DE102007042043A1 - Level measuring instrument for determining and monitoring level of filling material provided in container with run time measuring method of sent signals, has transducer unit and sensor unit having ultrasonic sensor - Google Patents

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Abstract

The level measuring instrument (1) has a transducer unit (2) and a sensor unit (3). The sensor unit has an ultrasonic sensor for sending ultrasonic signals and a microwave sensor for sending of microwave signals, and is built in common sensor housing. The microwave sensor and the ultrasonic sensor are arranged concentrically or rotationally symmetrical in the sensor housing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter gemäß einer Laufzeitmessmethode von ausgesendeten Signalen, bestehend aus einer Messumformereinheit und einer Sensoreinheit.The The present invention relates to a device for detection and monitoring the level of a product in a container according to a transit time measurement method of emitted Signals, consisting of a transmitter unit and a sensor unit.

Derartige Vorrichtungen zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands in einem Behälter werden häufig in den Messgeräten der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin werden beispielsweise Messgeräte unter dem Namen Prosonic, Micropilot oder Levelflex produziert und vertrieben, welche nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu dienen, einen Füllstand eines Füllguts in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen. Bei der Laufzeit-Messmethode werden beispielsweise Ultraschallwellen über einen Schallwandler oder Mikrowellen bzw. Radarwellen über eine Antenne ausgesendet; und die an der Mediumsoberfläche reflektierten Echosignale werden nach der abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen. Aus der Laufzeit der Signale lässt sich mit Hilfe beispielsweise einer Echokurve, die die Amplituden aller reflektierten Echosignalanteile in Abhängigkeit von der Laufzeit darstellt, und der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale der Füllstand des Mediums in einem Behälter berechnen.such Devices for detecting and monitoring the level in a container are common in the measuring instruments used the automation and process control technology. Of the Applicants are for example measuring devices under the name Prosonic, Micropilot or Levelflex produced and distributed which work according to the transit time measurement method and serve a level of a product in a container and / or monitor. At the term measurement method will be For example, ultrasonic waves via a transducer or radiated microwave or radar waves via an antenna; and the echo signals reflected at the medium surface are received again after the distance-dependent runtime. From the duration of the signals can be with the help, for example an echo curve representing the amplitudes of all reflected echo signal components depending on the running time, and the known Propagation speed of the signals of the level of the Calculate medium in a container.

Bei allen bekannten physikalischen Messprinzipien muss meist ein Kompromiss hinsichtlich der Genauigkeit der Messung und der Zuverlässigkeit der Messung eingegangen werden. Deshalb wird anhand der Umgebungsbedingungen und Mediumseigenschaften der entsprechenden Anwendung das zweckdienlichste physikalische Messprinzip ausgewählt, dessen Vorteile gegenüber dessen Nachteilen überwiegen. Grundlegend werden in der Prozessmesstechnik als frei abstrahlende Messverfahren unterschiedliche physikalische Messprinzipien, wie die Mikrowellen- Laufzeitmessung, die Ultraschall-Laufzeitmessung und die Gammastrahlen-Absorbtionsmessung, sowie vereinzelt auch die Laserlicht-Laufzeitmessung, eingesetzt. Als Medium berührendes Messverfahren sind in der Prozessmesstechnik unter anderem das Lot-Messverfahren, das kapazitive Messverfahren, das konduktive Messverfahren und das Messverfahren mit der geführten Mikrowelle bekannt. Alle diese Messverfahren haben entsprechend dem Messprinzip, dem Messmedium, der Messsituation, den Prozessbedingungen und dem Messperformance bestimmte Vorteile gegenüber einem anderen Messverfahren.at All known physical measuring principles usually have to be compromised in terms of accuracy of measurement and reliability the measurement will be received. Therefore, based on the environmental conditions and medium properties of the corresponding application the most expedient selected physical measuring principle, its advantages over its disadvantages predominate. Become fundamental in the Process measuring technology as freely radiating measuring methods different physical measuring principles, such as the microwave transit time measurement, the ultrasonic transit time measurement and the gamma ray absorbance measurement, and occasionally the laser light transit time measurement used. Medium-contacting measuring methods are in process measuring technology including the solder measuring method, the capacitive measuring method, the conductive measuring method and the measuring method with the guided Microwave known. All of these measurement methods are appropriate the measuring principle, the measuring medium, the measuring situation, the process conditions and the measurement performance certain advantages over one other measuring methods.

Der direkte Vergleich der verschiedenen physikalischen Messprinzipien zeigt, dass die Auswahl des für die aktuelle Anwendung geeigneten Messprinzips in den meisten Fällen sehr schwer ist. Jedoch lassen sich heutzutage schon eine Vielzahl von Anwendungen durch die hoch entwickelten, frei abstrahlenden Messgeräte im Mikrowellen- und Ultraschallbereich abdecken.Of the direct comparison of the different physical measuring principles shows that the selection of the current application suitable measuring principle in most cases very difficult is. However, a variety of applications can already be done today due to the highly developed, freely radiating measuring devices in the microwave and ultrasound range.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Füllstandsmessgerät mit einer kompakten, kostengünstigen Sensoreinheit anzugeben, das eine optimierte Messgenauigkeit und eine optimierte Zuverlässigkeit aufweist.It The object of the invention is a level gauge with a compact, inexpensive sensor unit, which has optimized measurement accuracy and optimized reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sensoreinheit zumindest einen Ultraschallsensor zum Aussenden von Ultraschallsignalen und zumindest einen Mikrowellensensor zum Aussenden von Mikrowellensignalen umfasst, die in einem gemeinsamen Sensorgehäuse eingebaut sind.These The object is achieved according to the invention the sensor unit has at least one ultrasonic sensor for emitting of ultrasonic signals and at least one microwave sensor for Emission of microwave signals includes that in a common Sensor housing are installed.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass der Mikrowellensensor und der Ultraschallsensor in dem Sensorgehäuse zueinander konzentrisch und/oder rotationssymmetrisch zu einer Abstrahlrichtung der Signale angeordnet sind.A advantageous embodiment of the invention Solution is to see that the microwave sensor and the ultrasonic sensor in the sensor housing concentric with each other and / or rotationally symmetrical to a radiation direction of the signals are arranged.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass der Ultraschallsensor eine durchgehende, zentrale Bohrung aufweist, in welche der Mikrowellensensor konzentrisch in den Ultraschallsensor fest oder lösbar eingefügt ist.A further advantageous embodiment of the invention Solution is to be seen in that the ultrasonic sensor a has continuous, central bore, in which the microwave sensor Concentric in the ultrasonic sensor fixed or detachable is inserted.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ultraschallsensor zumindest einen ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallwandler umfasst.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the ultrasonic sensor at least one annular or annularly arranged ultrasonic transducer.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Mikrowellensensor zumindest einen Hohlleiter mit zumindest einem Einkoppelelement umfasst, der die Mikrowellensignale erzeugt und/oder empfängt.According to one advantageous embodiment of the invention Device is provided that the microwave sensor at least comprises a waveguide with at least one coupling element, the generates and / or receives the microwave signals.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der Hohlleiter als ein metallischer Hohlzylinder mit einem Füllkörper aus einem dielektrischen Material ausgestaltet ist.A advantageous embodiment of the invention Device is to be seen in that the waveguide as a metallic Hollow cylinder with a packing of a dielectric Material is designed.

Eine sehr vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der Hohlleiter aus einem als ein zylindrisches Element ausgebildeten Füllkörper aufgebaut ist, der aus einem Mikrowellendurchlässigen, dielektrischen Material besteht und der auf der Außenfläche zumindest teilweise eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist.A very advantageous variant of the invention Device is to be seen in that the waveguide of a a cylindrical element formed filler constructed of a microwave permeable, dielectric material and that on the outer surface at least partially an electrically conductive coating having.

Gemäß einer vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine kegelförmige, kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige Ausgestaltung des Füllkörpers in Abstrahlrichtung als ein Anpasselement vorgesehen ist.According to one advantageous variant of the device according to the invention is provided that a conical, frusto-conical or pyramidal configuration of the packing is provided in the emission direction as a matching element.

Eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass zumindest ein Entkopplungselement in einen Ringspalt der Bohrung zwischen dem Ultraschallsensor und dem eingefügten Mikrowellensensor eingefügt ist.A further advantageous variant of the invention Device is that at least one decoupling element in an annular gap of the bore between the ultrasonic sensor and the inserted microwave sensor is inserted.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der ringförmige oder ringförmig angeordnete Ultraschallwandler des Ultraschallsensors in einzelne, separat ansteuerbare Segmente unterteilt ist.A advantageous embodiment of the invention Device is to be seen in that the annular or annularly arranged ultrasonic transducer of the ultrasonic sensor is divided into individual, separately controllable segments.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen dem ringförmigen oder dem ringförmig angeordneten Ultraschallwandler und einer am Sensorgehäuse in Abstrahlrichtung ausgebildeten, ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallmembran zumindest eine ringförmige oder ringförmig angeordnete Anpassschicht angeordnet ist.In a particularly preferred embodiment of the invention Device is provided that between the annular or the annularly arranged ultrasonic transducer and a formed on the sensor housing in the direction of radiation, annular or annularly arranged ultrasound membrane at least an annular or annular matching layer is arranged.

Eine sehr vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der Ultraschallsensor und/oder der Mikrowellensensor durch einen die Ultraschallwellen dämpfenden Dämpfungsverguss im Sensorgehäuse vergossen sind.A very advantageous variant of the invention Device is to be seen in that the ultrasonic sensor and / or the microwave sensor by a damping casting attenuating the ultrasonic waves are shed in the sensor housing.

In einer besonders vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist angrenzend an das Sensorgehäuse des Ultraschallsensors und/oder des Mikrowellensensors zumindest ein Antennenhorn in Abstrahlrichtung vorgesehen.In a particularly advantageous variant of the invention Device is adjacent to the sensor housing of the ultrasonic sensor and / or the microwave sensor at least one antenna horn in the emission direction intended.

Eine erweiterte vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsteht dadurch, dass das Antennenhorn durch Trennelemente unterteilt ist und/oder dass das Antennenhorn durch Trennelemente entsprechend der Segmente des ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallwandlers des Ultraschallsensors unterteilt ist.A extended advantageous variant of the invention Device arises from the fact that the antenna horn by separating elements is divided and / or that the antenna horn by separating elements according to the segments of the annular or annular subdivided arranged ultrasonic transducer of the ultrasonic sensor is.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Konzept für einen Multisensor bestehend aus einem Ultraschallsensor mit einem Mikrowellensensor anzugeben, das zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Distanzmessung des Messgerätes führt. Um eine erhöhte Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung des Füllstands zu gewährleisten, werden in der Prozessmesstechnik redundante Messgeräte zur Plausibilitätsbetrachtung und Kalibrierung der Messung verwendet. Dabei wird bei einer diveristären Redundanzbetrachtung der Messung angestrebt, die redundanten Messgeräte so unterschiedlich wie möglich zu realisieren. Beispielsweise kann, um den Inhalt in einem großen Öltank zu bestimmen, ein Drucksensor im Tankbodenbereich, der den Füllstand anhand der hydrostatischen Füllstandsmessung bestimmt, und zusätzlich ein Radar im Tankdeckelbereich, das den Füllstand anhand der Laufzeitmessmethode ermittelt, benutzt werden. Durch die Verwendung von verschiedenen physikalischen Messverfahren wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein systematischer Fehler in den unterschiedlichen Messgeräten sich gleich und gleichzeitig auswirkt, extrem niedrig. Dabei wird die diversitäre Redundanz von Ultraschall- und Mikrowellen-Signalen dahingehend genutzt, dass einerseits die wesentlichen Störeinflüsse im Ausbreitungsweg sich unterschiedlich auf elektromagnetische und Ultraschallwellen auswirken und andererseits dennoch die Nutzsignale obgleich des unterschiedlichen Wirkprinzips redundant sind. Die Nutzsignale können somit ohne aufwendige und in der Regel verlustbehaftete Merkmalstransformationen auf Signalebene verknüpft und insbesondere die Schwächen der verschiedenen Einzelsensoren überwunden werden.object The present invention is a concept for a multi-sensor consisting of an ultrasonic sensor with a microwave sensor, to improve reliability and accuracy the distance measurement of the meter leads. To one increased accuracy and reliability of the measurement to ensure the level in the Process measuring technology redundant measuring instruments for plausibility analysis and calibration of the measurement used. This is when a multivariate Redundanzbetrachtung the measurement sought, the redundant measuring instruments to realize as different as possible. For example can to determine the content in a big oil tank a pressure sensor in the tank bottom area, which indicates the level determined by hydrostatic level measurement, and in addition a radar in the tank lid area, the Level determined using the transit time measurement method become. By using different physical measuring methods the probability that a systematic error in the different measuring devices are the same and at the same time affects, extremely low. This is the diversified redundancy used by ultrasonic and microwave signals in that on the one hand the main disturbances in the propagation path different on electromagnetic and ultrasonic waves on the other hand, however, the useful signals although the different principle of action are redundant. The useful signals can thus without complex and usually lossy feature transformations linked at the signal level and in particular the weaknesses the various individual sensors are overcome.

Die Ultraschall- und Mikrowellensensoren arbeiten nahezu unabhängig von schwierigen Umgebungsbedingungen, wie z. B. extreme Luftfeuchtigkeit und/oder starke Verschmutzung, mit einer hohen Linearität und Langzeitstabilität. Die im Allgemeinen große Dynamik der Empfangssignale gewährleistet eine gute Unterscheidbarkeit von Messobjekten, die verhältnismäßig geringe Datenmenge ermöglicht eine einfache Datenaufnahme und schnelle Signalverarbeitung. Mit ihrem einfachen Aufbau und geringen Preis sind Ultraschallsensoren seit langem in der Prozessmesstechnik etabliert. Durch die Fortschritte bei der Entwicklung von Mikrowellen-Komponenten und der Aufbautechnik sind auch Mikrowellensensoren zunehmend preiswert herstellbar. Nachteilig bei Messgeräten, die mit Ultraschallwellen arbeiten, ist, dass diese jedoch vielfältigen Einflüssen unterliegen: Temperaturgradienten, Luftbewegungen oder stoffliche Veränderungen des Mediums machen sich in Amplituden- und Phasenfluktuationen der Empfangssignale bemerkbar. Zusätzlich können starke Störquellen, wie beispielsweise Einbauten oder Rührwerke, im Erfassungsbereich Nutzechosignale maskieren oder vortäuschen. Demgegenüber werden Füllstandsmessgeräte, die mit Mikrowellen arbeiten, von Veränderungen der Prozessbedingungen der Luft über dem Messmedium kaum beeinflusst; und die Ausbreitungsdämpfung der Mikrowellen ist äußerst gering. Nachteilig bei Mikrowellenmessgeräten ist, dass die geringen Unterschiede des Wellenwiderstandes bei Reflexion an nicht leitenden Materialien zu viel kleineren Echoamplituden im Vergleich zu denen bei leitenden Oberflächen führen. Bei ungeeigneter Auslegung des Sensors können sich zudem elektrische Störfelder in der Umgebung bemerkbar machen. Hohe Zuverlässigkeit der Sensoraussage bei geringer Querempfindlichkeit und hoher Störfestigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Rauschen stehen im Vordergrund jeder Sensorentwicklung. Zur Plausibilitätskontrolle von Sensoraussagen und zur Senkung der Ausfallraten werden vielfach redundante Multisensorsysteme konstruiert, die mehrere gleichartige Einzelsensoren in einer Parallelstruktur vereinen. Mit der Auswertung der Empfangssignale verschiedenartiger Einzelsensoren mit Ausgangssignalen von komplementären Ereignissen wird eine Erweiterung des Ansprechverhaltens des Gesamtsensors angestrebt. Diese sog. diversitären Multisensorsysteme haben in den letzten Jahren beständig an Attraktivität gewonnen und werden für vielfältige Aufgaben in der industriellen Prozessautomatisierungstechnik, wie beispielsweise der DE 100 37 715 A1 gezeigt, eingesetzt. In der DE 100 37 715 A1 wird eine Kombination von zwei Messverfahren zu Plausibilitätsbetrachtung der Messungen gezeigt, bei der der Füllstand abwechselnd oder gleichzeitig nach einer Laufzeitmessmethode eines Hochfrequenzsignals oder nach einer Kapazitätsmessung mittels einer das Medium berührenden Messsonde ermittelt wird. Die höhere Dimensionalität des Beobachtungsraumes führt zu Sensoraussagen, die mit einfachen Mehrelementenanordnungen identischer Sensorelemente nicht erzielt werden können. Besondere Bedeutung für die Erweiterung der Möglichkeiten der Sensorik besitzen diversitäre Multisensorsysteme, die auf direkter Vergleichbarkeit der Nutzsignale beruhen, während Störsignale statistisch nicht korreliert sind. Mit Auswertung dieser sog. diversitären Redundanz weist das Fusionsergebnis eine signifikant erhöhte Robustheit gegenüber Störeinflüssen der Einzelsensoren auf, wodurch die Glaubwürdigkeit der Sensoraussage erhöht wird. Diesen Anspruch erfüllen in geeigneter Weise Sensorsysteme, die zur Füllstandsmessung gleichzeitig akustische Wellen und Mikrowellen verwenden und die Redundanz der Empfangssignale aus einem sich überdeckenden räumlichen Erfassungsbereich auswerten.The ultrasonic and microwave sensors work almost independently of difficult environmental conditions, such. As extreme humidity and / or heavy pollution, with a high linearity and long-term stability. The generally high dynamics of the received signals ensure a good differentiation of DUTs, the relatively small amount of data enables easy data acquisition and fast signal processing. With their simple design and low price, ultrasonic sensors have long been established in process measurement technology. Due to advances in the development of microwave components and the construction technique and microwave sensors are increasingly inexpensive to produce. A disadvantage of measuring devices that work with ultrasonic waves, but that they are subject to various influences: temperature gradients, air movements or material changes of the medium are reflected in amplitude and phase fluctuations of the received signals noticeable. In addition, strong interference sources, such as internals or agitators, can mask or simulate useful echo signals in the detection area. In contrast, level measuring devices that work with microwaves are hardly affected by changes in the process conditions of the air above the measuring medium; and the propagation loss of microwaves is extremely low. A disadvantage of microwave measuring devices is that the small differences in the characteristic impedance when reflecting on non-conductive materials lead to much smaller echo amplitudes compared to those in the case of conductive surfaces. Inappropriate design of the sensor can also be noticeable electrical interference in the environment do. High reliability of the sensor statement with low cross sensitivity and high immunity against environmental influences and noise are in the foreground of every sensor development. In order to check the plausibility of sensor statements and to reduce failure rates, redundant multi-sensor systems are often designed that combine several identical single sensors in a parallel structure. With the evaluation of the received signals of different types of individual sensors with output signals of complementary events, an extension of the response of the total sensor is sought. These so-called diversified multi-sensor systems have steadily become more attractive in recent years and are used for a variety of tasks in industrial process automation technology, such as the DE 100 37 715 A1 shown used. In the DE 100 37 715 A1 a combination of two measurement methods for plausibility of the measurements is shown, in which the level is determined alternately or simultaneously by a transit time measurement method of a high-frequency signal or by a capacitance measurement by means of a measuring probe touching the medium. The higher dimensionality of the observation space leads to sensor statements that can not be achieved with simple multi-element arrangements of identical sensor elements. Particular importance for the expansion of the possibilities of sensors have diverse multi-sensor systems, which are based on direct comparability of the useful signals, while noise signals are statistically uncorrelated. By evaluating this so-called diverse redundancy, the fusion result has a significantly increased robustness against interference influences of the individual sensors, whereby the credibility of the sensor statement is increased. Sensor systems that simultaneously use acoustic waves and microwaves for level measurement and evaluate the redundancy of the received signals from a covering spatial detection area suitably meet this requirement.

Ein weiterer Vorteil der Kombination beider Messverfahren ist, dass die Ultraschall-Messung stärkere Echo-Signale liefert. Insbesondere bei organischen Lösungsmitteln wird zudem ein großer Teil der Mikrowellenstrahlung gar nicht an der Füllgutoberfläche reflektiert, sondern dringt in das Füllgut ein und wird stattdessen am Boden des Tanks reflektiert. Bei niedrigem Füllstand kann dann das kleine Füllstandecho schlecht von dem großen Tankbodenecho unterschieden werden. Bei einer Ultraschall-Messung tritt dieses Problem nicht auf. Nachteilig ist jedoch, dass die Ultraschall-Messung ungenau wird, sobald die Schallgeschwindigkeit im Behälter aufgrund vom Temperatur- und Gasschichtungen schwankt und/oder nicht ermittelbar ist. Dagegen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen nahezu unabhängig von diesen Umgebungseinflüssen des Prozesses. In den Fällen, in denen die Ultraschall- und die Mikrowellen-Messung gleichzeitig eindeutige Ergebnisse liefern, ist es beispielsweise möglich, die Ultraschall-Messung mittels den Ergebnissen der Mikrowellen- Messung zu kalibrieren. Die beschrieben Störeinflüsse, wie z. B. Temperaturschwankungen oder Reflektionsunterschiede, wirken sich unterschiedlich auf Mikrowellen oder auf Ultraschallwellen aus, jedoch sind die Nutzsignale trotz des unterschiedlichen Wirkprinzips redundant und somit miteinander vergleichbar.One Another advantage of combining both measuring methods is that the ultrasound measurement delivers stronger echo signals. In particular, with organic solvents is also a large part of the microwave radiation is not at the The product surface reflects, but penetrates in the contents and is instead at the bottom of the tank reflected. At low level, then the small Level echoes poorly distinguished from the large tank bottom echo become. In an ultrasound measurement, this problem does not occur on. The disadvantage, however, is that the ultrasonic measurement is inaccurate will, as soon as the speed of sound in the container due from the temperature and gas stratifications fluctuates and / or can not be determined is. In contrast, the propagation velocity of the microwaves almost independent of these environmental influences of the Process. In cases where the ultrasound and the microwave measurement at the same time provide clear results, For example, it is possible to use the ultrasound measurement to calibrate using the results of the microwave measurement. The described interference, such. B. temperature fluctuations or reflection differences, have different effects on microwaves or on ultrasonic waves, but the useful signals are despite the different operating principle redundant and thus comparable with each other.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Elemente, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the following description with the associated Drawings in which preferred embodiments of the Invention are shown. Embodiments illustrated in the figures the invention are for better clarity and simplification the Elements that correspond in their structure and / or function provided with the same reference numerals.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes in einem Behälter, 1 a schematic representation of an embodiment of the inventive device for determining the level in a container,

2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Multisensoreinheit, 2 1 is a schematic representation of a top view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention with the multi-sensor unit,

3 eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend dem Schnitt A-B aus 2, 3 a sectional view of a side view of the first embodiment of the device according to the invention according to the section AB 2 .

4 eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit angesetztem Antennenhorn aus 3, 4 a schematic sectional view of the first embodiment of the device according to the invention with attached antenna horn 3 .

5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Multisensoreinheit, und 5 a schematic representation of a plan view of a second embodiment of the device according to the invention with the multi-sensor unit, and

6 eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend dem Schnitt C-D aus 5. 6 a sectional view of a side view of the second embodiment of the device according to the invention according to the section CD 5 ,

In 1 wird eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung des Füllstandes f eines Füllguts 5 in einem Behälter 7 nach einer Laufzeitmessmethode von Signalen S gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise über einen Flansch an einem Stutzen bzw. Prozessanschluss am Behälter 7 befestigt, so dass sich die Sensoreinheit 3, im Prozessraum 6 befindet während sich der Messumformer 2 mit der Sende-/Empfangseinheit 24, 25 mit der Regel-/Auswerteeinheit 26 und mit der Schnittstelleneinheit 27 außerhalb des Prozessraums 6 befindet.In 1 becomes a device 1 for determining the filling level f of a product 5 in a container 7 according to a transit time measurement method of signals S shown. The device 1 is for example a flange on a nozzle or process connection to the container 7 attached, so that the sensor unit 3 , in the process room 6 is located while the transmitter 2 with the transmitting / receiving unit 24 . 25 with the control / evaluation unit 26 and with the interface unit 27 outside the process room 6 located.

Im Messumformer 2 wird von der Sende-/Empfangseinheit 24, 25 ein Erregersignal erzeugt, das in der Sensoreinheit 3 ein Sendesignal STX bewirkt. Die Sensoreinheit 3 strahlt dieses Sendesignal STX in Richtung des Füllguts 5 in den Prozessraum 6 ab. Das an der Oberfläche 4 des Füllguts 5 reflektierte Reflexionssignal SRX wird von der Sensoreinheit 3 wieder empfangen und in der Sende-/Empfangseinheit 24, 25 im Messumformer 2 signaltechnisch weiterverarbeitet. Die Regel-/Auswerteeinheit 26 in dem Messumformer 2 wertet die Sendesignale STX und Reflexionssignale SRX aus, indem beispielsweise eine zeit- oder distanzabhängige Echosignalkurve und/oder Hüllkurve ermittelt wird, die einer weiteren signaltechnischen Verarbeitung und/oder Auswertung im Messumformer 2 zur Verfügung steht. Die Bezeichnung Signale S fassen die Sendesignale STX und die Reflexionssignale SRX unter einem Begriff zusammen. Die Regel-/Auswerteeinheit 26 hat die Aufgabe, ein Nutzecho in den Reflexionssignalen SRX auszuwerten, indem die Reflexionssignale SRX durch eine Signalverarbeitung und spezielle Signalauswertungsalgorithmen weiter verarbeitet und ausgewertet werden, und folglich die Laufzeit der einzelnen Echosignale bestimmt wird. Aus der Laufzeit der Signale S lässt sich beispielsweise mit Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale S im Prozessraum 6 die Distanz d und somit bei Kenntnis der Höhe h eines Behälters 7 der Füllstand f eines Füllguts 5 bestimmen. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden der Sendesignale STX und dem Empfang der Reflexionssignale SRX lässt sich der Abstand des Vorrichtung 1 zu der Oberfläche 4 des Füllguts 5 ermitteln.In the transmitter 2 is from the send / receive unit 24 . 25 generates an excitation signal in the sensor unit 3 a transmission signal S TX causes. The sensor unit 3 emits this transmission signal S TX in the direction of the medium 5 in the process room 6 from. The on the surface 4 of the contents 5 Reflected reflection signal S RX is from the sensor unit 3 received again and in the sender / receiver unit 24 . 25 in the transmitter 2 signal processing further processed. The control / evaluation unit 26 in the transmitter 2 evaluates the transmission signals S TX and reflection signals S RX , for example, by determining a time-dependent or distance-dependent echo signal curve and / or envelope, which is a further signal processing and / or evaluation in the transmitter 2 is available. The term signals S summarize the transmission signals S TX and the reflection signals S RX together under one term. The control / evaluation unit 26 has the task of evaluating a useful echo in the reflection signals S RX by the reflection signals S RX by signal processing and special signal processing algorithms are processed and evaluated, and hence the term of the individual echo signals is determined. From the duration of the signals S can be, for example, with knowledge of the propagation speed of the signals S in the process space 6 the distance d and thus with knowledge of the height h of a container 7 the level f of a product 5 determine. From the time difference between the transmission of the transmission signals S TX and the reception of the reflection signals S RX can be the distance of the device 1 to the surface 4 of the contents 5 determine.

In 2 ist eine Draufsicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bestehend aus dem Messumformer 2 und aus der Sensoreinheit 3 mit einer konzentrischen, ringförmigen und/oder ringförmig angeordneten Ultraschallmembran 20 des Ultraschallsensors 10 in dem Sensorgehäuse 12 und mit dem Anpasselement 30 an dem Hohlleiters 13 des Mikrowellensensors 11 gezeigt. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist das Sensorgehäuse 12 der Sensoreinheit 3 einteilig und hermetisch dicht ausgeführt. Hierzu ist der Boden des Sensorgehäuses 12 im Bereich des Ultraschallsensors 10 zu einer ringförmigen Ultraschallmembran 20 ausgebildet, indem beispielsweise in diesem Bereich eine Verringerung der Materialstärke des Bodens des Sensorgehäuses 12 vorgesehen ist. Im Bereich des Mikrowellensensors (11) sind das Material des Bodens des Sensorgehäuses (12) und dessen Stärke so ausgelegt, dass das Mikrowellensignal SμW nicht gedämpft wird. Der Multisensor aus Ultraschallsensor 10 und Mikrowellensensor 11 ist aus diesen Gründen in einem Sensorgehäuse 12 aus einem prozessbeständigen, mikrowellendurchlässigem Material, z. B. einem Kunststoff aus Polytetrafluorethylen-PTFE- oder Polyvinylidenfluorid-PVDF-, eingebettet. Da das Sensorgehäuse 12 zumindest prozessseitig einteilig ausgeführt ist, ist die Sensoreinheit 3 hermetisch dicht gegenüber dem Medium 5 und den Prozessbedingungen im Prozessraum 6 abgeschlossen.In 2 is a plan view of the first embodiment of the device according to the invention 1 consisting of the transmitter 2 and from the sensor unit 3 with a concentric, annular and / or annular ultrasound membrane 20 of the ultrasonic sensor 10 in the sensor housing 12 and with the fitting element 30 on the waveguide 13 of the microwave sensor 11 shown. In this first embodiment, the sensor housing 12 the sensor unit 3 one-piece and hermetically sealed. This is the bottom of the sensor housing 12 in the range of the ultrasonic sensor 10 to an annular ultrasonic membrane 20 formed by, for example, in this area, a reduction in the material thickness of the bottom of the sensor housing 12 is provided. In the area of the microwave sensor ( 11 ) are the material of the bottom of the sensor housing ( 12 ) and its strength designed so that the microwave signal S μW is not attenuated. The multisensor from ultrasonic sensor 10 and microwave sensor 11 is for these reasons in a sensor housing 12 from a process resistant, microwave transparent material, e.g. As a plastic of polytetrafluoroethylene PTFE or polyvinylidene fluoride PVDF embedded. Because the sensor housing 12 at least on the process side is made in one piece, is the sensor unit 3 hermetically sealed against the medium 5 and the process conditions in the process room 6 completed.

In 3 ist eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Füllstands f in einem Behälter 7 gemäß dem Schnitt A-B in 2 gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist im wesentlichen aus einer Sensoreinheit 3 und einem Messumformer 2 aufgebaut. Die Sensoreinheit 3 ist erfindungsgemäß als ein Multisensor ausgestaltet. Das Sensorelement 3 weist einen die Mikrowellen abstrahlenden und empfangenden, als Hohlleiter 13 ausgebildeten Mikrowellensensor 11 auf, der konzentrisch, ringförmig und/oder ringförmig angeordnet von einem Ultraschallsensor 10 umgeben ist. Dieser Mikrowellensensor 11 ist in eine Bohrung 33 in den ringförmig ausgebildeten Ultraschallsensor 10, der aus zumindest einen ringförmigen Ultraschallwandler 19, einer ringförmigen Anpassschicht 21 und einer ringförmigen Ultraschallmembran 20 besteht, fest oder reversibel lösbar eingefügt. Der Ultraschallsensor 10 besteht grundlegend aus zumindest einem ringförmigen Ultraschallwandler 19, der die Ultraschallsignale SU über eine ringförmige Anpassschicht 21 durch eine ringförmige Ultraschallmembran 20 als Sendesignale STX in den Prozessraum 6 aussendet und die Reflexionssignale SRX wieder empfängt. Hierzu wird der Ultraschallwandler 19 kurzzeitig zum Schwingen im Resonanzbereich des Ultraschallsensors 10 angeregt. Die Schwingungen des Ultraschallwandlers 19 sind nach Aussenden der Ultra-/Schallsignale SU erst nach einiger Zeit abgeklungen. Während dieser Zeit ist der Ultraschallsensor 10 als Empfangselement blockiert, weil das Ausschwingen schwache Reflexionssignale SRX überdeckt. Entsprechend können Reflektoren nicht erkannt werden, die zu nahe am Ultraschallsensor 10 angebracht sind und deren Reflexionssignale SRX daher schon innerhalb dieser blockierten Zeitspanne zum Ultraschallsensor 10 zurückkommen. Man spricht daher auch von der 'Blockdistanz' des Ultraschallsensors 10.In 3 is a sectional view of a first embodiment of the device according to the invention 1 for determining the filling level f in a container 7 according to the section AB in 2 shown. The device 1 is essentially a sensor unit 3 and a transmitter 2 built up. The sensor unit 3 is designed according to the invention as a multi-sensor. The sensor element 3 has a microwave radiating and receiving, as a waveguide 13 trained microwave sensor 11 concentric, annular and / or annularly arranged by an ultrasonic sensor 10 is surrounded. This microwave sensor 11 is in a hole 33 in the ring-shaped ultrasonic sensor 10 which consists of at least one annular ultrasonic transducer 19 , an annular matching layer 21 and an annular ultrasonic membrane 20 exists, permanently or reversibly releasably inserted. The ultrasonic sensor 10 basically consists of at least one annular ultrasonic transducer 19 receiving the ultrasonic signals S U via an annular matching layer 21 through an annular ultrasonic membrane 20 as transmission signals S TX in the process space 6 emits and receives the reflection signals S RX again. For this purpose, the ultrasonic transducer 19 briefly to vibrate in the resonance range of the ultrasonic sensor 10 stimulated. The vibrations of the ultrasonic transducer 19 are decayed after sending the ultra / sound signals S U after some time. During this time is the ultrasonic sensor 10 blocked as a receiving element, because the decay covers weak reflection signals S RX . Accordingly, reflectors that are too close to the ultrasonic sensor can not be detected 10 are mounted and their reflection signals S RX therefore already within this blocked period of time to the ultrasonic sensor 10 Come back. One therefore speaks of the 'blocking distance' of the ultrasonic sensor 10 ,

Die Abklingzeit und/oder die Blockdistanz lassen sich durch mechanische Dämpfung des Verbundschwingsystems aus Ultraschallwandler 19, aus Anpassschicht 21 und aus Ultraschallmembran 20 verkürzen. Diese mechanische Dämpfung wird beispielsweise durch einen Dämpfungsverguss 22, der einige Teile des Verbundschwingsystems umgibt, erreicht. Je stärker die mechanische Dämpfung durch diesen Dämpfungsverguss 22 ist, umso schneller schwingt das Verbundschwingsystem aus.The decay time and / or the blocking distance can be achieved by mechanical damping of the composite oscillating system made of ultrasonic transducers 19 , made of matching layer 21 and ultrasound membrane 20 shorten. This mechanical damping is achieved, for example, by a damping casting 22 that surrounds some parts of the compound vibration system, he said enough. The stronger the mechanical damping due to this damping compound 22 is, the faster the composite vibration system swings out.

Der Mikrowellensensor 11 ist als ein Hohlleiter 13 ausgebildet der achsensymmetrisch in die durchgehende, zentrale Bohrung 33 des ringförmigen Ultraschallsensors 10 eingebracht ist. Der Hohlleiter 13 besteht entweder aus einem metallischen Hohlzylinder 16 oder aus einem als ein zylindrisches Element 17 ausgebildeten dielektrischer Füllkörper 15 aus Kunststoff, z. B. Perfluoralkoxy-Copolymer-PFA- oder Polytetrafluorethylen-PTFE-, der zumindest teilweise auf der Außenfläche mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 18 versehen ist und somit einen mit einem dielektrischen Material gefüllten Hohlleiter 13 erzeugt. In diesen Hohlleitern 13 wird das Mikrowellensignal SμW mittels zumindest eines Einkoppelelements 14, das beispielsweise als Stift-, Stufen-, oder Gruppenstrahlereinkopplung ausgebildet ist, eingekoppelt. Bei einer kreis-polarisierten oder einer elliptisch-polarisierten PC Abstrahlcharakteristik der Sendesignale STX sind in dem Hohlleiter 13 zumindest zwei Einkoppelelemente 14 ausgestaltet, die beispielsweise in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Hingegen ist bei einer eine linear-polarisierte PL elektromagnetische Welle als Abstrahlcharakteristik des Sendesignals STX in dem Hohlleiter 13 nur ein Einkoppelelement 14 ausgebildet. In Abstrahlrichtung Z ist an dem Hohlleiter 13 ein kegelförmiges Anpasselement 30 ausgebildet, das den Wellenwiderstand beim Übergang des Mikrowellensignals SμW vom Hohlleiter 13 auf den Prozessraum 6 entsprechend anpasst.The microwave sensor 11 is as a waveguide 13 formed the axisymmetric in the continuous, central bore 33 of the annular ultrasonic sensor 10 is introduced. The waveguide 13 consists of either a metallic hollow cylinder 16 or one as a cylindrical element 17 formed dielectric filling body 15 made of plastic, z. As perfluoroalkoxy copolymer PFA or polytetrafluoroethylene PTFE, at least partially on the outer surface with an electrically conductive coating 18 is provided and thus filled with a dielectric material waveguide 13 generated. In these waveguides 13 is the microwave signal S μW by means of at least one coupling element 14 , which is designed for example as a pin, stage, or group radiator coupling, coupled. In a circular-polarized or an elliptically-polarized P C radiation characteristic of the transmission signals S TX are in the waveguide 13 at least two coupling elements 14 configured, which are arranged for example at an angle of 90 ° to each other. On the other hand, in a linear-polarized P L electromagnetic wave as a radiation characteristic of the transmission signal S TX in the waveguide 13 only one coupling element 14 educated. In the emission direction Z is at the waveguide 13 a conical fitting element 30 formed, the wave impedance at the transition of the microwave signal S μW from the waveguide 13 on the process room 6 adapts accordingly.

Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes über die Laufzeit von Ultraschallsignalen sowie auch von anderen Messsignalen, wie z. B. Radar nutzen die physikalische Gesetzmäßigkeit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus der Laufzeit t und der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale S genau bestimmen zu können ist in der Sensoreinheit 3 ein Temperatursensor 34 integriert, der die Prozesstemperatur ermittelt. Dieser Temperatursensor 34 ist beispielsweise über eine zusätzliche dritte Anschlussleitung 29 und eine Anschlussleitung 29 des Ultraschallwandlers 19 mit der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 elektrisch verbunden. Mittels dieser aktuellen Prozesstemperatur wird in der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 die angepasste Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale S ermittelt und mit dieser die Laufstrecke der Signale errechnet. Unter Berücksichtigung der Geometrie des Behälterinnern und des Behälters 7 wird dann, wie schon zuvor beschrieben, der Füllstand f des Füllguts 5 als eine relative und/oder eine absolute Größe ermittelt.Method for determining the level over the duration of ultrasonic signals as well as other measurement signals, such. B. Radar exploit the physical law, according to which the running distance is equal to the product of the time t and the propagation speed. In order to determine the propagation speed of the signals S accurately is in the sensor unit 3 a temperature sensor 34 integrated, which determines the process temperature. This temperature sensor 34 is for example via an additional third connection line 29 and a connecting cable 29 of the ultrasonic transducer 19 with the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 electrically connected. By means of this current process temperature is in the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 determines the adapted propagation speed of the signals S and calculates with this the running distance of the signals. Taking into account the geometry of the container interior and the container 7 Then, as already described, the filling level f of the medium 5 is determined as a relative and / or an absolute variable.

Speziell wird in den folgenden Ausführungen primär nur der Messaufbau des konzentrischen, ringförmigen und/oder ringförmig angeordneten Ultraschallwandlers 19 als ein kombiniertes Sende-/Empfangselement bzw. des Ultraschall-Transceivers zum Senden und Empfangen von Signalen S näher betrachtet, jedoch ist auch eine getrennte Ausführungsform des Sendeelements und des Empfangselements des Ultraschallsensors 10 in der Sensoreinheit 3 denkbar. Der Ausdruck „Transceiver" entstand durch das Zusammenfassen der Bezeichnungen „Transmitter"-Sender- und „Receiver"-Empfänger- und ist ein allgemein gebräuchlicher Begriff in diesen technischen Gebieten der Prozessmesstechnik. Der Antrieb des Ultraschallsensors 10 ist in der Regel als ein elektromechanischer Ultraschallwandler 19 ausgebildet, der beispielsweise nach einem elektrostatischen, elektromagnetischen oder insbesondere nach einem piezoelektrischen Prinzip betrieben wird. Da der piezoelektrische Ultraschallwandler 19 zum Erzeugen und Messen von Ultraschallsignalen SU gegenüber den anderen Prinzipien einige Vorteile bietet, hat sich dieses piezoelektrische Wandlerprinzip als allgemeiner Standard durchgesetzt. Es sind jedoch alle elektromechanischen Wandlerprinzipien als Antriebsmechanismen in den folgenden erfindungsgemäßen Ausführungen anwendbar.Specifically, in the following embodiments, primarily only the measurement setup of the concentric, annular and / or annularly arranged ultrasonic transducer will be described 19 as a combined transmitting / receiving element or the ultrasonic transceiver for transmitting and receiving signals S closer considered, but is also a separate embodiment of the transmitting element and the receiving element of the ultrasonic sensor 10 in the sensor unit 3 conceivable. The term "transceiver" was created by combining the terms "transmitter" transmitter and "receiver" receivers and is a commonly used term in these technical fields of process measurement technology 10 is usually considered an electromechanical ultrasonic transducer 19 formed, which is operated for example by an electrostatic, electromagnetic or in particular according to a piezoelectric principle. As the piezoelectric ultrasonic transducer 19 For generating and measuring ultrasonic signals S U over the other principles offers some advantages, this piezoelectric transducer principle has prevailed as a general standard. However, all electromechanical transducer principles are applicable as drive mechanisms in the following embodiments of the invention.

Die geometrische Ausgestaltung eines piezoelektrischen Ultraschallwandlers 19 sind kaum Einschränkungen unterworfen. Das piezoelektrische Ultraschallwandlers 19 kann scheiben- oder ringförmig, rund oder eckig sein. Beispielsweise werden erfindungsgemäß runde Scheiben, die zumindest zwei Stirnflächen mit einer oder mehreren Bohrungen 33 in der Scheibe aufweisen verwendet. Diese durchgehende, zentrale Bohrung 33 in dem piezoelektrischen Ultraschallwandler 19 kann erfindungsgemäß zur Aufnahme eines weiteren Sensorelements, z. B. eines Mikrowellensensors 11, zum Durchführen von Anschlussleitungen 29 oder zum Befestigen des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 19 beispielsweise am Sensorgehäuse 12 verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der piezoelektrischen Ultraschallwandler 19 in seiner gänzlichen Geometrie unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweist, wodurch gegensätzliche Kraftkomponenten in einem piezoelektrischen Ultraschallwandler 19 erzeugt werden können. Hierdurch ist es möglich die Abstrahlcharakteristik der Ultraschallsignale SU und/oder das Richtdiagramm des Ultraschallsensors 10 auf die optimalen Messbedingungen angepasst und verändert werden kann.The geometric design of a piezoelectric ultrasonic transducer 19 are hardly subject to restrictions. The piezoelectric ultrasonic transducer 19 may be disc or ring, round or angular. For example, according to the invention round discs, the at least two end faces with one or more holes 33 used in the disc. This continuous, central bore 33 in the piezoelectric ultrasonic transducer 19 can according to the invention for receiving a further sensor element, for. B. a microwave sensor 11 , for connecting cables 29 or for fixing the piezoelectric ultrasonic transducer 19 for example, on the sensor housing 12 be used. It is also possible that the piezoelectric ultrasonic transducer 19 in its entire geometry has different polarization directions, whereby opposing force components in a piezoelectric ultrasonic transducer 19 can be generated. This makes it possible the radiation characteristic of the ultrasonic signals S U and / or the radiation pattern of the ultrasonic sensor 10 adapted to the optimal measurement conditions and can be changed.

Der erfindungsgemäße Messumformer 2 umfasst zumindest eine Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24, eine Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25, eine Regel-/Auswerteeinheit 26 und eine Schnittstelleneinheit 27. Der Ultraschallwandler 19 ist über Anschlussleitungen 29 mit der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 verbunden. Die Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 erzeugt ein Anregungssignal, das den Ultraschallwandler kurzzeitig zum Schwingen anregt. Nach einer konstruktionsbedingten, vorgegebenen Ausschwingzeit werden die Reflexionssignale SRX wieder vom elektromechanischen Ultraschallwandler 19 empfangen und über die Anschlussleitungen 29 als ein elektrische Echosignale an die Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 übermittelt. Diese elektrischen Echosignale werden in der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 signaltechnisch vorverarbeitet und zur signaltechnischen Auswertung an die Regel-/Auswerteeinheit 26 übermittelt. Zur Erzeugung der Mikrowellensignale SμW durch den Mikrowellensensor 11 ist das im Hohlleiter 13 eingebrachte Einkoppelelement 14 über ein HF-Kabel mit der Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25 verbunden. Die Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25 umfasst zumindest ein HF-Modul, indem beispielsweise hochfrequente, impulsförmige Sendesignale STX im Gigahertz-Bereich erzeugt werden und ein Homodyn- und Heterodyn-Empfänger, der die Reflexionssignale SRX signaltechnisch vorverarbeitet. Über eine Kommunikationsleitung 31 kommuniziert die Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25 die signaltechnisch aufbereiteten Echosignale an die Regel-/Auswerteeinheit 26. Über Versorgungsleitungen 32 werden die einzelnen Komponenten des Messumformers 2, wie z. B. Sende-/Empfangseinheiten 24, 25 und die Regelauswerteeinheit 26, mit der notwendigen Energie versorgt.The transmitter according to the invention 2 comprises at least one ultrasonic transmitting / receiving unit 24 , a microwave transmitting / receiving unit 25 , a control / evaluation unit 26 and an interface unit 27 , The ultrasonic transducer 19 is via connection lines 29 with the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 connected. The ultrasound transceiver 24 generates an incentive transmission signal, which briefly excites the ultrasonic transducer to vibrate. After a construction-related, predetermined settling time, the reflection signals S RX are again from the electromechanical ultrasonic transducer 19 received and over the connecting lines 29 as an electrical echo signal to the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 transmitted. These electrical echo signals are in the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 signal-technically preprocessed and for signaling evaluation to the control / evaluation unit 26 transmitted. For generating the microwave signals S μW by the microwave sensor 11 is that in the waveguide 13 introduced coupling element 14 via an RF cable to the microwave transmitter / receiver unit 25 connected. The microwave transmitter / receiver unit 25 comprises at least one RF module, for example by generating high-frequency, pulse-shaped transmission signals S TX in the gigahertz range, and a homodyne and heterodyne receiver, which preprocesses the reflection signals S RX by signal technology. Via a communication line 31 communicates the microwave transmitting / receiving unit 25 the signal-technically processed echo signals to the control / evaluation unit 26 , About supply lines 32 become the individual components of the transmitter 2 , such as B. Transceiver units 24 . 25 and the rule evaluation unit 26 supplied with the necessary energy.

Über die Energieversorgungsleitung 8 und die Schnittstelleneinheit 27 wird die Vorrichtung 1 mit der benötigten Energie versorgt. Die Regel-/Auswerteeinheit 26 kommuniziert über eine Schnittstelleneinheit 27 und den Feldbus 9 mit einer entfernten Kontrollstelle und/oder mit weiteren Vorrichtungen, z. B. Feldgeräten, die nicht explizit gezeigt sind. Eine zusätzliche Energieversorgungsleitung 8 zur Energieversorgung des Vorrichtung 1 entfällt, wenn es sich bei der Vorrichtung 1 bzw. dem Messgerät um ein so genanntes Zweileiter-Messgerät handelt, dessen Kommunikation und Energieversorgung durch den Feldbus 9 ausschließlich und gleichzeitig über eine Zweidrahtleitung stattfindet. Die Datenübertragung bzw. Kommunikation über den Feldbus 9 erfolgt beispielsweise nach dem CAN-, HART-, PROFIBUS DP-, PROFIBUS FMS-, PROFIBUS PA-, oder FOUNDATION FIELDBUS-Standard. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 als ein autarkes Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik betrieben, kommuniziert die Vorrichtung 1 beispielsweise über eine drahtlose Kommunikationseinheit und wird beispielsweise von einer Energiespeichereinheit oder einer autonomen Energieversorgungseinheit mit der notwendigen Energie versorgt. Diese unabhängige Ausgestaltung der Energieversorgung und der drahtlosen Kommunikationseinheit ist nicht explizit in den Figuren gezeigt. Die Vorrichtung 1 kommuniziert über die drahtlose Kommunikationseinheit mit der Leistelle oder weiteren Feldgeräten per Funk nach zumindest einem der bekannten Standards, wie beispielsweise per Infrarot, Funk, GSM, ZigBee, Bluetooth, UMTS, WLAN. Als autonome Energieversorgungseinheit zur Energieversorgung der Vorrichtung sind beispielsweise zumindest ein Akkumulator, eine Brennstoffzelle, eine Solarzelle oder deren Hybridsysteme vorgesehen.About the power supply line 8th and the interface unit 27 becomes the device 1 supplied with the required energy. The control / evaluation unit 26 communicates via an interface unit 27 and the fieldbus 9 with a remote control point and / or with other devices, eg. B. field devices that are not explicitly shown. An additional power supply line 8th to power the device 1 does not apply if it is in the device 1 or the measuring device is a so-called two-wire measuring device, its communication and power supply through the fieldbus 9 takes place exclusively and simultaneously via a two-wire line. The data transmission or communication via the fieldbus 9 takes place, for example, according to the CAN, HART, PROFIBUS DP, PROFIBUS FMS, PROFIBUS PA, or FOUNDATION FIELDBUS standard. Will the device of the invention 1 operated as an autonomous field device of process automation technology, the device communicates 1 For example, via a wireless communication unit and is supplied for example by an energy storage unit or an autonomous power supply unit with the necessary energy. This independent embodiment of the power supply and the wireless communication unit is not explicitly shown in the figures. The device 1 communicates via the wireless communication unit with the feeder or other field devices by radio according to at least one of the known standards, such as by infrared, radio, GSM, ZigBee, Bluetooth, UMTS, WLAN. As an autonomous power supply unit for powering the device, for example, at least one accumulator, a fuel cell, a solar cell or their hybrid systems are provided.

Die Messungen der Laufzeit mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erfolgt durch den Mikrowellensensor 11 mit der Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25 und dem Ultraschallsensor 10 mit der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 in einem alternierenden abwechselnden oder gleichzeitigen Messzyklus. Da die Messprinzipien der Laufzeitmessung der Mikrowellensignale SμW des Mikrowellensensors 11 und der Ultraschallsignale SU des Ultraschallsensors 10 sich kaum beeinflussen, ist eine zeitgleiche Messung durch beide Messprinzipien möglich. Eine weitere Durchführungsmöglichkeit der unterschiedlichen Messzyklen des Multisensors ist, dass nach einer vorgegebenen Anzahl von Messungen der Laufzeit mit dem Ultraschallsensor 10 eine Vergleichsmessung der Laufzeit durch den Mikrowellensensor 11 erfolgt, und umgekehrt. Mittels dieser Maßnahme kann eine Überprüfung und/oder Kalibrierung der Messung des Füllstands nach der Laufzeitmessmethode erfolgen.The measurements of the transit time by means of the device according to the invention 1 done by the microwave sensor 11 with the microwave transmitting / receiving unit 25 and the ultrasonic sensor 10 with the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 in an alternating alternating or simultaneous measuring cycle. Since the measuring principles of the transit time measurement of the microwave signals S μW of the microwave sensor 11 and the ultrasonic signal S U of the ultrasonic sensor 10 hardly affect themselves, a simultaneous measurement by both measuring principles is possible. Another possible implementation of the different measuring cycles of the multi-sensor is that after a predetermined number of measurements, the running time with the ultrasonic sensor 10 a comparison measurement of the transit time through the microwave sensor 11 done, and vice versa. By means of this measure, it is possible to check and / or calibrate the measurement of the fill level according to the transit time measurement method.

Durch die Nutzung der konkurrierenden und komplementären Sensorintegration ist es möglich, die Messunsicherheit durch Nutzung der Verschiedenheit (Diversität) des Ultraschallsensors 10 und des Mikrowellensensors 11 zu verringern und die Zuverlässigkeit der Sensoraussage bzw. Messergebnisse durch Nutzung der Gleichartigkeit (Redundanz) der Empfangssignale der Mikrowellensignale SμW und der Ultraschallsignale SU zu erhöhen.By utilizing the competing and complementary sensor integration, it is possible to increase the measurement uncertainty by utilizing the diversity of the ultrasonic sensor 10 and the microwave sensor 11 to reduce and increase the reliability of the sensor statement or measurement results by utilizing the similarity (redundancy) of the received signals of the microwave signals S μW and the ultrasonic signals S U.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Multisensors aus einem Mikrowellensensor 11 in der durchgehende, zentrale Bohrung 33 des ringförmigen Ultraschallsensors 10 wird eine akzeptable Amplitudenverteilung des Sendesignals STX des Ultraschallsignals SU erreicht. Das daraus resultierende Richtdiagramm bzw. die Abstrahlcharakteristik der Ultraschallsignale SU ist dennoch schlechter als bei einem gewöhnlichen Ultraschallsensor 10. Jedoch lässt sich diese Abstrahlcharakteristik dadurch noch verbessern, dass das für die Mikrowellensignale SμW sowieso benötigte Antennenhorn 23 gleichzeitig zur Bündelung des Ultraschallsignale SU verwendet wird. Hierzu wird an dem Sensorgehäuse 12 ein in Abstrahlrichtung Z divergierende Trichter angebracht. Die Divergenz des Trichters ist so ausgestaltet, dass die Mikrowellensignale SμW und die Ultraschallsignal SU gebündelt und fokussiert werden. Diese Ausgestaltung des Multisensors aus Mikrowellensensor 11 und Ultraschallsensor 10 mit einem Antennenhorn 23 ist in 4 dargestellt.Due to the inventive design of the multi-sensor from a microwave sensor 11 in the through, central hole 33 of the annular ultrasonic sensor 10 an acceptable amplitude distribution of the transmission signal S TX of the ultrasonic signal S U is achieved. The resulting directional diagram or the radiation characteristic of the ultrasonic signals S U is still worse than in a conventional ultrasonic sensor 10 , However, this emission characteristic can be improved even further by the fact that the antenna horn required for the microwave signals S μW anyway 23 used simultaneously to bundle the ultrasonic signal S U. This is done on the sensor housing 12 mounted in the direction of radiation Z diverging funnel. The divergence of the funnel is designed so that the microwave signals S μW and the ultrasonic signal S U are focused and focused. This embodiment of the multi-sensor microwave sensor 11 and ultrasonic sensor 10 with an antenna horn 23 is in 4 shown.

Des Weiteren ist es möglich, den Mikrowellensensor 11 als Stabantenne auszuführen, indem das Anpasselement 30 als dielektrischer Stabstrahler erweitert wird. Diese Erweiterung des Anpasselements 30 durch einen Stabstrahler erfolgt beispielsweise dadurch, dass im Bereich des Mikrowellensensors 11 am Boden des Sensorgehäuses 12 ein entsprechender Stabstrahler angeklebt oder angeschraubt wird. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass die die Fügestellen zwischen dem Füllkörper 15, dem Boden des Sensorgehäuses 12 und dem Stabstrahler spaltfrei erfolgen und diese ähnliche Materialkonstanten haben, da ansonsten Störreflexionen durch Wellenwiderstandsänderungen des Mikrowellensignals SμW entstehen. Ein weiterer Nachteil ist, dass aufgrund des Stabstrahlers Störsignale der Ultraschallsignale SU erzeugt werden und somit die Messperformance des Ultraschallsensors 10 verschlechtert wird.Furthermore, it is possible to use the microwave sensor 11 as a rod antenna perform by the fitting element 30 is extended as a dielectric rod radiator. This extension of the fitting element 30 by a rod radiator, for example, by the fact that in the range of the microwave sensor 11 at the bottom of the sensor housing 12 a corresponding rod radiator is glued or screwed. It must be ensured that the joints between the filler 15 , the bottom of the sensor housing 12 and the rod radiator done gap-free and they have similar material constants, otherwise disturbing reflections caused by impedance changes of the microwave signal S μW . Another disadvantage is that due to the rod radiator noise signals of the ultrasonic signals S U are generated and thus the measurement performance of the ultrasonic sensor 10 is worsened.

Außerdem ist ein TDR-Sensor, bei dem ein Mikrowellensignal SμW an einem elektrischen Leiter, z. B. Stab oder Seil, geführt wird, in dem erfindungsgemäßer Multisensor als Mikrowellensensor 11 mit einem ringförmigen Ultraschallsensor 10 integrierbar. Jedoch sind auch hier durch das Seil oder den Stab entsprechende Störreflexionen der Ultraschallsignale SU und somit einer Verschlechterung der Messperformance des Ultraschallsensors 10 zu erwarten. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel des Multisensors muss der elektrische Leiter des TDR-Sensors durch den Boden des Sensorgehäuses 12 hindurch geführt werden, wodurch eine Abdichtung des elektrischen Leiters zu dem Sensorgehäuse 12, z. B. durch einen O-Ring, notwendig wird.In addition, a TDR sensor in which a microwave signal S μW to an electrical conductor, for. As rod or rope is guided in the inventive multi-sensor as a microwave sensor 11 with an annular ultrasonic sensor 10 integrated. However, here too by the cable or the rod corresponding spurious reflections of the ultrasonic signals S U and thus a deterioration of the measurement performance of the ultrasonic sensor 10 expected. In such an embodiment of the multi-sensor, the electrical conductor of the TDR sensor must pass through the bottom of the sensor housing 12 passed through, whereby a seal of the electrical conductor to the sensor housing 12 , z. B. by an O-ring, is necessary.

In 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Multisensors, bestehend aus Mikrowellensensor 11 und Ultraschallsensor 10, dargestellt.In 5 and 6 is a second embodiment of the multi-sensor according to the invention, consisting of microwave sensor 11 and ultrasonic sensor 10 represented.

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird das äußere Antennenhorn 23a hauptsächlich nur zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors 10 verwendet und ein kleineres, inneres Antennenhorn 23b dient zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik des Mikrowellensensors 11. Bei hochfrequenten Mikrowellensensoren, z. B. bei Frequenzen von 26 GHz, fällt dieses innere Antennenhorn 23b recht klein aus, z. B. Durchmesser der Hornöffnung von ca. 40 Millimeter, so dass Störsignale der Ultraschallsignale SU durch dieses innere Antennenhorn 23b kaum auftreten.In this second embodiment, the outer antenna horn 23a mainly only to improve the radiation characteristics of the ultrasonic sensor 10 used and a smaller, inner antenna horn 23b serves to improve the radiation characteristic of the microwave sensor 11 , For high-frequency microwave sensors, z. B. at frequencies of 26 GHz, this inner antenna horn falls 23b quite small, z. B. diameter of the horn opening of about 40 millimeters, so that interference signals of the ultrasonic signals S U through this inner antenna horn 23b hardly occur.

In 6 ist eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung des Füllstands f in einem Behälter 7 gemäß dem Schnitt C-D in 5 gezeigt. Zur besseren Darstellbarkeit und Verständlichkeit der dreidimensionalen Zeichnung weist die Schnittdarstellung eine leichte Neigung nach hinten auf. Die Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zeigt den Multisensor mit dem äußeren Antennenhorn 23a und inneren Antennehorn 23b. Das äußere Antennenhorn 23a bzw. Ultraschall-Fokusierhorn 23a ist aus einem die Ultraschallsignale SU reflektierenden Material ausgestaltet.In 6 is a sectional view of a second embodiment of the device according to the invention 1 for determining the filling level f in a container 7 according to the section CD in 5 shown. For better presentation and clarity of the three-dimensional drawing, the sectional view has a slight inclination to the rear. The sectional view of the second embodiment of the device according to the invention 1 shows the multisensor with the outer antenna horn 23a and inner antenna horn 23b , The outer antenna horn 23a or ultrasonic focusing horn 23a is configured from a material reflecting the ultrasonic signals S U.

Der Mikrowellensensor 11 ist als gefüllter Hohlleiter 13 mit zwei um 90° zueinander angeordneten Einkoppelelementen 14 ausgeführt. Durch die Ausführung mit zwei um 90° versetzten Einkoppelelementen 14 ist es möglich ein kreis-polarisiertes oder eliptisch-polarisiertes PC Mikrowellensignal S- zu erzeugen. Die beiden Einkoppelelementen 14 sind über zwei HF-Kabel mit der Mikrowellen-Sende-/Empfangseinheit 25 verbunden, welche durch eine phasengleiche Ansteuerung der Einkoppelelementen 14 mit einem hochfrequenten Signal ein kreis-polarisiertes PC Mikrowellensignal SμW oder durch phasenversetzte Ansteuerung der Einkoppelelementen 14 mit einem hochfrequenten Signal ein elliptisch-polarisiertes PC Mikrowellensignal SμW erzeugt.The microwave sensor 11 is as a filled waveguide 13 with two mutually arranged by 90 ° coupling elements 14 executed. Due to the version with two 90 ° offset coupling elements 14 it is possible to produce a circle-polarized or elliptically-polarized P C microwave signal S-. The two coupling elements 14 are via two RF cables with the microwave transmitting / receiving unit 25 connected, which by an in-phase control of the coupling elements 14 with a high-frequency signal a circular-polarized P C microwave signal S μW or by phase-offset control of the coupling elements 14 generates an elliptically-polarized P C microwave signal S μW with a high-frequency signal.

Der ringförmig angeordnete Ultraschallwandler 19 kann beispielsweise aus mehreren Piezoelementen aufgebaut sein, die über mehrere Anschlussleitungen 29 phasengleich oder phasenversetzt von der Ultraschall-Sende-/Empfangseinheit 24 angesteuert werden. Durch die ringförmige Anordnung der einzelnen Ultraschallwandler 19 in der Form von Piezoelementen wird nahezu eine ähnliche Messperformance, wie mit einem ringförmig ausgestalteten Piezoelement erreicht. Über eine Anpassung an der Formgebung oder Dicke der Ultraschallmembran 20 können diese Unterschiede der Messperformance zwischen mehreren, ringförmig angeordneten Ultraschallelementen 19 und einem einzelnen ringförmigen Ultraschallelement 19 weiter angepasst werden.The annularly arranged ultrasonic transducer 19 For example, it can be made up of a plurality of piezoelectric elements that are connected via a plurality of connection lines 29 In phase or out of phase of the ultrasonic transmitting / receiving unit 24 be controlled. Due to the annular arrangement of the individual ultrasonic transducers 19 In the form of piezoelectric elements, a similar measurement performance is achieved, as with a ring-shaped piezoelectric element. About an adaptation to the shape or thickness of the ultrasonic membrane 20 These differences in the measurement performance between a plurality of annularly arranged ultrasonic elements 19 and a single annular ultrasonic element 19 be further adapted.

Zur verbesserten Entkopplung der beiden Sensoreinheiten 3 voneinander ist in den Ringkernspalt zwischen dem ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallsensor 10 und dem Mikrowellensensor 11 zumindest ein Entkopplungselement 35 eingefügt, das vor allem den Hohlleiter 13 des Mikrowellensensors von den mechanischen Schwingungen des Ultraschallwandlers 19 abschirmt.For improved decoupling of the two sensor units 3 one another is in the annular core gap between the annular or annularly arranged ultrasonic sensor 10 and the microwave sensor 11 at least one decoupling element 35 inserted, especially the waveguide 13 of the microwave sensor from the mechanical vibrations of the ultrasonic transducer 19 shields.

11
Vorrichtung; FüllstandsmessgerätContraption; level meter
22
Messumformertransmitters
33
Sensoreinheitsensor unit
44
Oberflächesurface
55
Füllgut, Mediumfilling, medium
66
Prozessraumprocess space
77
Behältercontainer
88th
EnergieversorgungsleitungPower line
99
Feldbusfieldbus
1010
Ultraschallsensorultrasonic sensor
1111
Mikrowellensensormicrowave sensor
1212
Sensorgehäusesensor housing
1313
Hohlleiterwaveguide
1414
Einkoppelelementcoupling element
1515
Füllkörperpacking
1616
Hohlzylinderhollow cylinder
1717
zylindrisches Elementcylindrical element
1818
Beschichtungcoating
1919
Ultraschallwandlerultrasound transducer
2020
Ultraschallmembranultrasonic membrane
2121
Anpassschichtmatching layer
2222
DämpfungsvergussDämpfungsverguss
2323
Antennenhornantenna horn
23a23a
äußeres Antennenhorn, Ultraschall-Fokusierhornouter Antenna horn, ultrasonic focusing horn
23b23b
inneres Antennenhorn, Mikrowellen-Antennenhorninner Antenna horn, microwave antenna horn
2424
Ultraschall-Sende-/EmpfangseinheitUltrasonic transmitter / receiver unit
2525
Mikrowellen-Sende-/EmpfangseinheitMicrowave transmitter / receiver unit
2626
Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
2727
SchnittstelleneinheitInterface unit
2828
HF-KabelRF cable
2929
Anschlussleitungen des Ultraschallwandlersconnecting cables of the ultrasonic transducer
3030
Anpasselementmatching element
3131
Kommunikationsleitungcommunication line
3232
Versorgungsleitungsupply line
3333
Bohrungdrilling
3434
Temperatursensortemperature sensor
3535
Entkopplungselementdecoupling element
ZZ
Abstrahlrichtungradiation direction
SS
Signalsignal
STX S TX
Sendesignalsend signal
SRX S RX
Reflexionssignalreflection signal
SU S U
Ultraschallsignalultrasonic signal
SμW S μW
Mikrowellensignalmicrowave signal
dd
Distanzdistance
ff
Füllstandlevel
hH
Höheheight
PL P L
linear-polarisiertlinear-polarized
PC P C
kreis-polarisiert, eleptisch-polarisiertcircular-polarized, eleptisch-polarized

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (12)

Vorrichtung (1) zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands (f) eines Füllguts (5) in einem Behälter (7) gemäß einer Laufzeitmessmethode von ausgesendeten Signalen (S), bestehend aus einer Messumformereinheit (2) und einer Sensoreinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (3) zumindest einen Ultraschallsensor (10) zum Aussenden von Ultraschallsignalen (SU) und zumindest einen Mikrowellensensor (11) zum Aussenden von Mikrowellensignalen (SμW) umfasst, die in einem gemeinsamen Sensorgehäuse (12) eingebaut sind.Contraption ( 1 ) for determining and monitoring the filling level (f) of a product ( 5 ) in a container ( 7 ) according to a transit time measuring method of emitted signals (S), consisting of a transmitter unit ( 2 ) and a sensor unit ( 3 ), characterized in that the sensor unit ( 3 ) at least one ultrasonic sensor ( 10 ) for emitting ultrasound signals (S U ) and at least one microwave sensor ( 11 ) for emitting microwave signals (S μW ), which in a common sensor housing ( 12 ) are installed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor (11) und der Ultraschallsensor (10) in dem Sensorgehäuse (12) zueinander konzentrisch und/oder rotationssymmetrisch zu einer Abstrahlrichtung (Z) der Signale (S) angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the microwave sensor ( 11 ) and the ultrasonic sensor ( 10 ) in the sensor housing ( 12 ) are arranged concentrically with one another and / or rotationally symmetrical with respect to a radiation direction (Z) of the signals (S). Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (10) eine durchgehende, zentrale Bohrung (33) aufweist, in welche der Mikrowellensensor (11) konzentrisch in den Ultraschallsensor (10) fest oder lösbar eingefügt ist.Device according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that the ultrasonic sensor ( 10 ) a continuous, central bore ( 33 ) into which the microwave sensor ( 11 ) concentrically into the ultrasonic sensor ( 10 ) is inserted firmly or releasably. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (10) zumindest einen ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallwandler (19) umfasst.Device according to at least one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the ultrasonic sensor ( 10 ) at least one annular or annularly arranged ultrasonic transducer ( 19 ). Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellensensor (11) zumindest einen Hohlleiter (13) mit zumindest einem Einkoppelelement (14) umfasst, der die Mikrowellensignale (SμW) erzeugt und/oder empfängt.Device according to at least one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the microwave sensor ( 11 ) at least one waveguide ( 13 ) with at least one coupling element ( 14 ) which generates and / or receives the microwave signals (S μW ). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (13) als ein metallischer Hohlzylinder (16) mit einem Füllkörper (15) aus einem dielektrischen Material ausgestaltet ist.Device according to claim 5, characterized in that the waveguide ( 13 ) as a metallic hollow cylinder ( 16 ) with a filling body ( 15 ) is made of a dielectric material. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (13) aus einem als ein zylindrisches Element (17) ausgebildeten Füllkörper (15) aufgebaut ist, der aus einem Mikrowellendurchlässigen, dielektrischen Material besteht und der auf der Außenfläche zumindest teilweise eine elektrisch leitfähige Beschichtung (18) aufweist.Device according to at least one of claims 5 or 6, characterized in that the waveguide ( 13 ) as a cylindrical element ( 17 ) formed filler ( 15 ), which consists of a microwave permeable, dielectric material and on the outer surface at least partially an electrically conductive coating ( 18 ) having. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine kegelförmige, kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige Ausgestaltung des Füllkörpers (15) in Abstrahlrichtung (Z) als ein Anpasselement (30) vorgesehen ist.Device according to at least one of claims 6 or 7, characterized in that a conical, frusto-conical or pyramidal configuration of the filling body ( 15 ) in the emission direction (Z) as a matching element ( 30 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruche 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entkopplungselement (35) in einen Ringspalt der Bohrung (33) zwischen dem Ultraschallsensor (10) und dem eingefügten Mikrowellensensor (11) eingefügt ist.Device according to claim 3, characterized in that at least one decoupling element ( 35 ) in an annular gap of the bore ( 33 ) between the ultrasonic sensor ( 10 ) and the inserted microwave sensor ( 11 ) is inserted. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ringförmigen oder dem ringförmig angeordneten Ultraschallwandler (19) und einer am Sensorgehäuse (12) in Abstrahlrichtung (Z) ausgebildeten, ringförmigen oder ringförmig angeordneten Ultraschallmembran (20) zumindest eine ringförmige oder ringförmig angeordnete Anpassschicht (21) angeordnet ist.Device according to at least one of claims 5, characterized in that between the annular or annularly arranged ultrasonic transducer ( 19 ) and one on the sensor housing ( 12 ) in the emission direction (Z) formed, annular or annularly arranged ultrasonic membrane ( 20 ) at least one annular or ring-shaped matching layer ( 21 ) is arranged. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor (10) und/oder der Mikrowellensensor (11) durch einen die Ultraschallwellen dämpfenden Dämpfungsverguss (22) im Sensorgehäuse (12) vergossen sind.Device according to at least one of claims 1 to 5, 9 or 10, characterized in that the ultrasonic sensor ( 10 ) and / or the microwave sensor ( 11 ) by a damping shock absorbing the ultrasonic waves ( 22 ) in the sensor housing ( 12 ) are shed. Vorrichtung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an das Sensorgehäuse (12) des Ultraschallsensors (10) und/oder des Mikrowellensensors (11) zumindest ein Antennenhorn (23, 23a, 23b) in Abstrahlrichtung (Z) vorgesehen ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that adjacent to the sensor housing ( 12 ) of the ultrasonic sensor ( 10 ) and / or the microwave sensor ( 11 ) at least one antenna horn ( 23 . 23a . 23b ) is provided in the emission direction (Z).
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