EP1317659A1 - Füllstandsmessgerät - Google Patents

Füllstandsmessgerät

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Publication number
EP1317659A1
EP1317659A1 EP01945244A EP01945244A EP1317659A1 EP 1317659 A1 EP1317659 A1 EP 1317659A1 EP 01945244 A EP01945244 A EP 01945244A EP 01945244 A EP01945244 A EP 01945244A EP 1317659 A1 EP1317659 A1 EP 1317659A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
section
container
housing
level
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01945244A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Schroth
Armin Wendler
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 EP1317659A1 publication Critical patent/EP1317659A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01F23/26—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fill level measuring device for measuring a fill level of a filling material in a container, which has a housing, which is to be fastened to the container by means of a fastening device, and a probe to be guided into the container.
  • fill level measuring devices working with electromagnetic signals.
  • the signals are transmitted to at least one probe that serves as a waveguide and is guided into the container.
  • the probe leads the signals into the container and at one
  • Reflected surface For example, a transit time of the electromagnetic signals is determined and the fill level is determined therefrom.
  • An electronic circuit for generating electromagnetic signals and a receiving and evaluation circuit for determining a level is e.g. described in EP-A 780 665.
  • Suitable waveguides are e.g. bare also as
  • Sommerfeld waveguides are designated metal wires, or metal wires provided with insulation. The latter are also known as Goubau waveguides.
  • level measuring devices are capacitive level measuring devices.
  • the probe forms, together with a wall of the container, a capacitor, the capacitance of which depends on the current level.
  • the capacitance is usually detected by means of a measuring circuit and converted into a level-dependent measuring signal.
  • Fill level measuring devices of this type can be used in a large number of applications, both in warehousing and in the processing industry, for example in chemistry, in the food industry and in the oil industry.
  • the housing and probe When installing and removing conventional level gauges, the housing and probe are moved, typically rotated, relative to a container opening through which the probe is to be inserted into the container. Because of their small space requirements, fastening devices that are preferably used are screw-in threads provided on the housing by means of which the housings are screwed into screw-in sockets on the container.
  • the probe placed in the container initially lies on the product.
  • a rotational movement of the probe required to fasten the housing can lead to twisting or entangling of the rope and in the worst case even knots in the rope.
  • Measuring a level of a filling material in a container which comprises: a housing having a first section and a second section,
  • the measuring device is a level measuring device working with microwaves, which emits microwaves into the container by means of an antenna protruding into the container above a highest level to be measured, which microwaves are then reflected on the surface of the product and are received by the antenna.
  • the antenna is rotatably inserted into the housing and protrudes through the housing into the container. It lies rotatably on a heel surface existing between the first and the second section.
  • the antenna is fastened by a spring washer which rests on an annular surface of the antenna facing away from the container and which is fixed by means of a snap ring which is introduced into a groove in the housing. This ensures that the antenna in the housing can be rotated into a desired position after the housing has been finally mounted on the container.
  • the invention consists in a level measuring device for measuring a level of a filling material in a container, which comprises:
  • a housing having a first section and a second section
  • a fastening device provided on the housing for fastening the level measuring device on the container
  • a connecting element which connects the insert and the probe along an extension of a longitudinal axis of the probe.
  • the connecting element is a threaded rod screwed into the insert, and the probe is screwed onto an end of the threaded rod that extends through the first section.
  • a seal is arranged between an end of the first section facing away from the second section and the probe.
  • the seal has a conical outer lateral surface with which it bears on an inner lateral surface of the first section of the housing in relation to the housing such that it can rotate about a longitudinal axis of the probe.
  • the seal has a conical inner circumferential surface which bears on an outer circumferential surface of the probe and via which the seal is pressed in the direction of the second section when the probe is screwed in.
  • the seal is a ring with a double conical cross section.
  • the seal has an annular circumferential groove on the inside and / or outside, into which an additional sealing element is introduced.
  • the additional sealing element is a shaft seal.
  • the probe is fed with electromagnetic signals during operation, which run along the probe to the product surface, where it is reflected and received again, and whose transit time is a measure of the current fill level.
  • the probe forms, together with a wall of the container, a capacitor, the capacitance of which depends on the current level and is detected during operation by means of a measuring circuit and converted into a level-dependent measurement signal.
  • the probe can be fixed by means of a clamping pin which is secured by a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a arranged on a container
  • Fig. 2 shows an enlarged schematic representation of the essential areas of the level measuring device according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a level measuring device 3 arranged on a container 1. It is used to measure a level of a filling material 5 in the container.
  • the filling material 5 is introduced into the container 1 through a filler neck 7 arranged at the top of the container 1 and removed via a drain valve 9 attached to the bottom of the container 1.
  • the fill level measuring device 3 has a housing 11 which has a first section 13 provided with a fastening device 14.
  • the level measuring device 3 is fastened on the container 1 with the fastening device 14.
  • the exemplary embodiment is the fastening device 14 an external thread, which is screwed into a nozzle 15 arranged on the top of the container 1.
  • the housing 11 has an externally hexagonal section 16 above the external thread, to which a wrench can be attached.
  • the fastening device 14 has the advantage that it only takes up a very small space and small openings in the container 1 are sufficient for the attachment of the level measuring device.
  • the fill level measuring device 3 has a probe 17 which leads through the housing 11 into the container 1.
  • the probe 17 is e.g. a rod or a wire.
  • a rope can also be used in the same way.
  • Such probes 17 are rope probes which protrude into the container 1.
  • a weight 19 can be attached to the end of the probe 17, by which the probe 17 is tensioned.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • a length of the probe 17 is to be dimensioned such that the probe 17 ends in the extended state below the lowest level to be measured in the container 1.
  • Fig. 2 shows an enlarged schematic representation of the essential areas of the level measuring device according to the invention in longitudinal section.
  • the housing 11 has a second section 21 directly adjacent to it.
  • the first and the second section 13, 21 each have a central axial bore.
  • the first section 13 has a smaller inner diameter than the second section 21.
  • a rotationally symmetrical insert 23 Arranged in the second section 21 is a rotationally symmetrical insert 23, which is essentially cylindrical in the exemplary embodiment shown, and which almost completely fills the second section 21.
  • the insert 23 is rotatably arranged with respect to the housing 11 in FIG Section 13, 21 existing sales surface 25 rotatably rests.
  • a connecting element is provided which connects the insert 23 and the probe 17 along an extension of a longitudinal axis of the probe 17. This purely axial connection ensures that the insert 23 and the probe 17 are rotatable relative to the housing 11.
  • connection is a threaded rod 29.
  • the insert 23 has a continuous central axial bore 27, the end of which faces the first section 13 has an internal thread into which the threaded rod 29 is screwed.
  • the end of the probe 17 is provided with a sleeve 31 which has a central axial bore 33 with an internal thread 35. It is screwed onto an end of the threaded rod 29 leading through the first section 13 by means of a screw connection. An end of the sleeve 31 facing away from the threaded rod 29 either merges continuously into the area of the probe 17 guided into the container 1 or, as shown in the exemplary embodiment in FIG. 2, a further axial bore 34 is provided, in which an in the container 1 leading area 18 of the probe 17, for example fixed by crimping or by clamping screws.
  • annular cylindrical gap 37 between the first section 13 and the threaded rod 29, the sleeve 31 and the probe 17. be filled with a dielectric.
  • connection elements that connect the insert 23 and the probe 17 along an extension of the longitudinal axis of the probe 17 can also be used.
  • a rod can be used with which the Insert 23 and the probe 17 are connected by means of a snap connection.
  • the probe 17 can be connected to the insert 23 directly as an extension of its longitudinal axis.
  • a seal 39 is arranged between an end of the first section 13 facing away from the second section 23 and the probe 17.
  • the seal 39 is a ring with a double-conical cross section, which surrounds the probe 17. It consists of a dielectric, e.g. made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the seal 39 has a conical outer jacket surface 41, with which it bears on an inner jacket surface of the first section 13 of the housing 11 relative to the housing 11 such that it can rotate about a longitudinal axis L of the probe 17.
  • this outer jacket surface 41 can be coated with a lubricant, e.g. 01 or bold.
  • the seal 39 has a conical inner jacket surface 43 which bears on an outer jacket surface of the probe 17 and via which the seal 39 is pressed in the direction of the second section 23 when the probe 17 is screwed in.
  • the seal 39 together with the rotatably mounted insert 23 into which the threaded rod 29 is screwed, allows the probe 17 to rotate freely relative to the housing 11.
  • a movement of the probe 17 in the container in particular a rotary movement not mandatory.
  • the housing 11 can be screwed into or out of the socket 15 without the probe 17 moving.
  • the seal 39 can have annular grooves 45, 47 on the inside and / or outside, into each of which an additional sealing element is introduced. While the material of the seal 39 is restricted depending on the respective application, the material from which the additional sealing element or elements are made can be chosen almost freely.
  • the additional sealing elements are arranged in the grooves 45, 47 in a protected manner and do not have to withstand the possibly high pressure in the container and the mechanical stress caused by abrasive filling goods, since they come into contact with the filling material only to a very limited extent.
  • a shaft seal is particularly suitable as an additional sealing element in the outer groove 47. Shaft seals facilitate the rotatability of the probe 17 relative to the housing 11.
  • a clamping pin 49 is provided, which, if necessary, allows the insert 23 to be fixed and thus prevents any rotation of the probe 17 relative to the housing 11. This is e.g. When transporting the level measuring device or in the actual measuring operation following the installation of the level measuring device is an advantage.
  • the clamping pin 49 engages through an opening 51 in a wall of the second section 23 into a recess 53 in the insert 23.
  • the level measuring device works, for example, as already described at the beginning, with electromagnetic signals for which the probe 17 forms a waveguide.
  • the probe 17 is connected via the threaded rod 29 to an electronic circuit, not shown in FIG. 2, which feeds the probe 17 with electromagnetic signals during operation.
  • the coupling of electromagnetic signals can e.g. via a coaxial line, the inner conductor of which is connected to the probe 17 via the threaded rod 29 and the outer conductor of which is connected to the housing 11 via a metallic sleeve.
  • the sleeve can e.g. slipped over the insert 23 and rotatably supported in a groove in the housing 11.
  • the insert 23 must be made of a dielectric, e.g. consist of polyaryl ether ketone (PEEK).
  • a coupling can be used, as described, for example, in German patent application filed on May 31, 2000 with the file number DE-A 100 27 228.2.
  • Such a coupling is shown schematically in FIG. 3. It consists, for example, in a half ring 55 shown in FIG. 3, which surrounds the threaded rod 29. The half ring 55 is spaced from the threaded rod 29.
  • the bore 27 running in the insert 23 opens into a cylindrical recess 57 at its end facing the first section 13.
  • the insert 23 consists of an electrically conductive material, for example a stainless steel, and has one parallel to the bore 27 extending, not visible in Fig. 2, further bore 59.
  • the coupling is connected to a coaxial line via which the electromagnetic signals are routed to the probe 17 and from there are routed back again.
  • An inner conductor of this coaxial line is connected to the half ring 55 via a line 63 led through the bore 59 and the connecting channel 61.
  • An outer conductor is connected to the electrically conductive insert 23, which is preferably connected to ground or to a fixed reference potential. Electromagnetic signals coupled into the probe 17 via the coaxial line, the line 63 and the half ring 55 run along the probe to the product surface, are reflected there and received again by the level measuring device. Their runtime is a measure of the current level.
  • the measuring device can of course also be a capacitive fill level measuring device, in which the probe 17 forms, together with a wall of the container, a capacitor, the capacitance of which depends on the current fill level.
  • the capacity is detected by means of a measuring circuit and converted into a level-dependent measuring signal.
  • the probe 17 is connected via the threaded rod 29 to a connecting line, not shown in FIG. an AC voltage is present at the probe 17.
  • the insert 23 consists of an insulator.
  • Housing 11 is metallic and housing 11 and container 1 are preferably grounded.
  • a suitable measuring circuit is e.g. an oscillator circuit suitable for frequency measurement, to which the capacitor formed by the probe 17 and the container 1 is connected as a frequency-determining element.

Abstract

Es ist ein Füllstandsmessgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes (5) in einem Behälter (1) mit einer in den Behälter (1) hinein ragenden Sonde (17) beschrieben, bei dem der Ein- und Ausbau des Füllstandsmessgeräts erfolgen kann, ohne dass eine Bewegung der Sonde (17) im Behälter (1) erforderlich ist, welches umfasst: ein einen ersten Abschnitt (13) und einen zweiten Abschnitt (21) aufweisendes Gehäuse (11), dessen Abschnitte (13, 21) jeweils eine zentrale axiale Bohrung (27) aufweisen, wobei der erste Abschnitt (13) einen geringeren Innendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt (21), eine an dem Gehäuse (11) vorgesehene Befestigungsvorrichtung (14) zur Befestigung des Füllstandsmessgeräts (3) auf dem Behälter (1), einen in dem Gehäuse (11) drehbar gegenüber dem Gehäuse (11) angeordneten Einsatz (23), der auf einer zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (13, 21) bestehenden Absatzfläche (25) drehbar aufliegt, eine in den Behälter (1) hinein ragende Sonde (17), und ein Verbindungselement, das den Einsatz (23) und die Sonde (17) entlang einer Verlängerung einer Längsachse der Sonde (17) verbindet.

Description

Füllstandsmeßgerät
Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter, das ein Gehäuse, das mittels einer Befestigungsvorrichtung auf dem Behälter zu befestigen ist, und eine in den Behälter hinein zu führende Sonde aufweist.
Ein Beispiel für derartige Füllstandsmeßgeräte sind mit elektromagnetischen Signalen arbeitende Füllstandsmeßgeräte. Die Signale werden bei diesen Geräten auf mindestens eine in den Behälter hinein geführte als Wellenleiter dienende Sonde übertragen. Die Sonde führt die Signale in den Behälter hinein und an einer
Füllgutoberfläche reflektierte Signale heraus. Es kann z.B. eine Laufzeit der elektromagnetischen Signale bestimmt und daraus der Füllstand ermittelt werden.
Eine elektronische Schaltung zur Erzeugung von elektromagnetischen Signale sowie eine Empfangs- und Auswerteschaltung zur Bestimmung eines Füllstandes ist z.B. in der EP-A 780 665 beschrieben.
Als Wellenleiter eignen sich z.B. blanke auch als
Sommerfeld-Wellenleiter bezeichnete Metalldrähte, oder mit einer Isolation versehene Metalldrähte. Letztere sind auch unter der Bezeichnung Goubau-Wellenleiter bekannt.
Ein weiteres Beispiel für derartige Füllstandsmeßgeräte sind kapazitive Füllstandsmeßgeräte. Bei kapazitiven Füllstandsmeßgeräten bildet die Sonde zusammen mit einer Wand des Behälters einen Kondensator, dessen Kapazität von dem momentanen Füllstand abhängt. Es wird üblicherweise die Kapazität mittels einer Meßschaltung erfaßt und in ein füllstands-abhängiges Meßsignal umgewandelt. Derartige Füllstandsmeßgeräte sind in einer Vielzahl von Anwendungen, sowohl in der Lagerhaltung als auch in der verarbeitenden Industrie, z.B. in der Chemie, in der Lebensmittelindustrie und in der Ölindustrie, einsetzbar.
Beim Ein- und Ausbau herkömmlicher Füllstandsmeßgeräte werden Gehäuse und Sonde relativ zu einer Behälteröffnung durch die die Sonde in den Behälter einzubringen ist bewegt, typischerweise gedreht. Aufgrund deren geringem Platzbedarf bevorzugt verwendete Befestigungsvorrichtungen sind am Gehäuse vorgesehene Einschraubgewinde mittels denen die Gehäuse in Einschraubstutzen auf dem Behälter eingeschraubt werden.
Beim Ausbau solcher Füllstandsmeßgeräte, insb. aus
Schüttgutbehältern, besteht häufig das Problem, daß die Sonde bei nicht vollständig entleertem Behälter zumindest teilweise vom Füllgut bedeckt ist und das Füllgut eine freie Bewegung, insb. eine Drehung, der Sonde behindert.
Beim Einbau liegt die in den Behälter eingebrachte Sonde zunächst auf dem Füllgut auf. Eine zur Befestigung des Gehäuses erfoderliche Drehbewegung der Sonde kann zu einer Verdrehung bzw. Verschlingung des Seils und im schlimmsten Fall sogar zu Knoten im Seil führen.
Die vorgenannten Probleme lassen sich sicher umgehen, indem der Behälter bei jedem Ein- oder Ausbau eines solchen Füllstandsmeßgeräts vollständig entleert wird. Dies ist jedoch sehr aufwendig und verursacht unter Umständen erhebliche zusätzliche Kosten, z.B. wenn ein Fertigungsprozeß hierdurch für einige Zeit unterbrochen ist.
In der EP-A 0 924 792 ist ein Füllstandsmeßgerät zur
Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter beschrieben, welches umfaßt: - ein einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisendes Gehäuse,
- dessen Abschnitte jeweils eine zentrale axiale Bohrung aufweisen, wobei der erste Abschnitt einen geringeren
Innendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt, und
- eine an dem Gehäuse vorgesehene Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Füllstandsmeßgeräts auf dem Behälter aufweist.
Bei dem Meßgerät handelt es sich um ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmeßgerät, das mittels einer in den Behälter hineinragenden oberhalb eines höchsten zu messenden Füllstandes angeordneten Antenne, Mikrowellen in den Behälter hinein abstrahlt, die dann an der Füllgutoberfläche reflektiert und mittels der Antenne empfangen werden. Die Antenne ist drehbar in das Gehäuse eingesetzt und ragt durch das Gehäuse hindurch in den Behälter hinein. Sie liegt auf einer zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt bestehenden Absatzfläche drehbar auf. Befestigt ist die Antenne durch eine auf einer behälter-abgewandten Ringfläche der Antenne aufliegende Federscheibe, die mittels eines in eine Nut im Gehäuse eingebrachten Sprengrings fixiert ist. Hierdurch ist erreicht, daß die Antenne im Gehäuse nach einer endgültigen Montage des Gehäuses auf dem Behälter in eine gewünschte Position gedreht werden kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mittels einer in den Behälter hinein geführten Sonde anzugeben, bei dem der Ein- und Ausbau des Füllstandsmeßgeräts erfolgen kann, ohne daß eine Bewegung der Sonde im Behälter erforderlich ist. Hierzu besteht die Erfindung in einem Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter, welches umfaßt:
- ein einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisendes Gehäuse,
- dessen Abschnitte jeweils eine zentrale axiale Bohrung aufweisen, wobei der erste Abschnitt einen geringeren
Innendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt, und
- eine an dem Gehäuse vorgesehene Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Füllstandsmeßgeräts auf dem Behälter,
- einen in dem Gehäuse drehbar gegenüber dem Gehäuse angeordneten Einsatz, — der auf einer zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt bestehenden Absatzfläche drehbar aufliegt,
- eine in den Behälter hinein ragende Sonde, und
- ein Verbindungselement, — das den Einsatz und die Sonde entlang einer Verlängerung einer Längsachse der Sonde verbindet.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Verbindungselement eine in den Einsatz eingeschraubte Gewindestange, und die Sonde ist auf ein durch den ersten Abschnitt hindurch führendes Ende der Gewindestange aufgeschraubt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen einem von dem zweiten Abschnitt abgewandten Ende des ersten Abschnitts und der Sonde eine Dichtung angeordnet.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Dichtung eine konische äußere Mantelfläche auf, mit der sie an einer inneren Mantelfläche des ersten Abschnittts des Gehäuses gegenüber dem Gehäuse um eine Längsachse der Sonde drehbar anliegt. Gemäß einer Ausgestaltung weist die Dichtung eine konische innere Mantelfläche auf, die auf einer äußeren Mantelfläche der Sonde anliegt und über die die Dichtung beim Einschrauben der Sonde in Richtung des zweiten Abschnitts gepreßt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Dichtung ein Ring mit doppelt konischem Querschnitt.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Dichtung innen und/oder außen eine ringförmig umlaufende Nut auf, in die ein zusätzliches Dichtelement eingebracht ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das zusätzliche Dichtelement eine Wellendichtung.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die Sonde im Betrieb mit elektromagnetischen Signalen gespeist, die entlang der Sonde zur Füllgutoberfläche laufen, dort reflektiert und wieder empfangen werden und deren Laufzeit ein Maß für den momentanen Füllstand ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung bildet die Sonde zusammen mit einer Wand des Behälters einen Kondensator, dessen Kapazität von dem momentanen Füllstand abhängt und im Betrieb mittels einer Meßschaltung erfaßt und in ein füllstands-abhängiges Meßsignal umgewandelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine Fixierung der Sonde durch einen Klemmstift möglich, der durch eine
Öffnung in einer Wand des zweiten Abschnitts hindurch in eine Ausnehmung im Einsatz eingreift.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einem Behälter angeordneten
Füllstandsmeßgeräts ;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung der erfindungswesentlichen Bereiche des Füllstandsmeßgeräts im Längsschnitt; und
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer
Einkopplung für elektromagnetische Signale auf die Sonde.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einem Behälter 1 angeordneten Füllstandsmeßgeräts 3. Es dient zur Messung eines Füllstandes eines Füllguts 5 in dem Behälter. Das Füllgut 5 wird durch einen oben am Behälter 1 angeordneten Befüllstutzen 7 in den Behälter 1 eingebracht und über ein unten am Behälter 1 angebrachtes Ablaßventil 9 entnommen.
Das Füllstandsmeßgerät 3 weist ein Gehäuse 11 auf, das einen mit einer Befestigungsvorrichtung 14 versehenen ersten Abschnitt 13 aufweist. Mit der Befestigungsvorrichtung 14 ist das Füllstandsmeßgerät 3 auf dem Behälter 1 befestigt. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Befestigungsvorrichtung 14 ein Außengewinde, das in einen oben auf dem Behälter 1 angeordneten Stutzen 15 eingeschraubt ist. Als Montagehilfe weist das Gehäuse 11 oberhalb des Außengewindes einen außen sechskantförmig ausgebildeten Abschnitt 16 auf, an dem ein Schraubenschlüssel angesetzt werden kann. Die Befestigungsvorrichtung 14 bietet den Vorteil, daß sie nur einen sehr geringen Platz beansprucht und kleine Öffnungen im Behälter 1 für die Anbringung des Füllstandsmeßgeräts ausreichen.
Das Füllstandsmeßgerät 3 weist eine Sonde 17 auf, die durch das Gehäuse 11 in den Behälter 1 hinein führt. Die Sonde 17 ist z.B. ein Stab oder ein Draht. Genauso ist aber auch ein Seil einsetzbar. Derartige Sonden 17 sind Seilsonden, die in den Behälter 1 hinein ragen. An der Sonde 17 kann endseitig ein Gewicht 19 befestigt sein, durch das die Sonde 17 gespannt wird. Es können sowohl blanke Stäbe, Drähte oder Seile aus Metall, z.B. aus einem Edelstahl, als auch mit einer Isolation versehene Metalldrähte, -stäbe oder -seile verwendet werden. Als Isolator eignet sich z.B. Polytetrafluorethylen (PTFE) .
Eine Länge der Sonde 17 ist so zu bemessen, daß die Sonde 17 im ausgestreckten Zustand unterhalb des niedrigsten zu messenden Füllstandes im Behälter 1 endet.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung der erfindungswesentlichen Bereiche des Füllstandsmeßgeräts im Längsschnitt.
Das Gehäuse 11 weist neben dem ersten Abschnitt 13 einen unmittelbar daran angrenzenden zweiten Abschnitt 21 auf. Der erste und der zweite Abschnitt 13, 21 weisen jeweils eine zentrale axiale Bohrung auf. Der erste Abschnitt 13 weist jedoch einen geringeren Innendurchmesser auf als der zweite Abschnitt 21.
In dem zweiten Abschnitt 21 ist ein rotationssymmetrischer, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen zylindrischer, Einsatz 23 angeordnet, der den zweiten Abschnitt 21 nahezu vollständig ausfüllt. Der Einsatz 23 ist drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 in angeordnet, indem er auf einer zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 13, 21 bestehenden Absatzfläche 25 drehbar aufliegt.
Es ist ein Verbindungselement vorgesehen, das den Einsatz 23 und die Sonde 17 entlang einer Verlängerung einer Längsachse der Sonde 17 verbindet. Diese rein axiale Verbindung gewährleistet, daß der Einsatz 23 und die Sonde 17 relativ zum Gehäuse 11 drehbar sind.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung eine Gewindestange 29. Der Einsatz 23 weist eine durchgehende zentrale axiale Bohrung 27 auf, deren dem ersten Abschnitt 13 zugewandtes Ende ein Innengewinde aufweist, in das die Gewindestange 29 eingeschraubt ist.
Die Sonde 17 ist endseitig mit einer Hülse 31 versehen, die eine zentrale axiale Bohrung 33 mit einem Innengewinde 35 aufweist. Sie ist mittels einer Schraubverbindung auf ein durch den ersten Abschnitt 13 hindurch führendes Ende der Gewindestange 29 aufgeschraubt. Ein von der Gewindestange 29 abgewandtes Ende des Hülse 31 geht entweder kontinuierlich in den in den Behälter 1 geführten Bereich der Sonde 17 über oder es ist, wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dargestellt, eine weitere axiale Bohrung 34 vorgesehen, in der ein in den Behälter 1 führender Bereich 18 der Sonde 17, z.B. durch Krimpung oder durch Klemmschrauben befestigt, ist.
Zwischen dem ersten Abschnitt 13 und der Gewindestange 29, der Hülse 31 und der Sonde 17 besteht ein ringzylindrischer Spalt 37. Dieser kann z.B. mit einem Dielektrikum ausgefüllt sein.
Natürlich können auch andere Verbindungselemente, die den Einsatz 23 und die Sonde 17 entlang einer Verlängerung der Längsachse der Sonde 17 verbinden, eingesetzt werden. So kann z.B. eine Stange eingesetzt werden, mit der der Einsatz 23 und die Sonde 17 mittels einer Schnappverbindung verbunden sind. Ebenso kann die Sonde 17 direkt in Verlängerung von deren Langsachse mit dem Einsatz 23 verbunden sein.
Zwischen einem von dem zweiten Abschnitt 23 abgewandten Ende des ersten Abschnitts 13 und der Sonde 17 ist eine Dichtung 39 angeordnet. In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Dichtung 39 ein Ring mit doppelt konischem Querschnitt, der die Sonde 17 umgibt. Sie besteht aus einem Dielektrikum, z.B. aus Polytetrafluorethylen (PTFE) .
Die Dichtung 39 weist eine konische äußere Mantelflache 41 auf, mit der sie an einer inneren Mantelflache des ersten Abschnittts 13 des Gehäuses 11 gegenüber dem Gehäuse 11 um eine Langsachse L der Sonde 17 drehbar anliegt. Zur Verbesserung der Drehbarkeit der Sonde 17 gegenüber dem Gehäuse 11 kann diese äußere Mantelflache 41 mit einem Schmierstoff, z.B. einem 01 oder einem Fett versehen sein.
Weiter weist die Dichtung 39 eine konische innere Mantelflache 43 auf, die auf einer äußeren Mantelflache der Sonde 17 anliegt und über die die Dichtung 39 beim Einschrauben der Sonde 17 in Richtung des zweiten Abschnitts 23 gepreßt ist.
Die Dichtung 39 erlaubt zusammen mit dem drehbar gelagerten Einsatz 23 in den die Gewindestange 29 eingeschraubt ist eine freie Drehung der Sonde 17 relativ zum Gehäuse 11. Beim Ein- und Ausbau des Füllstandsmeßgeräts ist eine Bewegung der Sonde 17 im Behalter 1, insb. eine Drehbewegung nicht erforderlich. Das Gehäuse 11 kann in den Stutzen 15 ein- bzw. ausgeschraubt werden, ohne daß sich die Sonde 17 hierbei bewegt. Zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung kann die Dichtung 39 innen und/oder außen ringförmig umlaufende Nuten 45, 47 aufweisen in die jeweils ein zusätzliches Dichtelement eingebracht ist. Während das Material der Dichtung 39 in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung eingeschränkt ist, kann das Material aus dem das oder die zusätzlichen Dichtlemente bestehen nahezu frei gewählt werden. Die zusätzlichen Dichtelemente sind in den Nuten 45, 47 geschützt angeordnet und müssen nicht dem gesamten unter Umständen recht hohen Druck im Behälter und der mechanischen Beanspruchung durch abrasive Füllgüter standhalten, da sie mit dem Füllgut nur sehr eingeschränkt in Berührung kommen.
Als zusätzliches Dichtelement eignet sich besonders in der äußeren Nut 47 eine Wellendichtung. Wellendichtungen erleichtern die Drehbarkeit der Sonde 17 gegenüber dem Gehäuse 11.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Füllstandsmeßgerät ist ein Klemmstift 49 vorgesehen, der bei Bedarf eine Fixierung des Einsatzes 23 und damit eine Unterbindung jeglicher Drehung der Sonde 17 relativ zum Gehäuse 11 ermöglicht. Dies ist z.B. beim Transport des Füllstandsmeßgeräts oder im eigentlichen Meßbetrieb im Anschluß an den Einbau des Füllstandsmeßgeräts von Vorteil.
Der Klemmstift 49 greift durch eine Öffnung 51 in einer Wand des zweiten Abschnitts 23 hindurch in eine Ausnehmung 53 im Einsatz 23 ein.
Das Füllstandsmeßgerät arbeitet z.B. wie bereits eingangs beschrieben mit elektromagnetischen Signalen, für die die Sonde 17 einen Wellenleiter bildet. In diesem Fall ist die Sonde 17 über die Gewindestange 29 mit einer, in Fig. 2 nicht dargestellten, elektronischen Schaltung verbunden, die die Sonde 17 im Betrieb mit elektromagnetischen Signalen speist.
Die Einkopplung von elektromagnetischen Signalen kann z.B. über eine Koaxialleitung erfolgen, deren Innenleiter über die Gewindestange 29 mit der Sonde 17 verbunden ist und deren Außenleiter z.B. über eine metallische Hülse mit dem Gehäuse 11 verbunden ist. Die Hülse kann z.B. über den Einsatz 23 gestülpt und in einer Nut im Gehäuse 11 drehbar gehaltert sein. In diesem Fall muß der Einsatz 23 aus einem Dielektrikum, z.B. aus Polyaryletherketon (PEEK) bestehen.
Alternativ kann eine Einkopplung verwendet werden, wie sie z.B. in der, am 31. Mai 2000 eingereichten Deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE-A 100 27 228.2 beschrieben ist. Eine solche Einkopplung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Sie besteht z.B. in einem in Fig. 3 dargestellten Halbring 55, der die Gewindestange 29 umgibt. Der Halbring 55 ist von der Gewindestange 29 beabstandet. Zur Aufnahme des Halbrings 55 mündet die im Einsatz 23 verlaufende Bohrung 27 an deren dem ersten Abschnitt 13 zugewandten Ende in einer zylindrischen Ausnehmung 57. Der Einsatz 23 besteht in diesem Fall aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, z.B. einem Edelstahl, und weist eine parallel zur Bohrung 27 verlaufende, in Fig. 2 nicht sichtbare, weitere Bohrung 59 auf. Weiter besteht ein Verbindungskanal 61 zwischen einem dem ersten Abschnitt 13 zugewandten Ende der Bohrung 59 und der Ausnehmung 57. Die Einkopplung ist an eine Koaxialleitung angeschlossen, über die die elektromagnetischen Signale zur Sonde 17 hin geführt und von dort wieder zurück geführt werden. Ein Innenleiter dieser Koaxialleitung ist über eine durch die Bohrung 59 und den Verbindungskanal 61 geführte Leitung 63 mit dem Halbring 55 verbunden. Ein Außenleiter ist mit dem elektrisch leifähigen, vorzugsweise mit Masse oder einem festen Bezugspotential verbundenen, Einsatz 23 verbunden. Über die Koaxialleitung, die Leitung 63 und den Halbring 55 auf die Sonde 17 eingekoppelte elektromagnetische Signale laufen entlang der Sonde zur Füllgutoberfläche, werden dort reflektiert und vom Füllstandsmeßgerät wieder empfangen. Deren Laufzeit ist ein Maß für den momentanen Füllstand.
Bei dem Meßgerät kann es sich natürlich auch, wie bereits eingangs erwähnt um ein kapazitives Füllstandsmeßgerät handeln, bei dem die Sonde 17 zusammen mit einer Wand des Behälters einen Kondensator bildet, dessen Kapazität von dem momentanen Füllstand abhängt. Die Kapazität wird mittels einer Meßschaltung erfaßt und in ein füllstandsabhängiges Meßsignal umgewandelt. Hierzu ist die Sonde 17 über die Gewindestange 29 mit einer in Fig. 2 nicht dargestellte Anschlußleitung verbunden, über die z.B. eine Wechselspannung an der Sonde 17 anliegt. In diesem Fall besteht der Einsatz 23 aus einem Isolator. Das Gehäuse 11 ist metallisch und Gehäuse 11 und Behälter 1 sind vorzugsweise geerdet. Als Meßschaltung eignet sich z.B. eine zur Freguenzmessung geeignete Oszillatorschaltung, an die der durch die Sonde 17 und den Behälter 1 gebildete Kondensator als ein frequenzbestimmendes Glied angeschlossen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Füllstandsmeßgerät zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes (5) in einem Behälter (1) , welches umfaßt:
- ein einen ersten Abschnitt (13) und einen zweiten Abschnitt (21) aufweisendes Gehäuse (11) ,
- dessen Abschnitte (13, 21) jeweils eine zentrale axiale Bohrung (27) aufweisen, wobei der erste Abschnitt (13) einen geringeren
Innendurchmesser aufweist als der zweite Abschnitt (21) ,
- eine an dem Gehäuse (11) vorgesehene Befestigungsvorrichtung (14) zur Befestigung des Füllstandsmeßgeräts (3) auf dem Behälter (1) ,
- einen in dem Gehäuse (11) drehbar gegenüber dem Gehäuse (11) angeordneten Einsatz (23), — der auf einer zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (13, 21) bestehenden Absatzfläche (25) drehbar aufliegt,
- eine in den Behälter (1) hinein ragende Sonde (17) , und - ein Verbindungselement,
- das den Einsatz (23) und die Sonde (17) entlang einer Verlängerung einer Längsachse der Sonde (17) verbindet.
2. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem das Verbindungselement eine in den Einsatz (23) eingeschraubte Gewindestange (2) ist und die Sonde (17) auf ein durch den ersten Abschnitt (13) hindurch führendes Ende der Gewindestange (29) aufgeschraubt ist.
3. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem zwischen einem von dem zweiten Abschnitt (21) abgewandten Ende des ersten Abschnitts (13) und der Sonde (17) eine Dichtung (39) angeordnet ist.
4. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 3, bei dem die Dichtung (39) eine konische äußere Mantelfläche (41) aufweist, mit der sie an einer inneren Mantelfläche des ersten Abschnittts (13) des Gehäuses (11) gegenüber dem Gehäuse (11) um eine Längsachse (L) der Sonde (17) drehbar anliegt.
5. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 3, bei dem die Dichtung (39) eine konische innere Mantelfläche (43) aufweist, die auf einer äußeren Mantelfläche der Sonde (17) anliegt und über die die Dichtung (39) beim Einschrauben der Sonde (17) in Richtung des zweiten Abschnitts (21) gepreßt ist.
6. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem die Dichtung (39) ein Ring mit doppelt konischem Querschnitt ist.
7. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem die Dichtung (39) innen und/oder außen eine ringförmig umlaufende Nut (45, 47) aufweist, in die ein zusätzliches Dichtelement eingebracht ist.
8. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 7, bei dem das zusätzliche Dichtelement eine Wellendichtung ist.
9. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem die
Sonde (17) im Betrieb mit elektromagnetischen Signalen gespeist wird, die entlang der Sonde (17) zur Füllgutoberfläche laufen, dort reflektiert und wieder empfangen werden und deren Laufzeit ein Maß für den momentanen Füllstand ist.
10. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem
- die Sonde (17) zusammen mit einer Wand des Behälters
(1) einen Kondensator bildet, -- dessen Kapazität von dem momentanen Füllstand abhängt und
— mittels einer Meßschaltung erfaßt und in ein füllstands-abhängiges Meßsignal umgewandelt wird.
11. Füllstandsmeßgerät nach Anspruch 1, bei dem eine Fixierung der Sonde (17) durch einen Klemmstift
(49) möglich ist, der durch eine Öffnung (51) in einer Wand des zweiten Abschnitts (21) hindurch in eine Ausnehmung (53) im Einsatz (23) eingreift.
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