DE202019001575U1 - Stand-alone level measuring system - Google Patents
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- G01F23/296—Acoustic waves
Abstract
Eigenständiges Füllstandsmesssystem zur Füllstandserkennung, dadurch gekennzeichnet, dass in ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse eine Mess- und Auswerteeinrichtung mit elektrischem Energiespeicher so eingebracht ist, dass es ortsunabhängig und ohne mechanische und ohne elektrische Verbindung in die Flüssigkeit eines beliebigen Flüssigkeitsbehälter gelegt werden kann und dort bei Bedarf mittels Ultraschall durch die Wand des Gehäuses den Abstand von Sensor und Flüssigkeitspegel im Behälter misst und das Messergebnis über ein Kommunikationsmodul an eine Kommunikationseinrichtung drahtlos weiterleitet. Stand-alone filling level measuring system for filling level detection, characterized in that in a liquid-tight housing a measuring and evaluation with electrical energy storage is introduced so that it can be placed anywhere and without mechanical and no electrical connection in the liquid of any liquid container and there, if necessary, by means of ultrasound measures the distance between the sensor and the liquid level in the container through the wall of the housing and forwards the measurement result wirelessly via a communication module to a communication device.
Description
Es ist allgemein bekannt, dass es vorteilhaft ist, bei Behältern für die Speicherung von Flüssigkeiten den Füllstand im Behälter zu kennen.It is well known that it is advantageous to know the level in containers for storage of liquids.
Eine Anwendung zur Flüssigkeitspegelmessung ist zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen und Heizöllagertanks bekannt. An diesen zwei Beispielen ist ersichtlich, dass das Wissen um den Füllstand eines Tanks von Wichtigkeit ist.An application for liquid level measurement is known, for example, in automobiles and heating oil storage tanks. These two examples show that knowledge about the fill level of a tank is important.
Ist der Behälter durchsichtig, so kann die Überprüfung des Füllgrades optisch durch den Nutzer erfolgen, wenn der Behälter sich im Zugriff des Nutzers befindet.
Bei Behältern, die nicht durchsichtig oder nicht ohne weiteres einsehbar sind, wird oft eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstandes eingesetzt.If the container is transparent, the check of the degree of filling can be made optically by the user when the container is in the user's access.
For containers that are not transparent or easily visible, often a device for detecting the level is used.
Entsprechend dem Stand der Technik sind einige Prinzipien bekannt und es gibt eine Vielzahl an Veröffentlichungen.According to the prior art, some principles are known and there are a variety of publications.
So sind mechanische Schalter oder analoge Systeme bekannt, die mit einem Schwimmkörper mechanisch verbunden sind. Mittels einer Mechanik wird die Veränderung der Position des Schwimmkörpers in eine Anzeige oder ein Schaltersignal übersetzt. Dadurch kann ein Grenzwert des Flüssigkeitsstandes oder der absolute Flüssigkeitstand angeben werden.Thus, mechanical switches or analog systems are known, which are mechanically connected to a float. By means of a mechanism, the change in the position of the float is translated into a display or a switch signal. As a result, a limit value of the liquid level or the absolute liquid level can be specified.
Nachteil dieser Lösungen sind viele bewegliche Teile, die störanfällig sein können und ein Aufwand in der Integration der Teile in das Behältersystem darstellen.Disadvantages of these solutions are many moving parts that can be prone to failure and represent an expense in the integration of the parts in the container system.
Weiterhin sind Pegelmesseinrichtungen bekannt, die mittels Abstandsmessungen den Abstand zwischen Montageposition des Messsystems und dem Flüssigkeitspegel messen. Hierzu zählen Messsysteme mit kapazitiv messendem Prinzip, Radarsysteme oder LED Abstandsmesssysteme.Furthermore, level measuring devices are known which measure the distance between the mounting position of the measuring system and the liquid level by means of distance measurements. These include measuring systems with capacitive measuring principle, radar systems or LED distance measuring systems.
Bekannt sind auch Ultraschallmesssysteme zur Abstandsmessung. Das Prinzip beruht auf dem Aussenden eines Ultraschallsignals, dessen Reflektion an der Flüssigkeitsoberfläche und dem Empfang der reflektierten Schallwellen.
Dabei wird die Laufzeit eines ausgesendeten Ultraschallsignals bis zum Flüssigkeitspegel und zurück gemessen und in eine Wegstrecke umgerechnet. Die Anzeige des umgerechneten Abstandes erfolgt dann mittels einer drahtgebundenen oder funkbasierender Auswerteeinheit.Ultrasonic measuring systems for distance measurement are also known. The principle is based on the emission of an ultrasonic signal, its reflection at the liquid surface and the reception of the reflected sound waves.
The transit time of a transmitted ultrasonic signal is measured up to the liquid level and back and converted into a distance. The display of the converted distance then takes place by means of a wired or radio-based evaluation unit.
Entsprechend dem Stand der Technik findet man zwei Anordnungsvarianten für den Einsatz von Ultraschallsensoren zur Bestimmung der Füllhöhe.According to the prior art, there are two arrangement variants for the use of ultrasonic sensors for determining the filling level.
Einmal die Messung von oben auf die Flüssigkeitsoberfläche, wie in
Aus Zulassungsgründen kann diese Öffnung jedoch oft nicht nachträglich angebracht werden. Somit ist auch bei diesem Prinzip das Messsystem und seine Anbringung am Tank konstruktionsseitig zu planen und kann nicht nachgerüstet werden.Once the measurement from above on the liquid surface, as in
For approval reasons, however, this opening can often not be retrofitted. Thus, even with this principle, the measuring system and its attachment to the tank design to plan and can not be retrofitted.
Das zweite Prinzip ist die Messung von unten durch die Wand des Flüssigkeitsbehälters hindurch, wie in
Weiterhin sind Messsysteme bekannt, die in der Flüssigkeit ruhen. So ist in der Patentschrift
Bekannt sind auch Füllstandsmesssysteme, die den statischen Druck der Flüssigkeitssäule im Tank messen und damit die Höhe der Flüssigkeitssäule bestimmen. Auch diese Messsysteme benötigen eine Energieversorgungsleitung und entsprechende Signalleitungen.Also known are level measuring systems that measure the static pressure of the liquid column in the tank and thus determine the height of the liquid column. These measuring systems also require a power supply line and corresponding signal lines.
Folglich sind diese geschilderten Anordnungen ortsfest ausgeführt und benötigen konstruktive Ausformungen am Flüssigkeitsbehälter.Consequently, these described arrangements are made stationary and require constructive formations on the liquid container.
Eigenständiges FüllstandsmesssystemStand-alone level measuring system
ProblemlösungTroubleshooting
Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Füllstandsmesssystem für stationäre und mobile Vorratsbehälter entworfen, das als eigenständiges System für die Erfassung von Flüssigkeitspegeln funktioniert und das mit dem Flüssigkeitsbehälter in keiner Weise verbunden ist.
Mit dieser erfindungsgemäßen Problemlösung lassen sich die beschriebenen Nachteile abhelfen, da mit diesem eigenständigen Füllstandsmesssystem fast alle Tankanlagen nachgerüstet werden können. Der Nutzer muss hierzu lediglich dieses Füllstandsmesssystem in den Tankinnenraum legen.To solve this problem, a level measuring system for stationary and mobile Reservoir designed to function as a stand-alone system for the detection of liquid levels and which is in no way connected to the liquid container.
With this problem solving invention, the disadvantages described can be remedied, since almost all tank systems can be retrofitted with this stand-alone level measuring system. The user only has to place this level measuring system in the tank interior.
Der Ansatz der Lösung ist es, alle benötigten Komponenten, in ein eigenes, flüssigkeitsdichtes Gehäuse einzubauen.The approach of the solution is to install all the required components in a separate, liquid-tight housing.
Um dies zu ermöglichen, werden entsprechende elektronische Bausteine für die Pegelmessung, die Auswertung, die Kommunikation und die Speicherung der Energie in dieses Gehäuse eingebracht. Somit ist dieses Gehäuse ein eigenes funktionierendes System mit eigener Energieversorgung und hat zu keinem anderen Modul oder zum Tank eine mechanische oder elektrische Schnittstelle.
Dies ist das hauptsächliche Kennzeichen der Erfindung.In order to make this possible, appropriate electronic components for level measurement, evaluation, communication and storage of energy are introduced into this housing. Thus, this housing is its own functioning system with its own power supply and has no mechanical or electrical interface to any other module or tank.
This is the main feature of the invention.
Der Vorteil dieser Anordnung ist es, dass das Tanksystem und dessen Anordnung unverändert bleiben kann.The advantage of this arrangement is that the tank system and its arrangement can remain unchanged.
Dieses Konzept erleichtert die nachträgliche Nachrüstung, die ohne mechanische und elektrische Veränderungen am Flüssigkeitsbehälter von einem Laien durchgeführt werden kann.This concept facilitates retrofitting, which can be carried out without mechanical and electrical changes to the liquid container by a layman.
Der im Gehäuse montierte Ultraschallsensor wird von innen an die obere Gehäusewand so montiert, dass der Sensor senkrecht nach oben durch die Gehäusewand messen kann. Hierzu sendet der Ultraschallsensor Hochfrequenzwellen aus und misst die Laufzeit bis zum Eintreffen des Echos. Diese Information wird an die im Gehäuse ebenfalls befindliche Auswerteeinheit weitergeleitet. Diese Auswerteeinheit berechnet gegebenenfalls aus der Laufzeit eine Streckeninformation und erweitert diese mit Daten, wie Behälternummer, Datum, Laufzeitnummer etc.The ultrasonic sensor mounted in the housing is mounted from the inside to the upper housing wall so that the sensor can measure vertically upwards through the housing wall. For this purpose, the ultrasonic sensor emits high-frequency waves and measures the transit time until the arrival of the echo. This information is forwarded to the evaluation unit also located in the housing. If necessary, this evaluation unit calculates a route information from the runtime and extends this with data, such as container number, date, runtime number, etc.
Die so ermittelten Informationen werden anschließend über das Kommunikationsmodul mittels bekannter Datenübertragungsmethoden, wie Bluetooth, Wlan, GSM, Datenfunktechnik an den Nutzer übermittelt.The information thus determined is then transmitted via the communication module by means of known data transmission methods, such as Bluetooth, WLAN, GSM, data transmission technology to the user.
Der Nutzer kann sich dann anhand einer speziellen Kommunikationseinheit, wie z.B. eines Computers, eines Smartphones oder anderer Mediengeräte über den Pegelstand oder Füllgrad des entsprechenden Behälters informieren.The user can then use a special communication unit, e.g. of a computer, smartphone, or other media device about the water level or filling level of the corresponding container.
Dies kann über eine direkte Verbindung zwischen Kommunikationsmodul und Auswerteeinheit erfolgen oder über Router. Erfolgt die Kommunikation über einen Router kann man weltweit den Pegel des Behältnisses im Ist einsehen, sofern der Vorratsbehälter sich im Bereich einer Funkverbindung, wie Wlan, Bluetooth befindet. Da die Auswerteeinheit eine gewisse Anzahl an Messungen in seinem Speicher speichert, sind auch früher gemessene Datensätze abrufbar.This can be done via a direct connection between the communication module and the evaluation unit or via routers. If the communication via a router can be seen worldwide the level of the container in the Ist, if the reservoir is in the range of a wireless connection, such as Wi-Fi, Bluetooth. Since the evaluation unit stores a certain number of measurements in its memory, previously measured data records are retrievable.
Zu jeder Zeit und an jedem Ort kann somit der Nutzer mittels dieser App und einem Smartphone oder einem anders gearteten Lesegerät die letzten, erfassten Flüssigkeitsstände ablesen.At any time and at any place, the user can thus read off the last recorded liquid levels by means of this app and a smartphone or other type of reading device.
Um die Energiequelle effizient einzusetzen, empfiehlt es sich den Messvorgang nur nach einer Befüllung oder Entnahme neu zu starten. Dies kann dadurch realisiert werden, dass von der Behälteraußenseite ein Funksignal an das eigenständige, im Tank liegende Füllstandsmesssystem gesendet wird. Entweder ist beispielhaft der Sender an dem Behälter angebracht oder der Nutzer trägt den Sender bei sich. Dadurch ist sichergestellt, dass das eigenständige Füllstandsmesssystem ohne Anbindung mit Kabel auskommt.In order to use the energy source efficiently, it is recommended to restart the measuring process only after a filling or removal. This can be realized by sending a radio signal from the outside of the container to the stand-alone filling level measuring system located in the tank. Either the transmitter is attached to the container by way of example or the user carries the transmitter with him. This ensures that the stand-alone level measurement system does not require a cable connection.
Sobald ein Funksignal erkannt wird, wird das Gesamtsystem aktiviert, der Messsensor wird eingeschaltet, über einen vorgegebenen Zeitraum werden Messvorgänge durchgeführt und an die Auswerteeinheit gesendet. Nach diesem Zeitraum reduziert das System seine Aktivitäten und geht in einen Stromsparmodus. Es ist auch denkbar, dass der Nutzer mittels des Funksenders ein zweites Signal zur Beendigung der Messvorgänge absetzt.As soon as a radio signal is detected, the entire system is activated, the measuring sensor is turned on, measuring operations are carried out over a predetermined period of time and sent to the evaluation unit. After this period, the system reduces its activities and enters a power-saving mode. It is also conceivable that the user sends a second signal to terminate the measuring operations by means of the radio transmitter.
Neben Funkverbindungen zur Aktivierung des eigenständigen Füllstandsmesssystems sind auch weitere Möglichkeiten denkbar, wie z.B. Hallsensoren. Beim Einsatz von Hallsensoren wird an der Außenseite des Behälters ein Magnetfeld erzeugt, welches der Hallsensor im eigenständigen Füllstandsmesssystem erkennt und damit das eigenständige Füllstandsmesssystem startet.In addition to radio links for activating the independent level measuring system, other possibilities are conceivable, such as Hall sensors. When using Hall sensors, a magnetic field is generated on the outside of the container, which detects the Hall sensor in the independent level measuring system and thus starts the stand-alone level measuring system.
Eine vorteilhafte Ausprägung der Erfindung ist das Laden des elektrischen Energiespeichers mittels induktiver Ladeeinrichtung. Hierzu ist unten am Behälter die induktive Ladeeinrichtung angebracht. Diese induziert einen für das Laden des Energiespeichers benötigten Strom in das eigenständigen Füllstandsmesssystem.
Der Vorteil bei dieser Anordnung liegt darin, dass das eigenständige Füllstandsmesssystem auch beim Laden der Batterie im Flüssigkeitsbehälter verbleiben kann.An advantageous embodiment of the invention is the charging of the electrical energy storage by means of inductive charging device. For this purpose, the inductive charging device is attached to the bottom of the container. This induces a current required for charging the energy storage in the independent level measurement system.
The advantage of this arrangement is that the stand-alone level measuring system can remain in the liquid container even when charging the battery.
In den Abbildungen lund 2 ist eine beispielhafte Anordnung für ein eigenständiges Füllstandsmesssystem bei Einsatz eines Ultraschallsensors in einem Flüssigkeitsbehälter mit einem Kommunikationsmodul mittels Wlan beschrieben: Illustrated in FIGS. 1 and 2 is an exemplary arrangement for an independent filling level measuring system when using an ultrasonic sensor in a liquid container with a communication module by means of WLAN:
In der
Entsprechend der Erfindung bleibt der Flüssigkeitsbehälter unverändert. Das Füllstandsmesssystem
In der
Ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse
Dabei ist der Ultraschallsensor
Here is the
Daraus lassen sich die Laufzeiten des Ultraschalls bis zum Flüssigkeitspegel und zurück messen. Eine Auswerteelektronik kann dann dem gemessenen Wert einen Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche in mm zuordnen.From this, the transit times of the ultrasound to the liquid level and back can be measured. A transmitter can then assign the measured value a distance to the liquid surface in mm.
Dieser Wert wird dann über das Wlan Modul ausgegeben. Damit kann dann der Nutzer den Pegelstand des Behälters über sein Kommunikationseinheit, wie z.B. Smartphone ablesen.This value is then output via the WLAN module. Thus, the user can then adjust the level of the container via his communication unit, e.g. Read smartphone.
Damit der Nutzer den Pegelstand jederzeit ablesen kann, werden die letzten Werte im Smartphone und oder in der Auswerteeinheit hinterlegt.So that the user can read the water level at any time, the last values are stored in the smartphone and / or in the evaluation unit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 000003241033 A1 [0011]DE 000003241033 A1 [0011]
- DE 102011118711 A1 [0012]DE 102011118711 A1 [0012]
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