DE10322083B4

DE10322083B4 - Ultraschall-Meßgerät

Info

Publication number: DE10322083B4
Application number: DE2003122083
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Maier
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: WO2004102132A2; WO2004102132A3; DE10322083A1

Abstract

Ultraschall-Meßgerät mit zumindest einem Ultraschallwandler (5), der über eine Membran (6) Ultraschall-Meßsignale in Richtung der Oberfläche eines in einem Behälter befindlichen Mediums aussendet und/oder die an der Oberfläche des Mediums reflektierten Ultraschall-Meßsignale empfängt, und wobei eine Regel-/Auswerteeinheit (2) vorgesehen ist, die anhand der Laufzeit der Ultraschall-Meßsignale den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenbereich der dem Medium zugewandten Seite der Membran (6) eine Abtropfkante (8) vorgesehen ist, und daß es sich bei der Abtropfkante (8) um ein bandförmiges Element handelt, das im Bereich des Außenumfangs (9) der Membran (6) befestigt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Meßgerät mit zumindest einem Ultraschallwandler, der über eine Membran Ultraschall-Meßsignale in Richtung der Oberfläche eines in einem Behälter befindlichen Mediums aussendet bzw. die an der Oberfläche des Mediums reflektierten Ultraschall-Meßsignale empfängt, und wobei eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der Laufzeit der Ultraschall-Meßsignale den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt.
Ultraschall-Meßgeräte werden in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen zwecks Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter in der Prozeßmeßtechnik eingesetzt. Entsprechende Meßgeräte werden von der Anmelderin z. B. unter der Bezeichnung PROSONIC, insbesondere PROSONIC M, angeboten und vertrieben. Die zuverlässige Funktion eines Ultraschall-Meß-geräts ist gestört, sobald sich an der Außenfläche der Membran Kondens-wasser ablagert. Derartige Ablagerungen treten regelmäßig auf, sobald die Temperatur der Behälteratmosphäre in der Nähe des Meßgeräts den Taupunkt unterschreitet. Hierbei wird auch der Effekt beobachtet, daß Kondenswasser sich an dem Deckel des Behälters ansammelt, entlang der Außenfläche des Ultraschall-Meßgeräts herunterläuft und sich an der Unterseite und damit an der Membran in Form von Kondenstropfen ablagert.
Kondensatablagerungen, die sich an der Membran in Abstrahlrichtung der Ultraschall-Meßsignale ablagern, wirken sich gleich in zweifacher Hinsicht negativ auf die Meßgenauigkeit bzw. die Meßfunktion eines Ultraschall-Meßgeräts aus: Einerseits wird die durch die Antennenkonstruktion vorgegebene und optimierte Anpassung zwischen dem Ultraschallwandler, der die Ultraschall-Meßsignale erzeugt und/oder empfängt, und der Behälter atmosphäre, in der sich die Ultraschall-Meßsignale mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, gestört; andererseits wird die Richtcharakteristik bzw. werden die Abstrahleigen-schaften des Ultraschall-Meßgeräts verschlechtert.
US 4 264 788 A beschreibt ein Ultraschall-Messgerät mit einem hornförmigen Element, das mit seinem hinteren Endbereich an der Vorderseite des Befestigungsflansches befestigt ist. Über die Dimensionierung des hornförmigen Elements lässt sich eine gewünschte akustische Formung und eine Verstärkung der gesendeten Signale erreichen. Der Öffnungswinkel und die Länge des hornförmigen Elements sind so gewählt, dass sich Moden parallel zur Ausbreitungsrichtung ungehinfdert ausbreiten können, während Moden senkrecht zur Ausbreitungsichtung gedämpft werden.
WO 02/16889 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter mit einer Antenne, die aus einem Wellenleiter besteht, der sich in Abstrahlrichtung in einen Hohlraum aufweitet. Ein dielektrisches Füllmaterial füllt den Wellenleiter und den aufgeweiteten Hohlraum der Antenne nahezu vollständig aus, um Ansatzbildung zu verhindem.
DE 37 21 209 C2 beschreibt ein Schall- bzw. Ultraschall-Echomeßgerät mit einem Schall- bzw. Ultraschallwandler zum Aussenden von Schall bzw. Ultraschallenergie und Empfangen von Echosignalen, die einer Auswerteinrichtung zugeführt werden.
US 4 081 889 A beschreibt einen Ultraschallwandler, bei der ein piezoelektrischer Kristall mit einer Membran verklebt ist. Die Membran wird dann in das offene Ende eines Hohlraums gedrückt. Der Hohlraum wird dann mit einem nichtleitenden Material gefüllt, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Meßgerät vorzuschlagen, das sich durch eine verminderte Kondensatbildung im Bereich der Membran auszeichnet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Außenbereich der dem Medium zugewandten Seite der Membran eine Abtropfkante vorgesehen ist, und dass es sich bei der Abtropfkante um ein bandförmiges Element handelt, das im Bereich des Außenumfangs der Membran befestigt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Abtropfkante kontinuierlich ausgebildet. Im einfachsten Fall ist die Abtropfkante als Klebeband ausgeführt, das im Bereich des Außen-umfangs der Membran festgeklebt ist.
Eine alternative Lösung schlägt vor, daß die Abtropfkante in die Membran eingearbeitet ist. So kann die Abtropfkante beispielsweise an die Membran angeformt oder in die Membran eingeschnitten bzw. eingefräst sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Membran als Spritzgußteil zu fertigen. Die Wahl eines für die Membran geeigneten Materials hängt im wesentlichen von dem jeweiligen Applikationsfall des Ultraschall-Meßgeräts ab. So besteht die Membran eines Ultraschall-Meßgeräts für Anwendungen, die chemische Beständigkeit erfordern, üblicherweise aus Kunststoff, z. B. aus PFDF. Im Bereich der Lebensmittelindustrie wird bevorzugt ein Ultraschall-Meßgerät mit einer Membran aus Metall eingesetzt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines bekannten Ultraschall-Meßgeräts und
2: eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Meßgeräts.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten Ultraschall-Meßgeräts 1. Das Ultraschall-Meßgerät 1 ist in einer Öffnung im Deckel 3 eines in der 1 nicht gesondert dargestellten Behälters angebracht. Im gezeigten Fall ist das Ultraschall-Meßgerät 1 über die Schraubverbindung 4 fixiert. Selbstverständlich kann die Befestigung auch über einen Flansch erfolgen, oder das Ultraschall-Meßgerät ist in die Öffnung des Deckels 3 eingeschweißt.
Wesentliche Komponenten des Ultraschall-Meßgeräts 1 sind der zumindest eine Ultraschallwandler 5 und die Regel-/Auswerteeinheit 2. Der Ultraschallwandler 5 strahlt über die Membran 6 Ultraschal-Meßsignale in Richtung auf die Oberfläche eines in dem Behälter gelagerten Füllguts ab und empfängt die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Ultraschall-Meßsignale. Anhand der Laufzeit der Ultraschall-Meßsignale ermittelt die Regel-/Auswerteeinheit 2 in Kenntnis des zurückgelegten Laufweges und der Höhe des Behälters den aktuellen Füllstand des Mediums in dem Behälter.
Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, wird die Meßgenauigkeit des Ultraschall-Meßgeräts 1 gestört, sobald sich an der Außenfläche der Membran 6, die dem Medium zugewandt ist, Kondenswasser – üblicherweise – in Form von Kondenstropfen 7 ablagert. Derartige Ablagerungen werden regelmäßig beobachtet, sobald die Temperatur der Behälteratmosphäre in der Umgebung des Ultraschall-Meßgeräts 1 den Taupunkt unterschreitet. Weiterhin tritt auch der Effekt auf, daß sich Kondenswasser bzw. Kondenstropfen 7 an dem Deckel 3 des Behälters bzw. an der Außenseite des Sensors ansammelt bzw. ansammeln, entlang der Außenseite des Ultraschall-Meßgeräts 1 abläuft bzw. ablaufen und sich an der Unterseite des Ultraschall-Meßgeräts 1 und damit an der Membran 6 in Form von Kondenstropfen 7 ablagert bzw. ablagern. Bei bekannten Ultraschall-Meßgeräten 1 stellt daher die Membran 6 eine potentielle und bevorzugte Sammelstelle für höchst unerwünschte Kondensatablagerungen dar.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Meßgeräts 1. Der wesentliche Unterschied zu der bekannten und in 1 skizzierten Lösung ist die Abtropfkante 8 die im gezeigten Fall am Außenumfang 9 des Ultraschall-Meßgeräts 1 im Bereich der Membran 6 zu finden ist. Wie entsprechende Versuche gezeigt haben, verhindert die Abtropfkante 8 auf sehr effektive Art und Weise die Bildung von Kondenstropfen 7 an der Membran 6. Im einfachsten Fall handelt es sich – wie bereits zuvor erwähnt – bei der Abtropfkante 8 um ein Klebeband bzw. um ein bandförmiges Element, das im Bereich des Außenumfangs 9 der Membran 6 aufgeklebt ist.
Eine alternative Lösung schlägt vor, daß die Abtropfkante 8 in die Membran 6 eingearbeitet ist. So kann die Abtropfkante 8 beispielsweise an die Membran 6 angeformt oder in die Membran 6 eingeschnitten bzw. eingefräst sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Membran 6 als Spritzgußteil zu fertigen.

Claims

Ultraschall-Meßgerät mit zumindest einem Ultraschallwandler (5), der über eine Membran (6) Ultraschall-Meßsignale in Richtung der Oberfläche eines in einem Behälter befindlichen Mediums aussendet und/oder die an der Oberfläche des Mediums reflektierten Ultraschall-Meßsignale empfängt, und wobei eine Regel-/Auswerteeinheit (2) vorgesehen ist, die anhand der Laufzeit der Ultraschall-Meßsignale den Füllstand des Mediums in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenbereich der dem Medium zugewandten Seite der Membran (6) eine Abtropfkante (8) vorgesehen ist, und daß es sich bei der Abtropfkante (8) um ein bandförmiges Element handelt, das im Bereich des Außenumfangs (9) der Membran (6) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtropfkante (8) kontinuierlich ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) aus Metall oder Kunststoff gefertigt ist.