DE102004009032A1

DE102004009032A1 - Capacitive filling level measurement device has an electronic control unit that applies a voltage control signal at regular intervals to a capacitive filling level probe

Info

Publication number: DE102004009032A1
Application number: DE200410009032
Authority: DE
Inventors: Armin Wernet; Roland Dieterle; Kaj Uppenkamp
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Device for capacitive measurement and or monitoring of the filling level of a medium (1) in a container (2) has at least a filling level probe (5) and at least an electronic unit (10) which generates a voltage control signal for controlling the filling level probe. The electronic unit is configured so that it controls the filling level probe by application of a voltage control signal at regular intervals. An independent claim is made for a method for capacitive determination and or monitoring of the filling level of a medium in a container.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, mit mindestens einer Füllstandssonde, und mit mindestens einer Elektronikeinheit, die ein Spannungsansteuersignal zur Ansteuerung der Füllstandssonde erzeugt.The The invention relates to an apparatus and a method for Capacitive determination and / or monitoring the level a medium in a container, with at least one level probe, and at least one electronics unit having a voltage drive signal for controlling the level probe generated.

Kapazitive Messgeräte zur Füllstandsmessung sind seit vielen Jahren bekannt. Dabei bilden eine in den Behälter ragende Sonde und die Behälterwand oder zwei in den Behälter ragende Sonden einen Kondensator. Dessen Kapazität C ist abhängig vom Füllstand und der Dielektrizitätskonstante des zu messenden Mediums. Wird die Sonde mit einem Spannungssignal angesteuert, so kann aus dem gemessenen Stromsignal die Kapazität berechnet und damit auf den Füllstand rückgeschlossen werden. Üblicherweise wird permanent ein Spannungssignal an die Sonde angelegt. Dies bedeutet nicht nur einen hohen Energiebedarf für die Erzeugung des Spannungssignals, sondern auch für die Auswertung des jeweils gemessenen Stromsignals. Mittlerweile ist es durch den Fortschritt der Technik möglich geworden, das Antwortsignal der Sonde digital auszuwerten. Dies geschieht über einen Mikroprozessor im Messgerät (siehe hierzu die Patentanmeldung der Anmelderin unter dem Aktenzeichen DE 103 22 279 ). Somit ergeben sich u. a. mehr Möglichkeiten als bei der klassischen Analogtechnik.Capacitive level gauges have been known for many years. In this case, a protruding into the container probe and the container wall or two projecting into the container probes form a capacitor. Its capacitance C depends on the level and the dielectric constant of the medium to be measured. If the probe is controlled with a voltage signal, then the capacity can be calculated from the measured current signal and thus conclusions can be drawn on the filling level. Usually, a voltage signal is permanently applied to the probe. This not only means a high energy requirement for the generation of the voltage signal, but also for the evaluation of the respectively measured current signal. Meanwhile, it has become possible through the advancement of technology to digitally evaluate the response signal of the probe. This is done via a microprocessor in the meter (see the patent application of the applicant under the file number DE 103 22 279 ). Thus, there are more possibilities than with the classical analog technology.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, kapazitiv und möglichst optimal in Bezug auf die zur Verfügung stehende Energie den Füllstand zu messen.The The object of the invention is capacitive and possible optimal in terms of the available energy the level to eat.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Elektronikeinheit so ausgestaltet ist, dass sie zu vorgebbaren Zeitpunkten die Füllstandssonde mit dem Spannungsansteuersignal ansteuert. Die Idee der Erfindung ist also, dass die Sonde nicht kontinuierlich, sondern gepulst angesteuert wird. Die Ansteuerung geschieht also nur zu den vorgegebenen Zeitpunkten. Diese Zeitpunkte kann sich jedoch die Elektronikeinheit nach bestimmten Kriterien selbst adaptiv vorgeben. Durch die Erfindung ergeben sich keine Schwierigkeiten bei der Überwachung des Füllstandes, da üblicherweise Füllvorgänge und die damit verbundenen relevanten Füllstände deutlich größere Zeitskalen aufweisen und da auch bei der kontinuierlichen Auswertung nicht kontinuierliche Messwerte entstehen, da die Signale auch zuerst ausgelesen und dann verarbeitet werden müssen. Der gepulste Betrieb hat den Vorteil, dass weniger Energie benötigt wird. Zum anderen kann aber auch bei einer vorgegebenen Energie die Amplitude des Anregungssignals erhöht werden, wodurch beim Messsignal sich ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis ergibt. Durch gleiche Energie kann also durch die Erfindung eine höhere Performance erzielt werden.The The object is achieved according to the invention Device solved by that the electronic unit is designed so that they are predeterminable Times the level probe with the voltage drive signal drives. The idea of the invention So, the probe is not driven continuously but pulsed becomes. The control thus only happens at the given times. However, these times may be determined by the electronics unit Specify criteria yourself adaptively. The invention results no difficulties in monitoring the level, there usually Filling operations and the associated relevant fill levels significantly larger timescales have and also in the continuous evaluation not Continuous readings arise because the signals are also first must be read out and then processed. The pulsed operation has the advantage that less energy is needed. On the other hand but also at a given energy, the amplitude of the excitation signal elevated which gives the signal a better signal-to-noise ratio. By the same energy so can through the invention, a higher performance be achieved.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung mit einer Energiequelle verbunden ist, und dass die Zeitpunkte in Abhängigkeit von der durch die Energiequelle bereitgestellten Energie festlegbar sind. Es kann also die Energie z.B. in einem Kondensator gespeichert werden, bis eine ausreichende Signalamplitude erzeugt werden kann. Es ist weiterhin möglich, auf die von der Energiequelle bereitgestellte Energiequantität einzugehen und ggf. die Messzeitpunkte weiter auseinander zu setzen oder eine höhere Messrate vorzugeben.A Embodiment of the device according to the invention Provides that the device is connected to a power source is, and that the times depend on by the Energy provided energy are determinable. It can So the energy e.g. be stored in a capacitor until a sufficient signal amplitude can be generated. It is still possible, to respond to the energy quantity provided by the energy source and if necessary, to further differentiate the measuring times or one higher Specify measuring rate.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Energiequelle um eine Batterie handelt. Bei einer solchen Batterie kann durch die Erfindung die Lebensdauer deutlich erhöht werden. Dabei muss auch in Abhängigkeit von den zu erwartenden Änderungszeiten des Füllstandes ein optimales Timing eingestellt wird.A Embodiment of the device according to the invention provides that the energy source is a battery. With such a battery, the life of the invention can be made clear elevated become. It must also be dependent of the expected change times the level an optimal timing is set.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Zeitpunkte periodisch sind. Zwischen den Zeitpunkten zur Ansteuerung der Sonde liegt also jeweils der gleiche zeitliche Abstand.A Embodiment of the device according to the invention implies that the times are periodic. Between the times to control the probe so in each case the same time interval.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens ein Mikroprozessor in der Elektronikeinheit vorgesehen ist. Über einen solchen Mikroprozessor sind die digitale Ansteuerung der Sonde und die digitale Auswertung des Messsignals möglich. Weiterhin können auch die optimalen Zeitpunkte bestimmt werden, zu denen die Ansteuerung der Füllstandssonde geschieht. Es müssen also der Energieverbrauch der Anregung und der Auswertung und die gegebene Energiemenge bekannt sein. Weiterhin kann das angestrebte Signal-Rausch-Verhältnis in die Berechnung der Zeitpunkte eingehen.A Embodiment of the device according to the invention provides that at least one microprocessor in the electronics unit is provided. About one such microprocessor are the digital control of the probe and the digital evaluation of the measuring signal possible. You can also continue the optimal times are determined, to which the control the level probe happens. To have to thus the energy consumption of the excitation and the evaluation and the given amount of energy be known. Furthermore, the desired Signal-to-noise ratio to enter into the calculation of the times.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, mit mindestens einer Füllstandssonde, und mit mindestens einer Elektronikeinheit, die ein Spannungsansteuersignal zur Ansteuerung der Füllstandssonde erzeugt, wobei die Füllstandssonde zu vorgebbaren Zeitpunkten von der Elektronikeinheit angesteuert wird. Der Füllstand wird also nicht kontinuierlich, sondern zu diskreten Zeitpunkten gemessen. Dabei hängen die Abstände der Zeitpunkte von der Anwendung ab, bei welcher der Füllstand gemessen wird. Weiterhin bestimmt die zur Verfügung stehende Energiequelle die Zeitpunkte und deren Abstände.The Invention solves the task with a method for capacitive determination and / or monitoring the level a medium in a container, with at least one level probe, and with at least one electronics unit which is a voltage drive signal for controlling the level probe generated, wherein the level probe triggered by the electronic unit at predeterminable times becomes. The level So it does not become continuous, but at discrete points in time measured. Hang it the distances the time points from the application, at which the level is measured. Furthermore, determines the available energy source the times and their distances.

Dafür sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Zeitpunkte in Abhängigkeit von einer zur Verfügung stehenden Energie und/oder Energiequelle festgelegt werden. Handelt es sich bei der Energiequelle beispielsweise um eine Batterie, so kann aus der Energiemenge der Batterie, aus dem Energieverbrauch für eine Messung und aus einer projizierten Lebensdauer der Abstand der Zeitpunkte berechnet werden.See it an embodiment of the method according to the invention that the Times in dependence from one available stationary energy and / or energy source. These For example, the power source is a battery, so can from the amount of energy of the battery, from the energy consumption for one Measurement and from a projected life the distance of the times be calculated.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden einzigen Zeichnung näher erläutert.The Invention will be explained in more detail with reference to the following single drawing.

Es zeigt:It shows:

1: ein Blockschaltbild der Vorrichtung bei der Messung des Füllstandes. 1 : A block diagram of the device in the measurement of the level.

1 zeigt schematisch die Vorrichtung. Die Elektronikeinheit 10 ist mit der Füllstandssonde 5 verbunden und steuert sie mit einem Spannungsansteuersignal an. Die Sonde 5, die Wand des Behälters 2 und das Medium 1 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität C u.a. vom Füllstand des Mediums 1 abhängt. Somit kann aus dem Messsignal der Sonde 5, welches von der Elektronikeinheit 10 empfangen und ausgewertet wird, der Füllstand des Mediums 1 berechnet werden. Die Elektronikeinheit 10 weist den Mikroprozessor 15 auf, der die Ansteuerung der Sonde 5 und die Auswertung des Messsignals vornimmt. Durch den Mikroprozessor 15 ist eine digitale Auswertung und Ansteuerung möglich. Weiterhin können über den Mikroprozessor 15 auch die Zeitpunkte festgelegt werden, an welchen die Sonde 5 angesteuert und somit ein Messpunkt erzeugt wird. Die Vorrichtung ist mit der Energiequelle 11 verbunden, die beispielsweise eine Batterie ist. Vorteilhaft ist es, wenn beispielsweise der Energiegehalt der Energiequelle 11 dem Mikroprozessor 15 übermittelt wird und somit die optimalen Zeitpunkte für die Messung festgelegt werden. Ein Kriterium kann für die Festlegung der Zeitpunkte sein, dass eine möglichst hohe Lebensdauer der Energiequelle 11 erzielt wird oder dass bei gegebener Energiemenge eine möglichst optimales Signal-Rausch-Verhältnis erzielt wird, indem die Messpunkte größere zeitliche Abstände aufweisen, indem jedoch die Anregungsamplitude deutlich größer ist. Eine Möglichkeit ist, dass nicht nur der Füllstand ausgewertet wird, sondern dass auch das Signal-Rausch-Verhältnis überwacht wird und dass z.B. beim Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes die Zeitpunkte weiter auseinander gesetzt werden, um die Amplitude entsprechend erhöhen zu können. Dabei ist jedoch auch eine Plausibilitätsbetrachtung nötig, so dass nicht bei einer unbedeckten Sonde 5 die Amplitude des Anregungssignals erhöht wird. 1 schematically shows the device. The electronics unit 10 is with the level probe 5 connected and controls it with a voltage drive signal. The probe 5 , the wall of the container 2 and the medium 1 form a capacitor whose capacity C, among others, the level of the medium 1 depends. Thus, from the measurement signal of the probe 5 , which is from the electronics unit 10 received and evaluated, the level of the medium 1 be calculated. The electronics unit 10 has the microprocessor 15 on, the driving of the probe 5 and performs the evaluation of the measurement signal. Through the microprocessor 15 is a digital evaluation and control possible. Furthermore, you can use the microprocessor 15 also the times are fixed at which the probe 5 controlled and thus a measuring point is generated. The device is with the power source 11 connected, which is for example a battery. It is advantageous if, for example, the energy content of the energy source 11 the microprocessor 15 is transmitted and thus the optimal time points are determined for the measurement. A criterion for determining the times can be that the highest possible service life of the energy source 11 is achieved or that for a given amount of energy optimum signal-to-noise ratio is achieved by the measurement points have greater time intervals, but by the excitation amplitude is significantly greater. One possibility is that not only the level is evaluated, but also that the signal-to-noise ratio is monitored and that, for example, when falling below a predetermined value, the times are set further apart in order to increase the amplitude accordingly. However, a plausibility analysis is necessary, so not with an uncovered probe 5 the amplitude of the excitation signal is increased.

11: Mediummedium
22: Behältercontainer
55: Füllstandssondelevel probe
1010: Elektronikeinheitelectronics unit
1111: Energiequelleenergy
1515: Mikroprozessormicroprocessor

Claims

Device for the capacitive determination and / or monitoring of the fill level of a medium ( 1 ) in a container ( 2 ), with at least one level probe ( 5 ), and with at least one electronic unit ( 10 ), a voltage drive signal for controlling the level probe ( 5 ), characterized in that the electronic unit ( 10 ) is designed so that it at predetermined times the level probe ( 5 ) with the voltage drive signal.

Device according to claim 1, characterized in that the device is provided with an energy source ( 11 ) and that the times are dependent on the time taken by the energy source ( 11 ) provided energy are determined.

Apparatus according to claim 2, characterized in that it is at the energy source ( 11 ) is a battery.

Device according to claim 1, characterized in that that the times are periodic.

Device according to claim 1, characterized in that at least one microprocessor ( 15 ) in the electronics unit ( 10 ) is provided.

Method for the capacitive determination and / or monitoring of the level of a medium ( 1 ) in a container ( 2 ), with at least one level probe ( 5 ), and with at least one electronic unit ( 10 ), a voltage drive signal for controlling the level probe ( 5 ), characterized in that the level probe ( 5 ) at predeterminable times from the electronics unit ( 10 ) is driven.

A method according to claim 6, characterized in that the times in dependence on an available energy and / or energy source ( 11 ) be determined.