DE102018221682A1

DE102018221682A1 - Messanordnung zur Ermittlung eines Füllstandes

Info

Publication number: DE102018221682A1
Application number: DE102018221682.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Krämer; Patrick Heizmann; Manfred Sum
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Es wird eine Messanordnung (1) zur Ermittlung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums (2) vorgeschlagen, wobei die Messanordnung (1) eine Messkammer (4) zur zumindest teilweisen Befüllung mit dem Medium (2) aufweist. Dabei kann die Messanordnung ferner einen freistrahlenden Radarsensor (6) aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, zur Ermittlung des Füllstandes und/oder Grenzstandes des Mediums (2) ein Radarsignal (8) entlang eines Messpfades (10) innerhalb der Messkammer (4) abzustrahlen. Zudem kann die Messanordnung einen Absorptionsbereich (12) aufweisen, welcher zumindest teilweise innerhalb der Messkammer (4) zwischen einer äußeren Begrenzungsfläche (14) der Messkammer (4) und dem Messpfad (10) ausgebildet ist. Dabei kann der der Absorptionsbereich (12) zumindest teilweise aus einem Fluid gebildet sein und dazu ausgebildet sein, einen an der äußeren Begrenzungsfläche (14) reflektierten Teil des Radarsignals (8) zumindest teilweise zu absorbieren, so dass von der äußeren Begrenzungsfläche (14) hervorgerufene Störreflexionen minimiert werden könnten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ermittlung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums. Zudem ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
In der Prozessindustrie werden verschiedene Prozessvariablen, wie beispielsweise ein Füllstand und/oder Grenzstand eines Mediums, mit geeigneten Feldgeräten erfasst. Zur Füllstand- und Grenzstandmessung werden hierbei häufig Radarsensoren eingesetzt. Bei Messungen des Füllstandes und/oder Grenzstandes mittels Radarsensoren können mitunter Störreflexionen, die z.B. von Einbauten in einem Behälter stammen können, auftreten.
Um die Störreflexionen gering zu halten werden daher manchmal sogenannte BypassMessungen mit geführten Radarsensoren durchgeführt, bei denen der Füll- und/oder Grenzstand in einem Bypassrohr, welches fluidisch mit dem Behälter verbunden ist, erfasst wird. Der Füll- und/oder Grenzstand in dem Bypassrohr korreliert mit dem Füll- und/oder Grenzstand des Mediums in dem Behälter, so dass letzterer durch Messung in dem Bypassrohr mit einem geführten Radarsensor bestimmt werden kann.
CGS:FD
Zusammenfassung der Erfindung
Mit Ausführungsformen der Erfindung kann in vorteilhafter Weise eine verbesserte Messanordnung zur Erfassung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums, beispielsweise eines Mediums in einem Behälter, bereitgestellt werden.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ermittlung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums, beispielsweise eines Mediums in einem Behälter. Die Messanordnung weist eine Messkammer zur zumindest teilweisen Befüllung mit dem Medium und einen freistrahlenden Radarsensor auf. Bei der Messkammer kann es sich um ein Bypassrohr, einen Teil eines Behälters und/oder einen Behälter beispielsweise handeln. Der freistrahlende Radarsensor ist dazu eingerichtet den Füllstand und/oder Grenzstand des Mediums mittels eines Radarsignals zu ermitteln, welches entlang eines vorgegebenen, definierten und/oder vorbestimmten Messpfades innerhalb der Messkammer abzustrahlen. Das Radarsignal kann etwa als Sendesignal von dem Radarsensor entlang des Messpfades abgestrahlt werden, wobei ein Teil des Sendesignals am Medium reflektiert und als Empfangssignal von dem Radarsensor empfangen werden kann. Basierend auf einer Auswertung des Sende- und/oder Empfangssignals, etwa mit einer Steuereinheit des Radarsensors, kann sodann der Füll- und/oder der Grenzstand des Mediums bestimmt werden. Hierzu kann etwa ein oder mehrere Messwerte des Füll- und/oder Grenzstandes ermittelt werden. Der freistrahlende Radarsensor kann hierzu über eine oder mehrere Antennen zum Abstrahlen und/oder Empfangen des Radarsignals aufweisen. Die Messanordnung weist ferner einen Absorptionsbereich auf, welcher zumindest teilweise innerhalb der Messkammer zwischen einer äußeren Begrenzungsfläche (z.B. Außenwand) der Messkammer und dem Messpfad ausgebildet ist. Der Absorptionsbereich ist zumindest teilweise aus einem, beispielsweise mikrowellendämpfenden, Fluid gebildet (und/oder besteht aus diesem) und ist dazu ausgebildet, einen an der äußeren Begrenzungsfläche reflektierten Teil des Radarsignals zumindest teilweise zu absorbieren, so dass von der äußeren Begrenzungsfläche hervorgerufene Störreflexionen minimiert werden.
Daraus kann der Vorteil resultieren, dass die Qualität der durch die Messanordnung generierten Messwerte verbessert wird, eine Messungenauigkeit minimiert und/oder eine Messgenauigkeit gesteigert wird. Alternativ oder ergänzend kann durch die Messanordnung der Vorteil erbracht werden, dass freistrahlende Radarsensoren in weiteren Bereichen eingesetzt werden können und somit deren Flexibilität verbessert wird und/oder der Einsatz von freistrahlenden Radarsensoren für Bypassmessungen ermöglicht wird.
Der freistrahlende Radarsensor kann derart in der Messkammer angeordnet sein, dass dieser das Radarsignal in Richtung des Mediums entlang des Messpfades in der Messkammer abstrahlen kann und den am Medium reflektierten Teil des Radarsignals empfangen kann. Der freistrahlende Radarsensor kann etwa in einem Frequenzbereich von 20-320 GHz, beispielsweise oberhalb von 60 GHz, operieren.
Der Messpfad kann allgemein einen Bereich und/oder eine Region innerhalb der Messkammer bezeichnen, in welchem das Radarsignal emittiert und/oder empfangen wird. Gleichsam kann der Messpfad eine Messtrecke bezeichnen. Beispielsweise kann der Messpfad durch einen Vektor und/oder einen Bereich (beispielsweise ein Zylinder oder Kegel) innerhalb der Messkammer definiert, vorgeben und/oder vorbestimmt sein. In anderen Worten kann der freistrahlende Radarsensor Radarstrahlen und/oder Radarsignale entlang des Messpfades ausschicken, wobei die Radarstrahlen und/oder Radarsignale an der Oberfläche des Mediums reflektiert werden können und zumindest ein Teil der reflektierten Radarstrahlen und/oder Radarsignale vom freistrahlenden Radarsensor empfangen und/oder ausgewertet werden, beispielsweise um einen oder eine Vielzahl an Messwerten zu ermitteln.
Der Absorptionsbereich kann innerhalb der Messkammer vorgesehen und/oder angeordnet sein, sodass sich der Absorptionsbereich beispielsweise zwischen der äußeren Begrenzungsfläche der Messkammer und dem Messpfad befindet. Der Absorptionsbereich kann allgemein einen Bereich innerhalb der Messkammer bezeichnen, in welchem das Fluid des Absorptionsbereichs angeordnet ist. Beispielsweise können der Messpfad, der Absorptionsbereich und die äußere Begrenzungsfläche konzentrisch ausgeführt sein und/oder beispielsweise aneinander angrenzende Bereiche ausbilden.
Das Fluid des Absorptionsbereichs kann ein mikrowellendämpfendes Fluid sein, beispielsweise Ammoniak, Vinylchlorid, Methylchlorid, Schwefeldioxid oder eine Kombination der eben genannten. Das Fluid und/oder Absorptionsbereich können zumindest einen Teil des Radarsignals und/oder der Radarstrahlung absorbieren und/oder dämpfen. Durch die zumindest teilweise Absorption des Radarsignals innerhalb des Fluid kann der Messpfad begrenzt und/oder definiert sein. Insgesamt können durch Vorsehen des Absorptionsbereichs Störreflexionen vermieden und/oder reduziert werden, etwa da das Radarsignal in dem Absorptionsbereich zumindest größtenteils absorbiert werden kann.
Allgemein kann die Messkammer einen Bereich eines Behälters, einen gesamten Behälter, ein Teil eines Bypassrohrs und/oder ein gesamtes Bypassrohr bezeichnen. Die Erfindung kann somit sowohl bei Messungen innerhalb eines Behälters als auch im Rahmen von BypassMessungen vorteilhaft eingesetzt werden. Auch lässt sich mit der Messanordnung eine verbesserte Messtrecke bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Absorptionsbereich den Messpfad entlang zumindest eines Teils eines Außenumfangs des Messpfads umgeben, umschließen und/oder umhüllen. Dabei kann der Absorptionsbereich und der Messpfad konzentrisch zu einander ausgeführt werden und/oder der Absorptionsbereich und der Messpfad können aneinander angrenzen. Der Messpfad und/oder der Absorptionsbereich können hierbei beliebige Querschnittsgeometrien aufweisen, etwa rund, oval, eckig, elliptisch und dergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgibt, umhüllt und/oder umschließt der Absorptionsbereich den Messpfad entlang eines Außenumfangs des Messpfads vollständig und/oder der Messpfad ist durch den Absorptionsbereich begrenzt. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der Messungen des freistrahlenden Radarsensors erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Messanordnung zur Ermittlung des Füllstandes und/oder Grenzstandes des Mediums basierend auf einer Bypassmessung ausgebildet und/oder eingerichtet. Dabei kann die Messkammer der Messanordnung als ein Bypassrohr ausgebildet sein, welches in Fluidverbindung mit einem Behälter stehen kann. Diese Ausführungsform kann den Vorteil aufweisen, dass durch die Ermittlung des Füllstands im Bypass, Störfaktoren wie beispielsweise aufgewirbeltes Material bei der Befüllung des Behälters, nur geringen Einfluss auf die Messanordnung hat und somit die Genauigkeit der Messung weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Messkammer als Bypassrohr, insbesondere mit einem beliebigen Querschnitt, ausgebildet, welches dazu eingerichtet sein kann, mit einem Behälter in Fluidkommunikation zu stehen, so dass ein Füllstand des Mediums in dem Bypassrohr mit einem Füllstand des Mediums in dem Behälter korreliert. Dabei können das Bypassrohr und der Behälter im Medienaustausch miteinander stehen, z.B. über eine Rohrverbindung, eine Schlauchverbindung, eine Leitung oder ähnliches. Dies kann auch Wartungsarbeiten und/oder Installationsarbeiten vereinfachen, da die Messung des Füll- und/oder Grenzstandes des Mediums in dem Behälter über eine Messung des Füll- und/oder Grenzstandes des Mediums in dem Bypassrohr durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Messkammer in einem Behälter zur Aufnahme des Mediums ausgebildet. Die Messkammer kann ein Teilbereich des Behälters sein und/oder den gesamten Behälter bezeichnen. Beispielsweise kann die Messkammer zumindest einen Teil eines Innenvolumens des Behälters bezeichnen. In anderen Worten kann die Messanordnung in einem Behälter angeordnet sein und somit kann die Messkammer zumindest ein Teil des Innenvolumens des Behälters sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Absorptionsbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus einer Flüssigkeit und/oder einem Gas ausgebildet. Der Absorptionsbereich kann etwa ein Material aufweisen, welches bei einer Frequenz des Radarsignals von rund 80 GHz einen höheren Absorptionskoeffizienten aufweist als bei einer Frequenz unterhalb von rund 50 GHz, und insbesondere unterhalb von 10 GHz. Mit anderen Worten kann ein Absorptionskoeffizient des Fluids des Absorptionsbereichs bei einer Frequenz von rund 80 GHz höher als bei einer Frequenz unterhalb rund 50 GHz. Eine Sendefrequenz des Radarsignals kann dabei mit dem Absorptionsbereich dahingehend abgestimmt sein, dass eine Mittenfrequenz des Sendesignals eine starke Dämpfung in dem Absorptionsbereich erfährt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Mittenfrequenz des Radarsignals wenigstens 60 GHz, insbesondere rund 80 GHz. Alternativ oder ergänzend kann der freistrahlende Radarsensor als V-Band-Radarsensor, als E-Band-Radarsensor, als W-Band-Radarsensor, als F-Band-Radarsensor, als D-Band-Radarsensor, als G-Band-Radarsensor, als Y-Band-Radarsensor und/oder als J-Band-Radarsensor ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann die Sendefrequenz des Radarsignals zwischen 60 GHz und 75 GHz (V-Band), zwischen 60 GHz und 90 GHz (E-Band), zwischen 75 GHz und 110 GHz (W-Band), zwischen 90 GHz und 140 GHz (F-Band), zwischen 110 GHz und 170 GHz (D-Band), zwischen 140 GHz und 220 GHz (G-Band), zwischen 170 GHz und 260 GHz (Y-Band), und/oder zwischen 220 GHz und 320 GHz (J-Band) liegen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Absorptionsbereich Ammoniak, Vinylchlorid, Methylchlorid, Schwefeldioxid oder eine Kombination davon auf. Alternativ oder ergänzend kann auch jeder Stoff, Gas und/oder Flüssigkeit in dem Absorptionsbereich vorgesehen werden, welcher eine ähnliche Absorptionswirkung wie die eben genannten Stoffe ausbilden. Die eben genannten Stoffe können insbesondere in einem gasförmigen Zustand vorliegen und dabei ihre mikrowellendämpfe und/oder reflexionsminimierende Funktion erfüllen. Bei der Bildung des Absorptionsbereiches aus einem gasförmigen Fluid kann dieses schnell in den Absorptionsbereich eingebracht und wieder abgesaugt werden, sodass eine schnelle Evakuierung der Messkammer gewährleistet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Messanordnung weiter eine zumindest teilweise innerhalb der Messkammer angeordnete innere Abgrenzung auf, welche den Messpfad zumindest teilweise entlang eines Außenumfangs des Messpfads umgibt und welche von der äußeren Begrenzungsfläche der Messkammer beabstandet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Absorptionsbereich zumindest teilweise zwischen der äußeren Begrenzungsfläche der Messkammer und der inneren Abgrenzung der Messanordnung angeordnet sein. In anderen Worten kann innerhalb der Messkammer eine Abgrenzung angeordnet sein, welche beispielsweise aus einem Kunstsoff und/oder Kunststoffverbund hergestellt sein kann, die das Fluid, welches in dem Absorptionsbereich vorhanden sein kann, von dem Messpfad und/oder dem Medium, welches sich in der Messkammer befindet, trennen kann. Dabei kann die innere Abgrenzung von der Außenfläche der Messkammer derart beabstandet sein, dass ausreichend Fluid zwischen der Außenfläche der Messkammer und der inneren Abgrenzung vorhanden sein kann, sodass das Radarsignal von dem Fluid absorbiert werden kann und somit Störreflexionen reduziert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die innere Abgrenzung Keramik, Glas, Kunststoff, Kunststoffverbund oder eine Kombination davon auf. Es sind jedoch auch andere Materialien, insbesondere mikrowellenabsorbierende Materialien, denkbar. Die innere Abgrenzung kann dabei mittels eines Spritzgießverfahrens und/oder mittels eines Extrusionsverfahrens hergestellt werden. Dabei kann der Kunststoff und/oder Kunststoffverbund eine mirkowellendämpfende und/oder eine reflexionsminimierende Eigenschaft aufweisen, wie dies beispielsweise bei HDPE der Fall sein kann. Alternativ oder ergänzend kann der Kunststoff und/oder Kunststoffverbund eine Verstärkung aufweisen, insbesondere eine Kurzglasfaserverstärkung, welche die mirkowellendämpfenden und/oder reflexionsminimierden Eigenschaft der inneren Abgrenzung unterstützen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Messanordnung einen Strömungsgenerator auf, der dazu eingerichtet ist, eine Strömung zumindest eines Teils des Fluides des Absorptionsbereichs zu erzeugen. Dabei kann die Strömung als eine tornadoähnliche Strömung, eine Rotationsströmung, eine Translationsströmung, ein Windkanal, ein Windvorhang und/oder Ähnliches ausgebildet sein. Zudem kann die Strömung den Absorptionsbereich und/oder das Fluid des Absorptionsbereichs durch die Strömung des Fluides von dem Messpfad abgrenzen und/oder separieren. Dabei kann die Messanordnung wenigstens eine Düse aufweisen, durch welche das Fluid in die Messkammer eingebracht werden kann. Dabei kann das Fluid in der Düse beschleunigt werden, sodass auf Grund der Kontur der Messkammer und durch die auf das Fluide wirkendende Fliehkräfte ein in seiner Grenzfläche definierter Strom ausgebildet werden kann. Durch den definierten Strom kann der Absorptionsbereich gebildet werden, sodass innerhalb des definierten Strom das Fluid das Radarsignal absorbieren kann. Diese Ausführungsform kann den Vorteil mit sich bringen, dass die Messanordnung flexibel einsetzbar ist, da durch die definierte Strömung keine baulichen Veränderungen in der Messkammer vorgenommen werden müssen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungsgenerator dazu eingerichtet, einen Windvorhang aus dem Fluid des Absorptionsbereichs zu erzeugen. Mit anderen Worten kann der Absorptionsbereich als Windvorhang ausgebildet sein, welcher das Fluid aufweisen kann. Beispielsweise kann der Windvorhang als Strömung des Fluids des Absorptionsbereichs ausgebildet sein, welche parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Messkammer und/oder des Messpfades strömen kann. Alternativ oder ergänzend kann der Strömungsgenerator dazu eingerichtet sein, das Fluid des Absorptionsbereichs in einer Richtung parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des Messpfades und/oder der Messkammer in die Messkammer einzubringen und/oder einzublasen, so dass zumindest ein Teil des Fluides des Absorptionsbereichs in eine Strömung, etwa eine windvorhangartige Strömung, innerhalb der Messkammer versetzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsgenerator dazu eingerichtet, eine Rotationsströmung des Fluides zu erzeugen, so dass der zumindest eine Teil des Fluides des Absorptionsbereichs um den Messpfad herum strömt. Alternativ oder ergänzend kann der Strömungsgenerator dazu eingerichtet sein, das Fluid des Absorptionsbereichs in einer Richtung quer zu einer Längserstreckungsrichtung des Messpfades und/oder der Messkammer in die Messkammer einzubringen und/oder einzublasen, so dass zumindest ein Teil des Fluides des Absorptionsbereichs in eine Rotationsströmung innerhalb der Messkammer versetzt werden kann. In anderen Worten lässt sich mittels der Rotationsströmung der Absorptionsbereich ausbilden, welcher den Messpfad definieren und/oder begrenzen kann. Die Rotationsströmung kann dabei etwa rohrförmig und/oder zylindrisch ausgebildet sein. Eine Rotationsachse der Rotationsströmung kann beispielsweise parallel zur Erstreckungsrichtung der Messkammer und/oder des Messpfades ausgebildet sein und/oder verlaufen. Das Fluid kann mit dem Strömungsgenerator orthogonal und/oder quer zur der Rotationsachse bzw. zu dem Messpfad in die Messkammer eingeblasen werden. Dies kann den Vorteil mit sich bringen, dass anhand der Einströmungsrichtung der Absorptionsbereich ausgebildet und/oder modifiziert werden kann und/oder etwa anhand des spezifischen Einblaswinkels das Volumen des Absorptionsbereichs angepasst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Radarsensor eine Antenne zum Abstrahlen des Radarsignals entlang des Messpfades und zum Empfangen eines an dem Medium reflektierten Teils des Radarsignals auf. Alternativ oder ergänzend kann in zumindest einem Teilbereich um die Antenne herum und/oder in zumindest einem Teilbereich innerhalb der Antenne ein weiterer Absorptionsbereich ausgebildet sein, welcher zumindest teilweise aus einem mikrowellendämpfenden Fluid ausgebildet ist. In anderen Worten kann ein weiterer Absorptionsbereich ausgebildet werden, welcher die Funktion einer Hornantenne des freistrahlenden Radarsensors unterstützen und/oder teilweise ersetzen kann. Dabei kann eine weitere innere Abgrenzung vorgesehen werden, welche einen Raum bilden kann, in dem ein mikrowellendämpfendes Fluid eingebracht werden kann, um somit den weiteren Absorptionsbereich ausbilden zu können. Auf diese Weise kann ein Klingeln der Antenne reduziert werden und die Qualität der Messung weiter verbessert werden. Mit anderen Worten kann der weitere Absorptionsbereich zumindest teilweise um die Antenne herum ausgebildet sein und/oder zumindest teilweise in die Antenne integriert sein.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums mit einer Messanordnung, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben. Das Verfahren kann dabei mehrere Schritte umfassen, welche in jeder möglichen Reihenfolge ausgeführt werden können. Dabei kann das Verfahren einen Schritt des Ausbildens des Absorptionsbereichs unter Einbringen des Fluides des Absorptionsbereichs in die Messkammer umfassen. Dies kann beispielsweise unter Ausbildung einer Strömung in zumindest einem Teil des Fluides des Absorptionsbereichs erfolgen. Weiter weist das Verfahren einen Schritt des Abstrahlens, mit dem Radarsensor, des Radarsignals entlang des Messpfads in Richtung des Mediums auf, wobei der Radarsensor das Radarsignal emittieren kann, insbesondere entlang des Messpfades. Weiter weist das Verfahren einen Schritt des Empfangen auf, wobei der freistrahlende Radarsensor zumindest einen Teil des Radarsignals, welches an einer Oberfläche des Mediums reflektiert worden sein kann, empfangen kann. Weiter weist das Verfahren einen Schritt des Ermittelns des Füllstandes und/oder des Grenzstandes unter Verarbeitung, beispielsweise einer Auswertung des reflektierten Teils des Radarsignals, auf.
Merkmale und Elemente der Messanordnung, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, können Merkmale, Elemente und/oder Schritte des Verfahrens, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, sein und umgekehrt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Messanordnung und/oder einem Radarsensor einer Messanordnung (etwa einem Prozessor) ausgeführt wird, die Messanordnung dazu anleitet, Schritte des Verfahrens, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf welchem ein Programmelement, hinterlegt ist, das, wenn es auf einer Messanordnung und/oder einem Radarsensor einer Messanordnung ausgeführt wird, die Messanordnung dazu anleitet, Schritte des Verfahrens, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, durchzuführen.
Sämtliche Offenbarung, welche voranstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der Erfindung beschrieben ist, gilt gleichermaßen für alle weiteren Aspekte der Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Messanordnung gemäß der 1.
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine schematische Draufsicht der Messanordnung gemäß der 3.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Messanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren können gleiche, gleich wirkende oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Schnittansicht einer Messanordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messanordnung 1 kann einen Behälter 15 zur Aufnahme eines Mediums 2 aufweisen. Die Messanordnung 1 verfügt ferner über eine Messkammer 4, welche etwa ein Teilbereich 4 des Behälters 15 oder der gesamte Behälter 15 sein kann. Der Behälter 15 und/oder die Messkammer 4 können als Bypassrohr ausgebildet sein. Ferner verfügt die Messanordnung 1 über einen Absorptionsbereich 12, der zumindest teilweise in der Messkammer 4 und/oder dem Behälter 15 angeordnet ist.
In dem Behälter 15 und/oder der Messkammer 4, etwa zwischen dem Medium 2 und dem Absorptionsbereich 12, kann eine Abgrenzung 16 angeordnet sein. Der Absorptionsbereich 12 kann durch die Abgrenzung 16 und eine Begrenzungsfläche 14 des Behälters 15 und/oder der Messkammer 4 abgegrenzt sein.
Die Messanordnung 1 weist ferner einen freistrahlenden Radarsensor 6 auf. Der Radarsensor 6 kann ein Radarsignal 8, etwa über eine oder mehrere Antennen 28, entlang des Messpfads 10 emittieren. Das Radarsignal 8 kann am Medium 2 reflektiert werden. Radarsignale 8, welche durch den Radarsensor 6 emittiert werden können und/oder durch das Medium 2 reflektiert werden können und/oder durch die Begrenzungsfläche 14 reflektiert werden können, sollten durch den Absorptionsbereich 12 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, absorbiert werden können. Dabei kann der Absorptionsbereich 12 mit einem Fluid 13 befüllt werden, das mikrowellendämpfende Eigenschaften aufweist. Das Fluid 13 kann die Funktion der Absorption in dem Absorptionsbereich 12 übernehmen. Dadurch können Störreflexionen reduziert werden und somit die Messgenauigkeit verbessert werden.
2 zeigt eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels der Messanordnung 1 der 1. Die Messanordnung 1, der Behälter 15 und/oder die Messkammer 4 kann eine zylindrische Geometrie aufweisen, wie es in 2 dargestellt ist. Der Messpfad 10, der Absorptionsbereich 12, die Begrenzungsfläche 14, und/oder die Abgrenzung 16 können konzentrisch aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Radarsensor 6 in einem Mittelbereich des konzentrischen Aufbaus der Messanordnung 1 angeordnet sein.
3 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Messanordnung 1 des Ausführungsbeispiels der 1 weist hierbei keine Abgrenzung 16 auf. Zur Ausbildung des Absorptionsbereichs 12 verfügt die Messanordnung 1 über einen Strömungsgenerator 20, welcher eine definierte Strömung des Fluids 13 des Absorptionsbereichs 12 ausbildet. Mittels der definierten Strömung, beispielsweise einer rotatorischen Strömung, die durch den Strömungsgenerator 20 erzeugt werden kann sowie durch die Kontur der Begrenzungsfläche 14, kann der Absorptionsbereich 12 ausgebildet werden, welcher den Messpfad 10 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umschließen kann. Insbesondere kann die beispielsweise rotatorische Strömung einen Außenumfang 18 des Messpfades 10 umhüllen.
Alternativ oder zusätzlich könnte die Messanordnung rotiert werden, um so eine Strömung und/oder Rotationsströmung des Fluids des Absorptionsbereichs zu erzeugen.
Eine Strömungsrichtung 7, in welcher das Fluid 13 von dem Strömungsgenerator 20 ausgestoßen wird kann hierbei quer zu einer Längserstreckungsrichtung der Messkammer 4 und/oder des Messpfades 10 verlaufen. Dadurch kann eine Rotationsströmung des Fluids 13 des Absorptionsbereichs 12 realisiert werden. Der Strömungsgenerator 20 kann etwa an dem Radarsensor 6 angeordnet sein. Alternativ kann der Strömungsgenerator 20 auch an der Messkammer 4 und/oder dem Behälter 15 angeordnet sein.
In dem in 3 illustrierten Ausführungsbeispiel ist in einem Teilbereich um die Antenne 28 des Radarsensors 6 herum ein weiterer Absorptionsbereich 30 ausgebildet, welcher zumindest teilweise aus einem mikrowellendämpfenden Fluid, etwa analog dem Fluid 13 des Absorptionsbereichs 12, ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der weitere Absorptionsbereich 30 auch zumindest teilweise in die Antenne 28 integriert sein. Damit kann in vorteilhafter Weise ein Klingeln reduziert werden. Hierzu kann beispielsweise eine Abgrenzung, etwa in Form eines Kompartiments, um die Antenne 28 ausgebildet sein, welches zur Ausbildung des weiteren Absorptionsbereichs 30 zumindest teilweise mit dem mikrowellendämpfenden Fluid gefüllt sein kann. Der weitere Absorptionsbereich 30 kann alternativ oder zusätzlich durch den Strömungsgenerator 20 und/oder einen weiteren Strömungsgenerator ausgebildet werden.
4 zeigt eine schematische Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus 3. Der Messpfad 10, der Absorptionsbereich 12, die Begrenzungsfläche 14 und/oder der Außenumfang 18 des Messpfades 10 können konzentrisch ausgeführt sein. Der Strömungsgenerator 20 kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass beispielsweise eine rotatorische Strömung des Fluids 13 in der Messkammer 4, z.B. der Messkammer 4 aus 3, und/oder dem Behälter 15 ausgebildet werden kann. Die rotatorische Strömung kann zum einen durch die Kontur der Begrenzungsfläche 14 ausgebildet werden sowie durch die aufgrund der Beschleunigung des Fluides 13, welche aus dem Strömungsgenerator 20 strömen kann, entstehenden Fliehkräfte.
Es sind jedoch auch andere Strömungen des Fluids 13, etwa ähnlich einem Windkanal und/oder einem Windvorhang, denkbar. Der Strömungsgenerator 20 kann auch über einen Einlass Fluid 13 in die Messkammer 4, z.B. der Messkammer 4 aus 3, einbringen und über einen Auslass wieder aus der Messkammer 4, z.B. der Messkammer 4 aus 3, absaugen, um so den Absorptionsbereich 12 auszubilden.
5 zeigt ein Flussdiagramm zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zum Betreiben einer Messanordnung 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei der Messanordnung 1 kann es sich um eine der Messanordnungen 1 der voranstehenden Figuren handeln.
Ein erster Schritt S1 umfasst ein Ausbilden des Absorptionsbereichs 12 unter Einbringen des Fluides 13 des Absorptionsbereichs 12 in die Messkammer 4, z.B. der Messkammer 4 aus 3. In einem Schritt S2 kann ein Abstrahlen eines Radarsignals 8 durch den Radarsensor 6 entlang des Messpfades 10 in Richtung eines Mediums 2 erfolgen. In Schritt S3 kann ein Empfangen eines an einer Oberfläche eines Mediums 2 reflektierten Radarsignals 8 durch den Radarsensor 6 erfolgen. In einem Schritt S4 kann ein Ermitteln eines Füllstandes und/oder eines Grenzstandes anhand einer Verarbeitung und/oder Auswertung des reflektierten Teils eines Radarsignals 8 erfolgen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Messanordnung (1) zur Ermittlung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums (2), die Messanordnung (1) aufweisend: eine Messkammer (4) zur zumindest teilweisen Befüllung mit dem Medium (2), einen freistrahlenden Radarsensor (6), welcher dazu eingerichtet ist, zur Ermittlung des Füllstandes und/oder Grenzstandes des Mediums (2) ein Radarsignal (8) entlang eines Messpfades (10) innerhalb der Messkammer (4) abzustrahlen; und einen Absorptionsbereich (12), welcher zumindest teilweise innerhalb der Messkammer (4) zwischen einer äußeren Begrenzungsfläche (14) der Messkammer (4) und dem Messpfad (10) ausgebildet ist, wobei der Absorptionsbereich (12) zumindest teilweise aus einem Fluid gebildet ist und dazu ausgebildet ist, einen an der äußeren Begrenzungsfläche (14) reflektierten Teil des Radarsignals (8) zumindest teilweise zu absorbieren, so dass von der äußeren Begrenzungsfläche (14) hervorgerufene Störreflexionen minimiert sind.
Messanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Absorptionsbereich (12) den Messpfad (10) entlang zumindest eines Teils eines Außenumfangs (18) des Messpfads (10) umgibt.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Absorptionsbereich (12) den Messpfad (10) entlang eines Außenumfangs (18) des Messpfads (10) vollständig umgibt.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messanordnung (1) zur Ermittlung des Füllstandes und/oder Grenzstandes des Mediums (2) basierend auf einer Bypassmessung ausgebildet ist.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messkammer (4) als Bypassrohr ausgebildet ist, welches dazu eingerichtet ist, mit einem Behälter in Fluidkommunikation zu stehen, so dass ein Füllstand des Mediums (2) in dem Bypassrohr mit einem Füllstand des Mediums (2) in dem Behälter korreliert.
Messanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messkammer (4) in einem Behälter zur Aufnahme des Mediums (2) ausgebildet ist.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Absorptionsbereich (12) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus einer Flüssigkeit und/oder einem Gas ausgebildet ist; und/oder wobei der Absorptionsbereich (12) ein Material aufweist, welches bei einer Frequenz des Radarsignals (8) von rund 80 GHz einen höheren Absorptionskoeffizienten aufweist als bei einer Frequenz unterhalb von rund 50 GHz, insbesondere unterhalb von 10 GHz.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Mittenfrequenz des Radarsignals (8) wenigstens 60 GHz, insbesondere rund 80 GHz, beträgt.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Absorptionsbereich (12) Ammoniak, Vinylchlorid, Methylchlorid, Schwefeldioxid oder eine Kombination davon aufweist.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: eine zumindest teilweise innerhalb der Messkammer (4) angeordnete innere Abgrenzung (16), welche den Messpfad (10) zumindest teilweise entlang eines Außenumfangs (18) des Messpfads (10) umgibt und welche von der äußeren Begrenzungsfläche (14) der Messkammer (4) beabstandet ist; und wobei der Absorptionsbereich (12) zumindest teilweise zwischen der äußeren Begrenzungsfläche (14) der Messkammer (4) und der inneren Abgrenzung (16) der Messanordnung angeordnet ist.
Messanordnung (1) nach Anspruch 10, wobei die innere Abgrenzung (16) Keramik, Glas, Kunststoff, Kunststoffverbund oder eine Kombination davon aufweist.
Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen Strömungsgenerator (20), der dazu eingerichtet ist, eine Strömung zumindest eines Teils des Fluides des Absorptionsbereichs (12) zu erzeugen, so dass der Absorptionsbereich (12) durch die Strömung des Fluides von dem Messpfad (10) abgegrenzt und/oder separiert ist.
Messanordnung (1) nach Anspruch 12, wobei der Strömungsgenerator (20) dazu eingerichtet ist, eine Rotationsströmung des Fluides zu erzeugen, so dass der zumindest eine Teil des Fluides des Absorptionsbereichs (12) um den Messpfad (10) herum strömt; und/oder wobei der Strömungsgenerator (20) dazu eingerichtet ist, das Fluid des Absorptionsbereichs (12) in einer Richtung quer zu einer Längserstreckungsrichtung des Messpfades (10) in die Messkammer (4) einzubringen, so dass zumindest ein Teil des Fluides des Absorptionsbereichs (12) in eine Rotationsströmung innerhalb der Messkammer (4) versetzt ist.
Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Radarsensor (6) eine Antenne (28) zum Abstrahlen des Radarsignals (8) entlang des Messpfades (10) und zum Empfangen eines an dem Medium (2) reflektierten Teils des Radarsignals (8) aufweist; und wobei in zumindest einem Teilbereich um die Antenne (28) herum und/oder zumindest in einem Teilbereich innerhalb der Antenne ein weiterer Absorptionsbereich (30) ausgebildet ist, welcher zumindest teilweise aus einem mikrowellendämpfenden Fluid ausgebildet ist.
Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und/oder Grenzstandes eines Mediums (2) mit einer Messanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das Verfahren aufweisend die Schritte: Ausbilden (S1) des Absorptionsbereichs (12) unter Einbringen des Fluids des Absorptionsbereichs (12) in die Messkammer (4), und insbesondere unter Ausbildung einer Strömung zumindest eines Teils des Fluids des Absorptionsbereichs (12); Abstrahlen (S2), mit dem Radarsensor (6), des Radarsignals (8) entlang des Messpfads (10) in Richtung des Mediums (2); Empfangen (S3), mit dem Radarsensor (6), zumindest eines an einer Oberfläche des Mediums (2) reflektierten Teils des Radarsignals (8); und Ermitteln (S4) des Füllstandes und/oder des Grenzstandes unter Verarbeitung des reflektierten Teils des Radarsignals (8).