DE102016120233A1 - Grenzstand-Detektor für beutelartige Behältnisse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Grenzstand-Detektor zur Detektion des Grenzstandes eines Füllgutes (2), welches sich in einem beutelartigen Behältnis (3) mit einer Befüll-Öffnung (31) befindet. Hierfür umfasst der Grenzstand-Detektor erfindungsgemäß zumindest eine erste Sensor-Einheit (11), die an der Befüll-Öffnung (31) angeordnet ist, und eine Steuer-/Auswerte-Einheit (13) zur Detektion des Grenzstandes mittels zumindest der ersten Sensor-Einheit (11). Durch den erfindungsgemäßen Grenzstand-Detektor wird somit eine Möglichkeit geschaffen, auch an einem kleinen, beutelartigen Behältnis (3), die keine feste Wandung aufweisen, den Grenzstand zu detektieren. Dies kann insbesondere bei der Befüllung solcher Behältnisse genutzt werden, um eine Über-Befüllung zu verhindern.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Grenzstand-Detektor zur Detektion des Grenzstandes eines Füllgutes, welches sich in einem beutelartigen Behältnis mit einer Befüll-Öffnung befindet.
- In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen werden Sensoren eingesetzt, die beispielsweise in Füllstands- bzw. Grenzstand-Messgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind. Sie erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie unter Anderem Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Im Rahmen der Erfindung werden unter dem Begriff „Behälter“ auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden. Allgemein werden all diejenigen Geräte als Feldgeräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Daher werden im Zusammenhang mit der Erfindung unter Feldgeräten zusätzlich auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl dieser Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
- Grenzstand-Messgeräte, die zur Detektion des maximalen Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter dienen, sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bei dem Begriff „Grenzstand“ kann es sich hierbei um einen vordefinierten, maximal erlaubten Füllstand oder auch den maximal oder minimal möglichen Füllstand innerhalb des jeweiligen Behälters handeln. Zur Grenzstandbestimmung werden aufgrund ihrer hohen Robustheit und Einfachheit vorzugsweise Messgeräte verwendet, die auf dem vibronischen Messprinzip basieren. Ein auf solch einem Prinzip basierendes Grenzstand-Messgerät wird beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift
DE 10 2008 054 954 A1 beschrieben. Das Einsatzgebiet ist hierbei vorzugsweise in entsprechend großen Behältern für Öl, Sand/Kies, Getreide, Wasser oder ähnlichen Füllgütern. - Die Detektion eines gegebenenfalls erreichten Grenzstandes ist jedoch nicht nur in solch großen, starr-wandigen Behältern von Interesse. Vielmehr ist es auch bei der Befüllung von beutelartigen Behältnissen, beispielsweise für Kosmetika wie Flüssigseife, Lebensmittel, wie z.B. Dressings oder Getränke wie Milch oder Wein, von Interesse. Das vibronische Messprinzip kann in diesen Fällen allerdings nicht angewendet werden, da das Anbringen eines entsprechenden Grenzstand-Messgerätes am Behälter aufgrund der geringen Behältergröße und der instabilen Wandung nicht möglich ist.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Grenzstand-Detektor bereitzustellen, mit dem das Erreichen des Grenzstandes eines Füllgutes in einem beutelartigen Behältnis detektiert werden kann.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Grenzstand-Detektor zur Detektion des Grenzstandes eines Füllgutes, welches sich in einem beutelartigen Behältnis mit zumindest einer Befüll-Öffnung befindet.
- Hierzu umfasst der erfindungsgemäße Grenzstand-Detektor:
- - Zumindest eine erste Sensor-Einheit, die an der Befüll-Öffnung angeordnet ist, und
- - eine Steuer-/Auswerte-Einheit zur Detektion des Grenzstandes mittels zumindest der ersten Sensor-Einheit.
- Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung primär nicht relevant, ob die Befüll-Öffnung rein als Schlitz oder Loch am beutelartigen Behältnis ausgestaltet ist. Insbesondere kann der Grenzstand-Detektor auch eingesetzt werden, wenn der Rand der Befüll-Öffnung zumindest teilweise versteift ist und beispielsweise ein Gewinde für Verschlusskappen, oder Befestigungsmittel zur Fixierung des Behältnisses während des Befüllens aufweist.
- Durch den erfindungsgemäßen Grenzstand-Detektor wird somit eine Möglichkeit geschaffen, auch an kleinen, beutelartigen Behältnissen den Grenzstand zu detektieren. Dies kann insbesondere bei der Befüllung solcher Behältnisse genutzt werden, um eine Über-Befüllung zu verhindern.
- Unabhängig vom physikalischen Messprinzip der zumindest einen Sensor-Einheit detektiert die Steuer-/Auswerte-Einheit den Grenzstand vorzugsweise dadurch, dass die erste Sensor-Einheit (gegebenenfalls in Verbindung mit einer zweiten Sensor-Einheit) zumindest eine vordefinierte Mindest-Abweichung von einem vorbekannten Referenzwert misst. Hierbei wird das Abweichen von der Steuer-/Auswerte-Einheit als Erreichen des Grenzstandes detektiert. Der Referenzwert leitet sich jeweils aus demjenigen Messwert ab, der an der zumindest einen ersten Sensor-Einheit vorherrscht, wenn sich kein Füllgut in der unmittelbaren Nähe der ersten Sensor-Einheit befindet.
- Abhängig vom verwendeten physikalischen Messprinzip kann es vorteilhaft sein, dass der Grenzstand-Detektor neben der ersten Sensor-Einheit eine zweite Sensor-Einheit umfasst, die in Bezug zur ersten Sensor-Einheit in etwa gegenüberliegend an der Befüll-Öffnung angeordnet ist. Dementsprechend ermittelt die Steuer-/Auswerte-Einheit den Grenzstand bei solch einer Auslegung mittels beider Sensor-Einheiten.
- Bezüglich der Sensor-Anordnung ist es erfindungsgemäß einerseits möglich, dass die erste Sensor-Einheit und/oder die zweite Sensor-Einheit in einer entsprechenden Halterungs-Vorrichtung, die zumindest die Befüll-Öffnung oder das gesamte beutelartige Behältnis während des Befüllens fixiert, angeordnet sind/ist. Daneben ist jedoch auch denkbar, dass zumindest die erste Sensor-Einheit in der versteiften Befüll-Öffnung angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung der ersten Sensor-Einheit zur Steuer-/AuswerteEinheit hin (zwischen der Befüll-Öffnung und der Halterungs-Vorrichtung) kann in diesem Fall zum Beispiel mittels zumindest eines Halterkontakts erfolgen.
- Erfindungsgemäß können verschiedene Sensor-Messprinzipien eingesetzt werden:
- Im Falle elektrisch basierter Sensor-Messprinzipien kann insbesondere ein kapazitives oder ein resistives Messprinzip verwendet werden (denkbar wäre auch die gleichzeitige Implementierung beider Messprinzipien, um den Grenzstand-Detektor redundant auszulegen). In beiden Fällen ist es notwendig, dass der Grenzstand-Detektor hierfür zwei Sensor-Einheiten umfasst. Dabei umfassen die erste Sensor-Einheit und die zweite Sensor-Einheit jeweils eine hierfür entsprechend ausgelegte Elektrode. Bei diesen zwei Ausgestaltungsmöglichkeiten ist die Steuer-/Auswerte-Einheit vorzugsweise so ausgelegt, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung von einem Referenzwert des Kapazitäts-Wertes und/oder des Leitfähigkeits-Wertes zwischen den Elektroden ermittelt. Der Referenzwert bezieht sich in diesen Fällen auf den jeweiligen Wert, bei dem sich kein Füllgut zwischen den Elektroden befindet.
- Eine Alternative zu elektrisch basierten Sensor-Messprinzipien bilden Radarbasierte Messprinzipien. Hier kann wiederum entweder eine Abweichung der Laufzeit eines ausgesandten Radar- oder Mikrowellen-Pulses zwischen der ersten Sensor-Einheit und der zweiten Sensor-Einheit gemessen werden. Zum anderen könnte auch die Dämpfung eines Radar- bzw. Mikrowellen-Signals zwischen den beiden Sensor-Einheiten gemessen werden, da sowohl die Laufzeit als auch die Dämpfung davon abhängen, ob sich Füllgut zwischen den zwei Sensor-Einheiten befindet. In beiden Fällen sind die beiden Sensor-Einheiten so auszulegen, dass die erste Sensor-Einheit und die zweite Sensor-Einheit jeweils zumindest eine Mikrowellen-Antenne umfassen. Dabei dient eine Mikrowellen-Antenne als Sende-Antenne, die andere Antenne dient als Empfangs-Antenne. Die Steuer-/Auswerte-Einheit ist im ersten Fall derart auszugestalten, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung (bzw. Änderung) der Mikrowellen-Laufzeit zwischen den Mikrowellen-Antennen ermittelt.
- Im zweiten Fall ist die Steuer-/Auswerte-Einheit derart auszulegen, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung des Absorptions-Wertes der Mikrowellen zwischen der ersten Sensor-Einheit und der zweiten Sensor-Einheit ermittelt. Theoretisch denkbar wäre ebenfalls, dass die Steuer-/Auswerte-Einheit derart ausgestaltet ist, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung der Eigenfrequenzen/Eigenfrequenz der Mikrowellen-Antenne(n) ermittelt.
- Ein weiteres, im Rahmen dieser Erfindung anwendbares Messprinzip bildet eine optische Messung. Insbesondere bietet sich das Messprinzip, welches auf dem einer Lichtschranke basiert, an. Hierzu hat die erste Sensor-Einheit ein photo-sensitives Element und die zweite Sensor-Einheit eine Lichtquelle zu umfassen, wobei die Lichtquelle in diesem Fall Licht in Richtung der ersten Sensor-Einheit aussendet. Die Steuer-/Auswerte-Einheit hat hierbei so ausgestaltet zu sein, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung der detektierten Licht-Intensität an dem photo-sensitiven Element ermittelt. Die Abweichung bzw. die Abschattung wird hierbei durch das Füllgut bewirkt, welches durch Erreichen des Grenzstandes den optischen Pfad zwischen der ersten Sensor-Einheit und der zweiten Sensor-Einheit unterbricht.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur erläutert. Es zeigt:
-
1 : ein erfindungsgemäßer Grenzstand-Detektor an einem beutelartigen Behältnis. -
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Grenzstand-Detektor1 zur Bestimmung des Grenzstandes eines Füllgutes2 in einem beutelartigen Behältnis3 . Dabei weist das Behältnis3 in der gezeigten Darstellung eine versteifte Befüll-Öffnung31 auf. Der Grenzstand-Detektor1 ist in einer Halterungsvorrichtung4 angeordnet, die das beutelartige Behältnis3 zumindest während des Befüll-Vorgangs an dessen Befüll-Öffnung31 fixiert. - In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Grenzstand-Detektor
1 eine erste Sensor-Einheit11 und eine zweite Sensor-Einheit12 . Beide Sensor-Einheiten11 ,12 sind in der Halterungsvorrichtung4 in der unmittelbaren Nähe zur Befüll-Öffnung31 angeordnet, wobei die zweite Sensor-Einheit12 in Bezug zur ersten Sensor-Einheit11 in etwa gegenüberliegend an der Befüll-Öffnung31 angeordnet ist. Eine Steuer-/Auswerte-Einheit13 erfasst anhand entsprechender Messsignale der ersten Sensor-Einheit11 und der zweiten Sensor-Einheit12 ein etwaiges Erreichen des Grenzstandes. - Bei der in
1 gezeigten Ausgestaltungsvariante können verschiedene Sensor-Messprinzipien eingesetzt werden, beispielsweise das optische, elektrische oder auch das laufzeitbasierte Messprinzip. Dies ergibt sich aus der Auslegung die beiden Sensor-Einheiten11 ,12 : - Im Falle optischer Messung kann beispielsweise das Prinzip einer LichtSchranke umgesetzt werden. In diesem Fall umfasst die erste Sensor-Einheit
11 ein photo-sensitives Element und die zweite Sensor-Einheit12 eine Lichtquelle. Diese ist so ausgelegt, dass sie (Infrarot-) Licht in Richtung der ersten Sensor-Einheit11 aussendet. Dementsprechend ist die Steuer-/Auswerte-Einheit13 in diesem Fall vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie den Grenzstand anhand der Änderung der Lichtintensität am photo-sensitiven Element vom Referenzwert ermittelt. Der Referenzwert leitet sich hierbei aus derjenigen Lichtintensität ab, die am photo-sensitiven Element vorherrscht, wenn sich (aufgrund des noch nicht erreichten Grenzstandes) kein Füllgut2 zwischen der ersten Sensor-Einheit11 und der zweiten Sensor-Einheit12 befindet. - Alternativ zu optischer Messung (oder als zusätzliches Messprinzip zur redundanten Auslegung des Grenzstand-Detektors
1 ) kann ein etwaiger Grenzstand bei der in1 gezeigten Ausgestaltungsvariante außerdem mittels eines kapazitiven Sensor-Messprinzips ermittelt werden. Bei solch einer Auslegung sind die erste Sensor-Einheit11 und die zweite Sensor-Einheit12 jeweils mit einer entsprechenden Elektrode zu versehen. - Auch bei kapazitiver Auslegung ist die Steuer-/Auswerte-Einheit
13 vorzugsweise so auszulegen, dass ein etwaiges Erreichen des Grenzstandes dadurch detektiert wird, dass sich die Kapazität des Kondensators (der sich aus den zwei Elektroden bildet) von einem vorbekannten Referenzwert abweicht. Der Referenzwert leitet sich in diesem Fall wiederum aus demjenigen Kapazitätswert ab, der vorherrscht, wenn sich innerhalb der versteiften Befüll-Öffnung31 kein Füllgut2 zwischen den Elektroden befindet. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Grenzstand-Detektor
- 2
- Füllgut
- 3
- Beutelartiges Behältnis
- 4
- Halterungsvorrichtung
- 11
- Erste Sensor-Einheit
- 12
- Zweite Sensor-Einheit
- 13
- Steuer-/Auswerte-Einheit
- 31
- Befüll-Öffnung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008054954 A1 [0003]
Claims (12)
- Grenzstand-Detektor zur Detektion des Grenzstandes eines Füllgutes (2), welches sich in einem beutelartigen Behältnis (3) mit einer Befüll-Öffnung (31) befindet, umfassend: - Zumindest eine erste Sensor-Einheit (11), die an der Befüll-Öffnung (31) angeordnet ist, und - eine Steuer-/Auswerte-Einheit (13) zur Detektion des Grenzstandes mittels zumindest der ersten Sensor-Einheit (11) .
- Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 1 , wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) den Grenzstand dadurch detektiert, dass zumindest die erste Sensor-Einheit (11) eine Abweichung von einem vorbekannten Referenzwert misst, wobei das Abweichen von der Steuer-/Auswerte-Einheit (13) als Erreichen des Grenzstandes detektiert wird. - Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 1 oder2 , umfassend: - Eine zweite Sensor-Einheit (12), welche in Bezug zur ersten Sensor-Einheit (11) in etwa gegenüberliegend an der Befüll-Öffnung (31) angeordnet ist, wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) den Grenzstand mittels der ersten Sensor-Einheit (11) und der zweiten Sensor-Einheit (12) ermittelt. - Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , wobei die erste Sensor-Einheit (11) und/oder die zweite Sensor-Einheit (12) in einer entsprechend ausgestalteten Halterungs-Vorrichtung (4), welche zumindest die Befüll-Öffnung (31) während des Befüllens fixiert, angeordnet sind/ist. - Grenzstand-Detektor nach zumindest einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei zumindest die erste Sensor-Einheit (11) für den Fall, dass die Befüll-Öffnung (31) versteift ist, in der versteiften Befüll-Öffnung (31) angeordnet ist, und wobei zumindest die elektrische Kontaktierung der ersten Sensor-Einheit (11) zur Steuer-/Auswerte-Einheit (13) hin zwischen der Befüll-Öffnung (31) und der Halterungs-Vorrichtung (4) mittels zumindest eines Halterkontakts erfolgt. - Grenzstand-Detektor nach zumindest einem der
Ansprüche 3 bis5 , wobei die erste Sensor-Einheit (11) und die zweite Sensor-Einheit (12) jeweils eine Elektrode umfassen. - Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 6 , wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) derart ausgestaltet ist, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung des Kapazitäts-Wertes und/oder des Leitfähigkeits-Wertes zwischen den Elektroden ermittelt. - Grenzstand-Detektor nach zumindest einem der
Ansprüche 3 bis7 , wobei die erste Sensor-Einheit (11) und die zweite Sensor-Einheit (12) jeweils zumindest eine Mikrowellen-Antenne umfassen. - Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 8 , wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) derart ausgestaltet ist, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung der Mikrowellen-Laufzeit zwischen den Mikrowellen-Antennen ermittelt. - Grenzstand-Detektor nach
Anspruch 8 oder9 , wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) derart ausgestaltet ist, sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung des Absorptions-Wertes der Mikrowellen zwischen der ersten Sensor-Einheit (11) und der zweiten Sensor-Einheit (12) ermittelt. - Grenzstand-Detektor nach einem der
Ansprüche 8 bis10 , wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) derart ausgestaltet ist, dass sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung der Eigenfrequenzen/Eigenfrequenz der Mikrowellen-Antennen ermittelt. - Grenzstand-Detektor nach zumindest einem der
Ansprüche 3 bis11 , wobei die erste Sensor-Einheit (11) ein photo-sensitives Element umfasst, wobei die zweite Sensor-Einheit (12) eine Lichtquelle umfasst, die Licht in Richtung der ersten Sensor-Einheit (11) aussendet, und wobei die Steuer-/Auswerte-Einheit (13) derart ausgestaltet ist, sie den Grenzstand durch Messung der Abweichung der detektierten Licht-Intensität an dem photo-sensitiven Element ermittelt.
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DE102016120233.9A Withdrawn DE102016120233A1 (de) | 2016-10-24 | 2016-10-24 | Grenzstand-Detektor für beutelartige Behältnisse |
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- 2016-10-24 DE DE102016120233.9A patent/DE102016120233A1/de not_active Withdrawn
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