DE102012218574B4 - sensor - Google Patents
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Abstract
Sensor nach dem TDR-Prinzip für eine Messung in einem Behältnis (12), vorzugsweise in einem Koch- und/oder Gargerät, mit einer Sonde (26), wobei der Sensor über zumindest eine Kopplungseinrichtung (29) mit dem Behältnis (12) lösbar koppelbar ist, wobei die Kopplungseinrichtung (29) zumindest einen Magneten (28) im oberen Bereich der Sonde (26) umfasst. Sensor according to the TDR principle for a measurement in a container (12), preferably in a cooking and / or cooking appliance, with a probe (26), wherein the sensor via at least one coupling device (29) with the container (12) releasably can be coupled, wherein the coupling device (29) comprises at least one magnet (28) in the upper region of the probe (26).
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem TDR-Prinzip für eine Messung in einem Behältnis.The invention relates to a sensor according to the TDR principle for a measurement in a container.
Derartige Sensoren sind grundsätzlich beispielsweise aus der
Das TDR-Messprinzip (Zeitbereichsreflektometrie, englisch: time domain reflectometry) basiert auf der Bestimmung von Laufzeiten eines elektromagnetischen Pulses zur Bestimmung des Abstandes einer Diskontinuität des Leitungswellenwiderstandes wie etwa eines Kabelbruchs oder einer Produktgrenzfläche. Es ähnelt somit dem Radar, wobei der Unterschied darin besteht, dass die elektromagnetischen Wellen nicht ins Freie abgestrahlt, sondern entlang eines Leiters geführt werden. Dieser Leiter wird nachstehend auch als Sonde bezeichnet.The TDR measurement principle (time domain reflectometry) is based on the determination of propagation times of an electromagnetic pulse for determining the distance of a discontinuity of the line resistance, such as a cable break or a product interface. It is therefore similar to radar, the difference being that the electromagnetic waves are not emitted to the outside, but are guided along a conductor. This conductor will also be referred to as a probe below.
Ein mögliches Einsatzgebiet für Sensoren, die auf dem TDR-Prinzip beruhen, ist beispielsweise die Bestimmung von Füllständen. Dabei wird ein elektromagnetischer Puls entlang eines Leiters ausgesandt, der in die Flüssigkeit eintaucht, wobei der Puls durch die Änderung der dielektrischen Konstante zwischen verschiedenen Medien in einem Behälter teilweise reflektiert wird und es dadurch möglich ist, über eine Laufzeitmessung den Abstand zwischen der Flüssigkeitsobergrenze oder einer anderen Grenzfläche und einem Messsignalaufnehmer zu ermitteln und somit den Füllstand zu berechnen.One possible field of application for sensors based on the TDR principle is, for example, the determination of fill levels. In this case, an electromagnetic pulse is emitted along a conductor which dips into the liquid, wherein the pulse is partially reflected by the change in the dielectric constant between different media in a container and it is thereby possible, the distance between the liquid upper limit or a runtime measurement other interface and a Meßsignalaufnehmer to determine and thus to calculate the level.
Bei derartigen Füllstandsensoren wird zwischen offenen Sonden und geschlossenen Sonden unterschieden. Die erstgenannten bestehen aus einem einfachen Leiter und nutzen die Umgebung als Gegenpol der Sondenkopplung. Das Einsatzgebiet solcher Sensoren ist daher auf Behälter aus leitendem Material beschränkt. Geschlossene Sonden bestehen hingegen aus einem koaxialen Leiter, der selbst einen Innenleiter und Außenleiter umfasst. In diesem Fall wird z.B. eine Mikrowelle von dem koaxialen Leiter geführt, wodurch der Sensor unabhängig von dem Behälter wird, in dem er eingesetzt ist.In such level sensors, a distinction is made between open probes and closed probes. The former consist of a simple conductor and use the environment as the opposite pole of the probe coupling. The field of application of such sensors is therefore limited to containers of conductive material. On the other hand, closed probes consist of a coaxial conductor, which itself comprises an inner conductor and outer conductor. In this case, e.g. a microwave guided by the coaxial conductor, whereby the sensor is independent of the container in which it is inserted.
Herkömmliche Sensoren sind fest in einem Behältnis installiert. Die Sensoren können auf diese Weise - wenn überhaupt - nur mit einem großen Aufwand, beispielsweise zu Reinigungszwecken, ausgebaut werden. Auch liegen die Sonden frei, d.h. der Leiter ist nicht geschützt. Somit sind die Sonden nicht für Behältnisse geeignet, in denen extreme Umgebungen herrschen, wie beispielsweise hohe Temperaturen oder ein hoher Druck. Zudem wird die Reinigung des Sensors erschwert.Conventional sensors are permanently installed in a container. The sensors can be removed in this way - if at all - only with great effort, for example, for cleaning purposes. Also, the probes are free, i. the ladder is not protected. Thus, the probes are not suitable for containers in which extreme environments prevail, such as high temperatures or high pressure. In addition, the cleaning of the sensor is difficult.
Gerade im Lebensmittelsektor werden hohe Anforderungen an die Hygiene gestellt. Herkömmliche Sensoren sind oftmals nicht für die im Lebensmittelbereich herrschenden Bedingungen, beispielsweise hohen Temperaturen, geeignet.Especially in the food sector high demands are placed on hygiene. Conventional sensors are often unsuitable for food-grade conditions, such as high temperatures.
Bei Garräumen, die mit einem Deckel verschlossen werden, ist eine Montage eines herkömmlichen Sensors von oben nicht oder nur schwierig möglich. Auch eine seitliche Montage eines herkömmlichen Sensors ist nicht ohne weiteres zu bewerkstelligen.For cooking chambers that are closed with a lid, a mounting of a conventional sensor from above is not possible or only with difficulty. Even a lateral mounting of a conventional sensor is not easy to accomplish.
Für eine verbesserte Automatisierung, vor allem von Kochprozessen, ist jedoch eine präzise Bestimmung bestimmter Gegebenheiten in einem Behältnis, z.B. des Füllstands, erforderlich.However, for improved automation, especially of cooking processes, precise determination of particular conditions in a container, e.g. level, required.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor nach dem TDR-Prinzip mit guten hygienischen Eigenschaften und vielseitiger Einsetzbarkeit zu schaffen.It is therefore an object of the invention to provide a sensor according to the TDR principle with good hygienic properties and versatile usability.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 1.The solution of this object is achieved by a device having the feature of claim 1.
Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einer Sonde, wobei der Sensor über zumindest eine Kopplungseinrichtung mit dem Behältnis lösbar koppelbar ist. Eine solche Sonde kann dabei mit einem dielektrischen Material, vorzugsweise einem Kunststoffmaterial, umgeben sein.The invention relates to a sensor with a probe, wherein the sensor via at least one coupling device with the container is detachably coupled. Such a probe can be surrounded by a dielectric material, preferably a plastic material.
Die Kopplungseinrichtung umfasst zumindest einen Magneten im oberen Bereich des Sonde. Der Sensor wird bevorzugt durch einen magnetischen Kraftschluss dem Behältnis befestigt. Der bzw. die Magnete können dabei in das dielektrische Material eingespritzt sein, was die Reinigung erleichtert. Vorzugsweise sind mehrere Magnete vorgesehen, um den Sensor bzw. die Sonde in einer gewünschten Position auszurichten. Durch die Magnete kann der Sensor an einer Wandung eines herkömmlichen Metall-Behältnisses befestigt werden. In der Wandung des Behältnisses können beispielsweise magnetisierbare Gegenelemente für die Magnete des Sensors vorgesehen sein.The coupling device comprises at least one magnet in the upper region of the probe. The sensor is preferably attached to the container by a magnetic adhesion. The magnet or magnets can be injected into the dielectric material, which facilitates cleaning. Preferably, a plurality of magnets are provided to align the sensor or the probe in a desired position. By the magnets, the sensor can be attached to a wall of a conventional metal container. In the wall of the container, for example, magnetizable counter-elements can be provided for the magnets of the sensor.
Beim erfindungsgemäßen Gegenstand können sowohl offene als auch geschlossene Sonden zum Einsatz kommen.In the subject invention, both open and closed probes can be used.
Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich beispielsweise um PEEK (Polyetheretherketon), Teflon oder ein sonstiges geeignetes Kunststoffmaterial handeln. Vorteilhafterweise ist die Sonde vollständig vom dem dielektrischen Material umgeben.The plastic material may be, for example, PEEK (polyether ether ketone), Teflon or any other suitable plastic material. Advantageously, the probe is completely surrounded by the dielectric material.
Dadurch, dass die Sonde, insbesondere eine Metallsonde, mit dem dielektrischen Material ummantelt bzw. in das dielektrische Material eingespritzt ist, wird diese robust und ist insbesondere gegen mechanische Einflüsse geschützt.Due to the fact that the probe, in particular a metal probe, is encased with the dielectric material or injected into the dielectric material, it becomes robust and is particularly protected against mechanical influences.
Durch das dielektrische Material ist der Sensor außerdem unempfindlich gegenüber Tropfenbildungen, Anhaftungen und/oder Rückständen des Messmediums auf der Messsonde, insbesondere sofern die Anhaftungen nicht zwischen der Messsonde und einer Wand des Behältnisses auftreten.Due to the dielectric material, the sensor is also insensitive to the formation of drops, buildup and / or residues of the measuring medium on the measuring probe, in particular if the adhesions do not occur between the measuring probe and a wall of the container.
Die erfindungsgemäßen Sensoren können vorteilhaft im Lebensmittelbereich, insbesondere in automatisierten Großküchen, zum Einsatz kommen, wie es weiter unten erläutert wird. Bei dem Behältnis kann es sich dann um ein thermisches Behältnis, insbesondere ein Koch- und/oder Gargerät, handeln.The sensors according to the invention can advantageously be used in the food sector, in particular in automated commercial kitchens, as will be explained below. The container may then be a thermal container, in particular a cooking and / or cooking appliance.
Eine automatische Erkennung des Füllstandes, insbesondere bei Koch- und/oder Gargeräten, bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. So können diverse Prozesse bzw. Prozessabläufe automatisiert werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem Verlust von Flüssigkeit während eines Koch- und/oder Garprozesses, z.B. über eine längere Zeit, wenn beispielsweise mehrere Chargen Nudeln gekocht werden, das Behältnis automatisch mit Flüssigkeit nachgefüllt werden.An automatic detection of the level, especially in cooking and / or cooking appliances, brings a number of advantages. Thus, various processes or process sequences can be automated. In this way, for example, in the event of loss of liquid during a cooking and / or cooking process, e.g. over a long period of time, for example when cooking several batches of pasta, the container will automatically be replenished with liquid.
Beim Erwärmen von empfindlichen Produkten kann beispielsweise die Heizleistung optimal auf die vorhandene Menge, d.h. das Volumen, des Produkts eingestellt werden. Ein Anlegen oder Anbrennen kann dadurch vermieden werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren kann der erfindungsgemäße Sensor auch auf einfache Weise bei geschlossenen Garräumen eingesetzt werden. Damit kann z.B. sowohl mit offenem Deckel als auch mit geschlossenem Deckel gearbeitet werden, ohne dass eine Gefahr für einen Anwender besteht.For example, when heating sensitive products, the heating power can be optimally adjusted to the amount present, i. the volume of the product can be adjusted. An application or burning can be avoided. In contrast to conventional sensors, the sensor according to the invention can also be used in a simple manner with closed cooking chambers. Thus, e.g. to work with both the lid open and the lid closed, without any danger to the user.
Beim Kochen mit intelligenten Prozessen kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sensors die Zugabe von zusätzlichen Lebensmitteln automatisch erkannt werden. Dadurch ist für den Bediener keine Bestätigung mehr erforderlich. Insbesondere als Sicherheit für einen Anwender kann der Sensor auch als Schutz gegen ein Überlaufen oder Überkochen benutzt werden. So kann beispielsweise der Wasserzulauf automatisch abgeschaltet oder die Heizung zurückgeschaltet werden, wenn die Füllstandsmessung ein drohendes Überlaufen ergibt.When cooking with intelligent processes, the addition of additional foods can be automatically detected with the aid of the sensor according to the invention. As a result, no confirmation is required for the operator. In particular, as a safety for a user, the sensor can also be used as protection against overflowing or boiling over. For example, the water supply can be switched off automatically or the heating can be switched back if the level measurement results in a threatening overflow.
Es ist möglich, dass beispielsweise die Heizleistung aufgrund der Kenntnis der Inhaltsmenge geregelt wird, damit insbesondere eine optimale Aufheizzeit erzielt werden kann.It is possible that, for example, the heating power is regulated on the basis of the knowledge of the amount of content, so that in particular an optimal heating time can be achieved.
Bei der Auswertung der Signallaufzeit zur Bestimmung beispielsweise des Füllstandes, muss die veränderte Laufzeit im dielektrischen Material beachtet werden. Durch die höhere Dielektrizitätskonstante breitet sich die elektromagnetische Welle langsamer als in Luft aus, sodass die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Sonde reduziert ist. Durch die so verlangsamte Laufzeit kann bei gleicher Elektronik eine höhere Genauigkeit der Messung als bei einer Metallsonde, die ohne dielektrische Ummantelung z. B. nur in Luft verläuft, erzielt werden.When evaluating the signal propagation time to determine, for example, the fill level, the changed transit time must be in the dielectric material get noticed. Due to the higher dielectric constant, the electromagnetic wave propagates more slowly than in air, so that the propagation velocity in the probe is reduced. Due to the so slowed running time can with the same electronics a higher accuracy of the measurement than in a metal probe, the without dielectric sheath z. B. only in air, can be achieved.
Durch die Ummantelung mit einem dielektrischen Material ist die gesamte Sonde auch für Kontakte mit Lebensmitteln bzw. Garhilfsmedien, z.B. Öl, Wasser und/oder Fett, geeignet. Die Sonde kann somit in extremen Umgebungen eines Koch- und/oder Gargeräts eingesetzt werden. So sind hohe Temperaturen, beispielsweise 200°C, und/oder ein hoher Überdruck, beispielsweise 500 mbar, denkbar. Auch ein Kontakt mit viskosen Lebensmitteln bzw. Garhilfsmedien ist unkritisch. Durch das dielektrische Material kann der Sensor außerdem stets einwandfrei gereinigt werden. Zudem wird durch die Ummantelung die mechanische Belastbarkeit bzw. Stabilität deutlich erhöht.Due to the coating with a dielectric material, the entire probe is also suitable for contacts with food or cooking auxiliary media, e.g. Oil, water and / or fat, suitable. The probe can thus be used in extreme environments of a cooking and / or cooking appliance. Thus, high temperatures, for example 200 ° C, and / or a high pressure, for example, 500 mbar, conceivable. Even contact with viscous food or Garhilfsmedien is not critical. Due to the dielectric material, the sensor can always be cleaned properly. In addition, the mechanical load capacity and stability is significantly increased by the jacket.
Die Reinigung ist auch erleichtert, wenn der Sensor mit dem Behältnis lösbar koppelbar ist, weil er dann auf einfache Weise entnommen werden kann, um beispielsweise manuell oder maschinell gereinigt zu werden. Auch auf diese Weise wird die hygienische Einsetzbarkeit eines Sensors nach dem TDR-Prinzip deutlich verbessert, sodass er auch im Lebensmittelbereich eingesetzt werden kann. Während der TDR-Messung fließt außerdem kein Strom durch das Medium.The cleaning is also facilitated when the sensor with the container is detachably coupled, because it can then be removed in a simple manner, for example, to be cleaned manually or by machine. In this way, the hygienic applicability of a sensor according to the TDR principle is significantly improved, so that it can be used in the food industry. In addition, during the TDR measurement, no current flows through the medium.
Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.Further developments of the invention can be found in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kopplungseinrichtung zumindest einen Clip zum lösbaren Befestigen des Sensors an einer Wandung des Behältnisses. Durch eine derartige Kopplungseinrichtung können auch herkömmliche Behältnisse mit einem erfindungsgemäßen Sensor nachgerüstet werden und ein Ausbau, z.B. zu Reinigungszwecken, ist sehr einfach. Der Sensor kann dann beispielsweise in einer Spülmaschine gereinigt werden. Wenn die Sonde entfernt ist, kann auch das Behältnis, insbesondere ein Garraum, problemlos gereinigt werden.According to one embodiment, the coupling device comprises at least one clip for releasably securing the sensor to a wall of the container. By means of such a coupling device, conventional containers can also be retrofitted with a sensor according to the invention and an expansion, e.g. for cleaning purposes, is very simple. The sensor can then be cleaned, for example, in a dishwasher. When the probe is removed, the container, in particular a cooking chamber, can be cleaned easily.
Es ist beispielsweise eine Rastverbindung denkbar, wodurch die Sonde ohne Werkzeug und mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand entfernt werden. Die Wandung kann dabei Aufnahmeelemente für die Rastelemente des Sensors aufweisen.It is conceivable, for example, a latching connection, whereby the probe can be removed without tools and with relatively little effort. The wall may have receiving elements for the locking elements of the sensor.
Der Sensor kann auch über einen oder mehrere Haken verfügen, welcher z.B. an einem oberen Rand des Behältnisses eingehakt wird.The sensor may also have one or more hooks, e.g. is hooked to an upper edge of the container.
Einerseits wird durch die beschriebenen Kopplungseinrichtungen ein einfaches Ein- und Ausbauen der Messsonde ermöglicht, während andererseits ein sicherer Halt an der Behälterwand gewährleistet wird, wenn sich die Messsonde in einer Messposition befindet, in der der Sensor mit dem Behältnis gekoppelt ist. Die Sonde befindet sich dabei insbesondere innerhalb des Behältnisses in einer Position, die zum Durchführen einer gewünschten Messung geeignet ist. So kann sich die Sonde in der Messposition z.B. im Wesentlichen von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich des Behältnisses erstrecken.On the one hand, a simple mounting and dismounting of the measuring probe is made possible by the described coupling devices, while on the other hand a secure hold on the container wall is ensured when the measuring probe is in a measuring position in which the sensor is coupled to the container. The probe is located in particular within the container in a position that is suitable for performing a desired measurement. Thus, the probe may be in the measuring position e.g. extend substantially from an upper portion to a lower portion of the container.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kopplungseinrichtung zusätzlich oder ausschließlich einen Adapter, über den die Sonde mit einer Ausleseeinheit zur Signalübertragung lösbar koppelbar ist, wobei der Adapter vorzugsweise mit Kunststoff oder einem anderen dielektrischen Material ummantelt ist. Die Kontaktierung der Sonde kann dabei strahlwasser-, dampfdicht und/oder unempfindlich gegenüber im Küchenbetrieb vorkommenden Chemikalien ausgebildet sein. Eine Elektronik der Sonde kann dabei insbesondere erkennen, wenn die Sonde aus dem Behältnis entfernt ist, wodurch sich z.B. der Sensoreingang automatisch ausschalten kann, um eine Beschädigung der Sonde bei der Reinigung zu verhindern.According to a further embodiment, the coupling device additionally or exclusively comprises an adapter, via which the probe can be releasably coupled to a read-out unit for signal transmission, wherein the adapter is preferably encased with plastic or another dielectric material. The contacting of the probe can be formed jet water, vapor-tight and / or insensitive to chemicals occurring in the kitchen operation. In particular, an electronics of the probe can detect when the probe is removed from the container, whereby e.g. The sensor input can automatically switch off to prevent damage to the probe during cleaning.
Vorzugsweise ist der Adapter in einen oberen Bereich des Behältnisses angeordnet und erstreckt sich beispielsweise durch eine Ausnehmung von der Innenseite zur Außenseite der Wand des Behältnisses. Die Ausnehmung kann dabei nach oben offen sein oder als Loch in einem oberen Bereich der Wand des Behältnisses ausgebildet sein. Der Adapter kann dazu dienen, Hochfrequenz-Pulse in die Messsonde einzukoppeln, sowie die ermittelten Messdaten an eine Ausleseeinheit weiterzugeben, welche insbesondere abgesetzt von der Messsonde angebracht sein kann. Bei der Ausleseeinheit handelt es sich z.B. um eine Auswerteelektronik, die die gemessenen Daten auswertet und/oder speichert. Die Ausleseeinheit kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die Hochfrequenz-Pulse zu erzeugen, die in die Sonde eingeleitet werden.Preferably, the adapter is arranged in an upper region of the container and extends, for example, through a recess from the inside to the outside of the wall of the container. The recess may be open at the top or be formed as a hole in an upper region of the wall of the container. The adapter can be used to couple high-frequency pulses into the measuring probe, as well as to pass on the determined measured data to a read-out unit, which can in particular be mounted remotely from the measuring probe. The readout unit is e.g. to an evaluation, which evaluates the measured data and / or stores. The readout unit may alternatively or additionally be configured to generate the high frequency pulses which are introduced into the probe.
Nach einer Weiterbildung umfasst der Adapter ein leitendes Kontaktelement, das mit einer leitenden Wandung des Behältnisses in Kontakt steht, und einen Innenleiter, der mit der Sonde in Kontakt steht. Der Innenleiter ist, vorzugsweise mittels eines dielektrischen Materials, vom Kontaktelement und/oder der Wandung des Behältnisses isoliert. Als Kontaktelement kann beispielsweise ein Metalldeckel dienen, welcher einen Massekontakt zur Behälterwand sicherstellt.In a further development, the adapter comprises a conductive contact element, which is in contact with a conductive wall of the container, and an inner conductor, which is in contact with the probe. The inner conductor is, preferably by means of a dielectric material, isolated from the contact element and / or the wall of the container. As a contact element, for example, serve a metal lid, which ensures a ground contact with the container wall.
Zur Einkopplung einer Hochfrequenz-Welle z.B. in einen Garraum ist beispielsweise eine koaxiale Steckverbindung, z.B. ein SMB-Stecker (Sub-Miniature-B), oder ein anderer geeigneter Hochfrequenz-Stecker einsetzbar. For example, a coaxial plug connection, for example an SMB plug (Sub-Miniature-B), or another suitable high-frequency plug can be used for coupling a high-frequency wave into a cooking chamber.
Das dielektrische Material, insbesondere ein Isolator aus Kunstsoff, z.B. PEEK oder Teflon, ist vorzugsweise spaltfrei gegen die Wandung des Behältnisses abgedichtet. Der Innenleiter, der dazu dient, die Hochfrequenz-pulse zur Messonde zu leiten und z.B. aus Edelstahl bestehen kann, kann mit einer Passung spaltfrei gegen das dielektrische Material abgedichtet sein, sodass der Adapter hygienisch ausgeführt ist. Zur Vermeidung von Reflexionen kann der Adapter beispielsweise auf einen Widerstand von 50 Ohm ausgelegt sein.The dielectric material, in particular an insulator of plastic, e.g. PEEK or Teflon, is preferably sealed gap-free against the wall of the container. The inner conductor, which serves to conduct the high-frequency pulses to the measuring probe and, for. can be made of stainless steel, can be sealed gap-free with a fit against the dielectric material, so that the adapter is hygienic. To avoid reflections, the adapter can be designed, for example, to a resistance of 50 ohms.
Die Verwendung von großen Innen- und/oder Außenradien an der Messsonde ermöglicht eine einfache Reinigung. Die gesamte äußere Form des die Sonde ummantelnden dielektrischen Materials kann dann ohne Ecken und/oder schwer zugängliche Kanten ausgestaltet sein, damit der Sensor gut, beispielsweise mittels Händen und Fingern, gereinigt werden kann.The use of large internal and / or external radii on the probe allows for easy cleaning. The entire outer shape of the dielectric material surrounding the probe can then be designed without corners and / or hard-to-reach edges, so that the sensor can be cleaned well, for example by means of hands and fingers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sonde mit einer Ausleseeinheit nicht unmittelbar sondern über eine Leitung gekoppelt. Mit einer Kopplung durch eine Leitung kann das Auslesen entfernt von dem Behältnis erfolgen, beispielsweise in einem Kontrollraum. Bei einer anderen Ausgestaltung werden dazu die ermittelten Messwerte und gegebenenfalls die Auslesepulse kabellos, beispielsweise über Funk, an die Ausleseeinheit weitergegeben. Es ist auch möglich, dass Auslesepulse und Messsignale kapazitiv ein- und ausgekoppelt werden und keine leitende Verbindung zwischen der Leitung und der Sode erforderlich ist.According to a preferred embodiment, the probe with a read-out unit is not coupled directly but via a line. With a coupling through a line reading can be done away from the container, for example in a control room. In another embodiment, the determined measured values and, if appropriate, the readout pulses are transmitted wirelessly, for example by radio, to the readout unit. It is also possible that readout pulses and measurement signals are capacitively coupled in and out and no conductive connection between the line and the anode is required.
Bei der Ausleseeinheit kann es sich z.B. um einen Mikroprozessor, PC und/oder eine Speichereinheit handeln.The readout unit may be e.g. to a microprocessor, PC and / or a storage unit act.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausleseeinheit dazu ausgebildet, die Leitung zu überprüfen. Die Ausleseeinheit erfüllt somit eine Doppelfunktion, da sie einerseits die Messdaten auslesen und andererseits die Ordnungsmäßigkeit der Leitung überwachen kann. Unerwünschte Einflüsse durch Beschädigungen und/oder Knicke in der Hochfrequenz-Leitung zwischen der Sonde und einer davon abgesetzten Ausleseelektronik können auf diese Weise ermittelt werden. Dazu wird insbesondere die Füllstandsmessung auf einen Übergangspuls referenziert, der beim Eintritt des Hochfrequenz-Signals in die Sonde, insbesondere im Adapter, auftritt. Die Referenzierung auf den Austrittspuls aus dem Prozessanschluss bzw. dem Adapter ermöglicht eine präzise Messung auch bei unterschiedlicher Leitungs-Länge zwischen der Messsonde und der Auswerteelektronik, sodass unabhängig von der Anschlussleitungslänge die korrekte Füllhöhe bestimmt werden kann. Reflektionen, die vor diesem erwarteten Übergangspuls auftreten, können andererseits auf eine Beschädigung des Anschlusskabels hinweisen.In a development of the invention, the readout unit is designed to check the line. The readout unit thus fulfills a dual function since on the one hand it can read the measured data and on the other hand it can monitor the regularity of the line. Undesirable influences due to damage and / or kinks in the high-frequency line between the probe and a reading electronics remote therefrom can be determined in this way. For this purpose, in particular the level measurement is referenced to a transition pulse which occurs when the high-frequency signal enters the probe, in particular in the adapter. The referencing to the output pulse from the process connection or the adapter enables precise measurement even with different cable lengths between the probe and the evaluation electronics, so that the correct fill level can be determined independently of the connection line length. On the other hand, reflections that occur before this expected transition pulse may indicate damage to the connection cable.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Metallsonde in einer Messposition, in der die Sonde im Behältnis angeordnet ist, von einer Wandung des Behältnisses beabstandet. Der Abstand beträgt vorzugsweise mindestens 5 mm, 10 mm oder 15 mm, und/oder maximal 20 mm, 30 mm oder 40 mm. Der Abstand ist dabei so gewählt, dass die Messsonde einen geringen Platzbedarf hat.According to a further preferred embodiment, the metal probe is at a measuring position in which the probe is arranged in the container, spaced from a wall of the container. The distance is preferably at least 5 mm, 10 mm or 15 mm, and / or at most 20 mm, 30 mm or 40 mm. The distance is chosen so that the probe has a small footprint.
Vorzugsweise wird die Sonde mittels eines dielektrischen Materials, beispielsweise PEEK oder Teflon, von der Wandung des Behältnisses beabstandet, sodass die Sonde sicher in einem bestimmten Abstand zur Behälterwand positioniert ist.Preferably, the probe is spaced from the wall of the container by a dielectric material, such as PEEK or Teflon, so that the probe is securely positioned at a certain distance from the container wall.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst dazu ein die Sonde umgebendes dielektrisches Material im Querschnitt einen ersten Bereich, der sich in einer Messposition, in der die Sonde im Behältnis angeordnet ist, im Wesentlichen senkrecht zu einer Wandung des Behältnisses erstreckt und vorzugsweise mit dieser unmittelbar verbunden ist. Außerdem umfasst das dielektrische Material einen zweiten Bereich, der von der Wandung des Behältnisses beabstandet ist und sich im Wesentlichen parallel zur Wandung erstreckt, wobei die Sonde im zweiten Bereich angeordnet ist und somit von der Wandung beabstandet ist. Zwischen der Sonde und der Wandung des Behältnisses ist damit ein zusätzlicher Bereich vorhanden, in dem das zu messende Medium das elektromagnetische Feld zwischen der Metallsonde und der Wand beeinflussen kann, wodurch eine noch präzisere Messung beispielsweise des Füllstandes ermöglicht wird.According to a preferred embodiment, a dielectric material surrounding the probe has in cross-section a first region which, in a measuring position in which the probe is arranged in the container, extends substantially perpendicular to a wall of the container and is preferably directly connected to it. In addition, the dielectric material comprises a second region which is spaced from the wall of the container and extends substantially parallel to the wall, wherein the probe is arranged in the second region and is thus spaced from the wall. Between the probe and the wall of the container so that an additional area is present in which the medium to be measured can influence the electromagnetic field between the metal probe and the wall, whereby an even more precise measurement example of the level is made possible.
Auch der Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ist vorzugsweise abgerundet ausgebildet.The transition between the first and the second region is preferably rounded.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sonde zumindest zwei Abschnitte auf, wobei ein erster Abschnitt dazu ausgebildet ist, die Signallaufstrecke zwischen dem einkoppelnden Adapter bzw. einem Prozessanschluss und einem zweiten Abschnitt, in dem die Messung vorgenommen wird, zu vergrößern. Der erste Abschnitt ist dabei insbesondere unmittelbar mit dem Adapter verbunden. Durch die zusätzliche Signallaufstrecke vom Austritt aus dem Prozessanschluss bzw. dem Adapter zum Bereich, in dem die eigentliche Messung vorgenommen wird, wird der Messbereich erhöht, da durch die Verlängerung eine Reflexion, die vom Medium bei einem hohen Füllstand ausgeht, von einem Austrittspuls, der beim Übergang von einem Prozessanschluss bzw. dem Adapter auf die Sonde entsteht, besser unterschieden werden kann. So ist auch im oberen Bereich des Behältnisses ein größerer Messbereich sichergestellt.According to a further embodiment, the probe has at least two sections, wherein a first section is designed to increase the signal propagation distance between the coupling adapter or a process connection and a second section in which the measurement is made. The first section is in particular directly connected to the adapter. Due to the additional signal path from the outlet of the process connection or the adapter to the area in which the actual measurement is made, the measuring range is increased because of the extension, a reflection, which emanates from the medium at a high level, can be better distinguished from an exit pulse, which arises during the transition from a process connection or the adapter to the probe. This ensures a larger measuring range in the upper part of the container.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Sonde zumindest zwei Abschnitte auf, die im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind, wobei ein erster Abschnitt in einer Messposition, in der die Sonde im Behältnis angeordnet ist, an einem oberen Bereich des Behältnisses angeordnet ist und vorzugsweise mit einem Adapter verbunden ist, und ein zweiter Abschnitt sich vom oberen Bereich bis zu einem unteren Bereich des Behältnisses erstreckt. Der erste Abschnitt bildet insbesondere eine Verlängerung der Signallaufstrecke zwischen einem Adapter und einem zweiten Abschnitt, in dem die Messung vorgenommen wird.According to a further embodiment, the probe has at least two sections, which are oriented substantially perpendicular to one another, wherein a first section in a measuring position, in which the probe is arranged in the container, is arranged on an upper region of the container, and preferably with an adapter is connected, and a second portion extends from the upper portion to a lower portion of the container. In particular, the first section forms an extension of the signal travel path between an adapter and a second section in which the measurement is made.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sonde an einem, vorzugsweise von dem Adapter entfernten, Endbereich im Wesentlichen U-förmig, V-förmig oder L-förmig ausgebildet. Der Messbereich im unteren Bereich des Behältnisses kann durch diese Rückführung bzw. Verlängerung der Sonde erhöht werden, weil die Rückführung eine Reflektion, die am Ende der Sonde entsteht, soweit nach hinten verschiebt, dass sie sicher von einer Reflektion, welche von einem niedrig stehenden Medium ausgeht, unterschieden werden kann.According to a further embodiment, the probe is formed on a, preferably remote from the adapter, end portion substantially U-shaped, V-shaped or L-shaped. The measuring range in the lower area of the container can be increased by this return or extension of the probe, because the feedback of a reflection, which arises at the end of the probe, moves so far back that they are safe from a reflection, which of a low-standing medium can be differentiated.
Insbesondere eine Kombination aus verlängerter Signallaufstrecke im oberen Bereich des Behältnisses und einer U-förmigen, V-förmigen oder L-förmigen Ausbildung der Sonde im unteren Bereich des Behältnisses ermöglicht somit eine deutliche Vergrößerung des Messbereiches im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren. Auch sehr hohe und sehr niedrige Füllstände können auf diese Weise gemessen werden.In particular, a combination of extended signal travel in the upper region of the container and a U-shaped, V-shaped or L-shaped design of the probe in the lower region of the container thus allows a significant increase in the measuring range compared to conventional sensors. Even very high and very low levels can be measured in this way.
Der erfindungsgemäße Sensor ist nicht nur besonders geeignet für eine Füllstandsmessung, sondern auch für eine Mineralienkonzentrationsmessung, vorzugsweise eine Salzkonzentrationsmessung, eine Messung des Kippwinkels des Behältnisses und/oder eine Messung zur Bestimmung eines im Behältnis befindlichen Mediums, wie es weiter unten erläutert wird.The sensor according to the invention is not only particularly suitable for a level measurement, but also for a mineral concentration measurement, preferably a salt concentration measurement, a measurement of the tilt angle of the container and / or a measurement for determining a medium in the container, as will be explained below.
Die Sonde kann an einer beliebigen Wand des Behältnisses, bei wannenförmigen Behältnissen vorzugsweise in eine Ecke des Behältnisses, eingesetzt werden.The probe can be used on any wall of the container, in trough-shaped containers, preferably in a corner of the container.
Durch die Kenntnis des Füllstandes in Verbindung mit dem Kippwinkel des Behältnisses kann der zum aktuellen Füllstand korrespondierende Auslaufwinkel des Behältnisses berechnet werden. Wenn die Sonde beispielsweise in einer Ecke platziert ist, kann die Sonde daher als Kontrollinstrument für ein automatisches Auskippen benutzt werden, wobei ein Schutz gegen ein ungewolltes Überschwappen gegeben ist. So kann z.B. der Garraum automatisch bis zu einem Kippwinkel schnell hochgefahren werden, an dem der Füllstand noch knapp unter einer Ausgusseinrichtung, beispielsweise einer Ausgussschnaube, steht. Anschließend kann das weitere Auskippen verlangsamt werden, um kontrolliert eine definierte Menge auszugießen.By knowing the level in conjunction with the tilt angle of the container of the current fill level corresponding outlet angle of the container can be calculated. For example, if the probe is placed in a corner, the probe can be used as a control tool for automatic tipping, providing protection against unwanted spilling. Thus, e.g. the cooking chamber are automatically raised up to a tilt angle at which the level is still just below a spout, such as a spout, is. Subsequently, the further dumping can be slowed down to pour a controlled amount of defined amount.
Da beispielsweise Öl und Wasser eine unterschiedliche Impedanz haben, können durch die Messung der Reflektionsamplitude sowie der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Medium, die aufgrund der unterschiedlichen Impedanzen und/oder dielektrischen Eigenschaften der unterschiedlichen Medien unterschiedlich sein kann und so zu einer zeitlichen Verschiebung des Reflexionspulses führt, neben dem Füllstand auch die Art des Mediums bzw. des Garhilfsmediums, insbesondere Öl oder Wasser, selbst oder seine Eigenschaften, insbesondere die Qualität, bestimmt werden.For example, since oil and water have a different impedance, by measuring the reflection amplitude and the velocity of the electromagnetic wave in the medium, which may be different due to the different impedances and / or dielectric properties of the different media and thus leads to a temporal shift of the reflection pulse , in addition to the level and the nature of the medium or the Garhilfsmediums, especially oil or water, itself or its properties, in particular the quality determined.
Anhand der Pulshöhe und -lage kann also auch das Medium im Behältnis klassifiziert werden. Einen Benutzer können daraufhin automatische Prozesse vorgeschlagen werden bzw. Prozesse können direkt automatisch angewählt werden.Based on the pulse height and position so the medium can be classified in the container. A user can then be proposed automatic processes or processes can be selected directly automatically.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Salzgehalt, d.h. die Salzkonzentration, oder beispielsweise eine Zuckerkonzentration zu bestimmen. Damit kann z. B. der Ist-Salzgehalt mit einem voreingestellten Soll-Salzgehalt abgeglichen werden. Bei einer Abweichung kann beispielsweis ein Benutzer darauf aufmerksam gemacht werden bzw. es kann automatisch Salz oder Wasser nachgefüllt werden.Alternatively or additionally, it is also possible to adjust the salt content, i. to determine the salt concentration or, for example, a sugar concentration. This can z. B. the actual salinity be adjusted with a preset target salt content. In the event of a deviation, for example, a user may be made aware of this or salt or water can be automatically replenished.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Sensor einen zusätzlichen Temperatur- und/oder Drucksensor, beispielsweise ein Thermometer oder einen SAW-Sensor (surface acoustic wave (akustische Oberflächenwelle)). Die ermittelten Temperatur- und/oder Druckwerte können vorzugsweise auch an die Ausleseeinheit weitergegeben werden, beispielsweise kabellos wie ein Radarsignal der Füllstandsmessung bzw. über Funk. Der Temperatursensor kann beispielsweise in einem unteren Bereich in das dielektrische Material des Sensors integriert werden. Die Sonde selbst kann bei der Temperaturmessung auch als Leiter genutzt werden. Als weiterer Leiter kann dann beispielsweise ein Befestigungsmagnet benutzt werden, der mit der Wandung des Behältnisses in Kontakt steht. According to a further embodiment, the sensor comprises an additional temperature and / or pressure sensor, for example a thermometer or a SAW sensor (surface acoustic wave)). The determined temperature and / or pressure values can preferably also be forwarded to the readout unit, for example wirelessly like a radar signal of the fill level measurement or via radio. The temperature sensor can for example be integrated in a lower region in the dielectric material of the sensor. The probe itself can also be used as a conductor during temperature measurement. As a further conductor then, for example, a fastening magnet can be used, which is in contact with the wall of the container.
Auf diese Weise ist keine zusätzliche Leitung für den Temperatursensor notwendig. In this way, no additional line for the temperature sensor is necessary.
Es ist damit möglich, die Temperatur direkt im Medium zu bestimmen. Durch die Kenntnis des Mediums, die Messung der Temperatur und des Füllstandes im Behältnis kann dann z.B. die Dichte und daraus die Masse der Flüssigkeit im Behältnis ermittelt werden.It is thus possible to determine the temperature directly in the medium. Due to the knowledge of the medium, the measurement of the temperature and the level in the container can then be e.g. the density and from this the mass of the liquid in the container are determined.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors, -
2 eine Schnittansicht des Sensors gemäß1 , -
3 eine Rückseitenansicht des Sensors gemäß1 , -
4 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Adapters eines erfindungsgemäßen Sensors, -
5 eine halbdurchsichtige Ansicht eines Sensors gemäß1 , -
6a einen Signalverlauf einer Messung mit einem erfindungsgemäßen Sensor, -
6b eine Schemaskizze einer Ausführungsform einer Messanordnung, bei der ein Signalverlauf gemäß6a auftreten kann, und -
7 einen Signalverlauf eines erfindungsgemäßen Sensors bei unterschiedlichen Medien.
-
1 a perspective view of an embodiment of a sensor according to the invention, -
2 a sectional view of the sensor according to1 . -
3 a rear view of the sensor according to1 . -
4 a sectional view of an embodiment of an adapter of a sensor according to the invention, -
5 a semi-transparent view of a sensor according to1 . -
6a a waveform of a measurement with a sensor according to the invention, -
6b a schematic of an embodiment of a measuring arrangement, in which a waveform according to6a can occur, and -
7 a waveform of a sensor according to the invention in different media.
Eine Schnittansicht in Höhe des Punktes
In
Um die Messdaten weiterzugeben bzw. um HF-Pulse in die Sonde
Der obere Bogen
In
Wenn die Leitung
Da die Sonde
Der durch das Medium
In
Durch den erfindungsgemäßen Sensor können somit Messungen in einem Behältnis, beispielsweise in einem Koch- und/oder Gargerät, auf einfache, sichere und hygienische Weise durchgeführt werden. Mithilfe eines leicht zu reinigenden sowie leicht zu montierenden bzw. demontierenden Sensors können somit beispielsweise die Füllstandshöhe und/oder die Art des Mediums bestimmt werden.The sensor according to the invention can thus be used to carry out measurements in a container, for example in a cooking and / or cooking appliance, in a simple, safe and hygienic manner. By means of an easy-to-clean and easy-to-install or disassemble sensor thus, for example, the level height and / or the type of medium can be determined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kunststoffkörper, dielektrisches MaterialPlastic body, dielectric material
- 1212
- Behältnis (Ausschnitt)Container (detail)
- 1414
- Adapteradapter
- 1616
- Wand, WandungWall, wall
- 1818
- oberer Bereichupper area
- 2020
- unterer Bereichlower area
- 2222
- erster Bereichfirst area
- 2424
- zweiter Bereichsecond area
- 2626
- Sondeprobe
- 2727
- Hohlbereichhollow area
- 2828
- Magnetmagnet
- 2929
- Kopplungseinrichtungcoupling device
- 3030
- Metalldeckel, KontaktelementMetal lid, contact element
- 3232
- Innenleiterinner conductor
- 3434
- Isolierung, dielektrisches MaterialInsulation, dielectric material
- 3636
- HF-SteckerHF plug
- 3838
- erster Abschnitt, Bogenfirst section, bow
- 4040
- zweiter Abschnittsecond part
- 4242
- U-StückU-piece
- 4444
- Ausleseeinheitreadout unit
- 4646
- Leitungmanagement
- 4848
- Mediummedium
- 5050
- Temperatursensortemperature sensor
- 5252
- Knick kink
- dd
- Wandabstandwall distance
- SS
- Signalverlaufwaveform
- tt
- ZeitTime
- P1P1
- Puls wegen LeitungsknickPulse due to cable break
- P2P2
- Referenzpulsreference pulse
- P3P3
- Puls des MediumsPulse of the medium
- P4, P4'P4, P4 '
- Endpulsend pulse
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