WO2007065555A2 - Vorrichtung und verfahren zum erfassen des füllstandes eines behälters und vorrichtung zum befüllen eines behälters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erfassen des füllstandes eines behälters und vorrichtung zum befüllen eines behälters Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the fill level of a container, a device for filling containers and a method for detecting the fill level of a container.
  • electrically conductive liquids known.
  • An elongated electrode is immersed in the liquid.
  • the resistance of the electrode itself should be small compared to the contact resistance from the electrode to the liquid.
  • a voltage is applied to the electrode at two ends. Due to the different potentials along the electrode, which are in contact with the liquid, stray currents form in the liquid.
  • the potential of the liquid outside the range of the stray currents corresponds to the potential of the center of the part of the electrode immersed in the liquid if the stray currents run exactly symmetrically to the center of the immersed part of the electrode. To capture the potential outside the range of
  • the stray currents of the immersed electrode are wide
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for detecting the fill level of a container and a device for filling containers
  • Claim 1 an apparatus according to claim 10 and a method according to claim 11. Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims.
  • a measuring probe is provided which can be inserted into a container and one of which is electrical at two locations
  • Resistance path is a linear measurement method for
  • Liquid can be detected, however, is integrated in the measuring probe itself. It has been found that even with such an arrangement, in which the
  • Resistance path is arranged, meaningful Level measurements are possible.
  • An electrically conductive container wall is then no longer necessary, so that glass or plastic bottles can also be used as possible containers.
  • Resistance path must be insulated electrically
  • An arrangement in which the reference potential electrode is arranged at the lower end of the measuring probe is particularly advantageous. In this area, the stray currents through the resistance section in the liquid are relatively low, so that good linearity is achieved in the measurement.
  • the resistance path is advantageously designed as a piece of pipe. This allows an inexpensive and simple construction of the resistance path. Furthermore, this design of the resistance path allows electrical lines to, for example, the resistance path or the
  • the lower end of the tube is closed with an insulating piece and / or the reference potential electrode.
  • Corresponding seals can advantageously be provided here in order to seal the various parts against one another.
  • Lines are contacted to the resistance path, wherein two lines are used to apply a DC or AC voltage to the resistance path and the third line is used to tap a potential.
  • Such an arrangement largely eliminates disruptive influences from scattered radiation from the outside, etc.
  • a device for filling containers, a device is particularly advantageous which has a device for detecting the
  • a measuring probe is first inserted into one
  • the reference potential is determined by a reference potential electrode, which is immersed in the filling material and arranged on the measuring probe.
  • Measuring probe with the resistance path is a simple one
  • Figure 1 is a schematic sectional drawing
  • Figure 2 is a schematic representation of the measuring probe
  • a measuring probe 1 is shown, which is arranged at the end of a rod 2.
  • the rod 2 can be conductive or be non-conductive.
  • a piece of pipe 3 is attached, which is to be electrically conductive and whose resistance should be relatively low compared to the contact resistance to the liquid.
  • the pipe 2 and the pipe section 3 can also be formed in one piece from a pipe, the pipe section 3 then being defined by the contact 12 (see below).
  • the pipe section 3 is contacted at the top with a contact 12 and at the bottom with a contact 13.
  • Contact 12 has a conductor 8 attached and contact 13 has two conductors 9 and 10. Instead of two conductors 9 and 10, however, only a single conductor can be provided. This means that either the conductor 9 or the conductor 10 is omitted.
  • the insulating piece 4 here has a length in the direction along the measuring probe, which is between 1/50 and half the length of the tube piece 3. A length in the range between 1/5 and 1/10 of the length of the pipe section 3 is preferred.
  • a reference potential electrode 5 is provided at the lower end of the measuring probe 1, which is formed from a conductive material.
  • Reference potential electrode 5 is connected to a conductor 11 at a contact 14.
  • the different parts 2, 3, 4 and 5 can, for. B. be connected to adjacent parts by means of screw connection.
  • the seals 6, 7 are by the
  • Reference potential electrode 5 are detected. For this purpose, for example, the voltage difference between line 10 and 11 or, if line 10 is missing, between line 9 and 11 or between line 8 and 11 can be determined.
  • FIG. 2 An application example is shown in Figure 2.
  • the measuring probe 1 is immersed in a bottle 15 which is filled with a liquid 16.
  • the pipe section 3 is here
  • the reference potential electrode 5 is also immersed in the liquid, since it is below the lower end of the
  • Resistance path 3 is arranged.
  • FIG. 2 does not show a filling valve or a filling tube with which the liquid 16 is introduced into the bottle 15.
  • the filling tube can be arranged approximately next to or concentrically with the probe.
  • the measuring probe 1 is inserted into the bottle 15. At the same time or before, the filling process
  • Reference potential electrode 5 and then contacted the lower end of the resistance path 3. In this state, the reference potential electrode 5 has the same potential as the lower end of the resistance path 3.
  • the potential of the liquid 16 will change in the direction of the potential as specified by the contact 12 (see FIG. 1).
  • This changing potential of the liquid can be detected with the reference potential electrode 5.
  • the filling is stopped.
  • the measuring probe is then removed from the container 15.
  • Such a bottle filling can, for. B. in one

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die in den Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, wobei die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommen kann, wobei die Messsonde eine elektrisch kontaktierte Bezugspotentialelektrode aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern, wie etwa Flaschen, wobei eine obige Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands vorgesehen ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, mit den Schritten: die Messsonde wird in den Behälter eingebracht und der Behälter wird zunehmend befüllt, sodass die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommt wobei ein elektrisches Bezugspotenzial durch eine in das Füllgut eingetauchte Bezugspotenzialelektrode gegeben wird, die an der Messsonde angeordnet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands eines Behälters, eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern sowie ein Verfahren zum Erfassen des Füllstands eines Behälters.
Aus der US 4,188,826 und der DE 27 23 999 C2 ist eine
Einrichtung zum elektrischen Messen der Standhöhe von
elektrisch leitenden Flüssigkeiten bekannt. Dabei wird eine langgestreckte Elektrode in die Flüssigkeit eingetaucht. Der Widerstand der Elektrode selbst soll klein gegenüber dem Übergangswiderstand von der Elektrode in die Flüssigkeit sein. An die Elektrode wird an zwei Enden eine Spannung angelegt. Durch die verschieden hohen Potenziale entlang der Elektrode, die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen, bilden sich Streuströme in der Flüssigkeit aus. Das Potenzial der Flüssigkeit außerhalb des Bereichs der Streuströme entspricht bei exakt symmetrisch zur Mitte des eingetauchten Teils der Elektrode verlaufenden Streuströmen dem Potenzial der Mitte des in die Flüssigkeit eingetauchten Teils der Elektrode. Zur Erfassung des Potenzials außerhalb des Bereichs der
Streuströme der eingetauchten Elektrode ist die weit
entfernte Behälterwand vorgesehen. Mit dieser Messanordnung ergibt sich ein linearer Verlauf zwischen der gemessenen Spannung und dem Füllstand.
Aus der EP 0 658 511 Bl, der DE 43 22 088 Al, der AT 338640 und der EP 0 598 892 Bl sind Vorrichtungen zum Erfassen der Flüssigkeitsstände in Flaschen bekannt, bei denen Elektroden mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen können, sodass durch den Kurzschluss zwischen den beiden Kontakten auf den
Füllstand geschlossen werden kann. Eine lineare
Füllstandsmessung ist hier nicht oder nur sehr schwer, d. h. mit sehr vielen Einzelwiderständen und entsprechenden
Kontakten möglich. Diese Kontaktmessungen haben jedoch den Vorteil, dass keine leitfähige Behälterwand benötigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen des Füllstands eines Behälters sowie eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern zu
schaffen, mit denen in möglichst einfach und zuverlässiger Weise der Füllstand auch von nicht leitenden Behältern mit möglichst guter Auflösung erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach
Anspruch 1, einer Vorrichtung nach Anspruch 10 und einem Verfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Bei der Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes ist eine Messsonde vorgesehen, die in einen Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch
kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst. Mit dieser
Widerstandsstrecke ist ein lineares Messverfahren zur
Erfassung des Füllstands möglich.
Eine Elektrode, mit der ein Bezugspotenzial in der
Flüssigkeit erfasst werden kann, ist jedoch in die Messsonde selbst integriert. Es hat sich herausgestellt, dass selbst mit einer solchen Anordnung, bei der die
Bezugspotenzialelektrode relativ dicht an der
Widerstandsstrecke angeordnet ist, aussagekräftige Füllstandsmessungen möglich sind. Eine elektrisch leitfähige Behälterwand ist dann nicht mehr nötig, sodass auch Glasoder Kunststoffflaschen als mögliche Behälter zum Einsatz kommen können.
Um die Bezugspotenzialelektrode gegenüber der
Widerstandsstrecke elektrisch zu isolieren ist
vorteilhafterweise ein Isolierstück vorgesehen. Denkbar wäre auch lediglich eine Isolation mittels eines Klebers, einer Dichtung oder Ähnlichem.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Anordnung, bei der die Bezugspotenzialelektrode am unteren Ende der Messsonde angeordnet ist. In diesem Bereich sind die Streuströme durch die Widerstandsstrecke in der Flüssigkeit relativ gering, sodass eine gute Linearität bei der Messung erreicht wird.
Die Widerstandsstrecke ist vorteilhafterweise als Rohrstück ausgebildet. Dies erlaubt eine kostengünstige und einfache Konstruktion der Widerstandsstrecke. Weiterhin erlaubt diese Ausbildung der Widerstandsstrecke elektrische Leitungen zu beispielsweise der Widerstandsstrecke oder der
Bezugspotenzialelektrode durch das Rohrinnere zu führen und diese so von dem Füllgut getrennt zu halten.
Vorteilhafterweise ist hierbei das untere Ende des Rohres mit einem Isolierstück und/oder der Bezugspotenzialelektrode verschlossen. Hierbei können vorteilhafterweise entsprechende Dichtungen vorgesehen sein, um die verschiedenen Teile gegeneinander abzudichten.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der drei
Leitungen an die Widerstandsstrecke kontaktiert sind, wobei zwei Leitungen dazu dienen, eine Gleich- oder WechselSpannung an die Widerstandsstrecke anzulegen und die dritte Leitung dazu dient, ein Potenzial abzugreifen. Durch eine derartige Anordnung werden störende Einflüsse durch Streustrahlung von außen etc. weitgehend ausgeschaltet.
Zum Befüllen von Behältern ist insbesondere eine Vorrichtung vorteilhaft, die eine Vorrichtung zum Erfassen des
Füllstandes, wie oben beschrieben, aufweist.
Bei dem Verfahren wird zunächst eine Messsonde in einen
Behälter eingebracht und der Behälter dann zunehmend befüllt. Bei der Befüllung kommt die Widerstandsstrecke mit dem
Füllgut zunehmend in Kontakt. Das Bezugspotenzial wird durch eine Bezugspotenzialelektrode ermittelt, die in das Füllgut eingetaucht und an der Messsonde angeordnet ist .
Durch die Anordnung der Bezugspotenzialelektrode in der
Messsonde mit der Widerstandsstrecke ist eine einfache
Handhabung dadurch möglich, dass lediglich eine Sonde in den Behälter eingeführt zu werden braucht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist anhand von den beiliegenden Figuren gezeigt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittzeichnung durch
eine Messsonde,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Messsonde
in einem Behälter.
In Figur 1 ist eine Messsonde 1 gezeigt, die an dem Ende eines Stabs 2 angeordnet ist. Der Stab 2 kann leitfähig oder nichtleitfähig sein. Am unteren Ende des Stabs 2 ist ein Rohrstück 3 angebracht, das elektrisch leitend sein und dessen Widerstand im Vergleich zu dem Kontaktwiderstand zu der Flüssigkeit relativ niedrig sein soll. Das Rohr 2 und das Rohrstück 3 können auch einstückig aus einem Rohr gebildet sein, wobei sich das Rohrstück 3 dann durch den Kontakt 12 (s. u.) definiert. Das Rohrstück 3 ist oben mit einem Kontakt 12 und unten mit einem Kontakt 13 kontaktiert. Bei dem
Kontakt 12 ist ein Leiter 8 angebracht und bei dem Kontakt 13 zwei Leiter 9 und 10. Anstelle von zwei Leitern 9 und 10 kann jedoch auch nur ein einzelner Leiter vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass entweder der Leiter 9 oder der Leiter 10 weggelassen wird.
Am unteren Ende des Rohrstücks 3 ist eine Dichtung 6
vorgesehen, an die sich ein Isolierstück 4 anschließt. Das Isolierstück 4 hat hier eine Länge in Richtung entlang der Messsonde, die zwischen 1/50 und der Hälfte der Länge des Rohrstücks 3 beträgt. Bevorzugt ist eine Länge im Bereich zwischen 1/5 und einem 1/10 der Länge des Rohrstücks 3.
Mit einer Dichtung 7 abgedichtet ist am unteren Ende der Messsonde 1 eine Bezugspotenzialelektrode 5 vorgesehen, die aus einem leitfähigen Material gebildet ist. Diese
Bezugspotenzialelektrode 5 ist bei einem Kontakt 14 mit einem Leiter 11 verbunden.
Die verschiedenen Teile 2, 3, 4 und 5 können z. B. mittels Schraubverbindung jeweils mit benachbarten Teilen verbunden werden. Die Dichtungen 6, 7 werden durch das
Zusammenschrauben zusammengedrückt, um so gut abzudichten. Zum Messen des Füllstandes wird zwischen die Leiter 8 und 9 eine Gleich- oder WechselSpannung angelegt. Dadurch bildet sich ein Potenzialgefälle zwischen den Kontakten 12 und 13 entlang des Rohrstücks 3 aus. Dadurch, dass der Widerstand der Widerstandsstrecke 3 relativ gering ist im Vergleich zu dem Übergangswiderstand zwischen der Widerstandsstrecke 3 und der sie umgebenden Flüssigkeit, ist dieses Potenzialgefälle relativ unabhängig von dem Füllstand.
Je nachdem, wie hoch der Flüssigkeitsstand entlang der
Widerstandsstrecke 3 ist, wird die Flüssigkeit mit Teilen der Widerstandsstrecke in Kontakt kommen, die ein verschieden hohes Potenzial aufweisen. Dadurch wird sich das Potenzial der Flüssigkeit selber mit zunehmendem Füllstand ändern. Das Potenzial dieser Flüssigkeit kann mit der
Bezugspotenzialelektrode 5 erfasst werden. Hierzu kann also beispielsweise die Spannungsdifferenz zwischen der Leitung 10 und 11 oder falls die Leitung 10 fehlt, zwischen der Leitung 9 und 11 oder zwischen der Leitung 8 und 11, ermittelt werden .
Mit dieser Messsonde ist somit eine kontinuierliche Erfassung der Füllstandshöhe durch die sich variierende Spannung während sich ändernder Befüllung möglich.
Ein Anwendungsbeispiel ist in Figur 2 gezeigt. Hier ist die Messsonde 1 in eine Flasche 15 eingetaucht, die mit einer Flüssigkeit 16 gefüllt ist. Das Rohrstück 3 ist hier
teilweise in die Flüssigkeit 16 eingetaucht. Weiterhin ist auch die Bezugspotenzialelektrode 5 in die Flüssigkeit eingetaucht, da sie unterhalb des unteren Endes der
Widerstandsstrecke 3 angeordnet ist. In Figur 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist ein Füllventil bzw. ein Füllrohr, mit dem die Flüssigkeit 16 in die Flasche 15 eingebracht wird. Das Füllrohr kann etwa neben der oder konzentrisch zu der Sonde angeordnet sein.
Bei dem Verfahren wird die Messsonde 1 in die Flasche 15 eingeführt. Dabei oder davor wird mit dem Füllvorgang
begonnen, bei dem Flüssigkeit 16 in die Flasche 15 eingefüllt wird. Mit zunehmendem Flüssigkeitsspiegel 15 wird die
Bezugspotenzialelektrode 5 und anschließend das untere Ende der Widerstandsstrecke 3 kontaktiert . In diesem Zustand hat die Bezugspotenzialelektrode 5 das selbe Potenzial wie das untere Ende der Widerstandsstrecke 3. Mit zunehmendem
Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels 17 wird sich das Potenzial der Flüssigkeit 16 in Richtung zu dem Potenzial, wie es durch den Kontakt 12 (siehe Figur 1) vorgegeben ist, verändern. Dieses sich ändernde Potenzial der Flüssigkeit kann mit der Bezugspotenzialelektrode 5 erfasst werden. Sobald der gewünschte Füllstand erreicht ist, was durch die einfache Spannungsmessung ermittelt werden kann, wird die Befüllung gestoppt. Anschließend wir die Messsonde aus dem Behälter 15 entfernt .
Eine derartige Flaschenbefüllung kann z. B. in einem
Rotationsfüller oder auch einem Linearfüller mit einer
Vielzahl von Füllstationen (mehr als 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100) stattfinden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes eines
Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die in den Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte
Widerstandsstrecke umfasst, wobei die
Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (1) eine elektrisch kontaktierte Bezugspotentialelektrode (5) aufweist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolierstück (4) vorgesehen ist, mit dem die Bezugspotentialelektrode (5) gegenüber der
Widerstandsstrecke (3) elektrisch isoliert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugspotentialelektrode (5) mit dem
Isolierstück an der Widerstandsstrecke (3) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugspotentialelektrode (5) am unteren Ende der Messsonde (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsstrecke (3) ein Rohrstück umfasst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen 8, 9, 10, 11 in dem
Rohrstückinneren angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch
gekennzeichnet, dass das untere Ende des Rohrstücks mit einem Isolierstück (4) und/oder der
Bezugspotentialelektrode (5) verschlossen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilen, die in
Füllgut eintauchen können, Dichtungen 6, 7 vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Widerstandsstrecke (3) eine zusätzliche Messsignalleitung (10) kontaktiert ist.
10. Vorrichtung zum Befüllen von Behältern, wie etwa
Flaschen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
11. Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte
Widerstandsstrecke umfasst, mit den Schritten: Die Messsonde wird in den Behälter eingebracht und der Behälter wird zunehmend befüllt, so dass die
Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommt dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Bezugspotenzial durch eine in das Füllgut (16) eingetauchte Bezugspotenzialelektrode (5) gegeben wird, die an der Messsonde (1) angeordnet ist.
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