DE10106176A1 - Ausrichtbarer Messkopf und diesen verwendende Füllstandsmessvorrichtung und -verfahren - Google Patents

Abstract

Ein Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen des Pegels eines Füllgutes in einem Behälter umfasst eine Sender-/Empfängereinheit zum Aussenden eines Abtastsignals und Empfangen eines von dem Füllgut zurückgeworfenen Echos des Abtastsignals, ein Befestigungselement zur Befestigung der Sender-/Empfängereinheit an einem Träger und wenigstens einen Aktor zum Bewegen der Sender-/Empfängereinheit relativ zum Befestigungselement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllstandsmessvorrich­ tungen mit einem ausrichtbaren Messkopf und einen solchen Messkopf sowie ein Füllstandsmessverfahren.

Füllstandsmessvorrichtungen, wie z. B. Radar- und Ultraschall­ sensoren oder optische Systeme werden zur Erfassung des Pegels eines Füllgutes in einem Behälter oder im Freien eingesetzt. Die Formen der Behälter können stark variieren. Um einen Mess­ kopf in Verbindung mit diversen Behältergeometrien einsetzen zu können, ist es bekannt, diesen mit einer Schwenkhalterung zu versehen, die an einer geeignet auszuwählenden Stelle der Behälterwandung montiert werden kann, und die es ermöglicht, die Ausrichtung der Sender-/Empfängereinheit des Messkopfs so festzulegen, dass möglichst unter allen Betriebsbedingungen ein befriedigendes, sicher auswertbares Echosignal erhalten wird.

Diese Art von Messköpfen weist diverse Unzulänglichkeiten auf. Zum einen hängt die Qualität der Messungen, die mit einem sol­ chen Messkopf gewonnen werden können, stark davon ab, wie ge­ schickt oder ungeschickt die Einbauposition und die Ausrich­ tung des Messkopfs an dem Behälter gewählt worden ist. Eine falsch gewählte Einbauposition kann dazu führen, dass nur bei bestimmten Füllhöhen brauchbare Messungen möglich sind. Im allgemeinen bedeutet dies, dass extrem niedrige Füllstände oder Bereiche mit Störechos aus dem brauchbaren Messintervall herausfallen. Es sind jedoch gerade die extremen Pegelwerte, deren Erfassung besonders wichtig ist, um ein Überfüllen oder Leerlaufen des Behälters zu vermeiden. So könnte man unbefan­ generweise annehmen, dass bei einem Schüttgutbehälter eine mittige, nach unten orientierte Anbringung des Messkopfs optimal sein müsste, damit das vom Messkopf ausgesandte Abtastsi­ gnal stets den Füllgutspiegel trifft und nicht etwa an Behäl­ terwänden gestreut wird. Eine solche Anbringung führt jedoch dazu, dass der Messkopf direkt der Spitze eines Füllgutkegels gegenüberliegt, der sich beim Befüllen des Behälters über ei­ nen aus technischen Gründen u. a. mittig angeordneten Einfüll­ stutzen bildet, so dass bei hohem Füllgutspiegel der Abstand zwischen Füllgut und Messkopf einen Mindestabstand unter­ schreitet, der für eine korrekte Verarbeitung des zurückgewor­ fenen Echosignals erforderlich ist. Außerdem würde ein solches Abtastsignal bei der Befüllung des Behälters sehr stark vom Füllgutstrahl beeinflußt, so dass gerade in dieser kritischen Phase eine zuverlässige Messung nicht möglich ist. Eine dezen­ trale, nach unten orientierte Anbringung des Messkopfs führt dazu, dass der sich vom Messkopf aus kegelartig aufweitende Strahl des Abtastsignals um so stärker an der Behälterwand ge­ streut wird, je niedriger der Füllstand ist, so dass hier niedrige Füllstände nicht befriedigend erfasst werden. Eine von der Vertikalen abweichende Orientierung des Messkopfs führt dazu, dass bei tiefen Füllständen die Achse des Abtast­ signalkegels die Behälterwand schneiden kann, was ebenfalls unerwünscht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Messkopf für ei­ ne Vorrichtung zum Messen des Pegels eines Füllgutes sowie ei­ ne solche Vorrichtung anzugeben, die die oben geschilderten Ausrichtungsprobleme vermeiden, und die deshalb auch durch un­ geübtes Personal leicht montierbar sind und dennoch zur Gewin­ nung zuverlässiger Messergebnisse geeignet sind.

Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch einen Messkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Füll­ standsmessvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4.

Der erfindungsgemäße Messkopf ist mit wenigstens einem Aktor zum Bewegen der Sender-/Empfängereinheit relativ zu ihrem Be­ festigungselement ausgestattet. Ein solcher Aktor kann auch nach Installation des Messkopfs immer dann betätigt werden, wenn in einer gegebenen Position des Messkopfs ein unbefriedi­ gendes Echosignal empfangen wird.

Ein solcher Aktor kann zum Drehen oder zum Verschieben und/oder zum Verkippen des Messkopfs eingesetzt werden; selbstverständlich können auch mehrere Aktoren kombiniert wer­ den, um den Messkopf in mehreren Freiheitsgraden der Rotation und/oder der Translation zu bewegen.

Die erfindungsgemäße Füllstandsmessvorrichtung ist mit einem solchen Messkopf und einer Steuereinheit zum Ansteuern von de­ ren wenigstens einem Aktor ausgestattet.

Die selbsttätige Ansteuerung der Regung des Aktors kann nach diversen Kriterien erfolgen. Ein erstes Grundprinzip der An­ steuerung des Aktors ist die Beurteilung der Qualität des in einer gegebenen Position empfangenen Echosignals durch die Steuereinheit und die Ansteuerung des Aktors zum Verändern der Position des Messkopfs, wenn diese Qualität als mangelhaft be­ urteilt wird. Für die Beurteilung der Qualität sind diverse Kriterien denkbar, z. B. kann ein Signal als mangelhaft angese­ hen werden, wenn seine Intensität oder das Signalrauschver­ hältnis einen Grenzwert unterschreitet, oder wenn die Laufzeit des Echosignals außerhalb eines zugelassenen Intervalls liegt. Die untere Grenze dieses Intervalls ist im allgemeinen durch den oben erwähnten, für die korrekte Verarbeitung des Echosi­ gnals erforderlichen Mindestabstand definiert, die obere Gren­ ze kann jeweils für unterschiedliche Messpositionen unter­ schiedlich definiert sein. Genauer gesagt entspricht die Defi­ nition der oberen Grenze der Laufzeit eines Echosignals in der betreffenden Position des Messkopfs bei leerem Behälter. Diese obere Grenze kann von außen vorgegeben werden, z. B. indem sie vorab in Abhängigkeit von der Behältergeometrie errechnet und in die Steuereinheit eingegeben wird, wesentlich bequemer und flexibler ist es jedoch, wenn die Steuereinheit das zugelasse­ ne Intervall für eine Position des Messkopfs anhand einer an dem Behälter in leerem Zustand mit der gleichen Position des Messkopfs durchgeführten Messung selbsttätig definiert. Das heißt, es wird davon ausgegangen, dass die Signallaufzeit in einem nicht leeren Behälter auf jeden Fall kürzer sein muss als die am leeren Behälter gemessene, so dass die am leeren Behälter gemessene Laufzeit als obere Grenze des Intervalls festgelegt werden kann.

Die Verstellbarkeit des Messkopfs kann auch dazu genutzt wer­ den, Messungen in verschiedenen Positionen des Messkopfs durchzuführen, die jeweils unterschiedlichen Auftreffbereichen des Signalkegels auf den Füllgutspiegel entsprechen. Die so erhaltene Mehrzahl von Messwerten kann genutzt werden, um das Oberflächenprofil des Füllgutes im Behälter zu erfassen und darauf basierend eine für das Volumen des Füllguts repräsenta­ tive Größe zu berechnen. Um für eine solche Berechnung die Menge an Füllgut unterhalb des erfassten Spiegels zu berech­ nen, benötigt die Steuereinheit gespeicherte Daten über die Gestalt des Behälters. Diese Daten können vorab in die Steuer­ einheit eingegeben werden, besonders bequem und flexibel ist jedoch die Möglichkeit, die Steuereinheit diese Daten anhand von an dem Behälter in leerem Zustand durchgeführten Messungen selbst erzeugen zu lassen.

Zweckmäßig ist ferner, wenn die Steuereinheit die für eine Mehrzahl von Messkopfpositionen erhaltenen Messwerte mit einem erwarteten Oberflächenprofil vergleicht und Messwerte ver­ wirft, deren Abweichung von dem erwarteten Oberflächenprofil einen Grenzwert übersteigt. Ein solches erwartetes Oberflä­ chenprofil kann die Form eines Schüttkegels oder dergleichen mit einem für das jeweils zu überwachende Füllgut charakteri­ stischen Oberflächenverlauf haben. Das Niveau dieses Schüttke­ gels oder dergleichen in dem Behälter kann anhand der Mehrzahl erhaltener Messwerte z. B. durch ein Optimierungsverfahren an­ gepasst werden, z. B. nach dem Kriterium der kleinsten Fehler­ quadrate. Wenn in einer Position ein Messwert erhalten wird, der von dem solcherart angepassten erwarteten Schüttkegel oder dergleichen übermäßig stark abweicht, so kann angenommen wer­ den, dass die Messung in dieser Position gestört ist, und der Messwert kann verworfen werden. Die Abweichung des in einer einzelnen Position erhaltenen Messwerts von einem erwarteten Oberflächenprofil kann auch als ein Kriterium für die Qualität des Echosignals an dieser Position herangezogen werden und die Steuereinheit veranlassen, für fortgesetzte Messungen eine an­ dere Position des Messkopfs einzustellen.

Des weiteren kann die Steuereinheit so ausgebildet sein, daß vom Messkopf mit der Zeit erfaßte, übermäßige Abweichungen vom erwateten Behälterprofit ausgenutzt, Warnmeldungen zu generie­ ren. Eine Bedienperson kann so z. B. in einfacher Weise auf ungewöhnliche Veränderungen innerhalb des Messraumes hingewie­ sen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen mit einer er­ findungsgemäßen Füllstandsmessvorrichtung ausgestat­ teten Schüttgutbehälter;

Fig. 2a einen Schnitt durch den oberen Bereich eines Schütt­ gutbehälters gemäß einer zweiten Ausgestaltung;

Fig. 2b einen horizontalen Schnitt durch den oberen Bereich des Schüttgutbehälters;

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch den oberen Bereich eines Schüttgutbehälters nach einer dritten Ausge­ staltung der Erfindung;

Fig. 4a ein von der erfindungsgemäßen Füllstandsmessvorrich­ tung durchgeführtes Initialisierungsverfahren;

Fig. 4b eine erste Ausgestaltung eines Betriebsverfahrens der Füllstandsmessvorrichtung;

Fig. 5 eine zweite Ausgestaltung eines Betriebsverfahrens; und

Fig. 6 Verfahrensschritte einer weiterentwickelten Variante des Betriebsverfahrens der Fig. 4b.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen vertikalen Schnitt einen Behälter mit Füllstandsmessvorrichtung. Die Füllstandsmessvor­ richtung umfasst einen im Innern des Behälters 1 an dessen Decke 2 montierten Messkopf 3, eine mit dem Messkopf 3 verbun­ dene Steuereinheit 4 sowie eine Anzeigeeinheit 5, z. B. ein Display. Die Steuereinheit 4 kann als ein dem Messkopf 3 zuge­ ordneter geeignet programmierter Mikroprozessor implementiert sein; es kann sich aber auch um einen unspezialisierten Compu­ ter handeln, der mit dem Messkopf 3 über eine Schnittstelle (nicht dargestellt) kommuniziert und in der Lage ist, ein Pro­ gramm abzuarbeiten, dessen Verfahrensschritte im folgenden noch genauer erläutert werden.

Der Messkopf 3 umfasst eine Sender-/Empfängereinheit 6 zum Aussenden eines Abtastsignals, insbesondere eines Radar- oder Ultraschallsignals (auch optisches Signal möglich), in den unteren Bereich des Behälters 1, wo sich ein zu erfassendes Füllgut 7 befindet, und zum Empfangen eines von dem Füllgut 7 zurückgeworfenen Echosignals, ein Befestigungselement zur Be­ festigung der Sender-/Empfängereinheit 6 an der als Träger fungierenden Decke 2 des Behälters 1 und einen Aktor (nicht gezeigt), der durch die Steuereinheit 4 ansteuerbar ist, um die Orientierung der Sender-/Empfängereinheit 6 zu variieren. Als Aktor ist ein beliebiges Stellelement geeignet, das in der Lage ist, die Orientierung der Sender-/Empfängereinheit 6 in Bezug auf den Behälter 1 zu variieren und sie in einer einge­ stellten Orientierung zu halten. Der Messkopf 3 ist in der Fig. 1 in drei verschiedenen Orientierungen gezeigt, denen je­ weils mit 81, 82, 83 bezeichnete Achsen des Abtaststrahls ent­ sprechen.

Bei dem in der Figur gezeigten, ungefähr mittigen Pegel des Füllguts 7 treffen die Abtaststrahlen 81, 82 auf den Füllgut­ spiegel und erzeugen dort ein von der Sender-/Empfängereinheit 6 erfassbares Echo. Der Abtaststrahl 83 hingegen trifft zu­ nächst auf die Behälterwand und wird von dort reflektiert, be­ vor er das Füllgut 7 erreicht. Es ist daher davon auszugehen, dass die Abtaststrahlen 81, 82 ein brauchbares Echosignal lie­ fern werden; der Strahl 83 hingegen nicht.

Bei hohem Füllstand kann das Füllgut 7 dem Messkopf 3 sehr na­ he kommen, so dass eine zuverlässige Erfassung des Nutzechos nicht mehr möglich ist. Da bei einem solchen hohen Füllstand der Strahl 83 nicht die Behälterwand anschneidet, bevor er auf das Füllgut 7 trifft, ist in dieser Situation die dem Strahl 83 entsprechende Orientierung geeignet.

Bei niedrigem Füllstand kann sich für den Abtaststrahl 82 das Problem ergeben, dass dieser auf den kegelförmigen Boden 9 des Behälters 1 trifft, noch bevor der Behälter tatsächlich ent­ leert ist, und dass die in diesem Zustand noch vorhandene Restmenge an Füllgut nicht mehr erfasst werden kann. Wenn der Abtaststrahl sich vom Messkopf 3 aus stark aufweitet, ergibt sich darüber hinaus das Problem, dass der Anteil des Abtast­ strahls, der an den Behälterwänden reflektiert wird, bevor er auf das Füllgut trifft, mit abnehmendem Füllstand immer größer wird, so dass die Messsicherheit und -genauigkeit mit fallen­ dem Füllstand allmählich abnimmt. Daher ist zur Füllstandsmes­ sung bei niedrigen Füllständen der in Richtung des Behälter­ auslaufs 10 orientierte Strahl 81 besser geeignet. Es ist leicht einzusehen, dass diese Probleme leicht mit Hilfe des Aktors zu beheben sind, der von der Steuereinheit 4 angesteu­ ert wird, um im Falle von Messproblemen die Position des Mess­ kopfs 3 anzupassen oder zyklisch nach besseren Messpositionen zu suchen.

Bevor auf die Art und Weise dieser Anpassung eingegangen wird, sollen noch kurz alternative Möglichkeiten der Anbringung des Messkopfs angegeben werden. Während bei dem Messkopf der Fig. 1 das Befestigungselement die Form eines einfachen Arms hat, an dem die Sender-/Empfängereinheit 6 schwenkbar ist, so ist statt dessen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2a, 2b das Be­ festigungselement als eine Schiene 12 ausgebildet, die sich entlang der Decke 2 des Behälters 1 spannt. Wie der horizonta­ le Schnitt der Fig. 2b zeigt, verläuft die Schiene 12 zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Behälters 1 leicht gekrümmt, um den an der Decke 2 mittig angebrachten Einfüllstutzen 13 zu umgehen. Als Aktor dient in diesem Fall ein Linearantriebselement zum Verschieben der Sender-/Empfän­ gereinheit 6 entlang der Schiene 12. Ein weiterer Aktor kann zum Schwenken der Sender-/Empfängereinheit 6 in Bezug auf die Schiene 12 mit einem oder zwei Rotations-Freiheitsgraden vor­ gesehen sein.

Eine weitere Ausgestaltung mit einem als Schienensystem ausge­ bildeten Befestigungselement zeigt Fig. 3. Das Schienensystem besteht aus einer sich kreisförmig um die vertikale Achse des Behälters 1 bzw. den Einfüllstutzen 13 erstreckenden ersten Schiene 14 und einer daran verfahrbaren, radial orientierten zweiten Schiene 15, an der wiederum die Sender-/Empfängerein­ heit 6 verfahrbar gehalten ist. Mit Hilfe dieses Schienensy­ stems ist die Sender-/Empfängereinheit 6 an praktisch jedem beliebigen Punkt an der Decke 2 des Behälters 1 plazierbar.

Die Sender-/Empfängereinheit 6 kann so konstruiert werden, dass sie scharf gebündelte Abtaststrahlen erzeugt. Da die Sen­ der-/Empfängereinheit 6 bei jeder der oben beschriebenen Aus­ gestaltungen eine Vielzahl von Positionen einnehmen kann, ist es nicht erforderlich, dass in jeder einzelnen Position ein auswertbares Echosignal zu empfangen ist. Während im Falle ei­ ner unbeweglichen Sender-/Empfängereinheit ein beträchtlicher Strahlöffnungswinkel erforderlich ist, um zu gewährleisten, dass der Strahl stets auf einen Abschnitt der Oberfläche des Füllguts trifft, der ein brauchbares Echo liefern kann, kann und sollte im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine Sender-/Empfängereinheit 6 zum Einsatz kommen, deren Abtast­ strahl auch bei niedrigem Füllstand nicht mehr als 25%, vor­ zugsweise deutlich weniger als 10% der Oberfläche des Füllguts 7 ausleuchtet. Die Zahl der Fremdkörper, die nicht zur zu er­ fassenden Füllgutoberfläche gehören und dennoch vom Abtast­ strahl getroffen werden und Störbeiträge zum Echosignal lie­ fern, ist natürlich um so geringer, je stärker gebündelt der Strahl ist. Dementsprechend vereinfacht sich auch die Auswer­ tung des Echosignals bei scharfer Bündelung.

Ein erstes Beispiel für die Arbeitsweise der Steuereinheit 4 soll nun anhand der Fig. 4a, b beschrieben werden. Fig. 4a betrifft eine Initialisierung, die jeweils dann vorgenommen wird, wenn die Füllstandsmessvorrichtung neu installiert wor­ den ist oder bauliche Veränderungen an dem Behälter 1 vorge­ nommen worden sind.

Mit Hilfe des Aktors (oder gegebenenfalls der mehreren Akto­ ren) ist eine Vielzahl von Positionen der Sender-/Empfänger­ einheit 6 einstellbar. Eine solche Position wird in Schritt S1 ausgewählt, ein Abtastsignal wird ausgesendet, und das empfan­ gene Echosignal wird in Schritt S2 ausgewertet. Wenn der Be­ hälter 1 leer ist, so kann anhand der Laufzeit des empfangenen Echosignals die Behälterhöhe an der eingestellten Position ab­ geschätzt werden. Der erhaltene Wert wird in Schritt S3 abge­ speichert. Diese Schrittfolge wird so lange wiederholt, bis sie für die Vielzahl von Positionen der Sender-/Empfänger­ einheit 6 durchgeführt worden ist.

Fig. 4b zeigt die bei der fortlaufenden Füllstandsüberwachung durchgeführten Verfahrensschritte. Zunächst wird hier in Schritt S5 unter den verschiedenen möglichen Messpositionen eine ausgewählt. Ein Echosignal wird in Schritt S6 empfangen, und es wird beurteilt, ob seine Qualität ausreichend ist, um eine hinreichend zuverlässige Füllstandsmessung zu erlauben. Hierzu wird zunächst in Schritt S7 die Intensität des Echosi­ gnals mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Wenn das Echosignal zu schwach ist, so ist dies ein starkes Indiz da­ für, dass es nicht auf eine direkte Reflexion des Abtastsi­ gnals an der Oberfläche des Füllguts zurückgeht, und dass des­ halb seine Auswertung nicht zu korrekten Messergebnissen füh­ ren kann. (^nm: Bei schwachen Echosignalen oder einem völlig anderen Echobild kann auch eine Befüllung vorliegen. Daher kann auch ein schwaches Echo ein Nutzecho sein).

Wenn die Intensität des Messsignals für ausreichend befunden wird, geht das Verfahren weiter zu Schritt S8, in dem die Laufzeiten der wichtigsten Beiträge des Echosignals mit der bei der Initialisierung gemessenen Behältertiefe für die be­ treffende Messposition verglichen werden. Beiträge, deren Laufzeit auf eine größere Entfernung der Echoquelle von der Sender-/Empfängereinheit 6 schließen ließen, als dies der Be­ hältertiefe entspricht, können auf Mehrfachreflexion zurückge­ hen und können deshalb unbrauchbar sein. Wenn das Echosignal auch Beiträge mit hinreichend kurzer Laufzeit enthält, geht das Verfahren über zu Schritt S9, in dem überprüft wird, ob unter diesen Beiträgen mit kurzer Laufzeit ein stärkster Bei­ trag identifizierbar ist. Wenn ja, so kann das Echosignal in Schritt S10 ausgewertet und ein Messwert geliefert werden. An­ dernfalls, d. h. wenn unter mehreren Beiträgen mit kurzer Lauf­ zeit keiner vorhanden ist, der deutlich stärker als die ande­ ren ist, wird das Messsignal als mangelhaft beurteilt. In ei­ nem solchen Fall ist die aktuelle Messposition offenbar ungün­ stig für eine Messung, und das Verfahren kehrt zu Schritt S5 zurück, wo eine neue Messposition gewählt wird.

Allgemein kann man sagen, dass immer dann, wenn das Echosignal Merkmale z. B. Signalrauschverhältnis, Amplitude oder ähnliches aufweist, die eine eindeutige Auswertung verhindern oder unsi­ cher erscheinen lassen, eine neue Messposition gewählt wird.

Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Messkopf nicht nur zur Erzeugung jeweils eines einzelnen Pegelmesswerts ein­ gesetzt werden, vielmehr kann ein solcher Messkopf auch dazu dienen, durch Pegelmessungen an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Füllguts gleichzeitig oder kurz nacheinander diese Oberfläche gewissermaßen zu "kartieren". Ein solches Verfahren zeigt Fig. 5. Es baut ebenfalls auf einer zuvor durchgeführten Initialisierung für die verschiedenen Messposi­ tionen gemäß Fig. 4a auf. Wie im Falle der Fig. 4b wird zu­ nächst eine Messposition gewählt und in dieser ein Echosignal empfangen. Die Beurteilung der Qualität, in Fig. 5 mit S7-9 bezeichnet, kann in der gleichen Weise wie für Fig. 4b be­ schrieben erfolgen. Wenn das Messsignal als brauchbar beur­ teilt wird, wird es in Schritt S10 ausgewertet, und der be­ rechnete Füllstand wird in Schritt S11 von der für die betreffende Messposition zuvor ermittelten Behältertiefe abgezogen. Die Schritte S5 bis S11 werden über alle Messpositionen wie­ derholt, so dass schließlich eine Vielzahl von Differenzwerten vorliegt, die für jeden Messpunkt die Höhe der Füllgutsäule über dem Boden angeben. Anhand der Vielzahl solcher Werte kön­ nen für diejenigen Positionen, an denen kein brauchbares Echo­ signal empfangen wurde, die entsprechenden Werte durch Inter­ polation der für benachbarte Positionen erhaltenen Werte ge­ wonnen werden (Schritt S13). Durch geeignete Summation oder Integration über die erhaltenen Differenzwerte wird schließ­ lich das Volumen des Füllguts im Behälter erhalten (Schritt S14).

Messungen an zu einer eingestellten Messposition benachbarten Positionen können auch dazu eingesetzt werden, die Qualität eines Echosignals an der eingestellten Messposition zu beur­ teilen. Fig. 6 zeigt Verfahrensschritte, die zu diesem Zweck an beliebiger Stelle zwischen den Schritten S6 bis S10 des Verfahrens nach Fig. 4b eingefügt werden können. In einem er­ sten dieser Schritte S20 werden Messungen an einer Mehrzahl von Nachbarpositionen zu der eingestellten Messposition durch­ geführt. Anhand der empfangenen Echosignale werden in Schritt S21 Füllstandswerte für die diversen Nachbarpositionen ermit­ telt. Diese Messwerte und der an der eingestellten Messpositi­ on erhaltene Wert werden mit einem erwarteten Verlauf der Oberfläche des Füllguts verglichen (S22). Als erwarteter Ver­ lauf kann z. B. ein Schüttkegel mit für das jeweilige Füllgut charakteristischem Böschungswinkel angenommen werden, dessen mittleres Niveau sich aus der Gesamtheit der Messwerte an der eingestellten Messposition und den Nachbarpositionen abschät­ zen läßt. Denkbar ist auch, als erwarteten Verlauf einen Mit­ telwert von bereits früher für den gleichen mittleren Füll­ standspegel gemessenen Oberflächenverläufen anzunehmen. Wenn der Messwert an der eingestellten Messposition im Rahmen einer angenommenen Messgenauigkeit der Füllstandsmessvorrichtung mit dem erwarteten Verlauf übereinstimmt (23), so wird die einge­ stellte Messposition weiterhin als geeignet angesehen, und der Messbetrieb kann an der eingestellten Position fortgesetzt werden. Wenn der Messwert an der eingestellten Messposition übermäßig vom erwarteten Verlauf abweicht, so läßt dies auf einen Messfehler schließen, der z. B. auf Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenstruktur des Füllguts zurückgeführt werden kann oder darauf, dass der Abtaststrahl auf Füllgut trifft, das im Laufe der Entleerung des Behälters 1 an dessen Wand haften ge­ blieben ist während die Oberfläche der Hauptmasse des Füllguts weiter zurückgewichen ist. In diesem Fall wird in Schritt S24 eine Messposition neu gewählt. Als neue Messposition kann eine der Nachbarpositionen herangezogen werden, die einen gut der Erwartung entsprechenden Messwert geliefert hat.

Claims (18)

1. Messkopf für eine Vorrichtung zum Messen des Pegels eines Füllgutes, mit einer Sender-/Empfängereinheit zum Aussen­ den eines Abtastsignals und Empfangen eines von dem Füll­ gut zurückgeworfenen Echos des Abtastsignals und einem Be­ festigungselement zur Befestigung der Sender-/Empfänger­ einheit an einem Träger, gekennzeichnet durch wenigstens einen Aktor zum Bewegen der Sender-/Empfängereinheit rela­ tiv zum Befestigungselement.

2. Messkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender-/Empfängereinheit durch wenigstens einen Aktor drehbar ist.

3. Messkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender-/Empfängereinheit durch wenigstens einen Aktor verschiebbar und/oder verkippbar ist.

4. Füllstandsmessvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Messkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und eine Steuer­ einheit zum Ansteuern des wenigstens einen Aktors.

5. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, die Qualität des in einer gegebenen Position empfangenen Echo­ signals zu beurteilen und den Aktor zum Verändern der Po­ sition anzusteuern, wenn die Qualität als mangelhaft beur­ teilt wird.

6. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuereinheit die Qualität eines Echo­ signals als mangelhaft beurteilt, wenn seine Intensität und/oder Signalrauschverhältnis einen Grenzwert unter­ schreitet.

7. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Qualität eines Echosignals als mangelhaft beurteilt, wenn die Laufzeit des Echosignals außerhalb eines zugelassenen Intervalls liegt.

8. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das zugelassene Intervall jeweils für un­ terschiedliche Messpositionen unterschiedlich definiert ist.

9. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Steuereinheit das zugelassene Intervall für eine Position anhand einer an einem Behälter im leeren Zustand durchgeführten Messung definiert.

10. Füllstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Qua­ lität eines Echosignals als mangelhaft beurteilt, wenn es mehrere ähnlich starke Beiträge mit unterschiedlichen Laufzeiten aufweist.

11. Füllstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit anhand von in verschiedenen Positionen des Messkopfs durchgeführ­ ten Messungen eine für das Volumen des Füllguts repräsen­ tative Größe berechnet.

12. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Steuereinheit die Berechnung anhand gespeicherter Daten über die Gestalt des Behälters durch­ führt.

13. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Steuereinheit die Daten über die Gestalt des Behälters anhand von an dem Behälter im leeren Zustand durchgeführten Messungen erzeugt.

14. Füllstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit anhand von in verschiedenen Positionen des Messkopfs erhaltenen Messwerte ein Oberflächenprofil des Füllgutspiegels er­ zeugt.

15. Füllstandsmessvorrichtung nach Anspruch 5 und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Quali­ tät eines Echosignals als mangelhaft beurteilt, dessen Ab­ weichung von dem erwarteten Oberflächenprofil einen Grenz­ wert übersteigt.

16. Verfahren zum Messen des Füllstands mit Hilfe eines Mess­ kopfs, mit den Schritten:

• a) Aussenden eines Abtastsignals und Empfangen des zu­ rückgeworfenen Echos,
• b) Beurteilen der Qualität des zurückgeworfenen Echos,
• c) wenn die Qualität als mangelhaft beurteilt wird, Än­ dern der Position des Messkopfs und Wiederholen der Schritte a) bis c); sonst
• d) Auswerten des Echos und Ausgeben eines Messwerts.

17. Verfahren insbesondere nach Anspruch 17, zum Messen des Füllstands mit Hilfe eines Messkopfs, dadurch gekennzeich­ net, dass der auszugebende Messwert aus für mehrere ver­ schiedene Positionen des Messkopfs erhaltenen Echosignalen berechnet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Messwert ein Volumen des Füllgutes berechnet wird.