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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Füllstandsmessung weist folgende Komponenten auf: einen Behälter zum Aufnehmen des Füllguts und ein Sensormodul mit mindestens einem Füllstandssensor, insbesondere ein Ultraschallsensor, zum Messen eines Füllstands des Füllguts in dem Behälter, wobei der Füllstandssensor innerhalb des Behälters, insbesondere in einem oberen Bereich, insbesondere an einem Deckel des Behälters, angeordnet ist, und wobei das Sensormodul eine Kommunikationsschnittstelle aufweist.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in
DE 38 122 93 A1 beschrieben. Aus
DE 10 2016 122 110 A1 sind außerdem Technologien bekannt, bei denen Daten von einem Sensor oder an einen Sensor drahtlos übertragen werden,
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Im Stand der Technik sind die Sensoren, insbesondere die Ultraschallsensoren, die für eine Füllstandsmessung verwendet werden, üblicherweise mit elektrischen Leitungen mit zugehörigen übergeordneten Steuerungs- und Auswerteeinheiten, beispielsweise einer Prozessleitstelle, verbunden.
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Bei manchen Anwendungen sind diese Lösungen mit elektrischen Leitungen im Betrieb und in der Wartung aufwendig. Gründe hierfür können, neben anderen, sein, dass die Behälter an sich schlecht zugänglich sind und/oder dass man den Behälter, beispielsweise weil das Füllgut explosiv, giftig, leicht flüchtig oder sonst gefährlich ist, nur wenn es absolut notwendig ist, öffnen möchte.
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Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Handhabbarkeit auch für gefährliche oder schlecht handhabbare Füllgüter auszeichnet und unproblematisch oder an schlecht zugänglichen Einsatzorten verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Vorrichtung der oben an Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass außerhalb des Behälters eine Sende- und Empfangseinrichtung vorhanden ist, dass die Kommunikationsschnittstelle eingerichtet ist zum drahtlosen Senden von Daten des Sensormoduls, insbesondere Messdaten des Ultraschallsensors, an die Sende- und Empfangseinrichtung und dass die Sende- und Empfangseinrichtung eingerichtet ist zum drahtlosen Empfangen von Daten des Sensormoduls und zum drahtlosen Übertragen von Daten, insbesondere über Funk, an eine entfernte Einheit, die insbesondere eine Internetanbindung aufweist.
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Als ein erster wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung kann angesehen werden, eine Sende- und Empfangseinrichtung außerhalb des Behälters, in dem die Füllstandsmessung durchgeführt wird, anzuordnen.
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Ein zweiter wichtiger Gedanke der Erfindung ist, Daten von dem Sensormodul im Inneren des Behälters, insbesondere Messdaten des Ultraschallsensors und mithin Messdaten, die den Füllstand betreffen, drahtlos an die außerhalb des Behälters positionierte Sende- und Empfangseinrichtung zu übertragen.
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Damit entfällt die Notwendigkeit, bei Wartungstätigkeiten, immer den Behälter selbst öffnen zu müssen.
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Ein Vorteil ist auch, dass im Inneren des Behälters keine elektrischen Leitungen mehr verlegt werden müssen. Dadurch entfallen, wenn der Füllstandssensor ein Ultraschallsensor ist, auch Störungen für die Ultraschallmessungen.
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Bei dem Füllgut wird es sich häufig um ein flüssiges Füllgut, beispielsweise Benzin oder sonstige flüssige Grundstoffe, handeln. Prinzipiell kann das Füllgut aber auch ein Schüttgut, beispielsweise Sand oder Getreide, sein. Auch Materialien wie Altglas und Altkleidung kommen als Füllgut in Betracht.
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Die wesentliche Anforderung an den Behälter ist, dass er zur Aufnahme des Füllguts an sich geeignet ist. Beispielsweise muss der Behälter, wenn das Füllgut eine Flüssigkeit ist, hinreichend flüssigkeitsdicht sein. Sodann müssen die Dimensionen des Behälters und die innere Formgebung so geartet sein, dass Füllstandsmessungen praktikabel möglich sind und dass hinreichend Platz für die Anordnung des Sensormoduls vorhanden ist.
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Besonders bevorzugt können die Daten von dem Sensormodul drahtlos über ein bestimmtes Funkprotokoll an eine entfernte Einheit übertragen werden, wobei diese entfernte Einheit ihrerseits dann über eine Internetanbindung verfügen kann und somit eine Anbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt an das Internet ermöglicht.
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Für die Fälle, dass das in dem Behälter gespeicherte Füllgut reaktive chemische Stoffe enthält, können Ausgestaltungen vorgesehen sein, bei denen das Sensormodul ein Gehäuse aufweist, welches gegen den oder die in dem Füllgut oder dem Behälter enthaltenen Stoffe chemisch resistent ist.
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Mit dem Merkmal, dass der Füllstandssensor innerhalb des Behälters in einem oberen Bereich angeordnet sein soll, ist gemeint, dass der Füllstandssensor oberhalb einer oberen Begrenzung des Füllguts positioniert ist. Die Richtung „oben“ bezieht sich dabei auf die Richtung der Schwerkraft, unter deren Einwirkung sich das Füllgut, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut, im unteren Bereich des Behälters sammelt.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, einen Füllstand von unten oder von der Seite zu messen. Insbesondere bei nichtmetallischen Behältern kann dies in Betracht kommen. Hierzu wird zweckmäßig der Füllstandssensor in einem unteren Bereich oder in einem seitlichen Bereich des Behälters angeordnet. Prinzipiell können die Messverfahren der Füllstandsmessung von oben, von unten und von der Seite auch kombiniert werden und es können entsprechend Füllstandssensoren in den entsprechenden Bereichen des Behälters (oben, unten, seitlich) angeordnet sein.
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Bei dem Sensormodul handelt es sich um eine Funktionseinheit, die mindestens einen Füllstandssensor aufweist, prinzipiell aber auch noch mit anderen Sensoren bestückt sein kann.
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Als Füllstandssensor kommt zwar bevorzugt ein Ultraschallsensor zum Einsatz. Grundsätzlich können aber auch andere Sensoren, etwa ein optischer Sensor (beispielsweise ein einen Phasenversatz messender abstandsempfindlicher optischer Sensor), ein induktiver Näherungsschalter (bei kleinen Abständen und hierfür geeignetem Füllgut), ein kapazitiver Abstandssensor oder ein Radarsensor als Füllstandssensor verwendet werden.
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Die Messung des Füllstands des Füllguts in dem Behälter erfolgt häufig und jedenfalls bei Verwendung eines Ultraschallsensors als Füllstandssensor so, dass ein Abstand zu einer Oberfläche des Füllguts gemessen wird. Man erhält so eine Information über die Füllhöhe oder die Höhe eines Pegels des Füllguts. Man kann davon ausgehen, dass das Volumen des in dem Behälter enthaltenen Füllguts in einer monotonen Funktion mit der Füllhöhe des Füllguts zusammenhängt. Diese Funktion ist bekannt oder jedenfalls leicht ermittelbar. So kann aus einer bestimmten Füllhöhe auch das Volumen des in dem Behälter enthaltenen Füllguts bestimmt werden.
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Als Deckel des Behälters wird eine in einem oberen Bereich des Behälters angeordnete Abdeckung oder ein Verschluss bezeichnet. Es ist klar, dass der Deckel des Behälters im Hinblick auf die jeweils gewählte Daten- und/oder Energieübertragungstechnik für den jeweiligen physikalischen Träger transparent sein muss. Beispielsweise muss der Deckel, wenn eine optische Übertragungstechnik bei einer bestimmten Wellenlänge verwendet wird, für elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge hinreichend transparent sein. Wird eine Funktechnik, beispielsweise NFC, verwendet, muss der Deckel für die Frequenzen der dabei verwendeten Strahlung hinreichend transparent sein.
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Unter dem Begriff der Kommunikationsschnittstelle soll eine elektronische Funktionseinheit verstanden werden, welche dazu dient, Daten, insbesondere Messdaten, von dem Ultraschallsensor zu empfangen und an eine weitere Einheit, im vorliegenden Fall an die Sende- und Empfangseinrichtung außerhalb des Behälters, weiterzuleiten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Füllstandsmessung werden im Folgenden, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und der Figur erläutert.
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Bei einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sende- und Empfangseinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle des Sensormoduls zusätzlich zum bidirektionalen gegenseitigen Übertragen von Daten eingerichtet. Das bedeutet, dass nicht nur Daten von dem Sensor oder dem Sendemodul nach außen übertragen werden können, sondern dass das Sensormodul auch Daten empfangen kann. Eine Rolle kann das beispielsweise spielen, wenn das Sensormodul konfiguriert oder parametriert werden soll.
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Für die bidirektionale Datenübertragung kann prinzipiell auf bekannte Protokolle zurückgegriffen werden. Besonders bevorzugt sind die Sende- und Empfangseinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle des Sensormoduls zur induktiven Nahfeldkommunikation (NFC) miteinander eingerichtet. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sende- und Empfangseinrichtung und die Kommunikationsschnittstelle des Sensormoduls zur optischen Kommunikation miteinander eingerichtet. Hierzu kann beispielsweise zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung und der Kommunikationsschnittstelle eine Glasfaserverbindung vorhanden sein. Grundsätzlich kann die optische Übertragungsstrecke aber auch durch die Luft gebildet sein. Zweckmäßig kann außerdem im Sensormodul eine Batterie integriert sein.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, die insbesondere zusammen mit einer induktiven Nahfeldkommunikation realisierbar ist, ist die Sende- und Empfangseinrichtung zum induktiven Aussenden von Energie eingerichtet und die Kommunikationsschnittstelle ist zum induktiven Empfangen von Energie zur Energieversorgung des Sensormoduls eingerichtet.
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Dadurch werden insbesondere auch Ausführungsbeispiele ermöglicht, bei denen in dem Sensormodul kein Energiespeicher, insbesondere keine Batterie oder kein Akkumulator, vorhanden ist.
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Besonders bevorzugt sind sodann Varianten, bei denen die drahtlose Verbindung zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung und dem Sensormodul die Anforderungen an eine Verbindung in einen explosionsgeschützten Bereich erfüllt. Wenn das Sensormodul im Inneren des Behälters keine eigene Energiequelle aufweist, können auch die Anforderungen (ATEX-Zulassung) für die Verbindung in einen explosionsgeschützten Bereich vergleichsweise leichter erfüllt werden.
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Zwar ist zur Verwirklichung der Erfindung nur ein Ultraschallsensor in dem Sensormodul nötig, damit jedenfalls die Füllstandsmessungen durchgeführt werden können. Die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aber gesteigert werden, wenn in dem Sensormodul mindestens ein Sensor oder mehrere Sensoren zur Messung einer oder mehrerer der folgenden Größen vorhanden ist beziehungsweise sind: Beschleunigung, Druck, Gaspartialdruck, Magnetfeld, radioaktive Strahlung, Temperatur, Umgebungslicht. Je nach Anwendung kann ein zusätzlicher oder können mehrere zusätzliche solche Sensoren vorteilhaft zum Einsatz kommen.
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Besonders bevorzugt kann oder können in der Sende- und Empfangseinrichtung ein oder mehrere weitere Sensoren vorhanden sein. Die Messdaten dieser Sensoren, die insbesondere Umgebungsdaten erfassen, können grundsätzlich in gleicher Weise wie die Daten des Sensormoduls an die entfernte Einheit übertragen werden und/oder diese Sensoren können ebenso Daten von der entfernten Einheit empfangen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, in der Sende- und Empfangseinrichtung einen oder mehrere Sensoren für folgende Messgrößen zu integrieren: Magnetfeld, Temperatur, Umgebungslicht, Beschleunigung, Druck.
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Wenn im Inneren des Behälters doch eine Energiequelle notwendig sein sollte, beispielsweise wegen Energiebedarfs der verwendeten Sensoren, kann zu diesem Zweck bevorzugt in dem Sensormodul ein Kondensator oder ein Super-Kondensator als Energiespeicher vorhanden sei. Der Kondensator oder Super-Kondensator kann mittels induktiver Energieübertragung aufgeladen werden.
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Eine weitere besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinrichtung auch zum drahtlosen Empfangen von Daten von der entfernten Einheit, insbesondere über Funk (LoRa, NB-IoT, GSM) eingerichtet ist. Bei der entfernten Einheit wird es sich in den meisten Fällen um einen Funkknoten mit einer Schnittstelle (insbesondere Internet-Schnittstelle) zu einem Rechner als übergeordnete Einheit, handeln. Das kann in einem einfachen Fall ein PC oder ein Laptop sein. Bei größeren Anwendungen mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann die entfernte Einheit ein Server oder eine Prozessleitstelle sein.
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Zur Verbesserung der Konnektivität kann die Sende- und Empfangseinrichtung weitere Schnittstellen aufweisen. Besonders zweckmäßig sind bei der Sende- und Empfangseinrichtung eine Bluetooth-Schnittstelle und/oder eine WLAN-Schnittstelle vorhanden. Grundsätzlich können die verwendeten Funkschnittstellen, je nach Einsatzzweck, unterschiedliche Reichweiten aufweisen. Für kurze Reichweiten können beispielsweise Bluetooth- oder NFC (Near Field Communication) vorhanden sein und zum Einsatz kommen.
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Für größere Distanzen (einige Kilometer), können zum Beispiel NB-IoT (Narrowband Internet of Things), LoRa (Long Range Wide Area Network) oder GSM (Global System for Mobile Communications) Schnittstellen vorhanden sein und verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl eine Funkschnittstelle für kurze Distanzen als auch eine Funkschnittstelle für größere Distanzen vorhanden ist. Je nach konkreten Gegebenheiten des Einsatzes kann dann eine der beiden Funkschnittstellen zum Beispiel auch für Konfiguration und Inbetriebnahme der Vorrichtung verwendet werden. Bevorzugt kann die kurzreichweitige Funkschnittstelle zur Konfiguration und für die Inbetriebnahme verwendet werden.
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Vorteilhaft kann auch sein, wenn die Sende- und Empfangseinrichtung außerdem eine Einrichtung zur Indoor-Positionsbestimmung, insbesondere unter Verwendung von Bluetooth-Beacons, aufweist. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung dann in einer Anwendungssituation mit sehr vielen Sensoren, etwa in einer Fabrikhalle, unaufwändig, insbesondere vom Arbeitsplatz am Rechner aus, lokalisiert werden.
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Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung weist die Sende- und Empfangseinrichtung eine Einrichtung, insbesondere einen GPS-Chip, auf, welche eine Positionsbestimmung der Sende- und Empfangseinrichtung mittels GPS oder ähnlicher Systeme erlaubt. Eine Positionsbestimmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit unabhängig von lokalen Systemen mit kurzer Reichweite, wie Bluetooth, möglich.
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Bei besonders bevorzugten Varianten kommt als Sende- und Empfangseinrichtung ein IoT-Modul zur Anwendung (IoT = Internet of Things). Die wesentlichen Vorteile solcher IoT-Module können darin gesehen werden, dass sie vergleichsweise kostengünstig in vielen Varianten erhältlich sind und von vornherein schon eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen Funktionalitäten aufweisen.
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Unter einem loT- Modul wird allgemein eine Einrichtung verstanden, welche eine Datenverbindung zwischen einem physischen Gerät, beispielsweise einem Sensor, einem Aktor oder einer Kombination davon, zu einem digitalen Netz, insbesondere dem Internet bereitstellt. Für die Kommunikation mit dem Datennetz, insbesondere im Internet, weist ein IoT-Modul geeignete Schnittstellen auf, die in der Lage sind, mit den jeweils nachrichtentechnisch notwendigen Protokollen zu arbeiten. Die Datenverbindung kann insbesondere drahtlos sein. Es müssen dann naturgemäß geeignete Sender und Empfänger vorhanden sein.
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Das IoT-Modul kann also insbesondere mindestens eine Funkschnittstelle, mindestens einen Sensor und optional eine Batterie aufweisen.
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Prinzipiell kann auch eine Einheit aus einer Sende- und Empfangseinheit mit den jeweils zum Einsatz kommenden Mobilfunk-Schnittstellen, weiteren Schnittstellen, wie Bluetooth, den internen Sensoren und gegebenenfalls einer Batterie als loT- Modul bezeichnet werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit der beigefügten schematischen Figur beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Füllstandsmessung.
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Das in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Füllstandsmessung, weist als wesentliche Komponenten einen Behälter 50 zum Aufnehmen des Füllguts 40 und ein Sensormodul 60 mit einem Füllstandssensor 30 zum Messen eines Füllstands h des Füllguts 40 in dem Behälter 50 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Füllstandssensor ein Ultraschallsensor 30. Im Prinzip können aber, abhängig im Wesentlichen von der Geometrie des Behälters 50 und der Natur des Füllguts 40, auch andere Sensoren, wie oben beschrieben, verwendet werden. Das Sensormodul 60 und damit auch der Ultraschallsensor 30 sind in dem Beispiel der 1 innerhalb des Behälters 50 in einem oberen Bereich, nämlich an einem Deckel 52 des Behälters 50, angeordnet.
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Das Füllgut 40, bei dem es sich im gezeigten Beispiel um eine Flüssigkeit, handeln soll, befindet sich aufgrund Schwerkrafteinwirkung in dem Behälter 50 unten und steht in dem Behälter bis zu einer Füllhöhe h, also bis zu einem Pegel p.
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Außerhalb des Behälters 50 ist erfindungsgemäß eine Sende- und Empfangseinrichtung 80 vorhanden.
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Das Sensormodul 60 weist außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 70 auf, die erfindungsgemäß dazu eingerichtet ist, Daten des Sensormoduls 60, insbesondere Messdaten des Ultraschallsensors 30, an eine Sende- und Empfangseinrichtung 80, die außerhalb des Behälters 50 angeordnet ist, zu senden. Die Messdaten des Ultraschallsensors 30 betreffen im Wesentlichen einen Abstand d des Ultraschallsensors 30 von einer Oberfläche des Füllguts 40 und damit eine Information über die Füllhöhe h des Füllguts 40 in dem Behälter 50.
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Die Sende- und Empfangseinrichtung 80 ist ihrerseits erfindungsgemäß eingerichtet zum drahtlosen Empfangen von Daten des Sensormoduls 60 und zum drahtlosen Übertragen von Daten, insbesondere über eine Funkschnittstelle, an eine entfernte Einheit 90, die ihrerseits bevorzugt eine Internetanbindung 95 aufweist.
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Im gezeigten Beispiel sind die Sende- und Empfangseinrichtung 80 und die Kommunikationsschnittstelle 70 des Sensormoduls 60 zur induktiven Nahfeldkommunikation (NFC) miteinander eingerichtet. Mittels induktiver Nahfeldkommunikation können somit zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung 80 und der Kommunikationsschnittstelle 70 bidirektional und mindestens monodirektional, nämlich von der Sende- und Empfangseinrichtung 80 zur Kommunikationsschnittstelle 70, auch Energie übertragen werden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich oberhalb des Pegels p eine Atmosphäre 42, welche wegen des Dampfdrucks des Füllguts 40 explosionsfähig sein kann. In diesem Fall muss das Innere des Behälters 50 als explosionsgeschützter Bereich ausgelegt werden, für den Sicherheitsvorkehrungen zu treffen sind. Das bedeutet, dass an den Energie- und Leistungseintrag in das Innere des Behälters 50 und damit an die drahtlose Verbindung 68 zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung 80 und dem Sensormodul 60 bestimmte Anforderungen gestellt sind.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sensormodul 60 selbst keinen Energiespeicher, insbesondere keine Batterie und keinen Akkumulator, aufweist. Das Sensormodul 60 würde dann vollständig über die drahtlose Verbindung 68 mit Energie versorgt werden. Letztere Anordnung kann von Vorteil sein, um die Anforderungen an eine Verbindung in den explosionsgeschützten Bereich zu erfüllen (ATEX-Zulassung).
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In dem Sensormodul 60 kann für eine mindestens vorübergehende Energieversorgung ein Super-Kondensator oder Kondensator 65, auch bekannt unter dem Handelsnamen Gold-Cap, als Energiespeicher vorhanden sein. Eine Eigenschaft solcher Super- Kondensatoren ist, dass sie mit geringen Strömen geladen werden und hohe Impulsströme liefern können.
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Zusätzlich zu dem Ultraschallsensor 30 können in dem Sensormodul ein Temperatursensor 62, ein Drucksensor 63 und ein Gaspartialdrucksensor 64 vorhanden sein. Mithilfe des Gaspartialdrucksensors 64 kann beispielsweise der Dampfdruck des Füllguts 40 in dem Volumen oberhalb des Füllstands h gemessen werden. Auch diese Sensoren 62, 63, 64 können über die Kommunikationsstelle 70 konfiguriert werden und Messdaten dieser Sensoren 62, 63, 64 können über die Kommunikationsschnittstelle 70 nach außen zur Sende- und Empfangseinrichtung 80 übertragen werden.
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Das Sensormodul 60 ist in einem Gehäuse 61 untergebracht, welches zweckmäßig aus einem Material gebildet ist, das gegen den oder die in dem Füllgut 40 oder dem Behälter 50 enthaltenen Stoffe chemisch resistent ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Sende- und Empfangseinrichtung 80 um ein IoT-Modul, das mit einer entfernten Einheit 90 über Funk kommuniziert. Die entfernte Einheit 90 wird im Beispiel der 1 durch einen Funkknoten verwirklicht, der mit der Sende- und Empfangseinrichtung 80 über eine Funkverbindung 98 in beide Richtungen Daten austauschen kann. Der Funkknoten 90 kann seinerseits über eine Internetschnittstelle 95 mit einer übergeordneten Einheit 96, beispielsweise einem PC, oder einer Prozessleitstelle, verbunden sein. Für die Verbindung 98 ist in der Sende- und Empfangseinrichtung 80 eine Schnittstelle 84 für eine langreichweitige Funkverbindung, beispielsweise LoRa, NB-IoT oder GSM, vorhanden. Alternativ oder ergänzend können auch eine Bluetooth-Schnittstelle 81 oder eine WLAN-Schnittstelle 82 verwendet werden, welche in dem IoT-Modul gebildet sind und mit denen eine kurzreichweitige Funkverbindung verwirklicht werden kann. Somit ist eine Funkanbindung in öffentliche oder private Funknetze möglich.
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Die Daten (Messdaten und Konfigurationsdaten) können somit über an sich bekannte Technologien prinzipiell in der Cloud abgespeichert (heraufgeladen) und aus der Cloud heruntergeladen werden.
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Mit dem Bezugszeichen 85 sind schematisch optionale weitere Sensoren bezeichnet, mit denen eine oder mehrere der folgenden Messgrößen erfasst werden kann beziehungsweise können: Magnetfeld, Temperatur, Umgebungslicht, Beschleunigung, Druck. Diese weiteren Sensoren können somit Umgebungsparametern erfassen. Die Datenübertragung von und zu diesen weiteren Sensoren 85 kann grundsätzlich in derselben Weise erfolgen wie zum Sensormodul 60. Schließlich weist die Sende- und Empfangseinrichtung 80 in dem in 1 gezeigten Beispiel auch eine Stromversorgung 86 auf. Im Modul kann im Rahmen der ATEX-Betrachtung das IoT-Modul der Gerätegruppe II, Kategorie 2 oder 3, und das Sensormodul 60 kann der Gerätegruppe II, Kategorie 1, zugeordnet werden.
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In dem gezeigten Beispiel weist das IoT-Modul außerdem eine Einrichtung 83 auf, mit welcher eine räumliche Position der Vorrichtung 100 mittels GPS oder ähnlicher Systeme, zum Beispiel einem globalen Satellitennavigationssystem (GNSS), möglich ist. Insbesondere in Systemen mit einer großen Anzahl von Vorrichtungen 100, die zum Beispiel in einem großen räumlichen Bereich verteilt angeordnet sind, beispielsweise einer chemischen Anlage, kann das vorteilhaft sein.
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Eine Spannungsversorgung für das IoT-Modul kann über eine interne Batterie oder über eine externe Spannungsversorgung verwirklicht werden. Beispielsweise kann eine externe 24 Volt-Spannungsversorgung vorhanden sein. Bei Tanks, Zementsilos, IBC-Containern und Abfallbehältern sind in der Regel keine Spannungsversorgung vorhanden. In diesen Fällen können Batterien verwendet werden.
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Zur Positionierung kann zusätzlich oder alternativ in dem IoT-Modul schließlich außerdem eine Einrichtung zur Indoor-Positionsbestimmung vorhanden sein, welche mit Bluetooth-Beacons zusammenwirkt, die in einer Umgebung der Vorrichtung 100 angeordnet sind.
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Schließlich kann in dem loT- Modul in an sich bekannter Weise, eine Locator-Funktion verwirklicht sein. Eine Locator- oder Lokalisierungsfunktion kann mit unterschiedlichen Technologien verwirklicht sein. Beispielsweise kann das IoT-Modul eine von außen lokalisierbare elektronische Komponente aufweisen, deren Lokalisierung über ein Funknetz abgefragt werden kann. Bei einer anderen Möglichkeit können GPS-Chips und das Mobilfunknetz zur deren Lokalisierung verwendet werden. Wenn das IoT-Modul lokalisiert werden soll, kann man es per Funk veranlassen, seine GPS-Daten zu senden. Bei einer einfachen Variante können an dem IoT-Modul Leuchtdioden vorhanden sein, die man zur Lokalisierung des IoT-Moduls blinken lassen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 kann vorteilhaft eingesetzt werden für Füllstandsmessungen in Tanks und Behältern, insbesondere im explosionsgeschützten Bereich (Ex-Bereich). Wenn in dem Tank explosive Stoffe gelagert sind, wird das Innere des Tanks gemäß ATEX-Richtlinie als Zone 0 („dauerhafter Kontakt mit dem Medium“) klassifiziert. Die Umgebung des Tanks wird dann als Zone 1 oder Zone 2 klassifiziert.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige Vorrichtung zur Füllstandsmessung geschaffen, bei der zwischen dem Füllstandssensor und eventuell weiteren Sensoren und einer übergeordneten Einheit (hier die Sende- und Empfangseinheit 80) keine elektrischen Leitungen notwendig sind und Information und gegebenenfalls auch Energie drahtlos übertragen wird. Grundsätzlich ist zur Verwirklichung der Erfindung im Inneren des Behälters keine Energiequelle notwendig. Auch eine Parametrierung oder Konfigurierung des Sensors oder der Sensoren innerhalb des Behälters ist drahtlos möglich.
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Weil keine elektrischen Leitungen notwendig sind und Energie nur drahtlos übertragen wird, vereinfacht sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens potentiell auch die Situation betreffend die ATEX-Zulassung (ATEX-Richtlinie der Europäischen Union; in Deutschland umgesetzt durch die elfte Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (Explosionsschutzprodukteverordnung)).
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Bezugszeichenliste
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- 30
- Füllstandssensor = Ultraschallsensor
- 40
- Füllgut
- 42
- Atmosphäre oberhalb des Füllguts
- 50
- Behälter
- 52
- Deckel des Behälters
- 60
- Sensormodul
- 61
- Gehäuse des Sensormoduls
- 62
- Temperatursensor
- 63
- Drucksensor
- 64
- Beschleunigungssensor
- 65
- Superkondensator
- 68
- drahtlose Verbindung zwischen Sende- und Empfangseinrichtung und dem Sensormodul
- 70
- Kommunikationsschnittstelle
- 80
- Sende- und Empfangseinrichtung, insbesondere IoT-Modul
- 81
- Bluetooth-Schnittstelle
- 82
- WLAN-Schnittstelle
- 83
- GPS-Modul
- 84
- LoRa, NB-IoT oder GSM
- 85
- optionale weitere Sensoren: Magnetfeld, Temperatur, Umgebungslicht, Beschleunigung, Druck
- 86
- Stromversorgung
- 90
- entfernte Einheit: Funkknoten (Senden und Empfangen)
- 95
- Internet-Schnittstelle
- 96
- übergeordnete Einheit: PC, Server, Prozessleitstelle, Cloud
- 98
- drahtlose Verbindung zwischen Sende- und Empfangseinrichtung und entfernter Einheit 90
- 100
- erfindungsgemäßer Vorrichtung
- d
- Abstand zwischen Ultraschallsensor 30 und Pegel p
- h
- Füllstand
- p
- Pegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3812293 A1 [0003]
- DE 102016122110 A1 [0003]
