WO2013189707A1 - Füllstandsmessgerät und vorrichtung zur bestimmung der dielektrizitätszahl - Google Patents

Füllstandsmessgerät und vorrichtung zur bestimmung der dielektrizitätszahl Download PDF

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medium
level
waveguide
determining
signal
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PCT/EP2013/061069
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Thomas Blödt
Peter KLÖFER
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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    • G01F23/802—Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • G01F23/804—Particular electronic circuits for digital processing equipment containing circuits handling parameters other than liquid level

Definitions

  • the present invention relates to a level measuring device for determining the level of a process medium in a container by means of a transit time method.
  • the process medium is for example a liquid.
  • the invention relates to a device for determining the relative permittivity of a medium in a container, with a waveguide for a high-frequency measurement signal and with an electronic unit.
  • the medium is, for example, a liquid, a gas or foam.
  • measuring instruments are used which determine the level with a transit time method. For example, these are radar instruments.
  • Such gauges use a microwave signal, which
  • the reflected signal on the medium is evaluated by an electronic unit in the meter. From the duration of the signal, the distance to the medium and from this the level of the medium can be determined.
  • Another measuring device, which operates on the transit time principle, is an ultrasound measuring device, which determines the distance to the medium by means of an ultrasound signal.
  • Dielectric constant of the medium should be known. From the published patent application DE 10200604571 A1, a method for distinguishing different filling materials by means of microwave measurement is known. To do this
  • the object of the invention is to increase the accuracy of a fill level determining by means of a maturity method level gauge. Furthermore, it is an object of the invention to provide a compact device for determining the dielectric constant of a medium.
  • the object is achieved by a level measuring device for determining the level of a process medium in a container by means of a transit time method, characterized in that the level measuring device comprises means for determining the relative permittivity of a second medium, which is located between the level gauge and the process medium, wherein the means for determining the dielectric constant comprise at least one waveguide for a high-frequency measurement signal, which at least partially with a
  • the waveguide is, for example, a waveguide or a coaxial probe.
  • an electronic unit is provided which is designed to determine a measured value for the fill level on the basis of the transit time of a signal emitted in the direction of the process medium and reflected on the process medium, and a function of the measured dielectric constant of the second medium to determine the corrected measured value for the filling level.
  • a correction is required if the medium is different from air, since the duration of the
  • Level measurement signal on the dielectric constant of the medium passed through or the media passed is gas phases, which form at high process temperatures, or dusty atmospheres. The changed
  • Dielectricity is reliably detected by the additional means for determining the dielectric constant, so that the appropriate correction of the level measurement is possible.
  • At least one correction value and / or a correction formula for correcting the measured value for the filling level in dependence on the electronic unit is provided in the electronics unit
  • the electronic unit is configured to correct the measured value for the level corresponding to the correction value and / or the correction formula.
  • the level gauge is an ultrasonic measuring device
  • Radar measuring device with guided signal or radar measuring device with free-running shaft.
  • the measurement accuracy of the level measuring device can be increased by taking into account the information about the relative permittivity in the determination of the filling level.
  • Level gauge is designed to send out a signal towards the process medium and to receive and evaluate the reflected signal.
  • the level gauge is spaced from the process medium. At most, in a guided wave radar gauge, there is contact via a waveguide. The transmission and However, receiving element for transmitting the signal and receiving the reflected signal is nevertheless arranged at a certain distance from the process medium. in the
  • the medium whose number of dielectrics is to be determined there is direct contact between the medium whose number of dielectrics is to be determined and the waveguide for the high-frequency measurement signal for determining the dielectric constant.
  • the high-frequency measurement signal preferably a microwave signal
  • the waveguide and the dielectric are therefore, in contrast to the components of the level measuring device serving for level measurement, not designed to radiate the measurement signal into the medium with as little loss as possible, but rather configured in such a way that the measurement signal is reflected at the interface.
  • Advantageous embodiments cause a low-loss propagation of the measurement signal in the waveguide or low-reflection as possible at the interface.
  • a device for determining the relative permittivity of a medium in a container with a waveguide for a high-frequency measurement signal and with an electronics unit in that the waveguide is at least partially filled with a dielectric and configured and introduced into the container in that the dielectric forms with the medium an interface at which a substantial portion of the measuring signal propagating in the waveguide is reflected and in that the electronic unit is adapted to receive the signal reflected at the interface and at least with respect to to evaluate the amplitude.
  • the amplitude of the reflected signal is a measure of the dielectric constant.
  • the dielectric is preferably in the form of a solid and thus forms a defined interface with the medium.
  • the device according to the invention represents a non-invasive means for determining the relative permittivity. Furthermore, the device is compact, since a waveguide with very small dimensions is sufficient for the measurement. The device can thus also be introduced into the container via a small diameter process connection.
  • the electronic unit compares the amplitude of the
  • the electronic unit is designed to determine the relative permittivity from the energy ratio of incoming and outgoing waves.
  • the dielectric has a frustoconical termination.
  • the frustoconical termination is rotationally symmetrical. Such shaping reduces the proportion of the transmitted power.
  • at least one cooling rib is formed on the device.
  • the waveguide preferably has one or more cooling ribs on its outer side facing away from the dielectric. These cause a protection of the electronics unit from high prochresstem peratu Ren.
  • the waveguide is designed as a waveguide or as a coaxial conductor.
  • the waveguide is designed as a circular waveguide.
  • a system for determining a level of a process medium in a container at least comprising a level gauge for
  • FIG. 1 shows a section of a device for determining the relative permittivity in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a section of a device for determining the relative permittivity in a second embodiment, with electronics unit;
  • Fig. 3 shows a system of a measuring device for level measurement and a device for
  • FIG. 1 shows a device 1 for determining the relative permittivity of a medium 1 1 present in a container 12.
  • the device 1 is introduced into the wall 13 of the container 12.
  • the device 1 has a process connection 4, for example a flange or a thread.
  • the medium 1 1 is preferably a gas phase, vapor or a dusty atmosphere, i. a particle-containing gas.
  • An essential component of the device is a waveguide 2 for a high-frequency measurement signal.
  • a high-frequency signal is a signal in the microwave range, especially in the GHz- Understand area, for example, with a frequency between 6 GHz and 77 GHz, especially 26GHz.
  • the waveguide 2 is designed as a waveguide, for example with a round or rectangular cross-sectional area, and is filled with a dielectric 21 in the form of a solid. Particularly suitable is a dielectric 21 which only slightly attenuates the high-frequency waves propagating in the waveguide 2, for example PTFE, ETFE, PEEK or PE.
  • the device 1 or the waveguide 2 are arranged such that the waveguide 2 is in contact with the medium 11 located in the container via an interface 23.
  • the dielectric 21 may project into the container, be at least substantially flush with the container wall 13 or be set back.
  • a coaxial probe can serve as a waveguide.
  • the inner conductor of the coaxial probe relative to the interface 23 is retracted by at least a few millimeters, so that the structure is designed explosion-proof.
  • the dimensions of the waveguide 2 may be low, so that the device 1 takes up little space when introduced into the wall 13. The dimensions depend on the frequency of the measurement signal used, the dimensions behaving antiproportional to the frequency.
  • the diameter of the waveguide 2 at a frequency of 6 GHz is preferably about 40 mm, while the diameter at 26 GHz is preferably between 5 mm and 12 mm.
  • the length at 26 GHz is for example between 15 mm and 40 mm. In principle, however, the length can be chosen almost arbitrarily, with a shorter length resulting in lower power losses.
  • the dielectric 21 forms a defined interface 23 to the medium 1 1, whose
  • Dielectric constant is to determine.
  • the interface 23 there is a direct contact between the dielectric 21 and the medium 1 1.
  • the medium-contacting surface of the dielectric 21 is provided with a process separation layer, for example in the form of a thin coating.
  • the interface 23 may be flat or assume another suitable shape, so that the largest possible proportion of the measurement signal is reflected and the smallest possible part is transmitted into the medium 11. The lower the transmission, the more accurate the determination of the dielectric constant is possible because fewer unwanted reflections occur within the container 12, which can be fed back into the waveguide 2.
  • a plurality of cooling fins 5 are formed on the waveguide 2 . These are used for thermal decoupling of the device 1, in particular of the electronic unit 8, which adjoins the waveguide 2, from the process. Alternatively or additionally, a thermal decoupling over a correspondingly large length of the waveguide 2 is possible.
  • the measurement signal is generated in the electronic unit 8 and fed via a bushing 6 to a coupling element 7, which couples the measurement signal into the waveguide 2.
  • the electronic unit 8 receives the reflected measurement signal via the same elements.
  • Fig. 2 discloses an advantageous embodiment of the filled with the dielectric 21
  • the waveguide 2 may again be constructed as a waveguide or coaxial probe and is not limited to a circular cross-sectional area.
  • the dielectric 21 is designed such that the transmitted portion of the measurement signal is reduced.
  • the dielectric 21 has a frustoconical termination 22.
  • Termination 22 in this case forms the interface 23 to the medium 1 1.
  • the end 22 is rotationally symmetrical.
  • the termination 22 is surrounded by a funnel 3, which is preferably also rotationally symmetrical.
  • the funnel 3 is made of a metallic material. The conclusion 22 and the funnel 3 protrude into the interior of the bounded by the wall 13 container 12.
  • the dielectric 21 projects further into the container 12, so that not only the frustoconical termination 22 is located within the container 12.
  • the end 22 is set back so that the end 22 projects only partially into the container 12.
  • the interface 23 of the dielectric 21 is substantially flush with the container wall 13, i. the waveguide 2 and dielectric 21 do not protrude into the container interior.
  • the funnel 3 is also located outside the container 12. In this variant, the funnel 3 preferably simultaneously forms the process connection 4 for fastening the device 1 in the wall 13.
  • Waveguide 2 and the dielectric 21 limited.
  • the end portion of the waveguide 2 remote from the medium 11 is connected to the electronic unit 8 via connecting means.
  • the connection means comprise at least one coupling element 7 and a leadthrough 6.
  • the coupling element 7 couples the measurement signal into the waveguide 2 and the reflected measurement signal out of the waveguide 2.
  • a gas-tight and high-frequency-permeable bushing 6 is provided, through which the measurement signal from the electronics unit 8 in the coupling element 7 and the reflected
  • the Measuring signal from the coupling element 7 enters the electronic unit 8.
  • the passage 6 is configured for example as a glass feedthrough, wherein a cable as a support for the Measuring signal can serve.
  • the transition to waveguide technology is produced by the coupling element 7.
  • the electronic unit 8 has a high-frequency oscillator 82 or alternatively another high-frequency source which generates the high-frequency measurement signal.
  • the measuring signal is fed to a so-called duplexer 81.
  • the duplexer 81 serves as a transmitting / receiving switch.
  • the duplexer 81 forwards the measurement signal to the waveguide 2 or the feedthrough 6 and supplies the reflected measurement signal to a detector 83.
  • the duplexer 81 is configured, for example, as a circulator or as a combination of a coupler and a matched connection, the latter embodiment also being possible in waveguide technology.
  • a further embodiment in waveguide technology is a so-called magic T.
  • the detector 83 is configured to determine the amplitude of the signal supplied to it.
  • the detector 83 preferably compares the measured amplitude of the reflected measurement signal with the amplitude of the emitted measurement signal and determines therefrom the proportion of the measurement signal reflected at the interface 23 to the medium 11.
  • the reflected power is in a known manner of the dielectric constant of the dielectric 21 and the medium 1 1 dependent. Since the former is known, the dielectric constant of the medium 11 can be determined from the reflected measurement signal.
  • the detector 83 can be temperature-compensated, for example by means of an adjacently arranged temperature sensor, or operated at a predeterminable temperature, whereby the measurement accuracy in determining the relative permittivity is increased.
  • Sensor components i. the waveguide 2, the dielectric 21, possibly the funnel 3 and the process connection 4, are offset from the duplexer 81.
  • the connection between the sensor components and the duplexer 81 takes place for example via a cable. However, as the length of the cable increases, the measurement accuracy decreases.
  • the measuring signal can be generated continuously or in pulses. For example, it is a sinusoidal or a rectangular signal.
  • an evaluation unit which determines the dielectric constant from the measured amplitude ratio.
  • the evaluation unit is preferably designed digitally, for example as a microcontroller.
  • the evaluation unit is in a memory Relationship between amplitude ratio and dielectric constant in the form of a table or a formula deposited.
  • a relative reflection factor is determined instead of the absolute reflection factor.
  • the device 1 has a
  • Reference element which is configured equal to the waveguide 2 with the dielectric 21, but instead of the interface to the medium 1 1, an interface to a reference medium with a known dielectric constant, for example, a reference gas having.
  • Evaluation unit compares the amplitude of the reflected measurement signal with the amplitude of the reflected reference signal and determines the ratio of the dielectric constant of the medium 1 1 on the basis of the ratio.
  • Fig. 3 is a system of a level gauge 9 and a device 1 for
  • the fill level measuring device 9 and the device 1 for determining the relative permittivity are preferably arranged adjacent to one another on or in a common container 12.
  • the fill level measuring device 9 is a measuring device which determines the fill level of the process medium 10 by means of a transit time method.
  • the fill level measuring device 9 sends a signal via an antenna 91 in the direction of the process medium 10 and receives the signal reflected on the surface of the process medium 10. From the signal propagation time, the level gauge 9 determines the distance to the process medium 10, from which the level can be determined with known container geometry.
  • the accuracy in determining the fill level is increased by means of the device 1 for determining the relative permittivity of the medium 11 located above the process medium 10.
  • the level gauge 9, for example, as an ultrasonic measuring device or as
  • Radarmesshunt be configured, wherein the Radarmess réelle is not limited to the illustrated variant with a horn antenna 91.
  • the device 1 for determining the relative permittivity of an adjacent medium 1 it can be detected whether air or another medium is present between the level measuring device 9 and the process medium 10. Furthermore, the medium 1 1 can be specified on the basis of the relative permittivity. In particular, a gas phase 1 1 of the process medium 10 can be seen. A gas phase 1 1 is often formed at high process temperatures.
  • the system may also include a plurality of devices 1 for determining the number of dielectrics, which are arranged at different heights in the container 12. For example, this also foam is visible, which is located on the surface of the process medium 10, but does not reach to the container lid, where the level gauge 9 is usually mounted.
  • the system further includes a higher level electronics unit 98.
  • the electronics unit 98 receives the level reading and the dielectric constant reading, and is configured to calculate a compensated level value from the level value supplied thereto by the measure of the dielectric constant.
  • Variant is the information about the dielectric constant of the located between the level gauge 9 and the process medium 10 medium 1 1 the level measuring device 9 is provided.
  • Data line connected to each other or the device 1 transmits their measurement data wirelessly to the level gauge.
  • the device 1 for determining the relative permittivity and the level measuring device 9 are mounted in a common flange 40.
  • the electronic unit 98 is connected to the two measuring devices 1, 9.
  • a housing 92 protects the electronics unit 98 from the environment.
  • the two measuring devices 1, 9 do not need to have their own protective housing in this embodiment, since at least the electronic components are located inside the housing 92.
  • the accuracy of a fill level measuring device 9 based on transit time can also be improved by configuring fill level measuring device 9 itself such that it has means for determining has the dielectric constant.
  • Level measuring device 9 may be integrated, for example by an independent device 1 is introduced to determine the dielectric constant in the housing of the level measuring device 9 and the electronic unit of the level measuring device 9 provides the measured value for the dielectric constant.
  • only the detector for detecting the reflected measurement signal is additionally introduced into the housing of the fill level measuring device 9.
  • Signal generating unit generates the measurement signal for the determination of the dielectric constant and the signal for level measurement, conducts it into a common filled with a dielectric 21 waveguide 2 and a common electronic unit 98 evaluates the signals for the level and the measurement signals for the dielectric constant and determined under consideration the dielectric constant of the medium 1 1 the level of the process medium 10.
  • Embodiment is possible if the level gauge 9 already has a suitable waveguide 2, which is filled with a dielectric 21, and the same signals for level measurement and dielectric constant measurement can be used. Such a configuration is particularly advantageous because the accuracy of the level measurement can be increased with only a few additional components.
  • a separate waveguide 2 is introduced into the fill level measuring device 9 for the measurement of the dielectric constant of the adjacent medium 1 1.
  • the level gauge 9 further has two separate
  • the measuring signal can be generated at the same frequency as the signal for filling level measurement. If a measurement with the same frequencies is not possible, the two signals can be generated with different, even with only slightly, for example, by 5% different frequencies.
  • the measurement of the fill level and the measurement of the dielectric constant can take place simultaneously or alternately.

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Abstract

Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes eines Prozessmediums in einem Behälter mittels eines Laufzeitverfahrens. Das Füllstandsmessgerät zeichnet sich dadurch aus, dass das Füllstandsmessgerät Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines zweiten Mediums, welches sich zwischen dem Messgerät und dem Prozessmedium befindet, aufweist, wobei die Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl zumindest einen Wellenleiter für ein hochfrequentes Messsignal umfassen, welcher zumindest abschnittsweise mit einem Dielektrikum gefüllt und derart ausgestaltet und anordenbar ist, dass das Dielektrikum mit dem zweiten Medium eine Grenzfläche ausbildet, an welcher ein wesentlicher Anteil des dem zweiten Medium über den Wellenleiter zugeführten Messsignals reflektiert wird. Weiterhin werden eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl und ein System aus einer solchen Vorrichtung und einem Füllstandsmessgerät beansprucht.

Description

Füllstandsmessgerät und Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes eines Prozessmediums in einem Behälter mittels eines Laufzeitverfahrens. Das Prozessmedium ist beispielsweise eine Flüssigkeit. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines Mediums in einem Behälter, mit einem Wellenleiter für ein hochfrequentes Messsignal und mit einer Elektronikeinheit. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit, ein Gas oder um Schaum. Zur Füllstandsmessung von Fluiden oder Schüttgütern in Behältern kommen Messgeräte zum Einsatz, welche den Füllstand mit einem Laufzeitverfahren bestimmen. Beispielsweise sind dies Radarmessgeräte. Derartige Messgeräte verwenden ein Mikrowellensignal, welches
beispielsweise über eine Hornantenne in Richtung des zu detektierenden Mediums abgestrahlt wird. Das an dem Medium reflektierte Signal wird von einer Elektronikeinheit in dem Messgerät ausgewertet. Aus der Laufzeit des Signals ist der Abstand zu dem Medium und hieraus der Füllstand des Mediums bestimmbar. Es sind Pulsradarsysteme und kontinuierlich strahlende Radarsysteme bekannt. Bei so genannten TDR-Sonden wird das Signal entlang einer in das Medium hineinragenden Signalleitung geführt. Ein weiteres Messgerät, welches nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, ist ein Ultraschallmessgerät, welches die Distanz zu dem Medium mittels eines Ultraschallsignals ermittelt.
Bei der Füllstandsmessung mittels eines Laufzeitverfahrens kann es zu Messungenauigkeiten kommen, wenn oberhalb des Prozessmediums, dessen Füllstand zu detektieren ist, an Stelle von Luft, Vakuum oder einem anderen Medium sehr niedriger relativer Dielektrizitätskonstante ein anderes Medium, beispielsweise eine Gasphase, vorhanden ist, da sich dies auf die Laufzeit des Signals auswirkt. Es wäre daher vorteilhaft, das Medium zu kennen, welches sich zwischen dem Messgerät und dem zu detektierenden Prozessmedium befindet. Zumindest die
Dielektrizitätszahl des Mediums sollte bekannt sein. Aus der Offenlegungsschrift DE 10200604571 1 A1 ist ein Verfahren zur Unterscheidung unterschiedlicher Füllmaterialien mittels Mikrowellenmessung bekannt. Hierzu werden
Mikrowellen in Richtung des zu untersuchenden Mediums abgestrahlt und vom räumlich entfernten Sensor ausgewertet. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit eines den Füllstand mittels eines Laufzeitverfahrens bestimmenden Füllstandsmessgerätes zu erhöhen. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines Mediums bereit zu stellen. Die Aufgabe wird von einem Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes eines Prozessmediums in einem Behälter mittels eines Laufzeitverfahrens dadurch gelöst, dass das Füllstandsmessgerät Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines zweiten Mediums, welches sich zwischen dem Füllstandsmessgerät und dem Prozessmedium befindet, aufweist, wobei die Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl zumindest einen Wellenleiter für ein hochfrequentes Messsignal umfassen, welcher zumindest abschnittsweise mit einem
Dielektrikum gefüllt und derart ausgestaltet und anordenbar ist, dass das Dielektrikum mit dem zweiten Medium eine Grenzfläche ausbildet, an welcher ein wesentlicher Anteil des dem zweiten Medium über den Wellenleiter zugeführten Messsignals reflektiert wird. Bei dem Wellenleiter handelt es sich beispielsweise um einen Hohlleiter oder eine Koaxialsonde.
In einer ersten Ausgestaltung des Füllstandsmessgerätes ist eine Elektronikeinheit vorgesehen, welche dazu ausgestaltet ist, an Hand der Laufzeit eines in Richtung des Prozessmediums ausgesendeten und an dem Prozessmedium reflektierten Signals einen Messwert für den Füllstand zu bestimmen, und in Abhängigkeit der gemessenen Dielektrizitätszahl des zweiten Mediums einen korrigierten Messwert für den Füllstand zu ermitteln. Eine Korrektur ist erforderlich, wenn das Medium von Luft verschieden ist, da die Laufzeit des
Füllstandsmesssignals von der Dielektrizitätszahl des durchlaufenen Mediums bzw. der durchlaufenen Medien abhängt. Ein Anwendungsbeispiel sind Gasphasen, welche sich bei hohen Prozesstemperaturen ausbilden, oder staubhaltige Atmosphären. Die veränderte
Dielektrizitätszahl ist durch die zusätzlichen Mittel zur Dielektrizitätszahlbestimmung zuverlässig erkennbar, sodass die passende Korrektur des Füllstandsmesswertes ermöglicht ist.
In einer Weiterbildung ist in der Elektronikeinheit mindestens ein Korrekturwert und/oder eine Korrekturformel zur Korrektur des Messwerts für den Füllstand in Abhängigkeit der
Dielektrizitätszahl des zweiten Mediums hinterlegt, und die Elektronikeinheit ist dazu ausgestaltet, den Messwert für den Füllstand entsprechend dem Korrekturwert und/oder der Korrekturformel zu korrigieren. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Füllstandsmessgerät als Ultraschallmessgerät,
Radarmessgerät mit geführtem Signal oder Radarmessgerät mit frei laufender Welle ausgeführt.
Mittels der Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl ist die Messgenauigkeit des Füllstandsmessgerätes erhöhbar, indem die Information über die Dielektrizitätszahl bei der Bestimmung des Füllstands berücksichtigt wird. Ein nach dem Laufzeitverfahren arbeitendes
Füllstandsmessgerät ist dazu ausgestaltet, ein Signal in Richtung Prozessmedium auszusenden und das reflektierte Signal zu empfangen und auszuwerten. Das Füllstandsmessgerät ist von dem Prozessmedium beabstandet angeordnet. Allenfalls bei einem Radarmessgerät mit geführter Welle ist ein Kontakt über einen Wellenleiter vorhanden. Das Sende- und Empfangselement zum Aussenden des Signals und Empfangen des reflektierten Signals ist jedoch dennoch in einer bestimmten Distanz von dem Prozessmedium angeordnet. Im
Gegensatz hierzu besteht zwischen dem Medium, dessen Dielektrizitatszahl zu bestimmen ist, und dem Wellenleiter für das hochfrequente Messsignal zur Bestimmung der Dielektrizitatszahl ein direkter Kontakt. Das hochfrequente Messsignal, vorzugsweise ein Mikrowellensignal, wird nicht in das Medium hineingestrahlt, sondern an der Grenzfläche zu dem Medium reflektiert. Der Wellenleiter und das Dielektrikum sind daher im Gegensatz zu den der Füllstandsmessung dienenden Komponenten des Füllstandsmessgerätes nicht dazu ausgestaltet, das Messsignal möglichst verlustarm in das Medium abzustrahlen, sondern vielmehr derart ausgestaltet, dass das Messsignal an der Grenzfläche reflektiert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen bewirken eine möglichst verlustarme Ausbreitung des Messsignals im Wellenleiter oder eine möglichst verlustarme Reflexion an der Grenzfläche.
Die Aufgabe wird weiterhin von einer Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines Mediums in einem Behälter, mit einem Wellenleiter für ein hochfrequentes Messsignal und mit einer Elektronikeinheit dadurch gelöst, dass der Wellenleiter zumindest abschnittsweise mit einem Dielektrikum gefüllt ist und derart ausgestaltet und in den Behälter einbringbar ist, dass das Dielektrikum mit dem Medium eine Grenzfläche ausbildet, an welcher ein wesentlicher Anteil des sich in dem Wellenleiter in Richtung des Mediums ausbreitenden Messsignals reflektiert wird und dass die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, das an der Grenzfläche reflektierte Signal zu empfangen und zumindest in Bezug auf die Amplitude auszuwerten.
Da die Reflektivität von der Dielektrizitätszahl des an die Grenzfläche angrenzenden Mediums abhängt ist die Amplitude des reflektierten Signals ein Maß für die Dielektrizitätszahl. Das Dielektrikum liegt vorzugsweise in Form eines Festkörpers vor und bildet so eine definierte Grenzfläche zu dem Medium aus. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt ein nichtinvasives Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl dar. Weiterhin ist die Vorrichtung kompakt, da ein Wellenleiter mit sehr geringen Abmessungen für die Messung ausreichend ist. Die Vorrichtung kann somit auch über einen Prozessanschluss mit geringem Durchmesser in den Behälter eingebracht werden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung vergleicht die Elektronikeinheit die Amplitude des
Messsignals mit der Amplitude des reflektierten Signals und bestimmt aus dem Verhältnis der Amplituden die Dielektrizitätszahl des Mediums. Mit anderen Worten ist die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet, die Dielektrizitätszahl aus dem Energieverhältnis aus einlaufender und auslaufender Welle zu ermitteln. In einer Ausgestaltung weist das Dielektrikum einen kegelstumpfförmigen Abschluss auf.
Vorzugsweise ist der kegelstumpfförmige Abschluss drehsymmetrisch. Durch eine derartige Formgebung wird der Anteil der transmittierten Leistung verringert. In einer weiteren Ausgestaltung ist an der Vorrichtung mindestens eine Kühlrippe angeformt. Vorzugsweise verfügt der Wellenleiter an dessen dem Dielektrikum abgewandten Außenseite über eine oder mehrere Kühlrippen. Diese bewirken einen Schutz der Elektronikeinheit vor hohen P rozesstem peratu ren . In einer Ausgestaltung ist der Wellenleiter als Hohlleiter oder als Koaxialleiter ausgestaltet.
Beispielsweise ist der Wellenleiter als Rundhohlleiter ausgestaltet.
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein System zur Bestimmung eines Füllstands eines Prozessmediums in einem Behälter, mindestens umfassend ein Füllstandsmessgerät zur
Bestimmung des Füllstandes des Prozessmediums mittels eines Laufzeitverfahrens und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines zweiten Mediums, welches sich zwischen dem Prozessmedium und dem Füllstandsmessgerät befindet, wobei die Vorrichtung wie vorausgehend beschrieben ausgestaltet ist. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Abschnitt einer Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl in einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 2 einen Abschnitt einer Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl in einer zweiten Ausgestaltung, mit Elektronikeinheit;
Fig. 3 ein System aus einem Messgerät zur Füllstandsmessung und einer Vorrichtung zur
Bestimmung der Dielektrizitätszahl.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines in einem Behälter 12 befindlichen Mediums 1 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist in die Wandung 13 des Behälters 12 eingebracht. Hierzu weist die Vorrichtung 1 einen Prozessanschluss 4 auf, beispielsweise einen Flansch oder ein Gewinde. Bei dem Medium 1 1 handelt es sich vorzugsweise um eine Gasphase, Dampf oder eine staubige Atmosphäre, d.h. ein partikelhaltiges Gas.
Wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung ist ein Wellenleiter 2 für ein hochfrequentes Messsignal. Unter einem hochfrequenten Signal ist ein Signal im Mikrowellenbereich, insbesondere im GHz- Bereich zu verstehen, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 6 GHz und 77 GHz, insbesondere auch 26GHz. Der Wellenleiter 2 ist als Hohlleiter ausgestaltet, beispielsweise mit runder oder rechteckiger Querschnittsfläche, und ist mit einem Dielektrikum 21 in Form eines Feststoffes gefüllt. Besonders geeignet ist ein Dielektrikum 21 , welches die sich im Wellenleiter 2 ausbreitenden hochfrequenten Wellen nur geringfügig dämpft, beispielsweise PTFE, ETFE, PEEK oder PE. Die Vorrichtung 1 bzw. der Wellenleiter 2 sind derart angeordnet, dass der Wellenleiter 2mit dem in dem Behälter befindlichen Medium 1 1 über eine Grenzfläche 23 in Kontakt steht. Das Dielektrikum 21 kann in den Behälter hineinragen, zumindest im Wesentlichen bündig mit der Behälterwandung 13 abschließen oder zurückversetzt sein.
An Stelle des Hohlleiters kann auch eine Koaxialsonde als Wellenleiter dienen. Vorzugsweise ist der Innenleiter der Koaxialsonde gegenüber der Grenzfläche 23 um mindestens einige Millimeter zurückgezogen, sodass der Aufbau explosionssicher ausgestaltet ist. Die Abmessungen des Wellenleiters 2 können gering ausfallen, sodass die Vorrichtung 1 bei einer Einbringung in die Wandung 13 nur wenig Platz beansprucht. Die Abmessungen richten sich hierbei nach der verwendeten Frequenz des Messsignals, wobei sich die Abmessungen antiproportional zu der Frequenz verhalten. Beispielsweise beträgt der Durchmesser des Wellenleiters 2 bei einer Frequenz von 6 GHz vorzugsweise ca. 40 mm, während der Durchmesser bei 26 GHz vorzugsweise zwischen 5 mm und 12 mm liegt. Die Länge bei 26 GHz beträgt beispielsweise zwischen 15 mm und 40 mm. Prinzipiell kann die Länge aber nahezu beliebig gewählt werden, wobei eine geringere Länge zu geringeren Leistungsverlusten führt.
Das Dielektrikum 21 bildet eine definierte Grenzfläche 23 zu dem Medium 1 1 , dessen
Dielektrizitätszahl zu bestimmen ist, aus. An der Grenzfläche 23 besteht ein direkter Kontakt zwischen Dielektrikum 21 und Medium 1 1. In einer Ausgestaltung ist die mediumsberührende Oberfläche des Dielektrikums 21 mit einer Prozesstrennschicht, beispielsweise in Form einer dünnen Beschichtung, versehen. Die Grenzfläche 23 kann eben sein oder eine andere geeignete Form annehmen, sodass ein möglichst großer Anteil des Messsignals reflektiert und ein möglichst geringer Teil in das Medium 1 1 transmittiert wird. Je geringer die Transmission ist, desto genauer ist die Bestimmung der Dielektrizitätszahl möglich, da weniger unerwünschte Reflexionen innerhalb des Behälters 12 auftreten, welche in den Wellenleiter 2 rückgekoppelt werden können.
An dem Wellenleiter 2 sind mehrere Kühlrippen 5 angeformt. Diese dienen der thermischen Entkopplung der Vorrichtung 1 , insbesondere der Elektronikeinheit 8, welche sich an den Wellenleiter 2 anschließt, von dem Prozess. Alternativ oder zusätzlich ist eine thermische Entkopplung über eine entsprechend große Länge des Wellenleiters 2 möglich. Das Messsignal wird in der Elektronikeinheit 8 erzeugt und über eine Durchführung 6 einem Kopplungselement 7 zugeführt, welches das Messsignal in den Wellenleiter 2 eingekoppelt. Über dieselben Elemente empfängt die Elektronikeinheit 8 das reflektierte Messsignal. Auf die
Elektronikeinheit 8, welche hier nur schematisch dargestellt ist, wird in Fig. 2 näher eingegangen.
Fig. 2 offenbarteine vorteilhafte Ausgestaltung des mit dem Dielektrikum 21 gefüllten
Wellenleiters 2. Der Wellenleiter 2 kann wieder als Hohlleiter oder Koaxialsonde aufgebaut sein und ist nicht auf eine kreisförmige Querschnittsfläche beschränkt. Das Dielektrikum 21 ist derart ausgestaltet, dass der transmittierte Anteil des Messsignals verringert wird. Hierzu verfügt das Dielektrikum 21 über einen kegelstumpfförmigen Abschluss 22. Die Mantelfläche des
Abschlusses 22 bildet hierbei die Grenzfläche 23 zu dem Medium 1 1. Vorzugsweise ist der Abschluss 22 drehsymmetrisch. Weiterhin ist der Abschluss 22 von einem Trichter 3 umgeben, welcher vorzugsweise ebenfalls drehsymmetrisch ist. Der Trichter 3 ist aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Der Abschluss 22 und der Trichter 3 ragen in das Innere des durch die Wandung 13 begrenzten Behälters 12 hinein.
In einer Variante dieser Ausgestaltung ragt das Dielektrikum 21 weiter in den Behälter 12 hinein, sodass sich nicht nur der kegelstumpfförmige Abschluss 22 innerhalb des Behälters 12 befindet. In einer anderen Variante ist der Abschluss 22 zurückversetzt, sodass der Abschluss 22 nur teilweise in den Behälter 12 hineinragt. Weiterhin ist eine Variante möglich, bei welcher die Grenzfläche 23 des Dielektrikums 21 im Wesentlichen bündig mit der Behälterwandung 13 abschließt, d.h. der Wellenleiter 2 und Dielektrikum 21 nicht in das Behälterinnere hineinragen. Auch der Trichter 3 befindet sich in dieser Variante außerhalb des Behälters 12. Vorzugsweise bildet der Trichter 3 bei dieser Variante gleichzeitig den Prozessanschluss 4 zur Befestigung der Vorrichtung 1 in der Wandung 13.
Die weiteren Ausführungen gelten allgemein für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl und sind nicht auf die dargestellte Ausgestaltung des
Wellenleiters 2 und des Dielektrikums 21 beschränkt.
Der dem Medium 1 1 abgewandte Endbereich des Wellenleiters 2 ist über Anschlussmittel mit der Elektronikeinheit 8 verbunden. Die Anschlussmittel umfassen zumindest ein Kopplungselement 7 und eine Durchführung 6. Das Kopplungselement 7 koppelt das Messsignal in den Wellenleiter 2 ein und das reflektierte Messsignal aus dem Wellenleiter 2 aus. Aus Explosionsschutzgründen ist eine gasdichte und hochfrequenzdurchlässige Durchführung 6 vorhanden, durch welche das Messsignal von der Elektronikeinheit 8 in das Kopplungselement 7 und das reflektierte
Messsignal von dem Kopplungselement 7 in die Elektronikeinheit 8 gelangt. Die Durchführung 6 ist beispielsweise als Glasdurchführung ausgestaltet, wobei ein Kabel als Träger für das Messsignal dienen kann. Der Übergang zur Hohlleitertechnik wird durch das Kopplungselement 7 hergestellt.
Die Elektronikeinheit 8 weist einen Hochfrequenzoszillator 82 oder alternativ eine andere Hochfrequenzquelle auf, welche das hochfrequente Messsignal erzeugt. Das Messsignal ist einem so genannten Duplexer 81 zugeführt. Der Duplexer 81 dient als Sende-/Empfangsweiche. Der Duplexer 81 leitet das Messsignal an den Wellenleiter 2 bzw. die Durchführung 6 weiter und führt das reflektierte Messsignal einem Detektor 83 zu. Der Duplexer 81 ist beispielsweise als Zirkulator oder als Kombination aus einem Koppler und einem angepassten Anschluss ausgestaltet, wobei letztere Ausgestaltung auch in Hohlleitertechnik möglich ist. Eine weitere Ausgestaltungsform in Hohlleitertechnik ist ein so genanntes magisches T. Ein solches ist direkt hinter dem Wellenleiter 2 anordenbar, sodass das Koppelelement 7 und die Durchführung 6 entfallen können. Der Detektor 83 ist dazu ausgestaltet, die Amplitude des ihm zugeführten Signals zu bestimmen. Vorzugsweise vergleicht der Detektor 83 die gemessene Amplitude des reflektierten Messsignals mit der Amplitude des ausgesendeten Messsignals und ermittelt hieraus den Anteil des an der Grenzfläche 23 zu dem Medium 1 1 reflektierten Messsignals. Die reflektierte Leistung ist in bekannter weise von den Dielektrizitätszahlen des Dielektrikums 21 und des Mediums 1 1 abhängig. Da erstere bekannt ist, ist aus dem reflektierten Messsignal die Dielektrizitätszahl des Mediums 1 1 ermittelbar.
Der Detektor 83 kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung beispielsweise mittels eines benachbart angeordneten Temperatursensors temperaturkompensiert werden oder auf einer vorgebbaren Temperatur betrieben werden, wodurch die Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Dielektrizitätszahl erhöht ist.
Zum Schutz der Elektronikeinheit 8 vor hohen Prozesstemperaturen können die
Sensorkomponenten, d.h. der Wellenleiter 2, das Dielektrikum 21 , ggf. der Trichter 3 und der Prozessanschluss 4, von dem Duplexer 81 abgesetzt sein. Die Verbindung zwischen den Sensorkomponenten und dem Duplexer 81 erfolgt beispielsweise über ein Kabel. Mit zunehmender Länge des Kabels verringert sich jedoch die Messgenauigkeit.
Das Messsignal ist kontinuierlich oder pulsartig erzeugbar. Beispielsweise handelt es sich um ein sinusförmiges oder ein rechteckförmiges Signal.
Nicht dargestellt ist eine Auswerteeinheit, welche aus dem gemessenen Amplitudenverhältnis die Dielektrizitätskonstante bestimmt. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise digital ausgestaltet, beispielsweise als Mikrocontroller. Vorzugsweise ist in einem Speicher der Auswerteeinheit ein Zusammenhang zwischen Amplitudenverhältnis und Dielektrizitatszahl in Form einer Tabelle oder einer Formel hinterlegt.
In einer nicht dargestellten weiteren Ausgestaltung wird an Stelle des absoluten Reflexionsfaktors ein relativer Reflexionsfaktor bestimmt. Hierzu verfügt die Vorrichtung 1 über ein
Referenzelement, welches gleich dem Wellenleiter 2 mit dem Dielektrikum 21 ausgestaltet ist, jedoch an Stelle der Grenzfläche zum Medium 1 1 eine Grenzfläche zu einem Referenzmedium mit bekannter Dielektrizitätszahl, beispielsweise einem Referenzgas, aufweist. Die
Auswerteeinheit vergleicht die Amplitude des reflektierten Messsignals mit der Amplitude des reflektierten Referenzsignals und bestimmt an Hand des Verhältnisses die Dielektrizitätszahl des Mediums 1 1.
In Fig. 3 ist ein System aus einem Füllstandsmessgerät 9 und einer Vorrichtung 1 zur
Bestimmung der Dielektrizitätszahl dargestellt. Das Füllstandsmessgerät 9 und die Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl sind vorzugsweise benachbart zueinander an oder in einem gemeinsamen Behälter 12 angeordnet. Bei dem Füllstandsmessgerät 9 handelt es sich um ein Messgerät, welches mittels eines Laufzeitverfahrens den Füllstand des Prozessmediums 10 bestimmt. Das Füllstandsmessgerät 9 sendet über eine Antenne 91 ein Signal in Richtung des Prozessmediums 10 aus und empfängt das an der Oberfläche des Prozessmediums 10 reflektierte Signal. Aus der Signallaufzeit ermittelt das Füllstandsmessgerät 9 die Distanz zu dem Prozessmedium 10, woraus bei bekannter Behältergeometrie der Füllstand bestimmbar ist. Die Genauigkeit bei der Bestimmung des Füllstands wird mit Hilfe der Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl des oberhalb des Prozessmediums 10 befindlichen Mediums 1 1 erhöht. Das Füllstandsmessgerät 9 kann beispielsweise als Ultraschallmessgerät oder als
Radarmessgerät ausgestaltet sein, wobei das Radarmessgerät nicht auf die dargestellte Variante mit einer Hornantenne 91 beschränkt ist.
Mittels der Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines angrenzenden Mediums 1 1 ist detektierbar, ob zwischen dem Füllstandsmessgerät 9 und dem Prozessmedium 10 Luft oder ein anderes Medium vorhanden ist. Weiterhin ist das Medium 1 1 an Hand der Dielektrizitätszahl spezifizierbar. Insbesondere ist eine Gasphase 1 1 des Prozessmediums 10 erkennbar. Eine Gasphase 1 1 bildet sich häufig bei hohen Prozesstemperaturen aus. Durch Kenntnis der Dielektrizitätszahl des zwischen dem Füllstandsmessgerät 9 und dem Prozessmedium 10 vorliegenden Mediums 1 1 sind Änderungen in der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals zur Füllstandsmessung gegenüber der Ausbreitung in Luft bei der Bestimmung des Füllstands berücksichtigbar. Dies ermöglicht eine besonders genaue und zuverlässige Bestimmung des Füllstands. Das System kann auch mehrere Vorrichtungen 1 zur Bestimmung der Dielektrizitatszahl aufweisen, welche auf verschiedenen Höhen in dem Behälter 12 angeordnet sind. Beispielsweise ist hierdurch auch Schaum erkennbar, welcher sich auf der Oberfläche des Prozessmediums 10 befindet, jedoch nicht bis zum Behälterdeckel reicht, wo das Füllstandsmessgerät 9 üblicherweise montiert ist.
Das System umfasst weiterhin eine übergeordnete Elektronikeinheit 98. Die Elektronikeinheit 98 empfängt den Messwert für den Füllstand und den Messwert für die Dielektrizitätszahl und ist derart ausgestaltet, dass sie mittels des Messwerts für die Dielektrizitätszahl aus dem ihr zugeführten Füllstandswert einen kompensierten Füllstandswert berechnet. In einer anderen
Variante ist die Information über die Dielektrizitätszahl des zwischen dem Füllstandsmessgerät 9 und dem Prozessmedium 10 befindlichen Mediums 1 1 dem Füllstandsmessgerät 9 zur Verfügung gestellt. Beispielsweise sind die Vorrichtung 1 und das Füllstandsmessgerät 9 über eine
Datenleitung miteinander verbunden oder die Vorrichtung 1 überträgt ihre Messdaten drahtlos an das Füllstandsmessgerät 9.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems sind wie dargestellt die Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl und das Füllstandsmessgerät 9 in einen gemeinsamen Flansch 40 montiert. Die Elektronikeinheit 98 ist mit den beiden Messgeräten 1 , 9 verbunden. Ein Gehäuse 92 schützt die Elektronikeinheit 98 vor der Umgebung. Die beiden Messgeräte 1 , 9 brauchen in dieser Ausgestaltung nicht über ein eigenes Schutzgehäuse zu verfügen, da sich zumindest die elektronischen Komponenten innerhalb des Gehäuses 92 befinden.
Alternativ zu der Ausbildung eines Systems aus Füllstandsmessgerät 9 und Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines angrenzenden Mediums 1 1 kann die Genauigkeit eines auf einem Laufzeitverfahren basierenden Füllstandsmessgerätes 9 auch verbessert werden, indem das Füllstandsmessgerät 9 selbst derart ausgestaltet wird, dass es über Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl verfügt. Hierbei kann die Vorrichtung 1 in das
Füllstandsmessgerät 9 integriert sein, beispielsweise indem eine eigenständige Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl in das Gehäuse des Füllstandsmessgerätes 9 eingebracht ist und der Elektronikeinheit des Füllstandsmessgerätes 9 den Messwert für die Dielektrizitätszahl zur Verfügung stellt.
In einer anderen Variante ist lediglich der Detektor zur Detektion des reflektierten Messsignals zusätzlich in das Gehäuse des Füllstandsmessgerätes 9 eingebracht. Eine gemeinsame
Signalerzeugungseinheit erzeugt das Messsignal für die Ermittlung der Dielektrizitätszahl und das Signal für die Füllstandsmessung, leitet es in einen gemeinsamen mit einem Dielektrikum 21 gefüllten Hohlleiter 2 und eine gemeinsame Elektronikeinheit 98 wertet die Signale für den Füllstand und die Messsignale für die Dielektrizitätszahl aus und bestimmt unter Berücksichtigung der Dielektrizitätszahl des Mediums 1 1 den Füllstand des Prozessmediums 10. Diese
Ausgestaltung ist möglich, wenn das Füllstandsmessgerät 9 bereits über einen geeigneten Wellenleiter 2 verfügt, welcher mit einem Dielektrikum 21 gefüllt ist, und gleiche Signale für die Füllstandsmessung und Dielektrizitätszahlmessung verwendet werden können. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Genauigkeit der Füllstandsmessung mit nur wenigen zusätzlichen Bauteilen erhöht werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung ist für die Messung der Dielektrizitätszahl des angrenzenden Mediums 1 1 ein separater Wellenleiter 2 in das Füllstandsmessgerät 9 eingebracht. In einer Ausgestaltung verfügt das Füllstandsmessgerät 9 weiterhin über zwei separate
Signalerzeugungseinheiten für das Signal zur Füllstandsmessung und das Messsignal zur Dielektrizitätszahlbestimmung. In Abhängigkeit der Ausgestaltung des Füllstandsmessgeräts 9, insbesondere in Bezug auf dessen Anfälligkeit gegenüber Störsignalen, kann das Messsignal mit der gleichen Frequenz wie das Signal zur Füllstandsmessung erzeugt werden. Ist eine Messung mit gleichen Frequenzen nicht möglich, können die beiden Signale mit verschiedenen, auch mit nur leicht, beispielsweise um 5% voneinander abweichenden Frequenzen erzeugt werden. Die Messung des Füllstands und die Messung der Dielektrizitätszahl kann zeitgleich oder abwechselnd erfolgen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl
2 Wellenleiter
21 Dielektrikum
22 Abschluss
23 Grenzfläche
3 Trichter
4 Prozessanschluss
40 Flansch
5 Kühlrippen
6 Glasdurchführung
7 Kopplungselement
8 Elektronikeinheit
81 Duplexer
82 Hochfrequenzoszillator
83 Detektor
9 Füllstandsmessgerät
91 Antenne
92 Gehäuse
98 Elektronikeinheit
10 Prozessmedium
1 1 Zweites Medium/Gasphase
12 Behälter
13 Behälterwandung

Claims

Patentansprüche
Füllstandsmessgerät (9) zur Bestimmung des Füllstandes eines Prozessmediums (10) in einem Behälter (12) mittels eines Laufzeitverfahrens,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Füllstandsmessgerät (9) Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines zweiten Mediums (1 1 ), welches sich zwischen dem Füllstandsmessgerät (9) und dem Prozessmedium (10) befindet, aufweist,
wobei die Mittel zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl zumindest einen Wellenleiter (2) für ein hochfrequentes Messsignal umfassen, welcher zumindest abschnittsweise mit einem Dielektrikum (21 ) gefüllt und derart ausgestaltet und anordenbar ist, dass das Dielektrikum (21 ) mit dem zweiten Medium (1 1 ) eine Grenzfläche (23) ausbildet, an welcher ein wesentlicher Anteil des dem zweiten Medium (1 1 ) über den Wellenleiter (2) zugeführten Messsignals reflektiert wird.
Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Elektronikeinheit (98) vorgesehen ist, welche dazu ausgestaltet ist, an Hand eines in Richtung des Prozessmediums (10) ausgesendeten und an dem Prozessmedium reflektierten Signals einen Messwert für den Füllstand zu bestimmen, und in Abhängigkeit der gemessenen Dielektrizitätszahl des zweiten Mediums (1 1 ) einen korrigierten Messwert für den Füllstand zu ermitteln.
Füllstandsmessgerät nach dem vorangehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Elektronikeinheit (98) mindestens ein Korrekturwert und/oder eine
Korrekturformel zur Korrektur des Messwerts für den Füllstand in Abhängigkeit der Dielektrizitätszahl des zweiten Mediums (1 1 ) hinterlegt ist,
und dass die Elektronikeinheit (98) dazu ausgestaltet ist, den Messwert für den Füllstand entsprechend dem Korrekturwert und/oder der Korrekturformel zu korrigieren.
Füllstandsmessgerät nach mindestens einem der Ansprüche1-3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Füllstandsmessgerät (9) als Ultraschallmessgerät, Radarmessgerät mit geführtem Signal oder Radarmessgerät mit frei laufender Welle ausgeführt ist.
Vorrichtung (1 ) zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines Mediums (1 1 ) in einem Behälter (12), mit einem Wellenleiter (2) für ein hochfrequentes Messsignal und mit einer Elektronikeinheit (8), dadurch gekennzeichnet,
dass der Wellenleiter (2) zumindest abschnittsweise mit einem Dielektrikum (21 ) gefüllt ist und derart ausgestaltet und in den Behälter (12) einbringbar ist, dass das Dielektrikum (21 ) mit dem Medium (11 ) eine Grenzfläche (23) ausbildet, an welcher ein wesentlicher Anteil des sich in dem Wellenleiter in Richtung des Mediums (1 1 ) ausbreitenden
Messsignals reflektiert wird
und
dass die Elektronikeinheit (8) dazu ausgestaltet ist, das an der Grenzfläche (23) reflektierte Signal zu empfangen und in Bezug auf die Amplitude auszuwerten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektronikeinheit (8) die Amplitude des Messsignals mit der Amplitude des reflektierten Signals vergleicht und aus dem Verhältnis der Amplituden die
Dielektrizitätszahl des Mediums (1 1 ) bestimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dielektrikum (21 ) einen kegelstumpfförmigen Abschluss (22) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-7,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Vorrichtung (1 ) mindestens eine Kühlrippe (5) angeformt ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wellenleiter (2) als Hohlleiter oder als Koaxialleiter ausgestaltet ist.
10. System zur Bestimmung eines Füllstands eines Prozessmediums (10) in einem Behälter (12), mindestens umfassend ein Füllstandsmessgerät (9) zur Bestimmung des
Füllstandes des Prozessmediums (10) mittels eines Laufzeitverfahrens und mindestens eine Vorrichtung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 5-9 zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines zweiten Mediums (1 1 ), welches sich zwischen dem
Prozessmedium (10) und dem Füllstandsmessgerät (9) befindet.
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