DE202007014057U1

DE202007014057U1 - Füllstandsmessvorrichtung für festwandige Behälter

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Publication number: DE202007014057U1
Application number: DE200720014057
Authority: DE
Original assignee: DELOX ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: DELOX ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2017-10-10

Abstract

Füllstandsensor zur Bestimmung eines Füllstandes, insbesondere von Schüttgütern, in einem Behälter aus einem festwandigen Material, wobei das festwandige Material eine Wand ausbildet, beinhaltend:
eine erste Elektrode (103), die an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist;
eine zweite Elektrode (103), die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Kondensatorelektrode und an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist;
eine einen Schwingkreis (112) beinhaltende Sensorelektronik (110), wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind; und
eine Kontrolleinheit (250), die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik zur Verfügung gestellten Wert in einen Füllstand umzurechnen.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Messen eines Füllstandes in festwandigen Behälter. Im Besonderen betrifft die Erfindung kapazitive Füllstandssensoren zur Messung eines Füllstandes in einem festwandigen Behälter.
Kapazitive Füllstandsensoren für Flüssigkeiten und feine, das heißt feinkörnige Feststoffe, sind zum Beispiel aus der europäischen Patentanmeldung EP 0338400 oder der europäischen Patentanmeldung EP 0470483 bekannt. Die Druckschrift EP 0470483 beschreibt zum Beispiel ein Verfahren für die DK-kompensierte kapazitive Füllstandsmessung mit einer Sondenanordnung, die einen Kondensator zur Füllstandmessung und einen Kondensator zur DK-Kompensation aufweist, die unterschiedliche kapazitive Steilheiten besitzen und sich gemeinsam über einen gleichen Füllstandshöhenmessbereich erstrecken. Druckschrift EP 0470483 beschreibt, dass aus dem Messwert der Füllstandsmesssonde und dem Messwert der Kompensationssonde ein Verhältniswert Q gebildet wird, der allein von der Dielektrizitätskonstante ε_r des die Mess- und Kompensationssonde benetzenden Füllguts abhängt, und dass die Füllstandshöhe H des Füllguts aus dem Messwert der Füllstandsmesssonde gebildet wird, wobei der Messwert mit einem Korrekturwert K elektronisch korrigiert wird, der von der Geometrie und dem Dielektrikum der Füllstandsmesssonde und dem Verhältniswert Q abhängt.
Für Schüttgüter wurden in der Vergangenheit Füllstandsmessvorrichtungen entwickelt, die zum Beispiel im deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2006 009 381 beschrieben sind und die, im Gegensatz zu den oben genannten Druckschriften, eine Füllstandsmessung für Schüttgüter in verbesserter Weise erlauben. Hierzu werden Stabelektroden verwendet, die zum Beispiel innerhalb des Lagerbehälters angeordnet werden.
In vielen technischen Bereichen existieren bereits Behälter, wie zum Beispiel auch Silos, die nachträglich mit einer Füllstandsüberwachung ausgestattet werden sollen. Eine einfache und kostengünstige Füllstandsmessung ist hier mit herkömmlichen Mitteln oft nur schwer zu realisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Füllstandmessung zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist oder zumindest verringert, und kostengünstig und einfach eine Füllstandsmessung für festwandige Silos zur Verfügung stellt. Diese Aufgabe wird die in den Ansprüchen 1 und 20 angegebenen Vorrichtungen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den beigefügten Zeichnungen sowie der Beschreibung.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Füllstandsensor zur Bestimmung eines Füllstandes, insbesondere von Schüttgütern wie z. B. Brennstoffen, in einem Behälter aus einem festwandigen Material, wobei das festwandige Material eine Wand ausbildet, zur Verfügung gestellt. Der Füllstandssensor beinhaltet eine erste Elektrode, die an der Wand, z. B. direkt innerhalb oder außerhalb des Behälters an der Wand oder durch eine Klebeschicht oder Isolationsschicht verbunden mit der Wand, oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist, eine zweite Elektrode, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Kondensatorelektrode und an der Wand, z. B. direkt innerhalb oder außerhalb des Behälters an der Wand oder durch eine Klebeschicht oder Isolationsschicht verbunden mit der Wand, oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist, eine einen Schwingkreis beinhaltende Sensorelektronik, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind, und eine Kontrolleinheit, die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik zur Verfügung gestellten Wert in einen Füllstand umzurechnen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein füllstandsüberwachter Behälter, z. B. ein Silo, aus einem festwandigen Material zur Verfügung gestellt. Der Behälter beinhaltet eine Wand aus einem festwandigen Material; eine erste Elektrode, die an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist, eine zweite Elektrode, die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Kondensatorelektrode und an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist, eine einen Schwingkreis beinhaltende Sensorelektronik, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind, und eine Kontrolleinheit, die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik zur Verfügung gestellten Wert in einen Füllstand umzurechnen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen in schematischer Weise dargestellt. Es zeigen:
1a zeigt eine schematische Darstellung eines festwandigen Silos mit einer Messvorrichtung, die Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Messen des Füllstandes von Füllgütern in einem Silo illustriert;
1b zeigt eine weitere Seitenansicht der 1a; und
2 illustriert weitere Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Messen des Fülltandes von Füllgütern in einem Silo.
Die in den folgenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele werden anhand von Holzpellets als trockene Schüttgüter beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es können als Schüttgüter auch Naturprodukte wie Getreide und Futtermittel, Kunststoffbauteile, Kunststoffgranulate, Kunststoffagglomerate, Pulver, Tabletten oder eine Vielzahl anderer Schüttgüter verwendet werden. Im Allgemeinen sind hierunter Stoffe zu verstehen, die nicht in Form einer Flüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Die Bezeichnung „trocken" ist nicht darauf eingeschränkt, dass die Schüttgüter keinen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen können. Die Bezeichnung „trocken" bezieht sich darauf, dass die Füllung des Behältnisses nicht oder nur bedingt flüssig oder feucht ist, sondern in Form von Granulaten, Pellets, Brickets oder anderen Stücken in das Behältnis eingebracht wird. Darüber hinaus können auch pasteuse Stoffe und flüssige Stoffe in den Behälter 102 eingefüllt werden.
1a und 1b zeigen eine Ausführungsform eines festwandigen Silos mit einer Füllstandsmessung. Der festwandige Silo weist ein Behältnis 102 aus einem festwandigen Material, welches den Behälter 102 ausbildet auf. Im Gegensatz zu bislang bekannten kapazitiven Füllstandsmessvorrichtungen werden Elektroden für die kapazitive Füllstandsmessung nicht innerhalb des Behältnisses, d. h. innerhalb des Silos, in Form von festen Elektroden zur Verfügung gestellt. Die Elektroden 103 werden an Der Wand innerhalb des Behältnisses 102 oder außerhalb des Behältnisses angebracht oder in das Wandmaterial integriert. Dabei werden die Elektroden am Rand des Behältnisses zur Verfügung gestellt.
Wie in 1a und 1b dargestellt, sind die Elektroden 103 mit einer Sensoreinheit 110 über Kabel 105 verbunden. Die Sensoreinheit ist über ein Anschlusskabel 252 mit der Steuereinheit 250 verbunden. Die Elektroden 103 sind gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen aus Metallbändern, einer Folie aus elektrisch leitfähigem Material, einer Litze, einem Metallgeflecht, einem Kupferband, einer Metallfolie oder anderen, z. B. dünnen, biegsamen und/oder flexiblen elektrisch leitfähigen Bändern zur Verfügung gestellt.
Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden könne, können die Elektroden auf die Wand des Silos aufgeklebt werden. Dabei ist es möglich, die Elektroden von außen, wie in 1b dargestellt, oder von innen, wie in 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet, auf die Wand des Silos zu kleben. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch andere Befestigungsmöglichkeiten verwendet werden. Zum Beispiel können die Elektroden in eine Nut an der Behälterwand eingeschoben werden, verschraubt oder durch Nieten angebracht werden.
Durch die Verwendung von Elektroden, die an oder in der Wand des Silos angebracht sind, ist es möglich, den Raum innerhalb des Silos gänzlich unmodifiziert zu belassen und somit eine Befüllung des Silos nicht zu beeinflussen oder zu beeinträchtigen. Darüber hinaus können die Elektroden innen oder außen an der Wand nachträglich angebracht werden, was ein einfaches Nachrüsten der Füllstandsmessung erlaubt. Zum Beispiel können Metallbänder von Innen oder außen auf die Wand des Silos aufgeklebt werden.
Dabei führt die Verwendung von elektrisch leitfähigen Elektroden am Rand des Behältnisses, innerhalb der Wand oder an der Wand dazu, dass trotz der Eignung für die Füllstandsmessung von Schüttgütern ein Kondensator aus den Elektroden 103 geformt wird. Im Gegensatz zu bislang bekannten Elektrodenanordnungen von Zylinder-Kondensatoren oder Platten-Kondensatoren bilden die Kondensatoren der aus den Elektroden 103 in oder am Silogehäuse befestigten elektrisch leitfähigen Bändern eine relativ geringe Kapazität. Die Kapazität besteht bis zur Füllhöhe 150 (siehe 1b) der Schüttgüter aus der Kapazität mit einer Dielektrizitätskonstant der Schüttgüter (siehe Bereich 152). Oberhalb der Füllhöhe schließt sich ein Bereich 154 mit der Dielektrizitätskonstante von Luft an. Hierbei bildet sich die veränderliche Komponente der Kapazität lediglich in einem Teil des Raumes aus, der nicht direkt zwischen den Elektroden liegt. Bei Änderung der Füllhöhe ändert sich die Kapazität des aus den Elektroden 103 bestehenden Füllstandskondensators, da sich der Bereich der Dielektrizitätskonstante von Luft und der Bereich der Dielektrizitätskonstante des Schüttguts ändert.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann diese Anordnung der Elektroden ebenfalls mit Wandmaterialien verwendet werden, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweißen, um Explosionsschutzverordnungen zu genügen. Diese Materialien können zum Beispiel eine elektrische Leitfähigkeit haben. Zum Beispiel für metallische Wände des Behältnisses 102 können die Elektroden, bevor sie auf die Wand aufgebracht werden mit einer Isolationsschicht oder einer Isolationsummantelung überzogen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann eine Klebeverbindung zur Wand eine ausreichende Isolation zu einer Metallischen Wand zur Verfügung stellen. Im Falle von metallischen Silos sollten die Elektroden 103 jedoch auf der Innenseite der Behälterwand angebracht werden.
Gemäß typischen Ausführungsformen kann die Wand des Silos aus Kunststoff, Glas, Keramik, Beton, Gips oder Metall bestehen. Dabei können z. B. Wandstärken in einem Bereich bis zu 15 mm, z. B. von 1 mm bis 15 mm vorhanden sein. Typischerweise, kann bei nicht-metallischen Behältern, eine Anordnung der Elektroden außerhalb des Silobehälters gewählt werden. Bei metallischen Silowänden oder dickwandigen Silos können die Elektroden in Form von Metallbändern an der Innenseite der Wand des Silobehälters angeordnet sein.
Gemäß anderen Ausführungsformen, können die Elektroden innerhalb des Behälters an der Wand befestigt sein, oder bei einer Wandstärke von zum Beispiel kleiner 15 mm auch außerhalb des Behälters befestigt sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen können die Elektroden 103 parallel zueinander vertikal innen oder außen entlang der Außenwand des Silos verlaufen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Elektroden in einem parallelen Abstand von ca. 0,5 cm bis ca. 10 cm zur Verfügung gestellt, z. B. aufgeklebt, sein. In der 2 sind die Elektroden mit gestrichelten Linien dargestellt. Dies illustriert, dass die Elektroden innerhalb des Silos in Kontakt mit dem Gewebe angebracht sein können oder in das Wandmaterial selbst eingebracht sein können. Gemäß anderen Ausführungsformen, die mit anderen Aspekten der hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, können die Elektroden auch an der Außenseite des Silobehälters 102 aufgebracht sein.
Für die Ausführungsformen, bei denen die Elektroden 103 nicht in Kontakt mit dem Füllgut kommen, d. h. falls die Elektroden außerhalb der Wand des Behälters, innerhalb oder außerhalb in isolierter Form oder gegebenenfalls auch in der Wand selbst angeordnet sind, kann die hierin beschriebene Füllstandsmessvorrichtung auch für elektrische leitende Füllgüter oder sogar Flüssigkeiten angewendet werden. Im Allgemeinen können hierin beschrieben Ausführungsformen und Kombinationen von hierin beschriebenen Ausführungsformen für Schüttgüter, pasteuse Stoffe oder Flüssigkeiten verwendet werden, die in Silos eingefüllt werden.
Die gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen angegebene Anordnung von Elektroden ermöglicht zum einen die Verwendung für z. B. Schüttgüter und zum anderen die Verwendung der kapazitiven Füllstandsmessung insbesondere für eine einfache Nachrüstung an bereits existierende Silos. Die hierdurch bedingte niedrige Kapazität erschwert jedoch die Messung des Füllstandes. Die Elektroden 103 sind mit Leitungen 105 mit einer Sensorelektronik 110 verbunden. Aufgrund der erschwerten Füllstandsmessung sollten die Drähte so kurz wie möglich sein, bevorzugt sind sie kürzer als 10 cm oder sogar 3 cm. Darüber hinaus ist zu dem Schwingkreis 112 innerhalb der Sensorelektronik 110 zusätzlich ein Kondensator 120 zur Verfügung gestellt, der ein stabiles Verhalten des Schwingkreises 112 ermöglicht.
Der Schwingkreis innerhalb der Sensorelektronik kann z. B. ein Wien-Robinson-Oszillator sein. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Oszillator, der mit einer Sinusschwingung oszilliert. Eine typische Frequenz des Schwingkreises im Leerzustand des Silos ist im Bereich von 70 bis 400 kHz, bevorzugt 100–150 kHz. Die Frequenz verringert sich, wenn der Silo befüllt wird.
Die Elektroden 103 haben typischerweise eine Kapazität von 70 bis 120 pF/m oder 25 bis 120 pF/m. Der zusätzliche Kondensator 120 hat typischerweise eine Kapazität von 10 bis 60 pF, bevorzugt 47 pF oder bevorzugt 15 pF. Bei Ausführungsformen mit kleinerer Kapazität des Kondensators kann eine höhere Messfrequenz und somit für manche Ausführungsformen eine schnellere Messung erfolgen.
Bei der Befüllung des Silos 102 mit dem trockenen Schüttgut findet eine Staubentwicklung statt. Daher kann die Sensorelektronik, die sich auch innerhalb des Silos befinden kann, explosionsgeschützt ausgebildet sein. Beim Umgang mit Stoffen, die mit Sauerstoff reagieren können, z. B. Brennstoffe, ist mit einer Explosionsgefahr zu rechnen, wenn innerhalb des Silos der brennbare Stoff als feinkörniger Staub in der Luft vorliegt. Da auf die Größe und die Dichte der Staubkörner, insbesondere beim Befüllen des Silos, wenig Einfluss genommen werden kann, wird zum Explosionsschutz die Sensorelektronik entsprechend ausgebildet. Hierzu werden Funken an den elektrischen Bauteilen innerhalb der explosionsgefährdeten Umgebung sowie statische Aufladung nicht geerdeter Bauteile und heiße Oberflächen vermieden. Eine weitere Maßnahme zum Explosionsschutz stellt die oben erwähnte Leitfähigkeit des Silowand dar.
Insbesondere wenn die Elektroden 130 an der Außenseite des Silos angebracht sind oder eine Durchführung der Kabel 150 von der Innenseite des Silos 102 zur dessen Außenseite erfolgt, kann eine Positionierung der Sensorelektronik 110 auch außerhalb erfolgen. In diesem Fall kann auch bei einer Positionierung der Sensorelektronik außerhalb des Silos 102 eine Kabellänge der Kabel 105, wie sei in anderen Ausführungsformen beschrieben ist, erzielt werden. Gemäß typischen Ausführungsformen kann die Sensorelektronik innerhalb oder außerhalb des Behältnisses zur Verfügung gestellt werden. Die Steuereinheit 250 wird typischerweise außerhalb des Behältnisses 102 zur Verfügung gestellt.
Das Ausgangssignal des in der Sensorelektronik 110 befindlichen Oszillators 112 wird verstärkt, und für einen Mikro-Controller verwertbares Signal (Rechtecksignal, PWM-Signal oder Analogsignal) umgewandelt. Der Mikro-Controller misst die Frequenz und errechnet daraus einen Mittelwert den er über die Leitung 252 an eine Kontrolleinheit 250 übermittelt. Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, kann anstelle eines Mikrocontrollers auch ein feldprogrammierbare Gatterschaltung (Field Programmable Gate Array: FPGA) oder ähnliches verwendet werden.
In der Kontrolleinheit wird der durch die Sensorelektronik ermittelte Wert umgerechnet, um in ein Verhältnis zur Silogröße und/oder zur Siloform gebracht zu werden. Die Kontrolleinheit enthält eine CPU und Kontrollvorrichtungen, die es ermöglichen, den Füllstand z. B. zu visualisieren oder weiterzuverarbeiten. Typischerweise kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Füllstandes einen Alarm abgesetzt werden. Leitung 252 versorgt die Sensorelektronik typischerweise auch mit Spannung und überwacht eventuelle Fehlfunktionen, um durch Abschaltung der Sensorelektronik im Notfall Schaden oder Brand zu verhindern. Hierbei schaltet die Kontrolleinheit die Sensorelektronik spannungsfrei. Die Kontrolleinheit kann weiterhin einen Speicher zur Speicherung der Werte beinhalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, kann die Kontrolleinheit auch weitere Anzeigeelemente wie einen Bildschirm beinhalten, sowie Bedienelemente wie eine Tastatur oder eine Maus, um eine weiterreichende Auswertung des Füllstandes zu erlauben. Hierdurch kann z. B. ein durchschnittlicher Verbrauch des trockenen Schüttgutes oder andere Statistiken ausgewählt, berechnet und dargestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Kontrolleinheit im Wesentlichen auch durch eine Anzeigeeinheit ersetzt werden. In diesem Fall wird von der Sensorelektronik direkt, z. B. ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgegeben, das von einer Anzeigeeinheit in die entsprechende Anzeige umgesetzt wird. Die Sensorelektronik übernimmt demnach zusätzliche Funktionen, so dass die in Bezug auf die Figuren beschriebene Kontrolleinheit auf eine Anzeigeeinheit reduziert werden kann.
Bei der Erst-Inbetriebnahme oder bei einer Kalibrierung der Füllstandsmessung zu einem anderen Zeitpunkt ist der Silo leer und die Kontrolleinheit speichert das Signal der Sensorelektronik in leerem Zustand. Über eine Eingabeeinrichtung wird der Kontrolleinheit die Form des Silos sowie dessen Maße in einem Speicher zugeführt. Über einen Schalter kann ein Menü "Siloabgleich im leeren Zustand" ausgewählt werden. Hierdurch kann ein Füllstand von 0% definiert werden. Nach dem vollständigen Befüllen des Silos wird durch einen Schalter oder über ein Eingabeelement ein "Siloabgleich im vollen Zustand" ausgewählt. Dieser Wert entspricht dem Füllstand von 100%. Hierdurch kann die Kontrolleinheit auf den Silo inklusive dessen Dimensionen und die maximale Füllhöhe abgeglichen werden. Eine entsprechende Speichereinheit der Kontrolleinheit kann die Werte auch bei Stromausfall speichern, so dass nach einem Stromausfall keine Entleerung und Neubefüllung notwendig ist.
Gemäß noch weiteren Ausführungsformen ist ein Sensorabgleich zur Kalibrierung der Füllhöhe derart möglich, dass die Anlage im Leeren Zustand in Betrieb genommen wird. Während der Befüllung ist die Anlage im Betrieb und misst die Werte während des Füllvorgangs. Nach dem Befüllen kann die Anlage, wie oben beschrieben, durch Setzen des „Siloabgleichs im vollen Zustand" und den Messdaten während der Befüllung kalibriert werden. Dabei ist die Kontrolleinheit und die Sensorelektronik während des gesamten Füllvorgangs eingeschaltet und misst in regelmäßigen Abständen die Füllhöhe, um somit eine verbesserte Kalibrierung bei der Befüllung zu erhalten.
Die Erfindungsgemäßen Ausführungsformen besitzen den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise für Schüttgüter bzw. für die Nachrüstung eine kapazitive Füllstandsmessung durchgeführt werden kann. Die hierbei auftretenden Probleme werden durch eine Anordnung der Elektroden innerhalb der Wand bzw. der Wand des Silos oder in direktem Kontakt mit der Wand des Silos innerhalb oder außerhalb gelöst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, enthält der Sensor mindestens ein Paar von Elektroden, die mit einer Sensorelektronik verbunden sind. Typischerweise könne zum Beispiel auch 2, 3, 4 oder mehr Paare von Elektroden als Kondensatorelektroden zur Verfügung gestellt sein. Dabei ist eine Messung in unterschiedlichen Bereichen des Silos möglich. Gemäß weiteren Ausführungsformen, können die mehreren Paare auch mit einer Sensorelektronik verbunden sein.
Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit einer der hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, enthält die Sensorelektronik Mittel zur Reduktion oder Verhinderungen statischer Aufladung der Elektroden. Als Beispiel werden jeweils von den Anschlüssen der jeweiligen Elektroden in der Sensorelektronik Paare von Zehnerdioden und/oder Widerstände mit dem Potentialausgleich bzw. Masse verbunden. Dabei sind die Paare von Zehnerdioden typischerweise in Reihe gegeneinander geschaltet, so dass erst ab einer vorbestimmten Potentialdifferenz zwischen einem Elektrodenanschlusses und dem Potentialausgleich, beispielsweise im Bereich von 3 V bis 12 V, eine Erdung des Anschlusses zur Verhinderung von statischen Aufladungen erfolgt. Durch Mittel zur Reduktion oder Verhinderung von statischen Aufladungen der Elektroden kann die Sensorelektronik geschützt werden und weiterhin Funkenschlag verhindert werden, der in explosionsgefährdeten Bereichen eine Gefahr darstellt.
Gemäß noch weiteren Ausführungsformen ist ein Sensorabgleich zur Kalibrierung der Füllhöhe derart möglich, dass die Anlage im Leeren Zustand in Betrieb genommen wird. Während der Befüllung ist die Anlage im Betrieb und misst die Werte während des Füllvorgangs. Nach dem Befüllen kann die Anlage, wie oben beschrieben, durch Setzen des „Siloabgleichs im vollen Zustand" und den Messdaten während der Befüllung kalibriert werden.
2 illustriert weitere Ausführungsformen. Die Ausgestaltungen Sensorelektronik und der Steuereinheit können analog zu den im Bezug auf die 1a und 1b erläuterten Ausführungsformen und Kombinationen davon zur Verfügung gestellt sein. Die Formgebung sowie die Eigenschaften der Elektroden 103 können ebenfalls analog zu den Ausführungsformen der Elektroden 103 in den 1a und 1b zur Verfügung gestellt sein.
In 2 ist ein größerer Silo dargestellt, der ein trichterförmiges unteres Ende besitzt. Die Elektroden 203 sind gestrichelt dargestellt um zu verdeutlichen, dass die Elektroden innerhalb des Silos 202 oder innerhalb des Silowandmaterials zur Verfügung gestellt werden können. Am unteren Ende des trichterförmigen Endes ist ein Auslassventil angeordnet, um den Inhalt des Silos entnehmen zu können.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind zur Illustration der Erfindung dargestellt und die Erfindung ist nicht als auf diese beschränkt anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0338400 [0002]
- EP 0470483 [0002, 0002, 0002]
- DE 202006009381 U [0003]

Claims

Füllstandsensor zur Bestimmung eines Füllstandes, insbesondere von Schüttgütern, in einem Behälter aus einem festwandigen Material, wobei das festwandige Material eine Wand ausbildet, beinhaltend: eine erste Elektrode (103), die an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist; eine zweite Elektrode (103), die in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Kondensatorelektrode und an der Wand oder innerhalb der Wand zur Verfügung gestellt ist; eine einen Schwingkreis (112) beinhaltende Sensorelektronik (110), wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind; und eine Kontrolleinheit (250), die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik zur Verfügung gestellten Wert in einen Füllstand umzurechnen.
Füllstandssensor gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Elektrode sich zumindest in einer Dimension vertikal von zumindest der maximalen Füllstandsmesshöhe bis zu zumindest der minimalen Füllstandsmesshöhe erstrecken.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode aus einem leitfähigen Band, bevorzugt aus einem Metallband, besonders bevorzugt aus einer Metallfolie bestehen.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode flexibel sind.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode eine vertikale Abmessung haben, die zumindest von der maximalen Füllstandsmesshöhe ausgehend im wesentlichen bis zu einem gegenüberliegenden, unteren Ende des Behälters reicht, bevorzugt von 0 cm bis ungefähr 5 cm vor dem gegenüberliegenden Ende des Behälters reicht.
Füllstandsensor gemäß Anspruch 5, wobei die vertikale Abmessung derart gestaltet ist, dass die erste und die zweite Elektrode nicht vollständig bis zum unteren Ende des Behälters ausgebildet ist.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode im wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sind.
Füllstandssensor gemäß Anspruch 7, wobei die erste und die zweite Elektrode (103) in einem Abstand von zumindest 3 mm, bevorzugt in einem Abstand von 0.5 cm bis 20 cm, insbesondere bevorzugt in Abstand von 1 cm bis 10 cm angebracht sind.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das festwandige Material Kunststoff, Keramik oder Glas ist.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode in das festwandige Material aufgeklebt sind oder in die Wand eingelassen sind.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode mit einer Isolationsschicht zumindest zwischen der Wand und der jeweiligen Elektrode ausgebildet ist.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode innerhalb des Behälters angrenzend and die Wand bzw. außerhalb des Behälters angrenzend and die Wand zur Verfügung gestellt sind.
Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektronik innerhalb des Behälters und die Kontrolleinheit außerhalb des Behälters angeordnet ist.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode (103) einen Kondensator mit einer Kapazität pro Längeneinheit von maximal 120 pF/m bilden.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektronik einen Schwingkreis, bevorzugt einen Wien-Robinson-Ozillator, enthält und zusätzlich ein Kondensator (120) mit einer Kapazität mit einem Wert von ungefähr 10 pF bis 75 pF, bevorzugt von ungefähr 45 bis 55 pF, parallel geschaltet wird.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schwingkreis und die Sensorelektronik geeignet ist, eine Kapazitätsänderung im Bereich von 2–6 pF oder von 1–6 pF aufzulösen.
Füllstandsensor gemäß einer der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektronik explosionsgeschützt ausgebildet ist.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode jeweils mit einem elektrischen Leiter (105) mit der Sensorelektronik verbunden sind und wobei die elektrischen Leiter eine maximale Länge von 30 cm, bevorzugt 20 cm, besonders bevorzugt von ungefähr 5 cm haben.
Füllstandsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Elektrode (102) aus Metall sind.
Füllstandsüberwachter Behälter aus einem festwandigen Material, der Behälter beinhaltet: Eine Wand aus einem festwandigen Material; einen Füllstandssensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.