DE102019207892A1 - Füllstandsmesseinrichtung und Verfahren zum Messen eines Füllstands - Google Patents

Füllstandsmesseinrichtung und Verfahren zum Messen eines Füllstands Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Füllstandsmesseinrichtung (30) mit einem Ultraschallsender (31) zum Erzeugen von Ultraschallpulsen (Pout), einem in einer Flüssigkeit (40) schwimmfähigen Reflexionsschwimmkörper (32), einer Ultraschallempfangseinrichtung (33) zum Messen von Ultraschallreflexionssignalen (Pin) unter Bildung eines Messsignals (M(t)) pro Ultraschallpuls und einer Auswerteinrichtung (34) zum Auswerten der Messsignale, wobei der Reflexionsschwimmkörper während des Schwimmens in der Flüssigkeit mit einem Oberflächenabschnitt (300) aus der Flüssigkeit herausragt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Oberflächenabschnitt eine vordefinierte Oberflächenstruktur (310) aufweist, die den zeitlichen Verlauf eines reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils (P(x,y)) beeinflusst, und zwar dergestalt, dass der Ultraschallpulsanteil einen charakteristischen Signalverlauf (Mc(t)) aufweist, der charakteristische Signalverlauf als Referenzverlauf (R(t)) in der Auswerteinrichtung (34) gespeichert ist und die Auswerteinrichtung den zeitlichen Verlauf der Messsignale (M(t)) auf das Vorhandensein des Referenzverlaufs (R(t)) hin untersucht und eine Füllstandsangabe (F) anhand der Zeitdauer ermittelt, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse (Pout) und dem Empfangen des charakteristischen Signalverlaufs (Mc(t)) vergeht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Füllstandsmesseinrichtungen und Verfahren zum Messen von Füllständen.
  • Die Europäische Patentanmeldung EP 1 826 539 A2 offenbart eine Füllstandsmesseinrichtung mit einem Ultraschallsender zum Erzeugen von Ultraschallpulsen, einem in einer Flüssigkeit schwimmfähigen Reflexionsschwimmkörper, einer Ultraschallempfangseinrichtung zum Messen von Ultraschallreflexionssignalen unter Bildung eines Messsignals pro Ultraschallpuls und einer Auswerteinrichtung zum Auswerten der Messsignale, wobei der Reflexionsschwimmkörper während des Schwimmens in der Flüssigkeit mit einem Oberflächenabschnitt aus der Flüssigkeit herausragt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füllstandsmesseinrichtung anzugeben, bei der Fehlmessungen besonders unwahrscheinlich sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Füllstandsmesseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Füllstandsmesseinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aus der Flüssigkeit herausragende Oberflächenabschnitt des Reflexionsschwimmkörpers eine vordefinierte Oberflächenstruktur aufweist, die den zeitlichen Verlauf eines von diesem Oberflächenabschnitt reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils beeinflusst, und zwar dergestalt, dass der von dem Oberflächenabschnitt reflektierte oder zurückgestreute Ultraschallpulsanteil einen für die vordefinierte Oberflächenstruktur charakteristischen Signalverlauf aufweist, der charakteristische Signalverlauf als Referenzverlauf in der Auswerteinrichtung gespeichert ist und die Auswerteinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie den zeitlichen Verlauf der Messsignale der Ultraschallempfangseinrichtung auf das Vorhandensein des Referenzverlaufs hin untersucht und eine Füllstandsangabe anhand der Zeitdauer ermittelt, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse und dem Empfangen des charakteristischen Signalverlaufs vergeht.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Füllstandsmesseinrichtung ist darin zu sehen, dass der Reflexionsschwimmkörper als solcher und damit seine Lage und räumlicher Abstand anhand der vordefinierten Oberflächenstruktur und dem darauf beruhenden charakteristischen Signalverlauf besonders zuverlässig richtig erkannt werden kann und Fehlmessungen, beispielsweise aufgrund von Hindernissen wie Leitern, Anbauteilen oder Rührflügeln von Rührapparaten, unwahrscheinlich sind.
  • Die Füllstandsmesseinrichtung lässt sich vorteilhaft bei hohen, schmalen Behältern einsetzen, die höher, insbesondere mindestens 10-mal höher, als breit und tief sind.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die vordefinierte Oberflächenstruktur ein Höhenprofil aufweist, das zu einer zumindest zwei Signalspitzen aufweisenden Kammstruktur im charakteristischen Signalverlauf führt.
  • Die Auswerteinrichtung ist vorzugsweise geeignet, die Kammstruktur im Messsignal zu erkennen und die Füllstandsangabe anhand der Zeitdauer zu ermitteln, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse und dem Empfangen der jeweiligen Kammstruktur vergeht.
  • Die vordefinierte Oberflächenstruktur weist vorzugsweise ein Stufenprofil mit zumindest einer Stufe zwischen zwei benachbarten, vorzugsweise planen, Plateauflächen auf.
  • Die Stufenhöhe der zumindest einen Stufe und/oder der zeitliche Abstand zwischen zwei Signalspitzen, die von den durch die zumindest eine Stufe getrennten benachbarten Plateauflächen erzeugt werden, ist vorzugsweise in der Auswerteinrichtung abgespeichert.
  • Die Auswerteinrichtung erkennt bevorzugt die vordefinierte Oberflächenstruktur zumindest auch anhand des zeitlichen Abstands der zwei Signalspitzen im Messsignal.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die vordefinierte Oberflächenstruktur ein Stufenprofil mit einer Vielzahl an Stufen, die jeweils benachbarte, vorzugsweise plane, Plateauflächen voneinander trennen, aufweist.
  • Bei der letztgenannten Variante ist es besonders vorteilhaft, wenn die Stufenhöhen der Stufen und/oder der zeitliche Abstand zwischen Signalspitzen, die von den durch die Stufen getrennten Plateauflächen erzeugt werden, in der Auswerteinrichtung abgespeichert sind, und die Auswerteinrichtung die vordefinierte Oberflächenstruktur zumindest auch anhand des zeitlichen Abstands der Signalspitzen im Messsignal erkennt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung die vordefinierte Oberflächenstruktur bzw. deren charakteristischen Signalverlauf im Messsignal anhand eines Mustererkennungsverfahrens erkennt, insbesondere eines solchen, das seitens der Auswerteinrichtung durch maschinelles Lernen erlernt worden ist.
  • Bei einer als besonders vorteilhaft angesehen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper scheibenförmig ist und zwei einander gegenüber liegende Außenflächen aufweist, jede der zwei Außenflächen jeweils dieselbe vordefinierte Oberflächenstruktur aufweist und sich der Reflexionsschwimmkörper, wenn er in die Flüssigkeit fällt, in der Flüssigkeit selbst ausrichtet, und zwar derart, dass eine beliebige der zwei Oberflächen aus der Flüssigkeit herausragt und die jeweils andere der Flüssigkeit zugewandt ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Reflexionsschwimmkörper in beliebiger Art und Weise, beispielsweise von oben von einer Behälteröffnung, in die Flüssigkeit hineingeworfen werden, weil er sich selbst stets richtig ausrichten kann. Darüber hinaus kann er wegen seiner Scheibenförmigkeit im Querschnitt relativ groß ausgeführt werden, so dass die vordefinierte Oberflächenstruktur ebenfalls sehr groß und damit mit sehr vielen Charakteristika, anhand derer der Reflexionsschwimmkörper zuverlässig erkannt werden kann, versehen sein kann.
  • Um zu vermeiden, dass der Reflexionsschwimmkörper zu nah an eine Seitenwand eines Behälters und ggf. zu nah an dort vorhandene Hindernisse, die zu einem Verdecken des Reflexionsschwimmkörpers führen könnten, schwimmen kann, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Reflexionsschwimmkörper zumindest ein Abstandselement aufweist, das bei schwimmendem Reflexionsschwimmkörper einen vorgegebenen Mindestabstand zwischen der vordefinierten Oberflächenstruktur und dem durch dieses Abstandselement definierten äußeren Rand des Reflexionsschwimmkörpers gewährleistet.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper mindestens drei, vorzugsweise drehsymmetrisch zu einer Mittelachse des Reflexionsschwimmkörpers angeordnete, Abstandselemente aufweist, die bei schwimmendem Reflexionsschwimmkörper jeweils einen vorgegebenen Mindestabstand zwischen der vordefinierten Oberflächenstruktur und dem durch das jeweilige Abstandselement definierten äußeren Rand des Reflexionsschwimmkörpers gewährleistet.
  • Die vordefinierte Oberflächenstruktur weist vorzugsweise ein Stufenprofil auf, dessen Stufen konzentrische kreisförmige oder elliptische Ringe bilden.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung mit einer Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung und einer Füllstandsmesseinrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Füllstandsmesseinrichtung so ausgestaltet ist, wie oben erläutert wurde. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Füllstandsmesseinrichtung entsprechend.
  • Bei der Anordnung ist es vorteilhaft, wenn die Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung ein Behälter mit einer seitlichen Behälterwand ist und der Querschnitt des schwimmfähigen Reflexionsschwimmkörpers derart bemessen ist, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur des in der Flüssigkeit schwimmenden Reflexionsschwimmkörpers einen vorgegebenen Mindestabstand von der Behälterwand aufweist.
  • Der Reflexionsschwimmkörper ist vorzugsweise im Behälter ungeführt freischwimmend und seine Lage relativ zur seitlichen Behälterwand veränderlich.
  • Der Behälter ist vorzugsweise mit einem ins Innere ragenden Anbauteil, beispielsweise einer Leiter, oder Rührflügeln eines Rührapparats ausgestattet.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Messen eines Füllstands, wobei bei dem Verfahren Ultraschallpulse erzeugt werden, ein in einer Flüssigkeit schwimmfähiger Reflexionsschwimmkörper in der Flüssigkeit schwimmt, Ultraschallreflexionssignale unter Bildung eines Messsignals pro Ultraschallpuls gemessen werden und die Messsignale ausgewertet werden, wobei der Reflexionsschwimmkörper während des Schwimmens in der Flüssigkeit mit einem Oberflächenabschnitt aus der Flüssigkeit herausragt.
  • Erfindungsgemäß ist bei einem solchen Verfahren vorgesehen, dass der aus der Flüssigkeit herausragende Oberflächenabschnitt des Reflexionsschwimmkörpers eine vordefinierte Oberflächenstruktur aufweist, die den zeitlichen Verlauf eines von diesem Oberflächenabschnitt reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils beeinflusst, und zwar dergestalt, dass der von dem Oberflächenabschnitt reflektierte oder zurückgestreute Ultraschallpulsanteil einen für die vordefinierte Oberflächenstruktur charakteristischen Signalverlauf aufweist, der charakteristische Signalverlauf als Referenzverlauf in der Auswerteinrichtung gespeichert ist und der zeitliche Verlauf der Messsignale auf das Vorhandensein des Referenzverlaufs hin untersucht wird und eine Füllstandsangabe anhand der Zeitdauer ermittelt wird, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse und dem Empfangen des jeweiligen Referenzverlaufs vergeht.
  • Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Füllstandsmesseinrichtung entsprechend.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
    • 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung, anhand derer ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert wird,
    • 2 den Reflexionsschwimmkörper der Anordnung gemäß 1 in einer Draufsicht,
    • 3 den Zeitverlauf eines Messsignals, das nach Aussenden eines Ultraschallpulses bei der Anordnung gemäß 1 empfangen werden kann,
    • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung, anhand derer ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert wird,
    • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung, anhand derer ein drittes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert wird, und
    • 6 den Reflexionsschwimmkörper der Anordnung gemäß 5 in einer Draufsicht.
  • In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung 10, die eine Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung in Form eines Behälters 20 und eine Füllstandsmesseinrichtung 30 aufweist.
  • Der Behälter 20 wird seitlich von einer seitlichen Behälterwand 21 begrenzt, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit einer Leiter 22 versehen ist. Die Leiter 22 ermöglicht es Wartungspersonal, von einer oberen Behälteröffnung 23 aus im Behälterinneren herab zum Behälterboden 24 abzusteigen.
  • Bei dem in der 1 gezeigten Zustand ist der Behälter 20 zu circa einem Drittel seiner Aufnahmekapazität mit einer Flüssigkeit 40 gefüllt. Die Füllstandsmesseinrichtung 30 ist oberhalb der Flüssigkeit 40 angeordnet, beispielsweise im Bereich einer oberen Behälterabdeckung 25 oder eines oberen Behälterdeckels.
  • Die Füllstandsmesseinrichtung 30 umfasst einen Ultraschallsender 31 zum Erzeugen von Ultraschallpulsen Pout, einen in der Flüssigkeit 40 schwimmenden, scheibenförmigen Reflexionsschwimmkörper 32, eine Ultraschallempfangseinrichtung 33 zum Messen von Ultraschallreflexionssignalen Pin unter Bildung eines von der Zeit t abhängigen Messsignals M(t) pro Ultraschallpuls und eine Auswerteinrichtung 34 zum Auswerten der Messsignale M(t).
  • Der Reflexionsschwimmkörper 32 ist schwimmfähig und ragt während des Schwimmens in der Flüssigkeit 40 mit einem oberen Oberflächenabschnitt 300 aus der Flüssigkeit 40 heraus. Der Reflexionsschwimmkörper 32 ist vorzugsweise im Behälter 20 ungeführt freischwimmend und kann seine Lage relativ zur seitlichen Behälterwand 21 ändern. Gewisse Messfehler wegen eines Winkelfehlers können so zwar auftreten, sind aber in der Regel für die Messung eines Flüssigkeitsstands oft akzeptabel.
  • Der aus der Flüssigkeit 40 herausragende Oberflächenabschnitt 300 des Reflexionsschwimmkörpers 32 weist eine vordefinierte Oberflächenstruktur 310 auf, die den zeitlichen Verlauf eines von dieser Oberflächenstruktur 310 reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils P(x,y) beeinflusst, und zwar dergestalt, dass dieser Ultraschallpulsanteil P(x,y) einen für die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 charakteristischen Signalverlauf Mc(t) im Messsignals M(t) (siehe 3) aufweist.
  • Der charakteristische Signalverlauf Mc(t) ist als Referenzverlauf R(t) in einem Speicher 34a der Auswerteinrichtung 34 abgespeichert. Der Referenzverlauf R(t) kann beispielsweise durch vorab durchgeführte Referenzmessungen und/oder Simulationsrechnungen erzeugt worden sein.
  • Die Auswerteinrichtung 34 weist vorzugsweise eine Recheneinrichtung 34b auf, die - bei Ausführung eines vorzugsweise ebenfalls im Speicher 34a abgespeicherten Steuerprogrammmoduls SPM - den zeitlichen Verlauf der Messsignale M(t) der Ultraschallempfangseinrichtung 33 auf das Vorhandensein des Referenzverlaufs R(t) hin untersucht und eine Füllstandsangabe F anhand der Zeitdauer ermittelt, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse Pout und dem Empfangen des charakteristischen Signalverlaufs Mc(t) bzw. des wiedererkannten Referenzverlaufs R(t) vergeht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 weist die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 des Reflexionsschwimmkörpers 32 ein stufenförmiges Höhenprofil mit drei, vorzugsweise planen, Plateauflächen 320, 321 und 322 auf, von denen die innenliegende Plateaufläche 320 in der Draufsicht vorzugsweise elliptisch oder kreisförmig und die außenliegenden Plateauflächen 321 und 322 ringförmig, vorzugsweise kreisförmig oder elliptisch ringförmig, sind.
  • Die 2 zeigt den Reflexionsschwimmkörper 32 gemäß der 1 ist einer Draufsicht.
  • In der 3 ist beispielhaft ein typisches Messsignal M(t) über der Zeit t dargestellt, das nach Aussenden eines Ultraschallpulses empfangen wird.
  • Die 3 zeigt insbesondere, dass die Stufen des Höhenprofils der Oberflächenstruktur 310 zu zeitlich voneinander getrennten Signalspitzen E2, E3, E4 und E5 und damit zu einer Kammstruktur im charakteristischen Signalverlauf Mc(t) führen. Die Signalspitzen E2, E3 und E4 werden dabei von dem stufenförmigen Höhenprofil selbst hervorgerufen, die Signalspitze E5 beruht auf der Reflexion an der Oberfläche 40a der Flüssigkeit 40. Die zum Zeitpunkt T1 auftretende Signalspitze E1 ist bei dem beispielhaften Messverlauf gemäß 3 eine Störung, die von einer Leitersprosse der Leiter 22 hervorgerufen wird und bei der Messung des Füllstands nicht zu berücksichtigen ist.
  • Die Auswerteinrichtung 34 kann die Füllstandsangabe F anhand jeder der Zeitdauern T2, T3, T4 und/oder T5 ermitteln, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse Pout und dem Empfangen der zugehörigen Signalspitzen E2, E3, E4 und E5 vergangen ist. Werden die Signalspitzen E2, E3 oder E4 herangezogen, ist es vorteilhaft, wenn die Stufenhöhen SH1 und SH2 der Plateauflächen 320, 321 und 322 und die Dichte der Flüssigkeit 40 bzw. die Schwimmhöhe H des Reflexionsschwimmkörpers 32 über der Flüssigkeitsoberfläche 40a bekannt sind und berücksichtigt werden.
  • Zusätzlich oder alternativ, insbesondere wenn die Schwimmhöhe H des Reflexionsschwimmkörpers 32 nicht exakt bekannt ist, kann die Auswerteinrichtung 34 die Füllstandsangabe F anhand der Zeitdauer T5 ermitteln, wobei die „richtige“ Signalspitze E5 - im Unterschied zu der „falschen“, von der Leiter 22 hervorgerufenen Signalspitze E1 - anhand der zeitlich früher liegenden Signalspitzen E2, E3 und E4 identifiziert wird .
  • Vorteilhaft ist es, wenn im Speicher 34a der Auswerteinrichtung 34 die Stufenhöhen SH1 und SH2 der Stufen und/oder die zu erwartenden zeitlichen Abstände dt1 und dt2 zwischen den Signalspitzen E2, E3 und E4, die von den durch die Stufen getrennten Plateauflächen 320, 321 und 322 erzeugt werden, abgespeichert sind; dies ermöglicht es der Auswerteinrichtung 34, die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 anhand der zeitlichen Abstände dt1 und dt2 der Signalspitzen E2, E3 und E4 im Messsignal Mc(t) besonders einfach zu erkennen.
  • Die Auswerteinrichtung kann die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 bzw. deren charakteristischen Signalverlauf Mc(t) im Messsignal M(t) alternativ oder zusätzlich auch anhand eines Mustererkennungsverfahrens erkennen, insbesondere eines solchen, das seitens der Auswerteinrichtung 34 durch maschinelles Lernen erlernt worden ist.
  • Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Anordnung 10, die eine Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung in Form eines Behälters 20 und eine Füllstandsmesseinrichtung 30 aufweist. Der Reflexionsschwimmkörper 32 der Füllstandsmesseinrichtung 30 gemäß 4 ist scheibenförmig und weist zwei einander gegenüber liegende Außenflächen 32a und 32b auf. Jede der zwei Außenflächen 32a und 32b ist jeweils mit derselben vordefinierten Oberflächenstruktur 310 ausgestattet. Die Oberflächenstruktur 310 kann der Oberflächenstruktur 310 gemäß den 1 und 2 entsprechen.
  • Wird der Reflexionsschwimmkörper 32 beispielsweise von der Behälteröffnung 23 aus in den Behälter 20 hineingeworfen und fällt in die Flüssigkeit 40, so richtet er sich in der Flüssigkeit selbst aus, und zwar derart, dass eine beliebige der zwei Außenflächen 32a und 32b aus der Flüssigkeit 40 herausragt und die jeweils andere der Flüssigkeit 40 zugewandt ist.
  • Da die zwei Außenflächen 32a und 32b dieselbe vordefinierte Oberflächenstruktur 310 aufweisen, ist es unerheblich, welche der zwei Außenflächen 32a und 32b schlussendlich aus der Flüssigkeit 40 herausragt und zur Flüssigkeitsmessung herangezogen wird; denn die Messergebnisse sind identisch. Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 entsprechend.
  • Die 5 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Anordnung 10, die eine Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung in Form eines Behälters 20 und eine Füllstandsmesseinrichtung 30 aufweist. Der Reflexionsschwimmkörper 32 der Füllstandsmesseinrichtung 30 gemäß 5 weist Abstandselemente 500 auf, die den Querschnitt des Reflexionsschwimmkörpers derart vergrößern, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 stets einen vorgegebenen Mindestabstand, der durch die Länge der Abstandselemente 500 in horizontaler Richtung bei schwimmendem Reflexionsschwimmkörper festgelegt wird, von der Behälterwand 21 aufweist.
  • Schwimmt der Reflexionsschwimmkörper 32 gegen die Behälterwand 21, so können die Abstandselemente 500 beispielsweise sicherstellen, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur 310 nicht von Hindernissen im Bereich der Behälterwand 21, beispielsweise der Leiter 22 oder anderen Hindernissen, abgeschirmt werden kann und stets von den Ultraschallpulsen Pout erfasst werden kann, so dass es zu einem Zurücksenden des charakteristischen Signalverlaufs Mc(t) gemäß 3 auch im Randbereich des Behälters 20 kommt.
  • Darüber hinaus reduzieren die Abstandselemente 500 den Schwimmbereich des Reflexionsschwimmkörpers 32 und damit den der vordefinierten Oberflächenstruktur 310, so dass trotz ansonsten fehlender Führung des Reflexionsschwimmkörpers 32 etwaige Messfehler wegen eines Winkelfehlers während der Messung in vorteilhafter Weise kleiner als bei dem „freier“ schwimmenden Reflexionsschwimmkörper 32 gemäß 1 sein werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Größe der Reflexionsschwimmkörper 32 in den 1 und 4 aus zeichnerischen Gründen sehr groß gewählt wurde, um die Bezugszeichen hinzufügen zu können; in der Regel können die Reflexionsschwimmkörper 32 auch bei den Anordnungen gemäß den 1 und 4 deutlich kleiner als dargestellt ausgeführt werden, beispielsweise deutlich kleiner als der Behälterquerschnitt, zum Beispiel so groß wie in der 5 dargestellt.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper 32 mindestens drei, vorzugsweise drehsymmetrisch zu einer Mittelachse M des Reflexionsschwimmkörpers angeordnete, Abstandselemente 500 aufweist, wie dies beispielhaft in der 6 gezeigt ist.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Anordnung
    20
    Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung / Behälter
    21
    seitliche Behälterwand
    22
    Leiter
    23
    obere Behälteröffnung
    24
    Behälterboden
    25
    obere Behälterabdeckung
    30
    Füllstandsmesseinrichtung
    31
    Ultraschallsender
    32
    Reflexionsschwimmkörper
    32a
    Außenfläche
    32b
    Außenfläche
    33
    Ultraschallempfangseinrichtung
    34
    Auswerteinrichtung
    34a
    Speicher
    34b
    Recheneinrichtung
    40
    Flüssigkeit
    40a
    Oberfläche
    300
    Oberflächenabschnitt
    310
    Oberflächenstruktur
    320
    Plateaufläche
    321
    Plateaufläche
    322
    Plateaufläche
    500
    Abstandselement
    dt1
    Abstand
    dt2
    Abstand
    E1-E5
    Signalspitzen
    F
    Füllstandsangabe
    H
    Schwimmhöhe
    M
    Mittelachse
    Mc(t)
    Signalverlauf
    M(t)
    Messsignal
    Pin
    Ultraschallreflexionssignale
    Pout
    Ultraschallpulse
    P(x,y)
    Ultraschallpulsanteil
    R(t)
    Referenzverlauf
    SH1
    Stufenhöhe
    SH2
    Stufenhöhe
    SPM
    Steuerprogrammmodul
    t
    Zeit
    T1-T5
    Zeitdauer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1826539 A2 [0002]

Claims (15)

  1. Füllstandsmesseinrichtung (30) mit - einem Ultraschallsender (31) zum Erzeugen von Ultraschallpulsen (Pout), - einem in einer Flüssigkeit (40) schwimmfähigen Reflexionsschwimmkörper (32), - einer Ultraschallempfangseinrichtung (33) zum Messen von Ultraschallreflexionssignalen (Pin) unter Bildung eines Messsignals (M(t)) pro Ultraschallpuls (Pout) und - einer Auswerteinrichtung (34) zum Auswerten der Messsignale (M(t)), - wobei der Reflexionsschwimmkörper (32) während des Schwimmens in der Flüssigkeit (40) mit einem Oberflächenabschnitt (300) aus der Flüssigkeit (40) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass - der aus der Flüssigkeit (40) herausragende Oberflächenabschnitt (300) des Reflexionsschwimmkörpers (32) eine vordefinierte Oberflächenstruktur (310) aufweist, die den zeitlichen Verlauf eines von diesem Oberflächenabschnitt (300) reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils (P(x,y)) beeinflusst, und zwar dergestalt, dass der von dem Oberflächenabschnitt (300) reflektierte oder zurückgestreute Ultraschallpulsanteil einen für die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) charakteristischen Signalverlauf (Mc(t)) aufweist, - der charakteristische Signalverlauf (Mc(t)) als Referenzverlauf (R(t)) in der Auswerteinrichtung (34) gespeichert ist und - die Auswerteinrichtung (34) derart ausgestaltet ist, dass sie den zeitlichen Verlauf der Messsignale (M(t)) der Ultraschallempfangseinrichtung (33) auf das Vorhandensein des Referenzverlaufs (R(t)) hin untersucht und eine Füllstandsangabe (F) anhand der Zeitdauer (T2, T3, T4, T5) ermittelt, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse (Pout) und dem Empfangen des charakteristischen Signalverlaufs (Mc(t)) vergeht.
  2. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) ein Höhenprofil aufweist, das zu einer zumindest zwei Signalspitzen (E2, E3, E4) aufweisenden Kammstruktur im charakteristischen Signalverlauf (Mc(t)) führt, und - die Auswerteinrichtung (34) geeignet ist, die Kammstruktur im Messsignal (M(t)) zu erkennen und die Füllstandsangabe (F) anhand der Zeitdauer (T2, T3, T4) zu ermitteln, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse (Pout) und dem Empfangen der jeweiligen Kammstruktur vergeht.
  3. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) ein Stufenprofil mit zumindest einer Stufe zwischen zwei benachbarten, vorzugsweise planen, Plateauflächen (320, 321, 322) aufweist.
  4. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stufenhöhe (SH1, SH2) der zumindest einen Stufe und/oder der zeitliche Abstand (dt1, dt2) zwischen zwei Signalspitzen (E2, E3, E4), die von den durch die zumindest eine Stufe getrennten benachbarten Plateauflächen (320, 321, 322) erzeugt werden, in der Auswerteinrichtung (34) abgespeichert ist und - die Auswerteinrichtung (34) die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) anhand des zeitlichen Abstands (dt1, dt2) der zwei Signalspitzen (E2, E3, E4) im Messsignal (M(t) erkennt.
  5. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) ein Stufenprofil mit einer Vielzahl an Stufen, die jeweils benachbarte, vorzugsweise plane, Plateauflächen (320, 321, 322) voneinander trennen, aufweist.
  6. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stufenhöhen (SH1, SH2) der Stufen und/oder der zeitliche Abstand (dt1, dt2) zwischen Signalspitzen (E2, E3, E4), die von den durch die Stufen getrennten Plateauflächen (320, 321, 322) erzeugt werden, in der Auswerteinrichtung (34) abgespeichert sind, und - die Auswerteinrichtung (34) die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) anhand des zeitlichen Abstands (dt1, dt2) der Signalspitzen (E2, E3, E4) im Messsignal (M(t) erkennt.
  7. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (34) die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) bzw. deren charakteristischen Signalverlauf (Mc(t)) im Messsignal (M(t)) anhand eines Mustererkennungsverfahrens erkennt, insbesondere eines solchen, das seitens der Auswerteinrichtung (34) durch maschinelles Lernen erlernt worden ist.
  8. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper (32) scheibenförmig ist und zwei einander gegenüber liegende Außenflächen (32a, 32b) aufweist, - jede der zwei Außenflächen (32a, 32b) jeweils dieselbe vordefinierte Oberflächenstruktur (310) aufweist und - sich der Reflexionsschwimmkörper (32), wenn er in die Flüssigkeit (40) fällt, in der Flüssigkeit (40) selbst ausrichtet, und zwar derart, dass eine beliebige der zwei Außenflächen (32a, 32b) aus der Flüssigkeit (40) herausragt und die jeweils andere der Flüssigkeit (40) zugewandt ist.
  9. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper (32) zumindest ein Abstandselement (500) aufweist, das bei schwimmendem Reflexionsschwimmkörper (32) einen vorgegebenen Mindestabstand zwischen der vordefinierten Oberflächenstruktur (310) und dem durch dieses Abstandselement (500) definierten äußeren Rand des Reflexionsschwimmkörpers (32) gewährleistet.
  10. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmfähige Reflexionsschwimmkörper (32) mindestens drei, vorzugsweise drehsymmetrisch zu einer Mittelachse (M) des Reflexionsschwimmkörpers (32) angeordnete, Abstandselemente (500) aufweist, die bei schwimmendem Reflexionsschwimmkörper (32) jeweils einen vorgegebenen Mindestabstand zwischen der vordefinierten Oberflächenstruktur (310) und dem durch das jeweilige Abstandselement (500) definierten äußeren Rand des Reflexionsschwimmkörpers (32) gewährleistet.
  11. Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) ein Stufenprofil aufweist, dessen Stufen konzentrische kreisförmige oder elliptische Ringe bilden.
  12. Anordnung mit einer Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung und einer Füllstandsmesseinrichtung (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsmesseinrichtung (30) eine Füllstandsmesseinrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche ist.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass - die Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung ein Behälter (20) mit einer seitlichen Behälterwand (21) ist und - der Querschnitt des schwimmfähigen Reflexionsschwimmkörpers (32) derart bemessen ist, dass die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) des in der Flüssigkeit (40) schwimmenden Reflexionsschwimmkörpers (32) einen vorgegebenen Mindestabstand von der Behälterwand (21) aufweist.
  14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsschwimmkörper (32) im Behälter (20) ungeführt freischwimmend ist und seine Lage relativ zur seitlichen Behälterwand (21) veränderlich ist.
  15. Verfahren zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit (40), in der ein schwimmfähiger Reflexionsschwimmkörper (32) schwimmt, wobei bei dem Verfahren, - Ultraschallpulse (Pout) erzeugt werden, - Ultraschallreflexionssignale (Pin) unter Bildung eines Messsignals (M(t)) pro Ultraschallpuls (Pout) gemessen werden und - die Messsignale (M(t)) ausgewertet werden, - wobei der Reflexionsschwimmkörper (32) während des Schwimmens in der Flüssigkeit (40) mit einem Oberflächenabschnitt (300) aus der Flüssigkeit (40) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass - der aus der Flüssigkeit (40) herausragende Oberflächenabschnitt (300) des Reflexionsschwimmkörpers (32) eine vordefinierte Oberflächenstruktur (310) aufweist, die den zeitlichen Verlauf eines von diesem Oberflächenabschnitt (300) reflektierten oder zurückgestreuten Ultraschallpulsanteils (P(x,y)) beeinflusst, und zwar dergestalt, dass der von dem Oberflächenabschnitt (300) reflektierte oder zurückgestreute Ultraschallpulsanteil (P(x,y)) einen für die vordefinierte Oberflächenstruktur (310) charakteristischen Signalverlauf (Mc(t)) aufweist, - der charakteristische Signalverlauf (Mc(t)) als Referenzverlauf (R(t)) gespeichert ist und - der zeitliche Verlauf der Messsignale (M(t)) auf das Vorhandensein des gespeicherten Referenzverlaufs (R(t)) hin untersucht wird und eine Füllstandsangabe (F) anhand der Zeitdauer (T2, T3, T4, T5) ermittelt wird, die zwischen dem Wegsenden der Ultraschallpulse (Pout) und dem Empfangen des charakteristischen Signalverlaufs (Mc(t)) vergeht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4105679A3 (de) * 2021-06-16 2023-03-15 Pepperl+Fuchs SE Radarmesseinrichtung und -verfahren mit abgespeicherten reflektoridentitätsangaben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827058A (ja) * 1981-08-11 1983-02-17 Toshiba Corp 核燃料再処理装置における溶液と溶媒の境界検出装置
JPH0618316A (ja) * 1992-07-03 1994-01-25 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 液面位置計測装置
US20050005696A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-13 Hale Donna M. Fuel level sensor
WO2008079202A1 (en) * 2006-12-19 2008-07-03 Lam Research Corporation Measuring fluid quantities, blending liquid constituents, and dispensing blends

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827058A (ja) * 1981-08-11 1983-02-17 Toshiba Corp 核燃料再処理装置における溶液と溶媒の境界検出装置
JPH0618316A (ja) * 1992-07-03 1994-01-25 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 液面位置計測装置
US20050005696A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-13 Hale Donna M. Fuel level sensor
WO2008079202A1 (en) * 2006-12-19 2008-07-03 Lam Research Corporation Measuring fluid quantities, blending liquid constituents, and dispensing blends

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4105679A3 (de) * 2021-06-16 2023-03-15 Pepperl+Fuchs SE Radarmesseinrichtung und -verfahren mit abgespeicherten reflektoridentitätsangaben

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