EP1325351A1 - Device for measuring the filling level of a material in a container - Google Patents

Device for measuring the filling level of a material in a container

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EP1325351A1
EP1325351A1 EP01967276A EP01967276A EP1325351A1 EP 1325351 A1 EP1325351 A1 EP 1325351A1 EP 01967276 A EP01967276 A EP 01967276A EP 01967276 A EP01967276 A EP 01967276A EP 1325351 A1 EP1325351 A1 EP 1325351A1
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
container
filling material
opening
measurement signals
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01967276A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Müller
Wolfgang Lubcke
Winfried Maier
Thomas Malzahn
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the filling level of a filling material in a container with a signal generating unit that generates measurement signals, with at least one antenna that transmits the measurement signals in the direction of the surface of the filling material and that receives the measurement signals reflected on the surface of the filling material , and with a control / evaluation unit that determines the fill level of the filling material in the container on the basis of the running time of the measurement signals.
  • the measurement signals are preferably ultrasound signals or microwave signals.
  • Runtime methods take advantage of the physical laws, according to which the running distance is the product of the running time and the speed of propagation.
  • the running distance corresponds to twice the distance between the antenna and the surface of the product.
  • the useful echo signal i.e. the signal reflected on the surface of the product, and its transit time are determined using the so-called echo function or the digitized envelope, the envelope representing the amplitudes of the echo signals as a function of the distance 'antenna - surface of the product'.
  • the level itself then results from the difference between the known distance of the antenna to the bottom of the container and the distance of the surface of the medium to the antenna determined by the measurement.
  • the measurement signals are microwaves, both the pulse radar and the frequency modulation continuous wave radar (FMCW radar) can be used.
  • FMCW radar frequency modulation continuous wave radar
  • Microwave measuring devices that use pulse radar are sold by the applicant, for example under the name 'MICROPILOT'.
  • a device type that works with ultrasound signals is offered by the applicant, for example under the name 'PROSONIC'.
  • Both in the known ultrasonic measuring devices and in microwave measuring devices are the antennas via which the measuring signals in the direction of Surface of the filling material emitted or via which the measurement signals reflected on the surface of the filling material are received can be found in the lid area of the container. This arrangement is necessary so that the measurement signals strike the surface of the filling material essentially perpendicularly.
  • An antenna is preferably positioned in a nozzle which is already present in the lid of the container. In cases where there is no opening, it must be created specifically for the attachment of the antenna. In the simplest case, the measuring device is fastened in the nozzle opening of the cover via a flange.
  • the assembly and maintenance of a measuring device in the lid area of a container proves to be particularly cumbersome and difficult if no opening is provided there and an opening has to be created beforehand. Assembly and maintenance of the measuring device are particularly problematic for containers with large geometric dimensions - that is, the case common in industrial process and measuring technology.
  • openings in the side wall of the container in which the contents are stored can serve, for example, to accommodate a so-called bypass, that is to say a piece of pipe which is arranged parallel to the outer wall of the container.
  • they can also be provided for attaching a differential pressure sensor.
  • an opening must be provided both in the lower and in the upper region of the side wall of the container.
  • the already existing opening in the side wall can be a receiving opening for a pressure or temperature sensor or for a limit switch for determining and / or monitoring the maximum filling level of a filling material in the container. Whatever this opening was originally intended for - if it is located in the upper region of the side wall of the container, it can be used in connection with the device according to the invention.
  • the invention has for its object to propose a device that enables an inexpensive and simple assembly of a level measuring device, which works on the runtime principle, on a container.
  • an opening is provided in the upper region of a side wall of the container and in that the at least one antenna is positioned in this opening, the antenna being arranged or designed in this way is that the measurement signals are emitted essentially in the direction of the filling material or that the measuring signals reflected on the surface of the filling material are received by the antenna.
  • the transmitting and receiving unit can also be designed as separate units, it being entirely possible to arrange both antennas in a device designed as an integral unit.
  • openings in the upper region of the side wall of the container are preferably used on the one hand for the assembly of the fill level measuring device, the openings on the other hand already being present there. Both measures can of course considerably simplify the assembly and maintenance of the level measuring device. In many cases, the customer would also like to replace the existing differential pressure measurement technology with a measurement technology that works with electromagnetic measurement signals.
  • the antenna is essentially an elongated element, the outer dimensions of which are larger in the longitudinal direction and smaller in the transverse direction than the inner dimensions of the opening. Because of this configuration, it is possible to insert the antenna from the outside through the side wall into the interior of the container and to adjust it such that the measurement signals are emitted essentially in the direction of the surface of the filling material. In the simplest case, the antenna is adjusted by correspondingly rotating the elongated element about the longitudinal axis.
  • the antenna can be, for example, a leaky waveguide, a ridge waveguide or a Yagi antenna.
  • a separate rod antenna or a separate home antenna can also be provided as the antenna.
  • the rod antenna or the horn antenna is then preferably arranged in a foldable manner in the region of the end face of the elongate element.
  • the rod or horn antenna is oriented in the direction of the longitudinal axis of the elongate element, the antenna being dimensioned in this position in such a way that it is passed through from the outside Opening can be pushed.
  • the rod or horn antenna is pivoted through 90 ° so that it can now transmit the measurement signals in the direction of the surface of the filling material or can receive the measurement signals reflected on the surface ,
  • An advantageous embodiment provides an additional sensor that determines at least one process variable in the container.
  • This additional sensor is connected to the antenna, which determines the fill level over the transit time of measurement signals.
  • the additional sensor is preferably attached in the direction of the longitudinal axis of the antenna.
  • the additional sensor can be, for example, a vibration detector, that is to say a limit switch Determine and / or monitor the level in the container, act as a pressure sensor or a temperature sensor.
  • An advantageous development of the device according to the invention proposes that two antennas are arranged in or on the elongated element, which transmit measurement signals of different frequencies in the direction of the surface of the filling material or which receive the measuring signals reflected on the surface of the filling material ,
  • two antennas are arranged in and / or on the elongate element, one being used as a transmitting unit and the other as a receiving unit for measurement signals of a predetermined frequency. In the latter case, it is therefore a level sensor with a separate transmitter and receiver unit.
  • At least the additional sensor is a sensor that corresponds to a specified safety standard.
  • the following security standards can include: B. fulfilled by the sensor: Water Resources Act, ordinance regarding flammable liquids, Safety Integrity Level (SIL).
  • SIL Safety Integrity Level
  • a metallic shield can be found in the antenna area which is arranged in the opening of the side wall of the container or in an antenna area which is arranged in the immediate vicinity of the opening in the side wall of the container , This configuration effectively eliminates interference signals caused by reflections in the opening of the container wall (the so-called bell ringing), on the container wall or on adjacent internals inside the container.
  • the shield can be, for example, a metal sleeve.
  • an embodiment of the device according to the invention proposes that the additional sensor and / or that the antenna is / is provided with a protective layer, in particular with a dielectric protective layer, at least in the area that projects into the interior of the container.
  • a protective layer in particular with a dielectric protective layer, at least in the area that projects into the interior of the container.
  • This configuration is particularly advantageous when the antenna and / or the additional sensor come into direct contact with the filling material.
  • Protective layers that can be used in connection with the present invention have become known, for example, from EP 0 669 673 B1.
  • an outer housing which is fastened in the opening in the upper region of the side wall of the container, and that the antenna or the antenna with the additional sensor is positioned in the outer housing ,
  • the outer housing is with the container z. B. firmly connected via a flange.
  • the outer housing preferably consists of a dielectric material.
  • the antenna is arranged in the outer housing such that it can be rotated or pivoted about its longitudinal axis. An adjustment with respect to the recess described above is therefore easily possible. Adjustment is particularly necessary if the hole pattern of the customer flange is unknown. A radiation in the direction of the filling material is only guaranteed if the radiation direction is variable and adjustable relative to the hole pattern of the flange.
  • the measurement signals are conducted from the signal generation unit to the antenna via a conductive element.
  • the conductive element is e.g. B. a coaxial cable, a waveguide or a waveguide.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention.
  • the antenna 7 is integrated in the elongated element 8.
  • the outer dimensions of the elongated element 8 are larger in the longitudinal direction and smaller in the transverse direction than the inner dimensions of the opening 6, which can be found in the upper region of the side wall 5 of the container 4. Due to the dimensioning of the elongated element 8, it is possible to guide the antenna 7 through the opening 6 into the interior of the container 4 and to place it in such a way that the measurement signals strike the surface 3 of the filling material 2 essentially perpendicularly and accordingly into the antenna 7 are reflected back.
  • an asymmetrical horn antenna is used in the embodiment shown in FIGS. 3 and 3a.
  • the device 1 according to the invention is designed as a compact device, the Electronics part 11, ie the signal generation unit and the control / evaluation unit, is located outside the container 4.
  • the design as a compact device is of course not mandatory.
  • a metallic protective layer 35 is provided in the corresponding area of the elongate element 8. Comparable configurations have already become known in connection with a rod antenna from EP 0 834 722 A2. The key word for embodiments of this type is: 'inactive length'.
  • the measurement signals are guided within the elongate element 8 via a coaxial cable 9, the measurement signals are guided via a waveguide 12 in the embodiment shown in FIG. 2 Waveguides are used. Furthermore, the measurement signals can also be fed directly into the horn antenna 16 via a microstrip line arranged on a circuit board.
  • the elongate element 8 is also covered with a dielectric protective layer 36.
  • the elongate element 8 is made of a conductive material, in particular a metal.
  • the measuring device is therefore characterized by its high resistance to aggressive filling materials and vapors. If the elongate element 8 is made of a conductive material, the measurement signals are emitted or received via a dielectric window 13 provided in the metallic casing.
  • the antenna is not integrated into the elongate element 8, as shown in FIGS. 1 to 4. Rather, the measurement signals are emitted or received via a rod antenna 14 which is oriented in a first position, the assembly position, in the longitudinal direction of the elongated element 8 and which is rotated by 90 ° via the swivel mechanism 15 in a second position, the measurement position so that the measurement signals are now radiated in the desired direction onto the surface 3 of the filling material 2 or that the measurement signals reflected on the surface 3 of the filling material 2 are received by the rod antenna 14.
  • a rod antenna 14 which is oriented in a first position, the assembly position, in the longitudinal direction of the elongated element 8 and which is rotated by 90 ° via the swivel mechanism 15 in a second position, the measurement position so that the measurement signals are now radiated in the desired direction onto the surface 3 of the filling material 2 or that the measurement signals reflected on the surface 3 of the filling material 2 are received by the rod antenna 14.
  • FIG. 6 A variant of the device according to the invention is shown in FIG. 6:
  • a horn antenna 16 is arranged in the end region of a flexible waveguide 17.
  • the longitudinal axis of the horn antenna 16 virtually forms the continuation of the longitudinal axis of the elongate element 8 or the flexible waveguide 17.
  • the horn antenna 16 is pivoted by 90 °, so that the aperture of the horn antenna 16 is now aligned in the direction of the surface 3 of the filling material 2.
  • FIG. 7 Another possibility of designing the antenna 7 can be seen in FIG. 7.
  • a so-called Yagi antenna 18 is used here.
  • a slot waveguide antenna 19 is used in FIG. 8.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the device 1 according to the invention with a separate transmitting antenna 20 and receiving antenna 21.
  • FIG. 10 A particularly advantageous embodiment of the device 1 according to the invention is shown in FIG. 10.
  • the elongated element 8 with an integrated antenna 7 is arranged in a protective tube 22 made of a dielectric material.
  • the protective tube 22 is fixedly mounted in the opening 6 via a flange 25.
  • this is positioned in the protective tube 22 and fastened to the connection piece via the flange 10.
  • an installation and removal z. B. for maintenance of the device 1 according to the invention if the filling 2 in the container 4 extends beyond the opening 6.
  • FIGS. 12 to 16 show embodiments of the device 1 according to the invention, in which an additional sensor for determining and / or monitoring the fill level is provided on the preferably elongate element 8.
  • the additional sensor is, for example, a conductive sensor 26 (FIG. 12), a capacitive sensor 28 (FIG. 13) or a vibration detector (FIG. 13).
  • a further sensor for continuous level measurement or level monitoring can be used, it can either be an ultrasonic sensor 32 (FIG. 15) or a second microwave sensor 31 (FIG. 16), which with measurement signals Measuring frequency f2 works, which is different from the measuring frequency f1 of the first microwave sensor 30.
  • FIG. 16 also shows the configuration of the device 1 according to the invention, in which the sensor 1 communicates with a remote control point 33 via a bus line 34.
  • any known transmission standard can be used for communication.

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Abstract

The invention relates to a device for measuring the filling level of a material (2) in a container by means of a signal generating unit. Said device is comprised of at least one antenna (7) which emits measuring signals in the direction of the surface (3) of the material (2) and receives measuring signals reflected on the surface (3) of the material (2). The inventive device also comprises an adjusting unit and an evaluation unit which determines the level of the material (2) in the container (4) based on the propagation time of the measured signals. The aim of the invention is to produce a device (1) enabling low-cost and easy assembly of a filling level measuring device operating according to the propagation time principle on a container (4). This is achieved by providing an opening (6) in an upper area of a side wall (5) in the container (4) and by disposing at least one antenna (7) in said opening (6). The antenna (7) is arranged or configured in such a way that the measuring signals are emitted essentially in the direction of the surface (3) of the material (2), or the measuring signals reflected on the surface (3) of the material (2) are received by the at least one antenna (7).

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter Device for determining the fill level of a product in a container
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die Meßsignale erzeugt, mit zumindest einer Antenne, die die Meßsignale in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussendet und die die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale empfängt, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der Laufzeit der Meßsignale den Füllstand des Füllguts in dem Behälter bestimmt. Bei den Meßsignalen handelt es sich bevorzugt um Ultraschallsignale oder um Mikrowellensignale.The invention relates to a device for determining the filling level of a filling material in a container with a signal generating unit that generates measurement signals, with at least one antenna that transmits the measurement signals in the direction of the surface of the filling material and that receives the measurement signals reflected on the surface of the filling material , and with a control / evaluation unit that determines the fill level of the filling material in the container on the basis of the running time of the measurement signals. The measurement signals are preferably ultrasound signals or microwave signals.
Laufzeitverfahren nutzen die physikalische Gesetzmäßigkeit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus Laufzeit und Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Im Falle der Füllstandsmessung entspricht die Laufstrecke dem doppelten Abstand zwischen Antenne und Oberfläche des Füllguts. Das Nutzechosignal, also das an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Signal, und dessen Laufzeit werden anhand der sog. Echofunktion bzw. der digitalisierten Hüllkurve bestimmt, wobei die Hüllkurve die Amplituden der Echosignale als Funkton des Abstandes 'Antenne - Oberfläche des Füllguts' wiedergibt. Der Füllstand selbst ergibt sich dann aus der Differenz zwischen dem bekannten Abstand der Antenne zum Boden des Behälters und dem durch die Messung bestimmten Abstand der Oberfläche des Füllguts zur Antenne.Runtime methods take advantage of the physical laws, according to which the running distance is the product of the running time and the speed of propagation. In the case of level measurement, the running distance corresponds to twice the distance between the antenna and the surface of the product. The useful echo signal, i.e. the signal reflected on the surface of the product, and its transit time are determined using the so-called echo function or the digitized envelope, the envelope representing the amplitudes of the echo signals as a function of the distance 'antenna - surface of the product'. The level itself then results from the difference between the known distance of the antenna to the bottom of the container and the distance of the surface of the medium to the antenna determined by the measurement.
Es können alle bekannten Verfahren angewendet werden, die es ermöglichen, verhältnismäßig kurze Entfernungen mittels reflektierter Meßsignale zu bestimmen. Handelt es sich bei den Meßsignalen um Mikrowellen, so kann sowohl das Pulsradar als auch das Frequenzmodulations-Dauerstrichradar (FMCW-Radar) zum Einsatz kommen. Mikrowellenmeßgeräte, die Pulsradar verwenden, werden von der Anmelderin beispielsweise unter der Bezeichnung 'MICROPILOT' vertrieben. Ein Gerätetyp, der mit Ultraschall-signalen arbeitet, wird von der Anmelderin beispielsweise unter der Bezeichnung 'PROSONIC' angeboten.All known methods can be used which make it possible to determine relatively short distances by means of reflected measurement signals. If the measurement signals are microwaves, both the pulse radar and the frequency modulation continuous wave radar (FMCW radar) can be used. Microwave measuring devices that use pulse radar are sold by the applicant, for example under the name 'MICROPILOT'. A device type that works with ultrasound signals is offered by the applicant, for example under the name 'PROSONIC'.
Sowohl bei den bekannten Ultraschallmeßgeräten als auch bei Mikrowellenmeßgeräten sind die Antennen, über die die Meßsignale in Richtung der Oberfläche des Füllguts ausgesendet bzw. über die die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale empfangen werden, im Deckelbereich des Behälters zu finden. Diese Anordnung ist erforderlich, damit die Meßsignale im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche des Füllguts auftreffen. Bevorzugt wird eine Antenne in einem Stutzen positioniert, der bereits im Deckel des Behälters vorhanden ist. In Fällen, in denen keine Öffnung vorhanden ist, muß sie eigens für die Anbringung der Antenne geschaffen werden. Die Befestigung des Meßgerätes in der Stutzenöffnung des Deckels erfolgt im einfachsten Fall über einen Flansch. Die Montage und Wartung eines Meßgeräts im Deckelbereich eines Behälters erweist sich insbesondere dann als umständlich und schwierig, wenn dort keine Öffnung vorgesehen ist und vorab eine Öffnung geschaffen werden muß. Besonders problematisch gestalten sich Montage und Wartung des Meßgeräts bei Behältern mit großen geometrischen Abmessungen - also dem in der industriellen Prozeß- und Meßtechnk üblichen Fall.Both in the known ultrasonic measuring devices and in microwave measuring devices are the antennas via which the measuring signals in the direction of Surface of the filling material emitted or via which the measurement signals reflected on the surface of the filling material are received can be found in the lid area of the container. This arrangement is necessary so that the measurement signals strike the surface of the filling material essentially perpendicularly. An antenna is preferably positioned in a nozzle which is already present in the lid of the container. In cases where there is no opening, it must be created specifically for the attachment of the antenna. In the simplest case, the measuring device is fastened in the nozzle opening of the cover via a flange. The assembly and maintenance of a measuring device in the lid area of a container proves to be particularly cumbersome and difficult if no opening is provided there and an opening has to be created beforehand. Assembly and maintenance of the measuring device are particularly problematic for containers with large geometric dimensions - that is, the case common in industrial process and measuring technology.
In vielen Fällen befinden sich jedoch auch Öffnungen in der Seitenwand des Behälters, in dem das Füllgut gelagert ist. Diese Öffnungen können beispielsweise zur Aufnahme eines sog. Bypasses, also eines Rohrstückes, das parallel zur Außenwand des Behälters angeordnet ist, dienen. Sie können aber auch zur Anbringung eines Differenz-drucksensors vorgesehen sein. In Bezug auf beide Varianten muß sowohl im unteren und als auch im oberen Bereich der Seitenwand des Behälters je eine Öffnung vorhanden sein. Weiterhin kann es sich bei der bereits vorhandenen Öffnung in der Seiten-wand um eine Aufnahme- Öffnung für einen Druck- oder Temperatursensor oder für einen Grenzschalter zur Bestimmung und/oder Überwachung der maximalen Füllhöhe eines Füllguts in dem Behälter handeln. Wozu auch immer diese Öffnung ursprünglich gedacht war - Befindet sie sich im oberen Bereich der Seitenwand des Behälters, so ist sie im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar.In many cases, however, there are also openings in the side wall of the container in which the contents are stored. These openings can serve, for example, to accommodate a so-called bypass, that is to say a piece of pipe which is arranged parallel to the outer wall of the container. However, they can also be provided for attaching a differential pressure sensor. With regard to both variants, an opening must be provided both in the lower and in the upper region of the side wall of the container. Furthermore, the already existing opening in the side wall can be a receiving opening for a pressure or temperature sensor or for a limit switch for determining and / or monitoring the maximum filling level of a filling material in the container. Whatever this opening was originally intended for - if it is located in the upper region of the side wall of the container, it can be used in connection with the device according to the invention.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine kostengünstige und einfache Montage eines Füllstandsmeßgeräts, das nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, an einem Behälter ermöglicht.The invention has for its object to propose a device that enables an inexpensive and simple assembly of a level measuring device, which works on the runtime principle, on a container.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im oberen Bereich einer Seitenwand des Behälters eine Öffnung vorgesehen ist und daß die zumindest eine Antenne in dieser Öffnung positioniert ist, wobei die Antenne so angeordnet bzw. ausgestaltet ist, daß die Meßsignale im wesentlichen in Richtung des Füllguts abstrahlt werden bzw. daß die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale von der Antenne empfangen werden. Selbstver-ständlich können Sende- und Empfangseinheit auch als separate Einheiten ausgebildet sein, wobei es durchaus möglich ist, beide Antennen in einer als integrale Einheit ausgebildeten Vorrichtung anzuordnen.The object is achieved in that an opening is provided in the upper region of a side wall of the container and in that the at least one antenna is positioned in this opening, the antenna being arranged or designed in this way is that the measurement signals are emitted essentially in the direction of the filling material or that the measuring signals reflected on the surface of the filling material are received by the antenna. Of course, the transmitting and receiving unit can also be designed as separate units, it being entirely possible to arrange both antennas in a device designed as an integral unit.
Wie bereits zuvor erwähnt, werden für die Montage des Füllstandsmeßgeräts einerseits bevorzugt Öffnungen im oberen Bereich der Seitenwand des Behälters verwendet, wobei die Öffnungen andererseits dort bereits vorhanden sind. Durch beide Maßnahmen lassen sich Montage und Wartung des Füllstandsmeßgeräts natürlich erheblich vereinfachen. In vielen Fällen möchte der Kunde auch die vorhandene Differenzdruckmeßtechnik durch eine Meßtechnik, die mit elektromagnetischen Meßsignalen arbeitet, ersetzen.As already mentioned above, openings in the upper region of the side wall of the container are preferably used on the one hand for the assembly of the fill level measuring device, the openings on the other hand already being present there. Both measures can of course considerably simplify the assembly and maintenance of the level measuring device. In many cases, the customer would also like to replace the existing differential pressure measurement technology with a measurement technology that works with electromagnetic measurement signals.
Das Ersetzen eines Differenzdrucksensors durch ein Meßgerät, das mit frei abgestrahlten Meßsignalen arbeitet, bietet gleich mehrere Vorteile:Replacing a differential pressure sensor with a measuring device that works with freely emitted measuring signals offers several advantages:
- Verringerung des Installationsaufwandes: Bei der Differenzdruckmessung müssen grundsätzlich zwei Größen erfaßt werden, nämlich der statische Druck einer Flüssigkeit und z. B. der Druck eines Gaspolsters. Zur Erfassung der beiden Größen müssen in der Außenwand des Behälters zumindest zwei Öffnungen vorgesehen sein. Darüber hinaus ist eine die beiden Meßstellen verbindende Rohrleitung erforderlich. Bei derartigen Rohrleitungen besteht eine Verstopfungsgefahr, insbesondere wenn der Druck in dickflüssigen Füllgütern gemessen wird.- Reduction of the installation effort: When measuring the differential pressure, two variables must be recorded, namely the static pressure of a liquid and z. B. the pressure of a gas cushion. To detect the two sizes, at least two openings must be provided in the outer wall of the container. In addition, a pipe connecting the two measuring points is required. With such pipelines, there is a risk of clogging, especially if the pressure is measured in viscous products.
- Gefahr durch Auslaufen von Füllgut: Öffnungen im unteren Bereich des Behälters stellen natürlich immer ein Risiko dar, insbesondere wenn in dem Behälter giftige Füllguter gelagert sind.- Danger due to leakage of contents: Openings in the lower area of the container naturally always pose a risk, especially if toxic contents are stored in the container.
- Arbeitsaufwand bei der Wartung und beim Austausch eines Differenzdrucksensors: Um ein Gerät, das im unteren Bereich des Behälters angeordnet ist, auszutauschen, ist es prinzipiell erforderlich, den Behälter vorab zu entleeren.- Work involved in maintenance and when replacing a differential pressure sensor: In order to replace a device that is arranged in the lower area of the container, it is in principle necessary to empty the container beforehand.
Wie bereits gesagt, ist es im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf sehr einfache Art und Weise möglich, einen in der Seitenwand des Behälters montierten Differenzdrucksensor durch einen Mikrowellen- oder Ulraschallsensor zu ersetzen.As already said, it is possible in the context of the device according to the invention in a very simple manner, one in the side wall of the container mounted differential pressure sensor to be replaced by a microwave or ultrasonic sensor.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Antenne im wesentlichen um ein längliches Element, dessen Außenabmessungen in Längsrichtung größer und in Querrichtung kleiner sind als die Innenabmessungen der Öffnung. Aufgrund dieser Ausge-staltung ist es möglich, die Antenne von außen durch die Seitenwand in den Innenraum des Behälters einzubringen und so zu justieren, daß die Meß-signale im wesentlichen in Richtung der Oberfläche des Füllguts abgestrahlt werden. Die Justierung der Antenne erfolgt im einfachsten Fall durch ein entsprechendes Verdrehen des länglichen Elements um die Längsachse. Bei der Antenne kann es sich beispielsweise um einen Leckwellenleiter, einen Stegwellenleiter oder um eine Yagi-Antenne handeln. Weiterhin ist es möglich, die Antenne als Hornstrahler mit symmetrischem oder asymmetri-schem Hörn auszugestalten, wobei das Hörn bevorzugt in das längliche Element integriert ist.According to a favorable further development of the device according to the invention, the antenna is essentially an elongated element, the outer dimensions of which are larger in the longitudinal direction and smaller in the transverse direction than the inner dimensions of the opening. Because of this configuration, it is possible to insert the antenna from the outside through the side wall into the interior of the container and to adjust it such that the measurement signals are emitted essentially in the direction of the surface of the filling material. In the simplest case, the antenna is adjusted by correspondingly rotating the elongated element about the longitudinal axis. The antenna can be, for example, a leaky waveguide, a ridge waveguide or a Yagi antenna. Furthermore, it is possible to design the antenna as a horn with symmetrical or asymmetrical horns, the horns preferably being integrated into the elongated element.
Alternativ kann als Antenne auch eine separate Stabantenne oder eine separate Homantenne vorgesehen sein. Die Stabantenne oder die Hornantenne ist dann bevorzugt klappbar im Bereich der Stirnseite des länglichen Elements angeordnet. Um die Antenne durch die Öffnung in der Behälterwand in den Innenraum des Behälters einbringen zu können, ist die Stab- bzw. Hornantenne in Richtung der Längsachse des länglichen Elements orientiert, wobei die Antenne in dieser Position so dimensioniert ist, daß sie von außen durch die Öffnung geschoben werden kann. Ist das längliche Element und insbesondere die Antenne im Innenraum des Behälters angeordnet, wird die Stab- bzw. die Hornantenne um 90° geschwenkt, so daß sie die Meßsignale nunmehr in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussenden bzw. die an der Oberfläche reflektierten Meßsignale empfangen kann.Alternatively, a separate rod antenna or a separate home antenna can also be provided as the antenna. The rod antenna or the horn antenna is then preferably arranged in a foldable manner in the region of the end face of the elongate element. In order to be able to introduce the antenna through the opening in the container wall into the interior of the container, the rod or horn antenna is oriented in the direction of the longitudinal axis of the elongate element, the antenna being dimensioned in this position in such a way that it is passed through from the outside Opening can be pushed. If the elongated element and in particular the antenna are arranged in the interior of the container, the rod or horn antenna is pivoted through 90 ° so that it can now transmit the measurement signals in the direction of the surface of the filling material or can receive the measurement signals reflected on the surface ,
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht einen zusätzlichen Sensor vor, der zumindest eine Prozeßvariable in dem Behälter bestimmt. Dieser zusätzliche Sensor ist mit der Antenne, die den Füllstand über die Laufzeit von Meßsignalen bestimmt, verbunden. Bevorzugt ist der zusätzliche Sensor in Richtung der Längsachse der Antenne befestigt. Bei dem zusätzlichen Sensor kann es sich beispielsweise um einen Vibrationsdetektor, also einen Grenz-schalter zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes in dem Behälter, einen Drucksensor oder einen Temperatursensor handeln. Eine vor-teilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß in oder an dem länglichen Element zwei Antennen angeordnet sind, die Meß-signale unterschiedlicher Frequenz in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussenden bzw. die die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Meß-signale empfangen. Darüber hinaus ist - wie bereits an vorhergehender Stelle beschrieben - vorgesehen, daß in und/oder an dem länglichen Element zwei Antennen angeordnet sind, wobei die eine als Sendeeinheit und die andere als Empfangseinheit für Meßsignale einer vorgegebenen Frequenz eingesetzt ist. In letzterem Fall handelt es sich also um einen Füllstandssensor mit getrennter Sende- und Empfangseinheit.An advantageous embodiment provides an additional sensor that determines at least one process variable in the container. This additional sensor is connected to the antenna, which determines the fill level over the transit time of measurement signals. The additional sensor is preferably attached in the direction of the longitudinal axis of the antenna. The additional sensor can be, for example, a vibration detector, that is to say a limit switch Determine and / or monitor the level in the container, act as a pressure sensor or a temperature sensor. An advantageous development of the device according to the invention proposes that two antennas are arranged in or on the elongated element, which transmit measurement signals of different frequencies in the direction of the surface of the filling material or which receive the measuring signals reflected on the surface of the filling material , In addition, as already described at the previous point, provision is made for two antennas to be arranged in and / or on the elongate element, one being used as a transmitting unit and the other as a receiving unit for measurement signals of a predetermined frequency. In the latter case, it is therefore a level sensor with a separate transmitter and receiver unit.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß es sich zumindest bei dem zusätzlichen Sensor um einen Sensor handelt, der einem vorgegebenen Sicherheits-standard entspricht. Folgende Sicherheitsstandards können z. B. von dem Sensor erfüllt sein: Wasserhaushaltsgesetz, Verordnung hinsichtlich brennbarer Flüssigkeiten, Safety Integrity Level (SIL). Der Vorteil für den Nutzer einer derartigen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß bei Verwendung eines Sensors, der zumindest einem Sicherheitsstandard entspricht, geringere Versicherungsprämien anfallen, was die Betriebskosten erheblich herabsetzen kann.According to a particularly advantageous development of the device according to the invention, it is proposed that at least the additional sensor is a sensor that corresponds to a specified safety standard. The following security standards can include: B. fulfilled by the sensor: Water Resources Act, ordinance regarding flammable liquids, Safety Integrity Level (SIL). The advantage for the user of such a device can be seen in the fact that, when using a sensor which corresponds to at least one safety standard, lower insurance premiums are incurred, which can significantly reduce the operating costs.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß in dem Antennenbereich, der in der Öffnung der Seitenwand des Behälters angeordnet ist oder daß in einem Antennenbereich, der in unmittelbarer Nähe zur Öffnung in der Seitenwand des Behälters angeordnet ist, eine metallische Abschirmung zu finden ist. Durch diese Ausgestaltung lassen sich Störsignale, die durch Reflexionen in der Öffnung der Behälter-wand (das sog. Stutzenklingeln), an der Behälterwand oder an benachbarten Einbauten im Innern des Behälters verursacht werden, effektiv elimieren. Bei der Abschirmung kann es sich beispielsweise um eine Metallhülse handeln.An advantageous further development of the device according to the invention provides that a metallic shield can be found in the antenna area which is arranged in the opening of the side wall of the container or in an antenna area which is arranged in the immediate vicinity of the opening in the side wall of the container , This configuration effectively eliminates interference signals caused by reflections in the opening of the container wall (the so-called bell ringing), on the container wall or on adjacent internals inside the container. The shield can be, for example, a metal sleeve.
Um die Antenne und/oder den Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen den Einfluß eines aggressiven Füllguts zu schützen, schlägt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß der zusätzliche Sensor und/oder daß die Antenne zumindest in dem Bereich, der in den Innenraum des Behälters hineinragt, mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer dielektrischen Schutzschicht versehen sind/ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn die Antenne und/oder der zusätzliche Sensor in direkten Kontakt mit dem Füllgut kommen/kommt. Schutzschichten, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise aus der EP 0 669 673 B1 bekannt geworden.In order to protect the antenna and / or the sensor of the device according to the invention against the influence of an aggressive filling material, an embodiment of the device according to the invention proposes that the additional sensor and / or that the antenna is / is provided with a protective layer, in particular with a dielectric protective layer, at least in the area that projects into the interior of the container. This configuration is particularly advantageous when the antenna and / or the additional sensor come into direct contact with the filling material. Protective layers that can be used in connection with the present invention have become known, for example, from EP 0 669 673 B1.
Um die Wartung und Montage zu erleichtern, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Außengehäuse vorgesehen, das in der Öffnung im oberen Bereich der Seitenwand des Behälters befestigt ist, und daß die Antenne oder die Antenne mit dem zusätzlichen Sensor in dem Außengehäuse positioniert ist. Das Außen-gehäuse ist mit dem Behälter z. B. über einen Flansch fest verbunden. Bevorzugt besteht das Außengehäuse aus einem dielektrischen Material. Allerdings ist es auch möglich, das Außengehäuse aus einem leitfähigen Material zu fertigen, das auf der dem Füllgut zugewandten Seite eine Aussparung aufweist. In dieser als Aus- und Eintrittsöffnung für die Meß-signale fungierende Aussparung ist ein Einsatz aus einem dielektrischen Material vorgesehen.In order to facilitate maintenance and assembly, according to an advantageous embodiment of the device according to the invention, an outer housing is provided which is fastened in the opening in the upper region of the side wall of the container, and that the antenna or the antenna with the additional sensor is positioned in the outer housing , The outer housing is with the container z. B. firmly connected via a flange. The outer housing preferably consists of a dielectric material. However, it is also possible to manufacture the outer housing from a conductive material which has a recess on the side facing the filling material. An insert made of a dielectric material is provided in this recess, which functions as an exit and entry opening for the measurement signals.
Um eine optimale Abstrahlung bzw. um einen optimalen Empfang der Meßsignale zu gewährleisten, ist die Antenne drehbar bzw. schwenkbar um ihre Längsachse in dem Außengehäuse angeordnet ist. Eine Justierung bezüglich der zuvor beschriebenen Aussparung ist daher problemlos möglich. Eine Justierung ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Lochbild des Kundenflansches unbekannt ist. Eine Abstrahlung in Richtung auf das Füllgut ist aber nur dann gewährleistet, wenn die Abstrahlrichtung relativ zum Lochbild des Flansches variabel und justierbar ist.In order to ensure optimum radiation or to ensure optimal reception of the measurement signals, the antenna is arranged in the outer housing such that it can be rotated or pivoted about its longitudinal axis. An adjustment with respect to the recess described above is therefore easily possible. Adjustment is particularly necessary if the hole pattern of the customer flange is unknown. A radiation in the direction of the filling material is only guaranteed if the radiation direction is variable and adjustable relative to the hole pattern of the flange.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Meßsignale über ein leitendes Element von der Signalerzeugungseinheit zu der Antenne geführt. Bei dem leitenden Element handelt es sich z. B. um ein Koaxkabel, um einen Wellenleiter oder um einen Hohlleiter. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Meßsignale über eine Platine mit Mikrostripleitung direkt in die Antenne einzuspeisen. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, the measurement signals are conducted from the signal generation unit to the antenna via a conductive element. The conductive element is e.g. B. a coaxial cable, a waveguide or a waveguide. Of course, it is also possible to feed the measurement signals directly into the antenna via a circuit board with a microstrip line. The invention is illustrated by the following drawings. It shows:
Fig. 1 : eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Meßsignale über ein Koaxkabel eingespeist werden,1: an embodiment of the device according to the invention, in which the measurement signals are fed in via a coax cable,
Fig. 2: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Meßsignale über einen Hohlleiter eingespeist werden,2: an embodiment of the device according to the invention, in which the measurement signals are fed in via a waveguide,
Fig. 3: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit asymmetrischer Hornantenne,3: an embodiment of the device according to the invention with an asymmetrical horn antenna,
Fig. 3a: einen Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A in Fig. 3,3a: a cross section according to the marking A in Fig. 3,
Fig. 4: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Meßsignale über ein dielektrisches Fenster ausgesendet bzw. empfangen werden,4: an embodiment of the device according to the invention, in which the measurement signals are transmitted or received via a dielectric window,
Fig. 5: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schwenkbarer Stabantenne,5: an embodiment of the device according to the invention with a pivotable rod antenna,
Fig. 6: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit flexibel angeordneter Hornantenne,6: an embodiment of the device according to the invention with a flexibly arranged horn antenna,
Fig. 7: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der als Antenne eine Yagi-Antenne verwendet wird,7: an embodiment of the device according to the invention in which a Yagi antenna is used as the antenna,
Fig. 8: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der als Antenne eine Schlitzhohlleiter-Antenne verwendet wird,8: an embodiment of the device according to the invention in which a slot waveguide antenna is used as the antenna,
Fig. 9: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit getrennter Sende- und Empfangsantenne,9: an embodiment of the device according to the invention with separate transmitting and receiving antenna,
Fig. 10: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dielektrischem Schutzrohr, Fig. 11 : eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit metallischem Schutzrohr und dielektrischem Fenster,10: an embodiment of the device according to the invention with a dielectric protective tube, 11: an embodiment of the device according to the invention with a metallic protective tube and dielectric window,
Fig. 12: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zusätzlichem konduktivem Sensor,12: an embodiment of the device according to the invention with an additional conductive sensor,
Fig. 13: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zusätzlichem kapazitivem Sensor,13: an embodiment of the device according to the invention with an additional capacitive sensor,
Fig. 14: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zusätzlichem Vibrationsdetektor,14: an embodiment of the device according to the invention with an additional vibration detector,
Fig. 15: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zusätzlichem Ultraschallsensor und15: an embodiment of the device according to the invention with an additional ultrasonic sensor and
Fig. 16: eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Laufzeitsensoren, die mit Meßsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten.16: an embodiment of the device according to the invention with two transit time sensors which work with measurement signals with different frequencies.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Antenne 7 ist in dem länglichen Element 8 integriert. Die Außenab-messungen des länglichen Elements 8 sind in Längsrichtung größer und in Querrichtung kleiner sind als die Innenabmessungen der Öffnung 6, die im oberen Bereich der Seitenwand 5 des Behälters 4 zu finden ist. Aufgrund der Dimensionierung des länglichen Elements 8 ist es möglich, die Antenne 7 durch die Öffnung 6 in den Innenraum des Behälters 4 zu führen und so zu plazieren, daß die Meßsignale im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche 3 des Füllguts 2 auftreffen und entsprechend in die Antenne 7 zurückreflektiert werden. Bei der Antenne 7, die Meßsignale in Richtung der Oberfläche 3 des Füllguts 2 aussendet und die die an der Oberfläche 3 des Füllguts 2 reflektierten Meßsignale empfängt, handelt es sich um eine symmetrische Hornantenne 16 mit kreisförmigem Querschnitt. Eine asymmetrische Horn-antenne kommt übrigens bei der in den Figuren Fig. 3 und Fig. 3a gezeigten Ausführungsform zur Anwendung. In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 als Kompaktgerät ausgebildet, wobei sich der Elektronikteil 11 , sprich die Signalerzeugungseinheit und die Regel- /Auswerteeinheit, außer-halb des Behälters 4 befindet. Die Ausgestaltung als Kompaktgerät ist natürlich nicht zwingend.Fig. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention. The antenna 7 is integrated in the elongated element 8. The outer dimensions of the elongated element 8 are larger in the longitudinal direction and smaller in the transverse direction than the inner dimensions of the opening 6, which can be found in the upper region of the side wall 5 of the container 4. Due to the dimensioning of the elongated element 8, it is possible to guide the antenna 7 through the opening 6 into the interior of the container 4 and to place it in such a way that the measurement signals strike the surface 3 of the filling material 2 essentially perpendicularly and accordingly into the antenna 7 are reflected back. The antenna 7, which emits measurement signals in the direction of the surface 3 of the filling material 2 and which receives the measuring signals reflected on the surface 3 of the filling material 2, is a symmetrical horn antenna 16 with a circular cross section. Incidentally, an asymmetrical horn antenna is used in the embodiment shown in FIGS. 3 and 3a. In Fig. 1, the device 1 according to the invention is designed as a compact device, the Electronics part 11, ie the signal generation unit and the control / evaluation unit, is located outside the container 4. The design as a compact device is of course not mandatory.
Um unerwünschte Reflexionen der Meßsignale im Bereich der Öffnung 6 zu vermeiden, ist in dem entsprechenden Bereich des länglichen Elements 8 eine metallische Schutzschicht 35 vorgesehen. Vergleichbare Ausgestal-tungen sind bereits im Zusammenhang mit einer Stabantenne aus der EP 0 834 722 A2 bekannt geworden. Das Schlagwort für Ausführungsformen dieser Art lautet: 'Inaktive Länge'.In order to avoid undesired reflections of the measurement signals in the area of the opening 6, a metallic protective layer 35 is provided in the corresponding area of the elongate element 8. Comparable configurations have already become known in connection with a rod antenna from EP 0 834 722 A2. The key word for embodiments of this type is: 'inactive length'.
Während bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Meßsignale innerhalb des länglichen Elements 8 über ein Koaxkabel 9 geführt werden, erfolgt die Führung der Meßsignale im Falle der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung über einen Hohlleiter 12. Ebenso kann auch ein Wellenleiter zur Anwendung kommen. Weiterhin können die Meßsignale auch direkt über eine auf einer Platine angeordnete Mikrostripleitung in die Hornantenne 16 eingespeist werden.While in the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 1, the measurement signals are guided within the elongate element 8 via a coaxial cable 9, the measurement signals are guided via a waveguide 12 in the embodiment shown in FIG. 2 Waveguides are used. Furthermore, the measurement signals can also be fed directly into the horn antenna 16 via a microstrip line arranged on a circuit board.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das längliche Element 8 übrigens noch mit einer dielektrischen Schutzschicht 36 überzogen.Incidentally, in the embodiment shown in FIG. 2, the elongate element 8 is also covered with a dielectric protective layer 36.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist das längliche Element 8 aus einem leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gefertigt. Das Meßgerät zeichnet sich daher durch eine hohe Resistenz auch gegenüber aggressiven Füllgütern und Dämpfen aus. Ist das längliche Element 8 aus einem leitfähigen Material gefertigt, werden die Meßsignale über ein in der metallischen Ummantelung vorgesehenes dielektrisches Fenster 13 abgestrahlt bzw. empfangen.In the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 4, the elongate element 8 is made of a conductive material, in particular a metal. The measuring device is therefore characterized by its high resistance to aggressive filling materials and vapors. If the elongate element 8 is made of a conductive material, the measurement signals are emitted or received via a dielectric window 13 provided in the metallic casing.
In Fig. 5 ist die Antenne nicht - wie in den Figuren Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt - in das längliche Element 8 integriert. Vielmehr werden hier die Meßsignale über eine Stabantenne 14 abgestrahlt bzw. empfangen, die in einer ersten Position, der Montageposition, in Längsrichtung des länglichen Elements 8 ausgerichtet ist und die in einer zweiten Position, der Meßposition, um 90° über den Schwenkmechanismus 15 gedreht ist, so daß die Meßsignale nunmehr in die gewünschte Richtung auf die Oberfläche 3 des Füllguts 2 abgestrahlt werden bzw. daß die an der Oberfläche 3 des Füllguts 2 reflektierten Meßsignale von der Stabantenne 14 empfangen werden.In FIG. 5, the antenna is not integrated into the elongate element 8, as shown in FIGS. 1 to 4. Rather, the measurement signals are emitted or received via a rod antenna 14 which is oriented in a first position, the assembly position, in the longitudinal direction of the elongated element 8 and which is rotated by 90 ° via the swivel mechanism 15 in a second position, the measurement position so that the measurement signals are now radiated in the desired direction onto the surface 3 of the filling material 2 or that the measurement signals reflected on the surface 3 of the filling material 2 are received by the rod antenna 14.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 6 gezeigt: Hier ist eine Hornantenne 16 im Endbereich eines flexiblen Hohlleiters 17 angeordnet. In der Montageposition bildet die Längsachse der Hornantenne 16 quasi die Fortsetzung der Längsachse des länglichen Elements 8 bzw. des flexiblen Wellenleiters 17. In der Meßposition erfährt dann -wie im zuvor beschrie-benen Fall - die Hornantenne 16 einen Schwenk um 90°, so daß die Apertur der Hornantenne 16 nunmehr in Richtung der Oberfläche 3 des Füllguts 2 ausgerichtet ist.A variant of the device according to the invention is shown in FIG. 6: Here, a horn antenna 16 is arranged in the end region of a flexible waveguide 17. In the assembly position, the longitudinal axis of the horn antenna 16 virtually forms the continuation of the longitudinal axis of the elongate element 8 or the flexible waveguide 17. In the measuring position, as in the case described above, the horn antenna 16 is pivoted by 90 °, so that the aperture of the horn antenna 16 is now aligned in the direction of the surface 3 of the filling material 2.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Antenne 7 ist in Fig. 7 zu sehen. Hier kommt eine sog. Yagi-Antenne 18 zum Einsatz. In Fig. 8 wird eine Schlitzhohlleiterantenne 19 verwendet. Fig. 9 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit getrennter Sendeantenne 20 und Empfangsantenne 21. Diese und weitere Antennendesigns, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in dem Artikel 'Advanced antenna design for communication moduls', Second public Seminar, Ulm, December 9, 1998 von LBaggen, W.Simon, J.Borkes beschrieben.Another possibility of designing the antenna 7 can be seen in FIG. 7. A so-called Yagi antenna 18 is used here. A slot waveguide antenna 19 is used in FIG. 8. FIG. 9 shows an embodiment of the device 1 according to the invention with a separate transmitting antenna 20 and receiving antenna 21. These and further antenna designs that can be used in connection with the present invention are in the article 'Advanced antenna design for communication modules', second public seminar , Ulm, December 9, 1998 by LBaggen, W.Simon, J.Borkes.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in Fig. 10 dargestellt. Hier ist das längliche Element 8 mit integrierter Antenne 7 in einem Schutzrohr 22 aus einem dielektrischen Material angeordnet. Das Schutzrohr 22 ist über einen Flansch 25 fest in der Öffnung 6 montiert. Zwecks Montage des länglichen Elements 8 mit integrierter Antenne 7 wird dieses in dem Schutzrohr 22 positioniert und über den Flansch 10 an dem Stutzen festgemacht. Bei dieser Ausgestaltung kann also selbst dann ein Ein- und Ausbau z. B. zwecks Wartung der erfindungs-gemäßen Vorrichtung 1 vorgenommen werden, wenn das Füllgut 2 in dem Behälter 4 bis über die Öffnung 6 reicht. Befindet sich in dem Behälter 4 ein aggressives Füllgut 2, so ist es vorteilhaft, das dielektrische Schutzrohr 22 durch ein metallisches Schutzrohr 23 bzw. durch eine metallische Hülse zu ersetzen. Diese Ausgestaltung ist in der Fig. 11 detailliert dargestellt. Damit die Meßsignale das metallische Schutzrohr 23 durchdringen können, ist in dem Schutzrohr 23 eine Aussparung 37 vorgesehen, in die ein dielektrisches Material 24 eingesetzt ist.A particularly advantageous embodiment of the device 1 according to the invention is shown in FIG. 10. Here, the elongated element 8 with an integrated antenna 7 is arranged in a protective tube 22 made of a dielectric material. The protective tube 22 is fixedly mounted in the opening 6 via a flange 25. For the purpose of mounting the elongated element 8 with an integrated antenna 7, this is positioned in the protective tube 22 and fastened to the connection piece via the flange 10. In this embodiment, an installation and removal z. B. for maintenance of the device 1 according to the invention, if the filling 2 in the container 4 extends beyond the opening 6. If there is an aggressive filling material 2 in the container 4, it is advantageous to replace the dielectric protective tube 22 by a metallic protective tube 23 or by a metallic sleeve. This configuration is shown in detail in FIG. 11. So that the measurement signals penetrate the metallic protective tube 23 can, a recess 37 is provided in the protective tube 23, in which a dielectric material 24 is inserted.
In den Figuren Fig. 12 bis Fig. 16 sind Ausgestaltungen der erfindungs-gemäßen Vorrichtung 1 dargestellt, bei denen an dem vorzugsweise länglichen Element 8 noch ein zusätzlicher Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes vorgesehen ist. Im Falle der Grenzfüllstands-messung bzw. - Überwachung handelt es sich bei dem zusätzlichen Sensor beispielsweise um einen konduktiven Sensor 26 (Fig. 12), einen kapapzitiven Sensor 28 ( Fig. 13) oder einen Vibrationsdetektor (Fig. 13). Soll weiterhin z. B. zwecks Plausiblitäts- Checks ein weiterer Sensor zur kontinuierlichen Füllstandsmessung bzw. Füllstandsüberwachung herangezogen werden, so kann es sich hierbei entweder um einen Ultraschallsensor 32 (Fig. 15) oder um einen zweiten Mikrowellensensor 31 (Fig. 16) handeln, der mit Meßsignalen einer Meßfrequenz f2 arbeitet, die von der Meßfrequenz f1 des ersten Mikrowellensensor 30 verschieden ist. In Fig. 16 ist übrigens auch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu sehen, bei der der Sensor 1 über eine Busleitung 34 mit einer entfernten Kontrollstelle 33 kommuniziert. Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, kann bei der Kommunikation auf jeden bekannten Übertragungsstandard zurückgegriffen werden. FIGS. 12 to 16 show embodiments of the device 1 according to the invention, in which an additional sensor for determining and / or monitoring the fill level is provided on the preferably elongate element 8. In the case of limit level measurement or monitoring, the additional sensor is, for example, a conductive sensor 26 (FIG. 12), a capacitive sensor 28 (FIG. 13) or a vibration detector (FIG. 13). Should continue z. B. For the purpose of plausibility checks, a further sensor for continuous level measurement or level monitoring can be used, it can either be an ultrasonic sensor 32 (FIG. 15) or a second microwave sensor 31 (FIG. 16), which with measurement signals Measuring frequency f2 works, which is different from the measuring frequency f1 of the first microwave sensor 30. By the way, FIG. 16 also shows the configuration of the device 1 according to the invention, in which the sensor 1 communicates with a remote control point 33 via a bus line 34. As already mentioned above, any known transmission standard can be used for communication.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
erfindungsgemäße Vorrichtung Füllgut Oberfläche des Füllguts Behälter Seitenwand Öffnung / Stutzen Antenne Längliches Element Kaoxkabel 0 Flansch 1 Elektronikteil 2Hohlleiter 3 Dielektrisches Fenster 4Stabantenne δSchwenkmechanismus 6Hornantenne 7Biegsamer Hohlleiter 8Yagi-Antenne 9Schlitzhohlleiterantenne 0Sendeantenne 1 Empfangsantenne 2Dielektrisches Schutzrohr 3Metallisches Schutzrohr 4Dielektrisches Material 5 Flansch 6Konduktiver Sensor 7 Leitung 8 Kapazitiver Sensor 9 Vibrationsdetektor 0 Erster Mikrowellensensor 1 Zweiter Mikrowellensensor Ultraschallsensor Kontrollstelle Busleitung Dielektrische Schutzschicht Metallische Schutzschicht Aussparung device according to the invention product surface of the product container side wall opening / nozzle antenna elongated element Kaox cable 0 flange 1 electronic part 2 waveguide 3 dielectric window 4 rod antenna δ pivoting mechanism 6 horn antenna 7 flexible waveguide 8Yagi antenna 9 slot waveguide antenna 0 transmitter antenna 1 receiving antenna 2 dielectric protective tube 3 sensor 7 sensor metallic 3 sensor 7 metal antenna 9 Vibration detector 0 First microwave sensor 1 Second microwave sensor Ultrasonic sensor control point bus line Dielectric protective layer Metallic protective layer recess

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter mit einer Signalerzeugungseinheit, die Meßsignale erzeugt, mit zumindest einer Antenne, die die Meßsignale in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussendet und die die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Meßsignale empfängt, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der Laufzeit der Meßsignale den Füllstand des Füllguts in dem Behälter bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich einer Seitenwand (5) des Behälters (4) eine Öffnung (6) vorgesehen ist und daß die zumindest eine Antenne (7) in dieser Öffnung (6) positioniert ist, wobei die1.Device for determining the filling level of a filling material in a container with a signal generating unit which generates measuring signals, with at least one antenna which emits the measuring signals in the direction of the surface of the filling material and which receives the measuring signals reflected on the surface of the filling material, and with a Control / evaluation unit which determines the fill level of the filling material in the container on the basis of the transit time of the measurement signals, characterized in that an opening (6) is provided in the upper region of a side wall (5) of the container (4) and that the at least one antenna (7) is positioned in this opening (6), the
Antenne (7) so angeordnet bzw. ausgestaltet ist, daß die Meßsignale im wesentlichen in Richtung der Oberfläche (3) des Füllguts (2) abstrahlt werden bzw. daß die an der Oberfläche (3) des Füllguts (2) reflektierten Meßsignale von der zumindest einen Antenne (7) empfangen werden.Antenna (7) is arranged or designed such that the measurement signals are emitted essentially in the direction of the surface (3) of the filling material (2) or that the measuring signals reflected on the surface (3) of the filling material (2) are at least reflected an antenna (7) can be received.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) vorgesehen ist, der zumindest eine Prozeßvariable in dem Behälter (4) bestimmt, und daß der zusätzliche Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) mit der Antenne (7) verbunden ist.2. Device according to claim 1, characterized in that an additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) is provided which determines at least one process variable in the container (4), and that the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) is connected to the antenna (7).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Antenne (7) im wesentlichen um ein längliches Element (8) handelt, dessen Außenabmessungen in Längsrichtung größer und in Querrichtung kleiner sind als die Innenabmessungen der Öffnung (6).3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the antenna (7) is essentially an elongate element (8), the outer dimensions of which are larger in the longitudinal direction and smaller in the transverse direction than the inner dimensions of the opening (6) ,
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Antenne (7) um einen Leckwellenleiter (19), um einen Stegwellenleiter, um eine Yagi-Antenne (18) oder um eine Hornantenne (16) mit symmetrischer oder asymmetrische Apertur handelt oder daß es sich bei der Antenne (7) um eine Stabantenne (14) oder eine Hornantenne (16) handelt, die bevorzugt klappbar im Bereich der Stirnseite des länglichen Elements (8) angeordnet ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the antenna (7) is a leaky waveguide (19), a ridge waveguide, a Yagi antenna (18) or a horn antenna (16) with a symmetrical or asymmetrical aperture, or that the antenna (7 ) is a rod antenna (14) or a horn antenna (16), which is preferably arranged foldable in the region of the end face of the elongated element (8).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Antennenbereich, der in der Öffnung (6) der Seitenwand (5) des Behälters (4) angeordnet ist oder daß in einem Antennenbereich, der in unmittelbarer Nähe zur Öffnung (6) in der Seitenwand (5) des Behälters (4) angeordnet ist, eine metallische Abschirmung (22) vorgesehen ist.5. Apparatus according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that in the antenna area which is arranged in the opening (6) of the side wall (5) of the container (4) or in an antenna area which is in the immediate vicinity a metallic shield (22) is provided for the opening (6) in the side wall (5) of the container (4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) und/oder daß die Antenne (7) zumindest in dem Bereich, der in den Innenraum des Behälters (4) hineinragt, mit einer dielektrischen Schutzschicht (35) oder mit einer metallischen Schutzschicht (36) mit einem dielektrischen Fenster (13) im Bereich der Antenne (7) versehen ist.6. The device according to claim 2, 3, 4 or 5, characterized in that the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) and / or that the antenna (7) at least in the area which in the interior of the Protrudes container (4), is provided with a dielectric protective layer (35) or with a metallic protective layer (36) with a dielectric window (13) in the region of the antenna (7).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außengehäuse (22; 23) vorgesehen ist, das in der Öffnung (6) in der Seitenwand (5) des Behälters (4) befestigt ist, und daß die Antenne (7) oder die Antenne (7) mit dem zusätzlichen Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) in dem Außengehäuse (22; 23) angeordnet ist.7. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that an outer housing (22; 23) is provided, which is fixed in the opening (6) in the side wall (5) of the container (4) and that the antenna (7) or the antenna (7) with the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) is arranged in the outer housing (22; 23).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (22) aus einem dielektrischen Material gefertigt ist oder daß das Außengehäuse (23) aus einem leitfähigen Material gefertigt ist, das auf der dem Füllgut (2) zugewandten Seite eine Aussparung (37) aufweist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the outer housing (22) is made of a dielectric material or that the outer housing (23) is made of a conductive material which on the side facing the filling material (2) has a recess (37 ) having.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aussparung (37) ein dielektrischer Einsatz (24) vorgesehen ist.9. The device according to claim 8, characterized in that a dielectric insert (24) is provided in the recess (37).
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (7) drehbar bzw. schwenkbar um ihre Längsachse in dem Außengehäuse (22; 23) angeordnet ist.10. The device according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the antenna (7) is arranged rotatably or pivotably about its longitudinal axis in the outer housing (22; 23).
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antenne (7) ein leitendes Element vorgesehen ist, über das die Meßsignale geführt werden.11. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a conductive element is provided in the antenna (7), via which the measurement signals are guided.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem die Meßsignale leitenden Element um ein Koaxkabel (9), um einen Wellenleiter oder um einen Hohlleiter (12) handelt.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that it is in the element conducting the measurement signals to a coaxial cable (9), a waveguide or a waveguide (12).
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Sendeeinheit (20) und bei der Empfangseinheit (21) um zwei separate Einheiten handelt.13. The apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it is two separate units in the transmitting unit (20) and in the receiving unit (21).
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) in Richtung der Längsachse der Antenne (7) befestigt.14. The apparatus according to claim 2, characterized in that the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) attached in the direction of the longitudinal axis of the antenna (7).
15. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zusätzlichen Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) um einen Grenzschalter zur Überwachung des Füllstandes des Füllguts (2) in dem Behälter (4) handelt. 15. The apparatus of claim 2 or 14, characterized in that it is in the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) is a limit switch for monitoring the level of the filling material (2) in the container (4).
16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem länglichen Element (8) zwei Antennen (30, 31) angeordnet sind, die Meßsignale unterschiedlicher Frequenz in Richtung der Oberfläche (3) des Füllguts (2) aussenden bzw. die die an der Oberfläche (3) des Füllguts (2) reflektierten Meßsignale empfangen, oder daß in dem länglichen Element (8) zwei Antennen (20, 21) angeordnet sind, wobei die eine als Sendeeinheit (20) und die andere als Empfangseinheit (21) für Meßsignale einer vorgegebenen Frequenz eingesetzt ist.16. The apparatus according to claim 2, characterized in that in the elongated element (8) two antennas (30, 31) are arranged, the measuring signals of different frequencies in the direction of the surface (3) of the filling material (2) or send the to the surface (3) of the filling material (2) receive reflected measurement signals, or that two antennas (20, 21) are arranged in the elongate element (8), one as a transmitting unit (20) and the other as a receiving unit (21) for Measuring signals of a predetermined frequency is used.
17. Vorrichtung nach Anspruch 2, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß es sich zumindest bei dem zusätzlichen Sensor (26; 28; 29; 31 ; 32) um einen Sensor handelt, der einem vorgegebenen Sicherheitsstandard entspricht. 17. The apparatus of claim 2, 14, 15 or 16, characterized in that it is at least in the additional sensor (26; 28; 29; 31; 32) is a sensor which corresponds to a predetermined security standard.
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