JP3806405B2 - 容器内の充填物の充填レベルを測定するための測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、センサと制御／評価ユニットとを有する、容器内の充填物の充填レベルを測定するための測定装置に関する。
【０００２】
容器内の充填物の充填レベルを検出するために、種々異なる物理量を測定する測定システムが使用される。これらの量に基づいて後から充填レベルについての所望の情報が導出される。機械的走査子の他に、容量性、誘導性または流体静力学的測定センサが使用され、同様に超音波、電磁波または放射線に基づいて動作する検知器も使用される。
【０００３】
容器内の充填物の充填レベルを容量的に検出する方法では、容量性センサと容器壁とがコンデンサ電極を形成する。容器壁が導電性でない場合、別個の第２電極を容器内または容器の外に設けなければならない。２つの電極間には、容器内の媒体の充電状態に応じて空気または媒体が存在する。このことにより２つの物質の誘電率が異なることに基づき、測定容量が変化する。さらにこの測定容量はもちろん容器内の媒体のそれぞれの充填レベルにも依存する。なぜなら２つの量「充填レベル」と「測定容量」とは関数的に相互に依存するからである。従って容量性センサは、限界状態検知の場合にも、連続的充填レベル検出の場合にも使用できる。容量性充填レベルセンサは例えばＤＥ１９５３６１９９Ｃ２から公知である。
【０００４】
電磁高周波パルスを供給する伝搬時間測定方法（ＴＤＲ方法またはパルス・レーダー方法）または連続的周波数変調電磁波を供給する伝搬時間測定方法（例えばＦＭＣＷレーダー方法）では、測定信号が導電素子または導波体に入力結合され、導波体によって充填物が貯蔵されている容器へ導かれる。導波体としてゾンマーフェルト（Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ）またはゴーバウ（Ｇｏｕｂａｕ）またはレッヘル（Ｌｅｃｈｅｒ）の導波体による表面波導波体が考えられる。
【０００５】
物理的に見てこれらの測定方法では、２つの異なる媒体、例えば吸気と油または空気と水との間の境界面では２つの媒体の誘電率が急激に変化するため（非連続性）、供給される高周波パルスないし電磁波の一部が反射され、導電素子を介して受信装置に戻るという作用が利用される。反射された成分（有効エコー信号）はここでは、２つの媒体の誘電率の差が大きければ大きいほど大きくなる。高周波パルスの反射成分ないしＣＷ信号（エコー信号）の伝搬時間に基づき、充填物の表面までの距離が検出される。
【０００６】
容量測定システムと電磁的測定信号を供給する測定システムとを直接比較すると、それぞれ他方のシステムに対する利点と欠点が明らかになる。容量性センサによる測定では、充填物の表面が運動してもほぼ不感である。さらにこの測定は泡状の充填物や容量性センサに堆積が形成されてもほとんど影響を受けない。しかし充填レベル測定を高精度で実行するためには、容量測定システムの較正を少なくとも２つのレベル状態で実行することが必要である。このことは容器の大きさおよび充填物によっては非常に時間のかかることであり、また極端な場合、容量性センサの使用を排除する。容量測定システムのさらなる欠点は、測定が非導電性充填物の場合はそれぞれの誘電率に依存することである。
【０００７】
高周波信号を供給する測定システムの場合、充填レベル測定が近距離のいわゆる測定不能領域では不可能であるという問題がある。なぜならこの場合、有効エコー信号がノイズ信号に埋もれてしまうからである。ノイズ信号は例えば測定信号がその入力領域で導電素子により反射されることにより発生する。ノイズ信号はまた、測定信号と測定システムが固定されたパイプとの相互作用の結果としても発生する（上側測定不能領域）。可能な測定領域を制限する別のノイズ信号が導電素子の自由端部にも発生する（下側測定不能領域）。
【０００８】
これに対して高周波信号を供給する測定システムでの利点は、これが高精度の測定結果を送出し、通常は調整、とりわけ容量測定システムの場合のような２点調整が必要ないことである。さらに測定信号を供給する測定は充填物のそれぞれの誘電率にはほぼ依存しない。さらに高周波信号を供給する測定システム自体が誘電率の比較的小さい場合でも十分に良好に機能する。
【０００９】
本発明の課題は、容器内で最適に充填レベル検出および／または充填レベル監視が可能である装置を提供することである。
【００１０】
この課題は、冒頭に述べた形式の測定装置において、前記センサは、前記容器内に伸長して配置されている導電素子として構成されており、２つの異なる動作モードで動作する ように構成されており、一方の動作モードは静電容量式充填レベル測定方法であり、他方の動作モードは高周波信号の伝搬時間を測定する充填レベル測定方法であり、前記静電容量式充填レベル測定方法では、導電素子が電極を形成し、前記伝搬時間測定式充填レベル測定方法では、高周波信号が導電素子に沿って供給され、前記高周波信号は高周波電磁パルスであるか、または周波数が連続的に変調されるマイクロ波であり、前記制御／評価ユニットはセンサを、前記２つの異なる動作モードのうちのいずれか一方で駆動し、前記制御／評価ユニットは、少なくとも一方の動作モード中に送出されたセンサの測定信号に基づいて容器内の充填物の充填レベルを検出するように構成して解決される。
【００１１】
本発明の解決手段によれば、容量測定方法による測定値ないしは高周波信号を供給する測定方法による測定値が交互に時間的に任意にずらされて、または同時にほぼ並列的に得られる。したがって測定システムをそれぞれの測定すべき充填物の特性に最適に適合することができる。さらに測定値を得るために、所与の条件の下で最適の測定結果を送出する測定システムを使用することができる。容量測定システムの測定値と測定信号を供給する測定システムの測定値とが時間的に密に存在すれば、そこからさらに妥当性チェックを実行することができる。
【００１２】
本発明の装置は、高精度の充填レベル測定が容器のすべてのレベルにわたって可能であることを特徴とする。ここではそれぞれ使用すべき測定値が測定すべき充填物の特性および種類からほとんど影響を受けない。容器のすべてのレベルにわたって高精度の測定を行うことは、それぞれ一方の測定システムの欠点が現れた場合に、それぞれ他方の測定システムにより置換することによって可能である。さらに一方の測定システムが送出する測定値を、他方の測定システムが送出する測定値に基づいて補正することも可能である。さらに、容量測定システムを、測定信号を供給する測定システムが送出する測定値によって調整することもできる。
【００１３】
本発明の装置の有利な実施形態によれば、センサは容器に差し込まれた少なくとも１つの導電素子である。導電素子は例えば少なくとも１つのロッドまたは少なくとも１つのワイヤとすることができる。
【００１４】
本発明の装置の有利な構成では、少なくとも１つの導電素子が選択的に容量測定方法または伝搬時間測定方法を実施するために使用され、容量測定を実施する場合には少なくとも１つの導電素子が電極を形成し、伝搬時間測定方法を実施する場合には高周波信号が少なくとも１つの導電素子に沿って導かれる。
【００１５】
本発明の装置の有利な発展形態によれば、入出力ユニットが設けられており、この入出力ユニットを介してそれぞれセンサの所望の動作モードが入力される。したがって操作者は、使用される測定システムを測定すべき充填物または監視すべき充填物の特性に最適に適合することができる。
【００１６】
択一的に、切換ユニットを設け、この切換ユニットを介してセンサを一方の動作モードから他方の動作モードへ切り替えることができる。切換ユニットはとりわけ電子スイッチであり、有利にはＭＯＳＦＥＴトランジスタである。すでに述べたように、スイッチを介して交互に一方または他方の測定システムが作動され、これにより一方または他方の測定システムの測定値を充填レベル検出／充填レベル監視に利用することができる。
【００１７】
本発明の装置の有利な改善形態では、制御／評価ユニットにセンサを制御するためのプログラムをファイルすることが提案される。このプログラムを介してセンサは交互にまたは所定の切り替えスキームに従って、少なくとも２つの異なる動作モード間で切り替えられる。制御／評価ユニットは、少なくとも２つの異なる測定方法に従って検出される充填レベル値に基づいて、妥当性チェックを実行する。
【００１８】
さらに本発明の装置の有利な実施形態では、センサは少なくとも２つの測定方法に従って検出される測定データを同時にないしはほぼ同時に、測定ないし形成するように制御される。
【００１９】
本発明を以下、図１に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の装置の概略図である。
【００２１】
充填物１２が容器内に存在している。この充填物１２は液体または固体である。容器１１内へはセンサ３が挿入されており、センサは開口部１３、例えばパイプで、容器１１のカバー１４に固定されている。センサ２の主要部材は導電素子３である。導電素子３はワイヤまたはロッドとして構成されている。有利には導電素子３は容器１１の全長にわたって延在している。
【００２２】
センサ２は、容量測定を介して得られる充填レベル測定値と、高周波信号の伝搬時間測定を介して得られる充填レベル測定値とを交互に、または並行して形成するように構成されている。センサ３が動作モード「伝搬時間測定方法」で動作する場合、高周波信号が導電素子３に沿って容器１１へ供給され、かつ容器１１から取り出される。
【００２３】
図１に示した本発明の装置の実施例では、充填レベル測定値の形成が選択的に、２つの可能な測定方法の１つを介して行われる。交互制御は制御／評価ユニット４と切換ユニット７を介して行われる。図示の例では、容量性センサに対する切換ユニット７を介してセンサ２と接続されている。すなわち充填レベル測定値は容量測定を介して得られる。所定時間の経過後、例えば制御／評価ユニット４により制御されて、測定信号供給によるセンサ２に対する制御回路６が切換ユニット７を介してセンサ２と接続される。そして容器内１１の充填物１２の充填レベルが、供給された高周波信号の伝搬時間測定を介して検出される。
【００２４】
２つの測定方法が交互にまたは同時に使用される場合、妥当性チェックが実行される。２つの測定値間の偏差が所定の公差領域を越える場合、例えば入出力ユニット１０を介して相応の通知を操作者に出力することができる。付加的に警報を発することもできる。
【００２５】
さらに２つの測定システムは、一方のシステムがそれぞれ他方のシステムの減衰を補償するように使用される。例えば容量測定システムを、測定信号供給による測定システムによって調整することができる。さらに測定信号の供給による測定システムの測定不能区間の領域における充填レベルを、容量測定システムを介して検出することができる。
【００２６】
もちろん、センサ２を汎用センサとして使用することもできる。２つの測定方法、すなわち容量測定方法と、供給された高周波信号の伝搬時間検出による測定方法とは相互に良好に補充するものであるから、適用例に応じては一方または他方の測定方法がより良好な測定結果を送出する。このような場合例えば意図的に、それぞれ測定すべき充填物１２に依存してセンサ２をもっぱら一方の測定方法に従って駆動する。センサ２の所望の機能は操作者により入出力ユニット１０を介して調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 本発明の装置
２ センサ
３ 導電素子
４ 制御／評価ユニット
５ 容量性センサに対する制御回路
６ 測定信号が供給されるセンサに対する制御回路
７ 切換ユニット
８ 接続線路
９ 入力結合部
１０ 入出力ユニット
１１ 容器
１２ 充填物
１３ 開口部
１４ カバー

Claims (8)

1. センサと制御／評価ユニットとを有する、容器内の充填物の充填レベルを測定するための測定装置において、
   前記センサは、前記容器内に伸長して配置されている導電素子として構成されており、かつ２つの異なる動作モードで動作するように構成されており、
   一方の動作モードは静電容量式充填レベル測定方法であり、他方の動作モードは高周波信号の伝搬時間を測定する充填レベル測定方法であり、
   前記静電容量式充填レベル測定方法では、導電素子（３）が電極を形成し、
   前記伝搬時間測定式充填レベル測定方法では、高周波信号が導電素子（３）に沿って供給され、
   前記高周波信号は高周波電磁パルスであるか、または周波数が連続的に変調されるマイクロ波であり、
   前記制御／評価ユニット（４）はセンサ（２）を、前記２つの異なる動作モードのうちのいずれか一方で駆動し、
   前記制御／評価ユニット（４）は、少なくとも一方の動作モード中に送出されたセンサ（２）の測定信号に基づいて容器（１１）内の充填物（１２）の充填レベルを検出する、
   ことを特徴とする測定装置。
2. 導電素子（３）は少なくとも１つのロッドまたは少なくとも１つのワイヤである、請求項１記載の測定装置。
3. 入力ユニット（１０）が設けられており、
   該入力ユニットを介してセンサのそれぞれ所望の動作モードが入力される、請求項１項記載の測定装置。
4. 切換ユニット（７）が設けられており、
   該切換ユニットを介してセンサ（２）は一方の動作モードから他方の動作モードへ切り替えられる、請求項１記載の測定装置。
5. 切換ユニット（７）は電子スイッチである、請求項４記載の測定装置。
6. 制御／評価ユニット（４）にはセンサ（２）を制御するためのプログラムがファイルされており、
   該プログラムを介してセンサ（２）は連続的にまたは交互に、または所定の切り替えスキームに従って２つの動作モード間で切り替えられる、請求項１記載の測定装置。
7. 制御／評価ユニット（４）は、２つの異なる動作モードに従って検出される充填レベル値に基づき妥当性チェックを実行する、請求項６記載の測定装置。
8. 制御／評価ユニット（４）はセンサ（２）を、２つの動作モードにしたがって検出される測定データが同時にないしはほぼ同時に測定されるように制御する、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置。

Images