DE102018207171A1

DE102018207171A1 - Impedanzgrenzschalter, basierend auf einer elektrischen Resonanzbildung, mit optimierter Datenanalyse zur Verbesserung der Störfestigkeit

Info

Publication number: DE102018207171A1
Application number: DE102018207171.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Fehrenbach
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: DE102018207171B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Füllstandmessung oder Grenzstandbestimmung, insbesondere einen Impedanzgrenzschalter, der auf einem elektrischen Resonanzkreis basiert und die Bedeckung mit einem Füllgut (120) bestimmt. Der Impedanzgrenzschalter (100) weist eine Messsonde (200), einen Frequenzgenerator (300) mit variabler Frequenz und eine Analyseeinheit (400) auf. Die Bestimmung erfolgt mit den Schritten: Messung der Impedanz der Messsonde (200) in einem Bereich von einer ersten bis zu einer zweiten Frequenz; Bestimmung einer Vielzahl von lokalen Minima (650) der gemessenen Impedanz der Messsonde (200); Berechnung eines berechneten globalen Minimums (662) der gemessenen Impedanz durch Berechnung eines globalen Minimums auf Basis einer Interpolationsfunktion (660) der lokalen Minima (650); Bestimmung, ob das berechnete globale Minimum (662) über oder unter einer vordefinierten Grenzfrequenz (670) liegt, als Indikator für die Bedeckung mit dem Füllgut (120).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Füllstandmessung oder Grenzstandbestimmung, insbesondere einen Impedanzgrenzschalter, der auf einem elektrischen Resonanzkreis basiert, weiterhin ein Verfahren zur Grenzstandbestimmung, eine Verwendung, ein Programmelement und ein Medium.
Hintergrund
Zur Füllstandmessung, beispielsweise in einem Behälter, werden verschiedene Arten von Sensorsystemen eingesetzt. Eine Familie dieser Sensorsysteme sind sog. Grenzstandmelder. Diese werden insbesondere eingesetzt, um einen bestimmten Pegel eines Füllguts, z.B. in einem Behälter, anzuzeigen, d.h. ob etwa eine vordefinierte obere oder untere Grenze des Füllstands in dem Behälter erreicht wurde. Mit den Signalen von dem Grenzstandmelder werden beispielsweise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen, wie z.B. Förderbänder oder Pumpen, gesteuert. Eine Fehlfunktion eines Grenzstandmelders kann daher erheblichen Schaden verursachen.
Ein Typus von Grenzstandmeldern sind sog. Impedanzgrenzschalter. Diese weisen eine Elektronikeinheit und eine Messsonde auf. Zwischen Messelektrode und Bezugselektrode bildet sich eine Messkapazität aus, welche mit einer diskreten Induktivität einen Serienschwingkreis bildet. Befindet sich ein Füllgut im Bereich der Messsonde, insbesondere wenn der Impedanzgrenzschalter von dem Füllgut bedeckt wird, so beeinflusst dies die Gesamtkapazität und/oder Gesamtinduktivität des Schwingkreises und ändert damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises.
Zur Messung der Resonanzfrequenz wird der Schwingkreis durch einen Signalgenerator mit veränderlicher Frequenz angeregt. Die Impedanz des Schwingkreises ändert sich dabei über die Frequenz. Dies kann beispielsweise durch eine Kurve veranschaulicht werden, bei welcher der Betrag der Impedanz (y-Achse) über der Frequenz (x-Achse) angetragen ist. Diese Kurve wird gelegentlich „Impedanzkurve“ genannt. Die Kurve zeigt ein Minimum bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Weil bei Bedeckung des Impedanzgrenzschalters mit dem Füllgut die Resonanzfrequenz des Schwingkreises - und damit das Minimum der Impedanz - bei einer anderen Frequenz liegt als ohne Bedeckung, kann mit diesem Messprinzip eine klare Unterscheidung vorgenommen werden, ob der Impedanzgrenzschalter von dem Füllgut bedeckt ist oder nicht, d.h. ob die vordefinierte obere oder untere Grenze des Füllstands erreicht wurde.
Beim Betrieb einer Anlage mit einem Impedanzgrenzschalter können aber Störeinstrahlungen auftreten, die von einem Störsender verursacht werden. Derartige Störsender können z.B. Förderbänder oder Pumpen sein, die von dem Impedanzgrenzschalter gesteuert werden und die in vielen Fällen in der Nähe des Impedanzgrenzschalters angeordnet sind. Durch diese Störeinstrahlungen wird die Resonanzkurve des Schwingkreises durch das Störsignal überlagert. Dadurch kann, abhängig von Intensität und Frequenz des Störsignals, das gemessene Minimum der Impedanz verschoben werden und, als Folge dieser Verschiebung, fälschlicherweise ein Schaltzustand „Bedeckung“ oder ein Schaltzustand „Nicht-Bedeckung“ bestimmt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden, insbesondere trotz Störeinstrahlungen den korrekten Schaltzustand des Impedanzgrenzschalters zu erkennen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
Ein Impedanzgrenzschalter zur Bestimmung der Bedeckung des Impedanzgrenzschalters mit einem Füllgut weist dabei eine Messsonde auf, welche zumindest teilweise innerhalb eines Behälters angeordnet sein kann. Der Behälter kann ein Gefäß von beliebiger Form sein. Der Behälter kann auch ein Gerinne, beispielsweise ein Bach- oder Flussbett sein. Der Impedanzgrenzschalter kann an einer beliebigen Stelle innerhalb des Behälters angeordnet sein.
Die Messsonde weist dabei mindestens eine Messelektrode, eine Bezugselektrode und eine vordefinierte Induktivität auf. Der Schwingkreis ist ein Serienschwingkreis, bei dem die Induktivität in Reihe geschalten ist mit einem Kondensator, der die Messelektrode und die Bezugselektrode aufweist. Dieser Kondensator wird gelegentlich als „Messkapazität“ bezeichnet. Diese Messkapazität ist innerhalb der Messsonde so angeordnet, dass diese sich in der Nähe der Oberfläche der Messsonde befindet, damit die Messsonde eine möglichst hohe Empfindlichkeit für die Beeinflussung durch die kapazitiven und/oder induktiven Eigenschaften des Füllguts aufweist. Das Füllgut kann z.B. eine Flüssigkeit oder Schüttgut sein.
Ferner weist der Impedanzgrenzschalter einen Frequenzgenerator mit variabler Frequenz auf, welcher dazu eingerichtet ist, die Messsonde mit einer Frequenz zu beaufschlagen. Es handelt sich dabei um einen sog. Wobbelgenerator, der auch unter den Bezeichnungen Wobbler, Wobbelsender oder „sweep generator“ bekannt ist. Ein Wobbelgenerator variiert die erzeugte Frequenz innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne zwischen zwei einstellbaren Endwerten, d.h. zwischen einer vordefinierten ersten Frequenz und einer vordefinierten zweiten Frequenz. Der Frequenzgenerator ist mit der Messsonde verbunden und dazu eingerichtet, die Messsonde mit einer von diesem erzeugten Frequenz zu beaufschlagen. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Frequenzgenerator eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung sein, ein sog. VCO (Voltage Controlled Oscillator).
Weiterhin weist der Impedanzgrenzschalter eine Analyseeinheit auf. Diese ist dazu eingerichtet, die Impedanz der Messsonde bei einer bestimmten Frequenz, bzw. innerhalb des vom Frequenzgenerator erzeugen Frequenzbereichs, zu messen. Dabei kann ein Störsender die durch die Analyseeinheit gemessenen Impedanzwerte beeinflussen, da die Frequenzen, die der Störsender erzeugt, die Messwerte der Analyseeinheit überlagern können.
Der Impedanzgrenzschalter ist eingerichtet, zur Messung der Bedeckung die folgenden Schritte durchzuführen:

• Beaufschlagen der Messsonde mit einer vordefinierten ersten Frequenz, gewissermaßen mit der Startfrequenz des Wobbelgenerators und kontinuierliches oder schrittweises Verändern der Frequenz, innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne, bis zu einer vordefinierten zweiten Frequenz. Dabei hängt es von der Art des Wobbelgenerators ab, ob die Frequenz kontinuierlich oder schrittweise verändert wird. Es ist bei vielen Wobbelgeneratoren einstellbar, ob der vordefinierte Frequenzbereich von einer niedrigeren Frequenz bis zu einer höheren Frequenz durchlaufen wird oder umgekehrt. Beides ist im Sinne dieser Erfindung.
• Bestimmung eines Messwerts der Impedanz der Messsonde an jeder Stützstelle der kontinuierlich oder schrittweise veränderten Frequenz. Die Anzahl der Stützstellen, d.h. der Messpunkte, ist in einem breiten Rahmen veränderbar und hängt unter anderem von dem gewählten Frequenzbereich, von der angestrebten Genauigkeit, von Rahmenbedingungen des Energieverbrauchs und von weiteren Faktoren ab.
• Bestimmung einer Vielzahl von lokalen Minima der gemessenen Impedanz der Messsonde, aus den Messwerten der Impedanz an den Stützstellen. Die gemessene Impedanz entspricht nur bei einer störungsfreien Messung der tatsächlichen Impedanz der Messsonde. Wenn hingegen ein Störsender die Messwerte beeinflusst, dann können diese Messwerte von der tatsächlichen Impedanz der Messsonde - sogar erheblich - abweichen. Weil in der Regel nicht bekannt ist, bei welchen Frequenzen der Störsender wie stark sendet, kann durch die Überlagerung mit den Frequenzen der Störsender ein falsches globales Minimum der Impedanz gemessen werden, beispielsweise ein globales Minimum, das an einer anderen Frequenz liegt als das tatsächliche globale Minimum. Dies ist insbesondere deshalb kritisch, weil das globale Minimum der Impedanz ein Indikator für die Bestimmung der Bedeckung des Impedanzgrenzschalters mit dem Füllgut ist.

• Auf Basis der Vielzahl der lokalen Minima der gemessenen Impedanz erfolgt die Berechnung eines berechneten globalen Minimums der gemessenen Impedanz, und zwar durch Bewertung der lokalen Minima mit einer Interpolationsfunktion und anschießender Berechnung eines globalen Minimums dieser Interpolationsfunktion. Um also aus den, möglicherweise verfälschten, lokalen Minima die Frequenz des tatsächlichen globalen Minimums herzuleiten, wird über die gemessenen lokalen Minima eine Interpolationsfunktion gelegt und damit eine gewisse Glättung der Impedanzkurve erzielt. Von dieser Interpolationsfunktion wird das globale Minimum berechnet.
• Bestimmung, ob das berechnete globale Minimum über oder unter einer vordefinierten Grenzfrequenz liegt, wobei die vordefinierte Grenzfrequenz der Resonanzfrequenz der Messsonde ohne Bedeckung entspricht. Wenn das berechnete globale Minimum also im Bereich der Resonanzfrequenz ohne

Bedeckung liegt, dann bestimmt der Impedanzgrenzschalter daraus den Wert „nicht bedeckt“. Wenn das berechnete globale Minimum nicht mehr im Bereich der Resonanzfrequenz ohne Bedeckung liegt oder wenn das berechnete globale Minimum im Bereich eines Wertes liegt, der typisch ist für ein bestimmtes Füllgut, dann bestimmt der Impedanzgrenzschalter daraus den Wert „bedeckt“. Was als „Bereich einer Frequenz“ aufgefasst wird, kann entweder vordefiniert sein oder, z.B. auf Basis von Heuristiken, gewählt werden oder auch, z.B. auf Basis der Messhistorie, angepasst werden.
Eine derartige Bestimmung der Bedeckung ist auch mit einem Parallelschwingkreis möglich. Dabei liegt bei der Resonanzfrequenz das Maximum der Impedanz. Sämtliche Angaben, die sich in den vorangegangenen Absätzen auf lokale und globale Minima beziehen, müssen bei Verwendung eines Parallelschwingkreises angepasst, d.h. statt dessen auf lokale und globale Maxima bezogen werden.
In einer Ausführungsform ist die Interpolationsfunktion eine polynomiale oder eine Bezier-Funktion. Die Interpolationsfunktion kann auch ein Tiefpass oder ein Bandpass sein. Die Wahl der Interpolationsfunktion hängt von mehreren Faktoren ab, z.B. vom Rechenaufwand, von der Anzahl der Stützstellen, von der Anzahl der lokalen Minima und/oder von anderen Faktoren. Die Interpolationsfunktion wird in einigen Ausführungsformen mittels eines Näherungsalgorithmus („Fitting“), z.B. auf Basis der Bestimmung eines quadratischen Fehlers, an die lokalen Minima angepasst.
In einer Ausführungsform beträgt die Anzahl der Stützstellen zwischen 100 und 10000, bevorzugt zwischen 200 und 1000, besonders bevorzugt zwischen 300 und 500. Die Stützstellen können äquidistant beabstandet sein. Die Stützstellen können aber auch logarithmisch äquidistant oder mit einer anderen Funktion bewertet äquidistant sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die vordefinierte erste Frequenz die untere Frequenz und liegt in einem Bereich zwischen 10 MHz und 500 MHz, beispielsweise in einem Bereich zwischen 50 MHz und 250 MHz, insbesondere in einem Bereich zwischen 90 MHz und 120 MHz. Die vordefinierte zweite Frequenz ist dabei die obere Frequenz und liegt in einem Bereich zwischen 20 MHz und 1000 MHz, beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 MHz und 500 MHz, insbesondere in einem Bereich zwischen 170 MHz und 250 MHz. Dabei findet die Messung von der unteren zur oberen Frequenz statt. Diese gewählten Frequenzbereiche weisen den Vorteil auf, dass damit die Messsonde relativ klein gehalten werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die vordefinierte erste Frequenz die obere Frequenz und die vordefinierte zweite Frequenz ist die untere Frequenz. Dabei findet die Messung von der oberen zur unteren Frequenz statt.
In einer Ausführungsform beträgt die vordefinierte Zeitspanne zwischen 1 ms und 1000 ms, bevorzugt zwischen 5 ms und 200 ms. Die längeren Zeitspannen beanspruchen die Stromversorgung länger, was bei akku- oder batteriebetriebenen Geräten eine Rolle spielen kann. In manchen Ausführungsformen können die längeren Zeitspannen zu einer präziseren Bestimmung der lokalen Minima führen.
In einer Ausführungsform kann die vordefinierte Zeitspanne bei zwei unterschiedlichen Messungen unterschiedlich sein. Dies kann vorteilhafterweise zu einer optimierten Balance zwischen Stromverbrauch und Messgenauigkeit beitragen.
In einer Ausführungsform weist die Messsonde eine Messelektrode und eine Bezugselektrode auf, so dass sich zwischen der Messelektrode und der Bezugselektrode eine Messimpedanz, oder eine Messkapazität und einen Messwiderstand, ausbildet, welche mit einer diskreten Induktivität eine Serienresonanz erzeugt. In einer anderen Ausführungsform ist die Messkapazität mit der Induktivität parallel geschaltet. Damit erreicht der Betrag der Impedanz bei der Resonanzfrequenz ein Maximum. Die Bestimmung der Bedeckung des Impedanzgrenzschalters verwendet dabei die lokalen und globalen Maxima, statt der oben erläuterten lokalen und globalen Minima.
In einer Ausführungsform sind die Messsonde, der Frequenzgenerator und die Analyseeinheit, insbesondere zusammen mit einer Stromversorgung, in einem Gehäuse und/oder auf einer Platine angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass damit die Beeinflussung durch den Störsender minimiert wird.
In einer Ausführungsform sind in dem Gehäuse und/oder auf der Platine weiterhin eine drahtgebundene oder eine drahtlose Kommunikationseinheit angeordnet. Dies eignet sich insbesondere für Anlagen, die mehrere dezentrale Messpunkte aufweisen. Dementsprechend können für die Kommunikation z.B. Feldbusse oder drahtlose Kommunikationsprotokolle verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen ist der Störsender eine EMV-Immission. Diese können insbesondere von einem Elektromotor oder einem Ottomotor verursacht werden. Diese Motoren können beispielsweise Teile von Förderbändern, von Förderpumpen oder von Rührwerken sein. In manchen Ausführungsformen wird die Störung durch eine EMV-Immission nach mindestens einer der Prüfgrundlagen IEC 61000-6-2, IEC 61000-4-20, IEC 61326-1, IEC 61326-2-3, NE 21 und/oder E10 bestimmt. Weiterhin kann die Störfestigkeit des Impedanzgrenzschalters nach mindestens einer von diesen Normen geprüft werden.
Ein erfindungsgemäßer Impedanzgrenzschalter oder das hier beschriebene Verfahren wird zur Bestimmung des Füllstandes von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, Saft, Milch, Alkohole, Öle, Farbe, Ketchup, Honig, bevorzugt mit einem DK-Wert zwischen 1,5 und 81, oder von Schüttgut, insbesondere von granulierten oder pulverförmigen Schüttgütern, z.B. Mehl, Sand, Kaffeepulver, Kunststoffgranulat, bevorzugt mit einem DK-Wert zwischen 1,5 und 81, verwendet.
Ein erfindungsgemäßer Impedanzgrenzschalter beinhaltet ein Programmelement, welches, wenn es auf der Prozessoreinheit eines Impedanzgrenzschalters ausgeführt wird, den Impedanzgrenzschalter anweist, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Analyseeinheit kann Teil der Prozessoreinheit sein.
Ein erfindungsgemäßer Impedanzgrenzschalter beinhaltet weiterhin ein computerlesbares Medium, auf dem das hier beschriebene Programmelement gespeichert ist.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Übersicht über ein System oder eine Anlage mit zwei Impedanzgrenzschaltern;
2 zeigt eine Darstellung einer ungestörten Impedanzkurve, die mittels eines Impedanzgrenzschalters gemessen wurde;
3a zeigt eine gestörte Impedanzkurve, bei der das gemessene globale Minimum um einen geringen Betrag verschoben wurde;
3b zeigt eine gestörte Impedanzkurve, bei der das gemessene globale Minimum um einen erheblichen Betrag verschoben wurde;
4 zeigt eine gestörte Impedanzkurve, bei der das gemessene globale Minimum um einen erheblichen Betrag verschoben wurde und die durch eine Interpolationsfunktion korrigiert wurde.
5 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Bedeckung eines Impedanzgrenzschalters mit einem Füllgut.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Übersicht über ein Beispielsystem oder eine Beispielanlage mit zwei Impedanzgrenzschaltern 100. Der Impedanzgrenzschalter 100 weist eine Messsonde 200, einen Frequenzgenerator 300 mit variabler Frequenz und eine Analyseeinheit 400 auf. Der Frequenzgenerator 300 und die Analyseeinheit 400 sind mit der Messsonde 200 verbunden, so dass der Frequenzgenerator 300 die Messsonde 200 mit einer Frequenz beaufschlagen kann und die Analyseeinheit 400 die Impedanz der Messsonde 200 bei einer bestimmten Frequenz messen und/oder bestimmen kann. Jede der Messsonden 200 ist innerhalb des Behälters 110 angeordnet. Der Behälter 110 enthält Füllgut 120, bis zu einem Füllstand 150. In dem gezeigten Beispiel ist eine der Messsonden 200 oberhalb des Füllstandes 150 angeordnet, die andere der Messsonden 200 unterhalb. Der Impedanzgrenzschalter 100 wird von einem Störsender 500 beeinflusst, so dass die durch die Analyseeinheit 400 gemessene Impedanz mit den Frequenz des Störsenders 500 überlagert wird und insbesondere fehlerhaft sein kann.
In 2 ist eine ungestörte Impedanzkurve 600 dargestellt. Bei diesem Diagramm (und auch bei den folgenden Diagrammen) ist die Frequenz f an der x-Achse angetragen und der Betrag der Impedanz |Z| an der y-Achse angetragen. Die Impedanzkurve 600 wurde beispielsweise mittels des oberen Impedanzgrenzschalters 100 von 1 an zahlreichen Stützstellen 640 (nicht dargestellt) gemessen. Dabei ist deutlich das globale Minimum 652 der gemessenen Impedanz zu sehen. Außerdem ist eine Impedanzgrenzlinie 670 angetragen, welche die Grenzfrequenz für die Bedeckung der Messsonde 200 mit dem Füllgut 120 angibt. Liegt das globale Minimum 652 links von der Impedanzgrenzlinie 670, so ist die Messsonde 200 mit dem Füllgut 120 bedeckt. Da das gemessene globale Minimum 652 rechts von der Impedanzgrenzlinie 670 liegt, stellt diese Messung korrekterweise fest, dass die Messsonde 200 nicht mit dem Füllgut 120 bedeckt ist.
Bei realen Messungen kann aber eine Überlagerung mit den Frequenzen des Störsenders 500 stattfinden. Beispiele für daraus resultierende Diagramme sind in 3a, 3b und 4 dargestellt. Die gemessene Impedanzkurven 600 erscheinen dabei stark „wellig“, so dass das Messergebnis eine Vielzahl von lokalen Minima 650 zeigt.
Wenn der Störsender 500 eine EMV-Immission ist, dann kann die Verteilung der lokalen Minima 650 von Messung zu Messung stark zufällig sein und kann auch schwanken.
Bei einer Messung, wie sie in 3a dargestellt ist, führt die Überlagerung durch den Störsender 500 zwar zu einer hohen Welligkeit der Impedanzkurve 600. Jedoch resultiert in dem gezeigten Diagramm daraus keine fehlerhafte Bestimmung des Bedeckungszustands, weil das gemessene globale Minimum 652, das aus der Vielzahl von lokalen Minima 650 ausgewählt wurde, zufällig nur um einen geringen Betrag verschoben wurde und weiterhin rechts von der Impedanzgrenzlinie 670 liegt.
Bei einer Messung, wie sie in 3b dargestellt ist, führt die Überlagerung durch den Störsender 500 auch zu einer hohen Welligkeit der Impedanzkurve 600 und unterscheidet sich auf den ersten Blick nur geringfügig von der Messung von 3a. Allerdings führt in diesem Fall die zufällige Verteilung der lokalen Minima 650 dazu, dass das gemessene globale Minimum 652 um einen erheblichen Betrag verschoben wurde und daher links von der Impedanzgrenzlinie 670 liegt. Damit kommt der Impedanzgrenzschalter 100 zu einer fehlerhaften Bestimmung des Bedeckungszustands, nämlich zu dem fehlerhaften Ergebnis „Messsonde 200 bedeckt“.
4 zeigt die gestörte Impedanzkurve 600 von 3b. Im Gegensatz zu dem Vorgehen bei 3b (und 3a), wurde hier aber nicht das - aus den lokalen Minima 650 ausgewählte - gemessene globale Minimum 652 verwendet, sondern es wurde eine Interpolationsfunktion 660 verwendet, mit der die lokalen Minima 650 bewertet wurden. Dann wird das berechnete globale Minimum 662 dieser Interpolationsfunktion 660 verwendet, um die Bedeckung zu bestimmen. Das auf diese Weise berechnete globale Minimum 662 liegt wieder rechts von der Impedanzgrenzlinie 670. Das Beispiel zeigt, das mit einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise auch aus einer gestörten Impedanzkurve 600 eine korrekte Diagnose des Bedeckungszustandes hergleitet werden kann.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Bestimmung der Bedeckung eines Impedanzgrenzschalters mit einem Füllgut, mittels des Impedanzgrenzschalters, unter Einwirkung eines Störsenders, wie es in 5 dargestellt ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
In Schritt 701 erfolgt das Beaufschlagen der Messsonde mit einer vordefinierten ersten Frequenz und kontinuierliches oder schrittweises Verändern der Frequenz, innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne, bis zu einer vordefinierten zweiten Frequenz.
In Schritt 702 wird ein Messwert der Impedanz der Messsonde bestimmt, und zwar an jeder Stützstelle der kontinuierlich oder schrittweise veränderten Frequenz.
In Schritt 703 erfolgt die Bestimmung einer Vielzahl von lokalen Minima der Impedanz der Messsonde, aus den Messwerten der Impedanz an den Stützstellen.
In Schritt 704 wird ein „berechnetes globales Minimum“ der Impedanz bestimmt. Dies erfolgt durch Berechnung eines globalen Minimums einer Interpolationsfunktion, mit der die lokalen Minima bewertet wurden.
In Schritt 703 erfolgt die Bestimmung, ob das berechnete globale Minimum über oder unter einer vordefinierten Grenzfrequenz liegt, wobei die vordefinierte Grenzfrequenz der Resonanzfrequenz der Messsonde ohne Bedeckung entspricht. Aus dem berechneten globalen Minimum lässt sich dann die Bedeckung bestimmen.
Bezugszeichenliste

100: Impedanzgrenzschalter
110: Behälter
120: Füllgut
150: Füllstand
200: Messsonde
300: Frequenzgenerator
400: Analyseeinheit
450: Prozessoreinheit
500: Störsender
600: Impedanzkurve
610: vordefinierte erste Frequenz
620: vordefinierte zweite Frequenz
630: vordefinierte Zeitspanne
640: Stützstelle
650: lokales Minimum der gemessenen Impedanz
652: globales Minimum der gemessenen Impedanz
660: Interpolationsfunktion
662: berechnetes globales Minimum der gemessenen Impedanz
670: Impedanzgrenzlinie / Grenzfrequenz
701 bis 705: Schritte des Verfahrens

Claims

Impedanzgrenzschalter (100) zur Bestimmung der Bedeckung des Impedanzgrenzschalters (100) mit einem Füllgut (120), aufweisend: eine Messsonde (200), welche zumindest teilweise innerhalb eines Behälters (110) angeordnet ist, einen Frequenzgenerator (300) mit variabler Frequenz, welcher dazu eingerichtet ist, die Messsonde (200) mit einer Frequenz zu beaufschlagen, und eine Analyseeinheit (400), welche dazu eingerichtet ist, die Impedanz der Messsonde (200) bei einer bestimmten Frequenz zu bestimmen, wobei ein Störsender (500) die durch die Analyseeinheit (400) gemessene Impedanz beeinflussen kann, mit den Schritten: - Beaufschlagen der Messsonde (200) mit einer vordefinierten ersten Frequenz (610) und kontinuierliches oder schrittweises Verändern der Frequenz, innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne (630), bis zu einer vordefinierten zweiten Frequenz (620); - Bestimmung eines Messwerts der Impedanz der Messsonde (200) an jeder Stützstelle (640) der kontinuierlich oder schrittweise veränderten Frequenz; - Bestimmung einer Vielzahl von lokalen Minima (650) der gemessenen Impedanz der Messsonde (200), aus den Messwerten der Impedanz an den Stützstellen (640); - Berechnung eines berechneten globalen Minimums (662) der Impedanz durch Berechnung eines globalen Minimums einer Interpolationsfunktion (660), mit der die lokalen Minima (650) bewertet wurden; - Bestimmung, ob das berechnete globale Minimum (662) über oder unter einer vordefinierten Grenzfrequenz (670) liegt, wobei die vordefinierte Grenzfrequenz (670) der Resonanzfrequenz der Messsonde (200) ohne Bedeckung entspricht, woraus sich die Bedeckung bestimmen lässt.
Impedanzgrenzschalter (100) nach Anspruch 1, wobei die Interpolationsfunktion (660) eine polynomiale oder eine Bezier-Funktion ist.
Impedanzgrenzschalter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Stützstellen (640) zwischen 100 und 10000, bevorzugt zwischen 200 und 1000, besonders bevorzugt zwischen 300 und 500, beträgt.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die vordefinierte erste Frequenz (610) in einem Bereich zwischen 10 und 500 MHz, bevorzugt in einem Bereich zwischen 50 und 250 MHz, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 90 und 120 MHz, und die vordefinierte zweite Frequenz (620) in einem Bereich zwischen 20 und 1000 MHz, bevorzugt in einem Bereich zwischen 100 und 500 MHz, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 170 und 250 MHz, liegt.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die vordefinierte erste Frequenz (610) der zweiten Frequenz von Anspruch 4 entspricht, und die vordefinierte zweite Frequenz (620) der ersten Frequenz von Anspruch 4 entspricht.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die vordefinierte Zeitspanne (630) zwischen 1 ms und 1000 ms, bevorzugt zwischen 5 ms und 200 ms beträgt.
Impedanzgrenzschalter (100) nach Anspruch 6, wobei die vordefinierte Zeitspanne (630) bei zwei unterschiedlichen Messungen unterschiedlich sein kann.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messsonde (200) eine Messelektrode und eine Bezugselektrode aufweist, so dass sich zwischen der Messelektrode und der Bezugselektrode eine Messimpedanz ausbildet, welche mit einer diskreten Induktivität eine Serienresonanz erzeugt.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Messsonde (200), der Frequenzgenerator (300) und die Analyseeinheit (400), bevorzugt zusammen mit einer Stromversorgung, in einem Gehäuse und/oder auf einer Platine angeordnet sind.
Impedanzgrenzschalter (100) nach Anspruch 9, wobei in dem Gehäuse und/oder auf der Platine weiterhin eine drahtgebundene oder eine drahtlose Kommunikationseinheit angeordnet sind.
Impedanzgrenzschalter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Störsender (500) eine EMV-Immission ist, welche insbesondere von einem Elektromotor oder einem Ottomotor, die beispielsweise Teile von Förderpumpen oder Rührwerken sein können, verursacht wird.
Verfahren zur Bestimmung der Bedeckung eines Impedanzgrenzschalters (100) mit einem Füllgut (120), mittels des Impedanzgrenzschalters (100), unter Einwirkung eines Störsenders (500), gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit den Schritten: - Beaufschlagen der Messsonde (200) mit einer vordefinierten ersten Frequenz (610) und kontinuierliches oder schrittweises Verändern der Frequenz, innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne (630), bis zu einer vordefinierten zweiten Frequenz (620); - Bestimmung eines Messwerts der Impedanz der Messsonde (200) an jeder Stützstelle (640) der kontinuierlich oder schrittweise veränderten Frequenz; - Bestimmung einer Vielzahl von lokalen Minima (650) der Impedanz der Messsonde (200), aus den Messwerten der Impedanz an den Stützstellen (640); - Berechnung eines berechneten globalen Minimums (662) der Impedanz durch Berechnung eines globalen Minimums einer Interpolationsfunktion (660), mit der die lokalen Minima (650) bewertet wurden; - Bestimmung, ob das berechnete globale Minimum (662) über oder unter einer vordefinierten Grenzfrequenz (670) liegt, wobei die vordefinierte Grenzfrequenz (670) der Resonanzfrequenz der Messsonde (200) ohne Bedeckung entspricht, woraus sich die Bedeckung bestimmen lässt.
Verwendung eines Impedanzgrenzschalters (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Verfahrens nach Anspruch 12 zur Messung des Füllstandes (150) von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, Saft, Milch, Alkohole, Öle, Farbe, Ketchup, Honig, bevorzugt mit einem DK-Wert zwischen 1,5 und 81, oder von Schüttgut, insbesondere von granulierten oder pulverförmigen Schüttgütern, z.B. Mehl, Sand, Kaffeepulver, Kunststoffgranulat, bevorzugt mit einem DK-Wert zwischen 1,5 und 81.
Programmelement, welches, wenn es auf der Prozessoreinheit (450) eines Impedanzgrenzschalters (100) ausgeführt wird, den Impedanzgrenzschalter (100) anweist, das Verfahren nach Anspruch 12 durchzuführen.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement nach Anspruch 14 gespeichert ist.