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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Füllstandmesstechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung einer Prüfvorrichtung zum Testen der Funktionsweise eines Füllstandmessgeräts, ein Bypassgefäß eines Behälters und einen Behälter mit einem derartigen Bypassgefäß.
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Technischer Hintergrund
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Zur Messung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter kann ein sog. Bezugsgefäß vorgesehen sein, welches im Folgenden auch als Bypassgefäß, Bypassbehälter oder Bypass bezeichnet wird. Das Bypassgefäß ist über entsprechende Rohrleitungen an dem (Haupt-) Behälter angebracht ist, sodass das Füllgut vom Behälter in das Bypassgefäß hineinfließen kann. Durch Messung der Füllhöhe des Bypassgefäßes kann somit (indirekt) die Füllhöhe im Behälter gemessen werden.
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Die für diese Messungen verwendeten Füllstandmessgeräte werden zur Funktionskontrolle in der Regel ausgebaut oder es findet lediglich eine Untersuchung der Elektronik statt. Teilweise wird das Messergebnis auch mit weiteren redundanten Messungen im gleichen Behälter verglichen.
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DE 10 2013 214 324 A1 beschreibt ein Radarfüllstandmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Radarfüllstandmessgeräts, wobei die Sicherheitseinrichtung einen Reflektor und eine Verstelleinrichtung aufweist, die zumindest teilweise innerhalb des Behälters angeordnet sind.
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DE 10 2005 006 797 A1 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung eines Füllstandmessgerät und ein Verschlusselement, durch welches sich auf einer wellbaren Verschlusshöhe ein Bypassgefäß verschließen lässt.
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DE 2 212 469 B beschreibt eine Zusatzeinrichtung zur Funktionsprüfung von Schwimmergesteuerten Flüßigkeitsstandanzeigegeräten mit einem Steuerorgan, dass aus einem Schwimmer und einem mit dem Schwimmer mechanisch bewegungsschlüßig verbundenen Schaltmagneten besteht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Funktionskontrolle von Füllstandmessgeräten, insbesondere bei Bypassanwendungen oder Standrohren, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Prüfvorrichtung zum Testen der Funktionsweise eines Füllstandmessgeräts. Bei dem Füllstandmessgerät kann es sich beispielsweise um ein Füllstandradargerät handeln, das freistrahlend misst, indem das Messsignal von einer Antenne in Richtung Füllgutoberfläche abgestrahlt wird. Auch können Füllstandmessgeräte zum Einsatz gelangen, welche nach dem Prinzip der geführten Wellen messen und hierfür eine Stab- oder Seilsonde aufweisen, entlang derer das Messsignal in Richtung Füllgutoberfläche läuft. Derartige Sensoren werden auch als TDR-Sensoren bezeichnet. Ein Beispiel hierfür sind die Sensoren der Vegaflex Serie oder des Typs Magentoresistiv.
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Die Prüfvorrichtung weist einen Referenzkörper auf, der eingerichtet ist zur Anbringung in einem Bypassgefäß oder Standrohr eines Behälters und zum Reflektieren des Messsignals, das vom Füllstandmessgerät abgestrahlt bzw. welches entlang der Sonde in Richtung Füllgut geleitet wird. Des Weiteren ist eine bewegliche bzw. verschiebbare Haltevorrichtung vorgesehen, die zur Anbringung zumindest teilweise außerhalb des Bypassgefäßes und zum Fixieren des Referenzkörpers an einer definierten Position im Bypassgefäß oder Standrohr eingerichtet ist. Sie kann hierfür eine eine Gewindestange mit Motor aufweisen.
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Die verschiebbare Haltevorrichtung ermöglicht es nun, den Referenzkörper in verschiedenen Höhen innerhalb des Bypassgefäßes zu positionieren, um Messungen vorzunehmen, wobei hierbei der Referenzkörper die Füllgutoberfläche „simulieren“ soll. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um ein einzelnes Element, welches vom Benutzer an die Außenseite des Bypassgefäßes oder Behälters angelegt wird.
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Es ist vorgesehen, dass man die Position des Referenzkörpers bei der Testmessung kennt, beispielsweise weil sie sich an der verschiebbaren Haltevorrichtung oder an der Wand des Bypassgefäßes ablesen lässt.
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Das Fixieren des Referenzkörpers an der definierten Position im Bypassgefäß kann beispielsweise über eine magnetische Wechselwirkung zwischen der Haltevorrichtung und dem Referenzkörper erfolgen. Beispielsweise weist die Haltevorrichtung hierfür einen Magneten auf, der stark genug ist, den Referenzkörper aus dem Füllgut emporzuheben und in gewünschter Höhe zu fixieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dichte des Referenzkörpers größer, als die Dichte des vorgesehenen Füllguts in dem Behälter, bei dem es sich beispielsweise um Öl oder eine andere Flüssigkeit handeln kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Referenzkörper einen Schwimmer auf, sodass die Dichte des Referenzkörpers geringer ist, als die Dichte des vorgesehenen Füllguts in dem Behälter.
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Die Form und das Material des Referenzkörpers sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform, derart gestaltet, dass sich die Reflexion des Messsignals an der Oberfläche des Referenzkörpers nicht oder nur geringfügig von einer Reflexion des Messsignals an der Füllgutoberfläche unterscheidet. Somit kann nicht zwischen einem Echo, das auf eine Reflexion am Referenzkörper zurückzuführen ist, und einem anderen Echo, das auf eine Reflexion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen ist, unterschieden werden.
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Ein Reflektor, um das Medium Wasser zu simulieren, könnte beispielsweise aus Metall (Edelstahl) hergestellt sein und eine möglichst ebene und große Oberfläche besitzen. Beispielsweise kann der Reflektor würfelförmig mit abgerundesten Ecken ausgeführt sein. Wasser ist elektrisch leitfähig und reflektiert deshalb die gesamte Mikrowellenenergie.
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Ein Reflektor, der das Medium Öl simulieren kann, kann ebenfalls eine ebene Oberfläche besitzen und aus einem Material hergestellt sein, welches die Mikrowellen schlechter reflektiert. Beispielsweise wäre ein Kunststoff hierfür geeignet. Je nach Form des Reflektors oder dessen Größe sind auch andere Kunststoffe geeignet, je nach deren Dielktrischen Eigenschaften.
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Auch ein Metallreflektor ist möglich, um ein Ölecho zu simulieren, jedoch müsste dann die Oberfläche so gestaltet sein, dass weniger Energie reflektiert wird. Dies könnte ein kugelförmiger Reflektor sein, oder einer, der aus Sicht des Messgeräts möglichst Runde Oberfläche aufweist.
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Eine weitere Ausführung, um ein Füllstand des Mediums Öl bei einem freistrahlenden Radarsensor zu simulieren, könnte über einen donutförmigen Schwimmer erfolgen. Dadurch wird nur die Energie die am rand des Bezugsgefäßes reflektiert. Ein Großteil der Radarenergie würde so nicht am Referenzkörper reflektiert und somit wäre die Echoamplitude in der Größe skalierbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Referenzkörper aus einem Drahtgitter hergestellt und/oder weist zumindest eines oder mehrere Löcher auf, um den Strömungswiderstand im Füllgut zu verringern.
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Beispielsweise kann der Referenzkörper in Form eines Ringes (Donutform) ausgeführt sein. Dies bietet sich insbesondere an, wenn ein TDR-Sensor als Füllstandmessgerät vorgesehen ist, dessen Sonde durch den Referenzkörper hindurchgeführt wird, sodass er entlang der Sonde auf und ab gleiten kann und von der Sonde geführt wird.
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Beispielsweise kann der Referenzkörper auch kugelförmig ausgeführt sein.
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Des Weiteren kann eine Führungsvorrichtung vorgesehen sein, die am Bypassgefäß befestigt ist und an welcher die Haltevorrichtung verschiebbar gelagert ist. Diese Führungsvorrichtung kann an einer definierten Stelle einen Anschlag aufweisen, gegen welchen die Haltevorrichtung stößt, wenn man sie nach oben schiebt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bypassgefäß zur Anbringung an einen Behälter, welches die oben und im Folgenden beschriebene Prüfvorrichtung aufweist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Behälter, an dem das oben beschriebene Bypassgefäß angebracht ist.
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Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt den Behälter der 2 mit aktivierter Referenzmessung.
- 4 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung und einem geführten Füllstandradar gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 5 zeigt den Behälter der 4 mit aktiver Referenzmessung.
- 6 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 7 zeigt den Behälter der 6 mit aktivierter Referenzmessung.
- 8 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 9 zeigt den Behälter der 8 mit aktivierter Referenzmessung.
- 10 zeigt einen Behälter mit einer Prüfvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 11 zeigt den Behälter der 10 mit aktivierter Referenzmessung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Messaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es ist ein Behälter 112 vorgesehen, in dem sich das Füllgut 113 befindet, welches eine Füllgutoberfläche 106 ausbildet. An dem Behälter 112 ist über eine entsprechende Rohrverbindung ein sog. Bypassgefäß 103 angeschlossen, sodass sich in diesem ebenfalls das Füllgut 113 befindet. Oben am Bypassgefäß ist ein freistrahlendes Füllstandradargerät 101 aufgeflanscht, das ein elektromagnetisches Messsignal 104 in Richtung Füllgutoberfläche aussendet. Dieses Signal wird auf der Oberfläche 106 reflektiert und die entsprechende Echokurve vom Füllstandmessgerät 101 erfasst.
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Zur Referenzmessung, Prüfung und zum Test des Füllstandmessgeräts 101 in einer solchen Bypassanwendung ist die im Folgenden beschriebenen Prüfvorrichtung vorgesehen, mittels derer die Funktionsweise des Füllstandmessgeräts getestet werden kann.
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Die Prüfvorrichtung weist einen Referenzkörper 102 auf, der im Bypassgefäß des Behälters angeordnet ist und über eine verschiebbare Haltevorrichtung 105 fixiert wird. Die Haltevorrichtung 105 läuft entlang einer Führungsvorrichtung 108, an deren oberen Ende sich ein Anschlag 109 befindet, um zu erleichtern, dass die Halterung 105 (und mit ihr der Referenzkörper 102) einfach und schnell an eine definierte Position oberhalb der Füllgutoberfläche geschoben werden kann. Die Haltevorrichtung 105 weist einen Magneten auf, dessen Magnetfeld 131 den Referenzkörper 102 in Position hält.
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Unten am Referenzkörper kann ein Federelement 110 angebracht werden, ebenso kann am Boden des Bypassgefäßes ein entsprechendes Federelement 107 angebracht sein, um eine Beschädigung des Referenzkörpers bzw. des Bodens bei einer Abwärtsbewegung des Referenzkörpers zu verhindern. Auch kann am Bypassgefäß eine Markierung 132 vorgesehen sein, welche in einer bestimmten Höhe angebracht ist, sodass sich eine entsprechende Position der Haltevorrichtung und damit des Referenzkörpers leicht einstellen lässt.
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Auch kann im unteren Bereich der Führung 108 ein Federelement 130 vorgesehen sein, um ein Anschlagen der Halterung 105 abzufedern.
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Durch die Prüfvorrichtung kann die Funktionsweise des Füllstandmessgeräts mit einfachen Mitteln überprüft werden. Durch den Test ist es auch möglich, die nachgelagerte Schaltungskette (Auswerteeinheit, Ventil, ...) zu überprüfen.
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Für spezielle Zulassungen, wie WHG (Wasserhaushaltsgesetz) oder SIL (safety integrity level), sind solche Tests in einem gewissen zeitlichen Abstand vorgeschrieben. Für die Erfindung ist es nun möglich, mit einfachen Mitteln den Füllstand physikalisch an einer bestimmten oder beliebigen Stelle zu simulieren.
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Der Referenzkörper 102 im Inneren des Bypassgefäßes 103 ist mittels eines Magneten oder ferromagnetischen Materials mit dem außerhalb des Bypassgefäßes angebrachten Magnethalter 105 gekoppelt. Dadurch kann der Referenzkörper innerhalb des Bypassgefäßes von außerhalb gesteuert und bewegt werden.
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Dadurch kann der Füllstand an verschiedensten Stellen im Bypassgefäß simuliert werden. Im Gegensatz zu anderen Prüfungen wird hierbei auch die Sendeeinheit (Antenne oder Einkopplung) geprüft. So ist beispielsweise insbesondere bei SIL-Anwendungen eine höhere Fehleraufdeckung möglich.
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Die 2 bis 5 und 8 bis 11 zeigen Referenzkörper, deren Dichte größer ist als die Dichte des Füllguts (sog. Taucher). Dies hat den Effekt, dass der Referenzkörper durch die Gravitation im nicht genutzten Zustand immer am unteren Ende des Messbereichs oder außerhalb des Messbereichs liegt und somit die Messung nicht beeinflussen kann. Nur bei Betätigung, also bei der Referenzmessung/-Test, wird der Referenzkörper aus dem eventuell vorhandenen Füllgut gehoben.
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Der Referenzkörper ist so ausgeführt, dass er schwerer ist als das Füllgut und erzeugt ein simuliertes Füllstandsignal (Echosignal), welches dem Füllstand (zumindest an einer bestimmten Stelle) entspricht. Die Oberfläche des Referenzkörpers ist hierbei so geformt bzw. aus einem derartigen Material, dass das Echo des Referenzkörpers dem Füllstandecho von Öl, LPG oder einer anderen Flüssigkeit entspricht. Dadurch kann der Füllstand des Füllguts an einer gewissen Stelle oder an mehreren Stellen simuliert werden.
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Der Referenzkörper kann so ausgeführt sein, dass er einen möglichst geringen Strömungswiderstand besitzt und somit wenig Kraft nötig ist, um diesen aus dem Füllgut zu heben oder wieder abzulassen. Z. B. ist der Referenzkörper aus Drahtgitter hergestellt, oder aus einem Körper, und besitzt mehrere Löcher, oder er ist deutlich kleiner als der innere Durchmesser des Bezugsgefäßes. Der Referenzkörper kann so ausgeführt sein, dass er sich in dem Bypassgefäß nicht verkanten kann. Beispielsweise kann es sich um eine Kugel handeln. Auch kann der Referenzkörper so ausgeführt sein, dass er über magnetische Kräfte von außen verschoben werden kann.
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2 zeigt hierbei eine Radarmessung mit einem Referenzkörper in Form eines Tauchers in Ruhestellung, 3 die Radarmessung der 2, wobei der Referenzkörper zusammen mit der Haltevorrichtung 105 nach oben, oberhalb der Füllgutoberfläche 106 geschoben ist. Auf der rechten Seite der Figuren ist jeweils die in dieser Situation gemessene Echokurve mit dem Echo 150 abgebildet.
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Im Falle der 2 wird die Füllgutoberfläche 106 gemessen, da sich der Referenzkörper unterhalb der Füllgutoberfläche befindet und im Falle der 3 wird tatsächlich die Position des Referenzkörpers 102 gemessen, da er sich oberhalb der Füllgutoberfläche befindet. Entsprechendes gilt für die folgenden Figuren.
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Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der der Referenzkörper (in Form eines Tauchers) ringförmig gestaltet ist, sodass er an dem Sondenstab 140 des Sensors 101 entlanggleiten kann.
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Die 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, in der der Referenzkörper in Form eines Schwimmers ausgebildet ist, dessen Dichte geringer ist als die des Füllguts. Der Referenzkörper 102 ist leichter als das Füllgut und kann dazu genutzt werden, das Füllstandsignal magnetisch an eine außen angebrachte Visualisierung zu übertragen. Diese sog. MLI (Magnetic Level Indicator oder Magnetklappenanzeiger) haben alleinig die Funktion, den Füllstand zu visualisieren. Im vorliegenden Fall dient der Schwimmer 102 nicht nur als MLI. Vielmehr ist er so optimiert, dass er durch die außen angebrachte Haltevorrichtung 105 weiter angehoben werden kann und somit ist es möglich, höhere Füllstände als den aktuell vorhandenen zu simulieren.
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Eine grundlegende Idee der Erfindung kann darin gesehen werden, dass der Referenzkörper von außen durch einen Magneten verschoben und positioniert werden kann, um mit der Reflexion des Referenzkörpers einen Füllstand an dieser Position zu simulieren. Somit kann die Funktion des Füllstandmessgeräts überprüft werden, ohne den Füllstand im Behälter zu ändern. Insbesondere kann ein kritischer Füllstand simuliert werden, der aus Sicherheitsgründen nicht angefahren werden kann.
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An der Führung 108, entlang derer die Haltevorrichtung 105 verschoben wird, oder an dem Bypassgefäß 103 können Markierungen 132 angebracht sein, anhand derer bestimmte Punkte zur Referenzmessung angefahren werden können. Auf dem Bypassgefäß oder der Führung 108 kann ein Anschlag 109 angebracht sein, um die Haltevorrichtung 105 schnell in eine bestimmte Position zu fahren. Die Haltevorrichtung 105 und/oder der Referenzkörper 102 können so eingerichtet sein, dass sie anhand der Gravitationskraft immer nach unten fallen, wenn die magnetische Haltekraft nicht wirkt bzw. wenn der Benutzer die Haltevorrichtung loslässt. Somit kann wirksam vermieden werden, dass der Referenzkörper unbeabsichtigt die tatsächliche Füllstandmessung beeinflusst, da er bei Abwesenheit des Benutzers automatisch nach unten fällt und nicht mehr stören kann.
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Die Positionierung kann per Hand, elektromechanisch oder pneumatisch erfolgen. Um eine Bestätigung des Referenzkörpers oder eine Funkenbildung beim Aufprall zu verhindern, kann ein Federelement am Boden des Bypassgefäßes oder am Referenzkörper angebracht sein. Ein weiteres Federelement kann auch an der Führung 108 und/oder am Anschlag 109 angebracht sein.
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Die 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, bei der keine Führungsvorrichtung außerhalb des Bypassgefäßes vorgesehen ist. Der Referenzkörper 102 ist in Form eines Tauchers ausgelegt. Am Boden des Bypassgefäßes ist ein Federelement 107 vorgesehen, um ein Aufschlagen des Referenzkörpers abzufedern. Soll eine Referenzmessung stattfinden, legt der Benutzer von außen die Haltevorrichtung 105 im Bereich des Referenzkörpers an das Bypassgefäß an und schiebt die Haltevorrichtung nach oben. Durch die magnetische Kraft wird der Referenzkörper 102 mit nach oben gezogen, bis die Messposition erreicht ist. Wird das Halteelement 105 weggenommen, fällt der Referenzkörper nach unten.
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Die 10 und 11 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der der Sensor in Form einer Seilsonde mit Zentriergewicht ausgeführt ist. In der 10 ist auch eine Detailansicht des Zentriergewichts am unteren Bereich des Seiles dargestellt. Auf dem Zentriergewicht sitzt der ringförmige Referenzkörper 102, der über die magnetische Kraft nach oben entlang des Seiles geschoben werden kann. Dies ist in 11 zu sehen.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
