WO2019233704A1 - Radarbasiertes füllstandsmessgerät - Google Patents

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WO2019233704A1
WO2019233704A1 PCT/EP2019/062090 EP2019062090W WO2019233704A1 WO 2019233704 A1 WO2019233704 A1 WO 2019233704A1 EP 2019062090 W EP2019062090 W EP 2019062090W WO 2019233704 A1 WO2019233704 A1 WO 2019233704A1
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clock rate
rate
level
acceleration
level gauge
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PCT/EP2019/062090
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Blödt
Manuel Sautermeister
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Definitions

  • the invention relates to a stand-alone fill level measuring device and a method for its operation.
  • Process parameters such as level, flow, pressure, temperature, pFI value, redox potential or conductivity can be detected.
  • Various types of field device types are manufactured and distributed by Endress + Hauser. For level measurement of fillings in containers have
  • Non-contact measuring methods established because they are robust and low maintenance. Another advantage of non-contact measuring methods is the ability to measure the level virtually continuously. In the field of continuous level measurement, therefore, predominantly radar-based measuring methods are used (in the context of this patent application, the term "radar" is defined as a signal or electromagnetic wave with frequencies between 0.03 GHz and 300 GHz). The two common ones
  • Measurement principles are the pulse-transit time principle (also known by the term “pulse radar”) and the FMCW principle ("Frequency Modulated Continuous Wave”; “frequency-modulated continuous wave radar”).
  • the transmission circuit of the level measuring device together with the receiving circuit or
  • level gauges can be realized at higher radar frequencies in principle space-saving and better mountable. Provided the level gauge, especially with regard to the height
  • level gauges can in principle also be used on non-stationary containers such as IBC tanks. However, the use of such containers fail because the level gauge can only be operated wired due to its power consumption.
  • the invention is therefore based on the object to provide a stand-alone operable level gauge.
  • the invention solves this problem by a level gauge for measuring the level of a filling material located in a container.
  • the measuring device comprises the following components:
  • An evaluation circuit that is designed, at least based on the
  • the transmitting / receiving module and the evaluation circuit can be realized on the basis of known circuit components:
  • the transmitting block can be based on a PLL ("Phase Locked Loop"). be built up;
  • the evaluation circuit can measure the distance or fill level by FFT ("Fast Fourier Transformation") of the received signal by means of a corresponding
  • the corresponding radar pulses in the transmission block of the transmission / reception module usually by a cyclically controlled oscillator, such as a voltage controlled oscillator or only a quartz oscillator generated.
  • the receive block processes the receive signal in the pulse transit time method by sampling. Based on the sampled signal, the evaluation circuit determines the distance or the level.
  • the functional principle of FMCW and pulse radar based level gauges becomes
  • the fill level measuring device also comprises, in addition to these components known from the prior art:
  • the evaluation circuit is designed so that the clock rate is changed, provided that an acceleration and / or a rotation rate through the
  • Acceleration sensor or the rotation rate sensor is measured.
  • clock rate is the rate at which a new measurement of the fill level takes place per time. Accordingly, the clock rate varies depending on
  • the per se continuous radar signal is clocked with a predefined one
  • the clock rate at FMCW corresponds to the reciprocal of the sum of transmit duration and break duration.
  • the invention is also achieved by a corresponding method for its operation.
  • the method comprises the following method steps:
  • Rate of rotation is measured on the level gauge.
  • Level gauge performance optimized and therefore operate independently. Since the power consumption of the level gauge depends largely on the clock rate, the level gauge can be operated in an energy-saving mode by a reduced clock rate.
  • the clock rate is increased.
  • the setting of the clock rate is made dependent on whether the container is currently resting stationary, or undergoes an acceleration / rate of rotation, for example, by a possible transport or loading or unloading. In the simplest
  • “Lower” clock rate such as ten measurements per second and one measurement per hour to be changed. Accordingly, only needs a sufficiently sized battery or accumulator for
  • Energy supply of the level gauge are used. On a wired power supply can be omitted.
  • the invention is able to decide for themselves whether it can be measured in an energy-saving mode.
  • Level gauge can also be used on potentially non-stationary vessels such as IBC tanks. When used on an IBC tank is accordingly a suitable fastener for attachment to an IBC tank
  • the level gauge can also be made correspondingly compact.
  • the Clock rate starting from a very low clock rate of, for example, a maximum of one measurement per hour or even a single measurement per day, are increased, if an acceleration, a rotation rate or both is measured. This makes sense, for example, if according to the use scenario it is known that the container is moved or tilted only for the purpose of filling / emptying and none at standstill
  • the threshold of the minimum change is to be dimensioned such that fluctuations due to vibrations or waves remain unconsidered.
  • Acceleration and / or a rate of rotation is measured: So it can also after the end of the acceleration in a known cooldown to
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of the invention.
  • FIG. 1 shows an inventive
  • Level gauge 1 which is attached to the top screw opening of an IBC tank 2. Inside the IBC tank 2 is a filling material 3, whose level L is to be determined by the level gauge 1. The installation height h of the level gauge 1 with respect to the tank bottom is known by the dimensions of the IBC tank 2.
  • the level gauge 1 is aligned with the IBC tank 2 so that it emits radar signals SHF at a predefined clock rate r c in the direction of the surface of the filling material 3.
  • the cycle time which corresponds to the clock rate r c , is divided into a transmission duration plus a pause duration or a
  • the radar signals SHF are cyclically emitted radar pulses, so that on the basis of the pulse transit time between transmission of a pulse-shaped
  • Receiving signal RHF immediately the distance d and thus the level L can be determined.
  • the single radar signal SHF is a continuous radar signal.
  • the radar signal SHF in this case has a sawtooth-shaped frequency change within a predefined frequency band.
  • the runtime, and hence the distance or level L, in implementing the FMCW method may be based on the instantaneous frequency difference between the currently received
  • Receive signal EHF and the same radiated signal SHF are determined.
  • the fill level measuring device 1 shown in FIG. 1 additionally comprises, according to the invention, an acceleration sensor or a rotation rate sensor.
  • an acceleration sensor or a rotation rate sensor it is possible to have an acceleration a or a rotation rate d. to detect.
  • this can be attributed to various causes: whether the IBC tank is currently stationary, or whether it is inclined, for example, for filling or emptying.
  • the level gauge 1 can change its clock rate r c accordingly.
  • the level gauge 1 measures only with a high
  • Clock rate for example, fail with a maximum of 10 measurements per minute or at most 10 measurements per second. Measuring with a high clock rate r c could, for example, make sense in order to be able to measure a rapid change in the fill level L during the filling / emptying. Depending on the application scenario, a filling / emptying by means of the
  • Acceleration sensor or yaw rate sensor are detected, if this is accompanied, for example, by vibration or tilting of the IBC tank.
  • the cause of an acceleration fl or a rotation rate d can in turn lie in a momentary transport of the IBC tank 2.
  • the last level value L measured prior to the occurrence of the acceleration can be determined as the current level value L in the level measuring device 1 or a corresponding level
  • the level gauge 1 After the end of the transport, or after no acceleration a or rotation rate d is measured more, the level gauge 1 again switches to a low clock rate r c and thus changes into an energy-saving mode.
  • the level gauge 1 is connected via an interface, such as "PROFIBUS”, “HART”, “Wireless HART” or
  • preset clock rate (s) r c can be manually reconfigured via this interface. This is justified, for example, if the
  • Level gauge 1 is assigned to another container 2, which is subject to a different use scenario than that of the previous container 2.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät (1) zur Messung des Füllstandes (L) eines in einem Behälter (2) befindlichen Füllgutes (3), sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb dieses Füllstandsmessgerätes (1). Erfindungsgemäß weist das Füllstandsmessgerät (1) einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor zur Messung einer Beschleunigung (I) und/oder einer Drehrate (II) auf, um etwaige Bewegungen des Behälters (1) zu erfassen. Dabei ändert das Füllstandsmessgerät (1) die Taktrate (rc), sofern eine Beschleunigung (I) und/oder eine Drehrate (II) gemessen wird. Diese Auslegung ermöglicht es, das Füllstandsmessgerät (1) leistungsoptimiert und dementsprechend autark auch an nicht-stationären Behältern (1), wie IBC-Tanks zu betreiben: Da der Leistungsverbrauch des Füllstandsmessgerätes (1) maßgeblich von der Taktrate (rc) abhängt, kann durch eine herabgesetzte Taktrate (rc) das Füllstandsmessgerät (1) situationsabhängig in einem energiesparenden Modus betrieben werden.

Description

Radarbasiertes Füllstandsmessgerät
Die Erfindung betrifft ein autark betreibbares Füllstandsmessgerät sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung relevanter Prozessparameter entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Zwecks Erfassung der Prozessparameter sind in den jeweiligen Feldgeräten daher geeignete Messprinzipien implementiert, mit denen die entsprechenden
Prozessparameter, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pFI-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit erfassbar sind. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben. Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich
berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandsmessung werden daher überwiegend Radar- basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung definiert sich der Begriff„Radar“ als Signal bzw. elektromagnetische Welle mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz). Die beiden gängigen
Messprinzipien bilden hierbei das Puls-Laufzeit-Prinzip (auch unter dem Begriff„ Pulsradar“ bekannt) sowie das FMCW-Prinzip („Frequency Modulated Continuous Wave“; zu Deutsch;„Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar).
Bei Radar-Frequenzen von ca. 20 GHz und höher kann die Sendeschaltung des Füllstandsmessgerätes mitsamt der Empfangsschaltung bzw.
nachfolgender Auswertung als gemeinsamer integrierter Schaltkreis realisiert werden. Zudem verkleinert sich die Abmessung der einzusetzenden Antennen mit steigender Frequenz. Daher können Füllstandsmessgeräte bei höheren Radar-Frequenzen prinzipiell platzsparender und besser montierbar realisiert werden. Sofern das Füllstandsmessgerät vor allem bezüglich der Bauhöhe
entsprechend kompakt ist und der zu messende Füllstand mit hinreichender Auflösung messbar ist, können Füllstandsmessgeräte prinzipiell auch an nicht- stationären Behältern wie IBC-Tanks eingesetzt werden. Jedoch kann der Einsatz an solchen Behältern daran scheitern, dass das Füllstandsmessgerät aufgrund seines Leistungsverbrauchs lediglich kabelgebunden betrieben werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein autark betreibbares Füllstandsmessgerät bereitzustellen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Füllstandsmessgerät zur Messung des Füllstandes eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes. Hierzu umfasst das Messgerät folgende Komponenten:
- Ein Sende-/Empfangsmodul, das ausgelegt ist,
o ein hochfrequentes Signal mit einer vordefinierten Taktrate in Richtung des Füllgutes auszusenden, und
o nach Reflektion an der Oberfläche des Füllgutes ein
entsprechendes Empfangssignal zu empfangen,
- Eine Auswerte-Schaltung, die ausgelegt ist, zumindest anhand des
Empfangssignals den Füllstand entsprechend der Taktrate jeweils erneut zu bestimmen.
Das Sende-/Empfangsmodul sowie die Auswerte-Schaltung können hierbei je nach Messprinzip (FMCW oder Puls-Laufzeit Verfahren) auf Basis bekannter Schaltungskomponenten realisiert werden: Im Fall von FMCW kann der Sende-Block auf Basis einer PLL („Phase Locked Loop“) aufbaut sein; Die Auswerte-Schaltung kann den Abstand bzw. Füllstand per FFT („Fast Fourier Transformation“) des Empfangssignals mittels eines entsprechenden
Rechenblocks ermitteln.
Bei Implementierung des Puls-Laufzeit-Verfahrens werden die
entsprechenden Radarpulse im Sende-Block des Sende-/Empfangsmoduls in der Regel durch einen zyklisch angesteuerten Oszillator, beispielsweise einen spannungsgesteuerten Oszillator oder lediglich einen Quarzoszillator, erzeugt. Der Empfangs-Block verarbeitet das Empfangssignal beim Puls-Laufzeit- Verfahren durch Abtastung. Anhand des abgetasteten Signals ermittelt die Auswerte-Schaltung den Abstand bzw. den Füllstand. Das Funktionsprinzip von FMCW- und Pulsradar- basierten Füllstandsmessgeräten wird
beispielsweise in„ Radar Level Measurement“; Peter Devine, 2000
beschrieben.
Erfindungsgemäß umfasst das Füllstandsmessgerät neben diesen nach dem Stand der Technik bekannten Komponenten zudem:
- Einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor zur
Messung einer Beschleunigung und/oder einer Drehrate.
Dabei ist die Auswerte-Schaltung so ausgelegt, dass die Taktrate geändert wird, sofern eine Beschleunigung und/oder eine Drehrate durch den
Beschleunigungssensor bzw. den Drehratensensor gemessen wird.
Im Rahmen der Erfindung handelt es sich bei dem Begriff„Taktrate“ um diejenige Rate, mit welcher jeweils eine neue Messung des Füllstandes pro Zeit erfolgt. Dementsprechend ergibt sich die Taktrate je nach
implementiertem Messverfahren auf verschiedene Weise: Im Fall des Puls- Laufzeit-Verfahrens entspricht die Taktrate einer entsprechenden
Mindestanzahl an zyklisch empfangenen Pulsen bzw. Messsignalen, die nach Abtastung der Empfangssignale zur Bestimmung eines Füllstandsmesswertes herangezogen werden müssen. Beim FMCW-Verfahren wird das per se kontinuierliche Radar-Signal Taktweise mit einer vordefinierten
Unterbrechungsdauer unterbrochen bzw. mit einer vordefinierten Sendedauer ausgesendet. Somit entspricht die Taktrate bei FMCW dem Reziproken der Summe aus Sendedauer und Unterbrechungsdauer.
Analog zum erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät wird die Erfindung zudem durch ein entsprechendes Verfahren zu dessen Betrieb gelöst.
Hiernach umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
- Aussenden des Radar-Signals in Richtung des Füllgutes mit einer vordefinierten Taktrate,
- Empfang des Empfangssignals nach Reflektion des Radar-Signals an der Oberfläche des Füllgutes, - Taktweise Neubestimmung des Füllstandes entsprechend der Taktrate anhand zumindest des Empfangssignals, und
- Änderung der Taktrate, sofern eine Beschleunigung und/oder eine
Drehrate am Füllstandsmessgerät gemessen wird.
Durch diese erfindungsgemäße Konzipierung wird es ermöglicht, das
Füllstandsmessgerät leistungsoptimiert und dementsprechend autark zu betreiben. Da der Leistungsverbrauch des Füllstandsmessgerätes maßgeblich von der Taktrate abhängt, kann durch eine herabgesetzte Taktrate der das Füllstandsmessgerät in einem energiesparenden Modus betrieben werden.
Nur sofern erforderlich, wird die Taktrate erhöht. Dabei wird die Einstellung der Taktrate davon abhängig gemacht, ob der Behälter momentan stationär ruht, oder beispielsweise durch einen etwaigen Transport oder eine Be- bzw.- Entladung eine Beschleunigung/Drehrate erfährt. In der einfachsten
Ausführungsform kann die Taktrate lediglich zwischen„hoher“ und
„niedriger“ Taktrate wie beispielsweise zehn Messungen pro Sekunde und einer Messung pro Stunde gewechselt werden. Dementsprechend braucht nur eine hinreichend dimensionierte Batterie oder ein Akkumulator zur
Energieversorgung des Füllstandsmessgerätes eingesetzt werden. Auf eine kabelgebundene Energieversorgung kann verzichtet werden.
Durch die Möglichkeit, selbst zu entscheiden, ob in einem energiesparenden Modus gemessen werden kann, ist das erfindungsgemäße
Füllstandsmessgerät auch an potentiell nicht-stationären Behältern wie IBC- Tanks einsetzbar. Bei Einsatz an einem IBC-Tank ist dementsprechend ein geeignetes Befestigungsmittel zur Befestigung an einem IBC-Tank
vorzusehen. In diesem Fall bietet es sich insbesondere an, die
Schrauböffnung an der Oberseite des IBC-Tanks zur Befestigung zu nutzen. Sofern das Sende-/Empfangsmodul Hardwareseitig so konzipiert ist, dass es das Radar-Signal mit einer Frequenz von zumindest 20 GHz auszusendet, kann das Füllstandsmessgerät zudem entsprechend kompakt ausgelegt werden.
Die passende Strategie der Taktraten-Änderung ist erfindungsgemäß vom jeweiligen Einsatz-Szenario abhängig zu machen: Einerseits kann die Taktrate, ausgehend von einer sehr geringen Taktrate von beispielsweise maximal einer Messung pro Stunde oder sogar auch lediglich einer Messung pro Tag, erhöht werden, sofern eine Beschleunigung, eine Drehrate oder beides gemessen wird. Dies macht beispielsweise Sinn, wenn entsprechend dem Einsatz-Szenario bekannt ist, dass der Behälter nur zum Zweck der Befüllung/Entleerung bewegt oder geneigt wird und bei Stillstand keine
Füllstandsänderung zu erwarten ist. Gegebenenfalls macht es in solch einem Fall zudem Sinn, die Taktrate erst zu erhöhen, wenn neben der
Beschleunigung und/oder der Drehrate auch eine gewisse Mindest-Änderung des Füllstandes erfasst wird. Dabei ist die Schwelle der Mindest-Änderung so zu bemessen, dass durch Vibrationen oder Wellen bedingte Füllstands- Schwankungen unberücksichtigt bleiben.
Auch bei anderen Anwendungs-Szenarien kann es vorteilhaft sein, die
Taktrate nur zu ändern, sofern neben der Beschleunigung/Drehrate auch eine Änderung des Füllstandes erfasst wird. In weiteren Anwendungs-Szenarien kann es wiederum Sinn machen, die Taktrate zu verringern bzw. im Extremfall die Füllstandsmessungen komplett zu stoppen, sofern eine Beschleunigung und/oder eine Drehrate gemessen wird. Vorteilhaft kann dies zum Beispiel sein, wenn aus dem Einsatzgebiet des Behälters bekannt ist, dass beim
Transport oder bei der Befüllung/Entleerung eine derart hohe Beschleunigung bzw. Vibration wirkt, dass während dieser Zeit von vornherein keine
aussagekräftige Füllstandsmessung möglich sein wird. Nicht nur in diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Taktrate erst mit einer definierten Zeitverzögerung geändert wird, nachdem eine
Beschleunigung und/oder eine Drehrate gemessen wird: So kann es auch nach Ende der Beschleunigung in einer bekannten Abklingzeit zu
Nachschwappen des Füllgutes kommen, so dass eine Anpassung der
Taktrate erst nach dieser Abklingzeit Sinn macht.
Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : eine schematische Anordnung des erfindungsgemäßen
Füllstandsmessgerät an einem Behälter. Zum Verständnis der Erfindung zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes
Füllstandsmessgerät 1 , das an der oberseitigen Schrauböffnung eines IBC- Tanks 2 befestigt ist. Im Inneren des IBC-Tanks 2 befindet sich ein Füllgut 3, dessen Füllstand L durch das Füllstandsmessgerät 1 zu bestimmen ist. Dabei ist die Einbauhöhe h des Füllstandsmessgerätes 1 in Bezug zum Tankboden durch die Abmessungen des IBC-Tanks 2 bekannt.
Das Füllstandsmessgerät 1 ist so am IBC-Tank 2 ausgerichtet, dass es Radar- Signale SHF mit einer vordefinierten Taktrate rc in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 3 aussendet. Dabei gliedert sich die Taktdauer, die der Taktrate rc entspricht, in eine Sendedauer plus eine Pausendauer bzw. ein
korrespondierendes Sende- zu Pausen-Verhältnis. Nach Reflektion der Radarsignale SHF an der Füllgut-Oberfläche empfängt das
Füllstandsmessgerät 1 entsprechende Empfangssignal EHF in Abhängigkeit der Entfernung d = h - L zur Füllgut-Oberfläche nach einer
korrespondierenden Laufzeit.
Bei Füllstandsmessgeräten nach dem Pulsradar-Prinzip handelt es sich bei den Radarsignalen SHF um zyklisch ausgesendete Radar-Pulse, so dass anhand der Pulslaufzeit zwischen Aussenden eines pulsförmigen
Sendesignals SHF und Empfang des korrespondierenden pulsförmigen
Empfangssignals RHF unmittelbar die Entfernung d und somit der Füllstand L bestimmt werden kann. Im Fall von FMCW Radar handelt es sich bei dem einzelnen Radarsignal SHF um ein kontinuierliches Radar-Signal. Allerdings weist das Radarsignal SHF in diesem Fall innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes eine sägezahnförmige Frequenzänderung auf.
Dementsprechend kann die Laufzeit und somit die Entfernung bzw. der Füllstand L bei Implementierung des FMCW Verfahrens auf Basis der momentanen Frequenzdifferenz zwischen dem aktuell empfangenen
Empfangssignal EHF und dem gleichzeitig ausgesendeten Radarsignal SHF bestimmt werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Füllstandsmessgerät 1 umfasst erfindungsgemäß zusätzlich einen Beschleunigungssensor bzw. einen Drehratensensor. Somit ist es möglich, eine Beschleunigung a bzw. eine Drehrate d. zu detektieren. Dies kann je nach Einsatz-Szenario des IBC-Tanks verschiedenen Ursachen zugeordnet werden: ob der IBC-Tank momentan stationär ruht, oder ob er beispielsweise zwecks Befüllung bzw. Entleerung geneigt wird. Sofern eine hierdurch bedingte
Beschleunigung ä /Drehrate d gemessen wird, kann das Füllstandsmessgerät 1 erfindungsgemäß seine Taktrate rc entsprechend ändern.
Somit misst das Füllstandsmessgerät 1 lediglich dann mit einer hohen
Taktrate, wenn dies wirklich Sinn macht bzw. wenn eine Intensive
Überwachung des Füllstandes L erforderlich ist. Dabei kann eine hohe
Taktrate bspw. mit maximal 10 Messungen pro Minute oder höchstens 10 Messungen pro Sekunde ausfallen. Das Messen mit einer hohen Taktrate rc könnte beispielsweise Sinn machen, um während der Befüllung/Entleerung eine schnelle Änderung des Füllstandes L messen zu können. Je nach Einsatzszenario kann eine Befüllung/Entleerung mittels des
Beschleunigungssensors oder Drehratensensors erfasst werden, wenn dies bspw. durch Vibrationen oder Kippen des IBC-Tanks begleitet wird. In einem hiervon leicht abgewandelten Betriebsmodus ist es zudem denkbar, die Taktrate für eine kurze Zeitspanne nach Beenden der Beschleunigung ä
/Drehrate d zu erhöhen, wenn sich der neue Füllstand nach Beenden der Befüllung/Entleerung eingependelt hat.
Bei weiteren Anwendungs-Szenarien kann die Ursache einer Beschleunigung fl oder einer Drehrate d wiederum in einem momentanen Transport des IBC- Tanks 2 liegen. Einerseits kann es in diesem Fall erwünscht sein, das
Füllstandsmessgerät 1 während des Transportes möglichst leistungssparend zu betreiben und dementsprechend die Taktrate rc zu reduzieren, da bekanntermaßen während dieser Zeit keine Befüllung bzw. Entleerung stattfinden kann. Bei Reduktion der Taktrate rc auf null kann entsprechend der letzte, vor Auftreten der Beschleunigung ä gemessene Füllstandswert L als aktueller Füllstandswert L im Füllstandsmessgerät 1 bzw. einer
übergeordneten Einheit 4 hinterlegt werden. Vorteilhaft wäre je nach Art des Behälters 2 jedoch auch, die Taktrate rc insbesondere während eines Transportes zu erhöhen, um den Füllstand L aufgrund von potentieller Leckage oder Überschwappens während dieses Zeitraums intensiver überwachen zu können. Nach Ende des Transportes, bzw. nachdem keine Beschleunigung a oder Drehrate d mehr gemessen wird, stellt das Füllstandsmessgerät 1 wieder auf eine geringe Taktrate rc um und wechselt somit in einen energiesparenden Modus.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Füllstandsmessgerät 1 über eine Schnittstelle, wie etwa„PROFIBUS“,„HART“,„Wireless HART“ oder
„Ethernet“ mit einer übergeordneten Einheit 4, wie z. B. einer per Internet abrufen zugreifbaren Datenbank oder einem lokalen Prozessleitsystem, verbunden. Hierüber kann der Füllstandswert L übermittelt werden. Es können aber auch anderweitige Informationen, wie die aktuelle Lage bzw. Position des Füllstandsmessgerätes 1 bzw. des Behälters 2 kommuniziert werden. In diesem Zusammenhang wäre es außerdem denkbar, dass die
voreingestellte(n) Taktrate(n) rc manuell über diese Schnittstelle rekonfiguriert werden können/kann. Begründet ist dies beispielsweise, wenn das
Füllstandsmessgerät 1 einem anderen Behälter 2 zugeordnet wird, der einem abweichenden Einsatz-Szenario als dem des vorherigen Behälters 2 unterliegt.
Bezugszeichenliste
1 Füllstandsmessgerät
2 Behälter
3 Füllgut
4 Übergeordnete Einheit
d Entfernung
RHF Empfangssignal
a Beschleunigung
d Dreh rate
h Einbauhöhe
L Füllstand
rc Taktrate
SHF Radar-Signal

Claims

Patentansprüche
1. Füllstandsmessgerät zur Messung des Füllstandes (L) eines in einem Behälter (2) befindlichen Füllgutes (3), umfassend:
- Ein Sende-/Empfangsmodul, das ausgelegt ist,
o Ein Radar-Signal (SHF) mit einer vordefinierten Taktrate (rc) in Richtung des Füllgutes (3) auszusenden, und
o nach Reflektion an der Oberfläche des Füllgutes (3) ein entsprechendes Empfangssignal (RHF) ZU empfangen,
- Eine Auswerte-Schaltung, die ausgelegt ist, zumindest anhand des
Empfangssignals (RHF) den Füllstand (L) entsprechend der Taktrate (rc) zu bestimmen,
gekennzeichnet durch
- einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor zur Messung einer Beschleunigung ( a ) und/oder einer Drehrate ( d ), wobei die Auswerte-Schaltung ausgelegt ist, die Taktrate (rc) zu ändern, sofern eine Beschleunigung ( ä ) und/oder eine Drehrate ( d ) gemessen wird.
2. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 , wobei eine Batterie oder ein
Akkumulator zur Energieversorgung des Füllstandsmessgerätes vorgesehen ist.
3. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2,
wobei ein Befestigungsmittel zur Befestigung an einem IBC-Tank (2), insbesondere an einer Schrauböffnung des IBC-Tanks (2), vorgesehen ist.
4. Füllstandsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sende-/Empfangsmodul ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF) mit einer Frequenz von zumindest 20 GFIz auszusenden.
5. Verfahren zum Betrieb des Füllstandsmessgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend:
- Aussenden des Radar-Signals (SHF) in Richtung des Füllgutes (3) mit einer vordefinierten Taktrate (rc), - Empfang des Empfangssignals (RHF) nach Reflektion des
hochfrequenten Signals (SHF) an der Oberfläche des Füllgutes (3),
- Taktweise Neubestimmung des Füllstandes (L) entsprechend der
Taktrate (rc) anhand zumindest des Empfangssignals (RHF), und
- Änderung der Taktrate (rc), sofern eine Beschleunigung ( a ) und/oder eine Drehrate ( d ) am Füllstandsmessgerät (1 ) gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Taktrate (rc) erhöht wird, sofern eine Beschleunigung ( a ) und/oder eine Drehrate ( d ) gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Taktrate (rc) verringert wird, sofern eine Beschleunigung ( ä ) und/oder eine Drehrate ( d ) gemessen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Taktrate (rc) geändert wird, sofern eine Änderung des Füllstandes (L) erfasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei eine Taktrate (rc) von maximal zwei Messungen pro Stunde eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Taktrate (rc) mit einer definierten Zeitverzögerung geändert wird, nachdem eine
Beschleunigung ( ä ) und/oder eine Drehrate ( d ) gemessen wird.
PCT/EP2019/062090 2018-06-04 2019-05-10 Radarbasiertes füllstandsmessgerät WO2019233704A1 (de)

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