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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung
des Füllstands eines Mediums in einem Behälter
nach einem Laufzeitmessverfahren gemäß dem Anspruch
1.
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Entsprechende
Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes
in einem Behälter werden häufig in den Messgeräten
der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin
werden beispielsweise solche Füllstandsmessgeräte
unter dem Namen Prosonic, Levelflex und Micropilot produziert und
vertrieben, welche nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu
dienen, einen Füllstand eines Mediums in einem Behälter
zu bestimmen und/oder zu überwachen. Diese Füllstandsmessgeräte
senden ein periodisches Sendesignal im Mikrowellen- oder Ultraschalbereich
mittels eines Sende-/Empfangselementes in Richtung Oberfläche
eines Füllguts und empfangen die reflektierten Echosignale
nach einer abstandsabhängigen Laufzeit. Handelsübliche
mit Mikrowellen arbeitende Füllstandsmessgeräte
lassen sich grundlegend in zwei Klassen einteilen; eine erste Klasse,
bei der die Mikrowellen mittels einer Antenne in Richtung des Füllguts
gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert
und anschließend nach einer abstandsabhängigen
Laufzeit wieder empfangen werden und eine zweite Klasse, bei der
die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters in Richtung des Füllguts geführt
werden, an der Füllgutoberfläche aufgrund des
dort bestehenden Impedanzsprunges reflektiert werden und die reflektierten
Wellen entlang des Wellenleiter wieder zurück geleitet
werden.
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Aus
den empfangenen Echosignalen wird in der Regel eine die Echoamplituden
als Funktion der Laufzeit darstellende Echofunktion gebildet, wobei jeder
Wert dieser Echofunktion der Amplitude eines in einem bestimmten
Abstand vom Sendeelement reflektierten Echos entspricht.
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In
dieser ermittelten Echofunktion wird ein Nutzecho bestimmt, das
der Reflexion des Sendesignals an der Füllgutoberfläche
entspricht. Aus der Laufzeit des Nutzechos ergibt sich bei einer
bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sendesignale unmittelbar
der Abstand zwischen der Füllgutoberfläche und
dem Sendeelement.
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Um
die Echokurvenauswertung zu vereinfachen werden nicht die empfangen
Rohsignal der Impulsfolgen verwendet, sondern es wird die Einhüllende,
die so genannte Hüllkurve, ermittelt. Die Hüllkurve
wird beispielsweise dadurch gewonnen, dass das Rohsignal der Impulsfolgen
gleichgerichtet und anschließend über einen Tiefpass
gefiltert wird.
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Es
gibt eine Vielzahl verschiedener Verfahren zur Bestimmung des Nutzechos
in einer Hüllkurve, die sich in zwei grundlegend Methoden
einteilen lassen. Entweder die statischen Ermittlungsmethoden mit
statischen Echosuchalgorithmen und/oder die dynamischen Ermittlungsmethoden
mit dynamischen Echosuchalgorithmen, beispielsweise unter Verwendung
von Historieninformationen.
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Gemäß einem
ersten Verfahren nach einer statischen Echosuchmethode wird durch
einen statischen Echosuchalgorithmus das Nutzecho, das eine größere
Amplitude als die übrigen Echos aufweist, ausgewählt.
Es wird somit das Echo in der Hüllkurve mit der größten
Amplitude als Nutzecho ermittelt.
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Gemäß einem
zweiten Verfahren nach einer statischen Echosuchmethode wird durch
einen statischen Echosuchalgorithmus angenommen, dass das Nutzecho
das nach dem Sendeimpuls das erste eintreffende Echo in der Hüllkurve
ist. Es wird somit das erste Echo in der Hüllkurve als
Nutzecho ausgewählt.
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Es
ist möglich, beide Verfahren in einem statischen Echosuchalgorithmus
miteinander zu kombinieren, indem z. B. ein so genannter Erstechofaktor definiert
wird. Der Erstechofaktor ist ein vorgegebener Faktor, um den ein
Echo eine bestimmte Amplitude übersteigen muss, um als
Nutzecho erkannt zu werden. Alternativ kann eine laufzeit-abhängige Echoschwelle
definiert werden, die ein Echo übersteigen muss, um als
Nutzecho erkannt zu werden.
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Gemäß einem
dritten Verfahren wird dem Füllstandsmessgerät
einmalig der aktuelle Füllstand mitgeteilt. Das Füllstandsmessgerät
kann anhand des vorgegebenen Füllstandes das zugehörige
Echo als Nutzecho identifizieren und z. B. durch einen geeigneten
dynamischer Echosuchalgorithmus verfolgen. Derartige Verfahren werden
als Echoverfolgung bezeichnet. Dabei werden z. B. in jedem Messzyklus Maxima
des Echosignals oder der Echofunktion bestimmt und aufgrund der
Kenntnis des im vorangegangenen Messzyklus ermittelten Füllstandes
und einer anwendungsspezifischen maximal zu erwartenden Änderungsgeschwindigkeit
des Füllstandes das Nutzecho ermittelt. Aus einer Laufzeit
des so ermittelten aktuellen Nutzechos ergibt sich dann der neue Füllstand.
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Ein
viertes Verfahren ist in der
DE 102 60 962 A1 beschrieben. Dort wird das
Nutzecho anhand von zuvor in einem Speicher abgelegten Daten ermittelt.
Dabei werden aus empfangenen Echosignalen Echofunktionen abgeleitet,
die die Amplituden der Echosignale in Abhängigkeit von
deren Laufzeit wiedergeben. Die Echofunktionen sind in einer Tabelle abgelegt,
wobei jede Spalten zur Aufnahme jeweils einer Echofunktion dient.
Die Echofunktionen sind in den Spalten in einer Reihenfolge abgelegt,
die den jeweiligen Echofunktionen zugehörigen Füllstände entsprechen.
Im Betrieb wird das Nutzecho und der zugehörige Füllstand
anhand der Echofunktion des aktuellen Sendesignals mit Hilfe der
Tabelle bestimmt.
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In
der
DE 103 60 710
A1 ist ein fünftes Verfahren beschrieben, bei
dem periodisch Sendesignale in Richtung des Füllgutes gesendet
werden, deren Echosignale aufgenommen und in eine Echofunktion umgewandelt
werden, mindestens eine Echoeigenschaft der Echofunktion bestimmt
wird, und anhand der Echoeigenschaften mindestens einer vorherigen Messung
eine Vorhersage für die bei der aktuellen Messung zu erwartenden
Echoeigenschaften abgeleitet wird. Es werden die Echoeigenschaften
der aktuellen Messung unter Einbeziehung der Vorhersage bestimmt,
und anhand der Echoeigenschaften der aktuelle Füllstand
ermittelt. Dieses Verfahren kommt im weitesten Sinne einer Echoverfolgung
nahe.
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In
der
DE 10 2004
052 110 A1 ist ein sechstes Verfahren beschrieben, das
Verbesserung der Nutzechoerkennung durch eine Echobewertung und Klassifizierung
der Echos in der Hüllkurve erreicht.
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Diese
oben beschriebenen Verfahren arbeiten für sich genommen
jeweils bei einer Vielzahl von Anwendungen einwandfrei. Probleme
treten jedoch immer dann auf, wenn das vom Füllstand stammende
Echo anhand des Verfahrens nicht zweifelsfrei identifiziert werden
kann und das Nutzechosignal aufgrund von Prozessbedingungen springt.
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Beim
ersten Verfahren treten beispielsweise Messprobleme auf, falls Einbauten
im Behälter vorhanden sind, die die Sendesignale besser
reflektieren, als die Füllgutoberfläche.
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Bei
der Echoverfolgung gemäß dem dritten Verfahren
treten Messprobleme auf, falls im Betrieb das Nutzecho über
ein Störecho läuft und nachfolgend das Störecho
als ein falsches Nutzecho weiter verfolgt wird. Desweitern taucht
ein Problem auf, falls beim Einschalten, das vorhergehende Nutzechosignal
mit dem tatsächlichen nicht mehr übereinstimmt oder
das vorhergehende Nutzechosignal nicht bekannt ist.
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Wird
versehentlich ein anderes Echo als das Füllstandsecho als
Nutzecho klassifiziert, besteht die Gefahr, dass ein falscher Füllstand
ausgegeben wird, ohne dass dies bemerkt wird. Dies kann je nach
Anwendung zu einer Überfüllung von Behältern,
zum Leerbetrieb von Pumpen oder anderen zum Teil mit erheblichen
Gefahren verbundenen Ereignissen führen.
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Aufgrund
der zuvor beschriebenen Messprobleme werden kann es zu einer falschen
oder unruhigen Messwertermittlung des Füllstands des Mediums im
Behälter kommen. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem
so genannten Echoverlust, bei dem das Nutzechosignal nicht mehr
identifiziert bzw. gefunden werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stabileres, sicheres und
verbessertes Verfahren zur Ermittlung von Nutzechosignalen in Echokurven der
Laufzeitmessung von Messsignalen aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angeführten
Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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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. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel eines Messgeräts zur Ermittlung
des Füllstands mit einer entsprechenden Echofunktion,
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2 eine
Echofunktion mit durch einen statischen Echosuchalgorithmus bestimmten
Bewertungsfunktion,
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3 eine
Echofunktion mit durch einen dynamischen Echosuchalgorithmus bestimmten
Echoverfolgung, und
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4 eine
erfindungsgemäße Suchfensterfunktion der Sprungverzögerung
in der Ermittlung des Füllstands.
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In 1 ist
ein nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeitendes Messgerät 1 zur
Ermittlung des Füllstand F eines Mediums 7 gezeigt,
das auf einem Behälter 5 an einem Stutzen montiert
ist. Bei dem gezeigten Messgerät 1 handelt es
sich um eine frei in den Prozessraum abstrahlendes Sende-/Empfangselement 6 mit
einem Messumformer 9. Der Messumformer 9 weist
zumindest eine Sende-/Empfangseinheit 3, die die Erzeugung
und den Empfang der Messsignale ausführt, eine Regel-/Auswerteeinheit 4,
die zur signaltechnische Verarbeitung der Messsignale und zur Steuerung
des Messgeräts 1 befähigt, und außerdem
eine Kommunikationseinheit 2, die die Kommunikation über
ein Bussystem sowie die Energieversorgung des Messgeräts 1 steuert
und regelt, auf. In der Regel-/Auswerteeinheit 4 ist beispielsweise
ein Speicherelement integriert, in dem die Messparameter und Echoparameter
abgelegt sind und in dem Messfaktoren und Echofaktoren abgespeichert werden.
Das Sende-/Empfangselement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel
beispielsweise als eine Hornantenne ausgeführt, jedoch
kann als Sende-/Empfangselement 6 jede bekannte Antennenform,
wie z. B. Stab- oder Planarantenne ausgestaltet sein. In der Sende-/Empfangseinheit 3 wird
ein Messsignal beispielsweise in Form eines hochfrequenten Sendesignals
S erzeugt und über das Sende-/Empfangselement 6 in
einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik in Richtung Medium 7 abgestrahlt.
Nach einer von der zurückgelegten Strecke x abhängigen Laufzeit
t werden die an der Grenzfläche 8 des Mediums 7 reflektierten
Sendesignale S als Reflexionssignal R wieder von der Sende-/Empfangselement 6 und
der Sende-/Empfangseinheit 3 empfangen. Die nachgeschaltete
Regel-/Auswerteeinheit 2 ermittelt aus den Reflexionssignalen
R eine Echofunktion 10, die die Amplituden der Echosignale 14 dieser Reflexionssignale
R in Abhängigkeit der zurückgelegten Strecke x
oder der entsprechenden Laufzeit t darstellt. Durch eine Analog/Digitalwandlung
der analogen Echofunktion 10 bzw. der Echokurve 10 wird
eine digitalisierte Hüllkurve 11 erzeugt. Im Weiteren
wird nur noch der Begriff der Echofunktion 10 verwendet, wobei
dieser Begriff ebenfalls die Begriffe der Echokurve 10,
der Hüllfunktion bzw. der Hüllkurve 11 impliziert.
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Eine
die Messsituation im Behälter 5 abbildende Echofunktion 10 ist
proportional zur Laufstrecke x des Sendesignals S dargestellt. Zum
besseren Verständnis sind Bezugslinien den entsprechenden Echosignalen 18 in
der Echofunktion 10 zugeordnet, so dass das Ursache-Wirkungs-Prinzip
auf einen Blick erfasst werden kann. Im Anfangsbereich der Echofunktion 10 ist
das Abklingverhalten bzw. das so genannten Klingeln zu sehen, das
aufgrund von Mehrfachreflexionen oder auch durch Ansatzbildung in
dem Sende-/Empfangselement 6 oder dem Stutzen entstehen
kann. Im Anfangsbereich der Echofunktion ist ein Echosignal 14 gezeigt,
das durch das Störecho K des Zuflusses In bzw. Befüllstrom
des Mediums 7 verursacht wird. Es gibt in Feststoffanwendungen
auch Störechos K die durch Bildung von Hohlräumen
C verursacht werden. Diese Hohlräume C können
durch den stetigen Abfluss Out des Mediums 7 plötzlich
zusammen brechen, wodurch der Füllstand F des Mediums 7 im
Behälter sprunghaft sinkt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur alleine,
wie explizit in 1 dargestellt, in frei abstrahlenden
Mikrowellen-Messgeräten 1 umsetzbar, sondern ein
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in
weiteren Laufzeitmesssystemen, wie beispielsweise TDR-Messgeräten
oder Ultraschall-Messgeräten ausführbar.
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Nach
heutigem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze,
die exakte Position x1 des Nutzechosignal 15 in
der ermittelten Echofunktion 10 oder der digitalen Hüllkurve
zu bestimmen. Von der exakten Bestimmung der Messposition des Füllstands
F in der Echofunktion 10 hängt ab, welche Messgenauigkeit
mit diesem Echomessprinzip unter den gegebenen Messbedingungen erreicht
werden kann.
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Ein
statischer Ansatz, den Füllstand zu bestimmen, ist in der
Echofunktion 10 in 2 gezeigt. In 2 ist
die Echofunktion 10 aus 1 vergrößert und
in die Horizontale gedreht dargestellt. Auf der Abszissenachse ist
die benötigte Laufzeit t oder der zurückgelegte
Weg x des Messsignals im Behälter 5 aufgetragen,
und die Ordinatenachse enthält die Amplitudenwerte Amp
der Echofunktion 10.
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In
dem Diagramm wird eine Bewertungskurve B präsentiert, die
mittels einem statischen Echosuchalgorithmus, z. B. eine mathematische
Filterfunktion in Form einer gleitenden Mittelwertbildung, aus der
jeweiligen Echofunktion 10 oder einer bei der Inbetriebnahme
ermittelten Echofunktion 10 im leeren Behälter 5 ermittelt
wird. Diese Bewertungskurve B wird zur Ermittlung der Nutzechosignale 15 in
der Echofunktion 10 verwendet und beginnt ab einer Nulllinie 20 die
meist die Startposition des Messbereichs eines Messgeräts 1 darstellt.
Dementsprechend wird diese Bewertungskurve B als Bezugslinie bzw.
Abbruchkriterium für den statischen Echosuchalgorithmus 12 von
Nutzechosignalen 15 in der Echofunktion 10 verwendet.
Demzufolge ist es möglich, die Nutzechosignale 15 in
der Echofunktion 10 mittels der Bewertungskurve B zu identifizieren.
Die Signalanteile, die oberhalb der Bewertungskurve B liegen, werden
von dem statischen Echosuchalgorithmus 12 als Nutzechosignale 15 erkannt.
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Außerdem
ist eine Ausblendkurve D gezeigt, anhand der Störsignale
K und Rauschsignale, die beispielsweise durch Störreflexionen
an Einbauten im Behälter, durch Mehrwegeausbreitung und
durch Mehrmodenausbreitung, durch Schaum- und Ansatzbildung des
Mediums und durch turbulente Mediumsoberflächen entstehen
können, ausgeblendet werden.
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Zur
Festlegung der Messbedingungen und der Auswertungsbedingung mittels
der statischen und dynamischen Echosuchalgorithmen 12, 13 ist
je nach Messgerät 1 und Anwendung eine Fülle
von verschiedenen Parametern erforderlich. Zu den Parametern zählen
auch Angaben über die Geometrie des verwendeten Behälters 5,
eine Leerdistanz, bei der das Füllstandsmessgerät 1 erkennen
soll, dass ein mit dem Medium 7 gefüllter Behälter
leer ist, und eine Füllstandsobergrenze, bei der das Füllstandsmessgerät 1 erkennen
soll, dass der Behälter 5 voll ist. Hinzu kommt
eine in der Regel anwendungsabhängige messgerätspezifische
Blockdistanz, innerhalb derer keine Füllstandsmessung möglich
ist, ein Untergrundsignal, das bei der Messung auszublenden ist,
sowie Materialeigenschaften des Mediums 7, wie z. B. dessen
Dielektrizitätskonstante.
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Auch
Auswahlvorschriften zur Bestimmung des Nutzechosignals 15 spielen
eine wichtige Rolle. Diese statischen Auswahlvorschriften werden
in der Industrie häufig als Erstechofaktor bezeichnet.
Solche statischen Auswahlvorschriften können je nach Anwendung
vorgeben, dass dasjenige Echo mit der kürzesten Laufzeit
als Nutzecho auszuwählen ist, dass dasjenige Echo mit der
größten Amplitude als Nutzecho auszuwählen
ist, oder dass das Nutzecho anhand einer Gewichtungsfunktion ausgewählt
wird, die die Laufzeiten und die Amplituden der Echosignale berücksichtigt.
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Um
diese statischen Auswahlvorschriften an sich ändernde Messbedingungen
anzupassen, sind in 3 einer leicht vergrößerten
Darstellung der Echofunktion aus 2 mit eine
erfindungsgemäßen Kombination der statischen Echosuchalgorithmus 12 und
des dynamischen Echosuchalgorithmus 13 aufgezeigt. Aufgrund
der von sich Ändernden Messbedingungen oder Veränderungen
am Messgerät 1 verändert sich die die
ermittelte Echofunktion 10. Die aktuelle Echofunktion 10 ist
durch eine kontinuierliche Linie dargestellt und die alte Echofunktion 10 ist
als gepunktet Line abgebildet. Durch den direkten Vergleich lassen
sich Positionsänderungen dx der Position x1 und
Amplitudenänderungen dA der Amplitude A1 in
den Echosignalen 14 und dem Nutzechosignal 15 feststellen.
Erfindungsgemäß wird mittels eines dynamischen
Echoverfolgungsalgorithmus 13 eine Echoverfolgung der Echosignale 14 und
des Nutzechosignals 15 durchgeführt. Entweder
wird hierzu vor einem erstem Messzyklus die Position x1 des
Nutzechosignals 15 mittels einer statischen Echosuchalgorithmus 12 bestimmt
oder die Position x1 des Nutzechosignals 15 wird
von dem Bediener des Messgeräts 1 aus der dargestellten
Echofunktion 10 bzw. Hüllkurve 11 ausgewählt
oder als entsprechender Parameter eingegeben. An dieser Position
x1 wird von dem dynamischen Echosuchalgorithmus 13 ein Suchfenster 19 platziert.
Dieses Suchfenster 19 hat eine vorgegebene Breite und Höhe
und ist so angeordnet, dass ausgehend von der Position x1 nach einer Positionsänderung dx
in beide gegenläufigen Richtungen nach dem Echosignal 14 oder
dem Nutzechosignal 15 gesucht werden kann. Als Position
x1 wird der Scheitelpunkt oder ein definierter
Punkt im Bereich des Echosignals 14 oder des Nutzechosignals 15 verwendet.
Die Breite und Höhe der Suchfenster kann sich auch beispielsweise
an die Höhe und Impulsbreite des Echosignals 14 und
des Nutzechosignals 15 anpassen.
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Aus
den Positionsänderung dx und der Amplitudenänderung
dA können Rückschlüsse auf Änderungen
in der Ausblendkurve D, der Bewertungskurve B und den Echoparametern
E gemacht werden. Die Bewertungskurve B und die Ausblendkurve D werden
anhand der neuen Positionsdaten der Echosignale 14 und
der Nutzechosignale 15 neu berechnet oder angeglichen.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird der
statische Echosuchalgorithmus 12 aufgrund der Änderungen
in den Ermittlungsparametern, wie z. B. der Ausblendkurve D, der
Bewertungskurve B und den Echoparametern E, an die sich ändernden
Messbedingungen angepasst. Die Änderungshistorie der Ausblendkurve
D, der Bewertungskurve B und den Echoparametern E kann beispielsweise
in einem so genannten Schleppzeiger, der einen minimalen und maximalen
Zustand festhält, gespeichert und auf dem Display entsprechend angezeigt
werden.
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In 4 ist
die erfindungsgemäße Sprungverzögerung
der Messwertermittlung des Füllstandes F des Mediums 7 bei
Verschwinden des Nutzechosignals 15 aufgrund von Störechosignalen
K und Sprüngen des Füllstandes F. Beispielsweise
kann aufgrund des Zuflusses In des Mediums 7 in den Behälter 5 ein
Störecho K ermittelt werden, das wiederum fälschlicherweise
als Nutzechosignal 15 erkannt wird. Hierdurch würde
der ermittelte Wert des Füllstands F von dem eigentlichen
Nutzechosignals 15 der Oberfläche 8 des
Mediums 7 auf das Störechosignal K des Befüllstromes
In springen. Der Messwert des Füllstands F würde
in diesem Fall zwischen dem Distanzwert zur Oberfläche 8 des
Mediums 7 und dem Distanzwert zum Befüllstrom
In des Mediums 7 hin und her springen, je nach dem, ob
der Behälter 5 befüllt wird oder nicht.
Des Weiteren ist es möglich, das es aufgrund von Bildung
von Hohlräumen C im in Feststoff-Medien 7 oder
bei Steinbrecheranwendungen es zu plötzlichen Abfall der
Oberfläche 8 des Mediums 7 kommt.
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In 4 ist
das Suchfenster 19 mit dem Messwert des Füllstands
F in Abhängigkeit der Messdauer tm aufgezeigt. Auf der
Ordinate ist der Füllstand F von Leer FEmpty bis
voll FFull und auf der Abszisse die Messdauer
tm der Suche nach dem Nutzechosignal 15 aufgetragen. Das
erfindungsgemäße Verfahren der Sprungverzögerung
bzw. Echoverlustverzögerung erzeugt stabilere Messwerte
des Füllstands F, ohne die Messsicherheit des Feldgeräts 1 zu
beeinflussen. Das Verfahren erkennt einen Sprung des Nutzechosignals 15,
indem das Nutzechsignal 15 nicht mehr in dem vorgegebenen
Bereich bzw. im vorgegebenen Suchfenster 19 ermittelt werden
kann. Wird das Nutzechosignal 15 in diesem Suchfenster 19 vermisst,
wird zu diesem Zeitpunkt des Echoverschwindens tv ein Zähler
gestartet, der eine vorgegebene Zeit, von beispielsweise zehn Sekunden
bis zu einem Tag je nach Anwendungsbereich des Füllstandmessgeräts,
herunterzählt. In dieser Zählzeit bzw. Verzögerungszeit
td wird der letzte Messwert des Füllstands F beibehalten.
Wird das Nutzechosignal 15 innerhalb Verzögerungszeit
td in dem Suchfenster 19 wieder ermittelt, wird der Zähler gestoppt
und zurückgesetzt. Desweiteren ist es möglich,
dass zuerst die Position x1 des verschwundenen Nutzechosignals 15 aus
den Historienwerten in einer Tanktabelle, in der die Historienwerte
der vorhergehenden Messungen abgelegt sind, sowie aus dem Sondenendsignal
oder dem Tankbodensignal zurückgerechnet wird. In diesem
Fall der errechneten Position x1 des Nutzechosignals 15 wird
das Suchfenster 19 bei zusätzlichem Verlust von
Sondenend- bzw Behälterbodensignal an diese Position x1 gesetzt und das erfindungsgemäße,
oben beschrieben Verfahren der Sprungverzögerung bzw. der
Echoverlustverzögerung mittels einem Zähler gestartet.
Auch zurückgerechnete Positionen müssen dann in
diesem Fensterliegen, damit sie Füllstandswert akzeptiert
werden. Die Verzögerungszeit td wird vom Bediener, beispielsweise
aus Erfahrungswerten bezogen, im Feldgerät 1 eingeben
oder wird aus Erfahrungswerten von zurückliegenden Prozeduren
der Nutzechosignalsuche ermittelt. Ist diese Verzögerungszeit
td jedoch verstrichen, werden die Grenzen des Suchfensters um eine
untere Verschiebungsgrenze ODown und/oder
eine obere Verschiebungsgrenze OUP vergrößert.
Diese untere Verschiebungsgrenze ODown und/oder
obere Verschiebungsgrenze OUP müssen
von Betrag her nicht gleich sein, so dass auch eine asymmetrische
Vergrößerung des Suchfensters 19 möglich
ist. Nach diesem sprunghaften Vergrößerung des
Suchfensters 19 werden die Grenzen mit zumindest einer
vorgegebenen Steigung stetig vergrößert wird.
Diese Steigung kann an eine Zuflussgeschwindigkeit VIn und/oder
an die Abflussgeschwindigkeit VDown des
Mediums 7 im Behälter 5 gekoppelt sein
oder von dem Bediener entsprechend vorgeben werden. Aufgrund von
Erfahrungswerten des Bedieners mit der Prozessanlage oder von der Differenz
zwischen der Zuflussgeschwindigkeit VIn des
Zuflusses In und der Abflussgeschwindigkeit VDown des
Abflusses Out kann die Steigung der Änderung der unteren
Verschiebungsgrenze ODown gegenüber
der oberen Verschiebungsgrenze OUP asymmetrisch
ausgestaltet sein.
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Nach
einer vorgegebenen Zeit oder wenn sich die maximalen Grenzen des
Suchfensters 19, beispielsweise bis zum minimal Füllstand
FEmpty und/oder maximalen Füllstand
FFull vergrößert haben, wird
das Feldgerät (1) nach dieser Echoverlustzeit (tl),
die größer als die Verzögerungszeit (td)
ist, in den Alarmzustand versetzt. Im Alarmzustand wird beispielsweise
auf dem Display des Feldgeräts 1 eine Warnmeldung „Echoverlust” ausgegeben
und/oder über eine Feldbus bzw. eine Zweidrahtleitung ein
entsprechend Alarmmeldung an die Leitstelle versendet. Im Normalfall
wird der Messwert des Füllstands F und der Status der Messsicherheit
auf dem Display des Feldgeräts 1 ausgegeben und/oder über
einen Feldbus bzw. eine Zweidrahtleitung an die Leitstelle versendet.
Der Status der Messsicherheit gibt an wie genau der Messwert bestimmt
wurde, indem beispielsweise angegeben wird, nach welcher Zeitspanne
das Nutzecho wieder gefunden wurde oder wie stark das Suchfenster
vergrößert werden musste, biss das Nutzecho wieder
ermittelt werden konnte.
-
- 1
- Feldgerät,
Messgerät
- 2
- Regel-/Auswerteeinheit
- 3
- Sende-/Empfangseinheit
- 4
- Kommunikationseinheit
- 5
- Behälter
- 6
- Sende-/Empfangselement
- 7
- Medium
- 8
- Grenzschicht,
Oberfläche
- 9
- Messumformer
- 10
- Echofunktion,
Echokurve
- 11
- Hüllfunktion,
Hüllkurve
- 12
- statischer
Echosuchalgorithmus
- 13
- dynamischer
Echosuchalgorithmus
- 14
- Echosignal
- 15
- Nutzechosignal
- 16
- maximales
Echosignal
- 17
- erste
Echosignal
- 18
- Störechosignal
- 19
- Suchfenster
- 20
- Nulllinie
- Amp
- Amplitudenwert
- A1
- Amplitude
- Amax
- maximaler
Amplitude
- dA
- Amplitudenänderung
- S
- Sendesignal
- R
- Reflexionssignal
- K
- Störsignal
- x
- Weg,
Laufweg
- x1
- Position
- dx
- Positionsänderung
- t
- Zeit,
Laufzeit
- tm
- Messzeit
- td
- Verzögerungszeit
- tl
- Echoverlustzeit
- tv
- Zeitpunkt
des Echoverschwindens
- F
- Füllstand
- D
- Ausblendkurve
- B
- Bewertungskurve
- C
- Hohlraum
- In
- Zufluss,
Befüllstrom
- Out
- Abfluss,
- ODown
- untere
Verschiebungsgrenze
- OUP
- obere
Verschiebungsgrenze
- VIn
- Zuflussgeschwindigkeit
- VOut
- Abflussgeschwindigkeit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10260962
A1 [0011]
- - DE 10360710 A1 [0012]
- - DE 102004052110 A1 [0013]