DE202009009102U1 - Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums - Google Patents

Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums Download PDF

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    • G01F23/284Electromagnetic waves

Abstract

Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums mittels einem Laufzeitmessverfahren von Mikrowellen mit einer Frequenz größer als 10 GHz, bestehend aus einem Messumformer und einer Antenneneinheit, die zumindest aus einem Hohlleiter und einem Abstrahlelement aufgebaut ist, wobei ein mikrowellen-durchlässiges Prozesstrennelement in den Hohlleiter zur Prozesstrennung zwischen dem Messumformer und dem den Prozessraum berührenden Abstrahlelement eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesstrennelement (11) aus einer hexagonalen Bornitrid-Keramik oder aus einem Polyimid-Kunststoff hergestellt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Messmethode aus einer Vielzahl von Messmethoden zur Ermittlung des Füllstands in einem Behälter ist die Laufzeit-Messmethode. Bei dieser Messmethode werden beispielsweise Mikrowellen über eine Antennenvorrichtung ausgesendet und die an der Mediumsoberfläche reflektierten Echowellen detektiert, wobei die Laufzeit des Messsignals ein Maß für den Abstand ist. Aus der halben Laufzeit lässt sich demgemäß der Füllstand des Mediums in einem Behälter ermitteln. Die Echokurve stellt hierbei den gesamten Signalverlauf als Funktion der Zeit dar, wobei jeder Messwert der Echokurve der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand an einer Oberfläche reflektierten Echosignals entspricht. Die Laufzeit-Messmethode wird im Wesentlichen in zwei Ermittlungsverfahren eingeteilt: Bei der Zeitdifferenzmessung wird die Zeit, die ein breitbandiger Wellensignalimpuls für eine zurückgelegte Wegstrecke benötigt, ermittelt. Bei der Kippfrequenzdifferenzmessung (FMCW – Frequency-Modulated Continuous Wave) wird das ausgesendete, frequenzmodulierte Hochfrequenzsignal zum reflektierten, empfangenen, frequenzmodulierten Hochfrequenzsignal ermittelt. Im Weiteren wird keine Beschränkung auf ein spezielles Ermittlungsverfahren gemacht.
  • Bei bestimmten Prozessanwendungen sind die Füllstandsmessgeräte extremen Bedingungen, wie z. B. hohen Temperaturen, hohen Drücken und/oder chemisch aggressiven Stoffen, ausgesetzt. Insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte weisen temperatur- und/oder druckempfindliche Bauteile auf. Dies sind beispielsweise eine Messgerätelektronik und Sende- und/oder Empfangselemente für die Mikrowellen.
  • Durch das Einfügen eines hermetisch dichten Prozesstrennelements in den Hohlleiter der Antenne wird die größtmöglichste Sicherheit gewährleistet, da ein zweites „Sicherheitselement” den Prozess bei einer Trennung der modularen messaktiven Teile, wie z. B. einer Einkoppeleinheit/Erregerelement oder der Messgeräteelektronik, von dem messpassiven Teilen, wie z. B. die Antenne, aufgrund einer Wartung oder Reparatur, verschließt.
  • Diese Problematik und eine Lösung hierzu sind bereits in der EP 0 943 902 A1 behandelt. Dort ist ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät für Hochtemperaturanwendungen mit einer Antenne beschrieben, das ein Prozesstrennelement im Hohlleiterbereich der Antenne aufweist. Als Prozesstrennelement ist unter anderem ein Glasfenster beschrieben. Diese Glasfenster schützen die empfindlichen Bauteile der Füllstandsmessgeräte vor extremen Messbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen, hohe Drücke, chemisch aggressiven Medien.
  • In der US 2005/0253751 A1 ist ein modularer Aufbau einer Hornantenne beschrieben. Das Prozesstrennelement ist in der Form eines keramischen Anpasskegels, der durch Graphitpackungsringe abgedichtet in den Hohlleiter eingebracht ist, ausgebildet.
  • Nachteilig an den angeführten Ausführungsbeispielen eines Prozesstrennelements im Stand der Technik ist, dass als für die Mikrowellen durchlässige Prozesstrennelemente in einer Antenne von Hochtemperatur-Füllstandsmessgeräten grundsätzlich Materialien, wie Glas oder Aluminiumoxid-Keramiken eingesetzt werden. Diese Materialien haben sich in einem Frequenzbereich von kleiner als 10 GHz bewährt, jedoch oberhalb einer Frequenz von ca. 10 GHz treten bei Verwendung dieser Materialien aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstanten und der damit zusammenhängenden Dimensionierung der Antenne Probleme mit der in der Entfernungsmesstechnik geforderten monomodigen Ausbreitung des Messsignals und der Ableitung des entstehenden Kondensats des Mediums auf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Füllstandsmessgerät mit einem beständigen, gasdiffusionsdichten Prozesstrennelement zur Prozesstrennung vorzuschlagen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, eine hohe chemische Beständigkeit und eine für industrielle Anwendungen ausreichende mechanische Festigkeit aufweist und das insbesondere kostengünstig und einfach herzustellen ist.
  • Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Die Bauteile oder Bauteilgruppen der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Füllstandsmessgeräts der Prozessmesstechnik mit einer Antenneneinheit, und
  • 2 schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Füllstandsmessgeräts der Prozessmesstechnik mit einer Antenneneinheit.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts 1 der Prozessmesstechnik, das zur Ermittlung des Füllstands 2 in einem Behälter 4 eingesetzt wird. Das Füllstandmessgerät besteht grundlegend aus einer Antenneneinheit 7 und einem Messumformer 17. Die Antenneneinheit 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Prozesstrennelement 11 im Hohlleiter 8 auf. Das Füllstandsmessgerät 1, das über einen Prozessanschluss 26 auf einen Behälter 4 montiert ist, ermittelt beispielsweise nach der Laufzeit-Messmethode den Füllstand 2 eines Mediums 3, bzw. eines Füllguts in einem Behälter 4. Die Antenneneinheit 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Hornantenne ausgebildet. Das erfindungsgemäße Prozesstrennelement 11 ist auch bei weiteren Typen von Antenneneinheiten, wie z. B. Stabantennen, Planarantennen, Parabolantennen, und in Messsystemen der Zeitbereichsreflektometrie, die mit einer an einem Wellenleiter geführten Mikrowelle arbeiten, einsetzbar. Die Antenneneinheit 7 lässt sich in zwei grundlegende Funktionseinheiten aufteilen: den Hohlleiter 8 und das Abstrahlelement 12.
  • In der industriellen Messtechnik werden regelmäßig dielektrische Stabantennen und Hornantennen als Antenneeinheiten 7 zum Senden und/oder Empfangen eingesetzt. Typischerweise wird ein topfartiges Gehäuse verwendet, das die Geometrie eines kurzgeschlossenen Hohlleiters 8 aufweist. In dieses ist ein Erregerelement 24 eingeführt, über den Mikrowellen 6 durch den Hohlleiter 8 hindurch gesendet und/oder empfangen werden. Bei einer Hornantenne schließt sich an das Gehäuse ein trichterförmiges, in Behälter 4 zugewandter Richtung sich aufweitendes, das Horn bildendes Abstrahlelement 12 an. Im Fall der Stabantenne ist ein in den Behälter weisender Stab aus einem Dielektrikum als Abstrahlelement 12 vorgesehen. Üblicherweise ist der Innenraum des Rolleiters 12 von einem Füllkörper 28 aus einem Dielektrikum nahezu vollständig ausgefüllt. Im Fall der Hornantenne weist der Einsatz einen kegelförmigen, in den Behälter 4, bzw. Prozessraum 5 weisenden Anpasskegel 16 auf. Bei Stabantennen schließt sich an den Hohlleiter 8 die stabförmige Antenneneinheit 7 an.
  • Aufgrund der Dimensionierung des Hohlleiters 8 und der Dielektrizitätskonstanten des Prozesstrennelements 11 und/oder des Füllkörpers 28 sind nur bestimmte Moden im Hohlleiter 8 bzw. der Antenneneinheit 7 ausbreitungsfähig. In dem Bereich der Füllstandsmessungen werden bevorzugt Moden mit einer Abstrahlcharakteristik mit einer ausgeprägten Vorwärtskeule, bei Rundhohlleitern der transversal-elektrische TE11 – Mode, eingesetzt.
  • In dem Messumformer 17 ist eine Sende-/Empfangseinheit 20 vorgesehen, in der die Mikrowellen-Messsignale 6 erzeugt werden. Über ein Einkoppelelement 24 werden die Mikrowellen-Messsignale 6 in den Hohlleiter 8 der Antenneneinheit 7 eingekoppelt. Das Einkoppelelement 24 ist über eine Glasdurchführung 25 gasdiffusionsdicht in den Hohlleiter 8 eingebaut. Die in den Hohlleiter 8 der Antenneneinheit 7 eingekoppelten Mikrowellen-Messsignale 6 werden durch das Prozesstrennelement 11, gegebenenfalls durch einen Füllkörper 28 hindurch von dem Abstrahlelement 12 als Sendesignale S in den Prozessraum 5 mit einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik abgestrahlt. Meist wird eine Abstrahlcharakteristik der Mikrowellen-Messsignale 6 mit einer ebenen Wellenfront angestrebt, um Laufzeitunterschiede bei den Reflexionssignalen R zu vermeiden. Die in den Messraum 5 ausgesendeten Mikrowellen-Messsignale 6 werden an der Oberfläche des Mediums 3 reflektiert und nach einer bestimmten Laufzeit wieder von der Sende-/Empfangseinheit 20 empfangen. Über die Laufzeit der Mikrowellen-Messsignale 6 wird der Füllstand 2 des Mediums 3 im Behälter 4 bestimmt.
  • Die Regel-/Auswerteeinheit 19 im Messumformer 17 hat die Aufgabe, das empfangene Reflektionssignal R des Mikrowellen-Messsignals 6 auszuwerten, indem das Messsignal 6 durch eine Signalverarbeitung und spezielle Signalauswertungs-Algorithmen als eine Echokurve weiter verarbeitet wird und daraus die Laufzeit bzw. der Füllstand 2 bestimmt wird.
  • Die Regel-/Auswerteeinheit 19 kommuniziert über eine Kommunikationsschnittstelle 21 mit einer entfernten Kontrollstelle und/oder mit weiteren Füllstandsmessgeräten 1, die nicht explizit gezeigt sind. Über die Versorgungsleitung 22 kann das Füllstandsmessgerät 1 mit der benötigten Energie versorgt werden. Eine zusätzliche Versorgungsleitung 22 zur Energieversorgung des Füllstandsmessgeräts 1 entfällt, wenn es sich um ein so genanntes Zweileiter-Messgerät handelt, dessen Kommunikation und Energieversorgung über die Kommunikationsleitung 23, bzw. Feldbus ausschließlich und gleichzeitig über eine Zweidrahtleitung stattfindet. Die Datenübertragung bzw. Kommunikation über den Feldbus erfolgt beispielsweise nach dem CAN-, HART-, PROFIBUS DP-, PROFIBUS FMS-, PROFIBUS PA-, oder FOUNDATION FIELDBUS- Standard.
  • Durch das Einbringen des Prozesstrennelements 11 in den Hohlleiter 8 wird der Wellenwiderstand des Leitersystems verändert. Um diesen Wellenwiderstand anzupassen, verjüngt sich der Hohlleiter 8 besonders im Anpassbereich 13. Das Prozesstrennelement 11 weist einen Anpasskegel 16 mit einer zylindrischen Form auf, die sich im Anpassbereich 13 zu beiden Stirnflächen unter einem bestimmten Winkel 18 hin verjüngt und somit beidseitig zumindest einstufige oder mehrstufige Kegelansätze ausbildet. Die Ausführung des Prozesstrennelements 11 als Anpasskegel 16 hat zur Folge, dass der maximale Durchmesser des Anpasskegels 16 größer ist als der minimale Durchmesser des Hohlleiters 8 an der Stelle der maximalen Verjüngung. Aus diesem Grund kann es notwendig sein den Hohlleiter 8 an der Stelle der Einglasung, Verlötung oder Verpressung des Prozesstrennelements 11 im Hohlleiter 8 zweiteilig auszuführen und dort eine Trennstelle 15 vorzusehen.
  • In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist der Hohlleiter 8 aus zwei Einheiten, einem ersten Element 9 und einem zweiten Element 10, die beispielsweise über eine Verschraubung oder Verschweißung miteinander verbunden sind, aufgebaut. An der Trennstelle 15 sind das erste Element 9 und das zweite Element 10 über eine radial umlaufende Schweißnaht an der Trennstelle 15 miteinander gasdicht verschweißt. Diese zweiteilige Ausführung des Hohlleiters 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel notwendig, da das Prozesstrennelement 11 aufgrund der Anpassung des Wellenwiderstands mittels eines Anpasskegels 16 breiter ausgeführt ist als der maximale Durchmesser des Hohlleiters 8 und als Dichtelement beispielsweise ein Graphitstopfpackungsring als Dichtelement eingefügt ist.
  • Das erfindungsgemäße Prozesstrennelement 11 liefert weiter den Vorteil, dass das Einkoppelelement 24 bei Kondensatbildung und/oder die Elektronik und das Einkoppelelement 24 abgenommen werden können, da in einer ersten Sicherheitsstufe die messinaktiven Teile der Antenneneinheit 7, wie beispielsweise die Flanschplattierung des Füllkörper 28, den Prozess nach außen hin abschließen und das Prozesstrennelement 11 eine zweite Sicherheitsstufe (second line of defence) ausbildet. Dadurch ist es möglich, bei einer Umrüstung oder Reparatur des Füllstandsmessgeräts 1 den Messumformer 17 auf die Antenneneinheit 7 im geschlossenen Prozess zu montieren. Je nach Ausführung und Anwendung kann das Füllstandsmessgerät 1 aus unterschiedlichen Modulen zusammengesetzt werden. Eine Umrüstung des Füllstandsmessgeräts 1 auf eine andere Einkoppelungsart, z. B. Stufen- oder Stifteinkopplung, oder eine andere Frequenz, z. B. 6 GHz oder 26 GHz, ist durch die Trennmöglichkeit der aktiven Teile von den passiven Teilen auch im geschlossenen Prozess möglich. Das Einkoppelelement 24 ist beispielsweise modular ausgeführt und kann über einen Verschraubung in den Hohlleiter 8 eingefügt werden.
  • Standardgemäß wird in dem Bereich der Füllstandsmesstechnik als temperaturbeständiges und mikrowellendurchlässiges Material für ein Prozesstrennelement 11 oder einen Füllkörper 28 ausschließlich Aluminiumoxid-Keramik mit einer Dielektrizitätskonstanten von 9–10 verwendet.
  • Für den Frequenzbereich von 26 GHz sind bisher noch keine Lösungen bekannt, die eine ausreichend gute Messperformance in diesem Frequenzmessbereich über 10 GHz erreichen. Die bisherigen Lösungen des Problems mit Aluminiumoxid-Keramiken sind bezüglich ihrer Hochfrequenz-Performance nicht hinreichend, auch im Hinblick auf das Fertigungsverhalten, wie beispielsweise der hohen Empfindlichkeit gegen kleinste Störungen bzw. Veränderungen in der Rotationssymmetrie durch beispielsweise eine leichte Verkippung der Rotationsachse und der hohen Kondensatempfindlichkeit aufgrund der kleinen Geometrien der Abstrahlelemente 12 in diesen Frequenzbereichen von über 10 GHz.
  • Möchte man die in dem Frequenzbereich von unter 10 GHz bewährte Keramiktechnologie auf den Frequenzbereiche über 10 GHz übertragen, treten die folgenden Probleme auf:
    Die geometrischen Dimensionen des Prozesstrennkegels 11 und des Abstrahlelements 12 sind in diesem Frequenzbereich über 10 GHz in der Größenordnung der eventuell auftretenden Kondensattropfen zu vorzufinden. Aufgrund der Dimensionierung des Hohlleiters 8 und der Dielektrizitätskonstanten des Prozess trennelements 11 oder des Füllkörpers 28 sind nur bestimmte Grundmoden, z. B. TE11, ausbreitungsfähig. Für die Füllstandsmessungen sind bevorzugt Moden mit einer Abstrahlcharakteristik mit einer ausgeprägten Vorwärtskeule, bei Rundhohlleitern z. B. der transversal-elektrische TE11 – Mode einzusetzen. Durch diese Kondensatbildung kann es zur Störung der monomodigen Anregung der Grundmode TE11 im Hohlleiter 8 kommen, wodurch beispielsweise ein Störmode TM11 angeregt wird. Um die Anregung dieser höheren Moden und damit das so genannte Klingeln zu vermeiden, muss der Prozesstrennkegel 11 aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstanten der Aluminiumoxid-Keramik sehr klein ausgebildet werden. Dies führt nun dazu, dass die Dimensionen des Abstrahlelements 12 mit den Dimensionen eines Wassertropfens vergleichbar sind und somit die Antenneneinheit 7 mit einem Prozesstrennelement 11 oder einem Füllkörper 28 aus Aluminiumoxid-Keramik eine hohe Kondensat- und Ansatzempfindlichkeit aufweist.
  • Desweiteren ist zu beobachten, dass eine Vergrößerung der Dimension des Prozesstrennkegel 11 eine Empfindlichkeitsherabsetzung gegen gebildetes Kondensat bewirkt, jedoch bei geringsten Abweichungen von der Idealgeometrie höhere Moden angeregt werden, die heftiges Klingeln in der Antenneneinheit 7 verursachen. Das Klingeln lässt sich zwar durch eingebaute Absorber in der Antenneneinheit 7 bedämpfen. Diese Maßnahme der Bedämpfung führt aber unweigerlich auch zu einer sehr starken Bedämpfung des Nutzechosignals von ca. 10 dB.
  • Um diese Probleme mit der Verwendung der Aluminiumoxid-Keramik mit einer Dielektrizitätskonstanten von 10 zu vermeiden, wird erfindungsgemäß hexagonales Bornitrid mit einer Dielektrizitätskonstanten von 4.1 verwendet. Dadurch lässt sich eine teilmonomodige Auslegung ohne Anregung eines TM11 Modes in der Antenneneinheit 7 realisieren.
  • Das Material hexagonales Bornitrid ist extrem temperaturbeständig bei Temperaturen über 1000°C, innert gegenüber aggressiven Chemikalien, ungiftig und leicht bearbeitbar. Jedoch sind hexagonale Bornitrid-Keramiken sehr weich und nicht diffusionsdicht, so dass dieses Material Wasser aufnehmen kann. Durch die Wasseraufnahme verändert sich die Dielektrizitätskonstante des Materials wodurch Störmoden, wie der TM11-Mode im Antennesystem erzeugt werden und die Messperformance beeinflussen. Deshalb wird erfindungsgemäß zumindest auf der den Prozessraum 4 berührenden Oberfläche des Prozesstrennelements 11 oder des Füllkörpers 28 aus einer hexagonalen Bornitrid-Keramik ein heliumdichtes, kubisches Bornitrid aufgebracht. Diese Beschichtung 27 mit einem kubischen Bornitrid erfolgt beispielsweise mittels einer Pyrolyse. Hierbei wird Bortrichlorid unter Zusetzung von Ammoniak thermisch gespalten. Die Spaltung erfolgt mittels „Chemical Vapor Deposition” (CVD), wobei sehr reine Bornitrid-Schichten auf der hexagonalen Bornitrid-Keramik abgeschieden werden. Schichten aus pyrolytischem, kubischem Bornitrid sind heliumdicht und somit gasundurchlässig.
  • Es lassen sich verschiedene Verfahren zur Aufbringung von kubischem Bornitrid auf einer hexagonalen Bornitrid-Keramik anwenden. Allen Verfahren zur Gasphasenabscheidung ist der starke Ionenbeschuss auf der Oberfläche gemein, damit eine kubische Bornitrid-Schicht gebildet werden kann. Die wichtigsten physikalischen Gasphasenabscheideverfahren von kubischem Bornitrid sind hierbei die Laserabelation, Ionenplatieren und Magnetronzerstäuben. Als chemische Gasphasenabscheideverfahren zur Abscheidung von kubischem Bornitrid sind die plasmagestützen, chemischen Abscheideverfahren mit einer zusätzlichen Vorspannung des Substrats zu nennen.
  • Das Prozesstrennelement 11 und/oder der Füllkörper 28 sind erfindungsgemäß aus hexagonalem Bornitrid hergestellt. Hexagonales Bornitrid ist ein Material, das durch Schnittwerkzeuge oder Sandstrahlen leicht zu bearbeiten ist, wobei dieses Material diese Eigenschaften gleichzeitig mit einer Formbeständigkeit bei hohen Temperaturen und hohem Druck kombiniert, die beim isostatischen Heißpressen vorhanden sind. Bornitrid ist handelsüblich als Pulver erhältlich, und der Formkörper des Prozesstrennelements 11 wird aus diesem Pulver hergestellt, indem zuerst durch isostatisches Heißpressen ein fester zylindrischer Körper gefertigt wird. Das isostatische Heißpressen wird in herkömmlicher Weise durchgeführt, wodurch ein isotroper Körper mit richtungsunabhängigen Eigenschaften und einer homogen verteilten Dichte erzeugt wird.
  • Als weitere Ausführungsmöglichkeit kann das Prozesstrennelement 11 und/oder der Füllkörper 28 auch aus dem Kunststoff Polyimid ausgestaltet sein. Dieser Hochtemperaturkunststoff besitzt eine Temperaturbeständigkeit von über 300°C und weist eine Dielektrizitätskonstante von 3.1–3.6 auf. Der Kunststoff Polyimid wird durch eine Polykondensation hergestellt. Zur Verbesserung der thermischen Belastbarkeit des Kunststoffs Polyimid werden aromatische Bausteine in die Polymerkette mit eingebaut. Diese Hochtemperatur-Polyimid-Kunststoffe können wegen ihrer Unlöslichkeit und der extrem hohen Schmelzpunkttemperatur des Stoffes nicht in flüssiger Form verarbeitet werden. Die Herstellung erfolgt daher meist in einem 2-stufigen-Verfahren, wobei in der ersten Stufe die Ausgangsstoffe, meistens aromatische Tetracarbonsäureanhydride oder Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid und aromatische Diamine, flüssig verarbeitet werden und im zweiten Schritt diese Stoffe zum Polyimid kondensiert werden. Reines, aromatisches Polyimid ist unschmelzbar und lässt sich in allen bekannten Lösemitteln nicht auflösen. Der Kunststoff Polyimid wird beispielsweise unter dem Handelsnamen UPIMOL mit Angaben zur Temperaturbeständigkeit von bis zu 450°C angeboten.
  • Eine weiter Ausführungsmöglichkeit ist, dass das Prozesstrennelement 11 und/oder der Füllkörper 28 aus einem Kunststoffgemisch mit Polyimid hergestellt ist. In der DE69702867T2 wird ein Verfahren zum Spritzguss von einer Polyimidpolymermischung offenbart, welche aus mindestens einem Polymer hergestellt wird, das bei einer Temperatur unterhalb von 400°C geschmolzen und geformt werden kann, und das ausgewählt wird aus Polyamid und Polyester, vorzugsweise aus Polyamid oder aus Polyester in der Form eines Flüssigkristallpolymers und aus Polyamidsäure. Diese Polyimidpolymermischung besitzt eine Wärmebeständigkeit und mechanische Eigenschaften, die mit denjenigen von herkömmlichem aromatischen Polyimid konkurrieren, auch besitzt sie ein ausgezeichnetes Verhalten beim Spritzguss.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts 1 der Prozessmesstechnik, das zur Ermittlung des Füllstands 2 in einem Behälter 4 eingesetzt wird. Im Gegensatz zur in 1 gezeigten Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung ist hier der Hohlleiter 8 einteilig ausgeführt und weist somit keine Trennstelle 15 auf. Desweiteren ist der Hohlraum 14 in dem Abstrahlelement 12 der Antenneneinheit 7 mit einem Füllkörper 28 aus dem erfindungsgemäßen hexagonalen Bornitrid-Keramik mit einer zumindest partiell ausgeführten kubischen Bornitrid Beschichtung 27 ausgefüllt.
  • 1
    Füllstandsmessgerät
    2
    Füllstand
    3
    Medium
    4
    Behälter
    5
    Prozessraum
    6
    Mikrowellen, Mikrowellen-Messsignal
    7
    Antenneneinheit
    8
    Hohlleiter
    9
    erstes Element
    10
    zweites Element
    11
    Prozesstrennelement
    12
    Abstrahlelement
    13
    Anpassbereich
    14
    Hohlraum
    15
    Trennstelle
    16
    Anpasskegel
    17
    Messumformer
    18
    Winkel
    19
    Regel-/Auswerteeinheit
    20
    Sende-/Empfangseinheit
    21
    Kommunikationsschnittstelle
    22
    Versorgungsleitung
    23
    Kommunikationsleitung
    24
    Einkoppelelement, Erregerelement
    25
    Glasdurchführung
    26
    Prozessanschluss
    27
    Beschichtung
    28
    Füllmaterial, Füllkörper
    R
    Reflexionssignale
    S
    Sendesignale
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0943902 A1 [0005]
    • - US 2005/0253751 A1 [0006]
    • - DE 69702867 T2 [0033]

Claims (10)

  1. Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums mittels einem Laufzeitmessverfahren von Mikrowellen mit einer Frequenz größer als 10 GHz, bestehend aus einem Messumformer und einer Antenneneinheit, die zumindest aus einem Hohlleiter und einem Abstrahlelement aufgebaut ist, wobei ein mikrowellen-durchlässiges Prozesstrennelement in den Hohlleiter zur Prozesstrennung zwischen dem Messumformer und dem den Prozessraum berührenden Abstrahlelement eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesstrennelement (11) aus einer hexagonalen Bornitrid-Keramik oder aus einem Polyimid-Kunststoff hergestellt ist.
  2. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine partiell aufgebrachte Beschichtung (27) prozessseitig auf der Oberfläche des Prozesselements (11) vorgesehen ist, die die hexagonale Bornitird-Keramik oder den Polyimid-Kunststoff prozessseitig vor Korrosion durch das Medium (3) und/oder Diffusion des Mediums (3) schützt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesstrennelement (11) zumindest in Richtung des Prozessraums (5) einen Anpasskegel (16) aufweist, der so ausgestaltet ist, dass der Wellenwiderstand beim Übergang vom Hohlleiter (8) auf das Abstrahlelement (12) angepasst ist und ein Abtropfen von Kondensat des Mediums (3) auf der Oberfläche des Prozesstrennelements (11) unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung des Mediums (3) möglich ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hohlraum (14) des Abstrahlelements (12) ein mikrowellendurchlässiger Füllkörper (28) aus einer hexagonalen Bornitrid-Keramik oder einem Polyimid-Kunststoff vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest prozessseitig als eine partiell aufgebrachte Beschichtung (27) ein kubisches Bornitrid auf die Oberfläche der hexagonalen Bornitrid-Keramik des Füllkörpers (28) aufgebracht ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kubische Bornitrid mittels einer chemischen oder physikalischen Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche der hexagonalen Bornitrid-Keramik des Prozesstrennelements (11) aufgebracht ist.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesstrennelement (11) mittels einer Direkteinglasung und/oder mittels einer Verlötung hermetisch abdichtend, stoffschlüssig und formstabil mit dem Hohlleiter (8) verbunden ist.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesstrennelement (11) mittels zumindest eines Graphitstopfpackungsrings (16) und/oder zumindest einem gummieleastischen Dichtungselement hermetisch abdichtend und formstabil in dem Hohlleiter (8) eingebracht ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den Hohlleiter (8) ein Edelstahl-Rohr oder ein an den Innenflächen (31) metallisch beschichtetes Keramik- oder Kunststoffrohr vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Antenneneinheit (7) eine Planarantenne, eine Parabolantenne, eine Hornantenne oder eine Stabantenne vorgesehen ist.
DE200920009102 2009-07-01 2009-07-01 Hochtemperatur-Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums Expired - Lifetime DE202009009102U1 (de)

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