DE102005036844A1

DE102005036844A1 - Potentialtrennung für Füllstandradar

Info

Publication number: DE102005036844A1
Application number: DE102005036844A
Authority: DE
Inventors: Karl Griessbaum; Josef Fehrenbach; Daniel Schultheiss
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-08
Also published as: EP1910783A2; WO2007017137A2; US20070188396A1; CN101233393A; CN101233393B; EP1910783B1; WO2007017137A3

Abstract

Das Potential einer elektrischen Versorgungsleitung eines Radarsensors sollte aus Sicherheitsgründen vom Potential des Füllgutbehälters getrennt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Potentialtrennung für ein Füllstandradar bereitgestellt, welche ein Trennelement zur Isolation des Hohlleiters von der Antenne umfasst, wobei das Trennelement entsprechend dem Querschnitt des Hohlleiters ringförmig ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Verdrehbarkeit zwischen Sensorgehäuse und Antennenbaugruppe bereitgestellt, ohne auf die Signalleitung zwischen Antenne und Hohlleiter Einfluss zu nehmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Füllstandsmessung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Füllstandradar mit Potentialtrennung zur Bestimmung eines Füllstands in einem Tank, eine Antenne und ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands in einem Tank.
Das Potential der elektrischen Versorgungsleitung eines Radarsensors sollte aus messtechnischen Erwägungen und aus Sicherheitsgründen getrennt vom Potential des, oft metallischen, Füllgutbehälters sein. Dies kann beispielsweise zu einer Reduktion von Rauscheffekten bei der Messung und zu einer Verringerung der Störanfälligkeit der Messsignale führen. Weiterhin führt eine solche Isolierung zu einer erhöhten Sicherheit, beispielsweise hinsichtlich der Vermeidung von Bränden, welche als Folge eines Kurzschlusses oder eines Defekts in der elektrischen Versorgung oder der Elektronik des Füllstandradars auftreten können. So könnte ein ungewollter Funkenschlag beispielsweise zur Entzündung oder Beschädigung des Füllguts führen.

Die WO 2005/038414 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Isolation eines Füllstandradars. Der elektrische Isolator ist hierbei quer zu einem offenen Ende eines Hohlleiters angeordnet. Das andere Ende des Hohlleiters speist die Antenne. Der Isolator erstreckt sich hierbei durchgängig über den gesamten Querschnitt des Hohlleiters.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Potentialtrennung für einen Füllstandradar anzugeben.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Füllstandradar mit Potentialtrennung zur Bestimmung eines Füllstands in einem Tank angegeben, umfassend eine Antenne zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, eine Speisevorrichtung zur Speisung der Antenne mit den elektromagnetischen Wellen und ein Trennelement zur Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne, wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung der Speisevorrichtung aufweist und wobei das Trennelement einen Überlappungsbereich zum Überlapp in Längsrichtung mit zumindest der Speisevorrichtung oder der Antenne aufweist.

Durch die Ausgestaltung des Trennelements mit einer Aussparung in Längsrichtung der Speisevorrichtung wird beispielsweise eine ungehinderte bzw. unbeeinflusste Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen innerhalb der Speisevorrichtung und von der Speisevorrichtung zur Antenne (und zurück) gewährleistet. Im Falle einer Speisevorrichtung mit rundem Querschnitt kann das Trennelement beispielsweise ringförmig ausgebildet sein, im Falle einer Speisevorrichtung mit rechteckigem Querschnitt kann das Trennelement rechteckig ausgebildet sein (mit einer rechteckigen Aussparung, welche dem inneren Umfang der Speisevorrichtung in Längsrichtung (also in Ausbreitungsrichtung der Wellen) entspricht).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Speisevorrichtung einen ersten Hohlleiter und eine Strahlungsquelle, wobei die Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen ausgeführt ist und wobei der erste Hohlleiter zur Leitung der elektromagnetischen Wellen von der Strahlungsquelle zu der Antenne ausgeführt ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Füllstandradar weiterhin einen zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist, wobei das Trennelement zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter angeordnet ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Isolation zwischen einem ersten Hohlleiter und einem zweiten Hohlleiter bereitgestellt. Somit ist einerseits die Antenne von dem ersten Hohlleiter isoliert, allerdings erfolgt diese Isolation örtlich gesehen nicht direkt zwischen dem ersten Hohlleiter und der Antenne, sondern eben entfernt von der Antenne, nämlich zwischen dem ersten Hohlleiter und einem zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindung zwischen dem Trennelement und der Speisevorrichtung, oder zwischen dem Trennelement und dem zweiten Hohlleiter, oder (falls es z.B. keinen zweiten Hohlleiter gibt) zwischen dem Trennelement und der Antenne derart ausgeführt, dass die Speisevorrichtung relativ zu der Antenne verdrehbar gelagert ist.

Somit kann beispielsweise eine Verdrehbarkeit zwischen dem Sensorgehäuse mit eingebauter Schaltung und der Antennenbaugruppe bereitgestellt werden. Dies erhöht die Flexibilität des Füllstandradars, da wechselnde Umgebungsbedingungen bzw. Einbaubedingungen oft andere Sensorgehäusestellungen erfordern können.

Außerdem ist es abhängig von störenden Behältereinbauten, die neben der zu messenden Füllgutoberfläche ebenfalls Reflexionen erzeugen und damit die Messung erschweren, oft von Vorteil, die Polarisation der von der Antenne ausgesendeten elektromagnetischen Welle drehen zu können. Durch diese Polarisationsdrehung können bestimmte Störreflexionen minimiert werden, so dass dadurch die Messung des Füllguts sicherer und genauer wird. Wird lediglich der komplette Füllstandsensor in seiner Einbauposition verdreht, kann dies bei Sensoren mit Flanschbefestigung bedeuten, alle Montageschrauben des Flansches zu lösen und entsprechend der Lochteilung des Flansches diesen in beispielsweise 90°- oder 60°-Schritten zu verdrehen. Eine Feineinstellung der Polarisation über die durch die Locheinteilung vorgegebene Schrittweite hinaus ist auf diese Art nicht möglich.

Bei Sensoren mit Einschraubgewinde muss die Polarisationsdrehung durch entsprechende Verdrehung des Einschraubgewindes erfolgen, was zwar entsprechend fein möglich ist, aber hinsichtlich der Dichtfunktion des Gewindes problematisch sein kann.

Durch die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verdrehbarkeit zwischen Trennelement und Speisevorrichtung oder zwischen Trennelement und Antenne kann eine Polarisationsdrehung erfolgen, ohne dass die Antenne, die üblicherweise mechanisch fest mit Flansch bzw. Einschraubgewinde verbunden ist, gedreht werden muss.

Bei unveränderter Position der Flanschbefestigung oder des Einschraubgewindes lässt sich die Polarisation durch Verdrehung der Speisevorrichtung, eventuell gekoppelt mit dem Sensorgehäuse, beliebig fein, ohne Montageaufwand und ohne Beeinträchtigung der Behälterabdichtung verdrehen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der erste Hohlleiter einen anderen Querschnitt auf als der zweite Hohlleiter.

Somit ist es beispielsweise möglich, dass das Trennelement eine Durchmesser-Aufweitung der Hohlleiter ermöglicht, indem das Trennelement beispielsweise die Differenz zwischen dem Durchmesser des ersten Hohlleiters zum Durchmesser des zweiten Hohlleiters überbrückt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Füllstandradar weiterhin eine Querschnittsanpassung zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter oder der Antenne im Bereich des Trennelements, wobei der erste Hohlleiter in Bezug auf die Frequenz der zu übertragenden Signale monomodig dimensioniert ist und wobei der zweite Hohlleiter oder die Antenne mehrmodenfähig ist. Diese Eigenschaft ergibt sich direkt aus dem Verhältnis des Hohlleiterdurchmessers zur Wellenlänge der übertragenen Mikrowellensignale. Die Querschnittsanpassung ist hierbei derart dimensioniert, dass sie im zweiten Hohlleiter oder der Antenne keine oder nur im unwesentlichen Maße höhere Moden als den Grundmode erzeugt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Isolation des ersten Hohlleiters von der Antenne bzw. von einem zweiten Hohlleiter mit einer Querschnittsanpassung kombiniert werden.

Hierdurch kann beispielsweise die Empfindlichkeit gegenüber Kondensattropfen infolge des verhältnismäßig großen Durchmessers des zweiten Hohlleiters oder der Antenne verringert werden, während trotz Mehrmodenfähigkeit des zweiten Hohlleiters oder der Antenne keine das Messsignal verfälschende Echos mehr auftreten und gleichzeitig eine Isolation zwischen erstem Hohlleiter und Antenne gewährleistet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Querschnittsanpassung und das Trennelement in Form einer dichten Verbindung zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter oder zwischen dem ersten Hohlleiter und der Antenne ausgeführt.

Hierdurch kann ein Stofftransport zwischen einem antennenseitigen Tank und der hohlleiterseitigen Außenwelt verhindert werden. Somit ist es beispielsweise möglich, eine Korrosion oder sonstige Beschädigung oder Zerstörung des Füllstandradars oberhalb der Antenne bzw. oberhalb des zweiten Hohlleiters zu vermeiden. Auch kann somit die ungewollte Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen in den Tank verhindert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Antenne als Hornantenne, Parabolantenne oder Stabantenne ausgebildet. Somit ist es möglich, unterschiedliche Antennen vom Potential des ersten Hohlleiters zu trennen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Hohlleiter als Rundhohlleiter oder Rechteckhohlleiter ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Überlappungsbereich zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter und/oder der Antenne vorgesehen, wobei der erste Hohlleiter von dem zweiten Hohlleiter und/oder der Antenne im Überlappungsbereich durch das Trennelement isoliert ist. Der erste Hohlleiter ist zum Übertragen eines Signals mit Wellenlänge λ ausgeführt und der Überlappungsbereich weist eine Länge von U4 in Längsrichtung auf.

Dies dient zur elektrischen Anpassung des Übergangsbereichs, in dem die Potentialtrennung stattfindet. Die Unterbrechung der metallischen Hohlleiterwand wirkt sich normalerweise ungünstig auf die Hochfrequenzeigenschaft des Wellenleiters aus. Durch einen sogenannten λ/4-Transformator kann die gegenseitige Impedanzanpassung der beiden getrennten Wellenleiter verbessert werden. Eine leerlaufende Stichleitung der Länge λ/4 transformiert an ihren Eingang einen Kurzschluss. Der Überlappungsbereich mit dem dazwischenliegenden Trennelement wirkt als solche leerlaufende Stichleitung. Der Leerlauf in der Richtung des Außenmantels des Hohlleiters wird als Kurzschluss auf den Bereich des Innenmantels des Hohlleiters transformiert. Der hochfrequenzmäßige Kurzschluss an dieser gleichspannungsmäßig nichtleitenden Nahtstelle begünstigt die Weiterleitung der Mikrowellen und bewirkt damit eine Reduktion von störenden Reflexionen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Trennelement und der Speisevorrichtung, oder zwischen dem Trennelement und dem zweiten Hohlleiter oder (falls kein zweiter Hohlleiter vorhanden) zwischen dem Trennelement und der Antenne in Form einer Steckverbindung ausgeführt, so dass die Speisevorrichtung von der Antenne oder von dem zweiten Hohlleiter absteckbar ist.

Durch die Ausgestaltung der Anordnung mit einer lösbaren Verbindung, durch welche das gesamte Oberteil des Füllstandradars von der Antenne bzw. dem unteren (zweiten) Hohlleiter abgezogen werden kann, kann die Elektronik zusammen mit dem ersten Hohlleiter auf einfache Art und Weise abgebaut bzw. ausgetauscht werden. Dies erhöht die Flexibilität der Anordnung, insbesondere im Falle einer Reparatur oder einer Wartung.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Trennelement zur elektrischen Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne ausgeführt. Beispielsweise ist das Trennelement derart dimensioniert, dass eine ausreichende elektrische Isolation bis zu einer vorgegebenen Maximalspannung sichergestellt ist.

Weiterhin ist das Trennelement, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, zur thermischen Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne ausgeführt. Dies kann insbesondere beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn die thermischen Bedingungen im Inneren des Tanks konstant gehalten werden sollen und von äußeren thermischen Einflüssen isoliert werden sollen.

Ebenso ist es für den Fall, dass im Behälter extreme Temperaturen herrschen, vorteilhaft, diese Temperaturen weitgehend von der Elektronik fernzuhalten, um nicht eine temperaturbedingte Funktionsbeeinflussung oder gar ein Ausfall der Elektronik zu riskieren.

Zur elektrischen Isolierung kann das Trennelement ein Dielektrikum aufweisen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Trennelement als dielektrische Barriere ausgeführt, welche eine Schicht aus festem dielektrischem Material umfasst.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Antenne zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen angegeben, wobei die Antenne ein Trennelement zur Isolation der Antenne von einer Speisevorrichtung umfasst, wobei die Speisevorrichtung zur Speisung der Antenne mit den elektromagnetischen Wellen ausgeführt ist und wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung des Hohlleiters aufweist.

Eine solche Antenne kann als modulares Bauteil für ein Füllstandradar eingesetzt werden, wobei eine Isolation zwischen Antenne und Elektronik gewährleistet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Potentialtrennung für ein Füllstandradar bereitgestellt, wobei eine Speisung einer Antenne mit elektromagnetischen Wellen durch eine Speisevorrichtung erfolgt. Weiterhin werden die elektromagnetischen Wellen durch eine Antenne ausgesendet und/oder empfangen.

Außerdem wird die Speisevorrichtung von der Antenne durch ein Trennelement isoliert, wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung der Speisevorrichtung aufweist.

Hierdurch wird ein Verfahren bereitgestellt, durch das eine Potentialtrennung zwischen einer (oberen) Speisevorrichtung und einer damit verbundenen Elektronik auf der einen Seite und einer (unteren) Antenne auf der anderen Seite ermöglicht, wobei durch die Isolation kein Einfluss auf die Signalleitung genommen wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die elektromagnetischen Wellen durch einen ersten Hohlleiter der Speisevorrichtung und einen zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist, geleitet, wobei das Trennelement zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter angeordnet ist.

Somit findet eine Isolation des ersten Hohlleiters von dem zweiten Hohlleiter statt. Die Isolation ist hierbei unabhängig von der Antenne.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

1 zeigt eine Potentialtrennung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Potentialtrennung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Potentialtrennung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Potentialtrennung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Potentialtrennung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Potentialtrennung umfassend eine Querschnittsanpassung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Potentialtrennung zwischen einem Hohlleiter und einer Antenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Potentialtrennung zwischen einem Hohlleiter und einer Antenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Potentialtrennung mit thermischer Isolierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine Anordnung zur Potentialtrennung für ein Füllstandradar gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 zu erkennen, besteht die Anordnung aus einem ersten Hohlleiter 1 und einem zweiten Hohlleiter 2, welche durch ein Trennelement 3 voneinander isoliert sind. Das Trennelement 3 weist hierbei eine Aussparung in Längsrichtung entlang der Wellenleiter 1, 2 auf. Bei der Anordnung kann es sich beispielsweise um eine runde oder sogar rotationssymmetrische Anordnung handeln. Natürlich können erster und zweiter Hohlleiter 1, 2 und Trennelement 3 auch einen eckigen Querschnitt aufweisen (rechteckig oder polygonal) oder auch einen völlig anders gearteten Querschnitt.
Die Hohlleiter 1, 2 dienen zur Leitung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Mikrowellen mit einer Frequenz von beispielsweise 6–85 GHz. Selbstverständlich können die Hohlleiter 1, 2 aber auch für die Leitung elektromagnetischer Strahlung höherer Frequenz ausgeführt sein. Auch ist die Leitung elektromagnetischer Strahlung mit niedrigerer Frequenz als 6 GHz möglich.
Bei dem dargestellten Trennelement 3 handelt es sich beispielsweise um ein Dielektrikum, welches insbesondere zur elektrischen Isolierung zwischen erstem Hohlleiter 1 und zweitem Hohlleiter 2 ausgeführt ist. Hierfür weist das Dielektrikum 3 eine Dicke auf, welche groß genug ist, um eine ausreichend gute elektrische Isolierung bereitzustellen. Beispielsweise kann die Dicke so dimensioniert sein, dass erst ab einer gewissen Maximalspannung zwischen erstem Hohlleiter 1 und zweitem Hohlleiter 2 eine merkliche Stromleitung zwischen diesen beiden Elementen 1, 2 über das Trennelement 3 auftritt. Eine typische Dicke für ein derartiges Trennelement 3 liegt beispielsweise bei 0,5 mm. Selbstverständlich kann das Trennelement 3 aber auch deutlich dicker oder aber auch (falls die Maximalspannung geringer ist) dünner ausgeführt sein.
Wie in 1 zu erkennen, ist ein Überlappbereich 7 zwischen dem ersten Hohlleiter 1 und dem zweiten Hohlleiter 2 vorgesehen, welcher vorteilhaft eine Länge von annähernd λ/4 aufweist (symbolisiert durch Pfeil 101). λ bezeichnet hierbei die Wellenlänge des im Hohlleiter 1 geleiteten Grundmodes. Diese λ/4-Transformationsstrecke transformiert einen Kurzschluss für die elektromagnetischen Wellen an den Übergangsbereich zwischen erstem und zweitem Hohlleiter. Damit werden die Wellen weitgehend reflexionsfrei über diese Stelle geleitet.
Der untere (zweite) Hohlleiter 2 weist einen größeren Querschnitt auf als der obere (erste) Hohlleiter 1. Diese Querschnitts-Aufweitung wird auf einfache Art und Weise durch das Trennelement 3 ermöglicht. Beispielsweise ist durch diese Durchmesser-Aufweitung eine Herabsetzung der Störanfälligkeit der Antenne (Bezugszeichen 5 in 8) hinsichtlich einer Kondensat-Tropfenbildung innerhalb der Antenne gegeben.
Die Verbindung zwischen dem ersten Hohlleiter 1 und dem Trennelement 3 und/oder zwischen dem Trennelement 3 und dem zweiten Hohlleiter 2 ist derart ausgeführt, dass die beiden Hohlleiter 1, 2 relativ zueinander verdrehbar gelagert sind. Hierdurch ist auch bei installierter Antenne (welche fest mit einem Flansch im Deckel des Füllstandsbehälters verbunden ist) eine nachträgliche Drehjustage des oberen Hohlleiters 1 (und somit des darauf befindlichen Gehäuses inklusive Elektronik) relativ zur Antenne möglich. Antenne und Sensorgehäuse mit eingebauter Schaltung können somit gegeneinander verdreht werden. Dies ermöglicht eine stufenlose Polarisationsdrehung, ohne Antenne und Flansch bzw. Einschraubgewinde in ihrer Einbauposition verändern zu müssen.
2 zeigt eine weitere Anordnung zur Potentialtrennung für ein Füllstandradar gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist der obere Hohlleiter 1 vom unteren Hohlleiter 2 unter Zuhilfenahme des Trennelements 3 isoliert, wobei die Verbindung zwischen erstem Hohlleiter 1 und zweitem Hohlleiter 2 in Form einer Steckverbindung ausgeführt ist. Hierbei kann beispielsweise das Trennelement 3 fest mit dem ersten Hohlleiter 1 verbunden sein, woraufhin der zweite Hohlleiter 2 steckerartig in das Trennelement 3 hineingeschoben bzw. herausgezogen werden kann. Natürlich kann das Trennelement 3 alternativ auch fest mit dem zweiten Hohlleiter 2 verbunden sein, so dass die Kombination aus Trennelement 3 und zweitem Hohlleiter 2 in den vom ersten Hohlleiter 1 gebildeten Graben 8 hineingesteckt oder herausgezogen werden kann. Natürlich kann das Trennelement 3 auch fest mit jedem der beiden Hohlleiter 1, 2 verbunden sein, falls z.B. eine mechanische Lösbarkeit nicht erwünscht ist.
Die Länge des Spalts zwischen den überlappenden Hohlleiterwänden kann auch hier entsprechend dem Beispiel von 1 etwa λ/4 gewählt werden, um durch die λ/4-Transformation die Impedanz der Trennstelle für die Mikrowellen anzupassen.
3 zeigt eine Anordnung zur Potentialtrennung für ein Füllstandradar entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 zu erkennen, ist das Trennelement 3 derart ausgeführt, dass es den ersten Hohlleiter 1 vom zweiten Hohlleiter 2 separiert. Die Hohlleiter 1, 2 würden ohne Einfügung des Trennelements 3 direkt ineinander übergehen. Im Falle eines rotationssymmetrischen Aufbaus der Hohlleiter ist das Trennelement konusartig ausgebildet, mit oberen und unteren Abschlusskanten 9, 10, welche sich jeweils an die Außenseite 11 bzw. Innenseite 12 der Hohlleiter 1, 2 anschmiegen. Hierdurch wird eine zusätzliche Quer-Stabilität erreicht.
Die Spaltlänge ist auch hier vorteilhaft ca. λ/4 zu wählen, um Reflexionen an der Trennstelle so klein wie möglich zu halten.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Das Trennelement 3 ist hierbei mit einem doppel-L-förmigen Querschnitt ausgebildet. Diese Form der Ausgestaltung eignet sich insbesondere als Steckverbindung zwischen den beiden Hohlleitern 1, 2. Hierdurch kann die Installation erleichtert werden. Zusätzlich können lösbare oder fest angebrachte Bolzen 13, 14 oder dgl. aus isolierendem Material vorgesehen sein, um die Kombination aus Hohlleiter 1, 2 und Trennelement 3 zu fixieren.
Auch hier können die Spaltlängen zwischen den Hohlleiterwänden auf etwa λ/4 bemessen werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Potentialtrennung zwischen zwei Hohlleitern 1, 2. Die dargestellte Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Durchmesser-Aufweitung der Hohlleiter (Hohlleiter 1 hat einen kleineren Durchmesser als Hohlleiter 2). Weiterhin wird durch die in 5 dargestellte konische Ausführung des Übergangs zwischen den beiden Hohlleitern 1, 2 ein ungewolltes Auseinandergleiten der beiden Hohlleiter 1, 2 vermieden.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, in welchem neben einer Durchmesser-Aufweitung ein zusätzlicher dielektrischer Körper 4 zur Querschnittsanpassung vorgesehen ist. Die Querschnittsanpassung 4 ist hierbei beispielsweise pyramidenförmig (im Falle eines Hohlleiters mit rechteckigem Querschnitt) oder kegelförmig (im Falle eines runden Hohlleiters) ausgestaltet und verjüngt sich jeweils in den Hohlraum des Hohlleiters 1 und in den Hohlraum des Hohlleiters 2 hinein. An den Querschnittsanpasser 4 schließt sich nach unten hin der zweite Hohlleiter oder direkt die Antenne (nicht gezeigt in 6) ohne Hohlleiter an, die z. B. als Hornstrahler ausgeführt sein kann. Der erste Hohlleiter 1 ist hierbei monomodig dimensioniert. Das bedeutet, dass er nur einen einzigen Ausbreitungsmode der Welle hinsichtlich der zu übertragenden Signale leitet. Der Hohlleiter 2 ist mehrmodenfähig, da er einen größeren Querschnitt aufweist. Kondensattropfen, die z.B. in die Antenne und den Hohlleiter 2 gelangen, wirken sich durch den größeren Querschnitt weniger störend aus.
Die Querschnittsanpassung 4 und das Trennelement 3 sind hierbei in Form einer wasserdichten und/oder gasdichten Verbindung zwischen erstem und zweitem Hohlleiter 1, 2 ausgeführt, so dass kein Feststoff-, Gas- oder Flüssigkeitstransport zwischen der Außenumgebung, dem Bereich im Inneren des ersten Hohlleiters 1 und dem Bereich im Inneren des Hohlleiters 2 stattfinden kann.
Die Behälterabdichtung kann durch entsprechende zusätzliche Dichtelemente wie beispielsweise O-Ringen zwischen Querschnittsanpassung 4 und Hohlleiterwand 2 noch verbessert werden.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Potentialtrennung. Das Trennelement 3 dient hier zur Isolation des ersten Hohlleiters 1 und einer Hornantenne 5. Ein zweiter Hohlleiter ist nicht erforderlich. Vielmehr ist die Antenne 5 über das Trennelement 3 direkt mit dem ersten Hohlleiter 1 verbunden (der beispielsweise direkt zum Sensorgehäuse führt).
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Hier ist das Trennelement 3 mit einer Nut ausgeführt, in welche die Hornantenne 5 eingeschoben wird. Beispielsweise kann das Trennelement 3 fest mit der Hornantenne 5 verbunden sein, so dass nachfolgend der Hohlleiter 1 aufgeschoben werden kann. Im Falle eines Rundhohlleiters 1 kann der Hohlleiter relativ zur Antenne 5 gedreht werden. Weiterhin ist er ohne weiteres abnehmbar und somit austauschbar. Es kann zusätzlich eine Querschnittsanpassung 4 vorgesehen sein.
Die beiden dielektrischen Teile 3 und 4 können als zwei separate Teile oder aber als einstückiges Teil gemeinsam zur Potentialtrennung und Querschnittsanpassung ausgeführt sein.
Die Antenne kann zur Befestigung am Füllgutbehälter wie dargestellt mit einem Flansch 14 verbunden sein oder bei entsprechend kleinem Antennendurchmesser an Stelle des Flansches 14 ein Einschraubgewinde aufweisen.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Das Trennelement 3 weist hierbei einen ersten Bereich 31 und einen zweiten Bereich 32 auf, zwischen denen eine thermische Isolierung 6 angeordnet ist. Die thermische Isolierung 6 kann in Form eines thermisch gut isolierenden Materials ausgeführt sein. Beispielsweise kann sie aber auch in Form einer Vakuumkammer ausgeführt sein. Die ersten und zweiten Bereiche 31, 32 werden von einem dielektrischen Material gebildet, um den ersten Hohlleiter 1 vom zweiten Hohlleiter 2 elektrisch zu isolieren.
Da elektrisch isolierende Materialien im allgemeinen auch thermisch relativ gut isolieren, müssen zur gleichzeitigen elektrischen und thermischen Isolation nicht zwangsläufig Trennelemente aus zwei unterschiedlichen Materialien vorgesehen werden. Es ist vielmehr so, dass alle in den verschiedenen Figuren dargestellten Trennelemente zur elektrischen Isolation auch eine gewisse thermische Isolation bewirken.
Besonders gut ist die Erfindung für Füllstandsmessgeräte geeignet, jedoch keineswegs auf diesen Einsatzbereich beschränkt. Sie lässt sich überall dort einsetzen, wo Hohlleiter voneinander isoliert werden müssen bzw. wo ein Hohlleiter oder eine Speisevorrichtung von der Antenne isoliert werden muss.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Füllstandradar mit Potentialtrennung zur Bestimmung eines Füllstands in einem Tank, das Füllstandradar umfassend: eine Antenne zum Aussenden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen; eine Speisevorrichtung zur Speisung der Antenne mit den elektromagnetischen Wellen; ein Trennelement zur Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne; wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung der Speisevorrichtung aufweist; und wobei das Trennelement einen Überlappungsbereich zum Überlapp in Längsrichtung mit zumindest der Speisevorrichtung oder der Antenne aufweist.
Füllstandradar nach Anspruch 1, wobei die Speisevorrichtung einen ersten Hohlleiter und eine Strahlungsquelle umfasst; wobei die Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen ausgeführt ist; und wobei der erste Hohlleiter zur Leitung der elektromagnetischen Wellen von der Strahlungsquelle zu der Antenne ausgeführt ist.
Füllstandradar nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend einen zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist; wobei das Trennelement zwischen dem erstem Hohlleiter und dem zweitem Hohlleiter angeordnet ist.
Füllstandradar nach Anspruch 3, wobei eine Verbindung zwischen dem Trennelement und der Speisevorrichtung, zwischen dem Trennelement und dem zweiten Hohlleiter, oder zwischen dem Trennelement und der Antenne derart ausgeführt ist, dass die Speisevorrichtung relativ zu der Antenne verdrehbar gelagert ist.
Füllstandradar nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der erste Hohlleiter einen anderen Querschnitt aufweist als der zweite Hohlleiter.
Füllstandradar nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin umfassend eine Querschnittsanpassung zwischen dem ersten Hohlleiter und der Antenne oder dem zweiten Hohlleiter im Bereich des Trennelements; wobei der erste Hohlleiter in Bezug auf die Frequenz der zu übertragenden Signale monomodig dimensioniert ist; wobei der zweite Hohlleiter und/oder die Antenne mehrmodenfähig ist; wobei die Querschnittsanpassung derart dimensioniert ist, dass sie keine oder nur in unwesentlichem Maße höhere Moden als einen Grundmode erzeugt.
Füllstandradar nach Anspruch 6, wobei die Querschnittsanpassung und das Trennelement in Form einer wasserdichten oder gasdichten Verbindung zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter oder zwischen dem ersten Hohlleiter und der Antenne ausgeführt sind.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne als Hornantenne, Parabolantenne oder Stabantenne ausgebildet ist.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlleiter als Rundhohlleiter oder Rechteckhohlleiter ausgebildet ist.
Füllstandradar nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei ein Überlappungsbereich zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter vorgesehen ist; wobei der erste Hohlleiter von dem zweiten Hohlleiter im Überlappungsbereich durch das Trennelement isoliert ist; wobei die Speisevorrichtung und Antenne zum Übertragen eines Signals mit Wellenlänge λ ausgeführt sind; und wobei im Überlappungsbereich ein Spalt einer Länge von annähernd λ/4 vorhanden ist.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindung zwischen dem Trennelement und der Speisevorrichtung, zwischen dem Trennelement und dem zweiten Hohlleiter oder zwischen dem Trennelement und der Antenne in Form einer Steckverbindung ausgeführt ist, so dass die Speisevorrichtung von der Antenne oder von dem zweiten Hohlleiter absteckbar ist.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement bis zu einer definierten Spannung zur elektrischen Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne ausgeführt ist.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement zur thermischen Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne ausgeführt ist.
Füllstandradar nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement ein Dielektrikum aufweist.
Füllstandradar nach Anspruch 14, wobei das Trennelement als dielektrische Barriere umfassend eine Schicht aus festem dielektrischem Material ausgeführt ist.
Antenne zum Aussenden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen; wobei die Antenne ein Trennelement zur Isolation der Antenne von einer Speisevorrichtung umfasst; wobei die Speisevorrichtung zur Speisung der Antenne mit den elektromagnetischen Wellen ausgeführt ist; wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung des Hohlleiters aufweist; und wobei das Trennelement einen Überlappungsbereich zum Überlapp in Längsrichtung mit zumindest der Speisevorrichtung oder der Antenne aufweist.
Antenne nach Anspruch 16, wobei die Speisevorrichtung einen ersten Hohlleiter und eine Strahlungsquelle umfasst; wobei die Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen ausgeführt ist; und wobei der erste Hohlleiter zur Leitung der elektromagnetischen Wellen von der Strahlungsquelle zu der Antenne ausgeführt ist.
Antenne nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin umfassend einen zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist; wobei das Trennelement zwischen dem erstem Hohlleiter und dem zweitem Hohlleiter angeordnet ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine Verbindung zwischen dem Trennelement und der Speisevorrichtung oder zwischen dem Trennelement und der Antenne derart ausgeführt ist, dass der erste Hohlleiter relativ zu der Antenne verdrehbar gelagert ist.
Antenne nach einem der Ansprüche 16 bis 19, weiterhin umfassend eine Querschnittsanpassung zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter und/oder der Antenne im Bereich des Trennelements; wobei der erste Hohlleiter in Bezug auf die Frequenz der zu übertragenden Signale monomodig dimensioniert ist; wobei der zweite Hohlleiter und/oder die Antenne mehrmodenfähig ist; wobei die Querschnittsanpassung derart dimensioniert ist, dass sie keine oder nur in unwesentlichem Maße höhere Moden als einen Grundmode erzeugt.
Antenne nach Anspruch 20, wobei die Querschnittsanpassung und das Trennelement in Form einer wasserdichten oder gasdichten Verbindung zwischen dem ersten Hohlleiter und dem zweiten Hohlleiter oder zwischen dem ersten Hohlleiter und der Antenne ausgeführt sind.
Antenne nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Antenne als Hornantenne, Parabolantenne oder Stabantenne ausgebildet ist.
Verfahren zur Bestimmung eines Füllstands in einem Tank, umfassend die Schritte: Speisung einer Antenne mit elektromagnetischen Wellen durch eine Speisevorrichtung; Aussenden oder Empfangen der elektromagnetischen Wellen durch eine Antenne; Isolation der Speisevorrichtung von der Antenne durch ein Trennelement; wobei das Trennelement eine Aussparung in Längsrichtung der Speisevorrichtung aufweist; und wobei das Trennelement einen Überlappungsbereich zum Überlapp in Längsrichtung mit zumindest der Speisevorrichtung oder der Antenne aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin umfassend den Schritt: Leitung elektromagnetischer Wellen durch einen ersten Hohlleiter der Speisevorrichtung; Leitung der elektromagnetischen Wellen durch einen zweiten Hohlleiter, der mit der Antenne verbunden ist; wobei das Trennelement zwischen dem erstem Hohlleiter und dem zweitem Hohlleiter angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, weiterhin umfassend den Schritt: Querschnittsanpassung zwischen dem zweiten Hohlleiter und/oder der Antenne und dem ersten Hohlleiter im Bereich des Trennelements, wobei der erste Hohlleiter in Bezug auf die Frequenz der zu übertragenden Signale monomodig dimensioniert ist; wobei der zweite Hohlleiter und/oder die Antenne mehrmodenfähig dimensioniert ist; wobei die Querschnittsanpassung derart dimensioniert ist, dass sie keine oder nur in unwesentlichem Maße höhere Moden als einen Grundmode erzeugt.