WO2022106028A1 - Calibration-free radar-difference fill level measurement - Google Patents

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WO2022106028A1
WO2022106028A1 PCT/EP2020/082908 EP2020082908W WO2022106028A1 WO 2022106028 A1 WO2022106028 A1 WO 2022106028A1 EP 2020082908 W EP2020082908 W EP 2020082908W WO 2022106028 A1 WO2022106028 A1 WO 2022106028A1
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sensor
distance
container
measuring
measurement
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PCT/EP2020/082908
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Clemens Hengstler
Matthias Schmidt
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Vega Grieshaber Kg
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating 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
    • G01F23/28Indicating 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
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

Definitions

  • the invention relates to process measurement technology and process automation in the industrial or private environment.
  • the invention relates to a measuring sensor, set up for level measurement of a medium in a container for process automation in an industrial environment, the use of a measuring sensor for level measurement or level monitoring for process automation in an industrial environment, a measuring system set up for process automation in an industrial environment, the use a measuring system for calibration-free level measurement or level monitoring of a medium in a container or for ergonomic material removal from a container for process automation in an industrial environment, a method for level measurement of a medium in a container for process automation in an industrial environment, a program element and a computer-readable medium.
  • Radar measuring devices are often used in process automation in industrial environments.
  • the filling level or the limit level of a filling material in a container can be determined according to the transit time principle.
  • both the measuring device and the container are stationary and the fill level can be determined directly by measuring the distance between the measuring device and the surface of the filling.
  • a first aspect of the present disclosure relates to a measuring sensor that is set up to measure the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial or private environment and has a first sensor unit, a second sensor unit and an evaluation unit.
  • the first sensor unit is set up to emit and receive a first measurement signal in order to detect a first distance di between the measurement sensor and the medium.
  • the second sensor unit is set up to emit and receive a second measurement signal in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor and the bottom of the container.
  • the evaluation unit is set up to determine a filling level from a difference between the first distance di and the second distance d2.
  • the measurement sensor can be a radar sensor that works according to the transit time principle in order to determine the fill level of the medium in the container.
  • the medium can be a filling material, such as a fluid or a bulk material.
  • the measuring sensor can be arranged and set up outside of the container or above the container in such a way that the first measuring signal for detecting the first distance di can be emitted by the first sensor unit in the direction of the medium inside the container and reflected directly by the surface of the medium, while the second measurement signal for detecting the second distance d2 is not directly in the direction of the bottom of the container, but outside the container in the direction of a reference surface which can be at the same height as the bottom of the container or on which the container can be arranged, can be emitted and reflected by the reference surface.
  • the second distance d2 can therefore be a vertical or perpendicular distance between the measuring sensor and the bottom of the container.
  • the measurement sensor can be set up to receive the first measurement signal and the second measurement signal, each of which is reflected by the surface of the medium or by the reference surface of the bottom of the container, through the first sensor unit and the second sensor unit and further to the evaluation unit transferred to.
  • the arrangement of two radar measurements by means of the first and second sensor units, which can be combined in one measuring sensor, can result in a filling level measuring system without adjustment or a differential radar measuring sensor. It is advantageous that the fill level of the medium can be determined by the differential measurement independently of the position or height of the measuring sensor and/or the container. In other words, a dynamic filling level measurement or filling level monitoring using the measuring sensor with the first and second sensor units can be possible, even if the measuring sensor and/or the container can/can move.
  • the detection of the first distance di and the detection of the second distance d2 can take place simultaneously or alternately, for example according to a predetermined sequence, by means of the first sensor unit and the second sensor unit.
  • the term "container” is to be interpreted broadly.
  • the container can be set up for storing and transporting an object, which can be a liquid or a solid, for example.
  • the container can be an IBC container that is filled with liquid or bulk material.
  • the container can also be a carrier, e.g. B. a support plate without container walls, on this several goods or packaging can be arranged.
  • the second distance d2 can correspond to the distance between the support plate as a reference surface for the lower side of the medium and the measuring sensor.
  • the first sensor unit and the second sensor unit are designed to be integrated in the measuring sensor.
  • the first sensor unit and the second sensor unit can be arranged, for example, in a common housing of the measuring sensor and thus form a one-piece measuring sensor.
  • the first sensor unit and the second sensor unit can each be designed as an independent sensor.
  • the evaluation unit can be in the form of a higher-level computing system or a higher-level computing unit, such as a PLC (programmable logic controller).
  • the first sensor unit and the second sensor unit can be arranged on the same side of the container in order to emit the first measurement signal and the second measurement signal from the same side of the container.
  • the evaluation unit can also be integrated in the measurement sensor and at the same time be electrically connected to the first sensor unit and the second sensor unit in order to record the first measurement signal and the second measurement signal.
  • the measuring sensor or the radar difference measuring sensor can be designed as a continuously measuring system, so that the measuring sensor can be supplied with energy by means of a cable.
  • the measured values namely the first distance di, the second distance d2 and/or the fill level f of the medium, can be communicated or transmitted to a receiver or a higher-level system via an interface that can be arranged in the measuring sensor.
  • the measuring sensor can be designed as a self-sufficient measuring sensor that has an internal power supply, such as a power supply.
  • B. has a battery, a rechargeable battery or a solar cell.
  • Wireless communication for example by radio, can thus take place between the self-sufficient measuring sensor and an external receiver, which can be a computer, a data center or a cloud system, for example.
  • an external receiver which can be a computer, a data center or a cloud system, for example.
  • battery-powered sensors can be used to an increasing extent Monitoring of fill level, limit level or pressure values are becoming increasingly important.
  • process automation in the industrial or private environment can be understood as a sub-area of technology that includes all measures for the operation of machines and systems without human intervention.
  • One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors.
  • a large number of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow rate, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
  • a sub-area of process automation in the industrial environment relates to logistics automation.
  • processes within a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation.
  • Typical applications are found, for example, in systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control).
  • presence detection in combination with a precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application side.
  • Sensors based on optical measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras, which record distances according to the transit time principle (time of flight, ToF), can be used for this purpose.
  • factory/manufacturing automation Another sub-area of process automation in the industrial environment relates to factory/manufacturing automation. Use cases for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or generally in the field of packaging.
  • the aim of factory automation is to enable the production of goods using machines, production lines and/or robots automate, ie run without human intervention.
  • the sensors used here and the specific requirements with regard to the measurement accuracy when detecting the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
  • inventory management across locations can be implemented in a simple manner by continuous, automated monitoring of the fill levels in mobile containers and preferably wireless transmission of the values to a central evaluation point in the area of goods logistics.
  • Using the recorded data depending on the problem in question, significant cost reductions can be achieved if, for example, the route for delivery vehicles to supply supplies can be optimized.
  • the autonomous measuring sensor can also have a timer, a logic circuit, arranged between the timer of the evaluation unit, and a switching element, set up to connect the power supply, the logic circuit and the evaluation unit.
  • an evaluation unit or a processor can set up a self-locking signal for activating the energy supply.
  • the first sensor unit has a first antenna for emitting and receiving the first measurement signal
  • the second sensor unit has a second antenna for emitting and receiving the second measurement signal
  • the first antenna or the second antenna can be a horn antenna, a parabolic antenna or an array antenna.
  • the first antenna and the second antenna can be designed in the same way or as a combination of two different types of antenna.
  • the evaluation unit can be designed as a common electronics and the electronics further an HF unit for generating a radio frequency (HF) wave signal and for guiding the HF signal in the first antenna or in the second Antenna can be set up, may have.
  • the electronics can have a power pack for connecting to an external power supply or an internal, self-sufficient power supply.
  • the electronics can also have a communication unit, which can be wired as an interface for connecting to the external receiver for the measurement sensor, or can be wireless communication, such as B. by radio, can be set up with the external receiver.
  • a distance unit can be provided, which can be arranged in the measuring sensor between the first antenna and the second antenna and configured to connect the first antenna and the second antenna and to change the distance between the first antenna and the second antenna in such a way that the first measurement signal for detecting the first distance di can be emitted in the direction of the medium and reflected by the surface of the medium and that the second measurement signal for detecting the second distance d2 in the direction of the reference surface, which is located outside the container or on the can be arranged at the same height as the container bottom, can be emitted and reflected from the reference surface.
  • the spacer unit can have a rail, by means of which the distance between the first antenna and the second antenna can be designed to be adjustable electronically or mechanically.
  • the first sensor unit and the second sensor unit are arranged in such a way that the first measurement signal from the first sensor unit and the second measurement signal from the second sensor unit are transmitted and/or received in parallel to one another.
  • the first antenna and the second antenna of the measuring sensor can be arranged in such a way that the first antenna and the second antenna can be directed downwards in a same direction or in parallel along the vertical direction.
  • the first antenna and the second antenna can be arranged on the same side or the lower side of the measurement sensor or the evaluation unit, so that the first measurement signal and the second measurement signal are parallel to one another along the vertical direction or perpendicular to the surface of the medium or the reference surface of the container bottom can be emitted.
  • the first measurement signal and the second measurement signal can run upwards along the opposite vertical direction due to the reflection on the surface of the medium and on the reference surface of the container bottom and can be received by the first antenna and the second antenna.
  • the measurement sensor also has a deflection device which is set up to deflect the beam direction of the second measurement signal of the second sensor unit in order to determine the second distance d2.
  • the deflection device can be a reflector or a mirror, for example. According to a further embodiment, the deflection device is arranged at a distance from the first sensor unit and the second sensor unit.
  • the deflection device can be provided as a separate unit outside the housing, in which the first sensor unit, the second sensor unit and the evaluation unit can be integrated or arranged in a compact manner.
  • the deflection device can be arranged at a predetermined distance from the first sensor unit and the second sensor unit.
  • it can be provided that the distance between the deflection device and the entirety of the first sensor unit, the second sensor unit and the evaluation unit can be changed manually or automatically.
  • the deflection device is designed to be adjustable.
  • the first sensor unit and the second sensor unit are arranged in such a way that the second measurement signal is emitted perpendicularly or at an angle to the first measurement signal and, after being deflected by the deflection device, runs parallel to the first measurement signal.
  • the first sensor unit and the second sensor unit can be arranged on different sides of the measuring sensor or the evaluation unit.
  • the first sensor unit or the first antenna can be arranged on the underside of the expanding device in order to emit the first measurement signal in the direction of the container or the surface of the medium or along the vertical direction
  • the second sensor unit or the second antenna on the side or be arranged on the right-hand side in order to emit the second measurement signal in the direction of the deflection device or the reflector, for example perpendicularly or at an angle to the first measurement signal.
  • the orientation of the second antenna of the measurement sensor can be offset by 90° or at a predetermined angle relative to the first antenna.
  • the second measurement signal can be emitted by the second sensor unit along a substantially horizontal direction.
  • the deflection device can be set up to reflect and deflect the second measurement signal or to change the beam direction of the second measurement signal after the reflection in such a way that the second measurement signal after the reflection or the deflection is parallel to the first measurement signal, i.e. along the vertical direction or in Can be sent down towards the reference surface of the container bottom and reflected on the reference surface.
  • the second measurement signal reflected by the reference surface can run in the opposite direction of the measurement beam before being reflected on the reference surface and can be received again by the second sensor unit or the second antenna by means of the deflection device.
  • the measuring sensor can be made compact.
  • the measurement sensor can have a control unit that can be set up to adjust the deflection device mechanically or electronically and to change the orientation of the deflection device relative to the first sensor unit and/or the second sensor unit.
  • the arrangement of the second sensor unit or the second antenna can be rotated from the vertical direction by 90° or by a predetermined angle of less than 90° by means of the control unit.
  • the control unit can be set up to teach and control the adjustment of the deflection device and/or the rotation of the second antenna to optimize the alignment of the second measurement signal when the measurement sensor is started up using a button or a software button.
  • the lateral arrangement of the second sensor unit or the at least partially lateral detection of the second measurement signal by means of the deflection device cannot be implemented for all frequency bands, but for example in 60 GHz technology.
  • the deflection device can be designed to be adjustable and the first sensor unit and the second sensor unit can be arranged in such a way that the first measurement signal is emitted perpendicularly or at an angle to the second measurement signal and, after deflection by the deflection device, parallel to the second measurement signal in the direction of the medium , i.e. along the vertical direction, can be retransmitted.
  • a further aspect relates to the use of a measuring sensor for level measurement of a medium in a container or for level monitoring for process automation in an industrial environment.
  • the fill level of the medium in the container can advantageously be determined in real time, even if the first distance and the second distance change.
  • dynamic fill level monitoring using the measuring sensor can be made possible without arranging the container or the measuring sensor at a fixed location.
  • a further aspect relates to a measuring system which is set up for process automation in an industrial environment and has a measuring sensor set up for measuring the fill level of a medium in a container and a lift device.
  • the lifting device is set up to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container.
  • the measuring system is set up to determine the fill level from the difference between the first distance di and the second distance d2 when the second distance d2 changes.
  • the measuring sensor can thus be in the form of a radar difference sensor, which has a first sensor unit for determining a first distance di between the measuring sensor and the surface of the medium, a second sensor unit for determining a second distance di between the measuring sensor and the bottom of the container and have an evaluation unit for determining the fill level of the medium by calculating the difference between the first and second distances and can be used in a flexible measuring system.
  • the filling level measurement in the measuring system can advantageously be independent of the position or height of the container.
  • the installation position of the measurement sensor can be flexibly spaced apart from the container.
  • the measuring sensor can be arranged, for example, above the container at a specified height or at a specified distance from a specified fill level or a limit level of the medium.
  • the measuring sensor can be arranged in the measuring system in such a way that the relative distance between the measuring sensor and the container or the bottom of the container or the medium in the container can be made variable or changeable, for example by means of the lift device or the lift system .
  • the lift device can also have a control element for changing the height of the measuring sensor or of the container.
  • the lift device can do this be set up to change the height of the measuring sensor, which can be attached or mounted on the lift device, by means of the control element.
  • the lifting device can be set up to change the height of the container, which can be arranged on the lifting device, for example, at the same time.
  • the lift device is arranged below the container and set up to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container in order to keep the first distance di between the measuring sensor and the medium constant.
  • the lift device can be arranged below the container. Provision can also be made for the measuring sensor to be fastened or arranged above the container in the measuring system and for the container to be able to move by means of the lifting device, for example along the direction of the first measuring signal or the vertical direction.
  • the reference surface for determining the second distance d2 can be implemented on the upper side or surface of the lift device. The movement vector of the container can thus be aligned parallel or anti-parallel to the vertical beam direction of the first measurement signal.
  • the lift device can be set up to move the container during the change in the fill level of the medium, namely during the filling or emptying of the container, in such a way that the surface of the medium can always be at the same height.
  • the measuring system with the filling material surface that is kept constant can be used advantageously in automated production, for example, especially when the filling material or the medium is to be removed ergonomically by a worker.
  • the lift device can be set up to adjust the height of the container in such a way that the surface of the medium can be at the same height and the material layer or the removal height remain the same for the worker and the worker the contents can be removed ergonomically.
  • the change in height between the minimum or empty level and the maximum level or the limit level of the medium can be scaled from 0 - 100% be executed.
  • the lifting device can thus be set up to keep the height of the container constant at a predetermined height from the scale of 0-100%.
  • the height change of the measuring sensor can be carried out manually or automatically.
  • the measuring system can be designed as a non-contact filling level measuring system, in which the measuring sensor measures the filling level of the filling material from above, the measured value, namely the change in the first distance di or the filling level, to the lift device or to the control element of the Lift device can be transmitted and the lift device can adjust the height of the container by the change in the first distance di or the fill level based on the measured value.
  • the measuring sensor is attached to the lifting device and the lifting device is set up to move the measuring sensor and to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container and the first distance di between the measuring sensor and the medium at the same time.
  • the measuring system is set up to determine the filling level from the difference between the first distance di and the second distance d2, independently of the movement of the measuring sensor by means of the lifting device.
  • the lifting device can be arranged above the container and above the measuring sensor.
  • the measuring sensor can, for example, be attached to the lift device or on the underside of the lift device.
  • the lift device can thus be set up, for example, to change the measurement sensor along the vertical direction, ie parallel or antiparallel to the beam direction of the first measurement sensor.
  • a flexible measuring system with a height-adjustable measuring sensor can thus be formed. This can result in an adjustment-free level measurement system since the measurement sensor can move simultaneously and with an equal change in distance relative to the medium and the bottom of the container.
  • the fill level can therefore be determined by calculating the difference between the first distance di between the measuring sensor and the surface of the medium and the second distance d2 between the measuring sensor and the container bottom, independently of the set height of the measuring sensor.
  • the measuring system can thus enable the flexibly adaptable installation of the measuring sensor, for example the installation of a measuring sensor below a height-adjustable desk to measure the fill level of a wastepaper basket.
  • a further aspect relates to the use of a measuring system for calibration-free level measurement or level monitoring of a medium in a container.
  • the calibration-free measuring system or the calibration-free measuring sensor which works after the difference is formed by means of two sensor units, namely the first sensor unit and the second sensor unit, can be used to measure the fill level or to monitor a water/wastewater system or to measure the level of a sluice be.
  • the measuring system or the measuring sensor with the integrated first and second sensor units and the integrated evaluation unit can be a simple, efficient and precise level measurement system.
  • Another aspect relates to the use of a measuring system for ergonomic material removal from a container for process automation in an industrial environment.
  • a further aspect relates to a method using a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment.
  • the method has the following steps: sending and receiving a first measurement signal by means of a first sensor unit in order to detect a first distance di between the measurement sensor and the medium, sending and receiving a second measurement signal by means of a second sensor unit in order to to detect the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container and to determine a filling level from a difference between the first distance di and the second distance d2 by means of an evaluation unit.
  • a further aspect relates to a program element which, when executed on a processor of a measuring sensor, instructs the measuring sensor to carry out the following steps: sending and receiving a first measuring signal by means of a first sensor unit in order to determine a first distance di between the measuring sensor and the medium, sending and receiving a second measurement signal by means of a second sensor unit in order to record a second distance d2 between the measurement sensor and the bottom of the container, and determining a level from a difference between the first distance di and the second distance d2 by means of an evaluation unit.
  • Another aspect relates to a computer-readable medium on which a program element is stored.
  • FIG. 1 schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to an embodiment.
  • FIG. 2a schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to a further embodiment.
  • FIG. 2b schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to a further embodiment.
  • FIG. 3 schematically shows a structure of a measurement sensor according to an embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a flow chart of a method for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to one embodiment.
  • the measuring system has a measuring sensor 100, which is set up for level measurement of a medium in a container 50, and a lift device 200, which can be set up to move the container 50, for example, up or down along a move in vertical direction.
  • the container 50 can be arranged on the lift device 200 .
  • the lifting device 200 can therefore be set up to carry the container 50 .
  • the measuring sensor 100 has a sensor unit 110 , a second sensor unit 120 and an evaluation unit 130 .
  • the first sensor unit 110 is set up to transmit and receive a first measurement signal 115 in order to detect a first distance di between the measurement sensor 100 and the medium 55 or the surface of the medium.
  • the second sensor unit 120 is set up to emit and receive a second measurement signal 125 in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor 100 and the bottom of the container 50 .
  • the evaluation unit 130 is set up to determine a filling level of the medium 55 from a difference between the first distance di and the second distance d2.
  • the first sensor unit 110, the second sensor unit 120 and the evaluation unit 130 can be integrated and combined in a common housing of the measuring sensor 100.
  • the first sensor unit 110 can have a first antenna for emitting and receiving the first measurement signal 115 and the second sensor unit 120 can have a second antenna for emitting and receiving the second measurement signal 125.
  • the first antenna and the second antenna in Fig. 1 can each be designed as a horn antenna.
  • the first antenna and the second antenna can each be designed as a parabolic antenna or an array antenna.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 can be arranged in the measuring sensor 100 in such a way that the first antenna and the second antenna can be aligned parallel to one another and arranged on the same side or the lower side of the expansion unit 130, and that the first measurement signal 115 of the first sensor unit 110 and the second measurement signal 125 of the second sensor unit 120 can be transmitted and/or received in parallel to one another.
  • the first measurement signal 115 and the second measurement signal 125 can run along the vertical direction, i.e. respectively be emitted downwards through the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120, and after the reflections upwards in the direction of the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 further.
  • the measurement sensor 110 can be set up to emit the first measurement signal 115 in the direction of the medium 55 or the surface of the medium in order to measure the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 to be detected directly by the reflection on the surface of the medium.
  • the measurement sensor 110 can be set up to emit the second measurement signal 125 in the direction of a reference surface that is at the same height as the bottom of the container 50, outside the container, by the second distance d2 between the measurement sensor 100 and the container bottom capture.
  • the reference surface can be the top surface or side of the lift device 200 on which the container 50 can be arranged.
  • a distance unit can additionally be provided in order to change the distance between the first antenna and the second antenna and to adapt the measurement sensor 100 for use in a flexible measurement system 10 .
  • the lift device 200 can therefore be set up, the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 even during the change in the level of the medium 55, such as. B. during the filling or emptying of the container 50 to change.
  • the lifting device 200 can be set up to change the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 in order to keep the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 constant.
  • the lift device 200 can adjust the height of the container 50 according to the change in fill level, so that the surface of the medium 55 can be kept constant at an unchanged height.
  • the change in height between the minimum or empty fill level and the maximum fill level or the limit level of the medium can be designed to be scalable from 0-100%.
  • the lifting device can thus be set up to keep the height of the container constant at a predetermined height from the scale of 0-100%.
  • Such a measuring system 10 can advantageously be used in automated production, in particular when the filling material or the medium can be removed ergonomically by a worker and further conveyed by a conveyor belt 60 which is located nearby.
  • the lifting device 200 in which the lifting device 200 is arranged below the container 50, the lifting device 200, as shown in FIG. 2a, can be arranged in such a way that the measuring sensor 100 can be attached or mounted on the lift device 200 .
  • the lifting device can be set up to move the measuring sensor 100 instead of the container and to change the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 and the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 at the same time.
  • the measuring system 10 can be set up to determine the fill level from the difference between the first distance di and the second distance d2 independently of the movement of the measuring sensor 100 by means of the lift device 200 .
  • the measuring system 10 can be a measuring system that does not require calibration .
  • a lift device 200 can be a height-adjustable desk, on the underside of which a calibration-free measurement sensor 100 is attached.
  • the measuring sensor 100 can be set up, the level in the container 50, such. B. a wastepaper basket to determine.
  • the container 50 can be placed on the floor. While the first distance di can be determined directly by the reflection of the first measurement signal 115 on the medium 55 inside the container 50, the second distance d2 between the measurement sensor 100 and the container bottom outside of the container 50 can be determined by the reflection of the second measurement signal 125 on the Ground, which can be felt as the reference surface, are determined for the container bottom.
  • the measuring system 10 can enable the flexibly adaptable installation of the measuring sensor.
  • FIG. 2b shows that the measuring system 10 or the measuring sensor 100 can also have a deflection device 150 .
  • the deflection device 150 can be set up, for example, to deflect the beam direction of the second measurement signal 125 in order to determine the second distance d2.
  • the deflection device 150 can be arranged at a distance from the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 .
  • the deflection device 150 can be a reflector or a mirror and can be designed to be adjustable.
  • First sensor unit 110 and second sensor unit 120 can be arranged in such a way that second measurement signal 125 can be emitted perpendicularly or at an angle to first measurement signal 115 and, after being deflected by deflection device 150, can run parallel to first measurement signal 115.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 can be arranged on different sides of the measuring sensor 100 or the evaluation unit 130 . In other words, the orientation of the second sensor unit 120 of the measuring sensor 100 can be offset by 90° or at a predetermined angle relative to the first sensor unit 100 .
  • the measurement sensor 100 can be made compact by relocating the deflection device 150 .
  • the first sensor unit 110 or the first antenna can be arranged on the lower side of the expansion device 130 in order to emit the first measurement signal 115 in the direction of the container 50 or the surface of the medium 55 along the vertical direction downwards
  • the second sensor unit 120 or the second antenna can be arranged to the side or to the right of the expanding device 130 in order to emit the second measurement signal 125 in the direction of the deflection device 150, for example perpendicularly or at an angle to the first measurement signal 115.
  • the beam direction of the second measurement signal 125 is oriented downward along the vertical direction.
  • the measuring sensor 100 can have a control unit which can be set up to mechanically or electronically adjust the deflection device 150 and to change the alignment of the deflection device 150 relative to the first sensor unit 110 and/or the second sensor unit 120 .
  • the control unit can be set up to teach and control the adjustment of the deflection device 150 and/or the rotation of the second sensor unit 120 or antenna to optimize the alignment of the second measurement signal 125 when the measurement sensor 100 is put into operation by means of a button or a software button.
  • First sensor unit 110 and second sensor unit 120 are each electrically connected to evaluation device 130 in order to transmit the received first and second measurement signals to the evaluation device.
  • the evaluation unit 130 can be embodied as common electronics for the measuring sensor 100 .
  • the electronics can continue to be an HF unit, which can be set up to generate an HF signal and to guide the HF signal into the first and second antennas, a power supply unit, which can be connected to an external Power supply can be set up, or have an internal self-sufficient power supply and a communication unit.
  • the communication unit can, for example, be wired as an interface for connecting to the external receiver for the measurement sensor or for wireless communication, such as. B. by radio, set up with the external receiver.
  • the measuring system 10 or the measuring sensor 100 can enable a simple, efficient and precise level measurement.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method for measuring the fill level of a medium 55 in a container 50 for process automation in an industrial environment.
  • a first measurement signal 115 is transmitted and received by means of a first sensor unit 110 in order to detect a first distance di between the measurement sensor 100 and the medium 55 .
  • a second measurement signal 125 is transmitted and received by a second sensor unit 120 in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor 100 and the bottom of the container 50 .
  • the filling level of the medium 55 can be determined by means of an evaluation unit 130 of the measuring sensor 100 from a difference between the first distance di and the second distance d2.

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Abstract

The invention relates to a measurement sensor which is designed for fill level measurement of a medium in a container for process automation in the industrial or private environment and has a first sensor unit, a second sensor unit and an analysis unit. The first sensor unit is designed to transmit and to receive a first measurement signal, in order to detect a first distance (d1) between the measurement sensor and the medium, whereas a second sensor unit is designed to transmit and to receive a second measurement signal, in order to detect a second distance (d2) between the measurement sensor and the floor of the container. The analysis unit is designed to determine a fill level from a difference between the first distance (d1) and the second distance (d2). The invention also relates to a measurement system having a measurement sensor and a lift device, to the use of a measurement sensor or a measurement system for calibration-free fill level measurement or fill level monitoring of a medium in a container or for an ergonomic material removal from a container for process automation in the industrial environment.

Description

Abgleichsfreie Radar-Differenz-Füllstandmessung Adjustment-free radar differential level measurement
Gebiet der Erfindung field of invention
Die Erfindung betrifft die Prozessmesstechnik und die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Messsensor, eingerichtet zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, die Verwendung eines Messsensors zur Füllstandmessung oder zur Füllstandüberwachung für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, ein Messsystem, eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, die Verwendung eines Messsystems zur abgleichsfreien Füllstandmessung oder Füllstandüberwachung eines Mediums in einem Behälter oder für eine ergonomische Materialentnahme aus einem Behälter zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, ein Verfahren zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium. The invention relates to process measurement technology and process automation in the industrial or private environment. In particular, the invention relates to a measuring sensor, set up for level measurement of a medium in a container for process automation in an industrial environment, the use of a measuring sensor for level measurement or level monitoring for process automation in an industrial environment, a measuring system set up for process automation in an industrial environment, the use a measuring system for calibration-free level measurement or level monitoring of a medium in a container or for ergonomic material removal from a container for process automation in an industrial environment, a method for level measurement of a medium in a container for process automation in an industrial environment, a program element and a computer-readable medium.
Technischer Hintergrund Technical background
Radarmessgeräte werden häufig in der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld eingesetzt. Beispielsweise kann der Füllstand oder der Grenzstand eines Füllguts in einem Behälter nach dem Laufzeitprinzip bestimmt werden. Typischerweise sind sowohl das Messgerät als auch der Behälter stationär angeordnet und der Füllstand lässt sich unmittelbar durch die Abstandsmessung zwischen dem Messgerät und der Oberfläche des Füllguts ermitteln. Radar measuring devices are often used in process automation in industrial environments. For example, the filling level or the limit level of a filling material in a container can be determined according to the transit time principle. Typically, both the measuring device and the container are stationary and the fill level can be determined directly by measuring the distance between the measuring device and the surface of the filling.
Zusammenfassung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Messsystem zur dynamischen Füllstandmessung für die Prozessautomatisierung anzugeben. summary It is an object of the present invention to specify a flexible measuring system for dynamic level measurement for process automation.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen. This object is solved by the features of the independent patent claim. Developments of the invention result from the dependent patent claims and the following description of embodiments.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Messsensor, der zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld eingerichtet ist und eine erste Sensoreinheit, eine zweite Sensoreinheit und eine Auswerteeinheit aufweist. Die erste Sensoreinheit ist zum Aussenden und Empfangen eines ersten Messsignals eingerichtet, um einen ersten Abstand di zwischen dem Messsensor und dem Medium zu erfassen. Die zweite Sensoreinheit ist zum Aussenden und Empfangen eines zweiten Messsignals eingerichtet, um einen zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters zu erfassen. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 einen Füllstand zu bestimmen. A first aspect of the present disclosure relates to a measuring sensor that is set up to measure the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial or private environment and has a first sensor unit, a second sensor unit and an evaluation unit. The first sensor unit is set up to emit and receive a first measurement signal in order to detect a first distance di between the measurement sensor and the medium. The second sensor unit is set up to emit and receive a second measurement signal in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor and the bottom of the container. The evaluation unit is set up to determine a filling level from a difference between the first distance di and the second distance d2.
Der Messsensor kann ein Radarsensor sein, der nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, um den Füllstand des Mediums in dem Behälter zu bestimmen. Das Medium kann ein Füllgut, wie z.B. ein Fluid oder ein Schüttgut sein. Der Messsensor kann außerhalb des Behälters bzw. oberhalb des Behälters derart angeordnet und eingerichtet sein, dass das erste Messsignal zum Erfassen des ersten Abstands di von der ersten Sensoreinheit in Richtung des Mediums innerhalb des Behälters ausgesendet und unmittelbar von der Oberfläche des Mediums reflektiert werden kann, während das zweite Messsignal zum Erfassen des zweiten Abstands d2 nicht direkt in Richtung des Bodens des Behälters, sondern außerhalb des Behälters in Richtung einer Referenzfläche, die sich auf der gleicher Höhe wie der Boden des Behälters befinden kann oder auf der der Behälter angeordnet sein kann, ausgesendet und von der Referenzfläche reflektiert werden kann. Das heißt, dass das Erfassen des zweiten Abstands d2 komplett außerhalb des Behälters erfolgen kann, während das Erfassen des ersten Abstands di zumindest teilweise innerhalb des Behälters erfolgen kann. Bei dem zweiten Abstand d2 kann es sich daher um einen vertikalen oder lotrechten Abstand zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters handeln. Des Weiteren kann der Messsensor eingerichtet sein, das erste Messsignal und das zweite Messsignal, die jeweils von der Oberfläche des Mediums oder von der Referenzfläche des Bodens des Behälters reflektiert wird, jeweils durch die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit zu empfangen und weiterhin an die Auswerteeinheit zu übertragen. Die Auswerteeinheit kann dazu eingerichtet sein, anhand des ersten Messsignals den ersten Abstand di und anhand des zweiten Messsignals den zweiten Abstand d2 zu ermitteln und die Differenz f zwischen dem ersten Abstand di und den zweiten Abstand d2 zu bilden oder berechnen. Da die Differenz dem Füllstand des Mediums in dem Behälter entspricht, kann die Auswerteeinheit somit eingerichtet sein, aus der Differenz den Füllstand f des Mediums durch die Formel f = d2 - di zu ermitteln. The measurement sensor can be a radar sensor that works according to the transit time principle in order to determine the fill level of the medium in the container. The medium can be a filling material, such as a fluid or a bulk material. The measuring sensor can be arranged and set up outside of the container or above the container in such a way that the first measuring signal for detecting the first distance di can be emitted by the first sensor unit in the direction of the medium inside the container and reflected directly by the surface of the medium, while the second measurement signal for detecting the second distance d2 is not directly in the direction of the bottom of the container, but outside the container in the direction of a reference surface which can be at the same height as the bottom of the container or on which the container can be arranged, can be emitted and reflected by the reference surface. This means that the detection of the second distance d2 can take place completely outside the container, while the detection of the first distance di can take place at least partially inside the container. The second distance d2 can therefore be a vertical or perpendicular distance between the measuring sensor and the bottom of the container. Furthermore, the measurement sensor can be set up to receive the first measurement signal and the second measurement signal, each of which is reflected by the surface of the medium or by the reference surface of the bottom of the container, through the first sensor unit and the second sensor unit and further to the evaluation unit transferred to. The evaluation unit can be set up to determine the first distance di based on the first measurement signal and the second distance d2 based on the second measurement signal and to form or calculate the difference f between the first distance di and the second distance d2. Since the difference corresponds to the filling level of the medium in the container, the evaluation unit can thus be set up to determine the filling level f of the medium from the difference using the formula f=d2−di.
Aus der Anordnung zweier Radarmessungen mittels der ersten und zweiten Sensoreinheiten, die in einem Messsensor kombiniert sein können, kann sich ein abgleichsfreies Füllstandmesssystem oder ein Radar-Differenzmessungssensor ergeben. Es ist vorteilhaft, dass der Füllstand des Mediums durch die Differenzmessung unabhängig von der Position oder Höhe des Messsensors und/oder des Behälters ermittelt werden kann. In anderen Worten kann eine dynamische Füllstandmessung oder Füllstandüberwachung mittels des Messsensors mit den ersten und zweiten Sensoreinheiten möglich sein, auch wenn sich der Messsensor und/oder der Behälter bewegen können/kann. The arrangement of two radar measurements by means of the first and second sensor units, which can be combined in one measuring sensor, can result in a filling level measuring system without adjustment or a differential radar measuring sensor. It is advantageous that the fill level of the medium can be determined by the differential measurement independently of the position or height of the measuring sensor and/or the container. In other words, a dynamic filling level measurement or filling level monitoring using the measuring sensor with the first and second sensor units can be possible, even if the measuring sensor and/or the container can/can move.
Es kann vorgesehen sein, dass das Erfassen des ersten Abstands di und das Erfassen des zweiten Abstands d2 jeweils mittels der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit gleichzeitig oder alternierend, beispielsweise nach einer vorgegebenen Abfolge, erfolgen können. It can be provided that the detection of the first distance di and the detection of the second distance d2 can take place simultaneously or alternately, for example according to a predetermined sequence, by means of the first sensor unit and the second sensor unit.
Der Begriff „Behälter“ ist breit auszulegen. Der Behälter kann zum Aufbewahren und Transportieren eines Gegenstands eingerichtet sein, der beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein kann. Beispielsweise kann der Behälter ein IBC-Container sein, der mit einem flüssigen Füllgut oder einem Schüttgut befüllt ist. Der Behälter kann auch ein Träger sein, wie z. B. ein Tragblech ohne Behälterwände, Auf diesem können mehrere Waren oder Verpackungen angeordnet sein. Dabei kann der zweite Abstand d2 dem Abstand zwischen dem Tragblech als einer Referenzfläche für die untere Seite des Mediums und dem Messsensor entsprechen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit integriert in dem Messsensor ausgebildet. The term "container" is to be interpreted broadly. The container can be set up for storing and transporting an object, which can be a liquid or a solid, for example. For example, the container can be an IBC container that is filled with liquid or bulk material. The container can also be a carrier, e.g. B. a support plate without container walls, on this several goods or packaging can be arranged. In this case, the second distance d2 can correspond to the distance between the support plate as a reference surface for the lower side of the medium and the measuring sensor. According to a further embodiment, the first sensor unit and the second sensor unit are designed to be integrated in the measuring sensor.
Die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit können beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse des Messsensors angeordnet sein und somit einen einstückigen Messsensor bilden. The first sensor unit and the second sensor unit can be arranged, for example, in a common housing of the measuring sensor and thus form a one-piece measuring sensor.
Alternativ können die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit jeweils als ein eigenständiger Sensor ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann als ein übergeordnetes Rechensystem oder eine übergeordnete Recheneinheit, wie z.B. eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), ausgebildet sein. Alternatively, the first sensor unit and the second sensor unit can each be designed as an independent sensor. The evaluation unit can be in the form of a higher-level computing system or a higher-level computing unit, such as a PLC (programmable logic controller).
Die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit können auf der gleichen Seite des Behälters angeordnet sein, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal von der gleichen Seite des Behälters auszusenden. Darüber hinaus kann die Auswerteeinheit auch in dem Messsensor integriert sein und gleichzeitig mit der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit elektrisch verbunden sein, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu erfassen. The first sensor unit and the second sensor unit can be arranged on the same side of the container in order to emit the first measurement signal and the second measurement signal from the same side of the container. In addition, the evaluation unit can also be integrated in the measurement sensor and at the same time be electrically connected to the first sensor unit and the second sensor unit in order to record the first measurement signal and the second measurement signal.
Beispielsweise kann der Messsensor oder der Radar-Differenzmessungssensor als ein kontinuierlich messendes System ausgeführt sein, so dass der Messsensor mittels einer Verkabelung mit Energie versorgt werden kann. Des Weiteren können die Messwerte, nämlich der erste Abstand di, der zweite Abstand d2 und/oder der Füllstand f des Mediums über eine Schnittstelle, die in dem Messsensor angeordnet sein kann, an einen Empfänger oder ein übergeordnetes System übermittelt oder übertragen werden. For example, the measuring sensor or the radar difference measuring sensor can be designed as a continuously measuring system, so that the measuring sensor can be supplied with energy by means of a cable. Furthermore, the measured values, namely the first distance di, the second distance d2 and/or the fill level f of the medium, can be communicated or transmitted to a receiver or a higher-level system via an interface that can be arranged in the measuring sensor.
Alternativ kann der Messsensor als ein autarker Messsensor ausgebildet sein, der eine interne Energieversorgung, wie z. B. eine Batterie, einen Akku oder eine Solarzelle, aufweist. Alternatively, the measuring sensor can be designed as a self-sufficient measuring sensor that has an internal power supply, such as a power supply. B. has a battery, a rechargeable battery or a solar cell.
Somit kann eine drahtlose Kommunikation, beispielsweis per Funk, zwischen dem autarken Messsensor und einem externen Empfänger, der beispielsweise ein Computer, ein Datenzentrum oder ein Cloud-System sein kann, erfolgen. Im Vergleich zu einer drahtgebundenen Kommunikation, bei der die für die Messung erforderliche Energie stets im Einsatz stehen soll, kann mit der Verfügbarkeit weiterentwickelter, energiesparender drahtlosen Technologien in zunehmendem Umfang batteriebetriebene Sensoren zur Überwachung von Füllstand-, Grenzstand- oder Druckwerten an Bedeutung gewinnen. Besondere Vorteile ergeben sich für Anwendungen im Bereich der Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld wie z. B. der Logistik. Wireless communication, for example by radio, can thus take place between the self-sufficient measuring sensor and an external receiver, which can be a computer, a data center or a cloud system, for example. Compared to wired communication, in which the energy required for the measurement should always be in use, with the availability of advanced, energy-saving wireless technologies, battery-powered sensors can be used to an increasing extent Monitoring of fill level, limit level or pressure values are becoming increasingly important. There are particular advantages for applications in the area of process automation in the industrial or private environment, e.g. B. logistics.
Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können. The term "process automation in the industrial or private environment" can be understood as a sub-area of technology that includes all measures for the operation of machines and systems without human intervention. One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors. A large number of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow rate, pressure or density can be monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemeint ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D- Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden. A sub-area of process automation in the industrial environment relates to logistics automation. With the help of distance and angle sensors, processes within a building or within a single logistics facility are automated in the field of logistics automation. Typical applications are found, for example, in systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control). What is meant by the examples listed above is that presence detection in combination with a precise measurement of the size and position of an object is required by the respective application side. Sensors based on optical measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras, which record distances according to the transit time principle (time of flight, ToF), can be used for this purpose.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-ZFertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Another sub-area of process automation in the industrial environment relates to factory/manufacturing automation. Use cases for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or generally in the field of packaging. The aim of factory automation is to enable the production of goods using machines, production lines and/or robots automate, ie run without human intervention. The sensors used here and the specific requirements with regard to the measurement accuracy when detecting the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
Beispielsweise kann durch die fortlaufende, automatisierte Überwachung der Füllstände in mobilen Behältern und die vorzugsweise drahtlose Übertragung der Werte an eine zentrale Auswertestelle im Bereich der Warenlogistik eine standortübergreifende Bestandsverwaltung auf einfache Art und Weise realisiert werden. Unter Verwendung der erfassten Daten können in Abhängigkeit von der jeweiligen Problemstellung signifikante Kostenreduktionen erreicht werden, wenn beispielsweise die Fahrroute für Lieferfahrzeuge zur Versorgung mit Nachschub optimiert werden kann. For example, inventory management across locations can be implemented in a simple manner by continuous, automated monitoring of the fill levels in mobile containers and preferably wireless transmission of the values to a central evaluation point in the area of goods logistics. Using the recorded data, depending on the problem in question, significant cost reductions can be achieved if, for example, the route for delivery vehicles to supply supplies can be optimized.
Der autarke Messsensor kann weiterhin einen Zeitgeber, eine Logikschaltung, angeordnet zwischen dem Zeitgeber der Auswerteeinheit, und ein schaltendes Element, eingerichtet zum Verbinden der Energieversorgung, der Logikschaltung und der Auswerteeinheit, aufweisen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass eine Auswerteeinheit oder ein Prozessor ein Selbsthaltesignal zum Aktivieren der Energieversorgung einrichten kann. The autonomous measuring sensor can also have a timer, a logic circuit, arranged between the timer of the evaluation unit, and a switching element, set up to connect the power supply, the logic circuit and the evaluation unit. In addition, it can be provided that an evaluation unit or a processor can set up a self-locking signal for activating the energy supply.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Sensoreinheit eine erste Antenne zum Aussenden und Empfangen des ersten Messsignals auf und die zweite Sensoreinheit weist eine zweite Antenne zum Aussenden und Empfangen des zweiten Messsignals auf. According to a further embodiment, the first sensor unit has a first antenna for emitting and receiving the first measurement signal, and the second sensor unit has a second antenna for emitting and receiving the second measurement signal.
Die erste Antenne oder die zweite Antenne kann eine Hornantenne, eine Parabolantenne oder eine Arrayantenne sein. Darüber hinaus können die erste Antenne und die zweite Antenne gleichartig oder aus zwei verschiedenen Antennenarten kombiniert ausgebildet sein. The first antenna or the second antenna can be a horn antenna, a parabolic antenna or an array antenna. In addition, the first antenna and the second antenna can be designed in the same way or as a combination of two different types of antenna.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit als eine gemeinsame Elektronik ausgeführt sein kann und die Elektronik weiterhin eine HF-Einheit, die zur Erzeugung eines Hochfrequenz (HF)-Wellensignals und zur Führung des HF-Signals in die erste Antenne oder in die zweite Antenne eingerichtet sein kann, aufweisen kann. Des Weiteren kann die Elektronik einen Netzteil zum Verbinden mit einer externen Energieversorgung oder eine interne autarke Energieversorgung aufweisen. Die Elektronik kann weiterhin eine Kommunikationseinheit aufweisen, die drahtgebunden als eine Schnittstelle zum Verbinden mit dem externen Empfänger für den Messsensor ausgebildet sein kann oder zur drahtlosen Kommunikation, wie z. B. per Funk, mit dem externen Empfänger eingerichtet sein kann. It can also be provided that the evaluation unit can be designed as a common electronics and the electronics further an HF unit for generating a radio frequency (HF) wave signal and for guiding the HF signal in the first antenna or in the second Antenna can be set up, may have. Furthermore, the electronics can have a power pack for connecting to an external power supply or an internal, self-sufficient power supply. The electronics can also have a communication unit, which can be wired as an interface for connecting to the external receiver for the measurement sensor, or can be wireless communication, such as B. by radio, can be set up with the external receiver.
Es kann eine Distanzeinheit vorgesehen sein, die in dem Messsensor zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne angeordnet sein und dazu eingerichtet sein kann, die erste Antenne und die zweite Antenne zu verbinden und den Abstand zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne derart zu ändern, dass das erste Messsignal zum Erfassen des ersten Abstands di in Richtung des Mediums ausgesendet und von der Oberfläche des Mediums reflektiert werden kann und dass das zweite Messsignal zum Erfassen des zweiten Abstands d2 in Richtung der Referenzfläche, die sich außerhalb des Behälters befindet oder auf der gleicher Höhe mit dem Behälterboden angeordnet sein kann, ausgesendet und von der Referenzfläche reflektiert werden kann. Die Distanzeinheit kann eine Schiene aufweisen, mittels der der Abstand zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne elektronisch oder mechanisch verstellbar ausgebildet sein kann. A distance unit can be provided, which can be arranged in the measuring sensor between the first antenna and the second antenna and configured to connect the first antenna and the second antenna and to change the distance between the first antenna and the second antenna in such a way that the first measurement signal for detecting the first distance di can be emitted in the direction of the medium and reflected by the surface of the medium and that the second measurement signal for detecting the second distance d2 in the direction of the reference surface, which is located outside the container or on the can be arranged at the same height as the container bottom, can be emitted and reflected from the reference surface. The spacer unit can have a rail, by means of which the distance between the first antenna and the second antenna can be designed to be adjustable electronically or mechanically.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit derart angeordnet, dass das erste Messsignal der ersten Sensoreinheit und das zweite Messsignal der zweiten Sensoreinheit parallel zueinander ausgesendet und/oder empfangen werden. According to a further embodiment, the first sensor unit and the second sensor unit are arranged in such a way that the first measurement signal from the first sensor unit and the second measurement signal from the second sensor unit are transmitted and/or received in parallel to one another.
Die erste Antenne und die zweite Antenne des Messsensors kann derart angeordnet sein, dass die erste Antenne und die zweite Antenne in einer gleichen Richtung bzw. parallel entlang der vertikalen Richtung nach unten ausgerichtet sein können. Beispielsweise können die erste Antenne und die zweite Antenne auf der gleichen Seite bzw. der unteren Seite des Messsensors oder der Auswerteeinheit angeordnet sein, so dass das erste Messsignal und das zweite Messsignal parallel zueinander entlang der vertikalen Richtung oder senkrecht zur Oberfläche des Mediums oder der Referenzfläche des Behälterbodens ausgesendet werden können. Darüber hinaus können das erste Messsignal und das zweite Messsignal durch die Reflektion jeweils an der Oberfläche des Mediums und an der Referenzfläche des Behälterbodens entlang der entgegengesetzten, vertikalen Richtung nach oben verlaufen und jeweils von der ersten Antenne und der zweiten Antenne empfangen werden. The first antenna and the second antenna of the measuring sensor can be arranged in such a way that the first antenna and the second antenna can be directed downwards in a same direction or in parallel along the vertical direction. For example, the first antenna and the second antenna can be arranged on the same side or the lower side of the measurement sensor or the evaluation unit, so that the first measurement signal and the second measurement signal are parallel to one another along the vertical direction or perpendicular to the surface of the medium or the reference surface of the container bottom can be emitted. In addition, the first measurement signal and the second measurement signal can run upwards along the opposite vertical direction due to the reflection on the surface of the medium and on the reference surface of the container bottom and can be received by the first antenna and the second antenna.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Messsensor weiterhin eine Umlenkeinrichtung auf, die zum Umlenken der Strahlrichtung des zweiten Messsignals der zweiten Sensoreinheit eingerichtet ist, um den zweiten Abstand d2 zu bestimmen. According to a further embodiment, the measurement sensor also has a deflection device which is set up to deflect the beam direction of the second measurement signal of the second sensor unit in order to determine the second distance d2.
Die Umlenkeinrichtung kann beispielsweise ein Reflektor oder ein Spiegel sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Umlenkeinrichtung beabstandet von der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit angeordnet. The deflection device can be a reflector or a mirror, for example. According to a further embodiment, the deflection device is arranged at a distance from the first sensor unit and the second sensor unit.
Beispielsweise kann die Umlenkeinrichtung als eine separate Einheit außerhalb des Gehäuses vorgesehen sein, in dem die erste Sensoreinheit, die zweite Sensoreinheit und die Auswerteeinheit integriert oder kompakt angeordnet sein können. Die Umlenkeinrichtung kann mit einem vorgegebenen Abstand oder Entfernung von der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit beabstandet angeordnet sein. Alternativ kann es derart vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der Umlenkeinrichtung und der Gesamtheit der ersten Sensoreinheit, der zweiten Sensoreinheit und der Auswerteeinheit manuell oder automatisch geändert werden kann. For example, the deflection device can be provided as a separate unit outside the housing, in which the first sensor unit, the second sensor unit and the evaluation unit can be integrated or arranged in a compact manner. The deflection device can be arranged at a predetermined distance from the first sensor unit and the second sensor unit. Alternatively, it can be provided that the distance between the deflection device and the entirety of the first sensor unit, the second sensor unit and the evaluation unit can be changed manually or automatically.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Umlenkeinrichtung verstellbar ausgeführt. Die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit sind derart angeordnet, dass das zweite Messsignal senkrecht oder schräg zu dem ersten Messsignal ausgesendet wird und nach der Umlenkung durch die Umlenkeinrichtung parallel zu dem ersten Messsignal verläuft. According to a further embodiment, the deflection device is designed to be adjustable. The first sensor unit and the second sensor unit are arranged in such a way that the second measurement signal is emitted perpendicularly or at an angle to the first measurement signal and, after being deflected by the deflection device, runs parallel to the first measurement signal.
Die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit können auf unterschiedlichen Seiten des Messsensors oder der Auswerteeinheit angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Sensoreinheit bzw. die erste Antenne auf der unteren Seite der Ausweiteeinrichtung angeordnet sein, um das erste Messsignal in Richtung des Behälters bzw. der Oberfläche des Mediums oder entlang der vertikalen Richtung auszusenden, und die zweite Sensoreinheit oder die zweite Antenne seitlich oder auf der rechten Seite angeordnet sein, um das zweite Messsignal in Richtung der Umlenkeinrichtung bzw. des Reflektors, beispielsweise senkrecht oder schräg zu dem ersten Messsignal, auszusenden. In anderen Worten kann die Ausrichtung der zweiten Antenne des Messsensors um 90° oder mit einem vorgegebenen Winkel relative zu der ersten Antenne versetzt angeordnet sein. Beispielsweise kann das zweite Messsignal entlang einer wesentlich horizontalen Richtung von der zweiten Sensoreinheit ausgesendet werden. Die Umlenkeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das zweite Messsignal zu reflektieren und umzulenken oder die Strahlrichtung des zweiten Messsignals nach der Reflektion derart zu ändern, so dass das zweite Messsignal nach der Reflektion oder der Umlenkung parallel zum ersten Messsignal, also entlang der vertikalen Richtung oder in Richtung der Referenzfläche des Behälterbodens nach unten gesendet und an der Referenzfläche reflektiert werden kann. Das von der Referenzfläche reflektierte zweite Messsignal kann entlang der entgegengesetzten Richtung des Messstrahls vor der Reflektion an der Referenzfläche verlaufen und mittels der Umlenkeinrichtung wieder von der zweiten Sensoreinheit bzw. der zweiten Antenne empfangen werden. The first sensor unit and the second sensor unit can be arranged on different sides of the measuring sensor or the evaluation unit. For example, the first sensor unit or the first antenna can be arranged on the underside of the expanding device in order to emit the first measurement signal in the direction of the container or the surface of the medium or along the vertical direction, and the second sensor unit or the second antenna on the side or be arranged on the right-hand side in order to emit the second measurement signal in the direction of the deflection device or the reflector, for example perpendicularly or at an angle to the first measurement signal. In other words, the orientation of the second antenna of the measurement sensor can be offset by 90° or at a predetermined angle relative to the first antenna. For example, the second measurement signal can be emitted by the second sensor unit along a substantially horizontal direction. The deflection device can be set up to reflect and deflect the second measurement signal or to change the beam direction of the second measurement signal after the reflection in such a way that the second measurement signal after the reflection or the deflection is parallel to the first measurement signal, i.e. along the vertical direction or in Can be sent down towards the reference surface of the container bottom and reflected on the reference surface. The second measurement signal reflected by the reference surface can run in the opposite direction of the measurement beam before being reflected on the reference surface and can be received again by the second sensor unit or the second antenna by means of the deflection device.
Durch die Anordnung der ersten und zweiten Sensoreinheiten auf unterschiedlichen Seiten des Messsensors oder der Auswerteeinheit kann der Messsensors kompakt ausgebildet sein. By arranging the first and second sensor units on different sides of the measuring sensor or the evaluation unit, the measuring sensor can be made compact.
Des Weiteren kann der Messsensor eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, die Umlenkeinrichtung mechanisch oder elektronisch zu verstellen und die Ausrichtung der Umlenkeinrichtung relativ zu der ersten Sensoreinheit und/oder der zweiten Sensoreinheit zu ändern. Furthermore, the measurement sensor can have a control unit that can be set up to adjust the deflection device mechanically or electronically and to change the orientation of the deflection device relative to the first sensor unit and/or the second sensor unit.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Anordnung der zweiten Sensoreinheit oder der zweiten Antenne mittels der Steuereinheit von der vertikalen Richtung um 90° oder um einen vorgegebenen Winkel kleiner als 90 ° gedreht werden kann. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, bei der Inbetriebnahme des Messsensors mittels einer Taste oder einer Softwaretaste das Verstellen der Umlenkeinrichtung und/oder das Drehen der zweiten Antenne zum Optimieren der Ausrichtung des zweiten Messsignals einzulernen und zu steuern. Es ist allerdings zu bemerken, dass die seitliche Anordnung der zweiten Sensoreinheit oder des zumindest teilweise seitlichen Erfassens des zweiten Messsignals mittels der Umlenkeinrichtung nicht bei allen Frequenzbändern, aber beispielsweise in einer 60 GHz-Technologie, ausführbar sein. Alternatively or additionally, it can be provided that the arrangement of the second sensor unit or the second antenna can be rotated from the vertical direction by 90° or by a predetermined angle of less than 90° by means of the control unit. The control unit can be set up to teach and control the adjustment of the deflection device and/or the rotation of the second antenna to optimize the alignment of the second measurement signal when the measurement sensor is started up using a button or a software button. However, it should be noted that the lateral arrangement of the second sensor unit or the at least partially lateral detection of the second measurement signal by means of the deflection device cannot be implemented for all frequency bands, but for example in 60 GHz technology.
Alternativ kann die Umlenkeinrichtung derart verstellbar ausgeführt sein und die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit können derart angeordnet sein, dass das erste Messsignal senkrecht oder schräg zu dem zweiten Messsignal ausgesendet werden und nach der Umlenkung durch die Umlenkeinrichtung parallel zu dem zweiten Messsignal in Richtung des Mediums, also entlang der vertikalen Richtung, weitergesendet werden kann. Alternatively, the deflection device can be designed to be adjustable and the first sensor unit and the second sensor unit can be arranged in such a way that the first measurement signal is emitted perpendicularly or at an angle to the second measurement signal and, after deflection by the deflection device, parallel to the second measurement signal in the direction of the medium , i.e. along the vertical direction, can be retransmitted.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Messsensors zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter oder zur Füllstandüberwachung für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Durch die Differenzbildung der beiden Abstandswerte, nämlich des ersten Abstands di und des zweiten Abstands d2, kann vorteilhaft der Füllstand des Mediums in dem Behälter in Echtzeit bestimmt werden, auch wenn sich der erste Abstand und der zweite Abstand ändern. Dadurch kann eine dynamische Füllstandüberwachung mittels des Messsensors ermöglicht werden, ohne den Behälter oder des Messsensors an einem festen Ort anzuordnen. A further aspect relates to the use of a measuring sensor for level measurement of a medium in a container or for level monitoring for process automation in an industrial environment. By forming the difference between the two distance values, namely the first distance di and the second distance d2, the fill level of the medium in the container can advantageously be determined in real time, even if the first distance and the second distance change. As a result, dynamic fill level monitoring using the measuring sensor can be made possible without arranging the container or the measuring sensor at a fixed location.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Messsystem, das zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld eingerichtet ist und einen Messsensor, eingerichtet zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter und eine Lifteinrichtung, aufweist. Die Lifteinrichtung ist dazu eingerichtet, den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters zu ändern. Das Messsystem ist dazu eingerichtet, bei der Änderung des zweiten Abstands d2 den Füllstand aus der Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 zu bestimmen. A further aspect relates to a measuring system which is set up for process automation in an industrial environment and has a measuring sensor set up for measuring the fill level of a medium in a container and a lift device. The lifting device is set up to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container. The measuring system is set up to determine the fill level from the difference between the first distance di and the second distance d2 when the second distance d2 changes.
Der Messsensor kann somit als ein Radar-Differenz-Sensor sein, der eine erste Sensoreinheit zum Ermitteln eines ersten Abstands di zwischen dem Messsensor und der Oberfläche des Mediums, eine zweite Sensoreinheit zum Ermitteln eines zweiten Abstands di zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters und eine Auswerteeinheit zum Bestimmen des Füllstands des Mediums durch die Differenzbildung der ersten und zweiten Abstände aufweisen und in einem flexiblen Messsystem eingesetzt werden kann. Vorteilhaft kann die Füllstandmessung in dem Messsystem unabhängig von der Lage oder Höhe des Behälters sein. The measuring sensor can thus be in the form of a radar difference sensor, which has a first sensor unit for determining a first distance di between the measuring sensor and the surface of the medium, a second sensor unit for determining a second distance di between the measuring sensor and the bottom of the container and have an evaluation unit for determining the fill level of the medium by calculating the difference between the first and second distances and can be used in a flexible measuring system. The filling level measurement in the measuring system can advantageously be independent of the position or height of the container.
Darüber hinaus kann die Installationsposition des Messsensors flexible von dem Behälter beabstandet angeordnet sein. Der Messsensor kann beispielsweise oberhalb des Behälters auf einer vorgegebenen Höhe oder mit einem vorgegebenen Abstand zu einem vorgegebenen Füllstand bzw. einem Grenzstand des Mediums angeordnet sein. In addition, the installation position of the measurement sensor can be flexibly spaced apart from the container. The measuring sensor can be arranged, for example, above the container at a specified height or at a specified distance from a specified fill level or a limit level of the medium.
Alternativ kann der Messsensor in dem Messsystem derart angeordnet sein, dass der relative Abstand zwischen dem Messsensor und dem Behälter bzw. dem Boden des Behälters oder dem Medium in dem Behälter, beispielsweise mittels der Lifteinrichtung oder des Lift-Systems, variabel oder veränderbar ausgeführt sein kann. Alternatively, the measuring sensor can be arranged in the measuring system in such a way that the relative distance between the measuring sensor and the container or the bottom of the container or the medium in the container can be made variable or changeable, for example by means of the lift device or the lift system .
Die Lifteinrichtung kann weiterhin ein Steuerelement zur Änderung der Höhe des Messsensors oder des Behälters aufweisen. Beispielsweise kann die Lifteinrichtung dazu eingerichtet sein, die Höhe des Messsensors, der an der Lifteinrichtung angebracht oder montiert sein kann, mittel des Steuerelements zu ändern. Zusätzlich kann die Lifteinrichtung dazu eingerichtet sein, gleichzeitig die Höhe des Behälters, der beispielsweise auf der Lifteinrichtung angeordnet sein kann, zu ändern. The lift device can also have a control element for changing the height of the measuring sensor or of the container. For example, the lift device can do this be set up to change the height of the measuring sensor, which can be attached or mounted on the lift device, by means of the control element. In addition, the lifting device can be set up to change the height of the container, which can be arranged on the lifting device, for example, at the same time.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lifteinrichtung unterhalb des Behälters angeordnet und dazu eingerichtet, den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters zu ändern, um den ersten Abstand di zwischen dem Messsensor und dem Medium konstant zu halten. According to a further embodiment, the lift device is arranged below the container and set up to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container in order to keep the first distance di between the measuring sensor and the medium constant.
Die Lifteinrichtung kann unterhalb des Behälters angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Messsensor oberhalb des Behälters in dem Messsystem befestigt oder angeordnet sein kann und sich der Behälter mittels der Lifteinrichtung, beispielsweise entlang der Richtung des ersten Messsignals oder der vertikalen Richtung, bewegen kann. Dabei kann der oberen Seite oder Oberfläche der Lifteinrichtung die Referenzfläche zum Ermitteln des zweiten Abstands d2 ausgeführt sein. Somit kann der Bewegungsvektor des Behälters parallel oder antiparallel zu der vertikalen Strahlrichtung des ersten Messsignals ausgerichtet sein. The lift device can be arranged below the container. Provision can also be made for the measuring sensor to be fastened or arranged above the container in the measuring system and for the container to be able to move by means of the lifting device, for example along the direction of the first measuring signal or the vertical direction. The reference surface for determining the second distance d2 can be implemented on the upper side or surface of the lift device. The movement vector of the container can thus be aligned parallel or anti-parallel to the vertical beam direction of the first measurement signal.
Die Lifteinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Behälter während der Änderung des Fülltands des Mediums, nämlich während der Befüllung oder der Entleerung des Behälters, derart zu bewegen, dass sich die Oberfläche des Mediums stets auf einer gleichen Höhe befinden kann. Somit kann das Messsystem mit der konstant gehaltenen Füllgutsoberfläche beispielsweise vorteilhaft in automatisierten Fertigungen einsetzbar werden, insbesondere wenn das Füllmaterial oder das Medium durch einen Werker ergonomisch entnommen werden soll. Sobald das Füllmaterial von dem Behälter entnommen wird, kann die Lifteinrichtung eingerichtet sein, die Höhe des Behälters derart nachzustellen, damit sich die Oberfläche des Mediums auf der gleichen Höhe befinden kann und somit die Materiallage oder die Entnahmehöhe für den Werker gleich hoch bleiben und der Werker das Füllgut ergonomisch entnehmen kann. The lift device can be set up to move the container during the change in the fill level of the medium, namely during the filling or emptying of the container, in such a way that the surface of the medium can always be at the same height. Thus, the measuring system with the filling material surface that is kept constant can be used advantageously in automated production, for example, especially when the filling material or the medium is to be removed ergonomically by a worker. As soon as the filling material is removed from the container, the lift device can be set up to adjust the height of the container in such a way that the surface of the medium can be at the same height and the material layer or the removal height remain the same for the worker and the worker the contents can be removed ergonomically.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels des abgleichsfreien Messsystems die Höhe des Behälters durch das Steuerelement der Lifteinrichtung skalierbar zu ändern. Beispielsweise kann die Höhenänderung zwischen dem minimalen oder leeren Füllstand und dem maximalen Füllstand oder dem Grenzstand des Mediums von 0 - 100% skalierbar ausgeführt sein. Somit kann die Lifteinrichtung dazu eingerichtet sein, die Höhe des Behälters auf einer vorgegebenen Höhe aus der Skala von 0 - 100% konstant zu halten. Provision can also be made for the height of the container to be changed in a scalable manner by the control element of the lifting device by means of the adjustment-free measuring system. For example, the change in height between the minimum or empty level and the maximum level or the limit level of the medium can be scaled from 0 - 100% be executed. The lifting device can thus be set up to keep the height of the container constant at a predetermined height from the scale of 0-100%.
Es kann vorgesehen sein, dass die Höhenänderung des Messsensors manuell oder automatisch durchgeführt werden kann. Bei der automatischen Höhenänderung des Behälters kann das Messsystem als ein berührungsfreies Füllstandmesssystem ausgebildet sein, indem der Messsensor von oben den Füllstand des Füllmaterials messen, den Messwert, nämlich die Änderung des ersten Abstands di oder des Füllstands, an die Lifteinrichtung bzw. an das Steuerelement der Lifteinrichtung übertragen kann und die Lifteinrichtung anhand des Messwerts die Höhe des Behälters um die Änderung des ersten Abstands di oder des Füllstands nachstellen kann. It can be provided that the height change of the measuring sensor can be carried out manually or automatically. With the automatic height change of the container, the measuring system can be designed as a non-contact filling level measuring system, in which the measuring sensor measures the filling level of the filling material from above, the measured value, namely the change in the first distance di or the filling level, to the lift device or to the control element of the Lift device can be transmitted and the lift device can adjust the height of the container by the change in the first distance di or the fill level based on the measured value.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Messsensor an der Lifteinrichtung angebracht und die Lifteinrichtung ist dazu eingerichtet, den Messsensor zu bewegen und den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters und den ersten Abstand di zwischen dem Messsensor und dem Medium gleichzeitig zu ändern. Das Messsystem dazu eingerichtet, unabhängig von der Bewegung des Messsensors mittels der Lifteinrichtung den Füllstand aus der Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 zu bestimmen. According to a further embodiment, the measuring sensor is attached to the lifting device and the lifting device is set up to move the measuring sensor and to change the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container and the first distance di between the measuring sensor and the medium at the same time. The measuring system is set up to determine the filling level from the difference between the first distance di and the second distance d2, independently of the movement of the measuring sensor by means of the lifting device.
Alternativ kann die Lifteinrichtung oberhalb des Behälters und oberhalb des Messsensors angeordnet sein. Der Messsensor kann beispielsweise an der Lifteinrichtung bzw. auf der unteren Seite der Lifteinrichtung befestigt sein. Somit kann die Lifteinrichtung beispielsweise eingerichtet sein, den Messsensor entlang der vertikalen Richtung, also parallel oder antiparallel zu der Strahlrichtung des ersten Messsensors, zu ändern. Somit kann sich ein flexibles Messsystem mit einem höhenverstellbaren Messsensor bilden. Daraus kann sich ein abgleichsfreies Füllstandmesssystem ergeben, da sich der Messsensor gleichzeitig und mit einer gleichen Abstandänderung relativ zu dem Medium und dem Boden des Behälters bewegen kann. Daher kann der Füllstand durch die Differenzbildung des ersten Abstands di zwischen dem Messsensor und der Oberfläche des Mediums und des zweiten Abstands d2 zwischen dem Messsensor und dem Behälterboden unabhängig von der eingestellten Höhe des Messsensors ermittelt werden. Alternatively, the lifting device can be arranged above the container and above the measuring sensor. The measuring sensor can, for example, be attached to the lift device or on the underside of the lift device. The lift device can thus be set up, for example, to change the measurement sensor along the vertical direction, ie parallel or antiparallel to the beam direction of the first measurement sensor. A flexible measuring system with a height-adjustable measuring sensor can thus be formed. This can result in an adjustment-free level measurement system since the measurement sensor can move simultaneously and with an equal change in distance relative to the medium and the bottom of the container. The fill level can therefore be determined by calculating the difference between the first distance di between the measuring sensor and the surface of the medium and the second distance d2 between the measuring sensor and the container bottom, independently of the set height of the measuring sensor.
Somit kann das Messsystem die flexibel anpassbare Installation des Messsensors, beispielsweise die Installation eines Messsensors unterhalb eines höhenverstellbaren Schreibtisches zur Füllstandmessung eines Papierkorbs, ermöglichen. Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Messsystems zur abgleichsfreien Füllstandmessung oder Füllstandüberwachung eines Mediums in einem Behälter. The measuring system can thus enable the flexibly adaptable installation of the measuring sensor, for example the installation of a measuring sensor below a height-adjustable desk to measure the fill level of a wastepaper basket. A further aspect relates to the use of a measuring system for calibration-free level measurement or level monitoring of a medium in a container.
Des Weiteren kann das abgleichsfreie Messsystem oder der abgleichsfreie Messsensor, das oder der nach der Differenzbildung mittels zwei Sensoreinheiten, nämlich der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit, arbeitet, zur Füllstandmessung oder zur Überwachung eines Wasser/Abwasser-Systems oder zur Pegelmessung an einem Schleußer ausgeführt sein. Im Vergleich zu dem konventionellen Messsystem, in dem zwei separate Sensoren im Einsatz sein können und der Abgleich der Messwerte der beiden Sensoren manuell berechnet werden kann, kann das Messsystem oder der Messsensor mit den integrierten ersten und zweiten Sensoreinheiten und der integrierten Auswerteeinheit ein einfaches, effizientes und präzises Füllstandmesssystem ermöglichen. Furthermore, the calibration-free measuring system or the calibration-free measuring sensor, which works after the difference is formed by means of two sensor units, namely the first sensor unit and the second sensor unit, can be used to measure the fill level or to monitor a water/wastewater system or to measure the level of a sluice be. Compared to the conventional measuring system, in which two separate sensors can be used and the comparison of the measured values of the two sensors can be calculated manually, the measuring system or the measuring sensor with the integrated first and second sensor units and the integrated evaluation unit can be a simple, efficient and precise level measurement system.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Messsystems für eine ergonomische Materialentnahme aus einem Behälter zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Another aspect relates to the use of a measuring system for ergonomic material removal from a container for process automation in an industrial environment.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren mittels eines Messsensors zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: das Aussenden und das Empfangen eines ersten Messsignals mittels einer ersten Sensoreinheit, um einen ersten Abstand di zwischen dem Messsensor und dem Medium zu erfassen, das Aussenden und das Empfangen eines zweiten Messsignals mittels einer zweiten Sensoreinheit, um einen zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters zu erfassen und das Bestimmen einen Füllstand aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 mittels einer Auswerteeinheit. A further aspect relates to a method using a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment. The method has the following steps: sending and receiving a first measurement signal by means of a first sensor unit in order to detect a first distance di between the measurement sensor and the medium, sending and receiving a second measurement signal by means of a second sensor unit in order to to detect the second distance d2 between the measuring sensor and the bottom of the container and to determine a filling level from a difference between the first distance di and the second distance d2 by means of an evaluation unit.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor eines Messsensors ausgeführt wird, den Messsensor anweist, die folgenden Schritte durchzuführen: das Aussenden und das Empfangen eines ersten Messsignals mittels einer ersten Sensoreinheit, um einen ersten Abstand di zwischen dem Messsensor und dem Medium zu erfassen, das Aussenden und das Empfangen eines zweiten Messsignals mittels einer zweiten Sensoreinheit, um einen zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor und dem Boden des Behälters zu erfassen und das Bestimmen einen Füllstand aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 mittels einer Auswerteeinheit. Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist. A further aspect relates to a program element which, when executed on a processor of a measuring sensor, instructs the measuring sensor to carry out the following steps: sending and receiving a first measuring signal by means of a first sensor unit in order to determine a first distance di between the measuring sensor and the medium, sending and receiving a second measurement signal by means of a second sensor unit in order to record a second distance d2 between the measurement sensor and the bottom of the container, and determining a level from a difference between the first distance di and the second distance d2 by means of an evaluation unit. Another aspect relates to a computer-readable medium on which a program element is stored.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so beschreiben diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Embodiments of the present disclosure are described below with reference to the figures. If the same reference symbols are used in the description of the figures, they describe the same or similar elements. The representations in the figures are schematic and not to scale.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Fig. 1 zeigt schematisch ein Messsystem mit einem Messsensor zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld gemäß einer Ausführungsform. 1 schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to an embodiment.
Fig. 2a zeigt schematisch ein Messsystem mit einem Messsensor zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2a schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to a further embodiment.
Fig. 2b zeigt schematisch ein Messsystem mit einem Messsensor zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld gemäß einer weiteren Ausführungsform. 2b schematically shows a measuring system with a measuring sensor for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to a further embodiment.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Aufbau eines Messsensors gemäß einer Ausführungsform. 3 schematically shows a structure of a measurement sensor according to an embodiment.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld gemäß einer Ausführungsform. 4 schematically shows a flow chart of a method for measuring the fill level of a medium in a container for process automation in an industrial environment according to one embodiment.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Detailed Description of Embodiments
Fig. 1 zeigt schematisch ein Messsystem 10 zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Das Messsystem weist einen Messsensor 100, der zur Füllstandmessung eines Mediums in einem Behälter 50 eingerichtet ist, und eine Lifteinrichtung 200 auf, die dazu eingerichtet sein kann, den Behälter 50 beispielsweise nach oben oder unten entlang einer vertikalen Richtung zu bewegen. Der Behälter 50 kann auf der Lifteinrichtung 200 angeordnet sein. Die Lifteinrichtung 200 kann daher zum Tragen des Behälters 50 eingerichtet sein. 1 schematically shows a measuring system 10 for process automation in an industrial environment. The measuring system has a measuring sensor 100, which is set up for level measurement of a medium in a container 50, and a lift device 200, which can be set up to move the container 50, for example, up or down along a move in vertical direction. The container 50 can be arranged on the lift device 200 . The lifting device 200 can therefore be set up to carry the container 50 .
Der Messsensor 100 weist eine Sensoreinheit 110, eine zweite Sensoreinheit 120 und eine Auswerteeinheit 130 auf. Die erste Sensoreinheit 110 ist zum Aussenden und Empfangen eines ersten Messsignals 115 eingerichtet, um einen ersten Abstand di zwischen dem Messsensor 100 und dem Medium 55 bzw. der Oberfläche des Mediums zu erfassen. Die zweite Sensoreinheit 120 ist zum Aussenden und Empfangen eines zweiten Messsignals 125 eingerichtet ist, um einen zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Boden des Behälters 50 zu erfassen. Die Auswerteeinheit 130 ist dazu eingerichtet, aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 einen Füllstand des Mediums 55 zu bestimmen. The measuring sensor 100 has a sensor unit 110 , a second sensor unit 120 and an evaluation unit 130 . The first sensor unit 110 is set up to transmit and receive a first measurement signal 115 in order to detect a first distance di between the measurement sensor 100 and the medium 55 or the surface of the medium. The second sensor unit 120 is set up to emit and receive a second measurement signal 125 in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor 100 and the bottom of the container 50 . The evaluation unit 130 is set up to determine a filling level of the medium 55 from a difference between the first distance di and the second distance d2.
In Fig. 1 können die erste Sensoreinheit 110, die zweite Sensoreinheit 120 und die Auswerteeinheit 130 in einem gemeinsamen Gehäuse des Messsensors 100 integriert und kombiniert ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die erste Sensoreinheit 110 eine erste Antenne zum Aussenden und Empfangen des ersten Messsignals 115 aufweisen und die zweite Sensoreinheit 120 eine zweite Antenne zum Aussenden und Empfangen des zweiten Messsignals 125. Beispielsweise können die erste Antenne und die zweite Antenne in Fig. 1 jeweils als eine Hornantenne ausgebildet sein. Alternativ können erste Antenne und die zweite Antenne jeweils als eine Parabolantenne oder eine Arrayantenne ausgeführt sein. In FIG. 1, the first sensor unit 110, the second sensor unit 120 and the evaluation unit 130 can be integrated and combined in a common housing of the measuring sensor 100. In addition, the first sensor unit 110 can have a first antenna for emitting and receiving the first measurement signal 115 and the second sensor unit 120 can have a second antenna for emitting and receiving the second measurement signal 125. For example, the first antenna and the second antenna in Fig. 1 can each be designed as a horn antenna. Alternatively, the first antenna and the second antenna can each be designed as a parabolic antenna or an array antenna.
Die erste Sensoreinheit 110 und die zweite Sensoreinheit 120 können derart in dem Messsensor 100 angeordnet sein, dass die erste Antenne und die zweite Antenne parallel zu einander ausgerichtet und auf der gleichen Seite bzw. der unteren Seite der Ausweiteeinheit 130 angeordnet sein können, und dass das erste Messsignal 115 der ersten Sensoreinheit 110 und das zweite Messsignal 125 der zweiten Sensoreinheit 120 parallel zueinander ausgesendet und/oder empfangen werden können. Somit können das erste Messsignal 115 und das zweite Messsignal 125 entlang der vertikale Richtung verlaufen, d.h. jeweils durch die erste Sensoreinheit 110 und der zweite Sensoreinheit 120 nach unten ausgesendet werden, und nach den Reflektionen nach oben in Richtung der ersten Sensoreinheit 110 und der zweiten Sensoreinheit 120 weiter verlaufen. The first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 can be arranged in the measuring sensor 100 in such a way that the first antenna and the second antenna can be aligned parallel to one another and arranged on the same side or the lower side of the expansion unit 130, and that the first measurement signal 115 of the first sensor unit 110 and the second measurement signal 125 of the second sensor unit 120 can be transmitted and/or received in parallel to one another. Thus, the first measurement signal 115 and the second measurement signal 125 can run along the vertical direction, i.e. respectively be emitted downwards through the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120, and after the reflections upwards in the direction of the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 further.
Der Messsensor 110 kann dazu eingerichtet sein, das erste Messsignal 115 in Richtung des Mediums 55 bzw. der Oberfläche des Mediums auszusenden, um den ersten Abstand di zwischen dem Messsensor 100 und dem Medium 55 unmittelbar durch die Reflektion an der Oberfläche des Mediums zu erfassen. Darüber hinaus kann der Messsensor 110 dazu eingerichtet sein, das zweite Messsignal 125 in Richtung einer Referenzfläche, die sich auf der gleichen Höhe wie der Boden des Behälters 50 befindet, außerhalb des Behälters auszusenden, um den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Behälterboden zu erfassen. Beispielsweise kann die Referenzfläche die obere Fläche oder Seite der Lifteinrichtung 200 sein, an der der Behälter 50 angeordnet sein kann. The measurement sensor 110 can be set up to emit the first measurement signal 115 in the direction of the medium 55 or the surface of the medium in order to measure the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 to be detected directly by the reflection on the surface of the medium. In addition, the measurement sensor 110 can be set up to emit the second measurement signal 125 in the direction of a reference surface that is at the same height as the bottom of the container 50, outside the container, by the second distance d2 between the measurement sensor 100 and the container bottom capture. For example, the reference surface can be the top surface or side of the lift device 200 on which the container 50 can be arranged.
Eine Distanzeinheit kann zusätzlich vorgesehen sein, um den Abstand zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne zu ändern und den Messsensor 100 für den Einsatz in einem flexiblen Messsystem 10 anzupassen. A distance unit can additionally be provided in order to change the distance between the first antenna and the second antenna and to adapt the measurement sensor 100 for use in a flexible measurement system 10 .
Die Lifteinrichtung 200 kann daher eingerichtet sein, den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Boden des Behälters 50 auch während der Änderung des Füllstands des Mediums 55, wie z. B. während der Befüllung oder der Entleerung des Behälters 50, zu ändern. Beispielsweise kann die Lifteinrichtung 200 dazu eingerichtet sein, den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Boden des Behälters 50 zu ändern, um den ersten Abstand di zwischen dem Messsensor 100 und dem Medium 55 konstant zu halten. In anderen Worten kann die Lifteinrichtung 200 die Höhe des Behälters 50 der Füllstandänderung entsprechend nachstellen, damit der Oberfläche des Mediums 55 auf einer unveränderten Höhe konstant gehalten werden kann. The lift device 200 can therefore be set up, the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 even during the change in the level of the medium 55, such as. B. during the filling or emptying of the container 50 to change. For example, the lifting device 200 can be set up to change the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 in order to keep the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 constant. In other words, the lift device 200 can adjust the height of the container 50 according to the change in fill level, so that the surface of the medium 55 can be kept constant at an unchanged height.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mittels des Messsystems 10 die Höhe des Behälters 55 durch das Steuerelement der Lifteinrichtung 200 skalierbar zu ändern. Beispielsweise kann die Höhenänderung zwischen dem minimalen oder leeren Füllstand und dem maximalen Füllstand oder dem Grenzstand des Mediums von 0 - 100% skalierbar ausgeführt sein. Somit kann die Lifteinrichtung dazu eingerichtet sein, die Höhe des Behälters auf einer vorgegebenen Höhe aus der Skala von 0 - 100% konstant zu halten. Provision can also be made for the height of the container 55 to be changed in a scalable manner by the control element of the lift device 200 by means of the measuring system 10 . For example, the change in height between the minimum or empty fill level and the maximum fill level or the limit level of the medium can be designed to be scalable from 0-100%. The lifting device can thus be set up to keep the height of the container constant at a predetermined height from the scale of 0-100%.
Ein solches Messsystem 10 kann vorteilhaft in automatisierten Fertigungen eingesetzt werden, insbesondere wenn das Füllmaterial oder das Medium durch einen Werker ergonomisch entnommen und weiter von einem Förderband 60, der sich in der Nähe befindet, weiter gefördert werden kann. Such a measuring system 10 can advantageously be used in automated production, in particular when the filling material or the medium can be removed ergonomically by a worker and further conveyed by a conveyor belt 60 which is located nearby.
Alternativ zu der Anordnung in Fig. 1 , in der die Lifteinrichtung 200 unterhalb des Behälter 50 angeordnet ist, kann die Lifteinrichtung 200, wie in Fig. 2a gezeigt, derart angeordnet sein, dass der Messsensor 100 an der Lifteinrichtung 200 angebracht oder montiert sein kann. Die Lifteinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Messsensor 100 statt des Behälters zu bewegen und den zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Boden des Behälters 50 und den ersten Abstand di zwischen dem Messsensor 100 und dem Medium 55 gleichzeitig zu ändern. Das Messsystem 10 kann dazu eingerichtet sein, unabhängig von der Bewegung des Messsensors 100 mittels der Lifteinrichtung 200 den Füllstand aus der Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 zu bestimmen. As an alternative to the arrangement in FIG. 1, in which the lifting device 200 is arranged below the container 50, the lifting device 200, as shown in FIG. 2a, can be arranged in such a way that the measuring sensor 100 can be attached or mounted on the lift device 200 . The lifting device can be set up to move the measuring sensor 100 instead of the container and to change the second distance d2 between the measuring sensor 100 and the bottom of the container 50 and the first distance di between the measuring sensor 100 and the medium 55 at the same time. The measuring system 10 can be set up to determine the fill level from the difference between the first distance di and the second distance d2 independently of the movement of the measuring sensor 100 by means of the lift device 200 .
Da der Füllstand des Mediums 55 durch die Differenzbildung des ersten Abstands di und des zweiten Abstands d2 bestimmt werden kann und die Füllstandmessung mittels des Messsensors 100 unabhängig von der Höhe des Behälters 50 erfolgen kann, kann es sich bei dem Messsystem 10 um ein abgleichfreies Messsystem handeln. Since the filling level of the medium 55 can be determined by calculating the difference between the first distance di and the second distance d2 and the filling level can be measured by means of the measuring sensor 100 independently of the height of the container 50, the measuring system 10 can be a measuring system that does not require calibration .
Beispielsweise kann eine Lifteinrichtung 200 ein höhenverstellbarer Schreibtisch sein, auf dessen unteren Seite ein abgleichsfreier Messsensor 100 befestigt ist. Der Messsensor 100 kann eingerichtet sein, den Füllstand in dem Behälter 50, wie z. B. einem Papierkorb, zu bestimmen. Der Behälter 50 kann auf dem Boden angeordnet sein. Während der erste Abstand di unmittelbar durch die Reflektion des ersten Messsignals 115 an dem Medium 55 innerhalb des Behälters 50 ermittelt werden kann, kann der zweite Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Behälterboden außerhalb des Behälters 50 durch die Reflektion des zweiten Messsignals 125 an dem Boden, der als die Referenzfläche ausgefühlt sein kann, zum Behälterboden ermittelt werden. Dadurch kann das Messsystem 10 die flexibel anpassbare Installation des Messsensors ermöglichen. For example, a lift device 200 can be a height-adjustable desk, on the underside of which a calibration-free measurement sensor 100 is attached. The measuring sensor 100 can be set up, the level in the container 50, such. B. a wastepaper basket to determine. The container 50 can be placed on the floor. While the first distance di can be determined directly by the reflection of the first measurement signal 115 on the medium 55 inside the container 50, the second distance d2 between the measurement sensor 100 and the container bottom outside of the container 50 can be determined by the reflection of the second measurement signal 125 on the Ground, which can be felt as the reference surface, are determined for the container bottom. As a result, the measuring system 10 can enable the flexibly adaptable installation of the measuring sensor.
Alternativ oder zusätzlich zeigt Fig. 2b, dass das Messsystem 10 bzw. der Messsensor 100 weiterhin eine Umlenkeinrichtung 150 aufweisen kann. Die Umlenkeinrichtung 150 kann beispielsweise zum Umlenken der Strahlrichtung des zweiten Messsignals 125 eingerichtet sein, um den zweiten Abstand d2 zu ermitteln. Die Umlenkeinrichtung 150 kann beabstandet von der ersten Sensoreinheit 110 und der zweiten Sensoreinheit 120 angeordnet sein. Alternatively or additionally, FIG. 2b shows that the measuring system 10 or the measuring sensor 100 can also have a deflection device 150 . The deflection device 150 can be set up, for example, to deflect the beam direction of the second measurement signal 125 in order to determine the second distance d2. The deflection device 150 can be arranged at a distance from the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 .
Die Umlenkeinrichtung 150 kann ein Reflektor oder ein Spiegel und verstellbar ausgeführt sein. Die erste Sensoreinheit 110 und die zweite Sensoreinheit 120 können derart angeordnet sein, dass das zweite Messsignal 125 senkrecht oder schräg zu dem ersten Messsignal 115 ausgesendet werden und nach der Umlenkung durch die Umlenkeinrichtung 150 parallel zu dem ersten Messsignal 115 verlaufen kann. Die erste Sensoreinheit 110 und die zweite Sensoreinheit 120 können auf unterschiedlichen Seiten des Messsensors 100 bzw. der Auswerteeinheit 130 angeordnet sein. In anderen Worten kann die Ausrichtung der zweiten Sensoreinheit 120 des Messsensors 100 um 90° oder mit einem vorgegebenen Winkel relative zu der ersten Sensoreinheit 100 versetzt angeordnet sein. Somit kann der Messsensor 100 durch die Auslagerung der Umlenkeinrichtung 150 kompakt ausgebildet sein. The deflection device 150 can be a reflector or a mirror and can be designed to be adjustable. First sensor unit 110 and second sensor unit 120 can be arranged in such a way that second measurement signal 125 can be emitted perpendicularly or at an angle to first measurement signal 115 and, after being deflected by deflection device 150, can run parallel to first measurement signal 115. The first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 can be arranged on different sides of the measuring sensor 100 or the evaluation unit 130 . In other words, the orientation of the second sensor unit 120 of the measuring sensor 100 can be offset by 90° or at a predetermined angle relative to the first sensor unit 100 . Thus, the measurement sensor 100 can be made compact by relocating the deflection device 150 .
Fig. 2b zeigt, dass die erste Sensoreinheit 110 bzw. die erste Antenne auf der unteren Seite der Ausweiteeinrichtung 130 angeordnet sein kann, um das erste Messsignal 115 in Richtung des Behälters 50 bzw. der Oberfläche des Mediums 55 entlang der vertikaler Richtung nach unten auszusenden, und die zweite Sensoreinheit 120 oder die zweite Antenne seitlich oder auf der rechten Seite der Ausweiteeinrichtung 130 angeordnet sein kann, um das zweite Messsignal 125 in Richtung der Umlenkeinrichtung 150, beispielsweise senkrecht oder schräg zu dem ersten Messsignal 115, auszusenden. Die Strahlrichtung des zweiten Messsignals 125 ist nach dem Umlenken mittels der Umlenkeinrichtung 150 entlang der vertikal Richtung nach unten ausgerichtet. 2b shows that the first sensor unit 110 or the first antenna can be arranged on the lower side of the expansion device 130 in order to emit the first measurement signal 115 in the direction of the container 50 or the surface of the medium 55 along the vertical direction downwards , and the second sensor unit 120 or the second antenna can be arranged to the side or to the right of the expanding device 130 in order to emit the second measurement signal 125 in the direction of the deflection device 150, for example perpendicularly or at an angle to the first measurement signal 115. After the deflection by means of the deflection device 150 , the beam direction of the second measurement signal 125 is oriented downward along the vertical direction.
Des Weiteren kann der Messsensor 100 eine Steuereinheit aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, die Umlenkeinrichtung 150 mechanisch oder elektronisch zu verstellen und die Ausrichtung der Umlenkeinrichtung 150 relativ zu der ersten Sensoreinheit 110 und/oder der zweiten Sensoreinheit 120 zu ändern. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, bei der Inbetriebnahme des Messsensors 100 mittels einer Taste oder einer Softwaretaste das Verstellen der Umlenkeinrichtung 150 und/oder das Drehen der zweiten Sensoreinheit 120 oder Antenne zum Optimieren der Ausrichtung des zweiten Messsignals 125 einzulernen und zu steuern. Furthermore, the measuring sensor 100 can have a control unit which can be set up to mechanically or electronically adjust the deflection device 150 and to change the alignment of the deflection device 150 relative to the first sensor unit 110 and/or the second sensor unit 120 . The control unit can be set up to teach and control the adjustment of the deflection device 150 and/or the rotation of the second sensor unit 120 or antenna to optimize the alignment of the second measurement signal 125 when the measurement sensor 100 is put into operation by means of a button or a software button.
Fig. 3 zeigt die elektrische Verbindung des Aufbaus des Messsensors 100. Die erste Sensoreinheit 110 und die zweite Sensoreinheit 120 sind jeweils mit der Auswerteeinrichtung 130 elektrisch verbunden, um die empfangenen ersten und zweiten Messsignale weiter an die Auswerteeinrichtung zu übertragen. 3 shows the electrical connection of the structure of measurement sensor 100. First sensor unit 110 and second sensor unit 120 are each electrically connected to evaluation device 130 in order to transmit the received first and second measurement signals to the evaluation device.
Die Auswerteeinheit 130 kann als eine gemeinsame Elektronik für den Messsensor 100 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Elektronik weiterhin eine HF-Einheit, die zur Erzeugung eines HF-Signals und zur Führung des HF-Signals in die ersten und zweiten Antennen eingerichtet sein kann, einen Netzteil, der zum Verbinden mit einer externen Energieversorgung eingerichtet sein kann, oder eine interne autarke Energieversorgung und eine Kommunikationseinheit aufweisen. Die Kommunikationseinheit kann beispielsweise drahtgebunden als eine Schnittstelle zum Verbinden mit dem externen Empfänger für den Messsensor ausgebildet sein oder zur drahtlosen Kommunikation, wie z. B. per Funk, mit dem externen Empfänger eingerichtet sein. The evaluation unit 130 can be embodied as common electronics for the measuring sensor 100 . In addition, the electronics can continue to be an HF unit, which can be set up to generate an HF signal and to guide the HF signal into the first and second antennas, a power supply unit, which can be connected to an external Power supply can be set up, or have an internal self-sufficient power supply and a communication unit. The communication unit can, for example, be wired as an interface for connecting to the external receiver for the measurement sensor or for wireless communication, such as. B. by radio, set up with the external receiver.
Das Messsystem 10 oder der Messsensor 100 kann mit den integrierten ersten und zweiten Sensoreinheiten 110, 120 und der integrierten Auswerteeinheit 130 eine einfache, effiziente und präzise Füllstandmessung ermöglichen. With the integrated first and second sensor units 110, 120 and the integrated evaluation unit 130, the measuring system 10 or the measuring sensor 100 can enable a simple, efficient and precise level measurement.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Füllstandmessung eines Mediums 55 in einem Behälter 50 für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Im Schritt 401 wird ein erstes Messsignal 115 mittels einer ersten Sensoreinheit 110 ausgesendet und empfangen, um einen ersten Abstand di zwischen dem Messsensor 100 und dem Medium 55 zu erfassen. Im Schritt 402 wird ein zweites Messsignal 125 mittels einer zweiten Sensoreinheit 120 ausgesendet und empfangen, um einen zweiten Abstand d2 zwischen dem Messsensor 100 und dem Boden des Behälters 50 zu erfassen. Im Schritt 403 kann der Füllstand des Mediums 55 mittels einer Auswerteeinheit 130 des Messsensors 100 aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand di und dem zweiten Abstand d2 bestimmt werden. FIG. 4 shows a flow chart of a method for measuring the fill level of a medium 55 in a container 50 for process automation in an industrial environment. In step 401 a first measurement signal 115 is transmitted and received by means of a first sensor unit 110 in order to detect a first distance di between the measurement sensor 100 and the medium 55 . In step 402 a second measurement signal 125 is transmitted and received by a second sensor unit 120 in order to detect a second distance d2 between the measurement sensor 100 and the bottom of the container 50 . In step 403 the filling level of the medium 55 can be determined by means of an evaluation unit 130 of the measuring sensor 100 from a difference between the first distance di and the second distance d2.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, 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. In addition, it should be noted that "comprising" and "having" do not exclude other elements or steps and the indefinite articles "a" or "an" do not exclude a plurality. Furthermore, it should be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Any reference signs in the claims should not be construed as limitations.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Messsensor (100), eingerichtet zur Füllstandmessung eines Mediums (55) in einem Behälter (50) für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, aufweisend: eine erste Sensoreinheit (110), die zum Aussenden und Empfangen eines ersten Messsignals (115) eingerichtet ist, um einen ersten Abstand (di) zwischen dem Messsensor (100) und dem Medium (55) zu erfassen; eine zweite Sensoreinheit (120), die zum Aussenden und Empfangen eines zweiten Messsignals (125) eingerichtet ist, um einen zweiten Abstand (d2) zwischen dem Messsensor (100) und dem Boden des Behälters (50) zu erfassen; eine Auswerteeinheit (130), die dazu eingerichtet ist, aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand (di) und dem zweiten Abstand (d2) einen Füllstand zu bestimmen. 1. Measuring sensor (100), set up for measuring the fill level of a medium (55) in a container (50) for process automation in an industrial or private environment, having: a first sensor unit (110) for sending and receiving a first measuring signal (115) is set up to detect a first distance (di) between the measuring sensor (100) and the medium (55); a second sensor unit (120) which is set up to transmit and receive a second measurement signal (125) in order to detect a second distance (d2) between the measurement sensor (100) and the bottom of the container (50); an evaluation unit (130) which is set up to determine a filling level from a difference between the first distance (di) and the second distance (d2).
2. Messsensor (100) nach Anspruch 1 , wobei die erste Sensoreinheit (110) und die zweite Sensoreinheit (120) integriert in dem Messsensor (100) ausgebildet sind. 2. Measuring sensor (100) according to claim 1, wherein the first sensor unit (110) and the second sensor unit (120) are integrated into the measuring sensor (100).
3. Messsensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Sensoreinheit (110) eine erste Antenne zum Aussenden und Empfangen des ersten Messsignals (115) aufweist; wobei die zweite Sensoreinheit (120) eine zweite Antenne zum Aussenden und Empfangen des zweiten Messsignals (125) aufweist. 3. Measurement sensor (100) according to claim 1 or 2, wherein the first sensor unit (110) has a first antenna for transmitting and receiving the first measurement signal (115); wherein the second sensor unit (120) has a second antenna for transmitting and receiving the second measurement signal (125).
4. Messsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinheit (110) und die zweite Sensoreinheit (120) derart angeordnet sind, dass das erste Messsignal (115) der ersten Sensoreinheit (110) und das zweite Messsignal (125) der zweiten Sensoreinheit (120) parallel zueinander ausgesendet und/oder empfangen werden. 4. Measuring sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the first sensor unit (110) and the second sensor unit (120) are arranged such that the first measurement signal (115) of the first sensor unit (110) and the second measurement signal (125) of the second sensor unit (120) are transmitted and/or received in parallel to one another.
5. Messsensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin aufweisend: eine Umlenkeinrichtung (150), die zum Umlenken der Strahlrichtung des zweiten Messsignals (125) der zweiten Sensoreinheit (120) eingerichtet ist, um den zweiten Abstand (d2) zu bestimmen. 5. Measuring sensor (100) according to one of Claims 1 to 3, further comprising: a deflection device (150) which is set up to deflect the beam direction of the second measurement signal (125) of the second sensor unit (120) by the second distance (d2) to determine.
6. Messsensor (100) nach Anspruch 5, wobei die Umlenkeinrichtung (150) beabstandet von der ersten Sensoreinheit (110) und der zweiten Sensoreinheit (120) angeordnet ist. 6. Measuring sensor (100) according to claim 5, wherein the deflection device (150) is arranged at a distance from the first sensor unit (110) and the second sensor unit (120).
7. Messsensor (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Umlenkeinrichtung (150) verstellbar ausgeführt ist; und wobei die erste Sensoreinheit (110) und die zweite Sensoreinheit (110) derart angeordnet sind, dass das zweite Messsignal (115) senkrecht oder schräg zu dem ersten Messsignal (115) ausgesendet wird und nach der Umlenkung durch die Umlenkeinrichtung (150) parallel zu dem ersten Messsignal verläuft. 7. Measuring sensor (100) according to claim 5 or 6, wherein the deflection device (150) is designed to be adjustable; and wherein the first sensor unit (110) and the second sensor unit (110) are arranged in such a way that the second measurement signal (115) is emitted perpendicularly or obliquely to the first measurement signal (115) and after deflection by the deflection device (150) parallel to the first measurement signal.
8. Verwendung eines Messsensors (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Füllstandmessung eines Mediums (55) in einem Behälter (50) oder zur Füllstandüberwachung für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. 8. Use of a measuring sensor (100) according to any one of claims 1 to 7 for level measurement of a medium (55) in a container (50) or for level monitoring for process automation in an industrial environment.
9. Messsystem (10), eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, aufweisend: einen Messsensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eingerichtet zur Füllstandmessung eines Mediums (55) in einem Behälter (50); eine Lifteinrichtung (200), die eingerichtet ist, den zweiten Abstand (d2) zwischen dem Messsensor (100) und dem Boden des Behälters (50) zu ändern; wobei das Messsystem dazu eingerichtet ist, bei der Änderung des zweiten Abstands (d2) den Füllstand aus der Differenz zwischen dem ersten Abstand (di) und dem zweiten Abstand (d2) zu bestimmen. 9. Measuring system (10), set up for process automation in an industrial environment, comprising: a measuring sensor (100) according to one of claims 1 to 7, set up for level measurement of a medium (55) in a container (50); a lift device (200) which is set up to change the second distance (d2) between the measuring sensor (100) and the bottom of the container (50); wherein the measuring system is set up to determine the fill level from the difference between the first distance (di) and the second distance (d2) when the second distance (d2) changes.
10. Messsystem (10) nach Anspruch 9, wobei die Lifteinrichtung (200) unterhalb des Behälters angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den zweiten Abstand (d2) zwischen dem Messsensor (100) und dem Boden des Behälters (50) zu ändern, um den ersten Abstand (di) zwischen dem Messsensor (100) und dem Medium (55) konstant zu halten. 10. Measuring system (10) according to claim 9, wherein the lift device (200) is arranged below the container and is set up to change the second distance (d2) between the measuring sensor (100) and the bottom of the container (50) in order to to keep the first distance (di) between the measuring sensor (100) and the medium (55) constant.
11. Messsystem (10) nach Anspruch 10, wobei der Messsensor (100) an der Lifteinrichtung (200) angebracht ist und die Lifteinrichtung dazu eingerichtet ist, den Messsensor (100) zu bewegen und den zweiten Abstand (d2) zwischen dem Messsensor (100) und dem Boden des Behälters (50) und den ersten Abstand (di) zwischen dem Messsensor (100) und dem Medium (55) gleichzeitig zu ändern; wobei das Messsystem dazu eingerichtet ist, unabhängig von der Bewegung des Messsensors (100) mittels der Lifteinrichtung (200) den Füllstand aus der Differenz zwischen dem ersten Abstand (di) und dem zweiten Abstand (d2) zu bestimmen. 11. Measuring system (10) according to claim 10, wherein the measuring sensor (100) is attached to the lifting device (200) and the lifting device is set up to move the measuring sensor (100) and to measure the second distance (d2) between the measuring sensor (100 ) and the bottom of the container (50) and to change the first distance (di) between the measuring sensor (100) and the medium (55) at the same time; wherein the measuring system is set up to determine the filling level from the difference between the first distance (di) and the second distance (d2) independently of the movement of the measuring sensor (100) by means of the lifting device (200).
12. Verwendung eines Messsystems nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur abgleichsfreien Füllstandmessung oder Füllstandüberwachung eines Mediums (55) in einem Behälter (50). 12. Use of a measuring system according to one of claims 9 to 11 for level measurement or level monitoring of a medium (55) in a container (50) without adjustment.
13. Verwendung eines Messsystems nach einem der Ansprüche 9 bis 11 für eine ergonomische Materialentnahme aus einem Behälter (50) zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. 13. Use of a measuring system according to one of claims 9 to 11 for an ergonomic removal of material from a container (50) for process automation in an industrial environment.
14. Verfahren mittels eines Messsensors (100) zur Füllstandmessung eines Mediums (55) in einem Behälter (50) für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, aufweisend die Schritte: 14. Method using a measuring sensor (100) for measuring the fill level of a medium (55) in a container (50) for process automation in an industrial environment, comprising the steps:
Aussenden und Empfangen (401) eines ersten Messsignals (115) mittels einer ersten Sensoreinheit (110), um einen ersten Abstand (di) zwischen dem Messsensor (100) und dem Medium (55) zu erfassen; Sending and receiving (401) a first measurement signal (115) by means of a first sensor unit (110) in order to detect a first distance (di) between the measurement sensor (100) and the medium (55);
Aussenden und Empfangen (402) eines zweiten Messsignals (125) mittels einer zweiten Sensoreinheit (120), um einen zweiten Abstand (d2) zwischen dem Messsensor (100) und dem Boden des Behälters (50) zu erfassen; Sending and receiving (402) a second measurement signal (125) by means of a second sensor unit (120) in order to detect a second distance (d2) between the measurement sensor (100) and the bottom of the container (50);
Bestimmen einen Füllstand aus einer Differenz zwischen dem ersten Abstand (di) und dem zweiten Abstand (d2) mittels einer Auswerteeinheit (130). Determine a fill level from a difference between the first distance (di) and the second distance (d2) using an evaluation unit (130).
15. Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor eines Messsensors (100) ausgeführt wird, den Messsensor anweist, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 14 durchzuführen. A program element which, when executed on a processor of a measurement sensor (100), instructs the measurement sensor to carry out the steps of the method according to claim 14.
16. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement nach Anspruch 15 gespeichert ist. 16. Computer-readable medium on which a program element according to claim 15 is stored.
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