WO2019106025A1 - Impedance limit level sensor - Google Patents

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WO2019106025A1 PCT/EP2018/082869 EP2018082869W WO2019106025A1 WO 2019106025 A1 WO2019106025 A1 WO 2019106025A1 EP 2018082869 W EP2018082869 W EP 2018082869W WO 2019106025 A1 WO2019106025 A1 WO 2019106025A1
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Karl Griessbaum
Christian WEINZIERLE
Jürgen Haas
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Vega Grieshaber Kg
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Definitions

  • a two-wire field device is understood to be a field device which is connected via two lines to a higher-level unit, wherein both a power supply and a measured value transmission takes place via these two lines.
  • the impedance sensor can have an energy management device which is connected to the energy intermediate memory and / or a controller, for example, in an evaluation and control unit and / or measuring electronics.
  • efficient energy management can be achieved, for example, the controller and / or the Mes selektronik for the duration in which energy must be cached, disabled or put into a power saving mode ver.

Abstract

An impedance limit level sensor (100) having: - a measurement probe (102), the capacitance of which can be influenced by a medium surrounding the measurement probe (102), - a measurement oscillating circuit, in which the measurement probe (102) is arranged as a capacitance-determining element, - an electronics unit (101) having a signal generator () for exciting the measurement oscillating circuit and a signal detector (104) for determining a response signal of the measurement oscillating circuit, - a signal processing unit () for generating a measurement signal, which is connected to the electronics unit (101) and wherein the impedance limit level sensor (100) is formed as a two-wire field device and has an intermediate energy store (304) for at least partially supplying the impedance limit level sensor (100) with energy.

Description

Impedanzgrenzstandsensor Impedance level sensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Impedanzgrenz The present invention relates to an impedance limit
standsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors. Standensor according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating such a sensor.
Impedanzgrenzstandsensoren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik, bspw. zur Messung von Grenz- oder Füllständen be kannt. Typische Anwendungen für die Erfassung einer vordefi nierten Füllhöhe sind Prozessbehältnisse, wie beispielsweise Prozesstanks, Lagertanks, Silos oder Rohrleitungen in der Pro zessindustrie. Impedanzgrenzstandsensoren, werden dabei häufig als sog. Grenzschalter, d.h. zur Bestimmung, ob ein Füllmedium eine bestimmte Füllhöhe, den sog. Grenzstand, über- oder un terschreitet, in unterschiedlichen Flüssigkeiten, sowie granu lierten und pulverförmigen Schüttgütern eingesetzt. Impedanzgrenzstandsensoren are basically known from the prior art, for example. For the measurement of limits or levels be known. Typical applications for detecting a predefined level are process vessels, such as process tanks, storage tanks, silos or pipelines in the process industry. Impedance threshold sensors are often referred to as so-called limit switches, i. to determine whether a filling medium exceeds or falls below a certain filling level, the so-called limit level, in different liquids, as well as granulated and pulverized bulk materials.
Es sind auch andere Arten von Grenzschaltern bzw. Grenz standsensoren bekannt, die je nach Einsatzgebiet, Prozessbe dingungen und Eigenschaften des Füllmediums ausgewählt werden. Neben Impedanzgrenzstandsensoren kommen Sensoren, die nach dem TDR (Time Domain Reflectometry) Prinzip arbeiten, oder Vibra tionsgrenzstandsensoren oder kapazitiv arbeitende Sensoren zum Einsatz. Ein Schaltbefehl des Grenzschalters kann beispiels weise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen starten oder stoppen um entsprechend ein Überlaufen oder Leerlaufen des jeweiligen Prozessbehältnisses zu vermeiden. There are also other types of limit switches or limit sensors known, the conditions depending on the application, process conditions and properties of the filling medium are selected. In addition to impedance limit sensors, sensors that operate according to the TDR (Time Domain Reflectometry) principle, or vibration level sensors or capacitive sensors are used. A switching command of the limit switch can example as filling or emptying start or stop to accordingly avoid overflowing or emptying of the respective process container.
In der vorliegenden Anmeldung werden an Stelle des Begriffs Impedanzgrenzstandsensor der Einfachheit halber auch die Be griffe Impedanzsensor und Grenzschalter gleichwertig benutzt. In the present application, instead of the term impedance threshold sensor for simplicity, the Be handles impedance sensor and limit switch equivalent used.
Ein bekannter Impedanzsensor 100 ist in Figur 1 gezeigt. Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Schnittbild mit Schaltungslö cken eines Impedanzsensor 100 gemäß dem Stand der Technik. Im Wesentlichen besteht der Impedanzsensor 100, nachfolgend auch Grenzstandsensor oder Grenzstandmelder genannt, gemäß dem Stand der Technik aus einer Elektronikeinheit 101 und einer Messsonde 102. Die Messsonde 102, ist im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel als Serienschwingkreis ausgebildet Zwischen ei ner Messelektrode 106 und einer Bezugselektrode 108 bildet sich eine Messkapazität 110 aus, welche mit einer diskreten Induktivität 109 zu dem als Serienschwingkreis ausgebildeten Messschwingkreis verschaltet ist. A known impedance sensor 100 is shown in FIG. FIG. 1 shows a simplified sectional view with circuit gaps of an impedance sensor 100 according to the prior art. Essentially, the impedance sensor 100, hereinafter also referred to as a limit level sensor or limit level detector, according to the prior art from an electronics unit 101 and a probe 102. The probe 102, in the present embodiment Ausfüh approximately as a series resonant circuit formed between egg ner measuring electrode 106 and a reference electrode 108 forms a measuring capacitance 110, which is connected to a discrete inductance 109 to the designed as a resonant circuit resonant circuit.
Die Messelektrode 106 ist rotationssymmetrisch zu einer Längs achse L des Impedanzsensors 100 ausgebildet und über einer Isolierung 107 von einem Prozessraum 90 getrennt. Vorteilhaf terweise wird die diskrete Induktivität 109 so gewählt, dass sich eine Resonanzfrequenz fres des Schwingkreises für unter schiedlichste Medien bzw. Bedeckungszustände (leer, voll und verschmutzt) zwischen 100 MHz und 200 MHz einstellt. The measuring electrode 106 is rotationally symmetrical to a longitudinal axis L of the impedance sensor 100 is formed and separated via an insulation 107 of a process chamber 90. Advantageously, the discrete inductance 109 is selected so that a resonant frequency fres of the resonant circuit for different media or cover conditions (empty, full and dirty) is set between 100 MHz and 200 MHz.
Ein Betrag einer sich über die Frequenz ändernden komplexwer tigen Impedanz | Z | dieses Messschwingkreises wird vorteilhaf terweise zwischen 100 MHz und 200 MHz analysiert, d.h. der Messschwingkreis wird mittels eines Frequenzgenerators 103 mit einem Frequenzsweep mit Frequenzen zwischen 100 MHz und 200 MHz angeregt und ein AntwortSignal (Frequenzantwort) des Mess schwingkreises mit einem Frequenzdetektor 104 detektiert. Be findet sich ein Medium im Bereich der Messsonde 102, ändert sich das Impedanzverhalten des Messschwingkreises, d.h. insbe sondere verschiebt sich dessen Resonanzfrequenz fres, an der sich ein Minimum der Impedanz ausbildet. Unter einem Frequenzsweep wird die sequenzielle Anregung mit einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs verstanden, wobei der Frequenzbereich idealerweise sämtliche möglichen Resonanzfrequenzen des Mess schwingkreises enthalten sollte. An amount of a frequency-varying complex impedance | Z | This measuring resonant circuit is advantageously analyzed between 100 MHz and 200 MHz, ie the measuring resonant circuit is excited by means of a frequency generator 103 with a frequency sweep with frequencies between 100 MHz and 200 MHz and a response signal (frequency response) of the measuring resonant circuit is detected by a frequency detector 104. Be is a medium in the range of the measuring probe 102, the impedance behavior of the measuring resonant circuit changes, ie in particular special shifts its resonant frequency fres, at which a minimum of the impedance is formed. A frequency sweep is understood to mean the sequential excitation with a plurality of successive frequencies within a frequency range, wherein the frequency range should ideally contain all possible resonance frequencies of the measuring oscillating circuit.
Die Änderung der Impedanz des Messschwingkreises wird für eine Auswertung in einer Auswerte- und Steuereinheit 105 herangezo gen. Konkret wird die Frequenzantwort hinsichtlich einer Fre quenzänderung Af und einer Änderung der Amplitude eines Mini mums der Impedanz DZ, auch als Amplitudenänderung bezeichnet, ausgewertet und daraus ein Schaltbefehl generiert. Specifically, the frequency response with respect to a frequency change Af and a change in the amplitude of a mini mum of the impedance DZ, also referred to as a change in amplitude, is evaluated and derived therefrom Switching command generated.
In Figur 2 sind beispielhaft für das Medium Ketchup die Fre quenzantworten des Impedanzsensors 100 nach dem Stand der Technik aufgeführt. In Figure 2, the Fre quency responses of the impedance sensor 100 are listed by way of example for the medium ketchup according to the prior art.
Eine erste Kurve 200 zeigt das Resonanzverhalten einer saube ren Messsonde 102. Dargestellt ist der Betrag der Impedanz Z über der Frequenz f. A first curve 200 shows the resonance behavior of a clean probe 102. Shown is the magnitude of the impedance Z over the frequency f.
Das Verhalten einer mit Anhaftungen von Ketchup verschmutzten Messsonde 102 ist in einer zweiten Kurve 201 und das einer komplett mit Ketchup bedeckten Messsonde 102 in einer Kurve 202 gezeigt. The behavior of a ketchup-adhered measuring probe 102 is shown in a second curve 201 and that of a completely ketchup-covered measuring probe 102 in a curve 202.
Schaltbefehle (leer, voll) werden von der Auswerte- und Steu ereinheit 105 realisiert, wobei gemäß dem Stand der Technik ausschließlich die Minima der Resonanzkurven für die Auswer tung herangezogen werden. Diese werden bezüglich einer Fre quenzänderung Af und Amplitudenänderung DZ ausgewertet. Befin det sich das Minimum der Resonanzkurve in einem ersten Bereich I, so gibt die Auswerte- und Steuereinheit 105 den Schaltbe- fehl „leer" aus. Befindet sich das Minimum jedoch in einem zweiten Bereich II so wird der Schaltbefehl „voll" ausgegeben. Die beiden definierten Schaltbereiche I, II können ab Werk fest in den Impedanzsensor 100 einprogrammiert oder durch ei nen Kundenabgleich eingestellt und verändert werden. Idealer weise sollten die Bereiche so definiert werden, dass für mög lichst viele unterschiedliche Medien die Standardeinstellungen ausreichend sind, da ein kundenseitiger Abgleich zeitaufwendig und daher unerwünscht ist. Switching commands (empty, full) are realized by the evaluation and control unit 105, wherein according to the prior art only the minima of the resonance curves are used for the evaluation. These are evaluated with respect to a Fre quenzänderung Af and amplitude change DZ. If the minimum of the resonance curve is in a first region I, then the evaluation and control unit 105 transmits the switching If the minimum is, however, in a second area II, the switching command "full" is output. The two defined switching ranges I, II can be factory-programmed into the impedance sensor 100 or adjusted and changed by egg NEN customer comparison. Ideally, the ranges should be defined so that the default settings are sufficient for as many different media as possible, since customer matching is time-consuming and therefore undesirable.
Die Grenzstandsensoren 100 nach dem Stand der Technik signali sieren den Schaltzustand mittels eines oder mehrerer Schalt ausgängen, z.B. in Form eines Transistorausgangs, und werden über eine separate Leitung mit Energie versorgt. Die Grenz standsensoren 100 nach dem Stand der Technik werden nur mit einem oder zwei Schaltausgängen angeboten. Diese Schaltaus gangsleitungen sowie die beiden Versorgungsleitungen werden auf einen Anschlussstecker des Sensors aufgelegt und müssen dementsprechend mit Mehraufwand verdrahtet werden. Dieser Ver kabelungsaufwand wird als Nachteil empfunden. The state-of-the-art level sensors 100 signal the switching state by means of one or more switching outputs, e.g. in the form of a transistor output, and are powered by a separate line. The limit state sensors 100 according to the prior art are offered only with one or two switching outputs. These Schaltaus output lines and the two supply lines are placed on a connector of the sensor and must be wired accordingly with additional effort. This cabling Ver is perceived as a disadvantage.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Impedanz grenzstandsensor zur Verfügung zu stellen, der einen verrin gerten Verkabelungsaufwand ermöglicht. It is the object of the present invention to provide an impedance proximity sensor, which allows a verrin siege cabling.
Diese Aufgabe wird durch einen Impedanzgrenzstandsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by an impedance threshold sensor having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger An sprüche . Advantageous developments are the subject of dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Impedanzgrenzstandsensor mit einer Mess sonde , die durch ein die Messsonde umgebendes Medium in einer Kapazität beeinflussbar ist, einem Messschwingkreis, in dem die Messsonde als kapazitätsbestimmendes Element angeordnet ist, einer Elektronikeinheit mit einem Signalgenerator zur An regung des Messschwingkreises und einem Signaldetektor zur Er mittlung eins AntwortSignals des Messschwingkreises und einer Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung eines Messsignals, die mit der Elektronikeinheit verbunden ist zeichnet sich dadurch aus, dass der Impedanzgrenzstandsensor als Zweileiter- Feldgerät ausgebildet ist und einen Energiezwischenspeicher zur wenigstens teilweisen Versorgung des Impedanzgrenz standsensors mit Energie aufweist. An inventive impedance threshold sensor with a measuring probe by a medium surrounding the probe in a Capacitance can be influenced, a measuring resonant circuit in which the probe is arranged as a capacitance determining element, an electronic unit with a signal generator to the movement of the measuring resonant circuit and a signal detector for He mediation one response signal of the resonant circuit and a signal processing unit for generating a measurement signal, which is connected to the electronic unit is characterized by the fact that the impedance threshold sensor is designed as a two-wire field device and an energy buffer for at least partially supply the impedance limit sensor with energy.
Unter einem Zweileiter-Feldgerät gemäß der vorliegenden Erfin dung wird ein Feldgerät verstanden das über zwei Leitungen mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist, wobei über diese beiden Leitungen sowohl eine Energieversorgung als auch eine Messwertübermittlung stattfindet . A two-wire field device according to the present inven tion is understood to be a field device which is connected via two lines to a higher-level unit, wherein both a power supply and a measured value transmission takes place via these two lines.
Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem Zweilei ter-Feldgerät und der übergeordneten Einheiten erfolgt dabei nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA Stromschleife, d.h. eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen ande ren Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART- Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt. The energy and / or signal transmission between the Zweilei ter field device and the superordinate units is carried out according to the known 4 mA to 20 mA standard, in which a 4 mA to 20 mA current loop, i. a two-wire line is formed between the field device and the higher-level unit. In addition to the analogue transmission of signals, there is the possibility that the measuring devices, according to various other protocols, in particular digital protocols, transmit or receive further information from the higher-level unit. By way of example, the HART protocol or the Profibus PA protocol may be mentioned here.
Die Energieversorgung dieser Feldgeräte erfolgt ebenfalls über das 4 mA bis 20 mA Stromsignal, sodass neben der Zweidrahtlei tung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Um den Verdrahtungs- und Installationsaufwand sowie die Sicher heitsmaßnahmen, beispielsweise beim Einsatz in explosionsge schützten Bereichen, so gering wie möglich zu halten, ist es auch nicht gewünscht, zusätzliche Stromversorgungsleitungen vorzusehen . The power supply of these field devices is also via the 4 mA to 20 mA current signal, so that in addition to the Zweidrahtlei device no additional supply line is necessary. Around the wiring and installation costs and the security measures, for example, when used in Explosions protected areas to keep as low as possible, it is also not desirable to provide additional power supply lines.
Mit dem erfindungsgemäßen Impedanzgrenzstandsensor ist es da mit möglich, den erforderlichen Verkabelungsaufwand deutlich zu reduzieren und trotz der nur beschränkten Verfügbarkeit von Energie, die über die Zweidrahtleitung zur Verfügung gestellt wird, eine zuverlässige Messung zu ermöglichen. With the impedance threshold sensor according to the invention, it is thus possible to significantly reduce the required cabling effort and, despite the limited availability of energy which is made available via the two-wire line, to enable a reliable measurement.
Der Energiespeicher kann vorteilhafterweise als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet sein. Auf diese Weise werden eine hohe Anzahl an Ladezyklen, eine hohe Verfügbarkeit sowie eine hohe Energiedichte des Energiespeichers erreicht. The energy store can advantageously be designed as a capacitor or as an accumulator. In this way, a high number of charging cycles, high availability and high energy density of the energy storage can be achieved.
In einer Weiterbildung kann der Impedanzsensor eine Energiema nagementeinrichtung aufweisen, die mit dem Energiezwischen speicher und/oder einem Controller bspw. in einer Auswerte- und Steuereinheit und/oder einer Messelektronik verbunden ist. Auf diese Weise kann ein effizientes Energiemanagement er reicht werden, bspw. können der Controller und/oder die Mes selektronik für die Dauer, in der Energie zwischengespeichert werden muss, deaktiviert oder in einen Energiesparmodus ver setzt werden. In one development, the impedance sensor can have an energy management device which is connected to the energy intermediate memory and / or a controller, for example, in an evaluation and control unit and / or measuring electronics. In this way, efficient energy management can be achieved, for example, the controller and / or the Mes selektronik for the duration in which energy must be cached, disabled or put into a power saving mode ver.
Zur Kommunikation bspw. mit externen Bedieneinheiten, externen Anzeigeeinheiten, externen Anzeige- und Bedieneinheiten oder anderen Geräten kann der Impedanzgrenzstandsensor zusätzlich ein Nahdistanz-Funkmodul aufweisen. Unter dem Begriff Nahdistanzfunkmodul sollen in der vorliegen den Anmeldung Funkmodule verstanden werden, die eine maximale Reichweite von wenigen Metern aufweisen. Dies sind insbesonde re Funkmodule, die gemäß einem der Standards Bluetooth, Blue- tooth Low Energy, ZigBee, WirelessHART, ISAIOO-Funklösungen, Wlan oder NFC arbeiten. For communication, for example with external operating units, external display units, external display and operating units or other devices, the impedance threshold sensor may additionally have a near-distance radio module. The term Nahdistanzfunkmodul should be understood in the present application radio modules that have a maximum range of a few meters. These are, in particular, radio modules that operate in accordance with one of the Bluetooth, Bluetooth Low Energy, ZigBee, WirelessHART, ISAIOO wireless solutions, WLAN or NFC standards.
Das Nahdistanzfunkmodul weist bevorzugt einen eigenen The near distance radio module preferably has its own
Microcontroller als Zweitcontroller auf, der die Funkkommuni kation steuert. Da der Eingang von Nachrichten über die Funk kommunikation nicht vorhersehbar ist, wird der Microcontroller des Nahdistanzfunkmoduls nur so weit in einen Energiesparmodus versetzt, dass ein Empfang von Nachrichten über das Funkmodul weiterhin gewährleistet bleibt. Microcontroller as a second controller, which controls the radio communication. Since the input of messages via the radio communication is not predictable, the microcontroller of the Nahdistanzfunkmoduls is only so far placed in a power saving mode that a reception of messages via the radio module remains guaranteed.
Bevorzugt wird eine Ausgestaltung mit eine Zweitcontroller und einem Bluetooth-Low-Energy Funkmodul. Preferred is an embodiment with a second controller and a Bluetooth low-energy radio module.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Impedanz grenzstandsensor gemäß der vorliegenden Anmeldung weist fol gende Schritte auf: A method according to the invention for operating an impedance proximity sensor according to the present application has the following steps:
- Überprüfen einer momentan zur Verfügung stehenden Energie menge,  - Checking a currently available amount of energy,
- wenn eine für eine erfolgreiche Messung notwendige Mindes tenergiemenge zur Verfügung steht,  - if the minimum amount of energy required for a successful measurement is available,
i) Aktivieren eines Controllers sowie einer Messelektronik, ii) Durchführen einer Impedanzmessung, i) activating a controller and measuring electronics, ii) performing an impedance measurement,
iii) Ausgeben eines Messwertes und iii) output a measured value and
nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergiemenge nicht erreicht ist after completion of the measurement or when the minimum energy level is not reached
iv) Puffern der mittels der Zweidrahtleitung übertragenen Energie . Um schneller eine neue Messung durchführen zu können, kann ferner der Controller und/oder die Messelektronik deaktiviert oder in einen Energiesparmodus versetzt werden. iv) buffering the energy transmitted by the two-wire line. In order to be able to carry out a new measurement more quickly, the controller and / or the measuring electronics can also be deactivated or put into an energy-saving mode.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figu ren eingehend erläutert. Es zeigen: The present invention will be explained below with reference to Ausfüh tion examples and with reference to the accompanying Figu ren in detail. Show it:
Figur 1 ein vereinfachtes Schnittbild eines Impedanzsensor gemäß dem Stand der Technik (schon behandelt) , 1 shows a simplified sectional view of an impedance sensor according to the prior art (already discussed),
Figur 2 das Impedanzverhalten des Impedanzsensors gemäß Fi gur 1 (schon behandelt) , FIG. 2 shows the impedance behavior of the impedance sensor according to FIG. 1 (already treated),
Figur 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Impedanz Figure 3 is a simplified block diagram of an impedance
grenzstandsensors gemäß der vorliegenden Anmeldung und  proximity sensor according to the present application and
Figur 4 einen Verfahrensablauf zum Betreiben des Sensors ge mäß Figur 3. FIG. 4 shows a method sequence for operating the sensor according to FIG. 3.
Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Impe danzgrenzstandsensors 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung. FIG. 3 shows a simplified block diagram of an impedance level sensor 100 in accordance with the present application.
Um den Impedanzsensor 100 als Zweileiter-Feldgerät ausführen zu können weist dieser ein Netzteil 301-304 auf, das eine Zweileiterschnittstelle ausbildet und im Wesentlichen einen Stromregler 301, einen Spannungsregler 302, eine Energiema nagementeinrichtung 303 sowie einen Energiezwischenspeicher 304 aufweist. In order to be able to execute the impedance sensor 100 as a two-wire field device, the latter has a power supply unit 301-304 which forms a two-wire interface and essentially has a current regulator 301, a voltage regulator 302, an energy management device 303 and an energy buffer 304.
Da sowohl eine Energieversorgung als auch eine Ausgabe des Schalt zustands über zwei Leitungen erfolgt, weist das Netzteil den Stromregler 301 auf, der die möglichen Schaltzustände „un bedeckt" und „bedeckt" als Schleifenstrom von bspw. 8 mA bzw. 16 mA ausgeben kann. Darüber hinaus ist der Stromregler 301 auch dazu ausgebildet, einen Gerätefehler auszugeben, bspw. in Form eines dritten Stromwerts, welcher von den beiden Schalt zuständen abweicht. Since both a power supply and an output of the switching state via two lines, the power supply has the current controller 301, which can output the possible switching states "uncovered" and "covered" as a loop current of, for example, 8 mA or 16 mA. In addition, the current controller 301 is also designed to output a device error, for example. In the form of a third current value, which differs from the two switching states.
Im einfachsten Fall ist ein solcher Stromregler 301 als Längs transistor ausgeführt, welcher abhängig vom detektierten Zu stand des Sensors z.B. den Stromwert 8 mA bei dem Zustand „un bedeckt" und 16 mA bei dem Zustand „bedeckt" in die Versor gungsschleife einprägt. Für die Signalisierung des Fehlerzu stands ist es üblich einen Stromwert kleiner als 3, 6 mA oder größer als 21 mA fließen zu lassen. In the simplest case, such a current regulator 301 is designed as a longitudinal transistor, which depends on the detected state of the sensor, e.g. impresses the current value 8 mA in the state "uncovered" and 16 mA in the state "covered" in the supply loop. For the signaling of Fehlerzu conditions, it is common to let a current value less than 3, 6 mA or greater than 21 mA to flow.
Über den zusätzlichen Spannungsregelung 302 wird sicherge stellt, dass die Energie, welche in dem Energiespeicher 304 für die nachfolgende Sensorik und die Auswerte und Steuerein heit 105 zur Verfügung steht nicht in die Zweidrahtleitung zu rück gespeist wird und damit den Schaltzustand verfälscht. Ferner wird eine an dem Energiezwischenspeicher 304 anliegende Spannung auf einen maximalen Wert begrenzt, damit dieser nicht außerhalb der für den Betrieb zulässigen Werte betrieben wird. Der Energiezwischenspeicher 304 hat die Aufgabe die Leistung, welche durch die Zweileiterversorgung zur Verfügung steht für die nachfolgende Messung zu puffern, d.h. zwischen zu spei chern . About the additional voltage control 302 is sicherge notes that the energy which is available in the energy storage 304 for the subsequent sensor and the evaluation and Steuerein unit 105 is not fed back into the two-wire line and thus distorts the switching state. Furthermore, a voltage applied to the energy buffer 304 is limited to a maximum value so that it is not operated outside the values permissible for operation. The energy buffer 304 has the task of buffering the power available through the two-wire supply for the subsequent measurement, i. to save between.
Es kann dabei die Situation auftreten, dass eine Leistungsauf nahme der Sensorik 306, die vorliegend insbesondere den Fre quenzgenerator 103, den Frequenzdetektor 104 und die Messsonde 102 umfasst, der Auswerte und Steuereinheit 105 für die Dauer einer Messung die Momentanleistung, welche über die beiden Versorgungsleitungen zur Verfügung steht, übersteigt. In die sem Fall wird über eine längere Zeit die zur Verfügung stehen de Energie in dem Energiespeicher 304 gepuffert, so lange, dass für eine Messung ausreichend Energie in diesem Speicher vorhanden ist. Der aktuelle Ladezustand des Energiezwischen speichers 304 wird dabei von der Energiemanagementeinheit 303 überprüft. Um die Zeit bis zum Erreichen diese Zustands zu verkürzen kann z.B. die Sensorik 306 während dieser Zeit deak tiviert und sich der Controller der Auswerte und Steuereinheit 105 in einem Energiesparmodus befinden. In this case, the situation may arise that a power consumption of the sensor system 306, which in this case particularly includes the frequency generator 103, the frequency detector 104 and the measuring probe 102, the evaluation and control unit 105 for the duration of a measurement, the instantaneous power, which over the two Supply lines is available exceeds. In this case, the available de energy is buffered in the energy storage 304 over a long time, so long that sufficient energy is present in this memory for a measurement. The current state of charge of the intermediate energy storage 304 is checked by the energy management unit 303. To shorten the time to reach this state, for example, the sensor 306 can be deactivated during this time and the controller of the evaluation and control unit 105 can be in a power-saving mode.
Diese Unterschiede in der Leistungsaufnahme werden durch ein Energiemanagement in geeigneter Weise kontrolliert und ent sprechend organisiert. These differences in power consumption are suitably controlled by an energy management and organized accordingly.
Ein möglicher Ablauf zum Betreiben der Anordnung gemäß Figur 3 ist in Figur 4 dargestellt. A possible sequence for operating the arrangement according to FIG. 3 is shown in FIG.
Vor Beginn einer Messung wird in Schritt 401 der aktuelle Zu stand des Energiezwischenspeichers 304 erfasst. Anhand der ge speicherten Energie wird in Schritt 402 entschieden, ob eine Messung durchgeführt werden kann. Ist ausreichend Energie ge speichert, so wird in Schritt 403 eine Impedanzmessung durch geführt und deren Ergebnis in Schritt 404 ausgewertet. Abhän gig von einer Lage des Minimums der Impedanzkurve wird in Schritt 405 ein entsprechender Schaltzustand ausgegeben. Before beginning a measurement, the current status of the energy buffer 304 is detected in step 401. On the basis of the stored energy, a decision is made in step 402 as to whether a measurement can be carried out. If sufficient energy is stored, an impedance measurement is performed in step 403 and the result is evaluated in step 404. Dependent on a position of the minimum of the impedance curve, a corresponding switching state is output in step 405.
Wird in Schritt 402 festgestellt, dass noch zu wenig Energie für die Durchführung einer Messung in dem Energiezwischenspei cher 304 gespeichert ist, oder nach Durchführung einer Messung wird zu Schritt 401 zurückgekehrt. Be zugs zeichenliste If it is determined in step 402 that too little energy is still stored for performing a measurement in the energy buffer 304, or after performing a measurement, the system returns to step 401. Refer to the list of signs
90 Prozessraum 90 process space
100 Impedanz sensor 100 impedance sensor
101 Elektronikeinheit  101 electronics unit
102 Messsonde  102 measuring probe
103 Frequenzgenerator  103 frequency generator
104 Frequenzdetektor  104 frequency detector
105 Auswerte- und Steuereinheit 105 evaluation and control unit
106 Messelektrode 106 measuring electrode
107 Isolierung  107 insulation
108 Bezugselektrode/Gehäuse 108 reference electrode / housing
109 Induktivität 109 inductance
110 Messkapazität  110 measuring capacity
200 erste Kurve 200 first turn
201 zweite Kurve  201 second turn
202 dritte Kurve  202 third turn
301 Stromregler 301 current regulator
302 Spannungsregler  302 voltage regulator
303 Energiemanagementeinheit 303 energy management unit
304 Energie zwischenspeieher 304 energy intermediary
401-405 Verfahrens schritte 401-405 procedural steps
I erster Bereich I first area
II zweiter Bereich  II second area
Af Frequenzänderung Af frequency change
Dz Amplitudenänderung  Dz amplitude change
fres Resonanzfrequenz  fres resonance frequency

Claims

Patentansprüche claims
1. Impedanzgrenzstandsensor (100) mit 1. Impedance level sensor (100) with
- einer Messsonde (102), die durch ein die Messsonde a measuring probe (102) passing through a measuring probe
(102) umgebendes Medium in einer Kapazität beeinflussbar ist , (102) surrounding medium can be influenced in a capacity,
- einem Messschwingkreis, in dem die Messsonde (102) als kapazitätsbestimmendes Element angeordnet ist,  a measuring resonant circuit in which the measuring probe 102 is arranged as a capacitance-determining element,
- einer Elektronikeinheit (101) mit einem Signalgenerator - An electronics unit (101) with a signal generator
(103) zur Anregung des Messschwingkreises und einem Sig naldetektor (104) zur Ermittlung eins AntwortSignals des MessSchwingkreises , (103) for exciting the measuring resonant circuit and a signal detector (104) for determining a response signal of the measuring oscillating circuit,
- einer Signalverarbeitungseinheit (105) zur Erzeugung eines Messsignals, die mit der Elektronikeinheit (101) verbunden ist und  - A signal processing unit (105) for generating a measurement signal which is connected to the electronic unit (101) and
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Impedanzgrenzstandsensor (100) als Zweileiter- Feldgerät ausgebildet ist und einen Energiezwischenspei cher (304) zur wenigstens teilweisen Versorgung des Impe danzgrenzstandsensors (100) mit Energie aufweist.  That is, the impedance threshold sensor (100) is configured as a two-wire field device and has an energy buffer (304) for at least partially supplying the impedance level sensor (100) with energy.
2. Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß Anspruch 1, 2. Impedance threshold sensor (100) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Energiezwischenspeicher (304) als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet ist.  That is, the energy buffer (304) is designed as a capacitor or as an accumulator.
3. Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß einem der vorherge henden Ansprüche, 3. Impedance threshold sensor (100) according to one of the preceding claims,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h  marked by
eine Energiemanagementeinrichtung (303) aufweist, die mit dem Energiezwischenspeicher (304), einem Controller einer Auswerte- und Steuereinheit (105) und einer Messelektro nik (101) verbunden ist. an energy management device (303), which is connected to the energy buffer (304), a controller of an evaluation and control unit (105) and a measuring electronics (101).
4. Impedanzgrenzstandsensor (100) gemäß einem der vorherge henden Ansprüche, 4. Impedanzgrenzstandsensor (100) according to one of the preceding claims,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h  marked by
die vollständige Energieversorgung des Sensors durch die Zweidrahtleitung .  the complete power supply of the sensor through the two-wire line.
5. Verfahren zum Betreiben eines Impedanzgrenzstandsensors (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit fol genden Schritten: 5. A method for operating an impedance threshold sensor (100) according to one of the preceding claims, comprising the following steps:
- Überprüfen einer momentan zur Verfügung stehenden Ener giemenge,  - Checking a currently available amount of energy,
- wenn eine für eine erfolgreiche Messung notwendige Min destenergiemenge zur Verfügung steht,  - if the minimum amount of energy required for a successful measurement is available,
i) Durchführen einer Impedanzmessung,  i) performing an impedance measurement,
ii) Ausgeben eines Messwertes, und nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergiemenge nicht erreicht ist ,  (ii) outputting a reading, and after completion of the measurement or when the minimum amount of energy has not been reached,
iii) Puffern der mittels der Zweidrahtleitung übertrage nen Energie.  iii) buffering the energy transmitted by the two-wire line.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Controller einer Auswerte- und Steuereinheit 105 und/oder eine Elektronikeinheit 101 vor dem Durchführen der Messung aktiviert und  That is, a controller of an evaluation and control unit 105 and / or an electronics unit 101 is activated before performing the measurement, and a
nach Abschluss der Messung oder wenn die Mindestenergie menge nicht erreicht ist der Controller und/oder die Mes selektronik (101) deaktiviert oder in einen Energiespar modus versetzt wird.  after completion of the measurement or if the minimum energy quantity is not reached, the controller and / or the measuring electronics (101) is deactivated or put into energy-saving mode.
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