DE102021114169A1

DE102021114169A1 - Füllvolumen-Bestimmung in kippbaren Behältern

Info

Publication number: DE102021114169A1
Application number: DE102021114169.9A
Authority: DE
Inventors: Fabrice Peter; Dirk Schrank; Sebastian Wagner; Alexander Sattler
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mess-System (1) und ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Füllvolumens (V) in kippbaren Behältern (3), bei denen die Füllgut-Oberfläche zumindest temporär nicht planar verläuft. Hierzu umfasst das Mess-System (1) als Komponenten: Ein Füllstandsmessgerät (11) zur punktuellen Bestimmung des Füllstandes (L) des Füllgutes (2) im Behälter (3); Einen Lage-Sensor (12), mittels dem definierte Neigungs-Informationen (α) des Behälters (3) in Bezug zum Lot ermittelt werden kann; Eine Auswerte-Einheit (13), in welcher die Linearisierungstabelle (V(L)) des jeweiligen Behälters (3) und eine erfindungsgemäße Korrekturfunktion (Kα) gespeichert sind, wobei mittels der Korrekturfunktion (Kα) die Linearisierungstabelle (V(L)) zumindest hinsichtlich der Neigungs-Information (α) und hinsichtlich des jeweiligen Füllgut-Typs korrigiert wird. Hierdurch kann die Auswerte-Einheit (13) anhand des Füllstandes (L), anhand der Neigungs-Informationen (α) und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle (V'(L)) das Füllvolumen (V) korrekt berechnen. Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass neben dem Füllstandsmessgerät (1) im Wesentlichen auf alternative oder zusätzliche, kostenintensive Messgeräte verzichtet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung des Füllvolumens in kippbaren Behältern.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung relevanter Prozessparameter entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Zwecks Erfassung der jeweiligen Prozessparameter sind in den jeweiligen Feldgeräte-Typen daher geeignete Messprinzipien implementiert, um als Prozessparameter, etwa einen Füllstand, einen Durchfluss, einen Druck, eine Temperatur, einen pH-Wert, ein Redoxpotential, eine Medien-Dichte oder eine Leitfähigkeit erfassen zu können. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern können einerseits Sonden-basierte Messverfahren eingesetzt werden, die beispielsweise auf dem kapazitiven- oder dem TDR-Messprinzip („Time Domain Reflectometry“) beruhen. Daneben haben sich auch Ultraschall- oder Radar-basierte Messverfahren etabliert, die beispielsweise auf dem Pulslaufzeit- oder dem FMCW-Prinzip („Frequency Modulated Continuous Wave“) basieren. Das FMCW-basierte Füllstands-Messverfahren wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 108 490 A1 beschrieben.
Ausgehend vom gemessenen Füllstand ist es oftmals von Interesse, das Füllvolumen, welches das Füllgut aktuell im Behälter einnimmt, zu bestimmen.
Möglich ist dies, wenn zum jeweiligen Behälter eine so genannte Linearisierungstabelle - auch als Tanktabelle bekannt - vorliegt. Diese stellt den Zusammenhang zwischen dem jeweiligen Füllstandswert und dem korrespondierendem Füllvolumen, welches das Füllgut im spezifischen Behälter aktuell einnimmt, her. Dabei ist die Linearisierungstabelle unabhängig vom Typ des im Behälter eingelagerten Füllgutes und kann auch in Form einer analytischen Funktion vorliegen. Die direkte Umrechnung des Füllstandswertes mittels der Linearisierungstabelle basiert allerdings auf der Randbedingung bzw. der Annahme, dass die Füllgut-Oberfläche planar ist, bzw. dass das Füllgut entsprechend niederviskos ist. Sofern dem Füllstandsmessgerät bzw. dem Mess-System, in welches das Füllstandsmessgerät eingebunden ist, die Dichte des einzulagernden Füllgut-Typs bekannt ist, kann auf Basis des gemessenen Füllstandes, der Linearisierungstabelle und der Dichte außerdem die Masse des momentan eingelagerten Füllgutes ermittelt werden.
Im Falle von flüssigen bzw. niederviskosen Füllgütern, deren Füllgut-Oberfläche planar ist, reicht eine punktuelle Füllstandsmessung aus, um den Füllstand bzw. das Füllvolumen bestimmen zu können. In diesen Fällen ist das Füllstandsmessgerät so am Behälter ausgerichtet, dass die Sonde bzw. die Antenne in etwa senkrecht nach unten gen Füllgut gerichtet ist, um den Füllstand bzw. den Abstand zur Füllgut-Oberfläche zu bestimmen. Bei hochviskosen oder feststoffartigen Füllgütern wie Zement, Kies oder Getreide kann der Füllstand bzw. die Füllgut-Oberfläche beispielsweise aufgrund von Schüttgutkegeln jedoch inhomogen sein, so dass der vom Füllstandsmessgerät ermittelte Füllstandswert nur bedingt aussagekräftig ist. Die gleiche Problematik ergibt sich bei kippbaren Behältern, beispielsweise nach dem Aufrichten von mobilen Zement-Silos. In diesem Fall verläuft die Füllgut-Oberfläche beim bzw. direkt nach dem Aufrichten in Kipprichtung schräg abfallend.
Eine Möglichkeit, das Füllvolumen auch bei nicht-planaren Füllgutoberflächen bestimmen zu können, besteht in der dreidimensionalen Erfassung der Füllgut-Oberfläche, beispielsweise mittels eines Laserscanners oder eines bildgebenden Radars. Ein Radarbasiertes Füllstandsmessgerät, das den Füllstand dreidimensional bestimmen kann, ist beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift DE 102018112819 A1 beschrieben. Der Einsatz eines solchen Feldgeräte-Typs ist jedoch mit entsprechenden Investitions- und Betriebskosten verbunden.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der Erfindung, das Füllvolumen in kippbaren Behältern mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand bestimmen zu können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Mess-System zur Bestimmung eines Füllvolumens eines Füllgutes in einem kippbaren Behälter, das folgende Komponenten umfasst:

- Ein Füllstandsmessgerät, das derart am Behälter angeordnet ist, um im aufgerichteten Zustand des Behälters an einem Punkt auf der Oberfläche des Füllgutes einen Füllstand zu bestimmen,
- einen Lage-Sensor, mittels welchem eine Neigungs-Information des Behälters in Bezug zum Lot ermittelbar ist, und
- eine Auswerte-Einheit, mit
- o einer Speicher-Einheit wie einer Datenbank oder einem File-System, in welcher
  - ■ eine Linearisierungstabelle des Behälters, und
  - ■ eine Korrekturfunktion, mittels welcher die Linearisierungstabelle zumindest hinsichtlich der Neigungs-Information bzw. hinsichtlich des jeweiligen Füllgut-Typs korrigierbar ist,
  gespeichert sind.

Folglich kann die Auswerte-Einheit anhand des aktuellen Füllstandes, anhand der zumindest einen Neigungs-Information und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle das momentane Füllvolumen ermitteln, sofern ggf. der jeweilige Füllgut-Typ miteinbezogen ist. Da Füllstandsmessgeräte als integralen Bestandteil oftmals bereits einen Lage-Sensor umfassen, kann bestehende Infrastruktur im Rahmen der Erfindung somit optimal genutzt werden, ohne dass dem Mess-System zusätzliche, komplexe Messgeräte zugeordnet werden müssen. Sofern in der Speicher-Einheit außerdem die Dichte des jeweiligen Füllgut-Typs hinterlegt ist, kann die Auswerte-Einheit anhand dessen und anhand des Füllvolumens, das auf Basis der korrigierten Linearisierungstabelle erstellt ist, außerdem die Masse des im Behälter befindlichen Füllgutes bestimmen. Analog hierzu ist es auch denkbar, dass bereits in der Linearisierungstabelle die Dichte des jeweiligen Füllgut-Typs miteinbezogen ist, so dass die Auswerte-Einheit anhand der massebasierten Linearisierungstabelle sowie anhand des Füllstandes die Masse des im Behälter befindlichen Füllgutes bestimmen kann.
Als Neigungs-Information definiert sich im Rahmen der Erfindung prinzipiell alles, was mit der momentanen Ausrichtung des Behälters in Bezug zum Lot und mit einer etwaigen, vergangenen Änderung dieser Ausrichtung zusammenhängt. Somit kann das erfindungsgemäße Mess-System als Neigungs-Information beispielsweise

- ein etwaiges Befüllen und/oder Entleeren des Behälters seit dem letztmaligen Aufstellen,
- ein Aufstellen des Behälters in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum in Form einer binären Information, und/oder
- eine Neigungsrate in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum in Form eines insbesondere dezimalen Wertes

Wie bzw. wo die Auswerte-Einheit realisiert ist, wird im Rahmen der Erfindung nicht fest vorgeschrieben. Im einfachsten Fall kann die Auswerte-Einheit in Form eines eigenständigen und ggf. portablen Mikrocontrollers realisiert sein, welcher direkt am Behälter oder in dessen naher Umgebung angeordnet ist. Außerdem ist es denkbar, dass die Auswerte-Einheit als hardwaretechnischer Bestandteil des Füllstandsmessgerätes oder des Lage-Sensors ausgelegt ist. Im Gegensatz hierzu kann jedoch auch ein zentraler oder dezentraler Server, als Auswerte-Einheit fungieren. Dabei wird im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff „Einheit“ prinzipiell jede elektronische Schaltung bzw. Hardware verstanden werden, die für den angedachten Einsatzzweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung, wie ein FPGA oder ein Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Einheiten im Sinne der Erfindung potenziell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben physikalischen Digitalschaltung betrieben werden. Andersherum kann sich eine elektronische Einheit aus einer Mehrzahl an vernetzten Speicher-/Rechen-Einheiten zusammensetzen.
Das Füllvolumen kann noch genauer ermittelt werden, wenn in der Korrekturfunktion neben der Neigungs-Information und neben dem jeweiligen Füllgut-Typ auch etwaig vorangegangene Zustands-Änderungen im Behälter, wie beispielsweise ein Entleeren, Befüllen oder Entlüften des Behälters miteinbezogen werden, da auch dies wiederum charakteristische Veränderungen an der Füllgut-Oberfläche hervorruft.
Das Mess-System kann außerdem um einen Temperatur-Sensor, mittels dem eine Temperatur im Behälter ermittelbar ist, oder um einen Druck-Sensor, mittels welchem ein Druck im Behälter ermittelbar ist, erweitert werden. In diesem Fall kann die Auswerte-Einheit mittels des gemessenen Druckes, der gemessenen Temperatur, und/oder mittels einer etwaig vorangegangenen Druck- bzw. Temperatur-Änderung die zumindest eine Neigungs-Information auf alternative Weise bestimmen, um beispielsweise die durch den Lage-Sensor bestimmten Neigungs-Informationen verifizieren.
Korrespondierend zum erfindungsgemäßen Mess-System wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, außerdem durch ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Füllvolumens in kippbaren Behältern gelöst. Demnach umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

- Bestimmung der zumindest einen Neigungs-Information des Behälters,
- Messen des Füllstandes an einem Punkt auf der Oberfläche des Füllgutes,
- Korrektur der Linearisierungstabelle mittels der Korrekturfunktion und der Neigungs-Information, und
- Berechnung des Füllvolumens anhand des Abstandswertes und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle.

Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

1: Ein erfindungsgemäßes Mess-System zur Bestimmung des Füll-Volumens an einem kippbaren Behälter.

Zum Verständnis der Erfindung ist in 1 ein kippbarer Behälter 3, wie beispielsweise ein aufrichtbares Zement-Silo gezeigt, wobei sich in dem Behälter 3 ein entsprechendes Füllgut 2 befindet. Es versteht sich dabei im Rahmen der Erfindung von selbst, dass sich die Begriffe „Kippbar“ und „Aufrichtbar“ nicht lediglich auf Winkeländerungen um 90° beschränken, sondern beispielsweise auch einen um lediglich 45° kippbaren/aufrichtbaren Behälter 3 miteinbeziehen. Um beispielsweise den Befüll- oder Entleerungs-Vorgang zu steuern, ist das Füllvolumen V, welches das Füllgut 2 aktuell im Behälter 3 einnimmt, zu erfassen. Hierzu ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante ein frei abstrahlendes Radar-Füllstandsmessgerät 11 derart am Behälter 3 angebracht, dass sich das Füllstandsmessgerät 11 im aufgerichteten Zustand des Behälters 3 in einer bekannten Einbauhöhe h oberhalb der Behälter-Sole 2 befindet. Dabei ist das Füllstandsmessgerät 11 horizontal betrachtet ca. auf der Hälfte zwischen der Behälterwand und der Behältermitte angeordnet. Außerdem ist das Füllstandsmessgerät 11 so ausgerichtet, dass es in Abhängigkeit des implementierten Radar-Prinzips entsprechende Radar-Signale SHF ungefähr vertikal nach unten gen Füllgut 2 aussendet.
Nach Reflektion des Radar-Signals SHF an der Füllgut-Oberfläche empfängt das Füllstandsmessgerät 11 die an der Füllgut-Oberfläche reflektierten Radar-Signale RHF nach einer definierten Signallaufzeit, wobei die Signallaufzeit vom Abstand d des Füllstandsmessgerätes 1 zum entsprechenden Punkt auf der Füllgut-Oberfläche abhängt. Da das Füllstandsmessgerät 11 anhand des reflektierten Radar-Signals RHF die Signallaufzeit messen und dem entsprechenden Abstand d zuordnen kann, ist es dem Füllstandsmessgerät 11 möglich, den Füllstandswert L gemäß $d = h - L$
punktuell zu ermitteln, sofern die Einbauhöhe h des Füllstandsmessgerätes 1 über der Behälter-Sole im Füllstandsmessgerät 1 hinterlegt ist. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsvariante ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, anstelle eines Radar-basierten Messverfahrens ein Sonden-basiertes Füllstandsmessgerät 11 einzusetzen, welches zum Beispiel auf dem kapazitiven-, dem TDR- („Time Domain Reflectometry“), oder dem Ultraschall-Verfahren, basiert.
In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 11 über eine geeignete Schnittstelle, etwa „PROFIBUS“, „HART“, „Wireless HART“, „4-20mA“, „Bluetooth“ oder „Ethernet“ mit einer Auswerte-Einheit 13, wie z. B. einem Prozessleitsystem oder einem dezentralen Server, verbunden. Über die Schnittstelle kann der Füllstandswert L übermittelt werden. Es kann aber auch der reine Abstandswert d übermittelt werden, so dass die hierauf basierende Berechnung des Füllstandswertes L in der Auswerte-Einheit 13 erfolgt. Vorteilhaft hieran ist, dass die Einbauhöhe h des Füllstandsmessgerätes 11 zur Berechnung des Füllstandswertes L nicht im Gerät selbst, sondern dezentral hinterlegt bzw. abänderbar sein kann.
Nach dem Stand der Technik ist es mittels des entsprechenden Verfahrens, wie dem kapazitiven-, Ultraschall- FMCW-, TDR- oder dem Pulslaufzeit-Verfahren bereits möglich, den Füllstand L bei Idealbedingungen (gut reflektierendem Füllgut 2, planarer Füllgut-Oberfläche, keine Hindernisse wie Rührwerke oder sonstige Einbauten im Signalpfad der Sonde oder des Radar-bzw. Ultraschall-Signals S_HF) punktuell mit einer Genauigkeit im Sub-Mikrometer-Bereich aufzulösen. Selbst bei rauen bzw. welligen Füllgut-Oberflächen oder in staubhaltiger Atmosphäre ist mittels der entsprechenden Verfahren eine zuverlässige Messung des Füllstandes L an einem dezidierten Punkt der Füllgut-Oberfläche möglich. Im Falle einer planaren Füllgut-Oberfläche lässt sich bei bekannter Behälter-Geometrie bzw. bei vorliegender Linearisierungstabelle V(L) aus dem Füllstandswert L zudem unmittelbar das Füllvolumen V, welches das Füllgut 2 momentan im Behälter 3 einnimmt, bestimmen. Dabei kann die Linearisierungstabelle V(L) wiederum im Füllstandsmessgerät 11 selbst, oder in einer Speicher-Einheit 131 der Auswerte-Einheit 13 hinterlegt sein, um hieraus das Füllvolumen V zu bestimmen.
Die punktuelle Messung des Füllstandes L bzw. des Füllvolumens V stößt an seine Grenzen, wenn die Oberfläche des Füllgutes 2, wie in 1 dargestellt wird, nicht planar verläuft. Dies kann bei hochviskosen oder Schüttgut-artigen Füllgütern 2 eintreten, bspw. wenn sich beim Befüllen des Behälters 3 Schüttkegel bilden, oder nach dem Aufrichten des zuvor gekippten Behälters 3, wie in 1 dargestellt. Daneben kann es beim Abpumpen des Füllgutes 2 zu Vertiefungstrichtern an der Füllgut-Oberfläche kommen. Sofern das Füllstandsmessgerät 1 den Füllstand L lediglich punktuell an einer Stelle der Oberfläche des Füllgutes 2 bestimmen würde, könnte dies unter diesen Umständen zu einer fehlerhaften Interpretation des Füllstandes L bzw. des Füllvolumens V führen. So könnte zum Beispiel ein Entleerungsvorgang gestoppt werden, wenn durch das Füllstandsmessgerät 11 ein leerer Behälter 3 ermittelt wurde, obwohl am Rand des Behälter-Inneren nach wie vor Füllgut 2 vorhanden ist. Im entgegengesetzten Fall könnte es bei vollem Behälter 3 vorkommen, dass ein Befüll-Vorgang nicht angehalten wird, obwohl ein Maximalfüllstand an einer Stelle der Füllgut-Oberfläche bereits überschritten ist, da dies mittels des Füllstandsmessgerätes 1 nicht erkannt wird.
Um das Füllvolumen V des Füllgutes 2 im Behälter auch unter solchen Bedingungen bestimmen zu können, ist am Behälter 3 zusätzlich zum Füllstandsmessgerät 11 erfindungsgemäß auch ein Lage-Sensor 12 befestigt, um die momentane Neigung des Behälters 3 in Bezug zum Lot zu bestimmen. Dabei kann der Lage-Sensor 12 zur Bestimmung der Neigung entsprechende Beschleunigungs-, Drehraten- und/oder auch GNSS-Sensoren („Global Navigation Satellite System“) umfassen. Da der Lage-Sensor 12 und das Füllstandsmessgerät 11 jeweils fest am Behälter 3 angeordnet sind, entspricht der gemessene Neigungswinkel des Behälters 3 somit auch der Abstrahlrichtung der Radar-Signale SHF in Bezug zum Lot.
Auch der Lage-Sensor 12 ist entsprechend mit der Auswerte-Einheit 13 verbunden, so dass die Auswerte-Einheit 13, der Lage-Sensor 12 und das Füllstandsmessgerät 11 ein Mess-System 1 zur Bestimmung des Füllvolumens V bilden: Mittels der erfassten Neigung werden eine oder mehrere Neigungs-Informationen α gewonnen, welche die Neigung bzw. eine vorangegangene Neigungs-Änderung des Behälters 3 betreffen. Dabei kann es sich bei der Neigungs-Information α im einfachsten Fall um einen binären Wert handeln, der beschreibt, ob der Behälter 3 aufgerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann als Neigungs-Information α das vorangegangene Aufstellen des Behälters 3 in Form eines binären Wertes definiert sein:

- „1“ = „Der Behälter 3 wurde in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum (um ca. 90°) aufgerichtet.“
- „0“ = „Der Behälter 3 wurde in dem definierten Zeitraum nicht aufgerichtet“.

Zu einer weiter präzisierten Bestimmung des Füllvolumens V kann die Neigungs-Information α auch einen Dezimal-Wert umfassen, welcher die Neigungswinkel-Änderungsrate, unter welcher der Behälter 3 in dem definierten Vorab-Zeitraum aufgestellt wurde, repräsentiert. Zu einer äußerst detaillierten Definition kann als Neigungs-Information α zudem oder alternativ auch der vergangene Zeitraum, vor dem der Behälter 3 aufgestellt wurde, gespeichert werden. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei nicht relevant, ob auf Basis der gemessenen Neigung die Neigungs-Informationen α im Neigungsmessgerät 12 selbst, oder nach Übertragung der aktuellen Neigungs-Werte erst in der Auswerte-Einheit 13 erstellt werden. Zusammenfassend können als Neigungs-Informationen α beispielsweise folgende Zusammenhänge erfasst werden:

- Ist der Behälter 3 momentan aufgerichtet? Ja/Nein
- Wenn ja, wurde der Behälter 3 in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum aufgerichtet?
- Wenn ja, wie lange ist das Aufrichten zeitlich her?
- Wenn ja, mit welcher Neigungswinkel-Änderungsrate wurde der Behälter 3 letztmalig aufgerichtet?
- Wurde seit dem letzten Aufrichten eine Befüllung/Entleerung am Behälter vorgenommen?

Durch die Erfassung solcher Neigungs-Information(en) α ist es in Kombination mit dem konkreten Füllgut-Typ möglich, den vom Füllstandsmessgerät 11 gemessenen Füllstand L bzw. Abstand d zur Bestimmung des Füllvolumens V heranzuziehen: Wenn als Neigungs-Information α beispielsweise vorliegt, dass der Behälter 3 momentan aufgerichtet ist, aber in dem definierten Zeitraum zuvor nicht aufgerichtet wurde, bedeutet dies bei einem niederviskosen Füllgut 2, dass dessen Füllgut-Oberfläche mittlerweile mit hoher Sicherheit planar verläuft und das Füllvolumen V somit unmittelbar aus dem Füllstandswert L und der in der Speicher-Einheit 131 hinterlegten Linearisierungstabelle V(L) ermittelt werden kann. Liegt als Neigungs-Information α vor, dass der Behälter 3 momentan nicht aufgerichtet ist, erkennt die Auswerte-Einheit 13 hieraus, dass anhand des aktuell gemessenen Abstandswertes d kein sinnvoller Füllstand L bzw. Füllvolumen V berechnet werden kann.
Sofern bei Feststoff-artigem Füllgut 2 als Neigungs-Information α ein vorangegangenes Aufrichten des Behälters 3 innerhalb des definierten Zeitraums vorliegt, kann das Füllvolumen V nicht mehr unmittelbar aus dem Füllstandswert L und der in der Speicher-Einheit 131 hinterlegten Linearisierungstabelle V(L) ermittelt werden, da die Füllgut-Oberfläche im Behälter 3 in diesem Fall nicht planar ist, sondern in Aufstell-Richtung r schräg abfällt, wie in 1 dargestellt ist. Erfindungsgemäß erfordert dieser Fall zusätzlich zum gemessenen Abstandswert d und zur Linearisierungstabelle V(L) eine Korrekturfunktion K_α, mittels welcher die Linearisierungstabelle V(L) hinsichtlich der Situation, welche den Neigungs-Informationen α und dem Füllgut-Typ zugrunde liegt, korrigierbar ist. Somit kann in der Auswerte-Einheit 13 anhand des erfassten Füllstandes L und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle V'(L) wiederum das aktuelle Füllvolumen V erfasst werden, sofern die Korrekturfunktion K_α in der Auswerte-Einheit 13 bzw. in dessen Speicher-Einheit 131 abgelegt ist. Dabei kann die Linearisierungstabelle V(L) je nach Definition mittels Subtraktion oder Multiplikation der Korrekturfunktion K_α korrigiert werden.
Die Korrekturfunktion K_α kann beispielsweise durch eine oder mehrere Kalibrations-Messreihen am jeweiligen Behälter 3 ermittelt werden. Hierzu werden vom Füllstandsmessgerät 11 bei bekannten bzw. definiert eingefüllten Füllvolumina V_1,..,i des ggf. hochviskosen bzw. feststoffartigen Füllgutes 2 unter denjenigen Bedingungen, die den jeweiligen Neigungs-Informationen α zugrunde liegen (also beispielsweise kurz nach Aufstellen des Behälters 3 innerhalb des definierten Vorab-Zeitraums), entsprechende Füllstandswerte L'_1,...,i vom Füllstandsmessgerät 11 ermittelt. Dabei ergibt sich die Korrekturfunktion K_α aus den Differenzen (L'_1,...,i) - (L_1,...,i) oder aus den Quotienten zwischen jeweils

- dem Füllstandswert L'_1,...,i welcher vom Füllstandsmessgerät 11 im Zuge der Kalibrations-Messreihe zum entsprechend bekannten Füllvolumen V_1,...,i, ermittelt wurde, und
- dem Füllstandswert L_1,...,i, welcher in der Linearisierungstabelle V(L) dem korrespondierenden Füllvolumen V_1,...,i, zugeordnet ist.

Somit fließen in die Korrekturfunktion K_α einerseits der spezifische Füllgut-Typ und andererseits die Neigungs-Informationen α mit ein. Die aus der Kalibrations-Messreihe resultierenden Differenzen bzw. Quotienten können wiederum bspw. mittels polynomischer- oder Spline-Interpolation zu einer Korrekturfunktion K_α verarbeitet werden. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Korrekturfunktion K_α als analytische Funktion vorliegt. Im einfachsten Fall reicht es aus, wenn bspw. auf Basis der Differenzen/Quotienten die Korrekturfunktion K_α tabellarisch als Lookup-Table erstellt wird.
Neben dem Aufstellen des Behälters 3 führen auch anderweitige, vorangegangene Zustands-Änderungen im Behälter 3, wie beispielsweise das Entleeren, Befüllen oder Entlüften des Behälters 3 nach Aufstellen des Behälters 3 zu einer entsprechenden nicht-planaren Füllgut-Oberfläche. Sofern die Neigungs-Informationen α also auch solche Zustands-Änderungen im Behälter 3 umfassen soll, sind entsprechend umfangreichere Kalibrations-Messreihen durchzuführen, um die Korrekturfunktion K_α entsprechend komplex zu erstellen. Dabei hängt wiederum vom Umfang der Messreihen ab, ob lediglich das Entleeren/Befüllen als solches miteinbezogen wird, oder ob die Korrekturfunktion K_α beispielsweise auch hinsichtlich unterschiedlicher Befüll-/Entleerungs-Raten bspw. in Liter/Sekunde differenziert. Hierdurch wird die Linearisierungstabelle V(L) noch besser korrigiert.
Bezugszeichenliste

1: Mess-System
2: Füllgut
3: Behälter
11: Füllstandsmessgerät
12: Lage-Sensor
13: Auswerte-Einheit
131: Speicher-Einheit
d: Abstand
h: Einbauhöhe
Kα: Korrekturfunktion
L: Füllstand
M: Masse des Füllgutes im Behälter
r: Aufstellrichtung
RHF: Reflektiertes Radar-Signal
SHF: Radar-Signal
V: Füllvolumen
V(L): Linearisierungstabelle des Behälters
V'(d): Korrigierte Linearisierungstabelle
α: Neigungs-Information

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013108490 A1 [0003]
DE 102018112819 A1 [0006]

Claims

Mess-System zur Bestimmung eines Füllvolumens (V) eines Füllgutes (2) in einem Behälter (3), folgende Komponenten umfassend: - Ein Füllstandsmessgerät (11), das derart am Behälter (3) angeordnet ist, um an einem Punkt auf der Oberfläche des Füllgutes (2) einen Füllstand (L) zu bestimmen, - einen Lage-Sensor (12), mittels welchem zumindest eine Neigungs-Information (α) des Behälters (3) in Bezug zum Lot ermittelbar ist, und - eine Auswerte-Einheit (13), mit o einer Speicher-Einheit (131), in welcher ■ eine Linearisierungstabelle (V(L)) des Behälters (3), und ■ eine von der zumindest einen Neigungs-Information (α) abhängige Korrekturfunktion (K_α), mittels welcher die Linearisierungstabelle (V(L)) korrigierbar ist, gespeichert sind, wobei die Auswerte-Einheit (13) ausgelegt ist, anhand des Füllstandes (L) und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle (V'(L)) das Füllvolumen (V) zu berechnen.
Mess-System nach Anspruch 1, das ausgelegt ist, als Neigungs-Information (α) - Ein Befüllen und/oder Entleeren des Behälters (3) seit dem letztmaligen Aufstellen, - ein Aufstellen des Behälters (3) in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum als binäre Information, und/oder - eine Neigungsrate in einem definierten, vorangegangenen Zeitraum in Form eines insbesondere dezimalen Wertes zu ermitteln.
Mess-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturfunktion (K_α) derart erstellt ist, dass etwaige vorangegangene Zustands-Änderungen im Behälter (3), insbesondere ein Entleeren, Befüllen oder Entlüften des Behälters (3) miteinbezogen werden.
Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrekturfunktion (K_α) in Abhängigkeit des jeweiligen Füllgut-Typs ermittelt ist.
Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Speicher-Einheit (131) die Dichte des jeweiligen Füllgut-Typs hinterlegt ist, und wobei die Auswerte-Einheit (13) ausgelegt ist, anhand der Dichte und anhand des Füllvolumens (V) die Masse (M) des im Behälter (3) befindlichen Füllgutes (2) zu bestimmen.
Mess-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in der Linearisierungstabelle (M(L)) die Dichte des jeweiligen Füllgut-Typs miteinbezogen ist, und wobei die Auswerte-Einheit (13) ausgelegt ist, anhand der massebasierten Linearisierungstabelle (M(L)) sowie anhand des Füllstandes (L) die Masse (M) des im Behälter (3) befindlichen Füllgutes (2) zu bestimmen.
Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Füllstandsmessgerät (11) den Lage-Sensor (12) als integralen Bestandteil umfasst.
Mess-System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein übergeordneter Server oder ein portables Rechengerät als Auswerte-Einheit (13) fungiert.
Mess-System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - Einen Temperatur-Sensor, mittels dem eine Temperatur im Behälter (3) ermittelbar ist, und/oder - Einen Druck-Sensor, mittels welchem ein Druck im Behälter (3) ermittelbar ist, wobei die Auswerte-Einheit (13) ausgelegt ist, mittels des gemessen Druckes, der gemessenen Temperatur, und/oder mittels einer definierten Druck- bzw. Temperatur-Änderung die zumindest eine Neigungs-Information (α) zu bestimmen und/oder zu verifizieren.
Verfahren zur Bestimmung eines Füllvolumens (V) eines Füllgutes (2) in einem Behälter (3) mittels eines Mess-Systems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend: - Bestimmung der zumindest einen Neigungs-Information (α) des Behälters (3), - Messen des Füllstandes (L) an einem Punkt auf der Oberfläche des Füllgutes (2), - Korrektur der Linearisierungstabelle (V(L)) mittels der Neigungs-Information (α) und der Korrekturfunktion (K_α), und - Berechnung des Füllvolumens (V) anhand des Abstands bzw. Füllstandswertes (L) und anhand der korrigierten Linearisierungstabelle (V'(L)).