DE102006057399A1

DE102006057399A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße

Info

Publication number: DE102006057399A1
Application number: DE200610057399
Authority: DE
Inventors: Volker Dreyer; Helmut Pfeiffer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (4), mit mindestens einer Sondeneinheit (2), welche elektrisch leitfähig ist, und mit mindestens einer Elektronikeinheit (1), welche die Sondeneinheit (2) mit mindestens einem elektrischen Messsignal beaufschlagt. Die Erfindung beinhaltet, dass mindestens eine Manteleinheit (5) vorgesehen ist, dass die Manteleinheit (5) elektrisch leitfähig ist, und dass die Sondeneinheit (2) und die Manteleinheit (5) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Manteleinheit (5) die Sondeneinheit (2) zumindest abschnittsweise umgibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, mit mindestens einer Sondeneinheit, welche elektrisch leitfähig ist, und mit mindestens einer Elektronikeinheit, welche die Sondeneinheit mit mindestens einem elektrischen Messsignal beaufschlagt. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand des Mediums, welches beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut ist.
In der Prozess und Automatisierungstechnik ist eine Reihe von Messgeräten bekannt, welche der Bestimmung und/oder Überwachung von unterschiedlichen Prozessgrößen dienen. Beiden Prozessgrößen handelt es sich beispielsweise um den Füllstand. Der Füllstand eines Mediums lässt sich beispielsweise durch das kapazitive Messverfahren bestimmen, bei welchem eine Sondeneinheit, welche als eine Elektrode eines Kondensators dient, mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird. Die Wandung eines Behälters, in welchem sich das Medium, dessen Füllstand es zu messen gilt, befindet oder eine zweite Sondeneinheit stellen dabei eine zweite Elektrode da. Da das Medium als Dielektrikum fungiert, hängt die Kapazität des somit gebildeten Kondensators vom Füllstand ab, weswegen aus der gemessenen Kapazität auf den Füllstand geschlossen werden kann. Weiterhin gibt es auch Mikrowellenverfahren, bei welchen ein Mikrowellensignal einem elektrischen Leiter entlang geschickt wird. An der Oberfläche des Mediums kommt es zu einer Reflektion, so dass aus der Laufzeit des Signals ebenfalls auf den Füllstand geschlossen werden kann.
Dieses Messgeräte weisen somit zumindest eine Sondeneinheit auf, die mit dem Medium in Kontakt kommen, und welches mit einem Messsignal beaufschlagt wird. Zum Schutz vor dem ggf. aggressiven oder abrassiven Medium ist es üblich, die Sondeneinheit mit einer Schutzeinheit zu umkleiden. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Schicht auf PTFE (Markenname: Teflon). Die Schutzeinheit besteht dabei vorzugsweise aus einem Medium, welches die Messung nicht stört und ist auch derartig mit der Sondeneinheit verbunden, dass es nicht zu einer Beeinträchtigung kommt. Je nach der Beschaffenheit des Mediums oder auch durch Alterungsprozesse kann es jedoch vorkommen, dass sich das Material der Schutzeinheit verändert oder dass auch die Befestigung an der Sondeneinheit verändert wird. Bei kapazitiven Sonden lässt es sich beispielsweise beobachten, dass Gas durch die Schutzeinheit diffundiert und sich dann zwischen der Sondeneinheit und der Schutzeinheit ein Gaspolster befindet, welches einen zusätzlichen und nachteiligen kapazitiven Effekt erzeugt. Solche Veränderungen zeigen sich auch in Folge von starken Temperaturänderungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messgerät vorzuschlagen, welches ein verbessertes Verhalten as Reaktion auf Prozessbedingungen und Alterung zeigt.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens eine Manteleinheit vorgesehen ist, dass die Manteleinheit elektrisch leitfähig ist, und dass die Sondeneinheit und die Manteleinheit derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Manteleinheit die Sondeneinheit zumindest abschnittsweise umgibt. Erfindungsgemäß ist somit die elektrisch leitfähige Sondeneinheit von einer elektrisch leitfähigen Manteleinheit, beispielsweise im Wesentlichen koaxial umgeben.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sondeneinheit und die Manteleinheit elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Sondeneinheit und die Manteleinheit sind also durch einen elektrischen Kontakt miteinander verbunden.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sondeneinheit und die Manteleinheit mit dem gleichen elektrischen Potential verbunden sind.
In diesen Ausgestaltungen ist somit die Sondeneinheit von einer elektrisch leitfähigen Manteleinheit umgeben, welche elektrisch mit der Sondeneinheit verbunden ist und somit stets auf dem gleichen elektrischen Potential liegt. In einer Ausgestaltung wird die Manteleinheit mit dem gleichen Messsignal wie die Sondeneinheit beaufschlagt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Manteleinheit zumindest abschnittsweise von einer Schutzeinheit umgeben ist, und/oder dass sich zumindest abschnittsweise zwischen der Sondeneinheit und der Manteleinheit eine Schutzeinheit befindet, und/oder dass die Manteleinheit zumindest abschnittsweise in mindestens einer Schutzeinheit eingebettet ist. In einer Ausgestaltung sind somit zwei Schutzeinheiten vorgesehen: zwischen Sonden- und Manteleinheit und außerhalb der Manteleinheit. Alternativ oder ergänzend ist die Manteleinheit in einer Schutzeinheit eingebettet. Die Sondeneinheit ist somit mindestens von einer ersten Schutzeinheit umgeben. In diese erste Schutzeinheit ist die Manteleinheit in einer Ausgestaltung eingebettet. In einer anderen Ausgestaltung umgibt die Manteleinheit zumindest teilweise die erste Schutzeinheit und ist selbst wiederum zumindest abschnittsweise von einer zweiten Schutzeinheit umgeben. Die Schutzeinheit schützt insbesondere vor aggressivem oder abrasiven Medium und/oder vor dem Prozess, in welchem sich das Medium befindet, d.h. z.B. auch vor Temperatur oder vor Reinigungsvorgängen. Insbesondere sind die Schutzeinheiten jeweils aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Schutzeinheit zumindest teilweise aus PTFE besteht. Zumindest eine der zuvor genannten Schutzeinheiten besteht somit aus Polytetrafluoräthylen (Teflon). Handelt es sich um zwei Schutzeinheiten, so haben vorzugsweise beide Schutzeinheiten den gleichen Ausdehnungskoeffizienten, d.h. sie reagieren beide gleich auf die Temperatur.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sondeneinheit stab- oder seilförmig ausgestaltet ist. Dies ist beispielsweise bei der eingangs geschilderten kapazitiven Messtechnik oder bei einigen Mikrowelleverfahren derartig.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sondeneinheit zumindest abschnittsweise von einem ersten Schlauch umgeben ist, dass die Manteleinheit zumindest abschnittsweise den ersten Schlauch umgibt, und dass die Manteleinheit von einem zweiten Schlauch umgeben ist. Es sind somit zwei Schutzeinheiten vorgesehen, welche beide schlauchförmig sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Material, aus welchem der erste Schlauch im Wesentlichen besteht, und das Material, aus welchem der zweite Schlauch im Wesentlichen besteht, im Wesentlichen das gleiche thermische Ausdehnungsverhalten aufweisen. D.h. beide Schläuche dehnen sich unter der Einwirkung der Temperatur um jeweils das gleiche Maß aus bzw. ziehen sich zusammen.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sondeneinheit zumindest abschnittsweise von einem im Wesentlichen aus PTFE bestehenden ersten Schlauch umgeben ist, dass die Manteleinheit zumindest abschnittsweise den ersten Schlauch umgibt, und dass die Manteleinheit von einem im Wesentlichen aus PTFE bestehenden zweiten Schlauch umgeben ist. Dies ist somit eine spezielle Ausgestaltung mit zwei Schläuchen, die jeweils aus PTFE bestehen. Alternativ sind jedoch auch andere Materialien möglich.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Manteleinheit zumindest abschnittsweise aus einer Metallfolie besteht.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Manteleinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie zumindest abschnittsweise für Gas diffusionsdurchlässig ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Messung des Füllstandes,
2: ein Schnitt durch eine Sondeneinheit mit einer Manteleinheit.
In der 1 ist als Beispiel das kapazitive Messverfahren dargestellt. Die Sondeneinheit 2 und die Wandung des Behälters 3 sind die beiden Elektroden eines Kondensators, dessen Dielektrikum vom Medium 4 gebildet wird. Erreicht das Medium 4 die Sondeneinheit 2, so hängt die Kapazität dieses Kondensators vom Füllstand ab. Um diesen auszumessen wird die Sondeneinheit 2 von der Elektronikeinheit 1 mit einem elektrischen Wechselspannungssignal als Messsignal beaufschlagt. Aus dem gemessenen Strom bzw. aus einem dazu proportionalen Spannungssignal wird dann die Kapazität und über Abgleichswerte der Füllstand bestimmt. Durch den Kontakt mit dem Medium 4 ist es ggf. erforderlich, die Sondeneinheit 2 mit einer Schutzeinheit 6 zu umkleiden.
In der 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sondeneinheit 2 dargestellt. Am oberen Ende wird über ein – hier nicht dargestelltes – Anschlussteil die Verbindung zu den weiteren Bestandteilen, wie z.B. das Gehäuse, in welchem sich die Messelektronik befindet, hergestellt. Die Sondeneinheit 2 ist hier koaxial umgeben von einer ersten Schutzeinheit 7 oder einem ersten Schlauch, der Metalleinheit 5 und einer zweiten Schutzeinheit 8 oder einem zweiten Schlauch. Am unteren, d.h. dem Medium zugewandten Ende der Sondeneinheit 2 ist ebenfalls eine Schutzumhüllung vorgesehen, im hier gezeigten Beispiel handelt es sich um eine PTFE-Kappe. Die beiden Schutzeinheiten 7, 8 bestehen beide aus dem gleichen Material, z.B. PTFE. Somit haben beide auch das gleiche Ausdehnungsverhalten, d.h. bei einer Temperaturänderungen verändern sich beide in gleicher Weise und mit gleicher Größenänderung bzw. Wärmedehnung. Demzufolge bleibt die dazwischen liegende Manteleinheit 5, welche auch als Elektrode fungiert, fixiert. Für die Fertigung wird beispielsweise auf einen Schlauch eine Metallfolie gelegt und die beiden Schläuche werden dann übereinanderliegend auf die Sondeneinheit 2 gezogen. Die Manteleinheit 5 ist hier über eine direkte Verbindung mit der Sondeneinheit 2 verbunden, somit befinden sich beide Einheiten stets auf dem gleichen elektrischen Potential. Ändert sich daher etwa durch die Einwirkung von Temperatur der Abstand zwischen Sondeneinheit 2 und Manteleinheit 5, so bleibt ein sich eventuell einstellender Spalt zwischen der Sondeneinheit 2, bei welcher es sich beispielsweise um einen Metallstab handelt, und dem innersten PTFE-Schlauch 7 messtechnisch ohne Einfluss, da der sich daraus ergebende Kondensator durch die elektrische Kontaktierung zwischen Manteleinheit 5 und Sondeneinheit 2 kurzgeschlossenen ist. Die Erfindung ist dabei nicht auf das Material PTFE beschränkt, sondern vorzugsweise bestehen stets beide Schläuche entweder aus dem gleichen Material oder aus solchen Materialien, welche im Wesentlichen das gleiche Temperaturverhalten und ggf. auch das gleiche Alterungsverhalten aufweisen. D.h. vorzugsweise verhalten sich beide Materialien oder beide Schläuche jeweils gleich. Die beiden Schläuche bzw. die Schutzeinheiten sind insbesondere dabei aus einem elektrisch nicht-leitfähigen bzw. einem elektrisch isolierenden Material. In einer Ausgestaltung ist somit die Sondeneinheit von einer mit der Sondeneinheit elektrisch kontaktierten und selbst elektrisch leitfähigen Manteleinheit umgeben, wobei die Manteleinheit zwischen zwei elektrisch nicht-leitfähigen Schutzeinheiten angeordnet ist.

1: Elektronikeinheit
2: Sondeneinheit
3: Behälter
4: Medium
5: Manteleinheit
6: Schutzeinheit
7: Erster Schlauch
8: Zweiter Schlauch

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (4), mit mindestens einer Sondeneinheit (2), welche elektrisch leitfähig ist, und mit mindestens einer Elektronikeinheit (1), welche die Sondeneinheit (2) mit mindestens einem elektrischen Messsignal beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Manteleinheit (5) vorgesehen ist, dass die Manteleinheit (5) elektrisch leitfähig ist, und dass die Sondeneinheit (2) und die Manteleinheit (5) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die Manteleinheit (5) die Sondeneinheit (2) zumindest abschnittsweise umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinheit (2) und die Manteleinheit (5) elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinheit (2) und die Manteleinheit (5) mit dem gleichen elektrischen Potential verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (5) zumindest abschnittsweise von einer Schutzeinheit (6) umgeben ist, und/oder dass sich zumindest abschnittsweise zwischen der Sondeneinheit (2) und der Manteleinheit (5) eine Schutzeinheit (6) befindet, und/oder dass die Manteleinheit (5) zumindest abschnittsweise in mindestens einer Schutzeinheit (6) eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinheit (6) zumindest teilweise aus PTFE besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinheit (2) stab- oder seilförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinheit (2) zumindest abschnittsweise von einem ersten Schlauch (7) umgeben ist, dass die Manteleinheit (5) zumindest abschnittsweise den ersten Schlauch (7) umgibt, und dass die Manteleinheit (5) von einem zweiten Schlauch (8) umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem der erste Schlauch (7) im Wesentlichen besteht, und das Material, aus welchem der zweite Schlauch (8) im Wesentlichen besteht, im Wesentlichen das gleiche thermische Ausdehnungsverhalten aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinheit (2) zumindest abschnittsweise von einem im Wesentlichen aus PTFE bestehenden ersten Schlauch (7) umgeben ist, dass die Manteleinheit (5) zumindest abschnittsweise den ersten Schlauch (7) umgibt, und dass die Manteleinheit (5) von einem im Wesentlichen aus PTFE bestehenden zweiten Schlauch (8) umgeben ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (5) zumindest abschnittsweise aus einer Metallfolie besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteleinheit (5) derartig ausgestaltet ist, dass sie zumindest abschnittsweise für Gas diffusionsdurchlässig ist.