DE102004062314B4

DE102004062314B4 - Füllstands-Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102004062314B4
Application number: DE102004062314A
Authority: DE
Inventors: Roland Hell; Emmanuel Kubler
Original assignee: Vega Grieshaber KG; SART VON ROHR Sas
Current assignee: Vega Grieshaber KG; SART VON ROHR Sas
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: US20080110256A1; DE102004062314A1; EP1819990A2; WO2006061186A2; WO2006061186A3; US7703321B2

Abstract

Füllstands-Messvorrichtung zur Montage an einem Behälter, dessen Füllstand zu bestimmen ist, mit
– einem Behältnis (1), das mit einem Medium zumindest teilweise füllbar ist und einen Boden (12) aufweist,
– einer ersten Messeinrichtung (2) mit einem Schwimmer (23) im Innenraum (14) des Behältnisses (1) zum Anzeigen eines Füllstands des Mediums im Behältnis (1),
– einer zweiten Messeinrichtung (3) mit einer elektrischen Messanordnung mit einem Messrohr (30) im Innenraum (14) des Behältnisses (1) zum Bestimmen des Füllstands des Mediums im Behältnis (1), wobei die Messanordnung von oben her in dem Behältnis (1) angeordnet ist und parallel zu einer Bewegungsbahn des Schwimmers (23) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Mediumpassage (42, 44, 46, 48) zum Strömen lassen des Mediums zwischen dem Innenraum (14) des Behältnisses (1) und dem Innenraum des Messrohrs (30) vorgesehen ist, wobei zumindest ein separates Fixierungselement (41, 43, 45, 47) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstands-Messvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus WO 00/77480 A2 bekannt.
Aus US 6,588,272 B2 ist eine ähnliche Füllstands-Messvorrichtung bekannt, welche ein Behältnis aufweist, das mit einem Medium zumindest teilweise füllbar ist und einen Boden aufweist. Eine Anzeigeeinrichtung mit einem Schwimmer im Behältnis dient als eine erste Messeinrichtung zum Anzeigen eines Pegels bzw. Füllstands des Mediums im Behältnis. Eine zweite Messeinrichtung die nach de TDR-(time domain reflectometry)-Verfahren arbeitet, weist ein Messrohr und eine axiale Sonde innerhalb des Messrohrs im Behältnis zum redundanten Bestimmen des Füllstands des Mediums im Behältnis auf, wobei die Messanordnung von oben her in das Behältnis ragt und parallel zur Bewegungsstrecke des Schwimmers angeordnet ist. Die Pegelmessung erfolgt dabei mittels einer elektronischen Schaltung, welche oberhalb der Messanordnung befestigt ist. Über zwei rohrförmige Verbindungen ist das Behältnis mit einem größeren Behältnis verbunden, in welchem das Medium, dessen Füllstand zu messen ist, gespeichert wird. Der Füllstand des Behältnisses entspricht somit dem Füllstand in dem größeren Behältnis.
Problematisch bei einer solchen Anordnung mit einem länglichen Behältnis ist die Gefahr einer Verkantung des Schwimmers zwischen der Messanordnung und einer Innenwandung des Behältnisses, wenn die von oben her in das Behältnis eingeführte Messanordnung nicht exakt ausgerichtet ist. In der US 6,588,272 B2 wird zur Lösung diese Problems ein Leitblech durch das gesamte Rohr geführt, was nachteiligerweise kompliziert zu fertigen und damit teuer ist.
Eine weitere Lösung des Problems könnte darin bestehen, Abstandshalter in regelmäßigen Abständen zwischen Rohr und Schwimmer vorzusehen. Dies ist jedoch unpraktikabel, teuer sowie aufwändig und ohne Beeinträchtigung des Schwimmers in seiner Bewegungsfreiheit kaum realisierbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs beschriebene Füllstands- bzw. Pegel-Messvorrichtung mit einfachen technischen Mitteln so zu verbessern, dass ein Verklemmen des Schwimmers sicher ausgeschlossen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Füllstands-Messvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bevorzugt wird demgemäss eine Füllstands-Messvorrichtung mit einem Behältnis, dass mit einem Medium zumindest teilweise füllbar ist und einen Boden aufweist, mit einer ersten Messeinrichtung mit einem Schwimmer im Innenraum des Behältnisses zum Anzeigen eines Füllstands des Mediums im Behältnis, mit einer zweiten Messeinrichtung mit einer elektrischen, insbesondere nach dem TDR-Verfahren arbeitenden Messanordnung mit einem Messrohr im Innenraum des Behältnisses zum Bestimmen des Füllstands des Mediums im Behältnis, wobei die Messanordnung von oben her in dem Behältnis angeordnet ist und parallel zu einer Bewegungsstrecke des Schwimmers angeordnet ist. Dabei sind zwei stabförmige Fixierungselemente zwischen dem Messrohr und der Bewegungsbahn des Schwimmers am Boden des Behältnisses vorgesehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei der die Messanordnung aus dem Messrohr und einem mittig innerhalb des Messrohrs angeordneten Signalstabes besetzt. Daher ist das Messrohr und der Signalstab parallel zur Bewegungsbahn des Schwimmers angeordnet.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei welcher ein Außenumfang des Messrohrs als Führungselement für den Schwimmer dient und dessen Bewegungsbahn seitlich begrenzt.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei welcher das Fixierungselement sich vom Boden des Behältnisses in einen Raum zwischen dem Messrohr und der Bewegungsbahn des Schwimmers erstreckt.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei der das Messrohr sich zum Ausbilden der Mediumpassage nicht bis zum Boden erstreckt.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei der die Mediumpassage durch zumindest eine Öffnung in der Wandung des Messrohrs ausgebildet ist.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei der die Mediumpassage als z. B. ein Kanal durch das Fixierungselement bzw. durch den Körper des Fixierungselements führt.
Insbesondere bevorzugt wird eine Füllstands-Messvorrichtung, bei der die Mediumpassage durch eine Ausnehmung im Boden und/oder eine Öffnung durch die Wandung des Messrohrs ausgebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen unteren Abschnitt einer Füllstands-Messvorrichtung im Längsschnitt;
2 einen Querschnitt durch eine solche Anordnung;
3A, 3B eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung gemäß 1 bzw. 2;
4A, 4B eine andere Ausführungsform in Darstellung entsprechend 3A, 3B; die jedoch nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört;
5A, 5B eine weitere Ausführungsform in Darstellung gemäß 3A, 3B, die jedoch nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört, und
6A, 6B eine noch weitere Ausführungsform in Darstellung entsprechend 3A, 3B, die jedoch auch nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört.
Wie aus 1A und 1B ersichtlich, weist eine Füllstands- bzw. Pegel-Messvorrichtung ein üblicherweise längliches Behältnis 1 auf, welches sich im montierten Zustand von unten nach oben in vertikaler Richtung erstreckt. Über Verbindungsrohre 10 ist das Behältnis 1 an einem größeren Behältnis, Prozesskessel oder dergleichen angeschlossen, dessen Füllstand zu überwachen bzw. zu bestimmen ist. Der Füllstand in dem größeren Behältnis entspricht durch einen Austausch des Mediums über die Rohre 10 in dem größeren Behältnis dem Füllstand in dem Behältnis 1 der Füllstandsmessvorrichtung. Bei dem Medium handelt es sich üblicherweise um eine Flüssigkeit, jedoch sind auch andere Medien, insbesondere Fluide neben gasförmigen Medien prinzipiell möglich.
Das Behältnis 1 besteht im wesentlichen aus einer seitlichen Wandung 11 in Form einer Umfangswandung, in welcher die beiden Rohre 10 münden. Nach unten hin ist das Behältnis 1 durch einen Boden 12 abgeschlossen, welcher beispielsweise mittels einer Flanschverbindung 13 an der seitlichen Wandung 11 befestigt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die seitliche Wandung 11 einen kreisrunden Querschnitt auf. Prinzipiell sind jedoch auch ovale oder eckige Querschnitte verwendbar.
In einem Innenraum 14 des Behältnisses sind zwei Messeinrichtungen 2, 3 zur Bestimmung des Füllstands angeordnet. Es handelt sich um ein redundantes System aus einer ersten Messeinrichtung 2, welche aus einem Schwimmer 23 besteht, welcher abhängig vom Füllstand in dem Innenraum 14 des Behältnisses 1 aufsteigt bzw. absinkt. Bei der dargestellten Ausführungsform trägt der Schwimmer 23 ein Magnetelement 20 in sich, welches in Wechselwirkung mit einer optischen Anzeigeeinrichtung 21 tritt, welche außenseitig des Behältnisses 1 angeordnet ist. Die optische Anzeigeeinrichtung 21 umfasst eine Vielzahl von magnetisch ausrichtbaren Kugeln 22, welche abhängig von der Lage des Magneten 20 oberhalb oder unterhalb einer jeweiligen der Kugeln 22 weiß oder schwarz sichtbar sind.
Die zweite Messeinrichtung 3 besteht aus einem vorzugsweise zylindrischen Messrohr 30 und einer stabförmigen, insbesondere zylindrisch stabförmigen Sonde bzw. Elektrode 31. Die Elektrode 31 erstreckt sich vorzugsweise zentral längs der Mittenachse des Messrohrs 30. Messrohr 30 und Elektrode 31 erstrecken sich in vertikaler Richtung parallel zur Mittenachse des Innenraums 14 und parallel zur Bewegungsstrecke des Schwimmers 23. Das Messrohr 30 und die Elektrode 31 sind mit einer elektrischen Auswerteeinrichtung verbunden, die nach dem TDR-Verfahren arbeitet. Hierfür wird ein hochfrequenter Mikrowellenimpuls auf die Sonde bzw. Elektrode 31, die ein elektrisch leitendes Seil oder ein Stab sein kann, gekoppelt und dort entlang geführt. Die Mikrowellenimpulse werden von der Füllgutoberfläche reflektiert und in der Ausweiteelektronik empfangen. Ein Mikroprozessor innerhalb der Ausweiteelektronik identifiziert die reflektierten Füllstandsechos, die dann in eine Füllstandsinformation umgesetzt werden. Der Raum zwischen dem Messrohr 30 und der Elektrode 31 ist durch das Medium in gleicher Höhe flutbar, wie der sonstige Innenraum 14 des Behältnisses 1.
Da die Messanordnung aus dem Messrohr 30 und der Sonde bzw. Elektrode 31 von oben her in dem Behältnis 1 befestigt ist, besteht prinzipiell die Gefahr, dass der untere Abschnitt des Messrohrs 30 in Richtung der Bewegungsbahn des Schwimmkörpers 23 verstellt ist, so dass der Schwimmkörper 23 zwischen der Innenwandung des Innenraums 14 und dem mittleren oder unteren Abschnitt des Außenumfangs des Messrohrs 30 verklemmen könnte. Um dies zu vermeiden ist in dem Behältnis 1 eine Ausrichtanordnung 4 angeordnet, welche einen unteren Abschnitt 32 des Messrohrs 30 am Boden relativ zu der Bewegungsstrecke des Schwimmers 23 festlegt. Um eine Kommunikation des Mediums vom Innenraum 14 des Behältnisses 1 in den Raum zwischen Messrohr 30 und Elektrode 31 zu ermöglichen, ist im Bereich des unteren Abschnitts 32 des Messrohrs 30 eine Mediumpassage 42 zum Strömen lassen des Mediums zwischen dem Innenraum 14 des Behältnisses 1 und dem Innenraum des Messrohrs 30 ausgebildet. Die Ausrichtanordnung 4 besteht somit im wesentlichen aus zumindest einem Fixierungselement und einer Mediumpassage.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welche in den 1, 2, 3A und 3B skizziert ist, bestehen die Fixierungselemente aus einem oder vorzugsweise zwei Stiften 41, welche sich als insbesondere stabförmige Fixierungselemente vom Boden des Behältnisses aus in einen Raum zwischen dem Messrohr 30 und der Bewegungsbahn des Schwimmers 23 erstrecken. Durch die Stifte 41 wird das Messrohr 30 gehindert, in die Bewegungsbahn des Schwimmers 23 einzudringen. Die Anordnung mit zwei zueinander beabstandeten solchen Stiften 41 ermöglicht zugleich die seitliche Wandung des Messrohrs 30 als eine Führung für den Schwimmkörper 23 in vertikaler Richtung bereit zu stellen. Die Mediumpassage 42 wird dadurch ausgebildet, dass sich das Messrohr 30 nicht bis zur innenseitigen Wandung des Bodens 12 erstreckt und zwischen den Stiften 41 ein freier Durchtritt des Mediums möglich ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform, die nicht zur Erfindung gehört, welche anhand der 4A und 4B veranschaulicht ist, ist das Messrohr 30 mit Hilfe eines zapfenförmigen Fixierungselements 43 am Boden 12 fixiert, wobei sich das zapfenförmige Fixierungselement 43 in den unteren Innenraum des Rohrs 30 erstreckt. Vorzugsweise entspricht der Außenumfang des zapfenförmigen Fixierungselements 43 dem Innenumfang des Messrohrs 30. Die Mediumpassage wird durch eine oder mehrere Bohrungen 44 ausgebildet, welche als Öffnungen durch die Wandung des Messrohrs 30 oberhalb des zapfenförmigen Fixierungselements 43 hindurch führen. Entsprechend reicht außerdem die Elektrode 31 zweckmäßigerweise nicht gleich weit wie das Messrohr 30 in Richtung des Bodens 12 sondern endet vor einer Berührung mit dem oberen Ende des zapfenförmigen Fixierungselements 43. Möglich ist auch eine Ausbildung, bei welcher anstelle der Öffnungen in der Wandung des Messrohrs ein Kanal durch den Zapfen führt. Ein eingedrehter Zapfen als zapfenförmiges Fixierungselement 43 verhindert insbesondere auch eine Schwingung des Rohrs 30 beim Betrieb.
Eine ebenfalls nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform ist anhand der 5A und 5B veranschaulicht. Das Fixierungselement wird durch ein Fixierungsrohr 45 ausgebildet, welches außenseitig über den unteren Abschnitt 32 des Messrohrs 30 geschoben ist und welches mit seinem unterseitigen Abschnitt am bzw. im Boden 12 befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei beispielsweise durch ein Einsetzen in eine Ausnehmung 14, welche von der innenseitigen Wandung des Bodens 12 in den Boden 12 hineinführt. Als Mediumpassage dienen eine oder mehrere Bohrungen 46, welche als Öffnung durch die Wandung des Fixierungsrohrs 45 hindurchführen, wobei die Bohrungen 46 oberhalb des Bodens 12 und unterhalb des unteren Endes des eingesetzten Messrohrs 30 angeordnet sind.
Eine weitere nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform ist anhand der 6A und 6B dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist das Messrohr 30 selber am Boden 12 fixiert. Der stirnseitige Abschnitt des Messrohrs 30 ragt in eine Ausnehmung 14, welche von der innenseitigen Wandung des Bodens 12 in den Boden 12 ausgebildet ist und einen Innenumfang entsprechend dem Außenumfang des Messrohrs 30 aufweist. Als Fixierungselement dient somit die Ausnehmung 14 mit ihren Wandungen. Als Mediumpassage dienen entweder Bohrungen bzw. Öffnungen entsprechend den Bohrungen 44 der zweiten Ausführungsform oder ein Kanal oder eine sonstige Ausfräsung in der Bodenwandung, welche unterhalb des unteren Endes des Messrohrs 30 entlang führt und den Innenraum des Messrohrs 30 mit dem Innenraum 14 des Behältnisses 1 verbindet. Die Ausrichtanordnung wird bei dieser Ausrichtungsform somit im wesentlichen durch eine Ausgestaltung des Bodens 12 mit einer Ausnehmung 14 als Fixierungselement 47 und einer zusätzlichen Ausnehmung oder Einfräsung 48 als Mediumpassage ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist bei allen Ausführungsformen die Ausgestaltung mit einem Boden 12, welcher als eigenständiges Bauelement nachträglich nach der Montage des Messrohrs 30 an der seitlichen Wandung 11 des Behältnisses 1 befestigbar ist. Dies führt zu einer einfacheren Ausrichtung des Messrohrs 31 an den entsprechenden Fixierungselementen des Bodens 12.
Insbesondere im Fall einer im Wesentlichen zylindrischen Anordnung des Behältnisses 1 bietet sich zur Befestigung des Bodens 12 eine Flanschanordnung mit einer Vielzahl von Flanschbohrungen an, welche zur Befestigung des Bodens 12 an der seitlichen Wandung 11 dienen. Insbesondere kann dabei eine Bohrung durch die gegenüberliegenden Flansche speziell ausgeführt so sein, dass eine gewünschte Ausrichtung des Bodens mit dem oder den Fixierungselementen 41 relativ zu dem restlichen Behältnis mit eingesetzten Messeinrichtungen 2, 3 erleichtert wird.
Dadurch kann bei der Montage des Behältnisses 1 zuerst ein Deckel 15, insbesondere mittels einer Flanschverbindung an der seitlichen Wandung 11 oberseitig befestigt werden, wobei die zweite Messeinrichtung 3 und ein Anschlusskontakt oder eine elektronische Auswerteeinrichtung an dem Deckel 15 befestigt sind.
Obwohl im Ausführungsbeispiel davon die Rede war, dass die zweite Messeinrichtung nach dem TDR-Verfahren arbeitet, könnte diese zweite Messanordnung auch eine kapazitive Messanordnung sein, bei der das äußere Messrohr die eine Elektrode und die mittige Sonde die andere Elektrode eines Messkondensators bilden.

Claims

Füllstands-Messvorrichtung zur Montage an einem Behälter, dessen Füllstand zu bestimmen ist, mit – einem Behältnis (1), das mit einem Medium zumindest teilweise füllbar ist und einen Boden (12) aufweist, – einer ersten Messeinrichtung (2) mit einem Schwimmer (23) im Innenraum (14) des Behältnisses (1) zum Anzeigen eines Füllstands des Mediums im Behältnis (1), – einer zweiten Messeinrichtung (3) mit einer elektrischen Messanordnung mit einem Messrohr (30) im Innenraum (14) des Behältnisses (1) zum Bestimmen des Füllstands des Mediums im Behältnis (1), wobei die Messanordnung von oben her in dem Behältnis (1) angeordnet ist und parallel zu einer Bewegungsbahn des Schwimmers (23) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Mediumpassage (42, 44, 46, 48) zum Strömen lassen des Mediums zwischen dem Innenraum (14) des Behältnisses (1) und dem Innenraum des Messrohrs (30) vorgesehen ist, wobei zumindest ein separates Fixierungselement (41, 43, 45, 47) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messrohr (30) und der Bewegungsbahn des Schwimmers (23) zwei stabförmige Fixierungselemente (41) als Führung für den Schwimmer (23) in vertikaler Richtung am Boden (12) des Behältnisses (1) vorgesehen sind.
Füllstands-Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messanordnung eine zentrisch im Messrohr (30) sitzende Sonde bzw. Elektrode (31) aufweist, wobei das Messrohr (30) und die Sonde bzw. Elektrode (31) parallel zur Bewegungsbahn des Schwimmers (23) verlaufen.
Füllstands-Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher ein Außenumfang des Messrohrs (30) als Führungselement für den Schwimmer (23) dient und dessen Bewegungsbahn seitlich begrenzt.
Füllstands-Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Messrohr (30) sich zum Ausbilden der Mediumpassage (42) nicht bis zum Boden (12) erstreckt.
Füllstands-Mesvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde bzw. Elektrode (31) ein elektrisch leitendes Seil oder ein elektrisch leitender Stab ist.
Füllstands-Messvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinrichtung (3) eine nach dem TDR-Verfahren arbeitende Messanordnung aufweist.
Füllstands-Messvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Messanordnung eine kapazitive Messanordnung ist.