WO2015078618A1 - Koaxialsonde mit verspanntem innenleiter - Google Patents

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WO2015078618A1
WO2015078618A1 PCT/EP2014/071115 EP2014071115W WO2015078618A1 WO 2015078618 A1 WO2015078618 A1 WO 2015078618A1 EP 2014071115 W EP2014071115 W EP 2014071115W WO 2015078618 A1 WO2015078618 A1 WO 2015078618A1
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outer conductor
conductor
inner conductor
coaxial probe
tension
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PCT/EP2014/071115
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French (fr)
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Christian Hoferer
Florian ZIMMERMANN
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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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/16—Elements for restraining, or preventing the movement of, parts, e.g. for zeroising
    • G01D11/18—Springs

Definitions

  • the invention relates to time domain reflectometry level measurement, also known as TDR level measurement.
  • the invention relates to a coaxial probe for a time domain reflectometry level gauge and a level gauge with such a coaxial probe.
  • TDR fill level measuring devices have coaxial probes, which essentially consist of an outer conductor and an inner conductor arranged concentrically therein. This elongated probe dips into the medium and a measuring signal is sent from the measuring electronics attached to the upper end of the coaxial probe through the probe in the direction of the product. In particular, on the product surface, this measurement signal is reflected and back up along the coaxial probe
  • the inner conductor is kept at a distance from the outer conductor by means of spacers and fixed.
  • Each of the spacers causes both a transit time offset of the measurement signal, which leads to a displacement of the measured value to the product surface, as well as a reflection of the transmission signal, which can affect the measurement accuracy.
  • a first aspect of the invention relates to a coaxial probe for a
  • the probe has an outer conductor and an inner conductor arranged coaxially with the outer conductor. Furthermore, a tension member is provided which is attached to one end of the inner conductor to clamp the inner conductor against the outer conductor.
  • the tension member pulls on the inner conductor and at the same time presses against the outer conductor to create the tension.
  • the tension element which acts
  • Embodiments be provided that the tension of the inner conductor against the outer conductor is caused by the spring force of a spring element. In this case, a subsequent tensioning can be omitted, at least if the length of the inner conductor changes only insignificantly.
  • the tension element is arranged at the lower end of the coaxial probe, wherein the lower end of the coaxial probe is the one end which, with proper use of the coaxial probe, first comes into contact with the contents.
  • the other, upper end of the coaxial probe is connected to the electronics of the level gauge. Since the strain is applied to the lower end of the probe, neither the probe accuracy nor the probe's measurement range are significantly affected, nor is the range of the probe restricted, as would be the case, for example, with a conductive connection at a point in the probe's measurement range.
  • the tension element has an internal thread
  • the inner conductor has an external thread onto which the internal thread of the tension element for bracing the inner conductor can be screwed against the outer conductor.
  • the lower end of the inner conductor can be made solid and, for example, pin-shaped, for example in the manner of a threaded bolt.
  • the tension element has a larger outer diameter than the outer conductor, so that it strikes against a lower edge of the outer conductor during bracing of the inner conductor against the outer conductor. Also, the outer diameter of the tension member is slightly larger than that
  • Inner diameter of the outer conductor to be executed strikes when clamping the inner conductor against the outer conductor against the lower edge of the outer conductor.
  • the tension element is flush with the outer wall of the outer conductor, that is, has the same outer diameter as the outer conductor.
  • outer conductor may for example be welded to the outer conductor and made of the same material as the outer conductor. Also, it may consist of insulating material. In this case, it is glued to the outer conductor, for example.
  • the tension element has a circular cross-section.
  • the tension element is disc-shaped.
  • the disc-shaped design of the tension element is simple and inexpensive to manufacture.
  • the tension element has a conical region, which abuts against a lower edge of the outer conductor during bracing of the inner conductor against the outer conductor in order to center the inner conductor.
  • the tension element has two cylindrical regions, wherein at the upper end of the first cylindrical portion is arranged, which has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the outer conductor. Subsequently, the second cylindrical portion is arranged, the outer diameter of the outer diameter of the Outer conductor corresponds to or at least greater than the inner diameter of the outer conductor.
  • the trained between these two cylindrical areas stage serves to support the tension element against the outer conductor during bracing of the
  • the tension member has a pin-shaped upper portion with an external thread, wherein the inner conductor has an internal thread, in which the pin-shaped upper portion of the
  • the tension element can be constructed in one piece but also, for example, in several pieces.
  • the first piece is used for supporting the tension element against the outer conductor and a second piece for screwing the tension element onto the inner conductor or into the inner conductor.
  • the other parts are formed, for example in the form of a bolt, a screw or a threaded pin with nut, which is performed by the first part.
  • the tension element has a screw which can be screwed into an internal thread of the inner conductor for bracing the inner conductor against the outer conductor.
  • the tension element has a central region, from which one or more webs extend outwards in order to support the tension element against the outer edge against the outer edge of the outer conductor during bracing of the inner conductor.
  • the tension element has a central region, from which one or more webs extend outwards in order to support the tension element against the outer edge against the outer edge of the outer conductor during bracing of the inner conductor.
  • four webs may be provided, which are arranged in a cross shape.
  • the tension element has holes in order to allow a fluid exchange or exchange of the medium to be measured between the inner region of the outer conductor and the surroundings of the outer conductor.
  • a level gauge is specified with a coaxial probe described above and below.
  • Fig. 1 shows the cross section through a coaxial probe of a
  • Fig. 2 shows a photograph taken using such a probe
  • Fig. 3 shows a cross-sectional view of a lower portion of a coaxial probe according to an embodiment of the invention.
  • 4 shows a cross-sectional view of a lower region of a coaxial probe according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows a cross-sectional view of a lower portion of a coaxial probe according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a coaxial probe according to FIG.
  • FIG. 7 shows the lower portion of a coaxial probe according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 8 shows the lower portion of a coaxial probe according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 9 shows the lower portion of a coaxial probe according to another embodiment of the invention.
  • Fig. 10 shows a level gauge with a coaxial probe according to a
  • Fig. 11 shows a tank with a level gauge according to a
  • FIG. 12 shows the lower portion of a Koaxialsonde according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 13 shows the lower portion of a Koaxialsonde according to another exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 14 shows the lower portion of a coaxial probe according to another
  • Fig. 10 shows a level gauge with a corresponding coaxial probe.
  • Coaxial probes for level measurement essentially consist of an outer conductor 101 with holes 1002 and an inner conductor 102, in which, if necessary, the necessary distance between inner conductor and outer conductor is ensured mechanically with spacers 100.
  • the probe end 1004 is also referred to below as the lower end.
  • the coupling with a possibility for mounting in the container (eg by means of a Einschraubgewindes 1001) and the housing with the electronics 1000.
  • spacers 100 attached (see also Fig. 1).
  • the spacers prevent a short circuit between inner and outer conductor of the coaxial probe. A short circuit would greatly affect and distort the measurement.
  • the number of spacers is designed so that inner conductor 102 and outer conductor 101 have a defined minimum distance from each other. Depending on, for example, the material, shape, size or number of these spacers 100, the accuracy of the measurement is more or less strongly influenced.
  • Each of the spacers 100 causes an offset in addition to a skew of the measured value leads to the product surface, also a reflection 200 of
  • the aim of this invention is to reduce by a corresponding design of the probe, the number of previously necessary spacers 100 to a minimum or ideally to be able to do without it completely.
  • the reduction of the necessary spacers 100 should be achieved in that the two conductors (inner conductor 102 and outer conductor 101) are clamped to each other.
  • the clamping takes place according to FIGS. 3-5 at the lower end of the measuring probe, since this does not restrict the measuring range.
  • the coaxial probe which is composed according to the figures of inner conductor and outer conductor and as
  • Measuring probe for TDR measurements characterized in that the inner conductor and outer conductor are mechanically braced against each other and thus exert a force against each other, so that the inner conductor and the outer conductor can not touch even under mechanical stress of the probe.
  • the inner conductor 102 may be threaded (301) at the probe end be provided, on which a corresponding counterpart can be screwed, as shown in Fig. 3.
  • Circlip / washer or similar conceivable with a larger diameter than that of the outer conductor 101 possible, so that when screwed onto the
  • Inner conductor 102 is present at the outer conductor 101 and thus generates the required train on the inner conductor 102. The prerequisite for this is of course that both outer and inner conductors are firmly connected to the coupling of the probe (process connection). Only thus can be clamped together according to the construction of the invention inner and outer conductors.
  • a slightly conical shape of the corresponding counterpart 300 would also be advantageous, so that this counterpart extends a little way into the outer conductor (101) and additionally centers the inner conductor (102) in the center (see FIG. 4).
  • a type of plate 300 may be provided, which then together with a screw 501 (with or without circlip / washer or similar executable) builds the necessary traction between the two conductors.
  • a screw 501 with or without circlip / washer or similar executable
  • This plate 300 may be both directly part of the outer conductor 101 (eg welded at the end) or attached as an extra component together with the screw 501. It can be provided that the tension element, the outer conductor and the inner conductor cooperate in such a way that after the tension of the inner conductor against the outer conductor of the inner conductor can be tightened again at a later time against the outer conductor.
  • the tension of the inner conductor against the outer conductor is caused by the spring force of a spring element.
  • a subsequent tensioning can be omitted, at least if the length of the inner conductor changes only insignificantly.
  • the spring element can be located anywhere within the length of
  • the spring is arranged to exert a tension on the inner conductor and a pressure on the outer conductor.
  • a spring element 1201 is attached to the lower end of the inner conductor 102.
  • the inner conductor may be interrupted and the spring element mounted between the two parts of the inner conductor. The spring element is under tension and exerts a pull on the inner conductor.
  • a spring element can also be attached to the outer conductor 101 of the coaxial probe 103, which is shown in FIG. Here, however, that pushes Spring element 1301 against the tension element 300.
  • a plurality of such spring elements may be provided, which are arranged on the cross-sectional area of the outer conductor (ie on a circular path). In addition, both arrangements can be combined with each other, so be provided both tensile and compression spring elements.
  • strains of the conductors can be realized both electrically non-insulating as a short circuit at the end of the probe or insulating as an open end, as this would have no significant effect on the determination of the measured value, because in both cases the measuring range is limited by the end of the coaxial probe.
  • the external conductor 101 has hitherto been provided with various holes (e.g.
  • the connecting part (previously referred to as plate / counterpart / nut) 300 between inner conductor 102 and outer conductor 101 also with holes 801 (for example in the form of bores) so that the filling material can be filled
  • Connection part 300 can happen. This is shown in FIG. Another possibility is to use the connector 300 in other forms, e.g. as a cross shape or star-shaped with one or more webs 702, 703, 704, 705, e.g. from a pin-shaped portion 701 with internal threads extend outwardly to construct. This is shown in FIG. 7.
  • the star-shaped design allows for increased flow of the
  • Connecting part 300 in this case inverts positively over the outer conductor and thus fixes both the connecting part and the inner conductor at a fixed position.
  • the embodiment of the connection part 300 can also take any form here (star, plate,).
  • Outer conductor 101 can be achieved (see Fig. 9).
  • Fig. 1 1 shows a tank 1101, which has a filling material 1 102 and in which a
  • Level gauge 1003 is mounted according to an embodiment of the invention. The level gauge is used to determine the level 1 104.

Abstract

Es ist eine Koaxialsonde für ein Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessgerät angegeben, deren Innenleiter gegen den Außenleiter unter Verwendung eines Zugelements verspannt ist. Das Zugelement ist beispielsweise scheibenförmig ausgebildet und weist ein Innengewinde auf, welches auf ein Außengewinde am Ende des Innenleiters aufgeschraubt wird. Auf diese Weise kann die Anzahl von Abstandshaltern reduziert werden.

Description

Koaxialsonde mit verspanntem Innenleiter
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessung, auch bekannt unter der Bezeichnung TDR-Füllstandmessung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Koaxialsonde für ein Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessgerät sowie ein Füllstandmessgerät mit einer derartigen Koaxialsonde.
Technischer Hintergrund
TDR-Füllstandmessgeräte weisen Koaxialsonden auf, welche im Wesentlichen aus einem Außenleiter und einem darin konzentrisch angeordneten Innenleiter bestehen. Diese langgestreckte Sonde taucht in das Füllgut ein und es wird ein Messsignal von der am oberen Ende der Koaxialsonde angebrachten Messelektronik durch die Sonde in Richtung Füllgut geschickt. Insbesondere an der Füllgutoberfläche wird dieses Messsignal reflektiert und wieder nach oben entlang der Koaxialsonde
zurückgesendet, bis es dann von der Messelektronik aufgenommen wird.
Der Innenleiter wird gegenüber dem Außenleiter mithilfe von Abstandshaltern auf Abstand gehalten und fixiert. Jeder der Abstandshalter verursacht sowohl einen Laufzeitversatz des Messsignals, der zu einem Versatz des Messwertes zur Füllgutoberfläche führt, als auch eine Reflexion des Sendesignals, was die Messgenauigkeit beeinträchtigen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Messgenauigkeit einer Koaxialsonde zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Koaxialsonde für ein
Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessgerät. Die Sonde weist einen Außenleiter und einen koaxial zum Außenleiter angeordneten Innenleiter auf. Weiterhin ist ein Zugelement vorgesehen, das an einem Ende des Innenleiters angebracht ist, um den Innenleiter gegen den Außenleiter zu verspannen.
Beispielsweise zieht das Zugelement am Innenleiter und drückt gleichzeitig gegen den Außenleiter, um die Verspannung zu erzeugen.
Im Idealfall kann hierdurch vollständig auf Abstandshalter verzichtet werden, da der Innenleiter entsprechend stark gegen den Außenleiter verspannt ist und nicht entlang seiner Längserstreckung fixiert werden muss. Es reichen Fixierungen am oberen und unteren Ende des Innenleiters. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wirken das Zugelement, der
Außenleiter und der Innenleiter derart zusammen, dass nach der Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter der Innenleiter zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal gegen den Außenleiter nachgespannt werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die durch das Zugelement auf den Innenleiter ausgeübte Zugkraft über die Zeit nachlässt, beispielsweise weil sich der Innenleiter ausdehnt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann in jeder der beschriebenen
Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter durch die Federkraft eines Federelements hervorgerufen wird. In diesem Fall kann ein nachträgliches Nachspannen entfallen, zumindest falls sich die Länge des Innenleiters nur unwesentlich ändert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Zugelement am unteren Ende der Koaxialsonde angeordnet, wobei das untere Ende der Koaxialsonde dasjenige Ende ist, welches bei ordnungsgemäßem Gebrauch der Koaxialsonde als erstes mit dem Füllgut in Berührung kommt. Das andere, obere Ende der Koaxialsonde ist mit der Elektronik des Füllstandmessgeräts verbunden. Da die Verspannung am unteren Ende der Messsonde erfolgt, wird über die Sondenlänge weder die Messgenauigkeit wie bei der Verwendung von Abstandshaltern wesentlich beeinflusst noch der Messbereich der Sonde eingeschränkt, wie das beispielsweise bei einer leitenden Verbindung an einer Stelle im Messbereich der Sonde der Fall wäre.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement ein Innengewinde auf, wobei der Innenleiter ein Außengewinde aufweist, auf das sich das Innengewinde des Zugelements zum Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter aufschrauben lässt.
Das untere Ende des Innenleiters kann massiv und beispielsweise stiftförmig ausgeführt sein, etwa in Art eines Gewindebolzens. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement einen größeren Außendurchmesser auf als der Außenleiter, so dass es beim Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter gegen einen unteren Rand des Außenleiters stößt. Auch kann der Außendurchmesser des Zugelements etwas größer als der
Innendurchmesser des Außenleiters ausgeführt sein. Auch in diesem Fall stößt es beim Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter gegen den unteren Rand des Außenleiters. Beispielsweise schließt das Zugelement mit der Außenwandung des Außenleiters bündig ab, weist also den selben Außendurchmesser auf, wie der Außenleiter.
Es kann beispielsweise am Außenleiter angeschweißt sein und aus dem selben Material bestehen wie der Außenleiter. Auch kann es aus isolierendem Material bestehen. In diesem Fall ist es beispielsweise an den Außenleiter angeklebt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement einen kreisrunden Querschnitt auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Zugelement scheibenförmig ausgebildet. Die scheibenförmige Ausbildung des Zugelements ist einfach und kostengünstig herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement einen konischen Bereich auf, der beim Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter gegen einen unteren Rand des Außenleiters stößt, um den Innenleiter zu zentrieren.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Zugelement zwei zylinderförmige Bereiche aufweist, wobei an dessen oberem Ende der erste zylinderförmige Bereich angeordnet ist, der einen Außendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des Außenleiters entspricht. Daran anschließend ist der zweite zylinderförmige Bereich angeordnet, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Außenleiters entspricht oder zumindest größer ist als der Innendurchmesser des Außenleiters.
Die zwischen diesen beiden zylindrischen Bereichen ausgebildete Stufe dient der Abstützung des Zugelements gegen den Außenleiter beim Verspannen des
Innenleiters gegen den Außenleiter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement einen stiftförmigen oberen Bereich mit einem Außengewinde auf, wobei der Innenleiter ein Innengewinde aufweist, in welches sich der stiftförmige obere Bereich des
Zugelements zum Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter einschrauben lässt.
An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass das Zugelement einstückig aber beispielsweise auch mehrstückig aufgebaut sein kann. In diesem Fall dient das erste Stück dem Abstützen des Zugelements gegen den Außenleiter und ein zweites Stück dem Aufschrauben des Zugelements auf den Innenleiter bzw. in den Innenleiter. In diesem Fall sind die weiteren Teile beispielsweise in Form eines Bolzens, einer Schraube oder eines Gewindestifts mit Mutter ausgebildet, welche durch den ersten Teil durchgeführt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement eine Schraube auf, die sich zum Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter in ein Innengewinde des Innenleiters einschrauben lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement einen Mittelbereich auf, von dem aus sich ein oder mehrere Stege nach außen erstrecken, um das Zugelement beim Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter gegen den unteren Rand des Außenleiters abzustützen. Beispielsweise können vier Stege vorgesehen sein, die kreuzförmig angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugelement Löcher auf, um einen Fluidaustausch bzw. Austausch des zu messenden Mediums zwischen dem Innenbereich des Außenleiters und der Umgebung des Außenleiters zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Füllstandmessgerät mit einer oben und im Folgenden beschriebenen Koaxialsonde angegeben.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Koaxialsonde eines
Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessgeräts.
Fig. 2 zeigt ein unter Verwendung einer solchen Sonde aufgenommenes
Empfangssignal.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines unteren Bereichs einer Koaxialsonde gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines unteren Bereichs einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines unteren Bereichs einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Koaxialsonde gemäß einem
Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Fig. 7 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 8 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 9 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 zeigt ein Füllstandmessgerät mit einer Koaxialsonde gemäß einem
Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 zeigt einen Tank mit einem Füllstandmessgerät gemäß einem
Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Fig. 12 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 13 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Fig. 14 zeigt den unteren Bereich einer Koaxialsonde gemäß einem weiteren
Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Möglichkeit zur Verbesserung einer Füllstandmessung durch geführte Mikrowellen in Verbindung mit Koaxialsonden (TDR-Messung). Fig. 10 zeigt ein Füllstandmessgerät mit einer entsprechenden Koaxialsonde. Koaxialsonden zur Füllstandmessung bestehen im Wesentlichen aus einem Außenleiter 101 mit Löchern 1002 und einem Innenleiter 102, bei welchen bei Bedarf mechanisch mit Abstandshaltern 100 der nötige Abstand zwischen Innenleiter und Außenleiter sichergestellt wird. Das Sondenende 1004 wird im Folgenden auch als unteres Ende bezeichnet. Am Sondenanfang befinden sich die Einkopplung mit einer Möglichkeit zur Montage im Behälter (z.B. mittels eines Einschraubgewindes 1001) sowie das Gehäuse mit der Elektronik 1000. Um den bei Koaxialsonden für eine Messung erforderlichen Abstand zwischen Innenleiter 102 und Außenleiter 101 zu erreichen und diesen auch bei mechanischer Beanspruchung (Vibrationen, Turbulenzen im Medium z.B. durch ein Rührwerk) zu erhalten, sind in gewissen Abständen im Koaxialleiter
mechanische, nicht leitende Konstrukte, sogenannte Abstandshalter 100, angebracht (siehe auch Fig. 1).
Die Abstandshalter verhindern einen Kurzschluss zwischen Innen- und Außenleiter der Koaxialsonde. Ein Kurzschluss würde die Messung stark beeinträchtigen und verfälschen. Die Anzahl der Abstandshalter ist so ausgelegt, dass Innenleiter 102 und Außenleiter 101 einen definierten Mindestabstand zueinander besitzen. Abhängig von Beispielsweise Material, Form, Größe oder Anzahl dieser Abstandshalter 100 wird die Genauigkeit der Messung mehr oder weniger stark beeinflusst. Jeder der Abstandshalter 100 verursacht neben einem Laufzeitversatz, der zu einem Versatz des Messwertes zur Füllgutoberfläche führt, auch eine Reflexion 200 des
Sendesignals, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt (siehe Fig. 2).
Ziel dieser Erfindung ist es durch eine entsprechende Konstruktion der Sonde die Anzahl der bisher notwendigen Abstandshalter 100 auf ein Minimum zu reduzieren bzw. im Idealfall ganz darauf verzichten zu können.
Die Reduzierung der notwendigen Abstandshalter 100 soll dadurch erreicht werden, dass die beiden Leiter (Innenleiter 102 und Außenleiter 101) zueinander verspannt werden. Dadurch, dass die beiden Leiter Entlang der Sonde gegenseitig Kräfte aufeinander auswirken, wird die Struktur der gesamten Sonde stabiler. Außerdem kann sich der Innenleiter 102 durch den gegenseitigen Zug weniger stark dem Außenleiter 101 annähern. Dies hat das Ziel, dass über die gesamte Sondenlänge weniger oder gar keine Abstandshalter 100 benötigt werden, was wiederum der Messgenauigkeit zugutekommt.
Die Verspannung erfolgt gemäß der Figuren 3-5 am unteren Ende der Messsonde, da hierdurch der Messbereich nicht eingeschränkt wird. Es ist als ein Hauptaspekt der Erfindung anzusehen, dass die Koaxialsonde, die sich gemäß den Figuren aus Innenleiter und Außenleiter zusammensetzt und als
Messsonde für TDR-Messungen dient, dadurch gekennzeichnet ist, dass Innenleiter und Außenleiter mechanisch gegeneinander verspannt werden und somit eine Kraft gegeneinander ausüben, damit sich der Innenleiter und der Außenleiter auch bei mechanischer Beanspruchung der Sonde nicht berühren können.
Um die Verspannung der beiden Leiter zueinander zu erreichen, sind verschiedene Ausführungsbeispiele vorgesehen. Der Innenleiter 102 kann beispielsweise mit einem Gewinde (301) am Sondenende versehen werden, auf welches ein entsprechendes Gegenstück geschraubt werden kann, so wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
Als Gegenstück wäre zum Beispiel eine Art Mutter 300 (mit/ohne
Sicherungsring/Unterlagscheibe o.ä. denkbar) mit einem größeren Durchmesser als der des Außenleiters 101 möglich, damit diese beim Aufschrauben auf den
Innenleiter 102 am Außenleiter 101 ansteht und so den erforderlichen Zug auf den Innenleiter 102 erzeugt. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass sowohl Außen- als auch Innenleiter fest mit der Einkopplung der Sonde (Prozessanschluss) verbunden sind. Nur somit können gemäß der erfindungsgemäßen Konstruktion Innen- und Außenleiter miteinander verspannt werden.
Anstelle einer einfachen Mutter zum Verschrauben wäre auch eine leicht konische Form des entsprechenden Gegenstücks 300 vorteilhaft, sodass dieses Gegenstück ein Stück weit in den Außenleiter (101) hinein reicht und den Innenleiter (102) zusätzlich mittig zentriert (siehe Fig. 4).
Eine weitere Möglichkeit die beiden Leiter gegenseitig zu verspannen wäre es, den Innenleiter 102 am Sondenende mit einem Innengewinde 502 im Innenleiter 102 zu versehen, wie dies in Fig. 5 skizziert wird. Als passendes Gegenstück für den
Außenleiter 101 kann eine Art Platte 300 vorgesehen sein, welche dann zusammen mit einer Schraube 501 (mit/ohne Sicherungsring/Unterlagscheibe o.ä. ausführbar) die nötige Zugkraft zwischen den beiden Leitern aufbaut. Auch hier ist die konische Form für ein Gegenstück, wie sie Fig. 4 zu entnehmen ist, möglich.
Diese Platte 300 kann sowohl direkt ein Teil des Außenleiters 101 sein (z.B. am Ende angeschweißt) oder als extra Komponente zusammen mit der Schraube 501 befestigt sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Zugelement, der Außenleiter und der Innenleiter derart zusammenwirken, dass nach der Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter der Innenleiter zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal gegen den Außenleiter nachgespannt werden kann.
Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich der Innenleiter noch ein Stück weiter in das Zugelement hineinschrauben lässt, als dies für das anfangliche Vorspannen erforderlich ist. Beispiele hierfür sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt, in welchen zu sehen ist, dass das Außengewinde des Innenleiters noch weiter in das Zugelement hineingeschraubt werden kann, falls ein nachträgliches Nachspannen erforderlich sein sollte. Als Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter 102 nach dem Verspannen gegen den Außenleiter nicht an die Platte 300 des Zugelements anstößt, so dass auch in diesem Fall ein nachträgliches Nachspannen möglich ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter durch die Federkraft eines Federelements hervorgerufen wird. In diesem Fall kann ein nachträgliches Nachspannen entfallen, zumindest falls sich die Länge des Innenleiters nur unwesentlich ändert.
Das Federelement lässt sich an beliebiger Stelle innerhalb der Länge des
Koaxialleiters anbringen. Die Feder ist so arrangiert, dass sie auf den Innenleiter einen Zug und auf den Außenleiter einen Druck ausübt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 ist ein Federelement 1201 am unteren Ende des Innenleiters 102 angebracht. Der Innenleiter kann unterbrochen und das Federelement zwischen den beiden Teilen des Innenleiters angebracht sein. Das Federelement steht hierbei unter Spannung und übt einen Zug auf den Innenleiter aus.
Im Gegensatz dazu lässt sich ein Federelement auch am Außenleiter 101 der Koaxialsonde 103 befestigen, was in Fig. 13 gezeigt ist. Hier drückt jedoch das Federelement 1301 gegen das Zugelement 300. Auch können mehrere solche Federelemente vorgesehen sein, die auf der Querschnittsfläche des Außenleiters (also auf einer Kreisbahn) angeordnet sind. Darüber hinaus können beide Anordnungen miteinander kombiniert werden, also sowohl Zug- als auch Druckfederelemente vorgesehen sein.
Die Verspannungen der Leiter kann sowohl elektrisch nichtisolierend als Kurzschluss am Ende der Sonde oder isolierend als offenes Ende realisiert sein, da dies keine wesentliche Auswirkung auf die Ermittlung des Messwertes hätte, weil in beiden Fällen der Messbereich durch das Ende der Koaxialsonde begrenzt wird.
Damit der zu messende Füllstand den gleichen Pegel im Messbehälter und innerhalb der Messsonde hat, wird bisher der Außenleiter 101 mit diversen Löchern (z.B.
Bohrungen) versehen. Um diese Füllstandanpassung bis zum Sondenende zu erreichen, ist es möglich, das Verbindungsteil (vorher als Platte/Gegenstück/Mutter bezeichnet) 300 zwischen Innenleiter 102 und Außenleiter 101 auch mit Löchern 801 (z.B. in Form von Bohrungen) zu versehen, damit das Füllgut das
Verbindungsteil 300 passieren kann. Dies ist in Fig. 8 gezeigt. Eine andere Möglichkeit ist es, das Verbindungsteil 300 in anderen Formen, z.B. als Kreuzform oder sternförmig mit ein oder mehreren Stegen 702, 703, 704, 705, die sich z.B. von einem stiftförmigen Bereich 701 mit Innengewinde nach außen erstrecken, zu konstruieren. Dies ist in Fig. 7 gezeigt. Die sternförmige Ausführung ermöglicht einen erhöhten Durchfluss des
Füllmediums, da die Stege des Sterns z.B. durch Verwendung eines Drahtes sehr dünn realisiert werden können. Werden die Stege mit rundem Querschnitt ausgeführt, so kann sich das Füllmedium nur sehr schwer dort ablagern, was ein weiterer Vorteil der Sternform ist. Figur 14 zeigt eine weitere Möglichkeit auf, den Innenleiter gegenüber dem
Außenleiter zu zentrieren. Der Umschlag bzw. die der Rand 1401 des
Verbindungsteils 300 stülpt sich hierbei formschlüssig über den Außenleiter und fixiert somit sowohl das Verbindungsteil als auch den Innenleiter an einer festen Position. Die Ausführungsform des Verbindungsteils 300 kann auch hier eine beliebige Form annehmen (Stern, Platte, ...).
Einen ähnlichen Effekt könnte durch zusätzliche oder extra vorhandene Löchern 900, mit Beispielsweise der Form von Schlitzen oder Bohrungen, am Ende des
Außenleiters 101 erzielt werden (siehe Fig. 9).
Fig. 1 1 zeigt einen Tank 1101 , der ein Füllgut 1 102 aufweist und in dem ein
Füllstandmessgerät 1003 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angebracht ist. Das Füllstandmessgerät dient der Bestimmung des Füllstands 1 104.
Ergänzend sei daraufhingewiesen, dass„umfassend" und„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener
Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1.Koaxialsonde (103) für ein Zeitbereichsreflektometrie-Füllstandmessgerät (1003), aufweisend:
einen Außenleiter (101);
einen koaxial zum Außenleiter angeordneten Innenleiter (102);
ein Zugelement (300, 501), das an einem Ende des Innenleiters angebracht ist, um den Innenleiter gegen den Außenleiter zu verspannen.
2. Koaxialsonde (103) nach Anspruch 1,
wobei das Zugelement (300, 501) am unteren Ende (1004) der Koaxialsonde angeordnet ist,
wobei das untere Ende dasjenige Ende ist, welches bei ordnungsgemäßem Gebrauch der Koaxialsonde als erstes mit dem Füllgut (1 102) in Berührung kommt.
3. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) ein Innengewinde aufweist;
wobei der Innenleiter (102) ein Außengewinde aufweist, auf das sich das Innengewinde des Zugelements zum Verspannen des Innenleiters gegen den Außenleiter (101) aufschrauben lässt.
4. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) einen größeren Durchmesser aufweist als der Außenleiter (101), so dass es beim Verspannen den Innenleiters (102) gegen den Außenleiter gegen einen unteren Rand (111) des Außenleiters stößt.
5. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
6. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zugelement (300, 501) scheibenförmig ausgebildet ist.
7. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) einen konischen Bereich aufweist, der beim Verspannen den Innenleiters (102) gegen den Außenleiter (101) gegen einen unteren Rand (11 1) des Außenleiters stößt, um den Innenleiter zu zentrieren.
8. Koaxialsonde (103) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 7,
wobei das Zugelement (300, 501) einen stiftformigen oberen Bereich mit einem Außengewinde aufweist;
wobei der Innenleiter (102) ein Innengewinde (502) aufweist, in welches sich ein stiftformiger obere Bereich (503) des Zugelements (501) zum Verspannen den
Innenleiters gegen den Außenleiter (101) einschrauben lässt.
9. Koaxialsonde (103) nach Anspruch 8,
wobei das Zugelement (300, 501) eine Schraube aufweist, die sich zum Verspannen des Innenleiters (102) gegen den Außenleiter (101) in das Innengewinde (502) des Innenleiters einschrauben lässt.
10. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) einen Mittelbereich (701) aufweist, von dem aus sich ein oder mehrere Stege (702, 703, 704, 705) nach außen erstrecken, um das Zugelement beim Verspannen des Innenleiters (102) gegen den Außenleiter (101) gegen den unteren Rand (111) des Außenleiters abzustützen.
11. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) Löcher aufweist, um einen Fluidaustausch bzw. Austausch des zu messenden Mediums zwischen dem Innenbereich des Außenleiter (101) und der Umgebung des Außenleiters zu ermöglichen.
12. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement (300, 501) einen ersten und einen zweiten
zylinderförmigen Bereich aufweist;
wobei an dessen oberem Ende der erste zylinderförmige Bereich angeordnet ist, der einen Außendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des
Außenleiters (101) entspricht; und
wobei daran anschließend der zweite zylinderförmige Bereich angeordnet ist, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Außenleiters entspricht oder zumindest größer ist als der Innendurchmesser des Außenleiters.
13. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zugelement, der Außenleiter und der Innenleiter derart zusammenwirken, dass nach der Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter der Innenleiter zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal gegen den Außenleiter nachgespannt werden kann.
14. Koaxialsonde (103) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
weiterhin aufweisend ein Federelement, durch das die Verspannung des Innenleiters gegen den Außenleiter hervorgerufen wird.
15. Füllstandmessgerät (1003) mit einer Koaxialsonde (103) nach einem der
Ansprüche 1 bis 14.
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