EP1274973A2 - Vorrichtung zur bestimmung des füllstandes eines füllguts in einem behälter - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung des füllstandes eines füllguts in einem behälter

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Publication number
EP1274973A2
EP1274973A2 EP01931616A EP01931616A EP1274973A2 EP 1274973 A2 EP1274973 A2 EP 1274973A2 EP 01931616 A EP01931616 A EP 01931616A EP 01931616 A EP01931616 A EP 01931616A EP 1274973 A2 EP1274973 A2 EP 1274973A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive element
coupling unit
container
interface
measurement signals
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01931616A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Reimelt
Herbert Schroth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP1274973A2 publication Critical patent/EP1274973A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in level-measurement devices, e.g. for level gauge measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the filling level of a filling material in a container according to the preamble of the independent claims.
  • the device is also suitable for determining the position of at least one interface between two phases of a medium or between two media.
  • measuring systems are used which measure different physical quantities.
  • the desired information about the fill level is subsequently derived on the basis of these variables.
  • capacitive, conductive or hydrostatic measuring probes are used, as are detectors that work on the basis of ultrasound, microwaves or radioactive radiation.
  • sensors are increasingly being used here, in which short electromagnetic high-frequency pulses (TDR method or pulse radar method) or continuous frequency-modulated microwaves (e.g. FMCW radar method) are coupled into a conductive element or a waveguide and by means of the waveguide into the container in which the contents are stored.
  • TDR method or pulse radar method short electromagnetic high-frequency pulses
  • FMCW radar method continuous frequency-modulated microwaves
  • the known variants come as waveguides: surface waveguides according to Sommerfeld or Goubau or Lecher waveguides.
  • this measuring method takes advantage of the effect that at the interface between two different media, e.g. B. air and oil or air and water, due to the sudden change (discontinuity) of the dielectric constant of both media, a part of the guided high-frequency pulses or the guided microwaves reflected and the conductive Element is passed back into a receiving device.
  • the greater the difference in the dielectric constant of the two media the greater the reflected portion ( ⁇ useful echo signal).
  • the distance to the surface of the filling material can be determined on the basis of the transit time of the reflected portion of the high-frequency pulses or the CW signals (echo signals). If the empty distance of the container is known, the filling level of the filling material in the container can be calculated. If an interface determination is to be carried out, the position of the interface can be determined on the basis of the measurement results.
  • Sensors with guided high-frequency signals are distinguished from sensors that radiate high-frequency pulses or waves freely (free-field microwave systems (FMR) or 'real radar systems') by a significantly higher echo amplitude.
  • FMR free-field microwave systems
  • 'real radar systems' a significantly higher echo amplitude.
  • the reason for this is that the power flow takes place very deliberately along the waveguide or the conductive element.
  • the sensors with guided high-frequency signals have a higher measuring sensitivity and measuring accuracy in the close range than the freely radiating sensors.
  • Working surface or Lecher waveguide is considerably deteriorated if the transition area from the coupling unit to the conductive element is in the area of a container neck or - generally speaking - in the area of a structural part which is arranged in the container. If this is the case, there is a risk that the part of the radiation which is not directed towards the surface of the filling material, but rather is emitted to the side, leads to transverse resonances (in the case of a nozzle, to cavity resonances). In addition, the surface waves can cause longitudinal resonances to form on the conductive element. The false echo signals caused thereby can become so large that the actual useful echo signal can no longer be detected.
  • the container then forms an approach which can grow over time in such a way that the transmission of the surface waves is completely prevented or that at least interference echo signals are generated in the close range.
  • the invention is based on the object of proposing a device which is able to largely eliminate the influence that a structural part and / or attachment formation on the sensor has on the measuring accuracy and the measuring sensitivity of the sensor.
  • the object is achieved in that the coupling unit has at least a length which essentially corresponds to the distance from the container wall to the lower edge of the structural part and is positioned such that the transition region 'coupling unit - conductive element' approximately lies in the plane of the lower edge of the structural part and that the diameter of the opening of the coupling unit at the transition between the coupling unit and the conductive element is in the order of magnitude of the wavelength of the high-frequency measurement signals. Due to the extension of the coupling unit according to the invention, the structural parts lie outside the area into which electromagnetic energy is emitted. The generation of cavity resonances and interference signals is therefore largely prevented.
  • the opening or aperture of the coupling unit is of the same order of magnitude as the wavelength of the measurement signals. This ensures that the coupling unit has a pronounced directional characteristic and the measurement signals are largely coupled onto the conductive element and thus do not run back along the coupling unit in the opposite direction or are emitted laterally.
  • the object is achieved in that the coupling unit has a predetermined one Has length, and is positioned in the container so that the opening of the coupling unit pointing in the direction of the medium is a certain distance from the corresponding container wall, and that the diameter of the opening of the coupling unit at the transition 'coupling unit - conductive element' is of the order of magnitude
  • Wavelength of the high-frequency measurement signals is particularly advantageous if there are no structural parts in the vicinity of the coupling unit, which can have a negative effect on the propagation of the measurement signals, but if there is an increased risk that deposits will form on the coupling unit due to condensation and dust formation inside the container ,
  • the extended coupling shifts the transition area between the coupling unit and the conductive element to a location further in the interior of the container, which experience has shown is less susceptible to formation of deposits.
  • the coupling unit has an inner conductor and an outer conductor and that a dielectric material is arranged between the inner conductor and the outer conductor at least in a partial area. Since the field symmetry in the coaxial cable is very similar to the field symmetry on a Sommerfeld or Goubau conductor, only minor field disturbances occur in the transition area 'coupling unit - conductive element', which is reflected in a high transmission rate and thus a high measuring sensitivity. Due to the low proportion of reflected measurement signals, the interference in the close range is also small, since multiple reflections between locally extended interference points are avoided.
  • the fault points are, for example, plugs on the electronics, on the one hand, and the transition area 'coupling unit - conductive element', on the other hand. Further advantages of this configuration can be seen in the fact that the dielectric material seals the level sensor from the container and that it serves for the mechanical holding of the inner conductor. If there is no fear of condensate forming in the cavities of the coupling, the space area between the inner conductor and outer conductor can be completely filled with dielectric material for cost reasons. It has also proven to be particularly advantageous if the dielectric material of the coupling unit is tapered essentially from the transition region 'coupling unit - conductive element', an upper section of the conductive element being arranged approximately in the region of the longitudinal axis of the taper. The tapered shape of the dielectric material has several advantages:
  • the tapered shape changes the phase front at the transition 'coupling unit - conductive element' so that there is an improved directivity. On the one hand, this reduces the undesired radiation to the side and to the rear, while on the other hand the
  • Coupling to the waveguide is improved. Because of the advantage mentioned first, the occurrence of false echoes and the so-called bell ringing is reduced, while due to the advantage mentioned second, an increase in the amplitude of the useful echo signal is achieved.
  • the tapered shape means that signal components reflected at different locations on the taper interfere destructively, which leads to a reduction in the block distance. Block distance is the minimum measurable distance of a level sensor. 3.
  • the taped shape facilitates the drainage of condensate droplets; this reduces the risk of build-up.
  • the horn reduces the field distortion in the transition area 'coupling unit - conductive element', since the outer conductor does not drop abruptly, but continuously increases in diameter. Ideally, the diameter is so large that the surface wave mode is already detaches from the outer conductor. This results in low field disturbances in the transition area 'coupling unit - conductive element'. 3. Condensate can run off on the outside of the horn, so that the cross-section in which the signal is routed is not closed off by attachment.
  • the object is achieved in that the transition region 'coupling unit - conductive element' lies essentially in the plane of the container wall, that the coupling unit has an inner conductor and an outer conductor, that at least in between the inner conductor and the outer conductor A partial area is arranged a dielectric material and that the dielectric material of the coupling unit is tapered essentially from the transition area 'coupling unit - conductive element', an upper portion of the conductive element being arranged approximately in the region of the longitudinal axis of the taper.
  • the diameter of the aperture of the coupling unit is preferably in the order of magnitude of the wavelength of the measurement signals.
  • the object is achieved in that the transition region 'coupling unit - conductive element' lies essentially in the plane of the container wall, that the coupling unit has an inner conductor and an outer conductor, that between the inner conductor and the outer conductor at least in one A portion of a dielectric material is arranged and that the outer conductor of the coupling unit essentially changes into a horn-shaped element from the transition "coupling unit - conductive element", an upper section of the conductive element being arranged approximately in the region of the longitudinal axis of the horn.
  • the diameter of the aperture of the coupling unit is preferably in the order of magnitude of the wavelength of the measurement signals.
  • a preferred embodiment of the two aforementioned variants of the device according to the invention provides that the transition area 'coupling unit - conductive element' is positioned essentially in the plane of the top of a structural part provided on the container, in particular a nozzle.
  • the object is achieved in that a conductive material is arranged in the region of the side walls of the structural part and in the region of the underside of the structural part, and in that the transition region
  • a cup-shaped insert part can be inserted into the connecting piece, the insert part being coated on at least one side with a conductive material or the insert part being made from a conductive material.
  • an opening for receiving the fill level sensor is provided on the underside of the insert part. This enables the same measuring device to be used for different installation situations. You only have to match the pot to the dimensions of the nozzle.
  • an embodiment of the device according to the invention provides a cover part which closes the top of the connecting piece or the insert part. This protects the electronics of the measuring device, since no dirt or z. B. can accumulate water. In addition, it becomes possible to mount the level sensor so that the display and / or operating elements of the sensor remain accessible even with narrow nozzles.
  • the object is achieved in that the coupling unit has a length which essentially corresponds to the distance from the container wall to the lower edge of the structural part, that the coupling unit is positioned such that the transition region 'coupling unit - conductive element 'is approximately in the plane of the lower edge of the structural part, and that on the underside of the nozzle in the transition area' coupling unit - conductive element 'a plate-shaped element is arranged which is electrically conductive at least on the side facing the medium in the container.
  • This variant of the invention can be classified as particularly inexpensive.
  • An advantageous development of the device according to the invention provides, in connection with the variant described above, electrical connecting elements which are arranged in the region between the outer edges of the plate-shaped element and the connecting piece.
  • the preferably resilient contact elements ensure an HF-tight seal between the plate and the socket.
  • the object is achieved in that the transition region 'coupling unit - conductive element' is arranged in the plane in which the upper edge of the structural part lies, that the conductive element approximately over the length of the structural part or over the Length, which corresponds to the distance between the corresponding container wall and the lower edge of the structural part, is modified such that in this area there are almost no interactions between the measurement signals carried on the conductive element and the structural part.
  • the conductive element over the length of the structural part or over the length that corresponds to the distance between the corresponding container wall and the lower edge of the structural part, made of a material with low electrical conductivity and / or large magnetic Permeability is made.
  • Construction part corresponds, has a roughened surface structure.
  • the surface of the conductive element has a surface structure over the length of the structural part or over the length that corresponds to the distance between the corresponding container wall and the lower edge of the structural part, by means of which the longitudinal inductance of the conductive element is increased ,
  • An example of this is a helical surface structure.
  • the conductive element bears an insulating layer, the magnetic and / or dielectric, over the length of the structural part or over the length which corresponds to the distance between the corresponding container wall and the lower edge of the structural part Properties are dimensioned in such a way that the expansion of the electromagnetic fields of the measurement signals is essentially limited to the vicinity of the conductive element.
  • the above-mentioned configurations are distinguished by the fact that the field expansion is specifically reduced in the areas in which there is a risk of undesired interaction with internals, but not over the remaining length of the conductive element. Here would be a minor one
  • the object is achieved in that the transition region 'coupling unit - conductive element' is arranged in the plane of the container wall, that the conductive element, at least in the upper region, is made of a material with low electrical conductivity and / or large magnetic Permeability is made, and / or that the conductive element has a roughened surface structure at least in the upper region, and / or that the conductive element has at least in the upper region a surface structure by which the longitudinal inductance of the conductive element is increased, and / or that conductive element carries at least in the upper region an insulating layer, the magnetic and / or dielectric properties of which are dimensioned such that the electromagnetic fields of the measurement signals are limited to the vicinity of the conductive element.
  • FIG. 5 a schematic representation of an advantageous embodiment of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 3,
  • FIG. 6 a schematic representation of an advantageous embodiment of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 4,
  • FIG. 8 a schematic representation of an advantageous embodiment of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 7,
  • FIG. 11 a schematic representation of an eighth embodiment of the device according to the invention and Fig. 12: a schematic representation of a preferred embodiment of the conductive element.
  • the fill level sensor 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the fill level sensor 1 according to the invention.
  • the fill level sensor 1 consists of a transmitter / receiver unit 29, a coax cable, a coupling unit 2 and a conductive element 7.
  • the echo signals are evaluated in a manner shown in FIG. 1 evaluation unit not shown separately.
  • the coupling unit 2 has a length that is greater than the length of the connector 4.
  • the coupling unit 2 is arranged in such a way that the opening 8 is arranged in the vicinity - here: below - the lower edge 5 of the connector 4.
  • the opening 8 can also lie above the lower edge 5.
  • the opening 8 of the coupling unit 2 is dimensioned such that it lies in the order of magnitude of the wavelength of the measurement signals carried by the level sensor 1.
  • the space between the inner conductor 9 and the outer conductor 10 is further filled with a dielectric material 11.
  • the dielectric material 11 is tapered from the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7'.
  • the taper 12 can of course have a wide variety of configurations.
  • 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the device according to the invention, which differs from the embodiment shown in FIG. 1 essentially only in that it is not arranged in a connecting piece 4, but rather directly on the container wall 3.
  • the advantages of this embodiment according to the invention have also already been explained in detail at the previous point.
  • FIG. 3 A schematic representation of a third embodiment of the device according to the invention can be seen in FIG. 3.
  • the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' is arranged so that it lies almost in the plane of the container wall 3.
  • the coupling unit 2 has an inner conductor 9 and an outer conductor 10.
  • a dielectric material 11 is arranged between the two parts.
  • the dielectric material 11 of the coupling unit 2 is tapered approximately from the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7', an upper section of the conductive element 7 being arranged approximately in the region of the longitudinal axis of the taper 12.
  • the main advantages of this configuration are the excellent directivity, the small block distance and the reduced risk of build-up.
  • the outer conductor 13 is widened from the transition region 6 ′ coupling unit 2 - conductive element 7 ′ to a horn-shaped element 13.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • the transition area 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' is arranged so that it lies almost in the plane of the container wall 3.
  • the coupling unit 2 consists of an inner conductor 9 and an outer conductor 10, a dielectric material 13 being found between the inner conductor 9 and the outer conductor 10.
  • the dielectric material 11 it is not necessary for the dielectric material 11 to fill the entire space between the inner conductor 9 and the outer conductor 10.
  • the outer conductor 10 of the coupling unit 2 is widened approximately from that of the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' in such a way that it forms a horn-shaped element 13.
  • An upper section of the conductive element 7 is arranged approximately in the region of the longitudinal axis of the horn-shaped element 13. Since the advantages of this configuration have already been described in detail at the previous point, it is sufficient here to list them in key words: improved directivity, reduced field distortion at the transition area 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' and thus an increased transmission rate, strongly reduced risk of build-up.
  • the embodiments shown in FIGS. 5 and 6 correspond to those of FIGS. 3 and 4, however, the level sensors 1 are arranged here in the nozzle 4 of a container 3.
  • the metal plate improves the electrical adaptation of the conductive element 7 and prevents electromagnetic energy from being radiated to the rear.
  • the metal plate acts almost as an electrical mirror.
  • 7 shows a schematic representation of a fifth embodiment of the device according to the invention.
  • a nozzle 4 is provided in the container wall 3.
  • a conductive material 20 is arranged on the side walls 17, 18 and in the region of the underside 19 of the connector 4. It is preferably a pot-shaped insert element 21 which is adapted to the dimensions of the socket 4.
  • the coupling unit 2 is positioned in the connection piece 4 such that the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' comes to lie essentially in the plane of the container wall 3.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of an advantageous embodiment of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 7. It differs from the variant shown in FIG. 7 essentially only by the cover part 23, which closes the cup-shaped insert part 21 arranged in the socket 4 to the outside. This configuration will always be used if the TDR sensor 1 is to be protected from environmental influences on the one hand, but its operating and display elements are to remain easily accessible on the other hand.
  • 9 shows a schematic representation of a sixth embodiment of the device according to the invention, which is characterized by low production costs.
  • the coupling unit 2 has a length which essentially corresponds to the length of the connector 4.
  • the coupling unit 2 is positioned such that the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' lies approximately in the plane of the lower edge 5 of the connector 4.
  • connecting elements 25 made of an electrically conductive material are provided in the area of the outer edges 26 of the plate-shaped element 24, connecting elements 25 made of an electrically conductive material are provided.
  • connection or contact elements 25 are preferably resilient. They ensure an HF-tight seal between the plate-shaped element 24 and the nozzle 4, the side walls 17, 18 of which are either made of an electrically conductive
  • Material are made or are at least clad with an electrically conductive material. As already mentioned several times, this reduces the risk that part of the energy of the transmitted signals gets back into the nozzle.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a seventh embodiment of the device according to the invention.
  • the transition region 6 'coupling unit 2 - conductive element 7' is arranged in the plane in which the top 16 of the connector 4 lies.
  • the conductive element 7 is approximately modified over the length of the connecting piece 4 (or generally speaking: over the length which corresponds to the distance between the corresponding container wall 3 and the lower edge 5 of the respective construction or installation part) in such a way that in this area there are almost no interactions between the measurement signals carried on the conductive element 7 and the nozzle 4 (or generally speaking: the structural part).
  • the solution shown in FIG. 11 differs from the embodiment shown in FIG. 10 only in that it is not fastened in the area of a connecting piece 4. There are a variety of ways in which the goal can be achieved - taken individually or in combination with at least one other variant:
  • the conductive element 7 is at least in the upper region made of a material with a low electrical conductivity and / or a large magnetic one
  • the conductive element 7 has a roughened at least in the upper region
  • the conductive element 7 has a surface structure, at least in the upper region, through which the longitudinal inductance of the conductive element is increased; 10 and 11, the conductive element 7 carries, at least in the upper region, an insulating layer 28, the magnetic and / or dielectric properties of which are dimensioned such that the extension of the electromagnetic fields to the vicinity of the conductive element 7 is limited.
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of a preferred embodiment of the conductive element 7.
  • the conductive element 7 is made of a highly permeable material, which causes a small field expansion of the surface wave carried on the conductive element 7.
  • the surface of the conductive element 7 is not smooth, but shows a roughened structure, which also contributes to a considerable field reduction. If you design the surface of the conductive element 7 z. B. helical, an increase in the longitudinal inductance is achieved. The wave resistance is increased and the field expansion is reduced.
  • the conductive element carries, at least in the area that adjoins the coupling unit, an insulating layer 29 which has coordinated magnetic and dielectric properties such that the field expansion of the measurement signals carried on the conductive element 7 is also reduced to the desired level.
  • an insulating layer 29 which has coordinated magnetic and dielectric properties such that the field expansion of the measurement signals carried on the conductive element 7 is also reduced to the desired level.
  • Construction part e.g. B. socks

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllstandssensor (1). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandssensor (1) vorzuschlagen, der in der Lage ist, den Einfluß, den Konstruktionsteile (4) und/oder Ansatzbildung auf die Meßgenauigkeit und die Meßempfindlichkeit des Füllstandssensors (1) haben, weitgehend zu eliminieren. Die Aufgabe wird u.a. dadurch gelöst, daß die Einkoppeleinheit (2) mindestens eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem Abstand von der Behälterwandung (3) bis zur Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) entspricht und so positioniert ist, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) näherungsweise in der Ebene der Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) liegt und daß der Durchmesser der Öffnung (8) der Einkoppeleinheit (2) am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in der Größenordnung der Wellenlänge der hochfrequenten Meßsignale liegt.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Selbstverständlich ist die Vorrichtung auch zur Bestimmung der Lage zumindest einer Grenzfläche zwischen zwei Phasen eines Mediums oder zwischen zwei Medien geeignet.
Zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter werden Meßsysteme eingesetzt, die unterschiedliche physikalische Größen messen. Anhand dieser Größen wird nachfolgend die gewünschte Information über den Füllstand abgeleitet. Neben mechanischen Abtastern werden kapazitive, konduktive oder hydrostatische Meßsonden eingesetzt, ebenso wie Detektoren, die auf der Basis von Ultraschall, Mikrowellen oder radioaktiver Strahlung arbeiten.
Bei einer Vielzahl von Einsatzgebieten, beispielsweise in der Petrochemie, Chemie und Lebensmittelindustrie, sind hochgenaue Messungen des Füllstandes von Flüssigkeiten oder Schüttgütern in Behältern (Tanks, Silos, usw. ) gefordert. Deshalb kommen hier in zunehmendem Maße Sensoren zum Einsatz, bei denen kurze elektromagnetische Hochfrequenzimpulse (TDR- Verfahren oder Puls-Radar-Verfahren) oder kontinuierliche frequenzmodulierte Mikrowellen (z. B. FMCW-Radar-Verfahren) in ein leitfähiges Element bzw. einen Wellenleiter eingekoppelt und mittels des Wellenleiters in den Behälter, in dem das Füllgut gelagert ist, hineingeführt werden. Als Wellenleiter kommen die bekannten Varianten: Oberflächenwellenleiter nach Sommerfeld oder Goubau oder Lecherwellenleiter in Frage.
Physikalisch gesehen wird bei dieser Meßmethode der Effekt ausgenutzt, daß an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien, z. B. Luft und Öl oder Luft und Wasser, infolge der sprunghaften Änderung (Diskontinuität) der Dielektrizitätszahlen beider Medien ein Teil der geführten Hochfrequenz- Impulse bzw. der geführten Mikrowellen reflektiert und über das leitfähige Element zurück in eine Empfangsvorrichtung geleitet wird. Der reflektierte Anteil (→ Nutzechosignal) ist dabei um so größer, je größer der Unterschied in den Dielektrizitätszahlen der beiden Medien ist. Anhand der Laufzeit des reflektierten Anteils der Hochfrequenz-Impulse bzw. der CW-Signale (Echosignale) läßt sich die Entfernung zur Oberfläche des Füllguts bestimmen. Bei Kenntnis der Leerdistanz des Behälters kann der Füllstand des Füllguts in dem Behälter berechnet werden. Soll eine Grenzflächenbestimmung durchgeführt werden, so läßt sich anhand der Meßergebnisse die Lage der Grenzfläche bestimmen.
Sensoren mit geführten hochfrequenten Signalen (Impulse oder Wellen) zeichnen sich gegenüber Sensoren, die hochfrequente Impulse oder Wellen frei abstrahlen (Freifeld-Mikrowellen-Systeme (FMR) bzw. 'echte Radar- Systeme') durch eine wesentlich höhere Echoamplitude aus. Grund hierfür ist, daß der Leistungsfluß ganz gezielt entlang des Wellenleiters bzw. des leitfähigen Elements erfolgt. Weiterhin haben die Sensoren mit geführten hochfrequenten Signalen eine höhere Meßempfindlichkeit und Meßgenauigkeit im Nahbereich als die frei abstrahlenden Sensoren.
Die Meßgenauigkeit und Meßempfindlichkeit von Sensoren, die mit
Oberflächen- oder Lecherwellenleitem arbeiten, wird erheblich verschlechtert, wenn der Übergangsbereich von der Einkoppeleinheit zum leitfähigen Element im Bereich eines Behälterstutzens oder - allgemein gesprochen - im Bereich eines Konstruktionsteils, das im Behälter angeordnet ist, liegt. Ist dies der Fall, so besteht die Gefahr, daß der Teil der Strahlung, der nicht - wie gewünscht - in Richtung der Oberfläche des Füllguts geführt wird, sondern zur Seite hin abgestrahlt wird, zu Querresonanzen (im Falle eines Stutzens zu Hohlraumresonanzen) führt. Darüber hinaus kann es durch die Oberflächenwellen auf dem leitfähigen Element zur Ausbildung von Längsresonanzen kommen. Die hierdurch verursachten Störechosignale können so groß werden, daß das eigentliche Nutzechosignal nicht mehr detektierbar ist. Besonders problematisch ist darüber hinaus beim Auftreten von Längsresonanzen, welche durch Reflexionen in Ausbreitungsrichtung entstehen, die Amplitudenschwächung der Oberflächenwelle und damit die Amplituden- Schwächung des Nutzechosignals. Ein Problem, das insbesondere -aber nicht ausschließlich- dann auftritt, wenn der Sensor in dem Stutzen eines Behälters befestigt ist, ist die Ansatzbildung. Diese zeigt sich insbesondere bei Behältern, die mit heißen Medien befüllt werden, oder bei Behältern, die im Freien stehen und starken Temperatur- Schwankungen ausgesetzt sind. Bei zusätzlicher Staubentwicklung im
Behälter bildet sich dann Ansatz, der mit der Zeit so anwachsen kann, daß die Transmission der Oberflächenwellen völlig unterbunden wird oder daß zumindest Störechosignale im Nahbereich entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die in der Lage ist, den Einfluß, den ein Konstruktionsteil und/oder Ansatzbildung am Sensor auf die Meßgenauigkeit und die Meßempfindlichkeit des Sensors haben, weitgehend zu eliminieren.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einkoppeleinheit mindestens eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem Abstand von der Behälterwandung bis zur Unterkante des Konstruktionsteils entspricht und so positioniert ist, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' näherungsweise in der Ebene der Unterkante des Konstruktionsteils liegt und daß der Durchmesser der Öffnung der Einkoppeleinheit am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in der Größenordnung der Wellenlänge der hochfrequenten Meßsignale liegt. Durch die erfindungsgemäße Verlängerung der Einkoppeleinheit liegen die Konstruktionsteile außerhalb des Bereichs, in den elektromagnetische Energie abgestrahlt wird. Die Erzeugung von Hohlraumresonanzen und Störsignalen wird daher weitgehend verhindert. Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal ist, daß die Öffnung bzw. die Apertur der Einkoppeleinheit in derselben Größenordnung liegt wie die Wellenlänge der Meßsignale. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Einkoppeleinheit eine ausgeprägte Richtcharakteristik besitzt und die Meßsignale zum Großteil auf das leitfähige Element eingekoppelt werden und damit nicht entlang der Einkoppeleinheit in die entgegengesetzte Richtung zurücklaufen oder seitlich abgestrahlt werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einkoppeleinheit eine vorgegebene Länge aufweist, und so in dem Behälter positioniert ist, daß die in Richtung des Mediums weisende Öffnung der Einkoppeleinheit einen gewissen Abstand von der entsprechenden Behälterwandung aufweist, und daß der Durchmesser der Öffnung der Einkoppeleinheit am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in der Größenordnung der
Wellenlänge der hochfrequenten Meßsignale liegt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn zwar keine Konstruktionsteile in der Nähe der Einkoppeleinheit angeordnet sind, die sich negativ auf die Ausbreitung der Meßsignale auswirken können, wenn aber ein erhöhtes Risiko besteht, daß sich an der Einkoppeleinheit infolge von Kondensatbildung und Staubentwicklung im Behälterinnern Ablagerungen bilden. Die verlängerte Einkopplung verlagert den Übergangsbereich zwischen der Einkoppeleinheit und dem leitfähigen Element zu einer weiter im Innenraum des Behälters liegenden Stelle, die erfahrungsgemäß weniger anfällig für Ansatzbildung ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der beiden zuvor genannten erfindungsgemäßen Lösungen sieht vor, daß die Einkoppeleinheit einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweist und daß zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter zumindest in einem Teilbereich ein dielektrisches Material angeordnet ist. Da die Feldsymmetrie im Koaxialkabel stark der Feldsymmetrie auf einem Sommerfeld- oder Goubau-Leiter ähnelt, treten im Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' nur geringe Feldstörungen auf, was sich in einer hohen Transmissionsrate und damit einer hohen Meßempfindlichkeit niederschlägt. Aufgrund des geringen Anteils reflektierter Meßsignalen sind auch die Störungen im Nahbereich klein, da Vielfachreflexionen zwischen örtlich ausgedehnten Störstellen vermieden werden. Bei den Störstellen handelt es sich einerseits beispielsweise um Stecker an der Elektronik, andererseits um den Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element'. Weitere Vorteile dieser Ausgestaltung sind darin zu sehen, daß das dielektrische Material den Füllstandssensor zum Behälter hin abdichtet und daß es zur mechanischen Halterung des Innenleiters dient. Ist eine Kondensatbildung in den Hohlräumen der Einkopplung nicht zu befürchten, so kann aus Kostengründen auf die vollständige Auffüllung des Raumbereichs zwischen Innenleiter und Außenleiter mit dielektrischem Material verzichtet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich darüber hinaus herausgestellt, wenn das dielektrische Material der Einkoppeleinheit im wesentlichen ab dem Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' getapert ist, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements näherungsweise im Bereich der Längsachse des Tapers angeordnet ist. Die getaperte Form des dielektrischen Materials bringt gleich mehrere Vorteile mit sich:
1. Durch die getaperte Form wird die Phasenfront am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' so verändert, daß sich eine verbesserte Richtwirkung ergibt. Damit wird einerseits die unerwünschte AbStrahlung zur Seite und nach hinten hin verringert, während andererseits die
Einkopplung auf den Wellenleiter verbessert wird. Aufgrund des zuerst genannten Vorteils wird das Auftreten von Störechos und das sog. Stutzenklingeln verringert, während aufgrund des an zweiter Stelle genannten Vorteils eine Erhöhung der Amplitude des Nutzechosignals erreicht wird.
2. Durch die getaperte Form erreicht man, daß an unterschiedlichen Stellen des Tapers reflektierte Signalanteile destruktiv interferieren, was zu einer Verringerung der Blockdistanz führt. Unter Blockdistanz versteht man die minimal meßbare Distanz eines Füllstandssensors. 3. Durch die getaperte Form wird das Abfließen von Kondensattröpfchen erleichert; hierdurch verringert sich die Gefahr der Ansatzbildung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der beiden zuvor genannten Varianten der erfindungsgemäßen Lösung wird vorgeschlagen, daß der Außenleiter der Einkoppeleinheit im wesentlichen ab dem Übergang
'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in ein hornförmiges Element übergeht, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements näherungsweise im Bereich der Längsachse des Horns angeordnet ist. Die Vorteile dieser Ausgestaltung sind die folgenden:
1. Durch die vergrößerte Apertur des Horns wird die Richtwirkung erheblich verbessert.
2. Das Hörn vermindert die Feldverzerrung im Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element', da der Außenleiter nicht abrupt wegfällt, sondern sich kontinuierlich im Durchmesser erweitert. Im Idealfall ist der Durchmesser so groß, daß sich der Oberflächenwellenmode bereits vom Außenleiter ablöst. Damit ergeben sich geringe Feldstörungen im Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element'. 3. Kondensat kann auf der Außenseite des Horns ablaufen, so daß der Querschnitt, in dem das Signal geführt wird, nicht durch Ansatz verschlossen wird.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' im wesentlichen in der Ebene der Behälterwandung liegt, daß die Einkoppeleinheit einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweist, daß zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter zumindest in einem Teilbereich ein dielektrisches Material angeordnet ist und daß das dielektrische Material der Einkoppeleinheit im wesentlichen ab dem Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' getapert ist, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements näherungsweise im Bereich der Längsachse des Tapers angeordnet ist. Bevorzugt liegt auch bei dieser Ausgestaltung der Durchmesser der Apertur der Einkoppeleinheit in der Größenordnung der Wellenlänge der Meßsignale.
Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' im wesentlichen in der Ebene der Behälterwandung liegt, daß die Einkoppeleinheit einen Innenleiter und einen Außenleiter aufweist, daß zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter zumindest in einem Teil- bereich ein dielektrisches Material angeordnet ist und daß der Außenleiter der Einkoppeleinheit im wesentlichen ab dem Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in ein hornförmiges Element übergeht, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements näherungsweise im Bereich der Längsachse des Horns angeordnet ist. Bevorzugt liegt auch hier der Durchmesser der Apertur der Einkoppeleinheit in der Größenordnung der Wellenlänge der Meßsignale.
Die Vorzüge der beiden zuletzt genannten Lösungen mit Taper oder hornförmigem Element wurden bereits an vorhergehender Stelle erläutert. Beide Ausgestaltungen kommen bevorzugt dann zur Anwendung, wenn keine störenden Konstruktionsteile in der Nähe der erfindungsgemäßen Vorrichtung positioniert sind, wenn aber auf die Vorzüge der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Richtwirkung, eine optimierte Transmission und eine Verringerung der Ansatzbildung, nicht verzichtet werden soll. Durch die Einkopplung der Meßsignale auf das leitfähige Element mittels homförmigem Element und/oder mittels Taper wird jedoch selbst dann eine hinreichend gute Richtwirkung erzielt, wenn 'Störstellen' in der unmittelbaren Umgebung des Übergangsbereichs 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' zu finden sind. Hierbei ist natürlich nicht unwesentlich, daß ein Taper und/oder ein kleines hornförmiges Element kostengünstiger sind/ist als eine 'künstlich' verlängerte Einkoppeleinheit.
Daher sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der beiden zuvor genannten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' im wesentlichen in der Ebene der Oberseite eines an dem Behälter vorgesehenen Konstruktionsteils, insbesondere eines Stutzens, positioniert ist.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Bereich der Seitenwände des Konstruktionsteils und im Bereich der Unterseite des Konstruktionsteils ein leitfähiges Material angeordnet ist und daß der Übergangsbereich
'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' näherungsweise in der Ebene positioniert ist, in der die untere Kante des Konstruktionsteils liegt. Wenn es sich bei dem Konstruktionsteil z. B. um einen Stutzen handelt, wird durch diese Ausgestaltung erreicht, daß keine elektromagnetische Energie in den Stutzen gelangen kann. Folglich können auch keine Hohlraumresonanzen erzeugt werden, was sich günstig auf die Blockdistanz auswirkt. Weiterhin wird durch diese Ausgestaltung die Gefahr von Ansatzbildung im kritischen Bereich des TDR-Sensors auf ein Minimum herabgesetzt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der zuvor genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß ein topfförmiges Einsatzteil in den Stutzen einsetzbar ist, wobei das Einsatzteil zumindest einseitig mit einem leitfähigen Material beschichtet ist oder wobei das Einsatzteil aus einem leitfähigen Material gefertigt ist. An der Unterseite des Einsatzteils ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Öffnung zur Aufnahme des Füllstandssensors vorgesehen. Hierdurch wird es ermöglicht, daß für unterschiedliche Einbausituationen dasselbe Meßgerät verwendet werden kann. Es muß lediglich der Topf auf die Dimensionen des Stutzens abgestimmt werden.
Desweiteren sieht eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Abdeckteil vor, das die Oberseite des Stutzens bzw. des Einsatzteils abschließt. Hierdurch wird die Elektronik des Meßgeräts geschützt, da sich im Topf kein Schmutz oder z. B. Wasser ansammeln kann. Zudem wird es möglich, selbst bei schmalen Stutzen den Füllstandssensor so zu montieren, daß die Anzeige- und/oder Bedienelemente des Sensors zugänglich bleiben.
Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einkoppeleinheit eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem Abstand von der Behälterwandung bis zur Unterkante des Konstruktionsteils entspricht, daß die Einkoppeleinheit so positioniert ist, daß der Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' näherungsweise in der Ebene der Unterkante des Konstruktionsteils liegt, und daß an der Unterseite des Stutzens im Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' ein plattenförmiges Element angeordnet ist, das zumindest an der dem Medium in dem Behälter zugewandten Seite elektrisch leitfähig ist. Diese Variante der Erfindung ist als besonders kostengünstig einzustufen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Variante elektrische Verbindungselemente vor, die im Bereich zwischen den Außenkanten des plattenförmigen Elements und dem Stutzen angeordnet sind. Die vorzugsweise federnden Kontaktelemente sorgen für einen HF-dichten Abschluß zwischen der Platte und dem Stutzen. Folglich ist die Gefahr sehr gering, daß ein Teil der Energie der Sendesignale in den Stutzen zurückreflektiert wird und dort die in hohem Maße unerwünschten Hohlraumresonanzen anregt. Gemäß einer siebten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in der Ebene angeordnet ist, in der die Oberkante des Konstruktionsteils liegt, daß das leitfähige Element näherungsweise über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung und der Unterkante des Konstruktionsteils entspricht, derart modifiziert ist, daß in diesem Bereich nahezu keine Wechselwirkungen zwischen den an dem leitfähigen Element geführten Meßsignalen und dem Konstruktionsteil auftreten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß das leitfähige Element über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung und der Unterkante des Konstruktionsteils entspricht, aus einem Material mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit und/oder großer magnetischer Permeabilität gefertigt ist.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die Oberfläche des leitfähigen Elements über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung und der Unterkante des
Konstruktionsteils entspricht, eine aufgerauhte Oberflächenstruktur aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, daß die Oberfläche des leitfähigen Elements über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung und der Unterkante des Konstruktionsteils entspricht, eine Oberflächenstruktur aufweist, durch die die Längsinduktivität des leitfähigen Elements vergrößert wird. Beispielhaft sei an dieser Stelle eine schraubenförmige Oberflächenstruktur genannt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß das leitfähige Element über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung und der Unterkante des Konstruktionsteils entspricht, eine Isolierschicht trägt, deren magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß die Ausdehnung der elektromagnetischen Felder der Meßsignale im wesentlichen auf den Nahbereich des leitfähigen Elements beschränkt wird. Die zuvor genannten Ausgestaltungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Feldausdehnung gezielt in den Bereichen reduziert wird, in denen das Risiko einer unerwünschten Wechselwirkung mit Einbauten besteht, nicht jedoch auf der restlichen Länge des leitfähigen Elements. Hier würde eine geringe
Feldausdehnung insbesondere bei Ansatzbildung am leitfähigen Element zu einer starken Dämpfung der Meßsignale führen.
Gemäß einer achten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' in der Ebene der Behälterwandung angeordnet ist, daß das leitfähige Element zumindest im oberen Bereich aus einem Material mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit und/oder großer magnetischer Permeabilität gefertigt ist, und/oder daß das leitfähige Element zumindest im oberen Bereich eine aufgerauhte Oberflächenstruktur aufweist, und/oder daß das leitfähige Element zumindest im oberen Bereich eine Oberflächenstruktur aufweist, durch die die Längsinduktivität des leitfähigen Elements vergrößert wird, und/oder daß das leitfähige Element zumindest im oberen Bereich eine Isolierschicht trägt, deren magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß die elektromagnetischen Felder der Meßsignale auf den Nahbereich des leitfähigen Elements begrenzt ist.
Diese Varianten der erfindungsgemäßen Lösung bringen im wesentlichen zwei entscheidende Vorteile: Die Richtwirkung wird verbessert, da durch die geringere Feldausdehnung effektiv die Apertur vergrößert und die Richtcharakteristik verbessert wird. Damit ergeben sich weniger Probleme durch seitlich in den Behälter abgestrahlte elektromagnetische Felder, die nach Vielfachreflexionen im Behälter zu einem störenden Untergrund führen können. Weiterhin wird durch die geringere Feldausdehnung der an dem leitfähigen Element entlang laufenden Meßsignale der Sprung im Wellenwiderstand beim Übergang von der Einkoppeleinheit zum leitfähigen Element abgemildert. Dies schlägt sich in einer höheren Transmissions- und damit in einer geringeren Reflexionsrate der Meßsignale nieder. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6: eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer fünften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 8: eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der in Fig. 7 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 9: eine schematische Darstellung einer sechsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 10: eine schematische Darstellung einer siebenten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 11 : eine schematische Darstellung einer achten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 12: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des leitfähigen Elements.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandssensors 1. Der Füllstandssensor 1 besteht aus einer Sende-/Empfangseinheit 29, einem Koaxkabel, einer Einkoppeleinheit 2 und einem leitfähigen Element 7. Die Auswertung der Echosignale erfolgt in einer in der Fig. 1 nicht gesondert dargestellten Auswerteeinheit.
Die Einkoppeleinheit 2 hat im gezeigten Fall eine Länge, die größer ist als die Länge des Stutzens 4. Die Einkoppeleinheit 2 ist derart angeordnet, daß die Öffnung 8 in der Nähe - hier: unterhalb - der Unterkante 5 des Stutzens 4 angeordnet ist. Selbstverständlich kann die Öffnung 8 auch oberhalb der Unterkante 5 zu liegen kommen. Weiterhin ist die Öffnung 8 der Einkoppeleinheit 2 derart dimensioniert, daß sie in der Größenordnung der Wellenlänge der von dem Füllstandssensor 1 geführten Meßsignale liegt. Die erfindungsgemäße Lösung verhindert in starkem Maße, daß Anteile der Meßsignale in den Stutzen 4 gelangen. Folglich werden nahezu keine Hohlraumresonanzen angeregt, was sich in einer erheblichen Verbesserung der Meßgenauigkeit des Füllstandssensors 1 niederschlägt. Im gezeigten Fall ist desweiteren der Raumbereich zwischen dem Innenleiter 9 und dem Außenleiter 10 von einem dielektrischen Material 11 ausgefüllt. Die Vorteile dieser Ausgestaltung wurden bereits an vorhergehender Stelle ausführlich erläutert; auf eine Wiederholung wird verzichtet. Zur Erhöhung der Richtwirkung des Füllstandssensors 1 ist das dielektrische Material 11 ab dem Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' getapert. Der Taper 12 kann selbstverständlich die unterschiedlichsten Ausgestaltungen aufweisen. In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß sie nicht in einem Stutzen 4, sondern direkt an der Behälterwandung 3 angeordnet ist. Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wurden gleichfalls bereits an vorhergehenden Stelle im Detail erläutert. Eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 3 zu sehen. Hier ist der Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' so angeordnet, daß er nahezu in der Ebene der Behälterwandung 3 liegt. Die Einkoppeleinheit 2 weist einen Innenleiter 9 und einen Außenleiter 10 auf. Zwischen den beiden Teilen ist ein dielektrisches Material 11 angeordnet. Das dielektrische Material 11 der Einkoppeleinheit 2 ist ungefähr ab dem der Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' getapert, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements 7 näherungsweise im Bereich der Längsachse des Tapers 12 angeordnet ist. Als Hauptvorteile sind bei dieser Ausgestaltung die hervorragende Richtwirkung, die kleine Blockdistanz und die verminderte Gefahr der Ansatzbildung zu nennen. Um die Richtwirkung noch zu verbessern, ist der Außenleiter 13 ab dem Ubergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' zu einem hornförmigen Element 13 aufgeweitet.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Wiederum ist der Ubergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' so angeordnet, daß er nahezu in der Ebene der Behälterwandung 3 liegt. Die Einkoppeleinheit 2 besteht aus einem Innenleiter 9 und einen Außenleiter 10, wobei zwischen dem Innenleiter 9 und dem Außenleiter 10 ein dielektrisches Material 13 zu finden ist. Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, ist es nicht erforderlich, daß das dielek-trische Material 11 den gesamten Raumbereich zwischen dem Innenleiter 9 und dem Außenleiter 10 ausfüllt. Der Außenleiter 10 der Einkoppeleinheit 2 ist ungefähr ab dem der Ubergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' so aufgeweitet, daß er ein hornförmiges Element 13 bildet. Ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements 7 ist näherungsweise im Bereich der Längsachse des hornförmigen Elements 13 angeordnet. Da die Vorteile dieser Ausgestaltung bereits an vorhergehender Stelle ausführlich beschrie-ben wurden, genügt es an dieser Stelle, sie stichwortartig aufzuzählen: Verbesserte Richtwirkung, verminderte Feldverzerrung am Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähges Element 7' und damit eine erhöhte Trans-missionsrate, stark herabgesetzte Gefahr der Ansatzbildung. Die in den Figuren Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Ausführungsformen entsprechen denen der Figuren Fig. 3 bzw. Fig. 4, allerdings sind die Füllstandssensoren 1 hier in dem Stutzen 4 eines Behälters 3 angeordnet.
Sehr günstig ist es, wenn die Einkoppeleinheit 2 in eine weit ausgedehnte Metallplatte eingebracht wird. Die Metallplatte verbessert die elektrische Anpassung des leitfähigen Elements 7 und verhindert, daß elektromagnetische Energie nach hinten abgestrahlt wird. Die Metallplatte wirkt quasi als elektrischer Spiegel. Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der Behälterwandung 3 ist ein Stutzen 4 vorgesehen. An den Seitenwänden 17, 18 und im Bereich der Unterseite 19 des Stutzens 4 ist ein leitfähiges Material 20 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um ein topfförmiges Einsatzelement 21 , das an die Maße des Stutzens 4 angepaßt ist.
Der Füllstandssensor 1 , bestehend aus Sende-/Empfangseinheit 29, Einkoppel-einheit 2 und leitfähigem Element 7, ist im gezeigten Fall als Kompaktsensor ausgebildet und in einer Öffnung 22 an der Unterseite 19 des topfförmigen Einsatzelements 21 positioniert. Die Einkoppeleinheit 2 ist so in dem Stutzen 4 positioniert, daß der Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' im wesentlichen in der Ebene der Behälterwandung 3 zu liegen kommt. Selbstverständlich ist es zwecks Ausschöpfung der bereits zuvor genannten Vorteile möglich, zusätzlich einen Taper 12 und/oder ein horn-förmiges Element 13 am Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' vorzusehen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der in Fig. 7 gezeigten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Von der in Fig. 7 gezeigten Variante unterscheidet sie sich im wesentlichen lediglich durch das Abdeckteil 23, welches das im Stutzen 4 angeordnete topfförmige Einsatzteil 21 nach außen hin abschließt. Diese Ausgestaltung wird immer dann zur Anwendung kommen, wenn der TDR- Sensor 1 einerseits vor Umwelteinflüssen geschützt werden sollen, andererseits seine Bedien- und Anzeigeelemente aber gut zugänglich bleiben sollen. In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer sechsten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, die sich durch geringe Herstellungskosten auszeichnet. Die Einkoppeleinheit 2 weist eine Länge auf, die im wesentlichen der Länge des Stutzens 4 entspricht. Die Einkoppeleinheit 2 ist so positioniert ist, daß der Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' näherungsweise in der Ebene der Unterkante 5 des Stutzens 4 liegt. An der Unterseite 19 des Stutzens 4 ist im Ubergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' ein plattenförmiges Element 24 angeordnet, das zumindest an der dem Füllgut in dem Behälter zugewandten Seite elektrisch leitfähig ist. Im Bereich der Außenkanten 26 des platten- förmigen Elements 24 sind Verbindungselemente 25 aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen. Diese Verbindungs- bzw. Kontaktelemente 25 sind bevorzugt federnd ausgebildet. Sie sorgen für einen HF-dichten Abschluß zwischen dem plattenförmigen Element 24 und dem Stutzen 4, dessen Seitenwände 17, 18 entweder aus einem elektrisch leitfähigen
Material gefertigt sind oder zumindest mit einem elektrisch leitfähigen Material verkleidet sind. Hierdurch wird, wie bereits mehrfach erwähnt, die Gefahr verringert, daß ein Teil der Energie der Sendesignale in den Stutzen zurück gelangt.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer siebenten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Übergangsbereich 6 'Einkoppeleinheit 2 - leitfähiges Element 7' ist in der Ebene angeordnet, in der die Oberseite 16 des Stutzens 4 liegt. Das leitfähige Element 7 ist näherungs- weise über die Länge des Stutzens 4 (oder allgemein gesprochen: über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung 3 und der Unterkante 5 des jeweiligen Konstruktions- oder Einbauteils entspricht) derart modifiziert, daß in diesem Bereich nahezu keine Wechselwirkungen zwischen den an dem leitfähigen Element 7 geführten Meßsignalen und dem Stutzen 4 (oder allgemein gesprochen: dem Konstruktionsteil) auftreten. Die in Fig. 11 dargestellte Lösung unterscheidet sich von der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, daß sie nicht im Bereich eines Stutzens 4 befestigt ist. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, über die sich - jeweils für sich allein genommen oder in Kombination mit zumindest einer anderen Variante - das zuvor gesteckte Ziel erreichen läßt:
Das leitfähige Element 7 ist zumindest im oberen Bereich aus einem Material mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit und/oder großer magnetischer
Permeabilität gefertigt; das leitfähige Element 7 weist zumindest im oberen Bereich eine aufgerauhte
Oberflächenstruktur auf; das leitfähige Element 7 weist zumindest im oberen Bereich eine Oberflächen- Struktur auf, durch die die Längsinduktivität des leitfähigen Elements vergrößert wird; das leitfähige Element 7 trägt, wie in Fig. 10 bzw. Fig. 11 explizit dargestellt, zumindest im oberen Bereich eine Isolierschicht 28, deren magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß die Ausdehnung der elektromagnetischen Felder auf den Nahbereich des leitfähigen Elements 7 begrenzt ist.
In Fig. 12 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des leitfähigen Elements 7 zu sehen. Das leitfähige Element 7 ist aus einem hochpermeablen Material gefertigt, was eine geringe Feldausdehnung der auf dem leitfähigen Element 7 geführte Oberflächenwelle bewirkt. Zusätzlich ist die Oberfläche des leitfähigen Elements 7 nicht glatt, sondern zeigt eine aufgerauhte Struktur, was gleichfalls zu einer erheblichen Feldreduktion beiträgt. Gestaltet man die Oberfläche des leitfähigen Elements 7 z. B. schraubenförmig, so wird eine Vergrößerung der Längsinduktivität erreicht. Der Wellenwiderstand wird vergrößert, und die Feldausdehnung wird reduziert.
Weiterhin trägt das leitfähige Element zumindest in dem Bereich, der sich an die Einkoppeleinheit anschließt, eine Isolierschicht 29, die so abgestimmte magnetische und dielektrische Eigenschaften besitzt, daß gleichfalls die Feldausdehnung der auf dem leitfähigen Element 7 geführten Meßsignale auf das gewünschte Maß reduziert wird. Ein weiterer Vorteil einer hinreichend dicken Isolierschicht 29 besteht übrigens darin, daß die Meßgenauigkeit des Füllstandssensors 1 nahezu unabhängig ist von etwaiger Ansatzbildung. Bezugszeichenliste
Füllstandssensor
Einkoppeleinheit
Behälterwandung
Konstruktionsteil, z. B. Stutzen
Unterkante des Konstruktionsteils
Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element
Leitfähiges Element
Öffnung der Einkoppeleinheit
Innenleiter
Außenleiter
Dielektrisches Material
Taper
Hornförmiges Element
Längsachse
Oberer Abschnitt des leitfähigen Elements
Oberseite des Stutzens
Seitenwand des Stutzens
Seitenwand des Stutzens
Unterseite des Stutzens
Leitfähiges Material
Einsatzteil / Topfförmiges Element
Öffnung
Abdeckteil
Plattenförmiges Element
Verbindungselement
Außenkante
Oberfläche des leitfähigen Elements
Isolierschicht
Sende-/Empfangseinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter, wobei an dem Behälter zumindest ein Konstruktionsteil vorgesehen ist, an dem oder in dessen Umgebung zumindest der sensor- seitige Teil der Vorrichtung montiert ist, mit einer Signalerzeugungs-einheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerte- einheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (2) mindestens eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem Abstand von der Behälterwandung (3) bis zur Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) entspricht und so positioniert ist, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) näherungsweise in der Ebene der Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) liegt und daß der Durchmesser der Öffnung (8) der Einkoppeleinheit (2) am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in der Größenordnung der Wellenlänge der hochfrequenten Meßsignale liegt.
2. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (2) eine vorgegebene Länge aufweist, und so in dem Behälter positioniert ist, daß die in Richtung des Mediums weisende Öffnung (8) der Einkoppeleinheit (2) einen gewissen Abstand von der entsprechenden Behälterwandung (3) aufweist, und daß der Durchmesser der Öffnung (8) der Einkoppeleinheit (2) am Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in der Größenordnung der Wellenlänge der hochfrequenten Meßsignale liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (2) einen Innenleiter (9) und einen Außenleiter (10) aufweist und daß zwischen dem Innenleiter (9) und dem Außenleiter (19) zumindest in einem Teilbereich ein dielektrisches Material (11) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material (11) der Einkoppeleinheit (2) im wesentlichen ab dem Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) getapert ist, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements (7) näherungsweise im Bereich der Längsachse (14) des Tapers (12) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (10) der Einkoppeleinheit (2) im wesentlichen ab dem Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in ein hornförmiges Element (13) übergeht, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements (7) näherungsweise im Bereich der Längsachse (14) des hornförmigen Elements (13) angeordnet ist.
6. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheitdie direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) im wesentlichen in der Ebene der Behälterwandung (3) liegt, daß die Einkoppeleinheit (2) einen Innenleiter (9) und einen Außenleiter (10) aufweist, daß zwischen dem Innenleiter (9) und dem Außenleiter (10) zumindest in einem Teilbereich ein dielektrisches Material (11) angeordnet ist und daß das dielektrische Material (11) der Einkoppeleinheit (2) im wesentlichen ab dem Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) getapert ist, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements (7) näherungsweise im Bereich der Längsachse (14) des Tapers (12) angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) im wesentlichen in der Ebene der Behälterwandung (3) liegt, daß die Einkoppeleinheit (2) einen Innenleiter (9) und einen Außenleiter (10) aufweist, daß zwischen dem Innenleiter (9) und dem Außenleiter (10) zumindest in einem Teilbereich ein dielektrisches Material (11) angeordnet ist und daß der Außenleiter (10) der Einkoppeleinheit (2) im wesentlichen ab dem Übergang 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in ein hornförmiges Element (13) übergeht, wobei ein oberer Abschnitt des leitfähigen Elements (7) näherungsweise im Bereich der Längsachse (14) des hornförmigen Elements (13) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) im wesentlichen in der Ebene der Oberseite (16) eines an dem Behälter vorgesehenen Konstruktionsteils (4), insbesondere eines Stutzens positioniert ist.
9. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter, wobei an dem Behälter zumindest ein Konstruktionsteil, insbesondere ein Stutzen, vorgesehen ist, in dem zumindest der sensorseitige Teil der Vorrichtung montiert ist, mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerte- einheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Seitenwände (17, 18) des Konstruktionsteils (4) und im Bereich der Unterseite (19) des Konstruktionsteils (4) ein leitfähiges Material (20) angeordnet ist und daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) näherungsweise in der Ebene positioniert ist, in der die Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein topfförmiges Einsatzteil (21) in den Stutzen (4) einsetzbar ist, wobei das Einsatzteil (21) zumindest einseitig mit einem leitfähigen Material beschichtet ist oder wobei das Einsatzteil (21) aus einem leitfähigen Material gefertigt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite (19) des Einsatzteils (21) eine Öffnung (22) zur Aufnahme des Füllstandssensors (1) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdeckteil (23) vorgesehen ist, das die Oberseite (16) des Stutzens (4) bzw. des Einsatzteils (21) abschließt.
13. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter, wobei an dem Behälter zumindest ein Konstruktionsteil, insbesondere ein Stutzen, vorgesehen ist und wobei in oder an dem Stutzen zumindest der sensorseitige Teil der Vorrichtung montiert ist, mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten
Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem
Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppeleinheit (2) eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem Abstand von der Behälterwandung (3) bis zur Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) entspricht, daß die Einkoppeleinheit (2) so positioniert ist, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) näherungsweise in der Ebene der Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) liegt, und daß an der Unterseite (19) des Stutzens (4) im Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit- leitfähiges Element' (6) ein plattenförmiges Element (24) angeordnet ist, das zumindest an der dem Medium in dem Behälter zugewandten Seite elektrisch leitfähig ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Verbindungselemente (25) vorgesehen sind, die im Bereich der Außenkanten (26) des plattenförmigen Elements (25) und dem Stutzen (4) angeordnet sind.
15. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder Phasen in einem Behälter, wobei an dem Behälter zumindest ein Konstruktionsteil, insbesondere ein Stutzen, vorgesehen ist und wobei in oder an dem Stutzen zumindest der sensorseitige Teil der Vorrichtung montiert ist, mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheit, die direkt oder indirekt über die
Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ubergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in der Ebene angeordnet ist, in der die Oberseite (16) des Konstruktionsteils (4) Hegt, daß das leitfähige Element (7) näherungsweise über die Länge des Konstruktionsteils (4) bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung (3) und der Unterkante (5) des
Konstruktionsteils (4) entspricht, derart modifiziert ist, daß in diesem Bereich nahezu keine Wechselwirkungen zwischen den an dem leitfähigen Element (7) geführten Meßsignalen und dem Konstruktionsteil (4) auftreten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberfläche das leitfähigen Elements (7) bis mindestens zur Skin-Tiefe bei den verwendeten Meßfrequenzen über die Länge des Konstruktionsteils (4) bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung (3) und der Unterkante des Konstruktionsteils (4) entspricht, aus einem Material mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit und/oder großer magnetischer Permeabilität gefertigt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (27) des leitfähigen Elements (7) über die Länge des Konstruktionsteils bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung (3) und der Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) entspricht, eine aufgerauhte Oberflächenstruktur aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (27) des leitfähigen Elements (7) über die Länge des Konstruktionsteils (4) bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung (3) und der Unterkante (5) des
Konstruktionsteils (4) entspricht, eine Oberflächenstruktur aufweist, durch die die Längsinduktivität des leitfähigen Elements (7) vergrößert wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16, 17 oder18, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Element (7) über die Länge des Konstruktionsteils (4) bzw. über die Länge, die der Distanz zwischen der entsprechenden Behälterwandung (3) und der Unterkante (5) des Konstruktionsteils (4) entspricht, eine Isolierschicht (28) trägt, deren magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß die Ausdehnung der elektromagnetischen Felder auf den Nahbereich des leitfähigen Elements (7) begrenzt ist.
20. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts bzw. der Lage der Grenzfläche zwischen zwei Medien oder
Phasen in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die hochfrequente Meßsignale erzeugt, einer Einkoppeleinheit und einem leitfähigen Element, wobei die Meßsignale über die Einkoppeleinheit auf das leitfähige Element eingekoppelt werden, und einer Empfangs-/Auswerteeinheitdie direkt oder indirekt über die Laufzeit der an der Oberfläche bzw. Grenzfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale den Füllstand des Füllguts bzw. die Lage der
Grenzfläche in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich 'Einkoppeleinheit - leitfähiges Element' (6) in der Ebene der Behälterwandung (3) angeordnet ist, daß das leitfähige Element (7) zumindest im oberen Bereich aus einem
Material mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit und/oder großer magnetischer
Permeabilität gefertigt ist, und/oder daß das leitfähige Element (7) zumindest im oberen Bereich eine aufgerauhte Oberflächenstruktur aufweist, und/oder daß das leitfähige Element (7) zumindest im oberen Bereich eine
Oberflächenstruktur aufweist, durch die die Längsinduktivität des leitfähigen
Elements vergrößert wird, und/oder daß das leitfähige Element (7) zumindest im oberen Bereich eine Isolier- schicht (28) trägt, deren magnetische und/oder dielektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß die Ausdehnung der elektromagnetischen Felder auf den Nahbereich des leitfähigen Elements (7) begrenzt ist.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6681626B2 (en) 2000-09-18 2004-01-27 Vega Grieshaber Kg Level metering device working on the guided microwave principle, comprising a single-wire line and specific connection piece, and connection piece for a level metering device of this type
DE102004034251A1 (de) * 2004-07-14 2006-02-09 Vega Grieshaber Kg Füllstands-Messvorrichtung mit einem Wellenreiter und einem Wellenanpasser
US20110132084A1 (en) * 2008-08-07 2011-06-09 Illinois Tool Works Inc Liquid level sensing system
US9212941B2 (en) * 2013-03-12 2015-12-15 Rosemount Tank Radar Ab High temperature, high pressure (HTHP) radar level gauge
DE202013010424U1 (de) 2013-11-19 2014-02-11 Estrid Albrecht Füllstandsanzeige
US9518856B2 (en) * 2014-03-28 2016-12-13 Honeywell International Inc. Threaded coupling device with nozzle for GWR measurements in non-metallic tanks
US9810568B2 (en) * 2014-10-13 2017-11-07 Honeywell International Inc. Use of resilient seals for high temperature and/or high pressure sealing in a guided wave radar level measurement device
US9970806B2 (en) * 2015-04-30 2018-05-15 Rosemount Tank Radar Ab Single conductor probe radar level gauge system and method for a tank having a tubular mounting structure
DE102016103430B4 (de) * 2016-02-26 2021-08-19 Finetek Co., Ltd. Zeitbereichs-Reflektometrie-Wellenleiterstruktur
US10403953B2 (en) 2016-12-22 2019-09-03 Rosemount Tank Radar Ab Tank with a guided wave radar level gauge
CN113811746A (zh) * 2019-07-30 2021-12-17 Vega格里沙贝两合公司 用于检测容器中的过程变量的测量设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9412243U1 (de) * 1994-07-29 1994-09-29 Grieshaber Vega Kg Antenneneinrichtung für ein Füllstandmeßgerät

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3152914C2 (de) * 1981-12-28 1987-08-06 Nissan Motor Tankstandsmesser f}r ein Kraftfahrzeug
US4994682A (en) * 1989-05-19 1991-02-19 Focal Technologies Incorporated Fiber optic continuous liquid level sensor
RO106294B1 (ro) * 1989-12-21 1993-03-31 Electrocontact Intreprind Dispozitiv de măsurare a nivelului de lichid intr-un rezervor auto
DE9312251U1 (de) * 1993-08-17 1993-12-09 Vega Grieshaber Gmbh & Co Meßeinrichtung zur Füllstands- bzw. Abstandsmessung mittels elektromagnetischer Wellen im Mikrowellenbereich
US6138508A (en) * 1993-10-27 2000-10-31 Kdi Precision Products, Inc. Digital liquid level sensing apparatus
US5656774A (en) * 1996-06-04 1997-08-12 Teleflex Incorporated Apparatus and method for sensing fluid level
US5651286A (en) * 1996-07-23 1997-07-29 Teleflex Incorporated Microprocessor based apparatus and method for sensing fluid level
DE19641036C2 (de) * 1996-10-04 1998-07-09 Endress Hauser Gmbh Co Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmeßgerät
US5747689A (en) * 1996-12-09 1998-05-05 Ford Global Technologies, Inc. Fluid level sensing system
US5887479A (en) * 1996-12-31 1999-03-30 Stmicroelectronics, Inc. Liquid-level gauge driver circuit
DE19805311B4 (de) * 1997-02-18 2010-06-10 Walbro Corp., Cass City Vorrichtung und Verfahren zur Zugabe von Kraftstoffadditiven
DE59712260D1 (de) 1997-06-06 2005-05-12 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät
US5943908A (en) * 1997-09-08 1999-08-31 Teleflex Incorporated Probe for sensing fluid level
EP0922942A1 (de) * 1997-12-10 1999-06-16 Endress + Hauser GmbH + Co. Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät mit einem Einsatz aus einem Dielektrikum und Verfahren zur Herstellung des Dielektrikums
AU3061299A (en) * 1998-02-18 1999-09-06 Christian Michelsen Research As Device for measurement of characteristic reflection coefficient for electromagnetic waves in multiphase flour
DE29812024U1 (de) 1998-07-06 1998-09-17 Grieshaber Vega Kg Mikrowellen-Füllstandsmeßgerät mit verbesserter Signalqualität
US5982290A (en) * 1998-09-10 1999-11-09 New Holland North America, Inc. Automatic recognition of different types of liquid level sensors
DE19922606B4 (de) 1999-05-17 2004-07-22 Vega Grieshaber Kg Anordnung aus einem Hohlleiter und einer Antenne

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9412243U1 (de) * 1994-07-29 1994-09-29 Grieshaber Vega Kg Antenneneinrichtung für ein Füllstandmeßgerät

Also Published As

Publication number Publication date
AU2001258345A1 (en) 2001-10-30
US6847214B2 (en) 2005-01-25
US20040017200A1 (en) 2004-01-29
WO2001079788A2 (de) 2001-10-25
DE10019129A1 (de) 2001-10-25
WO2001079788A3 (de) 2002-05-23

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