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Die Erfindung betrifft einen Grenzstandsensor und eine Messanordnung umfassend den erfindungsgemäßen Grenzstandsensor.
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Grenzstandsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise zur Messung von Grenz- oder Füllständen. Typische Anwendungsorte für die Erfassung einer definierten Füllhöhe sind Prozessbehältnisse, wie beispielsweise Prozesstanks, Lagertanks, Silos oder Rohrleitungen in der Prozessindustrie. Grenzstandsensoren werden dabei häufig als sogenannte Grenzschalter eingesetzt, das heißt zur Ermittlung, ob ein Füllmedium eine bestimmte Füllhöhe, den sogenannten Grenzstand, über- oder unterschreitet, in unterschiedlichen Flüssigkeiten, sowie granulierten und pulverförmigen Schüttgütern.
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Bekannt sind verschiedene Arten von Grenzstandsensoren, die je nach Einsatzgebiet, Prozessbedingungen und Eigenschaften des Füllmediums ausgewählt werden. Beispielsweise kommen Vibrationsgrenzstandsensoren und kapazitiv arbeitende Sensoren zum Einsatz. Ein Schaltbefehl des Grenzschalters kann beispielsweise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen starten oder stoppen, um entsprechend ein Überlaufen oder Leerlaufen des jeweiligen Prozessbehältnisses zu vermeiden.
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Ein Vibrationsgrenzstandsensor ist in der Regel mit einer Schwinggabel versehen. Diese bildet eine Ausformung, die sich eher schwierig reinigen lässt. Deshalb sind Grenzstandsensoren dieser Art insbesondere beim Einsatz in engen Behältnissen wie dünnen Rohren weniger geeignet. Ferner sind Vibrationsgrenzstandsensoren nur bis zu einer Maximaltemperatur von ungefähr 450° einsatzfähig. Kapazitive Sensoren können aufgrund ihres Funktionsprinzips prozessseitig nicht vollmetallisch ausgeführt werden, weshalb sie weniger beständig gegenüber mechanischen und chemischen Beanspruchungen sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen robusten Grenzstandsensor bereitzustellen, der sich auf der Prozessseite leicht reinigen lässt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung mit einem robusten und leicht zu reinigenden Grenzstandsensor bereitzustellen. Die Aufgaben werden gelöst durch den Grenzstandsensor nach Anspruch 1 und die Messanordnung nach Anspruch 14. Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Grenzstandsensor vorgeschlagen, mit einer metallischen Membran, die eine Frontoberfläche aufweist, mit einem Zuleiter, der mit der metallischen Membran elektrisch leitfähig verbunden ist und über den ein Energieeintrag in die metallische Membran erfolgen kann, und mit einer Messeinrichtung, die dazu geeignet ist, eine durch den elektrischen Energieeintrag veränderliche Zustandsgröße der metallischen Membran zu messen, wobei die Zustandsgröße von einem Bedeckungszustand der Frontoberfläche der metallischen Membran abhängig ist. Die metallische Membran ist bevorzugt flächig ausgebildet und lässt sich somit leicht reinigen. Da sie aus einem metallischen Material besteht, ist sie außerdem sehr robust. Der Energieeintrag erfolgt vorzugsweise elektrisch, kann aber auch bspw. durch einen Laser oder dergleichen erfolgen.
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Die metallische Membran kann beispielsweise in eine Wand eines Behältnisses, zum Beispiel eines Rohrs oder eines Tanks, eingefasst werden. Bevorzugt schließt die metallische Membran mit der Wand des Behältnisses bündig ab, ragt also nicht in ein von dem Behältnis eingeschlossenes Innenvolumen hinein oder ist von diesem nach außen abgesetzt. Der Grenzstandsensor kann erfindungsgemäß ein Gehäuse aufweisen, in dem die Messeinrichtung angeordnet ist, oder er kann mit dem vorgenannten Behältnis in geeigneter Weise verbunden sein. Auch sonstige Bauformen sind denkbar. Die metallische Membran ist bevorzugt vollmetallisch. Der Zuleiter ist bevorzugt an einer der Frontoberfläche entgegengesetzten Rückoberfläche der metallischen Membran angeschlossen. Die veränderliche Zustandsgröße ist durch den Energieeintrag in die metallische Membran beeinflussbar, ist aber zusätzlich auch von dem Bedeckungszustand der Frontoberfläche abhängig. Es können prinzipiell verschiedenste Zustandsgrößen der metallischen Membran ausgewertet werden, auf welche dies zutrifft. Auf dieser Grundlage kann der Bedeckungszustand der Frontoberfläche der metallischen Membran ermittelt werden.
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Bei der veränderlichen Zustandsgröße handelt es sich vorzugsweise um eine Temperatur der metallischen Membran, wobei die Messeinrichtung ein Temperatursensor ist. Aufgrund des elektrischen Energieeintrags ändert sich eine Temperatur der metallischen Membran. Die metallische Membran kann beispielsweise für gewisse Zeitdauer mit einem Strom beaufschlagt werden. Eine Temperatur, die dabei erreicht wird oder eine dabei auftretende und durch den Temperatursensor messbare Temperaturkurve ist ferner beeinflussbar durch einen Bedeckungszustand der Membran. Die Frontoberfläche kann durch Füllmedium wie zum Beispiel eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut ganz oder teilweise bedeckt werden. Die Temperatur der metallischen Membran wird normalerweise in einem bedeckten Zustand weniger stark ansteigen, als wenn die metallische Membran unbedeckt ist, denn ein an der Frontfläche der metallischen Membran anliegendes oder daran vorbeiströmendes Medium kann der metallischen Membran Wärmeenergie entziehen. Auf diese Weise kann der Grenzstandsensor beispielsweise ermitteln, ob ein Füllstandspegel in einem Rohr bereits die metallische Membran des Grenzstandsensors erreicht hat.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Temperatursensor ein Infrarot-Temperatursensor ist, der auf eine zu der Frontoberfläche der metallischen Membran entgegengesetzt angeordnete Rückoberfläche der metallischen Membran gerichtet ist, wobei der Infrarot-Temperatursensor von der metallischen Membran beabstandet angeordnet ist. Der Infrarot-Temperatursensor ist folglich der Prozesstemperatur nicht unmittelbar ausgesetzt, sodass der Grenzstandsensor auch gegenüber hohen Temperaturen sehr robust ist. Die Frontoberfläche des Grenzstandsensors ist bevorzugt nach außen gerichtet bzw. prozessseitig angeordnet. Sie kommt also potenziell mit einem Füllmedium in Berührung. Dazu entgegengesetzt ist die Rückoberfläche angeordnet. Der Infrarot-Temperatursensor ist auf die Rückoberfläche gerichtet und kann somit eine Temperatur und insbesondere einen Temperaturanstieg oder auch entsprechend eine Temperaturabsenkung der metallischen Membran ermitteln. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Grenzstandsensor mit mehreren Infrarot-Temperatursensoren ausgerüstet ist. Diese können auf unterschiedliche Bereiche der metallischen Membran gerichtet sein, um eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen.
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Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass der Temperatursensor an der zu der Frontoberfläche der metallischen Membran entgegengesetzt angeordneten Rückoberfläche der metallischen Membran befestigt ist. Bevorzugt liegt der Temperatursensor unmittelbar an der metallischen Membran an. Als Temperatursensor können elektronische Temperaturmessgeräte mit verschiedensten Wirkprinzipien zur Anwendung kommen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es können erfindungsgemäß auch mehrere Temperatursensoren an unterschiedlichen Bereichen der Rückoberfläche befestigt sein.
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Bei der veränderlichen Zustandsgröße handelt es sich bevorzugt um einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung, wobei die Messeinrichtung zur Messung des elektrischen Stroms beziehungsweise der elektrischen Spannung geeignet ist. Der Verlauf eines elektrischen Stroms beziehungsweise einer elektrischen Spannung ist abhängig von einem Bedeckungszustand der metallischen Membran. Beispielsweise kann die metallische Membran mit einem Spannungspuls beaufschlagt werden und währenddessen ein sich einstellender Strom gemessen werden. Wenn die metallische Membran von einem Füllmedium bedeckt ist, dann stellt sich ein vergleichsweise niedrigerer Strom ein, als wenn die metallische Membran unbedeckt ist. Ob der Strom über die Zeit ansteigt oder sinkt hängt vom Temperaturkoeffizienten ab: Ist dieser positiv, steigt der elektrische Widerstand und der Strom sinkt, und umgekehrt. Im bedeckten Zustand ist die Temperatur niedriger und damit bei positivem Koeffizienten der Widerstand geringer. Somit ist der Strom höher im Vergleich zum unbedeckten Zustand.
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Es sind auch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Grenzstandsensors denkbar, bei denen der Grenzstandsensor sowohl eine Messeinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms bzw. einer elektrischen Spannung als auch einen Temperatursensor aufweist. Folglich können unterschiedliche Messwerte herangezogen werden, um einen Bedeckungszustand der metallischen Membran zu bestimmen.
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Der Grenzstandsensor weist bevorzugt eine elektrische Energiequelle auf. Diese kann elektrische Energie bereitstellen, die über den Zuleiter in die metallische Membran eingeleitet werden kann. Die elektrische Energiequelle ist bevorzugt über eine Auswertungseinheit des Grenzstandsensors mit dem Zuleiter verbunden. Die Auswertungseinheit kann somit die metallische Membran mit elektrischer Energie beaufschlagen, welche die Auswertungseinheit aus der elektrischen Energiequelle bezieht. Der Grenzstandsensor kann erfindungsgemäß ferner einen Rückleiter aufweisen, um einen Stromkreis zwischen der metallischen Membran und der Auswertungseinheit zu schließen. Die elektrische Energiequelle ist vorzugsweise eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle. Bei der elektrischen Energiequelle kann es sich erfindungsgemäß um eine Batterie, einen Transformator, um ein Schaltnetzteil oder eine beliebige andere Energiequelle handeln.
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Der Grenzstandsensor weist bevorzugt eine Auswertungseinheit auf, die dazu geeignet ist, aus der Zustandsgröße den Bedeckungszustand der metallischen Membran abzuleiten. Die Auswertungseinheit kann beispielsweise durch einen Microcontroller, durch eine Kombination aus einer Messschaltung und einem Industrierechner oder durch einen beliebigen anderen Aufbau gebildet werden, der eine Auswertung der Zustandsgröße erlaubt. Die Auswertungseinheit ist bevorzugt mit der Messeinrichtung gekoppelt oder die Messeinrichtung ist in die Auswertungseinheit integriert. Um auf den Bedeckungszustand zu schließen, können je nach gemessener Zustandsgröße ganz unterschiedliche Auswertungsverfahren zum Einsatz kommen.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die Auswertungseinheit dazu eingerichtet ist, aus der Zustandsgröße den Bedeckungszustand abzuleiten, indem die Auswertungseinheit eine Vergleichsoperation durchführt, bei der die Zustandsgröße mit einer Referenzgröße verglichen wird. Bei der Referenzgröße kann es sich erfindungsgemäß um eine vordefinierte Messgröße handeln, die bei einer Referenzmessung ermittelt wurde. So kann es sich beispielsweise um eine bei Referenzmessungen ermittelte Temperatur oder Spannung oder auch um einen gemessenen Strom handeln. Die entsprechenden Referenzmessungen können beispielsweise an der Membran in bedecktem und/oder unbedecktem Zustand erfolgt sein. Wenn die Zustandsgröße der Referenzgröße gleicht oder ausreichend nahekommt, kann auf den Bedeckungszustand der metallischen Membran geschlossen werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Referenzgröße ein zeitlich vorangehend gemessener Wert der Bezugsgröße ist. Demgemäß wird keine vorhergehend aufgezeichnete, vordefinierte Referenzgröße herangezogen, sondern der Grenzstandsensor wird beispielsweise in einem unbedeckten Zustand initialisiert. Ändert sich anschließend die Bezugsgröße in ausreichendem Maße, so kann die Auswertungseinheit daraus ableiten, dass die metallische Membran nun mit dem Füllmedium bedeckt ist. Alternativ kann der Grenzstandsensor in einem bedeckten Zustand initialisiert werden, wobei eine ausreichende große Änderung der Bezugsgröße daraufhin hinweist, dass die metallische Membran nicht mehr bedeckt ist. Ein Differenzwert, der erreicht werden muss, damit von einer Zustandsänderung ausgegangen werden kann, ist bevorzugt in der Auswertungseinheit fest hinterlegt. Besonders bevorzugt kann dieser Differenzwert durch eine Nutzereingabe manuell geändert werden.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertungseinheit dazu eingerichtet, bei der Vergleichsoperation einen zeitlichen Verlauf der Zustandsgröße auszuwerten. Es wird somit nicht nur ein Messwert der Bezugsgröße zu einem bestimmten Zeitpunkt herangezogen, sondern Messwerte von mehreren Zeitpunkten berücksichtigt. Eine Vielzahl von Zeitpunkten kann gemeinsam eine Messkurve bilden. Die Auswertungseinheit kann erfindungsgemäß dazu eingerichtet sein, eine solche Messkurve auszuwerten und mit einer Referenzkurve zu vergleichen. Die Referenzkurve kann beispielsweise bei bedecktem oder unbedecktem Zustand der metallischen Membran aufgenommen worden sein. Durch einen Vergleich der Messkurve mit der Referenzkurve kann die Auswertungseinheit bevorzugt ableiten, ob die metallische Membran bedeckt oder unbedeckt ist. Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, zu diesem Zweck eine Ähnlichkeit der Referenzkurve mit der Messkurve zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise ein gängiges Ähnlichkeitsmaß zwischen der Messkurve und der Referenzkurve algorithmisch bestimmt werden.
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Die metallische Membran ist vorzugsweise gekrümmt. Die Membran kann sich somit einer Form eines Behältnisses anpassen, in das sie eingepasst ist und dessen Füllstand sie ermitteln soll. Erfindungsgemäß kann die Membran in ein Rohr eingepasst sein und dessen gekrümmten Querschnitt angepasst sein, sodass der Grenzstandsensor nicht in ein Innenvolumen des Rohrs hereinragt. Das Rohr kann somit leicht gesäubert werden. Es sind aber auch andere Geometrien der metallischen Membran denkbar, in Abhängigkeit von dem Behältnis, bei dem sie zum Einsatz kommt. So kann die Membran erfindungsgemäß vollkommen plan ausgebildet sein. Ferner sind erfindungsgemäß sowohl konkave als auch konvexe Bauformen denkbar.
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Es ist vorteilhaft, wenn die metallische Membran einen Durchmesser von 10 - 50 mm aufweist. Bei der Ermittlung des Bedeckungszustands der metallischen Membran macht man sich das sogenannte kalorimetrische Prinzip zunutze. Dieses lässt sich bestmöglich ausnutzen, wenn die metallische Membran möglichst dünn ausgebildet ist. Hingegen sollte die Membran aber auch nicht zu dünn sein, sodass sie ausreichend robust gegenüber mechanischen Einwirkungen ist. Als ein Ausgangsmaterial der metallischen Membran wird bevorzugt Edelstahl verwendet. Es können aber erfindungsgemäß auch sonstige Metalle oder Metalllegierungen als Ausgangsmaterial der metallischen Membran Verwendung finden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Messanordnung vorgeschlagen, mit einem Behältnis wie einem Tank, einem Rohr oder dergleichen, und mit einem Grenzstandsensor gemäß den vorangehenden Ausführungen, wobei die Frontoberfläche der metallischen Membran des Grenzstandsensors mit einer Innenoberfläche einer Wand des Behältnisses bündig abschließt. Die Frontoberfläche der metallischen Membran schließt mit der Wand des Behältnisses bündig ab, ragt also nicht in ein von dem Behältnis eingeschlossenes Innenvolumen hinein oder ist von diesem nach außen abgesetzt. Das Behältnis kann somit leicht gereinigt werden. Die metallische Membran kann erfindungsgemäß ein gekrümmtes oder ein flaches Profil aufweisen, oder auch ein anderweitig ausgestaltetes Profil, das in jedem Fall so ausgeführt ist, dass die metallische Membran bündig mit der Wand des Behältnisses abschließen kann. Handelt es sich bei dem Behältnis um ein Rohr, dann stimmt eine Krümmung einer Wand des Rohrs bevorzugt mit einer Krümmung der metallischen Membran überein.
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Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung sind weitere Bestandteile des Grenzstandsensors bevorzugt außerhalb eines Innenvolumens des Behältnisses angeordnet. Sie können beispielsweise außen auf dem Behältnis oder auf der Rückoberfläche der metallischen Membran aufsitzen. Die weiteren Bestandteile des Grenzstandsensors sind vorzugsweise zu ihrem Schutz von einem Gehäuse umgeben. Erfindungsgemäß können die elektrische Energiequelle, die Messeinrichtung, die vorangehend näher beschriebene Auswertungseinheit und/oder mindestens eine weitere Komponente des Grenzstandsensors von dem Gehäuse umschlossen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die metallische Membran mit der Wand des Behältnisses verschweißt. Der Grenzstandsensor kann beispielsweise nachträglich in das Behältnis eingefügt werden, indem aus der Wand des Behältnisses ein Abschnitt geeigneter Größe herausgeschnitten und die metallische Membran an dieser Stelle eingesetzt und durch Schweißen befestigt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor auch vollständig von außen auf den Behälter oder das Rohr aufgesetzt werden und somit gänzlich nicht invasiv eine Bedeckung innerhalb des Rohres erkennen. Der Zuleiter für die Wärmeenergie kann dabei einfach nur auf das Rohr aufgesetzt werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die metallische Membran durch einen ersten Abschnitt der Wand des Behältnisses gebildet und ist von einem zweiten Abschnitt der Wand des Behältnisses umgeben, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt durch ein einstückig hergestelltes Bauteil gebildet sind. Darunter ist zu verstehen, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt nicht nachträglich durch ein Fügeverfahren, zum Beispiel durch Schwei-ßen, miteinander verbunden worden sind. Der Grenzstandsensor nutzt also den ersten Abschnitt der Wand des Behältnisses als eine metallische Membran. Der Vorteil bei dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Wand des Behältnisses nicht nachträglich bearbeitet werden muss. Dies ist insbesondere bei Rohren mit einem geringen Durchmesser bzw. einer geringen Wandstärke von Vorteil. Diese Variante der Erfindung kann ferner so abgewandelt sein, dass ein Teil des Behältnisses, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt bildet, nachträglich mit anderen Teilen des Behältnisses verschweißt wird. So kann beispielsweise ein zylindrisches Rohrstück mit einem Abschnitt, der die metallische Membran bildet, zwischen zwei andere Rohrstücke durch Schweißen eingefügt werden.
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In den Zeichnungen werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einem Grenzstandsensor in einer Längsschnittansicht,
- 2 eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 1 in einer Querschnittansicht,
- 3 eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 1 und 2 in einer Draufsicht,
- 4 ein Messdiagramm unter Darstellung von Messkurven bei Beaufschlagung einer metallischen Membran eines erfindungsgemäßen Grenzstandsensor mit einer elektrischen Spannung,
- 5 eine schematische Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Messanordnung mit Infrarot-Temperatursensoren und
- 6 eine schematische Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Messanordnung ohne Schweißung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung 1 mit einem Grenzstandsensor 2 in einer Längsschnittansicht. Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 ist der Grenzstandsensor 2 an einem Behältnis 3 angebracht. Bei dem Behältnis 3 handelt es sich um ein Rohr, das bei seiner Verwendung von einer Flüssigkeit durchflossen wird. Ein Füllstand des Behältnisses 3 soll mit Hilfe des Grenzstandsensors 2 ermittelt werden.
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Der Grenzstandsensor 2 ist an dem Behältnis 3 befestigt. Der Grenzstandsensor 2 weist eine metallische Membran 4 auf. Die metallische Membran 4 ist mit einer Wand 5 des Behältnisses 3 verschweißt. Die metallische Membran 4 weist eine geringere Wandstärke auf als die Wand 5 des Behältnisses 3. Der Grenzstandsensor weist ein Gehäuse 6 auf, das in seinem Inneren eine Auswertungseinheit 7 trägt. Die Auswertungseinheit 7 ist über einen Zuleiter 8 mit der metallischen Membran 4 verbunden. Die metallische Membran 4 weist eine Frontoberfläche 9 auf, die einem Innenvolumen des Behältnisses 3 zugewandt ist. Die Auswertungseinheit 7 ist mit zwei Messeinrichtungen 10 verbunden, die an einer Rückoberfläche 11 der metallischen Membran 4 befestigt sind. Ferner verbinden zwei Rückleiter 12 die metallische Membran 4 mit der Auswertungseinheit 7. Die Auswertungseinheit 7 ist an eine elektrische Energiequelle 13 angeschlossen, bei der es sich um eine Batterie handelt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung 1 gemäß 1 in einer Querschnittansicht. Hierbei ist die Wand 5 des Behältnisses 3 in einem Querschnitt dargestellt und außerdem das Gehäuse 6 des Grenzstandsensors 2 sichtbar. Es ist erkenntlich, dass der Grenzstandsensor 2 nicht in ein Innenvolumen des Behältnisses 3 hineinragt. Das Behältnis 3 kann somit leicht gereinigt werden, was einen Vorteil gegenüber Messanordnungen mit Vibrationsgrenzstandsensoren darstellt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung 1 gemäß 1 und 2 in einer Draufsicht. Hier ist schematisch dargestellt, dass ein Strom, der durch den Zuleiter 8 des Grenzstandsensors mittig in die metallische Membran 4 eingeleitet wird, nach außen zu in 3 nicht dargestellten Rückleitern des Grenzstandsensors fließt. Ein Stromfluss in der metallischen Membran 4 kann Veränderungen von Zustandsgrößen der metallischen Membran 4 hervorrufen, was zur Grenzstandmessung genutzt werden kann.
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4 zeigt ein Messdiagramm 14 unter Darstellung von Messkurven bei Beaufschlagung einer metallischen Membran eines erfindungsgemäßen Grenzstandsensors mit einer elektrischen Spannung. Die Messkurven sind auf einer Zeitachse 15 und einer Wertachse 16 aufgetragen. Dargestellt ist der Wertverlauf der elektrischen Spannung, eines durch eine metallische Membran des Grenzstandsensors fließenden Stroms und einer Temperatur der metallischen Membran. Eine Spannungskurve 17 zeigt die elektrische Spannung, mit der die metallische Membran beaufschlagt wird. Es handelt sich um einen rechteckförmigen Spannungspuls. Bei Beaufschlagung mit der elektrischen Spannung erwärmt sich die metallische Membran. Eine erste Temperaturkurve 18 stellt einen Temperaturverlauf dar, der sich einstellt, wenn die metallische Membran unbedeckt ist. Eine zweite Temperaturkurve 19 stellt einen Temperaturverlauf dar, der sich einstellt, wenn die metallische Membran mit einem Füllmedium wie beispielsweise Wasser bedeckt ist. Wie zu erkennen ist, erwärmt sich die metallische Membran weniger stark. Aus den Temperaturkurven kann durch eine Auswertungseinheit des Grenzstandsensors mittels Vergleichs mit Referenz-Temperaturkurven abgeleitet werden, ob die metallische Membran sich in einem bedeckten oder einem unbedeckten Zustand befindet.
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Bei Beaufschlagung der metallischen Membran mit einer Spannung gemäß der Spannungskurve 17 fließt durch die metallische Membran ein Strom gemäß einer ersten Stromkurve 20, wenn die metallische Membran unbedeckt ist. Wenn die metallische Membran hingegen mit einem Füllmedium wie beispielsweise Wasser bedeckt ist, fließt ein elektrischer Strom gemäß einer zweiten Stromkurve 21. Es ist zu beobachten, dass der Strom schneller abfällt, wenn die metallische Membran mit einem Füllmedium bedeckt ist. Aus den Stromkurven kann durch die Auswertungseinheit des Grenzstandsensors mittels Vergleichs mit Strom-Referenzkurven abgeleitet werden, ob die metallische Membran sich in einem bedeckten oder einem unbedeckten Zustand befindet.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 mit Infrarot-Temperatursensoren. Ein Grenzstandsensor 2 der Messanordnung 1 weist Messeinrichtungen 10 auf, bei denen es sich um die Infrarot-Temperatursensoren handelt. Die Infrarot-Temperatursensoren sind entfernt von einer metallischen Membran 4 des Grenzstandsensors 2 angeordnet. Hohe Temperaturen können nicht unmittelbar auf die Infrarot-Temperatursensoren einwirken, sodass der Grenzstandsensor auch zum Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 ohne Schweißung. Bei dieser Messanordnung 1 dient ein Abschnitt einer Wand 5 eines Behältnisses 3 der Messanordnung 1 als eine metallische Membran 4. Dieser Abschnitt der Wand 5 wurde nicht nachträglich mit der Wand 5 verbunden. Eine Nachbearbeitung des Behältnisses 3 war somit nicht notwendig, um die erfindungsgemäße Messanordnung 1 zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messanordnung
- 2
- Grenzstandsensor
- 3
- Behältnis
- 4
- Metallische Membran
- 5
- Wand
- 6
- Gehäuse
- 7
- Auswertungseinheit
- 8
- Zuleiter
- 9
- Frontoberfläche
- 10
- Messeinrichtung
- 11
- Rückoberfläche
- 12
- Rückleiter
- 13
- Elektrische Energiequelle
- 14
- Messdiagramm
- 15
- Zeitachse
- 16
- Wertachse
- 17
- Spannungskurve
- 18
- Erste Temperaturkurve
- 19
- Zweite Temperaturkurve
- 20
- Erste Stromkurve
- 21
- Zweite Stromkurve
