WO2002014804A1 - Schmutzabweisender und selbstreinigender messensor - Google Patents

Schmutzabweisender und selbstreinigender messensor Download PDF

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WO2002014804A1
WO2002014804A1 PCT/EP2001/009517 EP0109517W WO0214804A1 WO 2002014804 A1 WO2002014804 A1 WO 2002014804A1 EP 0109517 W EP0109517 W EP 0109517W WO 0214804 A1 WO0214804 A1 WO 0214804A1
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sensor
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liquid
wetting
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PCT/EP2001/009517
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Inventor
Robert Laun
Jürgen Motzer
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Vega Grieshaber Kg
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    • 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 present invention relates to level and pressure measuring sensors as well as special components therefor with dirt-repellent and / or self-cleaning properties which prevent the contamination and deposition of, for example, condensate on surfaces which are at risk of contamination.
  • Sensors of the type mentioned which are used in particular in process measurement technology, are often used in environments in which dirt or condensate deposits form on individual surfaces or components due to vapors, moisture, dust or through contact with media involved in the process. These dirt or condensate deposits on the sensors can impair the functional reliability, the measuring accuracy or even the failure of the measuring instrument.
  • radar or ultrasonic sensors which are used for distance or level measurement.
  • dirt and condensate on the transducer or on the antenna lead to interference with the emission and reception of sound or microwaves. If such contamination or condensate deposits are to be expected, the sensors must be cleaned at regular intervals in order to permanently ensure the measuring accuracy and functional reliability of the sensors used. This leads to a not inconsiderable maintenance and control effort. In extreme cases, the impairment of the measuring accuracy due to dirt or condensate deposits on parts of the sensor can even lead to such Standard sensors cannot be used in this medium or in its environment.
  • the technical problem on which the invention is based is to improve sensors of the type mentioned at the outset and their components at risk of contamination to the extent that they become less contaminated, in particular in the presence of media which form dirt, dust or condensate. Furthermore, it is the technical problem underlying the invention to provide dirt-repellent and / or self-cleaning sensors of the type mentioned at the outset, or components thereof, which can each be adapted such that they have self-cleaning properties in the presence of a certain liquid.
  • level sensors in the sense of this invention include, in addition to the known devices operating according to various principles, in particular so-called point level sensors.
  • Sensors and components thereof according to the invention have the advantage that they can be made insensitive to the effects of dirt or condensate. This also significantly reduces the need for inspection, maintenance and cleaning. Residues on wetted components of sensors are advantageously largely avoided if they are temporarily immersed in a medium or are in direct contact therewith.
  • a further advantage of sensors and components according to the invention is that they are less sensitive to weather influences, in particular their functional reliability and readability are maintained even without cleaning.
  • Sensors and components thereof according to the invention with dirt-repellent and / or self-cleaning properties are characterized by an outer surface which at least partially (on a part of the surface) has elevations made of wetting-resistant material, the elevations being in suitable, are arranged in particular at regular intervals from one another on the surface, and liquid runs off the surface essentially without residues.
  • EP 0 658 525 B1 discloses, in general terms, a multilayer, water-repellent film. However, there is no reference to the specific field of application according to the invention.
  • the subsequently published EP 1 055 924 A2 also only discloses a window of an optical measuring device provided with a special surface structure. The structure is intended to cause the window to self-clean.
  • EP 772 514 describes self-cleaning surfaces by the action, sprinkling or presence of water, which have an artificial surface structure with hydrophobic elevations at a distance of 5-200 ⁇ m and a height of 5-100 ⁇ m.
  • the self-cleaning property of such surface structures is based on the fact that dirt particles lying on the surface are absorbed by water drops and removed without leaving any residue. In order to clean the surfaces according to EP 772 514, the use of moving water is required, which absorbs dirt particles from the surface and drains them away.
  • the sensors according to the invention comprise at least one partial surface or a component, the outer surface of which at least partially has elevations made of wetting-resistant material, the elevations being arranged on the surface at suitable, in particular regular intervals, and liquid running off the surface essentially without residues.
  • the choice of the material from which the surface and / or the elevations are made, as well as the height of the elevations and their spacing from one another on the surface plays an important role.
  • the wetting properties of devices according to the invention or of parts on their surface are designed such that a suitable liquid medium runs on this surface almost without residue.
  • wetting properties so that the liquid medium with which the device or parts thereof comes into contact, for example the filling material in a container or condensate formed therefrom, runs off essentially without residues.
  • the person skilled in the art will select a suitable material and suitable dimensions of the elevations on the device surface or of parts thereof such that the liquid runs off essentially without residues.
  • the elevations become hydrophobic or permanently hydrophobic Material designed so that the surface has wholly or at least partially hydrophobic or permanently hydrophobized elevations, the distance from each other in the range between 5 - 200 microns and the height in the range of 5 - 100 microns.
  • Suitable materials include, for example, hydrophobic plastics such as polytetrafluoroethylene (Teflon®, also usable as an oleophobicizing agent), Kevlar®, polysilanes and superficially silanized materials, polysiloxanes, polyethylene, polypropylene, paraffins, waxes, metal soaps etc. with additions of aluminum or zirconium salts , quaternary org. Verb., Urea derivative, Fatty acid-modified melamine resins, Chromium complex salts, Silicones, Tin org. Verb. , Glutardialdehyde etc.
  • hydrophobic plastics such as polytetrafluoroethylene (Teflon®, also usable as an oleophobicizing agent), Kevlar®, polysilanes and superficially silanized materials, polysiloxanes, polyethylene, polypropylene, paraffins, waxes, metal soaps etc. with additions of aluminum or zi
  • the wetting-resistant surface means that the liquid that comes into contact with it runs off essentially without residue.
  • the liquid drops may take up (dirt) particles on the surface and / or in the interstices between the elevations and remove them from the surface, which results in the dirt-repellent or self-cleaning effect.
  • the devices according to the invention only come into contact with solids, such as powders, dusts and the like, it is preferred to remove the resulting impurities by making the surface self-cleaning in the presence of water, so that the dirty surfaces can be easily cleaned by the action of water is possible.
  • those components are provided with a corresponding surface that are in direct contact with the medium to be measured or involved in the process.
  • Examples of this are antennas, sound transducers, electrodes or membranes of microwave or ultrasound, capacitive or pressure sensors for level measurement technology or process pressure measurement technology.
  • the application of the self-cleaning structured surfaces can be done both by coating and by applying a film or the use of lacquers, or by using materials such as metals,
  • Ceramics or plastics whose surface has the properties claimed according to the invention can be achieved.
  • the corresponding surface structures can be stamped or etched.
  • the application of powder structure lacquers, dispersions of powder particles in correspondingly hydrophobic binders and the like can also be used in principle to produce the surface structures desired according to the invention on measuring devices.
  • Sensors according to the invention include devices for transmitting and receiving electromagnetic waves, devices for generating and receiving sound waves, devices for measuring electrical resistances or electrical conductivity, devices for detecting a limit level by means of a vibrating rod or a tuning fork, devices for measuring a capacity, devices for measuring pressure, devices for displaying a measured value and devices for measuring a distance.
  • the adaptation cone In devices according to the invention for transmitting and receiving electromagnetic waves, it is preferred to provide at least the adaptation cone, a funnel or a reflection surface, preferably a parabolically curved reflection surface (horn antenna) and / or a rod antenna with a surface structure according to the invention.
  • a reflection surface preferably a parabolically curved reflection surface (horn antenna) and / or a rod antenna with a surface structure according to the invention.
  • the vibrating rods or vibrating forks used with a surface which has hydrophobic elevations at a distance of 5-200 ⁇ m and with a height of 5-100 ⁇ m.
  • This also applies to devices according to the invention for measuring a capacitance.
  • the material and structure of the elevations are to be adapted according to the invention to the wetting properties of the medium.
  • the invention provides that the rope, cable or rod has a self-cleaning structured surface.
  • the dirt-repellent and / or self-cleaning devices according to the invention When used in or in the vicinity of liquid media, the dirt-repellent and / or self-cleaning devices according to the invention have the effect that condensate formed can slide off the component surfaces with a self-cleaning surface structure more easily, dirt particles possibly being washed off and a self-cleaning effect being achieved.
  • Fig. 1 the horn antenna of a radar level measuring device with a conventional surface
  • Fig. 2 shows the horn antenna of a radar level measuring device with a self-cleaning surface. Description of a preferred embodiment of the invention
  • the horn antenna of such a level sensor projects into the interior of a container (e.g. a liquid tank).
  • a radar measuring pulse emitted by the horn antenna is reflected on the surface of the contents in the container.
  • the antenna picks up the reflected pulse.
  • the distance of the reflecting surface from the antenna, which corresponds to the fill level, is determined from the entire duration of the pulse.
  • sensors of the type mentioned are often also used in outdoor systems which are exposed to the usual weather conditions, it is preferred according to the invention to also provide those parts or components of the sensors with a self-cleaning surface which are not in direct contact with the medium to be measured come. It is therefore sensible and preferred according to the invention to provide housing parts and measured value or parameter displays, which are exposed to the weather, with a self-cleaning surface. Accordingly, the corresponding housings or measured value display parts of sensors according to the invention are regularly freed of adhering clime dirt or dust by the action of rain, as a result of which both a clean external appearance and the readability of displays are permanently maintained without any special cleaning effort.
  • Sensors according to the invention also have the advantage that the required cleaning or maintenance intervals are significantly extended or even become completely unnecessary, which leads to considerable reductions in expenditure. If the sensors according to the invention nevertheless have to be cleaned from time to time, it is possible to ensure sufficient removal of dirt particles solely by the action of running water (or cleaning solution). The use of mechanical cleaning processes or chemical cleaning agents, the residues of which can lead to corresponding impurities in the feed media, are no longer necessary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Füllstandmess- oder Druckmesssensor, dessen äussere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann. Die Erfindung betrifft ferner derartige Oberflächen aufweisende Bauteile derartiger Senoren.

Description

SCHMUTZABWEISENDER UND SELBSTREINIGENDER MESSENSOR
Technisches Gebiet
Zu der vorliegenden Anmeldung ist anzumerken, dass für die Vereinigten Staaten von Amerika der Anmeldetag 12. März 2001 der U.S. provisional application 60/274,710 in Anspruch genommen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft Füllstandmess- und Druckmesssensoren sowie spezielle Bauteile hierfür mit schmutzabweisenden und/oder selbstreinigenden Eigenschaften, welche die Verschmutzung und Ablagerung von beispielsweise Kondensat an verschmutzungsgefährdeten Flächen verhindern.
Sensoren der genannten Art, die insbesondere in der Prozessmesstechnik verwendet werden, werden häufig in Umgebungen eingesetzt, in denen sich an einzelnen Flächen oder Bauteilen Schmutz- oder Kondensatablagerungen durch Dämpfe, Feuchtigkeit, Staub oder durch Kontakt mit am Prozeß beteiligten Medien bilden. Diese Schmutz- bzw. Kondensatablagerungen können an den Sensoren zu Beeinträchtigungen der Funktionssicherheit, der Messgenauigkeit oder sogar zum Ausfall des Messinstrumentes führen. Beispiele hierfür sind Radar- oder Ultraschallsensoren, die zur Abstands- oder Füllstandsmessung eingesetzt werden. Dort fuhren Schmutz und Kondensat am Schallwandler bzw. an der Antenne zu Störungen bei Emission und Empfang von Schall- bzw. Mikrowellen. Wenn mit derartigen Verschmutzungen oder Kondensatablagerungen zu rechnen ist, müssen die Sensoren in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, um die Messgenauigkeit und Funktionssicherheit der verwendeten Sensoren dauerhaft zu gewährleisten. Dies führt zu einem nicht unerheblichen Wartungs- und Kontrollaufwand. In extremen Fällen können die Beeinträchtigungen der Messgenauigkeit durch Schmutz- oder Kondensatablagerungen an Teilen des Sensors sogar dazu fuhren, dass solche Standardsensoren nicht in diesem Medium bzw. in dessen Umgebung eingesetzt werden können.
Neben den Sensorbauteilen, die in mehr oder weniger direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium stehen, verfugen die meisten Messinstrumente ferner über Messwertanzeigen, die in der Regel nicht direkt mit dem zu messenden Medium in Berührung kommen. Diese Messwertanzeigen werden jedoch ebenfalls in Abhängigkeit der äußeren Umgebungsbedingungen durch Staub und Verwitterung verschmutzt und sind meist nach längerem Einsatz nicht mehr ohne Reinigung ablesbar.
Bei Verwendung üblicher Materialien und Beschichtungen für Messwertaufhehmer und deren Messwertanzeigen, ausgewählt beispielsweise unter Gesichtspunkten wie chemische Beständigkeit, Temperaturverhalten, elektrische und mechanische Eigenschaften oder auch einfache Fertigung, hat man meist versucht, den Wartungsund Reinigungsaufwand dadurch zu verringern, dass Oberflächen möglichst glatt und Baugruppen ohne Ecken oder Vertiefungen ausgeführt wurden, und die Messinstrumente leicht demontierbar bzw. austauschbar sind. Auch mussten zum Teil teuere Materialien verwendet werden, um die Reinigung von Messwert- aufhehmern bei besonders stark haftenden Schmutz- oder Kondensatablagerungen zu erleichtern.
Darstellung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, Sensoren der Eingangs genannten Art bzw. deren verschmutzungsgefährdeten Bauteile dahingehend zu verbessern, dass diese weniger verschmutzen, insbesondere in Gegenwart von Schmutz-, Staub- oder kondensatbildenden Medien. Ferner ist es der Erfindung zugrunde liegendes technisches Problem, schmutzabweisende und/oder selbstreinigende Sensoren der eingangs genannten Art bzw. Bauteile hiervon zur Verfügung zu stellen, die jeweils so angepasst werden können, dass sie in Gegenwart mit einer bestimmten Flüssigkeit selbstreinigende Eigenschaften aufweisen.
Diese technischen Probleme werden durch Sensoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und auch durch Bauteile gemäß den Ansprüchen 14-21 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden durch Kombination mit den Merkmalen der Unteransprüche definiert. Es ist hier zu noch anzumerken, dass Füllstandsensoren im Sinne dieser Erfindung neben den bekannten, nach verschiedenen Prinzipien arbeitenden Geräten insbesondere auch sogenannte Grenzstandsensoren umfassen.
Erfindungsgemäße Sensoren und Bauteile hiervon weisen den Vorteil auf, dass sie für Schmutz- oder Kondensateinwirkung unempfindlich ausgestaltet werden können. Dadurch ist insbesondere auch der Kontroll- bzw. Wartungs- bzw. Reinigungsbedarf deutlich reduziert. Vorteilhafterweise werden auch Rückstände an benetzten Bauteilen von Sensoren weitgehend vermieden, wenn diese zeitweise in ein Medium eintauchen bzw. damit in direktem Kontakt stehen. Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Sensoren und Bauteilen besteht darin, dass diese gegenüber Witterungseinflüssen unempfindlicher sind, insbesondere wird deren Funktionssicherheit und Ablesbarkeit auch ohne Reinigung dauerhaft erhalten.
Erfindungsgemäße Sensoren und Bauteile hiervon mit schmutzabweisenden und/oder selbstreinigenden Eigenschaften sind gekennzeichnet durch eine äußere Oberfläche, die zumindest teilweise (auf einem Teil der Fläche) Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten, insbesondere regelmäßigen Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, und Flüssigkeit von der Oberfläche im wesentlichen rückstandsfrei abläuft.
Aus der EP 0 658 525 Bl ist ganz allgemein, ein mehrlagiger, wasserabweisender Film offenbart. Hierin findet sich aber keinerlei Hinweis auf das spezielle erfindungsgemäße Anwendungsgebiet. Auch die nachveröffentlichte EP 1 055 924 A2 offenbart nur ein mit einer speziellen Oberflächenstruktur versehenes Fenster eines optischen Messgerätes. Durch die Struktur soll ein Selbstreinigungseffekt des Fensters bewirkt werden. Schließlich werden in der EP 772 514 durch Einwirkung, Beregnung oder Gegenwart von Wasser selbstreinigende Oberflächen beschrieben, die eine künstliche Oberflächenstruktur mit hydrophoben Erhebungen im Abstand von 5 - 200 μm und einer Höhe von 5 - 100 μm aufweisen. Die selbstreinigende Eigenschaft derartiger Oberflächenstrukturen beruht darauf, dass auf der Oberfläche liegende Schmutzpartikel durch Wassertropfen aufgenommen und rückstandsfrei abgeführt werden. Zur Reinigung der Oberflächen gemäß der EP 772 514 ist die Anwendung bewegten Wassers erforderlich, welches Schmutzpartikel von der Oberfläche aufnimmt und ableitet.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Verwendung von analogen Oberflächenstrukturen, wie sie in der EP 772 514 für Wassereinwirkung beschrieben werden, bei Sensoren der eingangs genannten Art zu einer Erhöhung der Messgenauigkeit und der Funktionsfähigkeit fuhren. Insbesondere wenn z.B. Teile eines Messwertaufnehmers wenigstens zeitweise in das zu messende Medium eingetaucht sind bzw. direkt damit in Kontakt stehen, konnten mit erfindungsgemäß gestalteten Sensoren deutliche Verbesserungen in der Messgenauigkeit und Funktionssicherheit festgestellt werden. Insbesondere bei aggressiven, stark haftenden Medien wird auf diese Art und Weise eine Anwendung entsprechender Sensoren mit schmutzabweisenden bzw. selbstreinigenden Eigenschaften erst ermöglicht.
Die erfindungsgemäßen Sensoren umfassen mindestens eine Teilfläche oder ein Bauteil, dessen äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten, insbesondere regelmäßigen Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, und Flüssigkeit von der Oberfläche im wesentlichen rückstandsfrei abläuft. Die Wahl des Materials, aus dem die Oberfläche und/oder die Erhebungen darauf bestehen, sowie auch die Höhe der Erhebungen und deren Abstände zueinander auf der Oberfläche spielt dabei eine wesentliche Rolle. Durch geeignete Auswahl und Dimensionierung werden die Benetzungseigenschaften erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. von Teilen auf deren Oberfläche so gestaltet, dass ein geeignetes flüssiges Medium auf dieser Oberfläche nahezu rückstandsfrei abläuft.
Insbesondere ist es bevorzugt, die Benetzungseigenschaften so auszugestalten, dass dasjenige flüssige Medium, mit dem die Vorrichtung oder Teile davon in Kontakt tritt, beispielsweise das Füllgut in einem Behältnis oder sich daraus bildendes Kondensat, im wesentlichen rückstandsfrei abläuft.
Je nach den Benetzungseigenschaften der Flüssigkeit, deren Oberflächenspannung, Polarität, Viskosität etc. wird der Fachmann ein geeignetes Material und geeignete Dimensionen der Erhebungen auf der Vorrichtungsoberfläche oder von Teilen davon so wählen, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen rückstandsfrei abläuft.
Im Fall von Wasser und Wassermischungen, wässrigen Lösungen und dergleichen, wie auch bei polaren Alkoholen und Ethern mit ähnlichen Benetzungseigenschaften werden die Erhebungen aus hydrophobem oder dauerhaft hydrophobisiertem Material gestaltet, so dass die Oberfläche ganz oder zumindest teilweise hydrophobe oder dauerhaft hydrophobisierte Erhebungen aufweist, deren Abstand voneinander im Bereich zwischen 5 - 200 μm und deren Höhe im Bereich von 5 - 100 μm liegt. Geeignete Materialien umfassen beispielsweise hydrophobe Kunststoffe wie Polytetrafluorethylen (Teflon®, auch als Oleophobisierungsmittel verwendbar), Kevlar®, Polysilane und oberflächlich silanisierte Materialien, Polysiloxane, Polyethylen, Polypropylen, Paraffine, Wachse, Metallseifen usw. mit Zusätzen an Aluminium- bzw. Zirkonium-Salzen, quartäre org. Verb., Harnstoff-Deriv., Fettsäure-modifizierte Melaminharze, Chrom-Komplexsalze, Silicone, Zinn-org. Verb . , Glutardialdehyd usw.
Die benetzungsabweisende Oberfläche f hrt dazu, dass auftreffende Flüssigkeit im wesentlichen rückstandsfrei abläuft. Dabei nehmen die Flüssigkeitstropfen sich eventuell auf der Oberfläche und/oder in den Erhebungszwischenräumen befindliche (Schmutz-) Partikel auf und entfernen sie von der Oberfläche, woraus der schmutzabweisende bzw. selbstreinigende Effekt resultiert.
Sofern die erfindungsgemäßen Vorrichtungen nur mit Feststoffen, wie beispielsweise Pulvern, Stäuben und dergleichen, in Kontakt treten, ist es bevorzugt daraus resultierende Verunreinigungen dadurch zu entfernen, dass die Oberfläche in Gegenwart von Wasser selbstreinigend ist, so dass eine einfache Reinigung der verschmutzten Oberflächen durch Wassereinwirkung möglich ist.
Bei Vorrichtungen, die in Gegenwart nichtwässriger Medien benutzt werden, wird das Material und die Dimensionierung der Erhebungen so den
Benetzungseigenschaften der Flüssigkeit angepasst, dass diese nahezu rückstandsfrei abläuft. Für unpolare Flüssigkeiten, wie beispielsweise Öle, Kohlenwasserstoffe, konzentrierte Schwefelsäure und dergleichen, ist die Verwendung von perfluorierten Kohlenwasserstoffen bevorzugt. Die selbstreinigende, d.h. auch Feststoffpartikel mit ableitende Wirkung derartiger Oberflächen ergibt sich jedoch, wie von Barthlott et al. für Wasser beschrieben, einzig aus der Kombination von Materialeigenschaften und Abstand und Höhe der Erhebungen.
Insbesondere ist es ferner bevorzugt, wenn nur diejenigen Bauteile mit einer entsprechenden Oberfläche versehen sind, die in direktem Kontakt mit dem zu messenden bzw. am Prozess beteiligten Medium stehen. Beispiele hierfür sind Antennen, Schallwandler, Elektroden oder Membrane von Mikrowellen- bzw. Ultraschall-, kapazitiven oder Drucksensoren für die Füllstandsmesstechnik oder Prozessdruckmesstechnik.
Die Aufbringung der selbstreinigend strukturierten Oberflächen kann sowohl durch eine Beschichtung als auch durch das Aufbringen einer Folie oder die Verwendung von Lacken, oder auch durch die Verwendung von Materialen wie Metallen,
Keramik oder Kunststoffen, deren Oberfläche die erfindungsgemäß beanspruchten Eigenschaften aufweisen, erreicht werden. Die entsprechenden Oberflächenstrukturen können aufgeprägt oder eingeätzt werden. Auch die Aufbringung von Pulverstrukturlacken, Dispersionen von Pulverpartikeln in entsprechend hydrophoben Bindemitteln und dergleichen ist prinzipiell zur Herstellung der erfindungsgemäß gewünschten Oberflächenstrukturen auf Messvorrichtungen anwendbar.
Erfindungsgemäße Sensoren umfassen Einrichtungen zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen, Einrichtungen zur Erzeugung und zum Empfangen von Schallwellen, Einrichtungen zur Messung von elektrischen Widerständen oder der elektrischen Leitfähigkeit, Einrichtungen zur Erfassung eines Grenzstandes mittels eines Schwingstabes oder einer Schwinggabel, Einrichtungen zur Messung einer Kapazität, Einrichtungen zur Messung von Druck, Einrichtungen zur Anzeige eines Messwertes sowie Einrichtungen zur Messung einer Distanz.
Bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen ist es bevorzugt, mindestens den Anpasskegel, einen Trichter oder eine Reflektionsfläche, vorzugsweise eine parabelförmig gebogene Reflektionsfläche (Hornantenne) und/oder eine Stabantenne mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur zu versehen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung und zum Empfangen von Schallwellen mit selbstreinigender Oberfläche umfasst einen oder mehrere piezoelektronische Schallgeber, wobei die ausgesendeten oder empfangenen Schallwellen eine Frequenz von 10 - 100 kHz besitzen.
Bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Messung eines elektrischen Widerstandes oder einer elektrischen Leitfähigkeit ist es bevorzugt, eine oder mehrere Seil- oder Stabmesssonden zu verwenden, die mit der erfindungsgemäßen selbstreinigenden Oberfläche ausgestattet sind.
Bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Erfassung eines Grenzstandes bei wässrigen und/oder ähnlich polaren Medien ist es bevorzugt, die verwendeten Schwingstäbe oder Schwinggabeln mit einer Oberfläche auszustatten, die hydrophobe Erhebungen im Abstand von 5 - 200 μm und mit einer Höhe von 5 - 100 μm aufweist. Dies gilt ebenso für erfmdungsgemäße Vorrichtungen zur Messung einer Kapazität. Bei Anwendung in Gegenwart nichtwässriger Medien sind Material und Struktur der Erhebungen erfindungsgemäß an die Benetzungseigenschaften des Mediums anzupassen. In einer bevorzugten Vorrichtung zur Messung einer Distanz mittels einer elektromagnetischen Welle, die an einem Seil, Kabel oder an einem Stab entlang geführt wird, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Seil, Kabel oder der Stab eine selbstreinigend strukturierte Oberfläche aufweist.
Die erfindungsgemäßen schmutzabweisenden und/oder selbstreinigenden Vorrichtungen bewirken beim Einsatz in oder in der Umgebung von flüssigen Medien, dass entstehendes Kondensat von den Bauteilflächen mit selbstreinigender Oberflächenstruktur leichter abgleiten kann, wobei Schmutzpartikel gegebenenfalls mit abgewaschen werden und ein Selbstreinigungseffekt erzielt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand den beigefügten Figuren am Beispiel einer Hornantenne eines Radarfüllstandmessgerätes noch deutlicher. Es zeigt:
Fig. 1 die Hornantenne eines Radarfüllstandmessgerätes mit herkömmlicher Oberfläche und
Fig. 2 die Hornantenne eines Radarfullstandsmessgerätes mit selbstreinigender Oberfläche. Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Die Hornantenne eines solchen Füllstandsensors ragt im Einbauzustand in den Innenraum eines Behälters (z.B. eines Flüssigkeitstanks) vor. Ein von der Hornantenne abgestrahlter Radar-Messpuls wird an der Oberfläche der Füllguts im Behälter reflektiert. Die Antenne fängt den reflektierten Puls auf. Aus der gesamten Laufzeit des Pulses wird der Abstand der reflektierenden Fläche von der Antenne bestimmt, der dem Füllstand entspricht.
Bei flüssigen Füllgütern kommt es durch den Kontakt der Antenne mit Füllgut- Dampf zu oberflächigen Belägen und eventuell zur Kondensatbildung, z.B. in Spalten und anderen engen Hohlräumen in der Antennenstruktur. Auch partikuläre Füllgüter können, z. B. beim Beruhen des Behälters, an die Antenne gelangen.
Während bei herkömmlichen Oberflächen solches Kondensat bzw. solche Partikel an der Antenne anhaften und entsprechende Verzerrungen im ausgesendeten bzw. empfangenen Radarsignal bewirken, laufen bei erfindungsgemäßen Sensoren mit selbstreinigender Oberfläche Kondensatanteile leicht von der Antenne ab; anhaftende Schmutzpartikel werden von Kondensattropfen während des Betriebes des Gerätes aufgenommen und von dessen Oberfläche abgeführt. Die dadurch bewirkte permanente Selbstreinigung des Sensors verhindert die dauerhafte Anhaftung von Schmutz an dessen Oberfläche und sorgt so für eine gleichbleibende, verzerrungsfreie Messgenauigkeit und Funktionssicherheit.
Da Sensoren der genannten Art oftmals auch in Außenanlagen eingesetzt werden, die den üblichen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, auch solche Teile bzw. Bauteile der Sensoren mit selbstreinigender Oberfläche auszustatten, die nicht direkt mit dem zu messenden Medium in Kontakt kommen. So ist es sinnvoll und erfindungsgemäß bevorzugt, insbesondere auch Gehäuseteile und Messwerte- bzw. Parameteranzeigen, die der Witterung ausgesetzt sind, mit selbstreinigender Oberfläche auszustatten. Die entsprechenden Gehäuse bzw. Mess wertanzeigenteile erfindungsgemäßer Sensoren werden dementsprechend durch die Einwirkung von Regen regelmäßig von anhaftendem Sclimutz bzw. Staub befreit, wodurch sowohl ein sauberes äußeres Erscheinungsbild wie auch die Ables- barkeit von Anzeigen dauerhaft auch ohne besonderen Reinigungsaufwand erhalten bleibt.
Erfϊndungsgemäße Sensoren haben ferner den Vorteil, dass erforderliche Reini- gungs- bzw. Wartungsintervalle deutlich verlängert bzw. sogar vollständig überflüssig werden, was zu erheblichen Aufwandsverminderungen führt. Sofern die erfindungsgemäßen Sensoren dennoch von Zeit zu Zeit gereinigt werden müssen, ist es möglich, eine ausreichende Entfernung von Schmutzpartikeln allein durch Einwirkung von fließendem Wasser (bzw. Reinigungslösung) zu gewährleisten. Die Anwendung mechanischer Reinigungsverfahren oder chemischer Reinigungsmittel, deren Rückstände zu entsprechenden Verunreinigungen in Einsatzmedien fuhren können, sind nicht mehr erforderlich.

Claims

Patentansprüche
1. Füllstandmess- oder Druckmesssensor, dessen äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus-benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
2. Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Teil der äußeren Oberfläche, der in mehr oder weniger direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium steht, mit den Erhebungen ausgestattet ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen aus hydrophobem oder dauerhaft hydrophobisiertem Material bestehen, und deren Abstand voneinander im Bereich zwischen 5 - 200 μm und deren Höhe im Bereich zwischen 5 - 100 μm liegt, wobei Material, Abstand und Abmessungen der Erhebungen auf das umgebende Medium abgestimmt sind.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, insbesondere im Mikrowellenbereich vorhanden ist.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpasskegel, ein Trichter, eine Reflexionsfläche oder eine Stabantenne mit den Erhebungen ausgestattet ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallwellen vorhanden ist.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen durch einen oder mehrere piezoelektronischer Schallgeber erzeugt werden, welche mit den Erhebungen ausgestattet sind.
8. Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesendeten oder empfangenen Wellen im Frequenzbereich von 10 - 100 kHz liegen.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Seil, Kabel oder einen Stab umfasst, an denen elektromagnetische Wellen entlang geführt werden und an deren Oberfläche die Erhebungen vorhanden sind.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingstab oder eine Schwinggabel vorhanden ist, wobei der Schwingstab bzw. die Schwinggabel an der Oberfläche mit den Erhebungen ausgestattet ist.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erfassung von Drücken vorhanden ist, welche mit den Erhebungen ausgestattet ist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Sensorteil, welcher äußeren Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, zumindest teilweise mit den Erhebungen ausgestattet ist.
13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorteil, der den äußeren Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, ein Gehäuse oder eine Messwerte- oder Parameteranzeige ist.
14. Hornantenne, insbesondere umfassend einen Anpasskegel, einen Trichter und eine Reflexionsfläche, für einen Füllstandmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
15. Stabantenne für einen Füllstandmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
16. Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallwellen für einen
Füllstandmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
17. Seil, Kabel oder Stab für einen Füllstandmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweisen, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
18. Schwingstab für einen Füllstandmesssensor, dessen äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweisen, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
19. Schwinggabel für einen Füllstandmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweisen, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
20. Einrichtung zum Messen von Drücken für einen Druckmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem
Material aufweisen, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
21. Messwerte- oder Parameteranzeige für einen Füllstand- oder Druckmesssensor, deren äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweisen, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann.
22. Verwendung eines Bauteils, dessen äußere Oberfläche zumindest teilweise Erhebungen aus benetzungsabweisendem Material aufweist, wobei die Erhebungen in geeigneten Abständen voneinander auf der Oberfläche angeordnet sind, so dass Flüssigkeit von der Oberfläche rückstandsfrei ablaufen kann, zur Herstellung eines Füllstandmess- oder Druckmesssensors.
23. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, insbesondere Mikrowellen umfasst, insbesondere eine Hornantenne umfassend einen Anpasskegel, einen Trichter, eine Reflexionsfläche, oder eine Stabantenne.
24. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Einrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallwellen ist.
25. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Seil- oder Stabmesssonde ist.
26. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Schwingstab oder eine Schwinggabel ist.
27. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Einrichtung zum Messen von Drücken ist.
28. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Messwerte- oder Parameteranzeige ist.
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