DE112004000339T5

DE112004000339T5 - Leistungseffizienzschaltung

Info

Publication number: DE112004000339T5
Application number: DE112004000339T
Authority: DE
Inventors: Valter Nilsson; Pär Abrahamsson
Original assignee: Saab Rosemount Tank Radar AB
Current assignee: Rosemount Tank Radar AB
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2006-03-02
Also published as: WO2004076986A1

Abstract

Radar-Füllstandsmesser, der zum Messen eines Standes einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank Mikrowellen verwendet und an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife anschließbar ist, mit:
– einer Mikrowellen-Antenneneinheit, die in den Tank gerichtet werden kann,
– einer Mikrowellenquelle zum Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank,
– einem Mikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals von der Oberfläche des Produkts im Tank,
– einer an die Quelle und den Empfänger gekoppelten Messschaltungsanordnung zum Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und zum Bestimmen des Produktstands aufgrund des empfangenen Signals,
– einer an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelten Ausgangsschaltungsanordnung zum Einstellen eines gewünschten Werts eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromes (I_Schleife) in der Schleife,
– einer Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, um Leistung von der Schleife zu empfangen und die als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle niedriger Leistung, den Mikrowellenempfänger niedriger Leistung, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung dient und einen Wandler...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Füllstandsmessung in industriellen Prozessen, in denen die Erfindung zum Messen des Produktstands in einem Lagertank des Typs dient, wie er in industriellen Anwendungen verwendet wird, die einen Mikrowellen-Füllstandsmesser verwenden. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten Verwendung des von einer Zweidraht-Prozesssteuerschleife an die Messeinheit gelieferten Stromes.

Messanlagen zum Messen eines Produktstandes (entweder Flüssigkeiten oder Festkörper) in Lagerbehältern entwickeln sich derzeit von der Berührungsmesstechnik, wie beispielsweise Band und Schwimmer, zu berührungslos arbeitenden Methoden. Eine Technologie basiert auf der Verwendung von Mikrowellen, was das Senden von Mikrowellen zur Produktoberfläche und das Empfangen von reflektierten Mikrowellen von der Oberfläche umfasst. Die reflektierten Mikrowellen werden analysiert, um die Distanz, die sie zurückgelegt haben, zu bestimmen. Die Kenntnis der zurückgelegten Distanz ermöglicht das Bestimmen des Produktstands.

Bei der industriellen Prozesssteuerung werden oft mit 4-20 mA arbeitende Prozesssteuerschleifen verwendet. In diesen Schleifen stellt ein 4mA-Signal eine Nullablesung und ein 20-mA Signal eine Ablesung bei Vollausschlag dar. Wenn ein Sender vor Ort ausreichend wenig Leistung benötigt, ist es ferner möglich, den Sender unter Verwendung von Strom von der Zweidrahtschleife zu betreiben. Mikrowellensender zum Füllstandsmessen in der Verfahrenssteuerindustrie erfor derten indes oft eine separate Stromquelle. Diese Mikrowellensender waren groß und ihr Betrieb erforderte mehr Leistung als bei Verwendung eines 4-20 mA-Standards geliefert werden konnte. Folglich erforderten typische Mikrowellensender zum Füllstandsmessen nach dem bisherigen Stand der Technik zusätzliche Verdrahtung zur Stromversorgung der Einheit.

Das Dokument US 5 672 975 offenbart eine Anordnung zum Bereitstellen von Strom für einen Radar-Füllstandsmesser und zum Übertragen von durch den Radar-Füllstandsmesser bereitgestellten Füllstandsinformationen mittels einer Zweidraht-Prozesssteuerschleife. Der Begriff Radar-Füllstandsmesser wird hier für eine Einheit verwendet, die eine Antenneneinheit, einen Mikrowellensender, einen Empfänger, Sender- und Empfängerschaltungen und Schaltungen zum Berechnen eines gemessenen Füllstandes einschließt.

Ein Zweidraht-Radar-Füllstandsmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass er mit Leistung versorgt wird und gleichzeitig analoge und digitale Informationen durch die gleichen Drähte überträgt. Ein Zweidraht-Radar-Füllstandsmesser gemäß dem bisherigen Stand der Technik kann wie in 1 gezeigt geschaltet sein. Eine Spannungsquelle 1 beliefert den Radar-Füllstandsmesser 2 durch die Zweidrahtschleife 3 mit Strom. Eine Barriere 4 zum Schutz gegen Stromtransienten und zur Aufnahme eines EMC-Filters kann in einer Schnittstelle zwischen dem Füllstandsmesser und der Schleife enthalten sein. Der Füllstandsmesser überträgt einen tatsächlich gemessenen Wert an eine Steuereinheit 5, indem er einen Strom einstellt, der proportional zum gemessenen Füllstandswert ist. Dieser Strom kann im Bereich von 4-20 mA eingestellt werden. Eine Antenneneinheit 6 ist in dem Füllstandsmesser enthalten.

Damit der Schleifenstrom sich über den gesamten Bereich von 4-20 mA erstrecken kann, muss der interne Stromverbrauch des Radar-Füllstandsmessers niedriger als oder gleich 4 mA sein. Diese unterste Grenze gilt für einen gemessenen Wert, der durch den niedrigsten durch die Schleife zu übertragenden Wert dargestellt wird. Tatsächlich sind nicht einmal 4 mA Strom von der Schleife für die Stromversorgung des Füllstandsmessers verfügbar. Der für dessen Versorgung verfügbare Strom beträgt ungefähr 3,5 mA. Der Grund dafür liegt darin, dass der Füllstandsmesser eingestellt ist, um einen Tiefstandalarm zu senden, wenn die Ablesung unterhalb des unteren Endes des Strombereichs von 4 bis 20 mA liegt, der für die Übertragung von Daten über die Schleife verwendet wird.

Eine Zweidrahtschleife ist dadurch gekennzeichnet, dass nur zwei Drähte zum Verbinden eines Instruments mit einer Steuereinheit erforderlich sind. Die Länge der Drähte kann bis zu mehreren hundert Meter betragen. Die Drähte werden auch für die Kommunikation zwischen dem Instrument und der Steuereinheit verwendet. Diese Kommunikation kann analog in dem erwähnten Bereich von 4-20 mA erfolgen. Es ist ebenfalls möglich, digitale bidirektionale Kommunikation gemäß z.B. dem bekannten HART-Protokoll in diesem Bereich zu verwenden.

Ausrüstung, die in explosiven Umgebungen anzuordnen ist, muss behördlichen Anforderungen genügen. Es ist üblich, dass Ausrüstungen als „explosionssicher" oder „eigensicher" konstruiert und zertifiziert werden.

Sicherheit gegen Explosionen wird im Allgemeinen durch die Verwendung eines Gehäuses, das bestimmten Anforderungen entspricht, gewährleistet. Solche Ausrüstung kann über eine Barriere versorgt werden, um die den Drähten und der Messeinheit zugeführte Energie zu beschränken. Eigensicher bedeutet, dass die Konstruktion in sich selbst auf eine Art konstruiert ist, dass elektrische Energie nicht in einem Ausmaß verfügbar ist, das ausreicht, um einen Funken zu erzeugen, der ein explosives, die Konstruktion umgebendes Gas in Brand setzen kann. Aus praktischen Gründen bedeutet dies, dass eine Barriere am Eingang in diese Teile, die als eigensicher klassifiziert sind, vorhanden ist. Entweder eine Barriere 4 oder eine Barriere 7 sind Beispiele dafür.

Für einen Radar-Füllstandsmesser müssen Teile der Ausrüstung, die innen angeordnet werden müssen, zum Beispiel ein Ölbehälter, eigensicher sein. Demzufolge ist eine Barriere erforderlich, die möglicherweise an Wellenleitern und Antennenteilen vorhandene Energie mit hoher Sicherheit begrenzt.

Die Eingangsspannung der Messeinheit am Schleifenende ändert sich in Abhängigkeit von der verwendeten Barriere, den Eigenschaften des Versorgungskabels, dem Schleifenstrom, den Verlusten in der Messeinheit und der Versorgungsspannung. Eine Schleifenstromversorgung ist von der Messeinheit entfernt angeordnet, oft am gleichen Ort wie der Empfänger der Daten von der Messeinheit. Eine typische Fernversorgungsspannung beträgt 24 V und der Gesamtwiderstand in der Schleife beträgt oft 500 Ohm oder mehr. Infolgedessen kann die Eingangsspannung an den Messanschlüssen innerhalb eines Bereichs von 10 V variieren, da der Spannungsabfall durch die Schleife bei 20 mA in der Schleife 10V erreichen kann.

Das Dokument SE 0203456-9, das am Einreichungsdatum dieser Patentanmeldung noch nicht veröffentlicht war, offenbart die Verwendung eines Gleichstrom-/Gleichstromwandlers zum Versorgen der Messeinheit mit Strom von der Schleife. Der Inhalt dieses Dokuments wird hiermit durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen. Die 3 und 4 veranschaulichen einen Wandler gemäß der Offenbarung dieses Dokuments. Der Wandler dieser Offenbarung dient ferner dem Zweck, die Messeinheit von der Schleife zu isolieren. Die Gesamtleistung, die in der Messeinheit verbraucht wird, ist U_Schleife·I_Schleife. Siehe 4 (3 und 4 werden nachfolgend als Ausführungsformen detaillierter beschrieben). Der Gesamtstrom I_Schleife wird geteilt in den Strom I_DC/DC, der zur Versorgung der Messschaltungsanordnungen der Messeinheit verwendet wird, und einen Nebenschlussstrom I_sh. Dieser Gesamtstrom I_Schleife ist der Strom, der dem durch die Messeinheit gemessenen. Wert entspricht. Von der Schleife aus gesehen sind die Eingangsanschlüsse des Wandlers der 3 und 4 die Eingangsanschlüsse zur Messeinheit. Die verbrauchte Leistung dient zur Energieversorgung der Messeinheit. Der Betrag der Leistung, die zur Versorgung der Messeinheit erforderlich ist, ist gewöhnlich ein Teil der insgesamt verbrauchten Leistung. Ein Wandler des Typs, der wie gezeigt verwendet wird, um Strom von der Schleife zur Messeinheit zu leiten, hat das Eigenmerkmal, dass die Eingangsleistung des Wandlers über einen breiten Eingangsspannungsbereich ziemlich konstant ist. Überschüssige Leistung wird in einem Gerät abgeführt, einem Stromgenerator, der durch die Messeinheit gesteuert wird, um den Schleifenstrom auf einer Amplitude zu stabilisieren, die der gegenwärtigen Ablesung des Produktfüllstands entspricht. Einschränkungen treten ein, wenn die von der Messeinheit benötigte Leistung die von der Schleife verfügbare Leistung überschreitet. Tatsächlich stellt dieser verfügbare Strom eine Grenze ein, einen Schwellenwert für die Mindest-Betriebseingangsspannung für die Messeinheit. Dieser Schwellenwert wird hier als „Startspannung" bezeichnet. Der Begriff Startspannung wird verwendet, um den Spannungspegel anzuzeigen, der für die Messeinheit verfügbar sein muss, um gemäß einem bestimmten Strom zu arbeiten. Wenn die verfügbare Spannung für die Messeinheit bei diesem bestimmten Strom unterhalb der erforderlichen Startspannung ist, ist die Leistung zu gering für die Energieversorgung der Messeinheit. Der Wert der Startspannung ist allgemein niedriger, wenn ein hoher Schleifenstrom vorherrscht, da die Schleife die erforderliche Leistung ohne Einschränkung liefern kann.

Eine Art, das Problem ungenügender Leistung für die Messeinheit zu lösen, wird im Dokument U.S. 6,014,100 beschrieben. In diesem Dokument wird die Messung des Standes des Produkts in einem aktiven Zyklus zwischen Energiespeicherungszyklen vorgenommen. Die Sende-/Empfangseinheit ist während eines temporären Leistungsspeicherungszyklus vollständig ausgeschaltet und bis zum Start des nächsten aktiven Zyklus außer Betrieb. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass die Sende-/Empfangseinheit während der Energiespeicherungszyklen nicht verfügbar ist.

Eine andere Art, das gleiche Problem zu lösen, wird in Dokument U.S. 5,416,723 gezeigt. In diesem Dokument wird eine Erfindung offenbart, in der eine Leistungsregelungsschaltung mit einer Schaltung verbunden ist, die ein Defizit ihrer Fähigkeit feststellt, die Schaltungen der Messeinheit mit Strom zu versorgen, und die Ausführung eines in der Messeinheit zum Steuern der Messung des Standes durch die Messeinheit gespeicherten Programms verzögert. Das Programm wird als Reaktion auf das Erfassen des Defizits ausreichend verzögert, um die von der Messeinheit für das Überwinden des Defizits erforderliche Leistung zu reduzieren. Ein Nachteil ist hierbei ferner, dass eine Schleifenstrom-Einstelleinrichtung in Reihe mit einem Umsetzer verbunden ist, wodurch der volle Schleifenstrom durch diese Einstelleinrichtung fließt und folglich ein Spannungsabfall an dieser Einstelleinrichtung in die Schleife eingeführt wird.

Die Patentanmeldung U.S. 2002/0005713 A1 offenbart eine Messvorrichtung, die von einer Schleife versorgt wird, bei der der Stromverbrauch einer Messeinheit an einen vorbestimmten Stromverbrauch angenähert werden kann, ohne dass der vorbestimmte Leistungsverbrauch überschritten wird. Die Messvorgänge werden dann so gesteuert, dass ein Leistungsüberschuss minimiert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung für einen über eine Zweidraht-Steuerschleife betriebenen Radar-Füllstandsmesser zum Erfassen der in der Schleife übertragenen überschüssigen Leistung und zum Verwenden der überschüssigen Leistung zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des Füllstandsmessers bereitzustellen.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein zweidrahtgespeister Radar-Füllstandsmesser vorgeschlagen, der die folgenden Merkmale aufweist:
der Radar-Füllstandsmesser verwendet Mikrowellen und kann an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt werden, um den Stand einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank zu messen und wobei der Radar-Füllstandsmesser ferner umfasst
eine Mikrowellen-Antenneneinheit, die in den Tank gerichtet ist,
eine Mikrowellenquelle zum Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank,
einen Mikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals von der Oberfläche des Produkts im Tank,
eine Messschaltungsanordnung, die an die Quelle und den Empfänger gekoppelt ist, um die Übertragung des Mikro wellensignals einzuleiten und den Produktstand basierend auf dem empfangenen Signal zu bestimmen,
eine Ausgangsschaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, um einen erwünschten Wert eines Schleifenstromes (I_Schleife), der dem Produktstand entspricht, in der Schleife einzustellen,
eine Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife angeschlossen ist, um Leistung von der Schleife zu empfangen und als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle, den Mikrowellenempfänger, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung zu dienen, und die einen Wandler zum Übertragen von Leistung von der Schleife zu der Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung mittels Einspeisens eines ersten Stromes (I_DC/DC) von der Schleife zu der Stromversorgungs-Schaltungsanordnung enthält,
einen Stromgenerator, der in der Ausgangschaltungsanordnung enthalten ist, um parallel zu dem ersten Strom in der Schleife einen zweiten Strom (I_sh) zu erzeugen, um den Schleifenstrom auf einem Strompegel zu halten, der dem Produktstand entspricht, und
eine Erfassungsschaltung zum Bestimmen des Wertes des zweiten Stromes, die einen Ausgang hat, der den Wert des zweiten Stromes anzeigt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Standes einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank mittels eines Radar-Füllstandsmessers unter Verwendung von Mikrowellen vorgeschlagen, wobei dieser Füllstandsmesser an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist und das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst:
Richten einer Antenneneinheit in den Tank,
Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank mittels einer Mikrowellenquelle,
Empfangen eines Mikrowellensignals, das von einer Oberfläche des Produkts im Tank reflektiert wird, mittels eines Empfängers,
Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und Bestimmen des Produktstandes basierend auf dem empfangenen Signal in einer Messschaltung, die an die Mikrowellenquelle und den Mikrowellenempfänger gekoppelt ist,
Einstellen eines Schleifenstromwerts (I_Schleife), der dem Produktstand entspricht, in einer Ausgangsschaltungsanordnung, die im Radar-Füllstandsmesser angeordnet ist und an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist,
Übertragen von mit dem Produktstand verbundenen Informationen über die Schleife durch die Ausgangsschaltungsanordnung,
Liefern von Leistung von der Schleife an eine Stromversorgungs-Schaltungsanordnung, die eine Leistunsquelle für die Mikrowellenquelle, den Mikrowellenempfänger, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung ist, Übertragen von Strom von der Schleife zu der Stromversorgungs-Schaltungsanordnung mittels Einspeisens eines ersten Stromes (I_DC/DC) von der Schleife zur Stromversorgungs-Schaltungsanordnung,
Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) in der Schleife zum Beibehalten des Schleifenstromes auf einem Wert, der dem gemessenen Wert des Produktstands entspricht,
Bestimmen eines Werts des in der Schleife erzeugten Stromes in einer Erfassungsschaltung und Senden eines Alarms über die Schleife, wenn der Wert dieses erzeugten Stroms anzeigt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht für die Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht, und Ausgeben eines Ausgangssignals, das den Wert des erzeugten Stromes anzeigt, von der Erfassungsschaltung.

Die Erfindung verwendet die Erfassungsschaltung für den in dem Stromgenerator erzeugten Strom, um es zu ermöglichen, dass verfügbare überschüssige Leistung für die Versorgungsausrüstung im Radar-Füllstandsmesser genutzt werden kann. In einer Ausführungsform wird die Erfassungsschaltung verwendet, um den Füllstandsmesser zwischen zwei Betriebsarten umzuschalten, einer Basisbetriebsart zum Versorgen von Basismessfunktionen mit Leistung und einer erweiterten Betriebsart, bei der weitere Funktionen arbeiten können.

Der in dem Füllstands-Messsystem enthaltene Wandler wandelt die Spannung von der Schleife in eine überspannungsgeschützte und strombegrenzte niedrige Speisespannung für die elektrischen Schaltungen des Füllstandsmessers um. Der Wandler kann gleichzeitig überwacht werden, um die Schleife in der erweiterten Betriebsart mit Strömen zwischen 4 und 20 mA zu laden. Prozesssignale (wie beispielsweise HART-Signale) von und zur Messeinheit können durch die Schaltung gehandhabt werden (nicht gezeigt) und in beide Richtungen übertragen werden.

Mit der Erfassungsschaltung ist es möglich, zu bestimmen, wann die Startspannung erreicht wird, wodurch es möglich wird, die verfügbare Leistung von der Schleife effizienter zu nutzen. Der Füllstandsmesser kann so ausgebildet sein, dass seine Funktion oder Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von der verfügbaren gelieferten Leistung angepasst wird. Er kann auch mit niedrigerer Eingangsspannung betriebsfähig sein. Spezielle Bereiche, wo die ermittelte verfügbare Leistung verwendet werden kann, sind die Versorgung von Schaltungen für:

– Gesteuertes Einschalten und Ausschalten des Füllstands-Messsystems,
– Steuern von Verlangsamungsverfahren im Füllstandsmesser zum Absenken des Leistungsverbrauchs,
– Aktivieren von Standby-Betriebsarten,
– Steuern des Verbindens und Trennens von bestimmten Funktionen oder zum Umschalten auf alternative Betriebsarten, um den Leistungsverbrauch zu beein flussen und hierdurch einen erweiterten Eingangsspannungsbereich für den Füllstandsmesser zu bieten,
– Starten von wahlfreien Funktionen,
– Laden elektrischer Speichermittel wie beispielsweise eines Kondensators oder einer Batterie im Füllstandsmesser mit erfasster überschüssiger Leistung.

Einzelne Messungen, die mit der Schaltung gemäß der Erfindung vorgenommen werden können, wenn die Erfassungsschaltung einen Alarm aktiviert, der anzeigt, dass die Startspannung erreicht wurde:

– Taktraten in digitalen Schaltungen können geändert werden,
– Die Messungsaktualisierungsintervalle können geändert werden,
– Teile oder Funktionen im Füllstandsmesser, die nicht für dessen Grundfunktionen notwendig sind, können abgeschaltet werden,
– Funktionen, die für Service oder Wartung des Füllstandsmessers verwendet werden, können abgeschaltet werden.

Die Schaltung gemäß den Aspekten der Erfindung kann für eine bessere Steuerung des Füllstandsmessers verwendet werden, wenn die Versorgungsspannung ausgeschaltet wird oder wenn die Spannung während eines kurzen Zeitraums aus den normalen Pegeln herausfallen würde. Situationen, in denen Schaltungen aufgrund von unkontrolliert hohen Strompegeln während z.B. dem Start gesperrt werden, können beseitigt werden. Das Einstellen der Erfassungsschaltung zum Verbinden eines Niedrigstrom-Standby-Pausenzustands, wenn die Stromversorgung die Anforderungen für normale Leistungen nicht erfüllen kann, kann diese Funktion bereitstellen.

Weitere Vorteile bestehen darin, dass das Füllstands-Messsystem programmiert werden kann, um jederzeit verfügbare Energie für optimale Betriebsleistungsfähigkeit zu nutzen, und dass die Erfassungsschaltung für die Überwachung der Schleifenversorgung verwendet werden kann. Die Startspannung kann bei irgendeinem Schleifenstrom ermittelt werden.

Die vorgeschlagene Schaltung steigert die Effizienz des Füllstandsmessers im Vergleich zu einer herkömmlichen Lösung, da seine Funktionen derart gesteuert werden können, dass der Spannungsbereich, in dem er arbeitet, erweitert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt einen Zweidraht-Radar-Füllstandsmesser des bisherigen Stands der Technik.

2 zeigt schematisch ein Beispiel eines Radar-Füllstands-Messsystems zum Bestimmen des Standes der Oberfläche eines Produkts in einem Tank.

3 zeigt eine schematische Ansicht eines Radar-Füllstands-Messsystems, das in der Erfindung verwendet wird.

4 zeigt eine schematische Ansicht eines Wandlers zum Übertragen von Leistung von der Schleife zu dem Füllstandsmesser.

5 zeigt schematisch eine Ansicht einer Schaltung zur Steuerung des Schleifenstroms und zur effizienten Nutzung dieses Stromes gemäß einem Aspekt der Erfindung.

6a bis 6c zeigen drei Beispiele von unterschiedlichen Betriebsarten des Speisens eines Füllstandsmessers von einer Schleife in Diagrammen, wo die vertikale Achse die Eingangsspannung U des Füllstandsmessers zeigt und die horizontale Achse den Schleifenstrom angibt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung werden hier anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Eine Anwendung eines Radar-Füllstandsmessers wird in 2 gezeigt. Ein Tank 11 wird verwendet, um ein Produkt 12 zu lagern. Das Produkt kann beispielsweise Öl, Raffinerieprodukte, Chemikalien und Flüssiggas, oder ein Material in Pulverform sein. Ein Radar 13 ist auf dem Dach 14 des Tanks 11 befestigt. Ein Mikrowellenstrahl wird von dem Radar über eine Antenne 15 im Inneren des Tanks gesendet. Das gesendete Strahlenbündel wird von der Oberfläche 16 des Produkts reflektiert und von der Antenne 15 empfangen. Mittels eines Vergleichs und einer Bewertung der Zeitspanne zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Strahlenbündel in einer Mess- und Steuereinheit wird eine Bestimmung des Standes der Produktoberfläche 16 auf eine bekannte Art und Weise durchgeführt. Die Mikrowellen können von der Antenne als ein freier Richtstrahl oder über einen Wellenleiter (nicht gezeigt), welcher mit dem Produkt in Verbindung steht, gesendet werden. Der Radar-Füllstandsmesser wie in 2 gezeigt wird lediglich als Beispiel verwendet.
Der Standort des Wandlers zum Übertragen der Leistung von der Schleife an den Füllstandsmesser in einem Füllstands-Messsystem gemäß der Erfindung wird in 3 veranschaulicht. 2 bezieht sich auf die Radar-Füllstands-Messeinheit. Die Antenne 15 ist über eine Mikrowellen-Sendeleitung mit der Elektronik des Füllstandsmessers 18 verbunden, die den Radarsender, den Radarempfänger, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung umfasst. Diese Messelektronik ist mit der Zweidrahtschleife 20 über einen Transientenschutz und eine EMC-Filter-Barriere 21 verbunden, die in dieser Ausführungsform am Eingang des Radar-Füllstandsmessers 2 angeordnet ist. Es wird ferner ein Wandler 22 zwischen der Barriere und der Elektronik des Füllstandsmessers bereitgestellt. Die Leistung für den Radar-Füllstandsmesser wird durch eine Spannungsversorgung 23 bereitgestellt, die die Zweidrahtschleife über eine zweite Barriere 24 speist, wenn erforderlich, um die Speiseleitung eigensicher zu machen. In der Schleife ist ferner eine Empfangseinrichtung 25 zum Empfangen des Wertes des Standes des Produkts im Tank vorgesehen, wobei dieser Wert auf einer Ablesung des Stromes in der Schleife 20 basiert.
Ein früherer Wandler 22 für das Übertragen von Leistung an den Füllstandsmesser ist in 4 beschrieben und lediglich durch einige wenige Blöcke veranschaulicht, wie in dieser Figur dargestellt. In dieser Figur ist mit 20 die Schleife bezeichnet. Der Schleifenstrom I_Schleife wird in zwei Abzweigungen geteilt, ein Teil I_DC/DC wird durch einen Gleichstrom-/Gleichstromwandler 30 geleitet, der einen Ausgang 31 hat. Der Strom I_DC/DC, dem es nicht erlaubt wird, 4 mA zu überschreiten, wird über einen Regler Reg verteilt und dann an den Wandler 30 gesendet, der die als Block 18 veranschaulichte interne Elektronik des Füllstandsmessers, mit (einer) angepassten Spannung(en) versorgt. Der Regler Reg stabilisiert/beschränkt normalerweise eine Spannung U1 über dem Wandler auf einen Pegel, der wesentlich niedriger ist, als die nominale Versorgungsspannung U₀. Der andere Teil I_sh des Schleifenstromes wird durch einen Stromgenerator 32 geleitet. Der Stromgenerator 32 steuert den Strom durch die Schleife, wobei der Strom durch einen Komparator 33 eingestellt wird, der Informationen über den tatsächlichen Wert des von der Schleifenstrom-Messeinrichtung 35 gelieferten Stromes erhält. An den Komparator 33 wird ein gewünschter Stromwert 39 von den Füllstands-Erfassungsinstrumenten des Füllstandsmessers gesendet, wodurch der Komparator 33 den Strom der Schleife durch Steuern des Stromgenerators 32 einstellen kann.
Die Leistung, welche die verfügbare Leistungsressource für die interne Elektronik des Füllstandsmessers sein wird, wird in bisherigen Lösungen durch I_Schleife = 4 mA und die Spannung, für die U1 ausgelegt wurde, und ferner durch die Effizienz des Gleichstrom-/Gleichstromwandlers festgesetzt. Die Konstruktion des Füllstandsmessers ist somit ein Ausgleich zwischen Funktionalität und Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit von der verfügbaren Leistung.
Eine Ausführungsform der als Aspekt gemäß der Erfindung offenbarten Schaltung ist in 5 gezeigt. In dieser Lösung wird der Einfluss des Reglers beseitigt, da er entfällt, während gleichzeitig die in 4 beschriebene Schaltung um einige Bestandteile erweitert wird. So wird eine Erfassungsschaltung 38 in die Schaltung von 5 aufgenommen. Der tatsächlich gemessene Schleifenstrom, der durch das Schleifenstromsignal 40 dargestellt wird, wird mit dem gewünschten Schleifenstrom verglichen, der durch das gewünschte Schleifenstromsignal 39, den Referenzwert des Stromes, dargestellt wird. Der invertierte Fehler von diesen beiden Signalen wird verstärkt und steuert den Stromgenerator 32, um einen Strom in der Schleife beizubehalten, der innerhalb des Bereichs 4-20 mA dem gewünschten Strom entspricht, der über die Stromschleifensteuerung erhalten wird, die das gewünschte Schleifenstromsignal 39 liefert. Gemäß der Erfindung umfasst die Schaltung die Erfassungsschaltung 38, die das Rückmeldungssignal misst, das durch das Schleifenstrom signal 40, das gewünschte Schleifenstromsignal 39 und ferner das Steuersignal 37 für den Stromgenerator 32 gebildet ist. Durch die Informationen, die von diesen drei Signalen 40, 39 und 37 erhalten werden, bestimmt die Erfassungsschaltung 38, ob Strom durch den Stromgenerator 32 fließt oder nicht.
Die Informationen für die Erfassungsschaltung 38, dass der Strom I_sh durch den Stromgenerator 32 fließt, und der Pegel dieses Stromes werden einer Leistungssteuereinheit 41 zugeführt. Solange Strom erzeugt wird und durch den Stromgenerator 32 fließt, ist überschüssiger Strom zur Versorgung des Füllstandsmessers mit überschüssiger Leistung durch den Wandler 30 verfügbar, was bedeutet, dass übermäßige Leistung, anstatt lediglich in Hitze umgewandelt zu werden, zur internen Stromversorgung der als Beispiel angeführten Empfänger 42, 43 der versorgten Funktionen und Prozesse in der Elektronik des Füllstandsmessers, die zusätzlichen Gleichstrom vom Gleichstrom-/Gleichstromwandler erfordern, verwendet wird. Die Leistungssteuereinheit 41 ist somit programmiert, um die Verteilung von verfügbarem Strom an die Empfänger überschüssiger Leistung oder, wenn kein überschüssige Leistung verfügbar ist, den Trennungs-/Standby-Betriebszustand der Funktionen und Prozesse zu verwalten. Das Füllstands-Messsystem kann somit programmiert werden, um verfügbare Energie jederzeit für optimale Betriebsperformance zu nutzen. Die Schaltung kann auch für das Überwachen der Schleifenversorgung verwendet werden. Die Startspannung kann bei jedem Schleifenstrom ermittelt werden. Dadurch, dass die Erfassungsschaltung 38 die Signale 40, 39 und 37 überwacht (die dem Schleifenstrom, dem gewünschten Schleifenstrom und dem Steuersignal für den Stromgenerator entsprechen), wird der Zeitpunkt ermittelt, an dem die Schleifenstromsteuerung aufhört zu funktionieren. Dies tritt bei einer bestimmten Spannungsgrenze (der Startspannung) am Eingang des Füllstandsmessers in Abhängigkeit vom Strom in der Schleife wie beschrieben ein. Die Erfassungsschaltung 38 sendet einen Alarm zur Leistungssteuereinheit 41, wenn diese Grenze erreicht wird.
Der Gleichstrom-/Gleichstromwandler muss selbstverständlich zum Umwandeln der von den elektronischen Schaltungen des Füllstandsmessers angeforderten höheren Leistung ausgelegt sein. Die Schaltung bietet erhöhte Ausgangsleistung bei höheren Betriebsspannungen, die somit zum Bereitstellen erweiterter Leistungen des Füllstandsmessers genutzt wird.
Die Erfassungsschaltung 38 ist in das System einbezogen, um wirksamere Nutzung von an der Schleife verfügbarer Energie zu ermöglichen. Hierbei steuert die Erfassungsschaltung 38:

– die Leistungssteuereinheit 41 zum Bereitstellen von Energie vom Wandler 31 für die Messfunktionen, die mehr Energie als die Basisfunktion des Füllabstandsmessers erfordern, was bedeutet, dass ein Hauptteil des Stromes I_sh, der im Stromgenerator erzeugt worden wäre, stattdessen umgeleitet wird, um durch den Wandler (I_DC/DC) zu fließen;
– das Beibehalten des Schleifenstromes I_Schleife auf einem Stand, der dem gemessenen Wert des Produktstands entspricht;
– das Liefern eines Alarmsignals 44 über die Schleife, wenn die Eingangsspannung U_Schleife zum Füllstandsmesser nicht für dessen Energieversorgung ausreicht.

Beispiele, die diese Überwachung des Stromes durch die Schleife mittels der Erfassungsschaltung veranschaulichen, sind in den 6a, 6b und 6c gezeigt. In diesen Beispielen arbeitet der Füllstandsmesser in zwei Leistungsbetriebsarten, die vorbestimmte (bei der Konstruktion des Füllstandsmessers festgelegte) und bekannte, durch die Leitung 31 zugeführte Leistung für den Füllstandsmesser erfordern. Eine dieser Strombetriebsarten, die weniger Leistung für den Füllstandsmesser erfordert, ist eine Basisfunktions-Betriebsart. Eine zweite, erweiterte Leistungsbetriebsart stellt neben dieser Basisfunktion erweiterte Messkapazität, Energiespeicherung und andere schon erwähnte verfügbare Funktionen bereit.
Die Voraussetzungen in den 6a und 6b sind: Versorgungsspannung der Schleife 24V und in 6c variable Spannung; wobei der Widerstand in der Schleife 500 Ohm beträgt. Die Leistungssteuereinheit 41 kann umschalten zwischen der durch den Nutzer 42 symbolisierten Basisbetriebsart, bei der der Füllstandsmesser 30 mW von der Schleife verbraucht, und der durch den Nutzer 43 symbolisierten erweiterten Betriebsart, bei der der Füllstandsmesser 150 mW von der Schleife verbraucht. Diese Werte sollen nur als Beispiele gesehen werden und nicht den Anwendungsbereich der Erfindung einschränken.
In den 6a bis 6c zeigt die vertikale Achse die Eingangsspannung U_Schleife des Füllstandsmessers. Die horizontale Achse zeigt den in die Schleife fließenden Strom, I_Schleife. 6a veranschaulicht die Ströme des Füllstandsmessers beim Betrieb in der erweiterten Betriebsart. Durch die angegebenen Werte folgt die Spannung am Eingang des Messers der gezeigten Belastungslinie L. Die Kurve P_G = 150 mW zeigt den Leistungsverbrauch für den Füllstandsmesser in der erweiterten Betriebsart. In der Figur ist ein tatsächliches Beispiel angegeben, bei dem der von dem Füllstandsmesser erzeugte Messwert einem Strom I_Schleife = 10 mA entspricht. Die Spannung U_Schleife ist dann ungefähr 19 V und vom Diagramm kann abgelesen werden, dass der von dem Füllstandsmesser gezogene Strom I_DC/DC ungefähr 7.9 mA beträgt. Um den richtigen Schleifenstrom bereitzustellen, muss der Stromgenerator einen Strom von ungefähr 2.1 mA erzeugen. Die Erfassungsschaltung 38 stellt fest, dass der Strom in der Schleife dazu ausreicht, dass die erweiterte Betriebsart vorherrscht. Der Pfeil „x" zeigt den Punkt an, an dem ein Umschalten zur Basisbetriebsart stattfindet.
Ein Beispiel für den Betrieb in der Basisbetriebsart für den Füllstandsmesser ist im Diagramm der 6b veranschaulicht. Die Kurve P_G = 30 mW zeigt den Stromverbrauch für den Füllstandsmesser in der Basisbetriebsart. Der von dem Füllstandsmesser erzeugte Messwert entspricht einem Strom I_Schleife = 5 mA. Die Spannung U_Schleife ist dann ungefähr 21.5 V. Der von dem Füllstandsmesser gezogene Strom I_DC/DC kann auf ungefähr 1.4 mA geschätzt werden. Um in diesem Fall den richtigen Schleifenstrom bereitzustellen, muss der Stromgenerator einen Strom von ungefähr 3.6 mA erzeugen. Die Erfassungsschaltung 38 stellt fest, dass der Schleifenstrom lediglich für den Betrieb in der Basisbetriebsart ausreicht.
6c veranschaulicht den „Start", was bedeutet, dass der Schwellenwert für die volle Funktion des Füllstandsmessers aufgrund der zu niedrigen Spannung U_Schleife erreicht wird. In einem Fall, in dem die Schleife von einer Quelle variabler Spannung versorgt wird, wird ein Beispiel veranschaulicht, bei dem der Schleifenstrom 3.5 mA beträgt. In diesem Fall trifft die Strompegellinie bei der Spannung 8.6 V die Kurve P_G = 30 mW. Ein Spannungspegel unter diesem Wert 8.6 V kann nicht den niedrigsten zulässigen Strom durch die Schleife aufrechterhalten. Die Erfassungsschaltung 38 leitet ein Alarmsignal auf der Leitung 44 ein.
Die Art des Alarms, der über die Schleife zu liefern ist, wenn die von der Schleife verfügbare Spannung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht, soll nun weiter erklärt und definiert werden. Der Alarm beinhaltet vorzugsweise eine Manipulation des Schleifenstromes, die eine (von dem Füllstandsmesser) entfernte Einheit als unterschiedlich vom Schleifenstrom während normaler Betriebssituationen erkennen kann. Als Art des Alarms kann eine der folgenden gewählt werden:

– ein vorbestimmter konstanter Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs;
– ein vorbestimmter konstanter Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs;
– ein vorbestimmter konstanter Strom im nominalen Betriebsbereich;
– ein Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung;
– ein Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb des Füllstandsmessers charakteristisch ist (z.B. wiederholtes Zurückstellen der Schaltungen des Füllstandsmessers), der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet;
– eine Stromumschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten;
– eine digital verschlüsselte Nachricht;
– eine digital verschlüsselte in der Schleife überlagerte Nachricht;
– Speichern einer Alarmanzeige im Füllstandsmesser und externes Absenden derselben über die Schleife zu einem späteren Zeitpunkt gemäß einer der obigen Manipulationen.

Es wäre möglich, eine oder mehrere der vorhergehend genannten Arten zu kombinieren. Es ist normal, dass der nominale Betriebsbereich ein Schleifenstrom von 4-20 mA ist. In diesem Fall ist eine Manipulation, die gemäß der Erfindung bevorzugt wird, das Bilden eines Alarms durch Einstellen des Schleifenstromes auf einem Wert im Bereich von 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden. Die entfernte Einheit kann dies als Alarm feststellen und die erforderlichen Schritte einleiten.
Gemäß einer zusätzlichen Möglichkeit kann der Füllstandsmesser auch durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm senden, der anzeigt, dass der verfügbare Strom von der Schleife nicht für seine Energieversorgung ausreicht. Solche anderen Mittel könnten das Darstellen des Alarms auf einem Display im Füllstandsmesser, das Anzeigen des Alarms über einen optischen Anzeiger im Füllstandsmesser, das Anzeigen des Alarms über einen akustischen Anzeiger im Füllstandsmesser und das Übertragen des Alarms über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife umfassen. Ein Beispiel eines anderen Kommunikationskanals ist eine Funkkommunikationseinrichtung.
Obgleich nicht vollständig durch die Erfinder erforscht, ist anzunehmen, dass der Alarmerzeugungsaspekt dieser Erfindung vorteilhafterweise auch auf andere Arten von Messeinheiten für Prozessvariable in industriellen Verfahren als Radar-Füllstandsmessern anwendbar ist.
Zusammenfassung
Radar-Füllstandsmesser zum Messen eines Standes einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank mit einer Zweidraht-Prozesssteuerschleife (20), einer an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife (20) gekoppelten Ausgangsschaltungsanordnung (32, 33, 35) zum Einstellen eines gewünschten Werts eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromes (Iloop) in der Schleife, einer Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung (30, 41), die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife (20) gekoppelt ist, um Strom von der Schleife (20) zu empfangen, und die als Leistungsquelle für eine Mikrowellenquelle, einen Mikrowellenempfänger, eine Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung (32, 33, 35) dient, und mit einem Wandler (30) zum Übertragen von Leistung von der Schleife (20) zu der Stromversorgungs-Schaltungsanordnung durch Einspeisen eines ersten Stromes (IDC/DC) von der Schleife (20) in die Stromversorgungs-Schaltungsanordnung (30, 41), einem in der Ausgangsschaltungsanordnung (32, 33, 35) enthaltenen Stromgenerator (32) zum Erzeugen eines zweiten Stromes (Ish) parallel zum ersten Strom in der Schleife (20), um den Schleifenstrom auf einem Wert zu halten, der dem Produktstand entspricht, sowie einer Erfassungsschaltung (38) zum Bestimmen des Werts des zweiten Stromes, deren Ausgang den Wert des zweiten Stromes anzeigt.

Claims

Radar-Füllstandsmesser, der zum Messen eines Standes einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank Mikrowellen verwendet und an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife anschließbar ist, mit: – einer Mikrowellen-Antenneneinheit, die in den Tank gerichtet werden kann, – einer Mikrowellenquelle zum Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank, – einem Mikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals von der Oberfläche des Produkts im Tank, – einer an die Quelle und den Empfänger gekoppelten Messschaltungsanordnung zum Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und zum Bestimmen des Produktstands aufgrund des empfangenen Signals, – einer an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelten Ausgangsschaltungsanordnung zum Einstellen eines gewünschten Werts eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromes (I_Schleife) in der Schleife, – einer Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, um Leistung von der Schleife zu empfangen und die als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle niedriger Leistung, den Mikrowellenempfänger niedriger Leistung, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung dient und einen Wandler zur Leistungsübertragung von der Schleife zu der Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung durch Einspeisen eines ersten Stromes (I_DC/DC) von der Schleife in die Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung enthält, – einem in der Ausgangsschaltungsanordnung enthaltenen Stromgenerator zum Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) parallel zu dem ersten Strom in der Schleife, um den Schleifenstrom auf einem dem Produktstand entsprechenden Wert zu halten, und – einer Erfassungsschaltung zum Bestimmen des Wertes des zweiten Stromes, deren Ausgang den Wert des zweiten Stromes anzeigt.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 1, wobei die Prozesssteuerschleife eine Schleife für 4-20 mA ist.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 1, wobei der Füllstandsmesser eine Schleifenstrom-Messeinrichtung zum Messen des Wertes des Schleifenstromes (I_Schleife) hat; die Ausgangsschaltungsanordnung Mittel zum Senden eines Wertes des gewünschten Schleifenstromes an einen Komparator hat; der Komparator ein Steuersignal gemäß der Differenz zwischen dem Wert des Schleifenstromes und dem Wert des gewünschten Schleifenstromes erzeugt; und der Komparator dieses Steuersignal zum Einstellen des Schleifenstromes an den Stromgenerator sendet.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 3, wobei die Erfassungsschaltung den Wert des zweiten Stromes aufgrund des gewünschten Schleifenstroms, des genannten Steuersignals und des Schleifenstroms bestimmt.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Leistungssteuereinheit zuführt, die programmiert ist, um aufgrund des Werts des erzeugten zweiten Stromes (I_sh) einen Wert für verfügbare überschüssige Leistung zu bestimmen.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 5, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Leistungssteuereinheit zuführt, die programmiert ist, um die Verteilung der überschüssigen Leistung im Füllstandsmesser zu über wachen und die überschüssige Leistung Benutzern in dem Füllstandsmesser zuzuführen.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Steuereinheit zuführt, die programmiert ist, um ein Alarmsignal über die Schleife zu senden, wenn die Steuereinheit feststellt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 5, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Leistungssteuereinheit zuführt, die programmiert ist, um zusätzliche Leistung verbrauchende Prozesse zu dem Füllstandsmesser zu starten, wenn die überschüssige Leistung verfügbar ist, und, um die zusätzlichen Prozesse zu stoppen, wenn der Überschuss nicht verfügbar ist.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 4, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Leistungssteuereinheit zuführt, die programmiert ist, um überschüssige Leistung an einen Kondensator und/oder eine aufladbare Batterie als Leistungsspeicher zu liefern.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung den Ausgangswert einer Steuereinheit zuführt, die programmiert ist, um ein Alarmsignal über die Schleife zu senden, wenn die Steuereinheit die über die Schleife verfügbare Leistung als nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreichend identifiziert.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 bis 10, wobei der Ausgangswert das Umschalten des Füllstandsmessers für den Betrieb in einer Basisbetriebsart und in einer erweiteten Betriebsart steuert, wobei der Betrieb in der Basisbetriebsart weniger Leis tung erfordert als der Betrieb in der erweiterten Betriebsart.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 1, wobei der Ausgangswert das Auslösen eines Alarms steuert, wenn die Erfassungsschaltung feststellt, dass der in dem Stromgenerator erzeugte Strom in einem vorbestimmten Bereich nahe null ist.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 7-12, wobei der Füllstandsmesser den Alarm mit einer Manipulation des Schleifenstromes mit einem oder mehreren der folgenden Schritte erzeugt: – einem vorbestimmten konstanten Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom im nominalen Betriebsbereich; – einem Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung; – einem Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb des Füllstandsmessers charakteristisch ist, der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet; – einer Stromzuschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten; – einer digital verschlüsselten Nachricht; – einer in der Schleife überlagerten digital verschlüsselten Nachricht; – Speicherung einer Alarmanzeige im Füllstandsmesser und deren spätes Aussenden über die Schleife durch mindestens eine der obigen Manipulationen; – einer Kombination aus irgendwelchen der obigen Elemente.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 13, wobei – der nominale Betriebsbereich durch einen Schleifenstrom von 4-20 mA definiert ist.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 13-14, wobei – die Manipulation ein Strom im Bereich von 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden ist.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 7-15, wobei – der Füllstandsmesser durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm aussendet, der anzeigt, dass die von der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 16, wobei – die anderen Mittel eine Darstellung über ein Display in dem Füllstandsmesser, eine Anzeige über einen optischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser, eine Anzeige über einen akustischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser und die Übertragung über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife einschließen.
Radar-Füllstandsmesser, der zum Messen eines Standes einer Oberfläche eines Produkts in einem Tank Mikrowellen verwendet und an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife anschließbar ist, mit: – einer Mikrowellen-Antenneneinheit, die in den Tank gerichtet werden kann, – einer Mikrowellenquelle zum Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank, – einem Mikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals von der Oberfläche des Produkts im Tank, – einer an die Quelle und den Empfänger gekoppelten Messschaltungsanordnung zum Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und zum Bestimmen des Produktstands aufgrund des empfangenen Signals, – einer an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelten Ausgangsschaltungsanordnung zum Einstellen eines gewünschten Werts eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromes (I_Schleife) in der Schleife, – einer Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, um Leistung von der Schleife zu empfangen und die als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle niedriger Leistung, den Mikrowellenempfänger niedriger Leistung, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung dient und einen Wandler zur Leistungsübertragung von der Schleife zu der Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung durch Einspeisen eines ersten Stromes (I_DC/DC) von der Schleife in die Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung enthält, – einem in der Ausgangsschaltungsanordnung enthaltenen Stromgenerator zum Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) in der Schleife, um den Schleifenstrom auf einem dem Produktstand entsprechenden Wert zu halten, und – einer Erfassungsschaltung zum Bestimmen des Wertes des zweiten Stromes, die einen Alarm über die Schleife sendet, wenn der der Wert des zweiten Stromes anzeigt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 18, wobei der Füllstandsesser den Alarm mit einer Manipulation des Schlei fenstromes mit einem oder mehreren der folgenden Elemente erzeugt: – einem vorbestimmten konstanten Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom im nominalen Betriebsbereich; – einem Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung; – einem Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb des Füllstandsmessers charakteristisch ist, der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet; – einer Stromumschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten; – einer digital verschlüsselten Nachricht; – einer in der Schleife überlagerten digital verschlüsselten Nachricht; – Speicherung einer Alarmanzeige im Füllstandsmesser und deren späteres Aussenden über die Schleife durch mindestens eine der obigen Manipulationen; – einer Kombination aus irgendwelchen der obigen Elemente.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 19, wobei – der nominale Betriebsbereich durch einen Schleifenstrom von 4-20 mA definiert ist.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 19-20, wobei – die Manipulation ein Strom im Bereich von 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden ist.
Radar-Füllstandsmesser nach einem der Ansprüche 18-21, wobei – der Füllstandsmesser durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm aussendet, der anzeigt, dass die von der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 22, wobei – die anderen Mittel eine Darstellung über ein Display in dem Füllstandsmesser, eine Anzeige über einen optischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser, eine Anzeige über einen akustischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser und die Übertragung über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife einschließen.
Verfahren zum Übertragen von Leistung von einer Zweidraht-Prozesssteuerschleife zu einem Radar-Füllstandsmesser zum Messen eines Standes eines Produkts in einem Tank, mit den Schritten: – Richten einer Antenneneinheit in den Tank, – Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank mittels einer Mikrowellenquelle, – Empfangen eines Mikrowellensignals, das von einer Oberfläche des Produkts im Tank reflektiert wird, mittels eines Empfängers, – Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und Bestimmen des Produktstands aufgrund des empfangenen Signals in einer Messschaltung, die an die Quelle und den Empfänger gekoppelt ist, – Einstellen eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromwerts (I_Schleife), der, in einer Ausgangsschaltungsanordnung, die in dem Radar-Füllstandsmesser angeordnet und an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, – Übertragen von Informationen entsprechend dem Produktstand über die Schleife durch die Ausgangsschaltungsanordnung, – Liefern von Leistung von der Schleife an eine Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle, den Mikrowellenempfänger, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung dient, und Übertragung von Leistung von der Schleife zu der Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung mittels Einspeisens eines ersten Stromes von der Schleife in die Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, – Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) in der Schleife, um den Schleifenstrom auf dem dem gemessenen Wert des Produktstands entsprechenden Wert zu halten, – Bestimmen eines Werts des zweiten Stromes in einer Erfassungsschaltung, – Senden eines Alarms über die Schleife, wenn der Wert des zweiten Stromes anzeigt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht für die Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht, und – Ausgeben eines Ausgangssignals von der Erfassungsschaltung, das den Wert des zweiten Stromes anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 24, das die folgenden Schritte umfasst: – Einstellen eines gewünschten Werts des Schleifenstroms in dem Füllstandsmesser, – Vergleichen des gewünschten Werts des Schleifenstromes mit dem tatsächlichen Schleifenstrom, – Erzeugen eines Steuersignals aufgrund der Differenz zwischen dem Wert des tatsächlichen Schleifenstromes und dem Wert des gewünschten Schleifenstromes, – Senden des Steuersignals an den Stromgenerator zum Einstellen des Schleifenstromes.
Radar-Füllstandsmesser nach Anspruch 25, der den folgenden Schritt umfasst: Bestimmen des Werts des zweiten Stromes in der Erfassungsschaltung aufgrund des gewünschten Schleifenstroms, des Antriebssignals und des Schleifenstroms.
Verfahren nach Anspruch 24, das den folgenden Schritt umfasst: – Erzeugen des zweiten Stromes parallel zum ersten Strom.
Verfahren nach Anspruch 27, das den folgenden Schritt umfasst: – Bestimmen eines Werts verfügbarer überschüssiger Leistung aufgrund des Wertes des zweiten Stromes (I_sh).
Verfahren nach Anspruch 27, das den folgenden Schritt umfasst: – Liefern des Ausgangssignals an eine Leistungssteuereinheit, die programmiert ist, um überschüssige Leistung Nutzern zum Verteilen der überschüssigen Leistung in dem Füllstandsmesser zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 27, das den folgenden Schritt umfasst: – Liefern des Ausgangssignals an eine Leistungssteuereinheit, die programmiert ist, um einen Alarm über die Schleife zu senden, wenn der Wert des zweiten Stromes anzeigt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 27, das die folgenden Schritte umfasst: – Liefern des Ausgangssignals an eine Leistungssteuereinheit, – Programmieren der Leistungssteuereinheit zum Überwachen zusätzlicher Prozesse, wenn überschüssige Leistung verfügbar ist, wobei die zusätzlichen Pro zesse sein können: Steuern des Einschaltens und Ausschaltens des Füllstandsmesssystems, Steuern von Verlangsamungsverfahren in dem Füllstandsmesser, um den Stromverbrauch zu verringern, Aktivieren von Standby-Betriebsarten, Steuern der Verbindung und Trennung von alternativen Betriebsarten zum Herabsetzen des Stromverbrauchs, Ändern der Taktrate in digitalen Schaltungen, Ändern der Messaktualisierungsintervalle, Ausschalten von Funktionen in dem Füllstandsmesser, die nicht für Basismessfunktionen notwendig sind, Ausschalten von Servicefunktionen und/oder Ausschalten von Wartungsfunktionen.
Verfahren nach Anspruch 27, das den folgenden Schritt umfasst: – Laden einer Leistungsspeichereinrichtung in dem Füllstandsmesser mit mindestens einem Teil der von der Schleife verfügbaren Leistung gemäß dem Ausgangssignal.
Verfahren nach Anspruch 32, das den folgenden Schritt umfasst: – Laden eines Kondensators oder einer aufladbaren Batterie als Leistungsspeichereinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24-33, das die folgenden Schritte umfasst: – Ermitteln der Startspannung des Füllstandsmessers mittels der Erfassungsschaltung und – Senden eines Alarms, dass die Startspannung erreicht wurde, durch die Schleife.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24-33, das den folgenden Schritt umfasst: – Steuern eines Umschaltens des Füllstandsmessers zwischen einer Basisbetriebsart und einer erweiterten Betriebsart mittels des Ausgangssignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24-33, das den folgenden Schritt umfasst: – Steuern des Einleitens eines Alarms mittels des Ausgangssignals, wenn die Erfassungsschaltung ermittelt, dass der im Stromgenerator erzeugte Strom null oder bei einem vorbestimmten Wert nahe null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30-36, wobei der Alarm eine Manipulation des Schleifenstromes mit einem oder mehreren der folgenden Elemente umfasst: – einem vorbestimmten konstanten Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom im nominalen Betriebsbereich; – einem Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung; – einem Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb des Füllstandsmessers charakteristisch ist, der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet; – einer Stromumschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten; – einer digital verschlüsselten Nachricht; – einer in der Schleife überlagerten digital verschlüsselten Nachricht; – Speicherung einer Alarmanzeige im Füllstandsmesser und deren späteres Aussenden über die Schleife durch mindestens eine der obigen Manipulationen; – einer Kombination aus irgendwelchen der obigen Elemente.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei – der nominale Betriebsbereich durch einen Schleifenstrom von 4-20 mA definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37-38, wobei – die Manipulation ein Strom im Bereich 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30-39, wobei – der Füllstandsmesser durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm sendet, der anzeigt, dass die von der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei – solche anderen Mittel die Darstellung über ein Display in dem Füllstandsmesser, die Anzeige über einen optischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser, die Anzeige über einen akustischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser und die Übertragung über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife umfassen.
Verfahren zum Übertragen von Leistung von einer Zweidraht-Prozesssteuerschleife zu einem Radar-Füllstandsmesser zum Messen eines Standes eines Produkts in einem Tank mit den Schritten: – Richten einer Antenneneinheit in den Tank, – Senden eines Mikrowellensignals durch die Antenneneinheit in den Tank mittels einer Mikrowellenquelle, – Empfangen eines Mikrowellensignals, das von einer Oberfläche des Produkts im Tank reflektiert wird, mittels eines Empfängers, – Einleiten der Übertragung des Mikrowellensignals und Bestimmen des Produktstands aufgrund des empfangenen Signals in einer Messschaltung, die an die Quelle und den Empfänger gekoppelt ist, – Einstellen eines dem Produktstand entsprechenden Schleifenstromwerts (I_Schleife) in einer Ausgangsschaltungsanordnung, die iin dem Radar-Füllstands messer angeordnet und an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, – Übertragen von Informationen, entsprechend dem Produktstand über die Schleife durch die Ausgangsschaltungsanordnung, – Lieferung von Leistung von der Schleife an eine Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die als Leistungsquelle für die Mikrowellenquelle, den Mikrowellenempfänger, die Messschaltungsanordnung und die Ausgangsschaltungsanordnung dient, und Übertragung von Leistung von der Schleife zu der Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung mittels Einspeisens eines ersten Stromes von der Schleife in die Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, – Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) in der Schleife, um den Schleifenstrom auf dem dem gemessenen Wert des Produktstands entsprechenden Wert zu halten, – Bestimmen eines Werts des zweiten Stromes in einer Erfassungsschaltung, und – Senden eines Alarms über die Schleife, wenn der Wert des zweiten Stromes anzeigt, dass die über die Schleife verfügbare Leistung nicht für die Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Alarm eine Manipulation des Schleifenstromes mit einem oder mehreren der folgenden Schritte umfasst: – einem vorbestimmten konstanten Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom im nominalen Betriebsbereich; – einem Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung; – einem Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb des Füllstandsmessers charakteristisch ist, der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet; – einer Stromumschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten; – einer digital verschlüsselten Nachricht; – einer in der Schleife überlagerten digital verschlüsselten Nachricht; – Speicherung einer Alarmanzeige im Füllstandsmesser und deren späteres Aussenden über die Schleife durch mindestens eine der obigen Manipulationen; – einer Kombination aus irgendwelchen der obigen Elemente.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei, – der nominale Betriebsbereich durch einen Schleifenstrom von 4-20 mA definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43-44, wobei – die Manipulation ein Strom im Bereich 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42-45, wobei – der Füllstandsmesser durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm sendet, der anzeigt, dass die von der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung des Füllstandsmessers ausreicht.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 46 wobei: – solche andere Mittel die Darstellung über ein Display in dem Füllstandsmesser, die Anzeige über einen optischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser, die Anzeige über einen akustischen Anzeiger in dem Füllstandsmesser und die Übertragung über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife umfassen.
Prozessvariablenmesseinrichtung zum Messen einer Prozessvariablen in einem industriellen Verfahren, wobei die Messeinrichtung an eine Zweidraht-Prozesssteuerschleife anschließbar ist, um die Prozessvariable zu messen, mit: – einer Messeinheit, die angeordnet werden kann, um einen Wert der Prozessvariablen zu messen, – einer an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelten Ausgangsschaltungsanordnung zum Einstellen eines gewünschten Werts eines Schleifenstromes (I_Schkeife), der dem Wert der Prozessvariablen entspricht, in der Schleife, – einer Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung, die an die Zweidraht-Prozesssteuerschleife gekoppelt ist, um Leistung von der Schleife zu empfangen und als eine Leistungsquelle für die Messeinheit und die Ausgangsschaltungsanordnung dient, und die einen Wandler enthält, um mittels Einspeisens eines ersten Stromes (I_DC/DC) Leistung von der Schleife zur Leistungsversorgungs-Schaltungsanordnung zu übertragen, – einem in der Ausgangsschaltungsanordnung enthaltenen Stromgenerator zum Erzeugen eines zweiten Stromes (I_sh) in der Schleife zum Beibehalten des Schleifenstromes bei einem Wert, der dem Produktstand entspricht, und – einer Erfassungsschaltung zum Bestimmen des Werts des zweiten Stromes und zum Senden eines Alarms über die Schleife, wenn der Wert des zweiten Stromes anzeigt, dass die in der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung der Messeinrichtung ausreicht.
Messeinrichtung nach Anspruch 48, die den Alarm mit einer Manipulation des Schleifenstromes mit einem oder mehreren der folgenden Elemente erzeugt: – einem vorbestimmten konstanten Strom unterhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom oberhalb des nominalen Betriebsbereichs; – einem vorbestimmten konstanten Strom im nominalen Betriebsbereich; – einem Strom mit einer vorbestimmten zeitlichen Änderung; – einem Strom mit einer zeitlichen Änderung, die für einen vorbestimmten Betrieb der Messeinrichtung charakteristisch ist, der sich von normalen Betriebsarten unterscheidet; – einer Stromumschaltung zwischen mehreren vorbestimmten Stromwerten; – einer digital verschlüsselten Nachricht; – einer in der Schleife überlagerten digital verschlüsselten Nachricht; – Speicherung einer Alarmanzeige in der Messeinrichtung und späteres Senden derselben über die Schleife durch eine der obigen Manipulationen; – einer Kombination aus irgendwelchen der obigen Elemente.
Messeinrichtung nach Anspruch 49, wobei – der nominale Betriebsbereich durch einen Schleifenstrom von 4-20 mA definiert ist.
Messeinrichtung nach Anspruch 49-50, wobei – die Manipulation ein Strom im Bereich 1-3 mA während eines Zeitraums von ungefähr 20 Sekunden ist.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 48-51, wobei – die Messeinrichtung durch andere Mittel als über die Schleife einen Alarm sendet, der anzeigt, dass die von der Schleife verfügbare Leistung nicht zur Energieversorgung der Messeinrichtung ausreicht.
Messeinrichtung nach Anspruch 52, wobei – solche andere Mittel die Darstellung über ein Display in der Messeinrichtung, die Anzeige über einen optischen Anzeiger in der Messeinrichtung, die Anzeige über einen akustischen Anzeiger in der Mess einrichtung und die Übertragung über einen Fernkommunikationskanal außerhalb der Schleife umfassen.