sonde auch im Zentrierbereich beibehalten. US 2004/0085240 A1 beschreibt ein Verfahrensinstrument umfassend ein Gehäuse, ein Terminal in dem Gehäuse zur Verbindung mit einer Zweidraht-Prozessschleife und ein aktives Element zum Erfassen einer Charakteristik eines Prozesses. Ein zentrierendes Element für den Innenleiter im Außenleiter, welches z. B. als scheibenförmiges bzw. stiftartiges/stiftförmiges Zentrierelement ist von einer bzw. mehreren Ausnehmungen im Innenleiter gehalten. DE 197 28 280 A1 describes a probe for capacitive level measurement, which consists of a probe outer part with an outer electrode, a probe inner part with an inner electrode and a probe head part with a connector for connecting the inner and outer electrode to an external evaluation circuit. Due to specially designed centering, the high linearity of the capacitance characteristic of the probe is maintained even in the centering area. US 2004/0085240 A1 describes a method instrument comprising a housing, a terminal in the housing for connection to a two-wire process loop, and an active element for detecting a characteristic of a process. A centering element for the inner conductor in the outer conductor, which z. B. as a disc-shaped or pin-like / pin-shaped centering element is held by one or more recesses in the inner conductor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine stab- bzw. seilförmige Sonde für geführte elektromagnetische Wellen vorzuschlagen, die sich durch eine optimierte Wellenwiderstandsanpassung auszeichnet.The invention is therefore based on the object to propose a rod-shaped or rope-shaped probe for guided electromagnetic waves, which is characterized by an optimized characteristic impedance adjustment.

Diese Aufgabe wird nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dadurch gelöst, dass das Zentrierelement als ein scheibenförmiges Element ausgebildet ist und aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht und dass an dem Oberflächenwellenleiter zumindest an einer Position, an der das scheibenförmige Zentrierelement platziert ist, zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, dass der Oberflächenwellenleiter an der Position der Ausnehmung eine Unterschneidung aufweist, und dass das scheibenförmige Zentrierelement den Oberflächenwellenleiter an Position der Ausnehmung umschließt. 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 εr > 2,5 (z. B. Keramiken: εr ≈ 5–10). Bei diesen Materialien mit einem erhöhten DK-Wert von εr > 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.This object is achieved according to a first embodiment of the invention in that the centering element is formed as a disc-shaped element and consists of a material having a predetermined dielectric constant and that at least at a position at which the disc-shaped centering is placed on the surface waveguide at least one Recess is provided that the surface waveguide has an undercut at the position of the recess, and that the disc-shaped centering element surrounds the surface waveguide at the position of the recess. Due to the recess (s) on the surface waveguide, the wave resistance of the surface waveguide at this point, where the recess (s) are located, increases depending on the size of the recess (s). With the effect of increasing the characteristic impedance through the recess (s), one can thus obtain the effect of reducing the surface acoustic wave resistance of the waveguide by an attached centering element on the surface waveguide of a material having a higher DK value compensate. The materials which can be used in high-temperature applications essentially have a dielectric constant of ε r > 2.5 (for example ceramics: ε r ≈ 5-10). For these materials with an increased DK value of ε r > 2.5, a compensation or equalization of the characteristic impedance of the surface waveguide, as described above, to perform. The dimensioning of the recess (s) depends on the shape and the DK value of the centering element, ie the higher the DK value of the material of the centering element and the more cross sectional area the centering element between the surface waveguide and the tubular structure fills, the larger it must be / The recesses / -en must be designed. With this method, the characteristic impedance of the waveguide can be adjusted.

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.The electric field is greatest at the surface of the surface waveguide and decreases reciprocally with the distance. For this reason described above, in the vicinity of the surface waveguide, the effect of the centering element on the characteristic impedance of the waveguide is greatest.

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 εr > 2,5 (z. B. Keramiken εr ≈ 5–10). Bei diesen Materialien mit einem erhöhten DK-Wert von εr > 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.As a result, in this solution of the problem, the principle has been implemented to minimize the area or the volume that fills the centering between surface waveguide and tubular structure, given a DK value of the material. The materials which can be used in high-temperature applications essentially have a dielectric constant of ε r > 2.5 (eg ceramics ε r ≈ 5-10). For these materials with an increased DK value of ε r > 2.5, it is necessary to minimize the disturbance volume, which influences the characteristic impedance of the surface waveguide and thereby causes unwanted reflections of the emitted signal. In addition, for the reasons described above, it is particularly advantageous to minimize the area or volume fractions that are in the vicinity of the surface waveguide. It is important to note the following constraint in minimizing the disturbance volume, that the mechanical stability of the centering is guaranteed at all times.

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.In a particularly preferred embodiment of the first solution of the invention it is provided that the recess (s) on the surface waveguide is / are such that with fixed-m / n centering element (s) on the surface waveguide, the characteristic impedance along a waveguide substantially is constant. In the best case, the characteristic impedance should correspond to the characteristic impedance of the undisturbed waveguide in the region in which the centering element is fastened to the surface waveguide. As a result, reflections of the transmission signal at the position at which the centering sits, reduced or even avoided.

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.In a further preferred embodiment of the first solution of the invention, it is provided that the recess (s) on the surface waveguide is at least one hole. There are all embodiments of holes z. B. blind hole bores and / or through holes, applicable. The bores are preferably mounted so that they pass through the surface waveguide preferably perpendicular to the longitudinal axis of the surface waveguide and the center, but in a specific application, the holes can also be made at any angle to the longitudinal axis of the surface waveguide. The size of the hole is selected by the optimum of the characteristic impedance adjustment taking into account the mechanical stability of the pierced surface waveguide. Any type of mounting aid for the centering element, such as threads, grooves, fits and cones, may be incorporated into the bores.

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.An expedient embodiment of the first solution of the invention is that the centering element is at least one cylindrical pin, which is / are introduced into the bore (s) on the surface waveguide. The pins are made to fit and are inserted into the holes. In blind holes but also in through holes, it is possible to introduce the pins with a spring mechanism in the holes, which presses the pins to the outside of the inner wall of the tubular structure. Thus, variances in the diameter of the tubular structure could be compensated, whereby a fit accuracy is ensured. The pins can be fastened in different ways in the holes, for example, by gluing the pins into the holes, clamped, soldered, screwed through a thread or fixed with a fastener.

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 Oberflächenwellenleiter flächenförmige 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.In a further preferred embodiment of the first embodiment of the invention, the recess on the surface waveguide is a taper of the surface waveguide. The taper of the surface waveguide is in the simplest case, a concentric recess of the surface waveguide, but other surface-shaped tapers are provided on the surface waveguide, which in turn prevent rotation of the centering on the surface waveguide. For this purpose, surface-shaped tapers in a square, hexagonal or polygonal profile can be worked out on the surface waveguide. The recesses on the surface waveguide are designed such that an optimum between the mechanical stability and the adaptation of the characteristic impedance of the surface waveguide is achieved, ie the depth of the recesses results from the shape of the centering element and its DK value and is limited only by the above-mentioned mechanical stability of the surface waveguide.

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.An advantageous embodiment of the first and second embodiment of the solution according to the invention can be seen in that the centering element consists of a disc-shaped element with recesses. Under a disc-shaped element is any, three-dimensional, geometric body understood, whose one dimension z. B. the height is less than the two remaining dimensions z. B. length and width. The height or thickness of the disc-shaped element is seen in the simplest case over the entire base the same, so that there are parallel surfaces. However, this is not mandatory, so that z. B. the centering element, seen over the base, has different heights or thicknesses, d. H. the centering element has different heights at different points. Particularly advantageous is the reduction of the height of the centering element to the surface waveguide, since this brings two advantages. A first advantage is that the medium can flow better, and the further advantage is the minimization of the volume located near the surface waveguide. The latter is particularly advantageous if an adaptation of the characteristic impedance, with or without a recess on the surface waveguide, due to the mechanical requirements of the centering element, can not be realized with a centering element with parallel planar surfaces.

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 Befestigungselemente 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.According to an advantageous embodiment of the two variants of the solution according to the invention it is provided that the centering element consists of several sections which are detachably connected to each other. Due to the taper of the surface waveguide and the mounting of the centering at the location of the taper of the surface waveguide, the centering must be divisible because the surface waveguide at the location of the recess has an undercut and the centering surrounds the surface waveguide at the location of the recess. The centering element can be composed of any number of sections. Furthermore, it is possible to provide these sections with an adjustment and fastening element, so that the sections can no longer be reversed or incorrectly mounted. The sections are held together using these Justage- and fasteners. The Justage- and fastener can be achieved by a particular configuration of the sections by z. As small pins or guides or the like on the one portion of the centering and corresponding to the other portion of the centering equivalent adjustment and fastener are worked out, which are arranged to fit each other.

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.A further advantageous embodiment of the device according to the first solution of the invention is to be seen in that the centering element surrounds the surface waveguide flush in the region of the recess. The flush connection of the centering element around the recess of the surface waveguide ensures that the characteristic impedance of the waveguide does not change at this point. This makes it possible to prevent an undefined air gap between centering element and surface waveguide from influencing the adaptation of the characteristic impedance and changing it. In addition, no medium can enter into a possible air gap and settle in it.

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.An advantageous embodiment of both variants of the solution according to the invention suggests that the sections of the centering element are symmetrical. If the sections are designed symmetrically, this has the advantage that only one equal part must be made.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der ersten und zweiten Variante der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, dass der Oberflächenwellenleiter an der Position der Ausnehmung teilbar ausgestaltet 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.According to an advantageous embodiment of the first and second variant of the solution according to the invention it is proposed that the surface waveguide is designed to be divisible at the position of the recess. Another possibility, the disk-shaped centering z. B. to install with a smaller center hole diameter than the outer diameter of the surface waveguide at the position of the recess is to divide the surface waveguide divisibly at this point. The division of the surface waveguide can be done via a screw thread by z. B. in a part of the surface waveguide, a threaded bore is introduced into which a threaded bolt of the other portion of the surface waveguide, which adjoins the region of the recess, is screwed. If the surface waveguide is designed to be divisible, a complete centering element can be placed on the surface waveguide before the surface waveguide is screwed together. Other fasteners, such as a bayonet lock or press fit, are also applicable in this embodiment.

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 fixiert. 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.A very advantageous variant of the two solutions according to the invention can be seen in that at least one holding element is provided, which fixes the centering element on the rod-shaped or rope-shaped surface waveguide. The holding element is used for radial and / or axial fixation of the centering element on the surface waveguide. In the case of a split centering, these sections are held together by the holding element. These holding elements can be pins, cotter pins, screws, clamps, springs or rings, which are attached to the surface waveguide and / or the centering element and fix the centering element on the surface waveguide. There are also other embodiments of holding elements and combinations of holding mechanisms or holding elements applicable.

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 und die Form des Zentrierelementes für diese Anwendung gestellt, welche sind:

  • – hohe mechanische Stabilität,
  • – hohe chemische Beständigkeit,
  • – hohe Temperaturbeständigkeit,
  • – geringste Laufzeitverschiebung, und
  • – geringe Reflektion des Hochfrequenzsignals
A further advantageous embodiment of both solutions according to the invention is that the centering element is made of a material which consists essentially of a ceramic and / or a plastic. Various requirements are placed on the material and the shape of the centering element for this application, which are:
  • High mechanical stability,
  • - high chemical resistance,
  • High temperature resistance,
  • - least runtime shift, and
  • - low reflection of the high frequency signal

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 (εr ≈ 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.For the centering elements materials must be used, which are due to their low conductivity approximately in the range of electrical insulators to settle. However, some conductivity of the material may be desirable for safety in potentially explosive atmospheres so that the material does not become electrostatically charged and thus there is no spark. Some plastics and engineering ceramics also have good chemical, corrosive and mechanical stability. The plastics polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) or perfluoroalkoxy copolymer (PFA) are ideally suited for use as spacers or centering elements, since they are inert against solvents and aggressive chemicals and are therefore generally accepted by the food and chemical industry as a process material , However, the material class of plastics and in general the plastics listed above are only conditionally applicable in high-temperature applications. As a result, as materials of the centering elements for high-temperature applications essentially only technical ceramics or mixtures with a ceramic component can be used, as these additionally cover the specifications of high-temperature applications. However, these ceramics or mixtures have a high DK value (ε r ≈ 5-10), which causes strong reflections on the non-aligned surface waveguide with fixed centering. In principle, a large number of technical ceramics can be used for this type of application. Examples of usable technical ceramics are aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ). Another requirement of the material is that the transit time shift of the high-frequency signal due to the attached centering element is minimized, whereby the accuracy of the measurement is improved. The centering element can also be made of other materials that meet the above-mentioned specifications.

Eine vorteilhafte Ausführungsform beider erfindungsgemäßer Varianten besteht darin, 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.An advantageous embodiment of both inventive variants is that it is in the tubular structure to a. Neck on the container acts and that the centering serves as a spacer of the surface waveguide to the inner wall of the nozzle. The centering performs the task of holding the surface waveguide in the middle of the nozzle and to protect the surface waveguide from movements in the nozzle. The free movement of the surface waveguide in the nozzle causes two problems: The first problem is the mechanical stress of the surface waveguide by the forces acting on it; the second problem is the short circuit of the surface waveguide with the inner wall of the nozzle. In addition, for example, cause damage to the surface waveguide, which lead to the rupture of the probe when this z. B. rubs due to the movement of the edge of the nozzle to the container interior.

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. einen 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.An advantageous embodiment of both solutions according to the invention is that the tubular structure is a coaxial outer conductor which forms a coaxial conductor system or a waveguide together with the rod-shaped surface waveguide and that the centering element serves as a spacer of the surface waveguide to the inner wall of Koaxialaußenleiters. The centering element in turn has the task of fixing the surface waveguide in the middle of the tubular coaxial outer conductor and to avoid movements of the surface waveguide in Koaxialaußenleiter. In this way, first of all, the measurement situation of the coaxial conductor system is kept constant, since it does not contact the inner wall of the coaxial outer conductor, and secondly, the surface waveguide is not stressed too much by the forces acting on it.

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 zumindest 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.A particularly advantageous solution according to the invention proposes the use of the centering element as a fastening means of a rod or rope-shaped surface waveguide of a field device, which is used to determine the level of a medium in a container by electromagnetic waves are guided over the surface waveguide, which are reflected at the medium surface wherein the surface waveguide protrudes into the interior of a container, and wherein at least one fastening element is provided, whose one end region with the Centering element is connected, which in turn encloses the surface waveguide, and whose other end portion is fixed to the inner wall of the container. The centering element can be used with an additional fastening element as a one-sided mounting of the surface waveguide on the inner wall of the container or nozzle. In this case, the fastener is fixedly mounted to the inner wall via a screw, riveting, welding, gluing or other method of attachment.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene, in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert. Es zeigt:The invention will be described and explained below with reference to various embodiments shown in the drawings. It shows:

1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentrierelementes als Abstandshalter im Stutzen und als Halterung einer stab- oder seilförmigen Oberflächenwellenleiters in einem TDR-Messsystem, 1 : a schematic representation of an embodiment of a centering element as a spacer in the nozzle and as a holder of a rod or rope-shaped surface waveguide in a TDR measuring system,

2: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentrierelementes als Abstandshalter eines Oberflächenwellenleiters im Koaxialaußenleiter in einem TDR-Messsystem, 2 FIG. 2: a schematic representation of an exemplary embodiment of a centering element as a spacer of a surface waveguide in the coaxial outer conductor in a TDR measuring system, FIG.

3a: eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform auf ein als Lochscheibe ausgebildetes Zentrierelement, 3a FIG. 4 is a plan view of a first embodiment of a centering element designed as a perforated disk, FIG.

3b: eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung A-A in 3a, 3b FIG. 2 is a sectional view of the first embodiment according to the label AA in FIG 3a .

3c: eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform des in 3a dargestellten Zentrierelementes als Lochscheibe auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters, 3c a perspective view of the first embodiment of the in 3a shown centering element as a perforated disc on a portion of the surface waveguide,

4a: eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform auf ein als Hufeisen-Stern ausgebildetes Zentrierelement, 4a FIG. 2: a top view of a second embodiment of a centering element designed as a horseshoe star, FIG.

4b: eine Schnittansicht der zweiten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung B-B der 4a, 4b FIG. 2 is a sectional view of the second embodiment according to the mark BB of FIG 4a .

4c: eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des in 4a dargestellten Zentrierelementes als Hufeisen-Stern auf einem Teilstück des Oberflächenwellenleiters, 4c a perspective view of the second embodiment of the in 4a centering element shown as a horseshoe star on a portion of the surface waveguide,

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, 5a FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment according to the label GG in FIG 5e a first embodiment of a portion of the centering element as a half-star, which is mounted on the surface waveguide,

5b: eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform eines Teilstücks des Zentrierelementes als Halbstern, 5b FIG. 3: a perspective view of the third embodiment of a section of the centering element as a half star, FIG.

5c: eine Draufsicht der dritten Ausführungsform auf das als Halbstern ausgebildetes Zentrierelement, 5c FIG. 2 is a plan view of the third embodiment of the centering element formed as a half-star, FIG.

5d: eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung C-C in 5c, 5d FIG. 4 is a sectional view of the third embodiment according to the mark CC in FIG 5c .

5e: eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform eines Ausführungsbeispiels des Zentrierelementes als Halbstern, 5e FIG. 3: a perspective view of the third embodiment of an embodiment of the centering element as a half star, FIG.

5f: eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform des in 5a dargestellten Zentrierelementes als Halbstern, 5f a perspective view of a fourth embodiment of the in 5a shown centering element as a half star,

5g: eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform des in 5a des als Halbstern ausgebildeten Zentrierelementes, 5g FIG. 2: a perspective view of a fifth embodiment of the invention in FIG 5a of the centering element designed as a half-star,

6: eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform des Zentrierelementes mit Bohrungen und Stiften, 6 FIG. 3: a perspective view of a sixth embodiment of the centering element with bores and pins, FIG.

7a: eine Draufsicht einer siebten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit vier innen liegenden und vier außen liegenden Aussparungen, 7a FIG. 2 is a plan view of a seventh embodiment of the centering element as a gear with four inner and four outer recesses, FIG.

7b: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung D-D der 7a, 7b FIG. 4 is a sectional view of the seventh embodiment according to the mark DD of FIG 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, 7c FIG. 2: a perspective view of the seventh embodiment of the invention in FIG 7a shown centering element as a gear with four inner and four outer recesses on a portion of the surface waveguide,

7d: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung D-D der 7a mit unterschiedlicher Höhe des scheibenförmigen Elementes, 7d FIG. 4 is a sectional view of the seventh embodiment according to the mark DD of FIG 7a with different height of the disc-shaped element,

8a: eine Draufsicht einer achten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit drei innen liegenden und drei außen liegenden Aussparungen, 8a FIG. 2 is a plan view of an eighth embodiment of the centering element as a gear with three inner and three outer recesses, FIG.

8b: eine Schnittansicht der achten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung E-E der 8a, 8b FIG. 2 is a sectional view of the eighth embodiment according to the label EE of FIG 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, 8c FIG. 3 is a perspective view of the eighth embodiment of FIG 8a Centering element shown as a gear with three inside lying and three outer recesses on a portion of the surface waveguide,

9a: eine Draufsicht einer neunten Ausführungsform des Zentrierelementes als Zahnrad mit sechs innen liegenden und zwölf außen liegenden Aussparungen, 9a FIG. 2 is a plan view of a ninth embodiment of the centering element as a gear with six inside and twelve outside recesses, FIG.

9b: eine Schnittansicht der neunten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung F-F der 9a, 9b FIG. 4 is a sectional view of the ninth embodiment according to the mark FF of FIG 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. 9c FIG. 3 is a perspective view of the ninth embodiment of another embodiment of the invention in FIG 9a shown centering element as a gear with six inner and twelve outer recesses on a portion of the surface waveguide.

9d: eine Schnittansicht der siebten Ausführungsform gemäß der Kennzeichnung F-F der 9a mit unterschiedlicher Höhe des scheibenförmigen Elementes, 9d FIG. 4 is a sectional view of the seventh embodiment according to the mark FF of FIG 9a with different height of the disc-shaped element,

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 the figures illustrated embodiments of the invention, components or component groups that correspond in their construction and / or in their function, provided with the same reference numerals for clarity and simplicity.

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.In the figures 1 and 2 become the three described application examples of centering elements 12 shown in TDR measuring systems. In the 1 is a field device 1 , the level according to the TDR measurement method 2 in a container 5 determined, pointed out. The field device 1 is on a neck 8th on the container 5 attached, and the probe with the rod and rope-shaped surface waveguide 7 is through the neck 8th into the measuring space of the container 5 introduced.

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 εr 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.The TDR measuring method works according to the following measuring principle: Via the surface waveguide 7 High frequency signals are emitted at the surface of the surface waveguide 7 be guided along. These high-frequency signals are at a DK value jump or a change in the dielectric factor ε r of the surrounding medium 3 or a related impedance change partially reflected back. The measured distance of the high-frequency signal or RF pulse is used to calculate the distance covered by a conversion using the formula of the shaft speed. This difference distance corresponds to the height of the container 5 minus the level 2 of the medium 3 in the container 5 , As the height of the container 5 or the position of the coupling of the measuring signal is known, thus can the level 2 in the container 5 determine. The centering element 12 in the neck 8th is a spacer 17 that the surface waveguide 7 in the neck 8th keeps centered and thereby prevents the surface waveguide the inner wall 9 of the neck 8th touched.

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.That in the lower part of 1 provided centering element 12 forms together with the fastener 21 firmly attached to the inner wall 6 of the container 5 is attached, a one-sided mounting of the surface waveguide 7 , This holder prevents the surface waveguide 7 moved by a force from its desired vertical position.

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 the lower end of the surface waveguide 7 is a weight 22 appropriate. The weight 22 is only for rope-shaped surface waveguides 7 relevant, since the wire ropes can bend easily and be washed up, especially with bulk goods. The field device 1 would then give a wrong reading.

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 vorgesehen. Wie schon zuvor erwähnt, handelt es sich bei dem rohrförmigen Gebilde 10 um einen Stutzen 8 oder ein Koaxialaußenleiter 19.In 2 is the third application of the centering element 12 as a coaxial conductor system 18 shown. Here are the centering elements 12 as a spacer 17 that the surface waveguide 7 in the coaxial outer conductor 19 center and the coaxial conductor system 18 Protect against mechanical stress or vibration. In the 2 is a centering element 12 provided with recesses. As mentioned before, it is the tubular structure 10 around a neck 8th or a coaxial outer conductor 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 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 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 the figures 3a . 3b and 3c is an embodiment of a centering element 12 shown as a perforated disk. In this embodiment, the pitch of the surface waveguide is 7 mandatory by a screw or other releasable attachment mechanism, since the recess on the surface waveguide 7 forms an undercut, in which the radially symmetric inner recess 15 of the centering element 12 fits flush. Another possibility is to divide the perforated disc divisible, thereby mounting the centering 12 as a perforated disc on a continuous surface waveguide 7 with recesses in turn is possible. The outer recesses 16 are designed as holes to the effect that the medium 3 through the centering element 12 is influenced as little as possible in its flow behavior and that the centering element 12 has a sufficient mechanical stability.

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.In the figures 4a . 4b and 4c is an embodiment of a centering element 12 shown as a horseshoe star. At the so-called horseshoe star centering element 12 it is a hollow cylinder, in the size and shape of the taper 13.2 of Surface waveguide 7 adapted, with cross-shaped webs and an opening of the cylindrical shape in the diameter of the surface waveguide 7 at the rejuvenation 13.2 , In 4c an example is shown as the centering element 12 on the surface waveguide 7 can be attached by the disc-shaped element 12.2 is divided in the disk thickness and thus in two parts 12.3 is designed. These cuts 12.3 are pushed in opposite directions over each other and can have additional guides, grooves, pins and corresponding counter-elements that interlock and on the surfaces of the sections 12.3 of the disc-shaped element 12.2 are locked to each other. An alternative possibility, the centering element 12 on the surface waveguide 7 it is an additional holding element to fix 14 , z. B. a sapwood 14.2 , as in 5f shown to attach, which is a slipping down of the centering element 12 from the rejuvenation 13.2 of the surface waveguide 7 prevented.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zentrierelementes ist in den Figuren 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.Another embodiment of a centering element is shown in the figures 5a - 5g 12 shown as half stars. In this embodiment, the centering element 12 a star-shaped disk with a center hole 23 in the size of the diameter of the rejuvenation 13.2 of the surface waveguide 7 made into symmetrical sections 12.3 is divided. The centering element 12 has on its outer edges outer recesses 16 on that the medium 3 allow enough space to bypass and also reduce the risk of build-up. The cuts 12.3 the disc 12.2 are symmetrically designed to be manufactured by a single tool, saving costs. The cuts 12.3 of the centering element 12 be on the rejuvenation 13.2 of the surface waveguide 7 pushed and with a holding element 14 , z. B. a spring ring 14.1 or a split pin 14.2 fixed. Another way, the cuts 12.3 to fix it is on the sections 12.3 even holding elements 14 , z. In the form of grooves and trenches and bores or other attachment mechanisms, which attach the sections 12.3 of the centering element 12 on the rejuvenation 13.2 of the surface waveguide 7 fix.

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 5e is an embodiment to see that a two-part executed centering 12 shows, in turn, via a spring washer 14.1 as a holding element 14 on the rejuvenation 13.2 is fixed. In 5g is an embodiment of the centering element 12 to see as a half-star, in which the division of the centering element 12 is executed asymmetrically and the sections 13.2 over a split pin 14.2 or another holding element 14 held together or fixed to each other.

In 6 wird ein Ausführungsbeispiel des Zentrierelementes 12 mit zylindrischen Stiften 12.1 und Bohrungen 13.1 dargestellt. Die Ausnehmungen 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 6 is an embodiment of the centering 12 with cylindrical pins 12.1 and drilling 13.1 shown. The recesses on the surface waveguide 7 are such that the characteristic impedance is approximately constant. The characteristic impedance depends on the DK value of the materials used. In this example are called recesses 13 , depending on the DK value of the material of the pins 12.1 , Drilling 13.1 in the surface waveguide 7 introduced and the pins 12.1 in the holes 13.1 attached. At the holes 13.1 These can be through holes or blind holes in the mounting aids for the pins 12.1 , z. B. in the form of threads or grooves are introduced. The pencils 12.1 , which may also be bolts, for example, are in the holes 13.1 introduced and via a corresponding retaining element 14 attached. They are z. B. screwed, clamped, glued and / or soldered. The axis Y of the holes 13.1 does not necessarily orthogonal to the axis Z of the surface waveguide 7 be aligned, but the holes 13.1 can also be at any angle to the longitudinal axis Z of the surface waveguide 7 respectively.

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
In the figures 7a - 7d . 8a - 8c and 9a - 9d Be embodiments of a centering 12 shown as a gear. The essence of the invention can be found in the fact that between the surface waveguide 7 and the inner wall 6 . 9 . 11 . 20 a mechanically stable framework as a centering element 12 is trained. This centering element 12 lies only in a few edge regions on the surface waveguide 7 and consequently the volume fractions of the centering element 12 that are near the surface waveguide 7 are minimally designed, taking into account the mechanical stability. Thus, the low disturbance volume of the centering element 12 the characteristic impedance of the surface waveguide 7 changed only insignificantly. The reduction of the disturbance volume in the area of the surface waveguide 7 has the reason that the electric field at the surface of the surface waveguide 7 is highest and reciprocal with distance from the surface waveguide 7 decreases. This centering element 12 consists of a disk-shaped element 12.2 with internal recesses 15 and / or external recesses 16 , In the design of the recesses 15 . 16 In particular, the following aspects are considered:
  • - Mechanical stability of the centering element 12
  • - Constancy of the characteristic impedance of the surface waveguide 7
  • - Virtually disability-free flow of the flowing medium 3
  • - Delays of the signal through the centering element 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 in der Form einer Verjüngung 13.2 des Oberflächenwellenleiters 7 nicht zwingend nötig.Due to the low influence of the characteristic impedance by this construction of the centering element 12 with only a small contact surface on the surface waveguide 7 or a small disturbing volume is a recess in the form of a taper 13.2 of the surface waveguide 7 not absolutely necessary.

Jedoch kann zur Fixierung des Zentrierelementes 12 auf dem Oberflächenwellenleiter 7 eine geringfügige Ausnehmung 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.However, for fixing the centering element 12 on the surface waveguide 7 a slight recess may be provided in which the centering element 12 engages with its internal teeth. Another options, the centering element 12 on the surface waveguide 7 To fix it, it is, by a small notch a slight annular bead on the surface waveguide 7 to form a barrier to the centering element 12 represents or the centering element 12 with a spring washer 14.1 on the surface waveguide 7 to place.

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.In the 7d and 9d Embodiments are shown in which the surfaces of the disc-shaped element 12.2 are not plane-parallel configured. In these figures, a possibility is shown, the volume elements of the centering element 12 even further to reduce, making this even more insignificant the characteristic impedance of the surface waveguide 7 influence. Because the free electric field at the surface of the surface waveguide 7 is greatest and decreases with the reciprocal of the distance, is the reduction of the disturbing volume in the region of the surface waveguide 7 to be regarded as most useful. These different heights of the centering element 12 are also in the other embodiments of the solutions, as in 3 to 6 to see, realizable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Feldgerätfield device
22
Füllstandlevel
33
Mediummedium
44
Mediumsoberflächemedium surface
55
Behältercontainer
66
Innenwand des BehältersInner wall of the container
77
stab- oder seilförmige Oberflächenwellenleiterrod or rope-shaped surface waveguide
7.17.1
Wellenleiterwaveguides
88th
StutzenSupport
99
Innenwand des StutzensInner wall of the neck
1010
rohrförmiges Gebildetubular structure
1111
Innenwand des rohrförmigen GebildesInner wall of the tubular structure
1212
Zentrierelement/-eCentering / -e
12.112.1
zylindrischer Stiftcylindrical pin
12.212.2
scheibenförmiges Elementdisk-shaped element
12.312.3
Teilstückesections
1313
Ausnehmungrecess
13.113.1
Bohrungdrilling
13.213.2
Verjüngungrejuvenation
1414
Halteelementretaining element
14.114.1
Federringspring washer
14.214.2
Splintcotter
1515
innen liegende Aussparunginside recess
1616
außen liegende Aussparungexternal recess
1717
Abstandshalterspacer
1818
KoaxialleitersystemKoaxialleitersystem
1919
Koaxialaußenleitercoaxial outer conductor
2020
Innenwand des KoaxialleiteraußenwellenleitersInner wall of the coaxial conductor outer waveguide
2121
Befestigungselementfastener
2222
GewichtWeight
2323
Mittenbohrungcenter bore

Claims (12)

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) als ein scheibenförmiges Element (12.2) ausgebildet ist und aus einem Material mit einer vorgegebenen Dielektrizitätskonstanten besteht, und dass an dem Oberflächenwellenleiter (7), zumindest an einer Position, an der das scheibenförmige Zentrierelement (12, 12.2) platziert ist, zumindest eine Ausnehmung vorgesehen ist, dass der Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung eine Unterschneidung aufweist, und dass das scheibenförmige Zentrierelement (12, 12.2) den Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung umschließt.Device for aligning and centering a rod or rope-shaped surface waveguide ( 7 ) of a field device ( 1 ), which is used to determine the filling level ( 2 ) of a medium ( 3 ) in a container ( 5 ), wherein over the surface waveguide ( 7 ) electromagnetic waves are generated on the medium surface ( 4 ), wherein the surface waveguide ( 7 ) at least partially of a tubular structure ( 10 ) and into the interior of a container ( 5 protrudes, wherein at least one centering element ( 12 ) is provided, which the surface waveguide ( 7 ) in the tubular structure ( 10 ) and / or prevents the surface waveguide ( 7 ) with the inner wall ( 11 ) of the tubular structure ( 10 ) comes into contact, characterized in that the centering element ( 12 ) as a disk-shaped element ( 12.2 ) and is made of a material having a predetermined dielectric constant, and that on the surface waveguide ( 7 ), at least at a position at which the disc-shaped centering element ( 12 . 12.2 ) is placed, at least one recess is provided, that the surface waveguide ( 7 ) has an undercut at the position of the recess, and that the disc-shaped centering element ( 12 . 12.2 ) the surface waveguide ( 7 ) encloses at the position of the recess. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung/-en 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. Apparatus according to claim 1, characterized in that the recess (s) on the surface waveguide ( 7 ) is / are such that when the centering element ( 12 ) on the surface waveguide ( 7 ) the characteristic impedance along a waveguide ( 7.1 ) is substantially constant. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ausnehmung an dem Oberflächenwellenleiter (7) um eine Verjüngung (13.2) des Oberflächenwellenleiters (7) handelt.Apparatus according to claim 1, characterized in that it is at the recess on the surface waveguide ( 7 ) to a rejuvenation ( 13.2 ) of the surface waveguide ( 7 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem scheibenförmigen Element (12.2) mit Aussparungen (15, 16) besteht.Device according to claim 1, characterized in that the centering element ( 12 ) from a disc-shaped element ( 12.2 ) with recesses ( 15 . 16 ) consists. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) den Oberflächenwellenleiter (7) im Bereich der Ausnehmung bündig umschließt.Device according to claim 3, characterized in that the centering element ( 12 ) the surface waveguide ( 7 ) surrounds flush in the region of the recess. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus mehreren Teilstücken (12.3) besteht, die symmetrisch sind.Device according to claim 1, characterized in that the centering element ( 12 ) of several sections ( 12.3 ) which are symmetrical. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenwellenleiter (7) an der Position der Ausnehmung teilbar ausgestaltet ist.Device according to claims 3 or 5, characterized in that the surface waveguide ( 7 ) is designed to be divisible at the position of the recess. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Halteelement (14) vorgesehen ist, das das Zentrierelement auf dem stabförmigen oder seilförmigen Oberflächenwellenleiter (7) fixiert.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one retaining element ( 14 ) is provided which the centering element on the rod-shaped or rope-shaped surface waveguide ( 7 ) fixed. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (12) aus einem Material, das im Wesentlichen aus einer Keramik und/oder einem Kunststoff besteht, angefertigt ist.Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the centering element ( 12 ) made of a material which consists essentially of a ceramic and / or a plastic is made. Vorrichtung nach Anspruch 1, 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.Apparatus according to claim 1, characterized in that it is in the tubular structure ( 10 ) around a nozzle ( 8th ) on the container ( 5 ) and that the centering element ( 12 ) as a spacer ( 17 ) of the surface waveguide ( 7 ) to the inner wall ( 9 ) of the neck ( 8th ) serves. Vorrichtung nach Anspruch 1, 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.Apparatus according to claim 1, characterized in that it is in the tubular structure ( 10 ) around a coaxial outer conductor ( 19 ), which together with the surface waveguide ( 7 ) a coaxial conductor system ( 18 ) and that the centering element ( 12 ) as a spacer ( 17 ) of the surface waveguide ( 7 ) to the inner wall ( 20 ) of the coaxial external conductor ( 19 ) serves. Verwendung der Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 11 als Befestigungsmittel eines stab- oder seilförmigen 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 zumindest 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.Use of the device ( 1 ) according to claims 1 to 11 as a fastening means of a rod or rope-shaped surface waveguide ( 7 ) of a field device ( 1 ), which are used to determine the filling level ( 2 ) of a medium ( 3 ) in a container ( 5 ) is inserted by passing over the surface waveguide ( 7 ) electromagnetic waves are generated on the medium surface ( 4 ), wherein the surface waveguide ( 7 ) into the interior of a container ( 5 protruding, and wherein at least one fastening element ( 21 ) is provided, whose one end region with the centering element ( 12 ) which connects the surface waveguide ( 7 ), and its other end region on the inner wall ( 6 ) of the container ( 5 ) is fixed.
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