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Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmeßgerät, das nach
dem Radarprinzip arbeitet, zum Messen des Füllstands eines in einen Behälter eingefüllten Mediums,
mit einem Signalgenerator zum Erzeugen und Aussenden eines elektromagnetischen
Signals, einer elektrischen Leiteranordnung zum Führen des
von dem Signalgenerator erzeugten elektromagnetischen Signals in
den Behälter
und zum Zurückführen des
an dem in den Behälter
eingefüllten
Medium reflektierten Anteils des elektromagnetischen Signals und
einer Auswerteelektronik zum Empfangen des an dem in den Behälter eingefüllten Medium
reflektierten Anteils des elektromagnetischen Signals und zum Ermitteln
dessen Laufzeit und damit des Füllstands
des Mediums in dem Behälter.
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Das Meßverfahren eines Füllstandsmeßgeräts, das
nach dem Radarprinzip arbeitet, basiert auf dem TDR-Meßprinzip
(Time Domaine Reflectometry), das z.B. aus dem Bereich der Kabelprüfung bekannt
ist und Ähnlichkeit
mit der Funktionsweise von herkömmlichen
Radargeräten
aufweist. Bei einem solchen TDR-Füllstandsmeßgerät wird z.B. ein extrem kurzer
elektrischer Impuls über
eine im wesentlichen gerade verlaufende elektrische Leiteranordnung
in einen Behälter
ausgesandt, in dem sich ein Medium, wie eine Flüssigkeit, ein Pulver oder ein Granulat
befindet, dessen Füllstandshöhe bestimmt werden
soll. Dabei ist typischerweise eine solche elektrische Leiteranordnung
vorgesehen, die in das Medium hineinreicht und als Einfachleiter
oder als Doppelleiter ausgeführt
ist. Ist die elektrische Leiteranordnung als Doppelleiter ausgeführt, so
kann sie z.B. zwei parallel zueinander verlaufende Leiter aufweisen
oder als Koaxialleitung ausgebildet sein.
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Ein in eine solche aus einem Doppelleiter
bestehende elektrische Leiteranordnung eingekoppelter elektrischer
Impuls läuft
dann quasi "zwischen" den beiden Leitern in den Behälter hinein
und wird dann an der Oberfläche
des Mediums zumindest teilweise reflektiert, wobei der reflektierte
Anteil des kurzen elektrischen Impulses von der Auswerteelektronik
empfangen wird. Der reflektierte Anteil des kurzen elektrischen
Impulses hängt
von der Dielektrizitätszahl
des Mediums ab und steigt mit dieser. Dabei ist die Laufzeit des
Signals proportional zum Abstand des Signalgenerators bzw. der Auswerteelek tronik zur
Oberfläche
des in dem Behälter
befindlichen Mediums. Sich verändernde
Umgebungsbedingungen, wie ein steigender oder ein fallender Umgebungsdruck
oder eine steigende oder eine fallende Temperatur, beeinträchtigen
die Meßgenauigkeit
des TDR-Füllstandsmeßgeräts nicht.
Außerdem
ist die Laufzeit des Signals unabhängig von der Dielektrizitätszahl des
Mediums, dessen Füllstand
gemessen werden soll.
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Ein Füllstandsmeßgerät, wie eingangs beschrieben,
ist z.B. aus der
DE
100 37 715 A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Füllstandsmeßgerät ist eine
in den Behälter
reichende Leiteranordnung vorgesehen, die am oberen Ende des Behälters in
eine dort Sensor genannte Einrichtung mündet, die so ausgebildet ist,
daß eine
Füllstandsmessung
mit wenigstens zwei voneinander verschiedenen Meßverfahren möglich ist.
Dazu kann der Sensor in wenigstens zwei voneinander verschiedenen
Betriebsmodi arbeiten, insbesondere kann nämlich einerseits eine Füllstandsmessung
nach dem Radarprinzip und andererseits eine Füllstandsmessung aufgrund einer Kapazitätsmessung
erfolgen. Kommen diese beiden Meßverfahren abwechselnd oder
gleichzeitig zum Einsatz, so läßt sich
eine Plausibilitätsprüfung durchführen, nämlich derart,
daß, wenn
die Abweichung zwischen den nach den jeweiligen Verfahren ermittelten
Füllstandwerten
einen vorgegebenen Toleranzbereich übersteigt, eine entsprechende
Warnmeldung ausgegeben wird.
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Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand
der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Füllstandsmeßgerät mit einer
erhöhten
Funktionalität
anzugeben.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte
Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Füllstandsmeßgerät dadurch
gelöst,
daß ein
von der Leiteranordnung verschiedener Meßwertaufnehmer zur Messung
einer weiteren physikalischen Größe vorgesehen
ist.
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Grundsätzlich ist auch die Leiteranordnung als
ein solcher Meßwertaufnehmer
verwendbar, mit dem eine weitere physikalische Größe bestimmbar ist,
indem nämlich
z.B. eine Kapazitätsmessung durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist nun
ein zusätzlicher
Meßwertaufnehmer
vorgesehen, mit dem z.B. die Messung einer Temperatur, eines Drucks oder
einer Leitfähigkeit
möglich
ist. Mit dem erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgerät wird dem
Verwender also eine zusätzliche
Funktion an die Hand gegeben. Ohne den Einsatz einer zusätzlichen
und damit separaten Meßvorrichtung
wird ihm nämlich schon
durch das erfindungsgemäße Füllstandsmeßgerät selbst
wenigstens ein weiterer für
ihn interessanter Meßwert
zur Verfügung
gestellt. Zur Ausgabe der von dem Meßwertaufnehmer erfaßten weiteren physikalischen
Größe ist dann
gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung eine zweite Datenausgabeschnittstelle
vorgesehen. Selbstverständlich
ist die Erfindung dabei nicht darauf beschränkt, lediglich einen weiteren
Meßwert
zur Verfügung
zu stellen. Es können
also auch zwei oder mehr weitere Meßwerte gemessen und ausgegeben
werden, wozu dementsprechend zwei oder mehr Meßwertaufnehmer vorgesehen sind.
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Bezüglich der Anordnung des Meßwertaufnehmers
kommen verschiedene Möglichkeiten
in Betracht. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß der Meßwertaufnehmer
an der Leiteranordnung befestigt ist. Gemäß einer besonders bevorzugten
Weiterbildung der Endung ist der Meßwertaufnehmer dabei von der
Leiteranordnung lösbar.
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Wie weiter oben schon ausgeführt, kann
die Leiteranordnung als Einfachleiter oder als Doppelleiter ausgebildet
sein. Ist die Leiteranordnung als Einfachleiter ausgebildet, insbesondere
nämlich
als Leiterrohr oder als Leiterkabel, so ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, daß eine
zu dem Meßwertaufnehmer
führende
Innenleitung isoliert von dem Einfachleiter in dem Einfachleiter
verläuft.
Dabei ist es besonders bevorzugt, daß der Einfachleiter als eine
Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer
ausgebildet ist, so daß über den
Einfachleiter eine Daten- und/oder Energieübertragung von bzw. zu dem
Meßwertaufnehmer
möglich
ist, wobei das von dem Signalgenerator erzeugte elektromagnetische
Signal kapazitiv in den Einfachleiter einkoppelbar ist. Damit ist
eine "Eindrahtleitung" zu dem Meßwertaufnehmer realisierbar,
wenn dieser zusätzlich
mit einem Referenzpotential, wie Masse, verbunden ist. Diesbezüglich ist
es gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die isoliert
von dem Einfachleiter innerhalb des Einfachleiters zu dem Meßwertaufnehmer
führende
Innenleitung als Referenzpotentialverbindung, vorzugsweise Masseverbindung,
dient.
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Ist die Leiteranordnung als Doppelleiter
mit zwei Leitern, nämlich
als Parallelleitung oder als Koaxialleitung, ausgebildet, so ist
gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß einer
der Leiter als eine Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer ausgebildet
ist, so daß über den
als Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer
dienenden Leiter eine Daten- und/oder Energieübertragung von bzw. zu dem
Meßwertaufnehmer
möglich
ist, wobei das von dem Signalgenerator erzeugte elektromagnetische
Signal kapazitiv in den als Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer dienenden Leiter
einkoppelbar ist. Auch hier ist eine "Eindrahtleitung" zu dem Meßwertaufnehmer
realisierbar, und zwar dadurch, daß der Meßwertaufnehmer mit einem Referenzpotential, wie
Masse verbunden wird. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dazu der von dem als
Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer
dienende Leiter verschiedene Leiter als Referenzpotentialverbindung,
vorzugsweise als Masseverbindung, für den Meßwertaufnehmer ausgebildet.
Bei der Verwendung eines Koaxialkabels kommt insbesondere der Außenleiter
als Referenzpotentialverbindung in Betracht.
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Insbesondere bei der Verwendung eines
flexiblen Kabels als Leiteranordnung ist im Endbereich der Leiteranordnung
im allgemeinen ein Gewicht vorgesehen, um einen möglichst
geraden Verlauf der Leiteranordnung in dem Behälter zu gewährleisten. Bei der Anordnung
eines Gewichts im Endbereich der Leiteranordnung ist gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Meßwertaufnehmer
an oder in dem Gewicht angeordnet ist. Gegebenenfalls kann der Meßwertaufnehmer,
z.B. zusammen mit seinem Gehäuse,
das Gewicht ersetzen bzw. ergänzend
als Gewicht dienen, wodurch der Aufbau des Füllstandsmeßgeräts insgesamt vereinfacht wird.
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Mit dem erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen
Meßwertaufnehmer
können
solche physikalischen Größen erfaßt werden,
die einem Verwender des erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgeräts lediglich eine Zusatzinformation
geben, z.B. bezüglich
der Temperatur des in dem Behälter
befindlichen Mediums. Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch eine zusätzliche
Füllstandsbestimmungseinrichtung
vorgesehen, der die von dem Meßwertaufnehmer
erfaßte
weitere physikalische Größe zuführbar ist
und von der aufgrund der weiteren erfaßten physikalischen Größe eine
alternative Füllstandsbestimmung
durchführbar
ist. Dies ist z.B. dann möglich,
wenn als zu sätzlicher
Meßwertaufnehmer
ein Druckaufnehmer verwendet wird, der nach Möglichkeit am Ende der Leiteranordnung
in der Nähe
des Bodens des Behälters
vorgesehen ist, so daß eine
alternative Füllstandsbestimmung über den Druck
durchführbar
ist, der aufgrund des über
dem Druckaufnehmer lagernden Mediums besteht.
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Ein mit einer solchen zusätzlichen
Füllstandsbestimmungseinrichtung
ausgerüstetes
Füllstandsmeßgerät ist dann
gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise mit einer Prüfeinrichtung
versehen, der einerseits der mittels der nach dem Radarprinzip erfolgenden
Messung ermittelte Füllstand
und andererseits der mittels der weiteren physikalischen Größe aufgrund
der alternativen Füllstandsbestimmung
ermittelte Füllstand
zuführbar
ist und in der diese beiden Füllstandswerte zur
Prüfung
der Verläßlichkeit
des mittels der nach dem Radarprinzip erfolgenden Messung ermittelten Füllstands
miteinander vergleichbar sind. Bei einer einen vorgegebenen Referenzwert übersteigenden Abweichung
der beiden Füllstandswerte
voneinander kann dem Verwender des Füllstandsmeßgeräts eine Meldung ausgegeben
werden, die ihn darauf hinweist, daß möglicherweise eine Fehlfunktion
des Füllstandsmeßgeräts vorliegt,
so daß eine
Prüfung zu
erfolgen hat.
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Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl
von Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße Füllstandsmeßgerät auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie
auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der
Zeichnung zeigt
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1 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgeräts gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgeräts gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgerät gemäß einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Endung,
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4 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgeräts gemäß einem
vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Endung,
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5 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgeräts gemäß einem
fünften
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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6 schematisch
den Aufbau eines Füllstandsmeßgeräts gemäß einem
sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Aus 1 ist
ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ersichtlich. Das Füllstandsmeßgerät wird für einen
Behälter 1 verwendet,
in den ein nicht weiter dargestelltes Medium eingefüllt werden
kann. Das Füllstandsmeßgerät weist
einen Signalgenerator 2 auf, mit dem ein elektromagnetisches
Signal, nämlich
ein kurzer Mikrowellenimpuls, erzeugt werden kann. Dieses elektromagnetische
Signal wird dann in eine elektrische Leiteranordnung 3 eingekoppelt,
die fast bis zum Boden des Behälters 1 in
diesen hinein reicht. Das elektromagnetische Signal wird also längs der
Leiteranordnung 3 geführt
und an der Oberfläche
eines in den Behälter 1 eingefüllten Mediums zumindest
teilweise zurückreflektiert.
Dieser zurückreflektierte
Anteil des elektromagnetischen Signals wird dann über die
elektrische Leiteranordnung 3 einer Auswerteelektronik 4 zugeführt, mit
der die Laufzeit des elektromagnetischen Signals vom Signalgenerator 2 zur
Oberfläche
des Mediums und zurück zur
Auswerteelektronik 4 und damit der Füllstand des Mediums in dem
Behälter 1 ermittelt
werden kann. Am unteren Ende der Leiteranordnung 3 ist
ein Meßwertaufnehmer 5 zur
Messung der Temperatur vorgesehen. Damit stellt das Füllstandsmeßgerät gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zwei Meßwerte
zur Verfügung,
nämlich über eine
erste Datenausgabeschnittstelle 6 den Füllstand des Mediums in dem
Behälter 1 und über eine
zweite Datenausgabeschnittstelle 7 die von dem Meßwertaufnehmer 5 ermittelte
Temperatur.
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Aus 2 ist
nun ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ersichtlich. Dieses Füllstandsmeßgerät weist als
Leiteranordnung 3 einen Einfachleiter auf, nämlich ein
Leiterkabel, das aus einer Mehrzahl von Leitungsadern 14 besteht.
Im wesentlichen zentral in dem Leiterkabel und somit von den Leitungsadern 14 umgeben
verläuft
eine zu dem Meßwertaufnehmer 5 führende Innenleitung 8,
und zwar isoliert von den Leitungsadern 14 des Leiterkabels.
Gemäß dem vorliegend
beschriebenen Füllstandsmeßgeräts gemäß dem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das Leiterkabel als eine Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer 5 verwendet,
so daß über das
Leiterkabel eine Daten- und/oder Energieübertragung von bzw. zu dem
Meßwertaufnehmer 5 möglich ist.
Dazu ist vorgesehen, daß das
von dem Signalgenerator 2 erzeugte elektromagnetische Signal kapazitiv
in das Leiterkabel einkoppelbar ist, nämlich über einen Kondensator 15.
Eine "Eindrahtleitung" zum Meßwertaufnehmer 5 wird
nun dadurch realisiert, daß die
Innenleitung 8 als Masseverbindung zu dem Meßwertaufnehmer 5 dient,
wie in 2 schematisch angedeutet.
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Aus 3 ist
ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ersichtlich.
Bei diesem Füllstandsmeßgerät ist als Leiteranordnung 3 ein
Leitenohr vorgesehen. Innerhalb des Leitenohrs können eine Mehrzahl von Innenleitungen 8 geführt sein,
nämlich
ebenfalls, wie beim Füllstandsmeßgerät gemäß dem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, isoliert von der Leiteranordnung 3. Auch
gemäß dem dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Einkopplung des von dem Signalgenerator 2 erzeugten
elektromagnetischen Signals in die Leiteranordnung 3, nämlich das
Leitenohr, über
einen Kondensator 15 vorgesehen. Da jedoch in dem Leitenohr eine
Mehrzahl von Innenleitungen 8 geführt werden können, kann
auf diese Weise nicht nur eine "Eindrahtleitung" zu dem Meßwertaufnehmer 5 realisiert werden.
Andererseits kann auf diese Weise auch eine Mehrzahl von Meßwertaufnehmern 5 vorgesehen
werden.
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Aus 4 ist
ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ersichtlich. Bei diesem Füllstandsmeßgerät handelt es sich um ein solches,
das als Leiteranordnung 3 einen Doppelleiter mit Leitern 9, 10 aufweist.
Zwischen den Leitern 9, 10 sind Abstandshalter 16 vorgesehen,
und etwas oberhalb des unteren Endes der Leiteranordnung 3 ist
der Meßwertaufnehmer 5 angebracht.
Bei dem Füllstandsmeßgerät gemäß dem vierten
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung dient der Leiter 9 als Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer 5,
so daß über den
Leiter 9 eine Daten- und/oder Energieübertragung von bzw. zu dem
Meßwertaufnehmer 5 möglich ist.
Dazu ist, ähnlich
wie schon zuvor beschrieben, das von dem Si gnalgenerator 2 erzeugte
elektromagnetische Signal kapazitiv, nämlich über einen Kondensator 15,
in den Leiter 9 einkoppelbar. Zur Realisierung einer "Eindrahtleitung"
zum Meßwertaufnehmer 5 dient
der andere Leiter 10 des Doppelleiters als Masseverbindung,
wie in 4 schematisch
dargestellt.
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Aus 5 ist
ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
fünften
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ersichtlich. Dieses Füllstandsmeßgerät weist
als Leiteranordnung 3 nun eine Koaxialleitung auf, wobei
vorgesehen ist, daß der
eine Leiter 9, nämlich
der Innenleiter, eine Zuleitung zu dem Meßwertaufnehmer 5 bildet.
Dazu ist auch hier das von dem Signalgenerator 2 erzeugte
elektromagnetische Signal kapazitiv, nämlich über einen Kondensator 15 in
den Leiter 5 einkoppelbar. Der Leiter 10, nämlich der
Außenleiter
der Koaxialleitung, dient dann zur Realisierung einer "Eindrahtverbindung"
zu dem Meßwertaufnehmer 5 als
Masseverbindung.
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Aus 6 ist
schließlich
ein Füllstandsmeßgerät gemäß einem
sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ersichtlich. Bei diesem Füllstandsmeßgerät sind zusätzlich eine Füllstandsbestimmungseinrichtung 12,
eine Prüfeinrichtung 13 und
eine Ausgabeeinrichtung 16 vorgesehen.
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Der zusätzlich. vorgesehenen Füllstandsbestimmungsvorrichtung 12 ist
die von dem Meßwertaufnehmer 5,
vorliegend einem Druckaufnehmer, erfaßte weitere physikalische Größe, nämlich der
am Ort der Anbringung des Meßwertaufnehmers 5 aufgrund
des in den Behälter 1 eingefüllten Mediums herrschende
Druck, zuführbar.
Da dieser Druckwert ebenfalls ein Maß für den Füllstand des Mediums in dem
Behälter 1 ist,
kann von der Füllstandsbestimmungseinrichtung 12 damit
eine alternative Füllstandsbestimmung
durchgeführt
werden.
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Der mittels dieser alternativen Füllstandsbestimmung
ermittelte Füllstandswert,
der auf dem von dem Meßwertaufnehmer 5 ermittelten
Druck beruht, wird dann der Prüfeinrichtung 13 zugeführt. Der
Prüfeinrichtung 13 wird
außerdem
der mittels der Laufzeitmessung in der Auswertelektronik 4 ermittelte Füllstandswert
zugeführt.
In der Prüfeinrichtung 13 kann
somit ein Vergleich dieser beiden Füllstandswerte erfolgen, so
daß die
Verläßlichkeit
des mittels der Laufzeitmethode ermittelten Füllstandswertes geprüft werden
kann. Ist die Abweichung zwischen den beiden auf unterschiedliche
Weisen gemessenen Füllstandswerte
größer als
ein vorbestimmter Referenzwert, so wird über die Ausgabeeinrichtung 16 an
den Verwender des Füllstandsmeßgeräts gemäß dem sechsten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Warnung ausgegeben, die den Verwender veranlaßt, eine
Prüfung
des Füllstandsmeßgeräts durchzuführen.