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Die
Erfindung betrifft ein Messgerät
der Prozessmesstechnik mit einer in einen Behälter hineinragenden Parabolantenne,
die ein hochfrequentes Messsignal aussendet und empfängt.
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Solche
Messgeräte
werden häufig
in der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt, um
die Prozessvariable 'Füllstand' in einem Behälter zu
ermitteln. Von der Anmelderin werden beispielsweise Messgeräte unter
dem Namen Micropilot produziert und vertrieben, welche nach dem
Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu dienen, einen Füllstand
eines Mediums in einem Behälter
zu bestimmen und/oder zu überwachen.
Bei der Laufzeit-Messmethode werden beispielsweise Hochfrequenzimpulse
bzw. Radarwellenimpulse über
eine Antenne ausgesendet, und die an der Mediumsoberfläche reflektierten
Echowellen werden nach der abstandsabhängigen Laufzeit des Signals
wieder empfangen. Aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des
Hochfrequenzimpulses und dem Empfang des reflektierten Echosignals
lässt sich
der Abstand des Messgerätes
zu der Mediumsoberfläche
ermitteln. Unter Berücksichtigung
der Geometrie des Behälterinnern
wird dann der Füllstand
des Mediums als relative oder absolute Größe ermittelt. Das so genannte
FMCW-Verfahren (Frequency Modulated Continuous Waves) ist in diesem
Zusammenhang mit dem obigen Messprinzip der Füllstandsmessung und der obigen
Vorrichtung ebenfalls ausführbar.
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Parabolantennen
werden in der Prozessmesstechnik meist dann eingesetzt, wenn es
aufgrund von gestörten
und beengten Prozessraumverhältnissen,
z.B. hohe, schmale Behälter,
in denen Einbauten, Rührwerke
oder Behälterwände ein
Störsignal
erzeugen und somit das Füllstands-Echosignal
im Gesamtmesssignal überdecken
können,
oder ungünstige
Messbedingungen, z.B. zu niedrige oder schwankende Dielektrizitätswerte
des Mediums, schlechte Reflektionseigenschaften, starke Oberflächendynamik,
schwierig wird, den exakten Füllstand eines
Mediums zu bestimmen. Diese nachteiligen Bedingungen zur Ermittlung
des Füllstandes
durch eine berührungslose
Messmethode können
durch die starke Fokussierung der Messsignale und durch die bessere
Abstrahlcharakteristik einer Parabolantenne verbessert werden. Durch
die gute Richtcharakteristik bzw. Bündelung der Messsignale durch
eine Parabolantenne wird erreicht, dass möglichst viel der ausgesendeten
und reflektierten Leistung bzw. Energie der Messsignale wieder empfangen
und ausgewertet werden kann.
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Der
Einsatz von Parabolantennen in der Prozessmesstechnik ist aus der
DE 197 03 246 C2 bekannt.
In dieser Schrift werden verschiedene Mechaniken vorgestellt, die
ein Auffalten und Schließen
eines mechanisch veränderbaren
Parabolreflektors ermöglicht.
Die Einspeisung der Messsignale im Brennpunkt des Parabolreflektors
erfolgt nach dem Cassegrain-Prinzip mit einem Subreflektor. Allerdings
wird in diesem Patent keine Ausgestaltung der Einspeisung über einen
hakenförmig
gebogenen Hohlleiter mit hermetisch abdichtendem Sendekegel beschrieben.
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In
der
US 3 740 755 B wird
der Aufbau einer Parabolantenne mit einem hermetisch abschließenden Radom
beschrieben, dessen Einspeisung über einen
hakenförmig
gebogenen Hohlleiter mit einem Horn, welches sich am Ende des Hohlleiters
im Brennpunkt des Parabolreflektors befindet, erfolgt.
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In
keiner dieser Schriften wird jedoch ein Messgerät der Prozessmesstechnik zur
Ermittlung des Füllstandes
mit einer Parabolantenne aus einem Parabolreflektor und einem hakenförmig gebogenen Hohlleiter,
in den im Brennpunkt des Parabolreflektors hermetisch dichtend ein
Sendekegel eingesetzt ist, beschrieben.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät der Prozessmesstechnik
mit einer in einen Behälter
hineinragenden Parabolantenne zu schaffen, die eine optimierte Abstrahlcharakteristik
und ein verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis aufweist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Parabolantenne, bestehend aus einem Parabolreflektor und
einem Hohlleiter, der mittig in den Parabolreflektor mündet und
derart hakenförmig
gebogen ist, dass ein am Ende des Hohlleiters angebrachter Sendekegel
im Brennpunkt des Parabolreflektors angeordnet ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung wird
vorgeschlagen, dass der Hohlleiter in einer Ebene mindestens zweifach
gebogen ist, so dass der Hohlleiter einen kleinstmöglichen
Abschattungsbereich auf dem Parabolreflektor ausbildet.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Messgeräts besteht
darin, dass der Hohlleiter so ausgestaltet ist, dass sich das Messsignal
monomodig im Hohlleiter ausbreitet.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass der Hohlleiter
zumindest teilweise mit einem mikrowellendurchlässigen Material ausgefüllt ist.
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Eine
sehr vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass
der Sendekegel aus mikrowellendurchlässigem Material gefertigt und
gasdicht in den Hohlleiter eingesetzt ist.
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Gemäß einer
günstigen
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird angeregt, dass das mikro-wellendurchlässige Material, das den Hohlleiter
zumindest teilweise ausfüllt,
und der Sendekegel einteilig ausgeführt sind.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass der Hohlleiter hermetisch
abgeschlossen ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor,
dass der Sendekegel mittels zumindest eines Dichtelements im Hohlleiter
eingesetzt ist.
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Gemäß einer
günstigen
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird angeregt, dass die ausgebildete Form des Sendekegels den Wellenwiderstand
des Übergangs
vom Hohlleiter auf den Prozessraum anpasst.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung
ist darin zu sehen, dass der Parabolreflektor zumindest eine Ausnehmung aufweist,
durch die der hakenförmig
gebogene Hohlleiter hindurch passt und die insbesondere in einem Abschattungsbereich
des Hohlleiters auf dem Parabolreflektor liegt.
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In
den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind zur besseren Übersicht und
zur Vereinfachung Bauteile oder Bauteilgruppen, die sich in ihrem
Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Es zeigt:
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1 :
eine schematische Schnittdarstellung des gesamten Messgeräts der Prozessmesstechnik
mit Parabolantenne in einem Behälter,
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2 :
einen Längsschnittansicht
der Parabolantenne mit einer Einkoppeleinheit und Befestigungselement,
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3 :
eine perspektivische Darstellung der Parabolantenne mit einer Einkoppeleinheit
und Befestigungselement, und
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4 :
eine Darstellung einer Draufsicht auf den Parabolreflektor der Parabolantenne.
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In 1 wird
ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Parabolantenne 2 in
einem Prozessmesssystem dargestellt. Das Messgerät 1 in der 1,
das über
einen Flansch bzw. Stutzen 20 auf einen Behälter 12 montiert
ist, ermittelt beispielsweise nach der Laufzeit-Messmethode den
Füllstand 16 eines
Mediums 15 bzw. eines Füllguts
in dem Behälter 12.
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Die
Vorrichtung bzw. das Messgerät 1 beinhaltet
Messumformer 17 mit einer in 1 nicht
explizit gezeigten Sende-/Empfangseinheit, in der die Messsignale 14 erzeugt
werden und durch eine Einkoppeleinheit 7 in einen Hohlleiter 8 eingekoppelt werden.
Die in den Hohlleiter 8 eingekoppelten Messsignale 14 werden
durch das mikrowellendurchlässige
Material des Sendekegels 9 hindurch in Richtung des Parabolreflektors 3 abgestrahlt.
An diesem Parabolreflektor 3 werden die Messsignale 14 reflektiert und
durch die Formgebung des Parabolreflektors 3 in den Messraum 13 mit
einer vorbestimmten Abstrahlcharakteristik abgestrahlt. Meist wird
eine Abstrahlcharakteristik der Messsignale 14 mit einer ebenen
Wellenfront angestrebt, jedoch ist dies durch physikalische Einflüsse und
bauliche Maßnahmen der
Parabolantenne 2 nicht möglich, wodurch meist nur keulenförmige Abstrahlcharakteristiken
mit einem kleinen Abstrahlwinkel erreicht werden. Die in den Messraum 13 ausgesendeten
Messsignale 14 werden an einer beliebigen Oberfläche im Behälter 12 oder
an einer Oberfläche
des Mediums 15 reflektiert und nach einer bestimmten Laufzeit
wieder von der Sende-/Empfangseinheit empfangen. Über die Laufzeit
der Messsignale 14 wird der Abstand zwischen Messgerät 1 und
der Oberfläche
des Mediums 15 bestimmt. Mit Kenntnis der geometrischen
Verhältnisse
des Behälters 12 kann
damit der Füllstand 16 des
Mediums 15 im Behälter 12 ermittelt
werden. Die an einer beliebigen Oberfläche im Behälter 12 reflektierten
Messsignale 14 treten in den Echosignalen als Störsignale
auf, die die Auswertung des Füllstands
aus dem somit gestörten
Echosignal erschweren können,
wenn diese nicht mehr exakt erkannt werden kann. Über die
Justagevorrichtung 21, insbesondere ein Kugelelement, kann
eine Ausrichtung hin zur Produktoberfläche, z.B. bei Schüttkegelbildung
und Abzugstrichterbildung des Mediums 15 im Behälter 12 oder schrägen Stutzen 20 am
Behälter 12,
vorgenommen werden, oder es können
Störechos
im Echosignal durch Einbauten im Behälter 12 durch eine
spezielle Ausrichtung der Parabolantenne 2 verringert werden.
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Eine
im Messumformer 17 implizit enthaltene, aber in 1 nicht
explizit gezeigte Regel-/Auswerteeinheit hat die Aufgabe, das empfangene, reflektierte
Echo der Messsignale 14 auszuwerten, indem das Messsignal 14 durch
eine Signalverarbeitung und spezielle Signalauswertungsalgorithmen weiter
verarbeitet wird und daraus die Laufzeit bzw. der Füllstand 16 bestimmt
wird.
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Über die
Versorgungsleitung 19 kann das Messgerät 1 mit der benötigten Energie
versorgt werden. Die Regel-/Auswerteeinheit kommuniziert über einen
Buskoppler und einen Feldbus 18 mit einer entfernten Kontrollstelle
und/oder mit weiteren Messgeräten 1,
die nicht explizit gezeigt sind. Eine zusätzliche Versorgungsleitung 19 zur
Energieversorgung des Messgerätes 1 entfällt, wenn
es sich bei dem Messgerät 1 um
ein so genanntes Zweileiter-Messgerät handelt, dessen Kommunikation
und Energieversorgung über
den Feldbus 18 ausschließlich und gleichzeitig über eine
Zweidrahtleitung stattfindet. Die Datenübertragung bzw. Kommunikation über den Feldbus 18 erfolgt
beispielsweise nach dem CAN-, HART-, PROFIBUS DP-, PROFIBUS FMS-,
PROFIBUS PA-, oder FOUNDATION FIELDBUS- Standard.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Parabolantenne 2 im
Wesentlichen bestehend aus einer Einkoppeleinheit 7, Parabolreflektor 3,
einem Hohlleiter 8 und einem Sendekegel 9 gezeigt.
Die Messsignale 14 bzw. hochfrequenten Signale werden in
der hier nicht dargestellten Sende-/Sendeempfangseinheit erzeugt,
empfangen und signaltechnisch vorverarbeitet. Über ein Einkoppelelement 7 werden
diese Messsignale 14 in einen Hohlleiter 8 und über den Sendekegel 9 in
Richtung des Parabolreflektors 3 in den Prozessraum 13 des
Behälters 4 abgestrahlt.
Die reflektierten Messsignale 14 bzw. Echosignale werden
entgegengesetzt auf dem gleichen Wege wieder von der Sende-/Sendeempfangseinheit
empfangen und vorverarbeitet.
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Die
Normalform des Parabolreflektors 3 besteht aus einem rotationssymmetrischen
Gebilde, dessen Schnittbild eine Parabel zeigt. Der Erreger bzw.
Sendekegel 9 mit dem darin beinhalteten Brennpunkt 10 des
Parabolreflektors 3 befindet sich beispielsweise in der
Rotationsachse bzw. Mittelachse 23. Bei dieser Normalform
des Parabolreflektors 3 gibt es ein Problem, wenn der Erreger
bzw. Sendekegel 9 genau zwischen Paraboleflektor 3 und
dem zu messendem Objekt liegt. So wirft der Erreger bzw. Sendekegel 9 und
der Hohlleiter 8 im Wellenleiterbereich 30 einen
Schatten auf den Parabolreflektor 3. Dieser Abschattungsbereich 6 auf
dem Parabolreflektor 3 kann somit zur Reflektion und Bündelung
der ausgesendeten und empfangenen Messsignale 14 nicht
mehr verwendet werden. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden,
dass der Erreger aus der Rotationsachse 23 zum Rand 4 des
Parabolreflektors 3 verschoben wird. Dadurch verändern sich
auch die geometrischen Zusammenhänge
des Einfallswinkels der Messsignale 14 zwischen dem Parabolreflektor 3 und
dem Sendekegel 9, aufgrund dessen die Normalform des Parabolreflektors 3 dahingehend
korrigiert werden muss. Bei der erfindungsgemäßen Parabolantenne 2 mit
gebogenem Hohlleiter 8 ist die Ausgestaltung so ausgeführt, dass
ein möglichst
kleiner Abschattungsbereich 6 auf dem Parabolreflektor 3 entsteht.
Gegenüber
der Parabolantenne 2 mit einer so genannten Cassegrain
Einspeisung mit Subreflektor existieren somit die Vorteile der erfindungsgemäßen Parabolantenne 2 darin,
dass aufgrund der größeren nutzbaren
Fläche
des Parabolreflektors 3 und keiner verlustbehafteten Reflektion
am Subreflektor die Messdynamik und somit das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht wird.
Außerdem
ist die störende
Ansatzbildung des Mediums 15 an der Einspeisung mit dem flachwinkligen,
großflächigen Subreflektor
größer als an
dem schmalen, steilwinkligen Sendekegel 9.
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Die
zuvor genannten Hohlleiter 8 werden beispielsweise im Frequenzbereich
von 2 GHz bis zu 200 GHz zur Übertragung
von elektrischen Bandpasssignalen höherer Leistung eingesetzt,
da bei einer Übertragung
mit einer Koaxialleitung in diesen Frequenzbereichen die Dämpfung und
die damit verbundenen Verzerrungen der Messsignale 14 zu
groß werden.
Hohlleiter 8 sind somit Bandpass-Übertragungssysteme, d.h. der
Wellenleiter überträgt erst
ab einer gewissen unteren Grenzfrequenz, die von den Querschnitts-Abmessungen des Hohlleiters 8 abhängt. Auch
nach oben gibt es eine Grenze für
den Betrieb, die dadurch zustande kommt, dass ab einer gewissen
oberen Grenzfrequenz zusätzlich
zu dem ausbreitungsfähigen
Grundwellentyp noch weitere Wellentypen angeregt werden können, die
eine eindeutige Signalübertragung
verhindern würden.
Der zu Leitungszwecken bevorzugte TEM-Wellenmode ist in dem Hohlleiter 8 nicht
ausbreitungsfähig,
etwa wie in anderen Arten von HF-Leitungen, z.B. Koaxialleitung,
Streifenleitung und Mikrostreifenleitung. Es entstehen jedoch Grundwellentypen,
die je nach Bedingungen einzeln oder auch gemischt angeregt werden
können.
Die Wellenmoden, bei denen die elektrischen Feldstärkekomponenten
transversal zur Ausbreitungsrichtung verlaufen, die aber in Ausbreitungsrichtung
magnetische Feldstärkekomponenten besitzen,
werden TE- Wellenmoden oder H-Wellenmoden genannt. Und Wellenmoden,
bei denen die magnetischen Feldstärkekomponenten transversal zur
Ausbreitungsrichtung verlaufen, die aber in Ausbreitungsrichtung
elektrische Feldstärkekomponenten
besitzen, werden TM- Welle oder E-Wellen genannt. Über die
Einkoppeleinheit 7 werden die Messsignale 14 in
einen Hohlleiter 8 eingekoppelt, der so ausgestaltet ist,
dass sich bevorzugt im Wellenleiterbereich 30 ein TE01-Wellenmode der Messsignale 14 ausbildet.
Dieser Wellenmode hat den Vorteil, dass sich das Messsignal 14 nahezu
ungestört
und ungedämpft
bzw. ohne Beeinflussung durch die Randeffekte der Seitenwand im
Hohlleiter 8 ausbreiten kann und somit kaum gedämpft wird.
Die Dämpfung
der Wellen bzw. Messsignale 14 erfolgt hierbei über Wandstromverluste.
Der Hohlleiter 8 ist beispielsweise als ein Rundhohlleiter
bzw. Kreishohlleiter mit zumindest einem Einkoppelbereich 29 und
einem Wellenleiterbereich 30 aufgebaut. Der Einkoppelbereich 29 des
Hohlleiters 8 in den über
das Einkoppelelement 7 die Messsignale 14 eingekoppelt
werden, ist in seiner Dimension bzw. dessen Durchmesser etwas größer ausgelegt
als der Hohlleiter 8 im Wellenleiterbereich 30.
Aufgrund der geringeren Dimensionierung des Hohlleiters 8 im
Wellenleiterbereich 30, z.B. bei einem luftgefüllten Hohlleiter 8 mit
einem Durchmesser von ungefähr
8 mm bei 26 GHz, ist der Hohlleiter 8 monomodig
ausgelegt bzw. es kann sich nur der gewünschte Grundmode, z.B. TE01, im Hohlleiter 8 ausbreiten.
Mittels der monomodigen Ausgestaltung des Hohlleiters 8 haben
die in einer Ebene 25 gebogene Bereiche des Hohlleiters 8 keinen
Einfluss auf die Ausbreitung der Welle bzw. des Messsignals 14 im
Hohlleiter 8. Die Durchführung des Hohlleiters 8 durch
den Parabolreflektor 3, sowie der Sendekegel 9 sind
einander gegenüberliegend
auf der Mittelachse 23 des Parabolreflektors 3 angeordnet. Der
Hohleiter 8 im Wellenleiterbereich 30 ist beispielsweise
in einer Ebene 25 mit einem ersten Radius 26 in
eine Richtung und beabstandet mit einem zweiten Radius 27 in
entgegengesetzter Richtung so gebogen, dass der Hohlleiter 8 auf
einer Nebenachse 24 zu liegen kommt, die einen bestimmten
Abstand zur Mittelachse 23 hat. Über eine weitere Biegung des
Hohlleiters 8 in der Ebene 25 mit einem dritten Radius 28 wird
das Ende des Hohlleiters 8 mit dem eingesetzten Sendekegel 9 wieder
auf die Mittelachse 23 in entgegengesetzter Abstrahlrichtung
zurück geführt, so
dass der Brennpunkt 10 des Parabolreflektors 3 an
entsprechender Position im Sendekegel 9 zu liegen kommt.
Der Sendekegel 9 ist mittels zweier Dichtelemente 11,
z.B. zweier O-Ringen, hermetisch abdichtend in den Hohlleiter 8 eingesetzt.
Der Abstand der Mittelachse 23 zu der Nebenachse 24, die
Längen
und Abstände
der geraden Stücke
des gebogenen Hohlleiters 8 und die Radien 26, 27, 28 sind
so ausgestaltet, dass der gebogene Hohleiter 8 einen möglichst
kleinen Abschattungsbereich 6 der aktiven Reflektorfläche auf
dem Parabolreflektor 3 erzeugt.
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Im Übergang
von der Einkoppeleinheit 7 auf den Einkoppelbereich 29 des
Hohlleiters 8, beim Übergang
vom luftgefüllten
Hohlleiter 8 auf den Sendekegel 9 im Wellenleiterbereich 30,
sowie beim Übergang
vom Sendekegel 9 auf den freien Prozessraum 13 sind
an der Einkoppeleinheit 7 und/oder am Sendekegel 9 insbesondere
Anpasselemente, z.B. eine Kegelspitze oder eine Stufenpyramide,
ausgestaltet, um eine gute Anpassung von dem dielektrischen, mikrowellenleitenden
Material auf den beispielsweise mit Luft gefüllten Hohlleiter 8 und
umgekehrt zu gewährleisten.
Desweiteren wird an beiden Enden im Einkoppelbereich 29 des
Hohlleiters 8 der Wellenwiderstand vom vorhergehenden oder
in den folgenden Bereich demgemäß angepasst,
dass der Durchmesser kontinuierlich verengt wird und sich somit
beispielsweise eine Horn- bzw. Trichterform des Hohlleiters 8 in
diesen Bereichen ergibt. Durch die Anpassung im Einkoppelbereich 29 des Hohlleiters 8 wird
vermieden, dass schon in diesem Einkoppelbereich 29 das
eingespeiste Messsignal 14 anteilig zurückreflektiert und somit gedämpft wird.
Der Einkoppelbereich 29 und/oder der Wellenleiterbereich 30 des
Hohlleiters 8 kann auch teilweise oder vollständig von
einem oder einem Gemisch aus mikrowellenleitendem, dielektrischem
Material, z.B. PEEK, PTFE und weiteren HF tauglichen Materialien
ausgefüllt sein.
Eine weitere Art, den gebogenen Wellenleiter herzustellen ist es,
mittels eines Spritzguss-Verfahrens einen gebogenen Stab oder ein
gebogenes Rohr aus einem mikrowellendurchlässigen Material mit geringen
Dämpfungseigenschaften
herzustellen und dieses mit einer metallischen oder mikrowellenleitenden
Beschichtung zu versehen. Der Parabolreflektor 3 wird beispielsweise
durch ein herkömmliches
Tiefziehverfahren aus einem Metallblech hergestellt. Desweiteren
ist es aber auch möglich
den Parabolreflektor 3 aus einem nicht leitfähigen, dielektrischen
Kunststoffmaterial, insbesondere im Spritzgussverfahren herzustellen,
und diesen parabelförmigen
Träger
mit einer leitfähigen
Spiegelschicht, z.B. aus einem Metall, zu beschichten.
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Ein
Maß für die Anpassung
des Wellenwiderstandes bei Übergängen des
Materials oder der Geometrie ist der Welligkeitsfaktor s oder das
Stehwellenverhältnis
VSWR, das aus den Amplituden von hin- und rücklaufender Welle bestimmt
wird. Leistungen lassen sich bei etwa 1 GHz besser messen als Spannungen,
wodurch in der Höchstfrequenztechnik meist
das Leistungsstehwellenverhältnis
(PSWR) angewendet wird. Ein Messsignal 14 das von einem Material
in ein zweites Material bzw. in eine zweite Substanz übergeht,
zeigt drei physikalische Phänomene:
Transmission, Reflexion und Absorption. Der Betreiber und der Hersteller
eines freiabstrahlenden Messgerätes 1 der
Prozessmesstechnik zur Ermittlung des Füllstandes 16 möchte zur
Erzielung maximaler Reichweite möglichst
viel elektrische Energie von der Messsignal 14 erzeugenden
Sende-/Empfangseinheit über die
Antenne bzw. Parabolantenne 2 in den Prozessraum 13 abstrahlen.
Daraus lässt sich
folgern, dass die Transmission zwischen Sende-/Empfangseinheit und
Antenne 2 maximal sein sollte, die Reflexion und die Absorption
jedoch minimal sein sollte.
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Das
Stehwellenverhältnis
(engl. standing wave ratio, SWR) gibt das Verhältnis zwischen Maximal- und
Minimalwert einer stehenden Welle an einem Übergang zwischen zwei verschiedenen
Medien bzw. eines Messsignals 14 bei Materialübergängen an.
Ein schlechtes Stehwellenverhältnis
resultiert in der Regel daraus, dass Sende-/Empfangseinheit, Einspeisungskabel,
Einkoppeleinheit 7, Hohlleiter 8, Sendekegel 9 und
Parabolreflektor 3 eines Messgeräts 1 nicht optimal
aufeinander abgestimmt und angepasst sind. Die Impedanzen der einzelnen Komponenten
sind nicht gleich, dadurch entstehen Reflexionen, und ein Teil der
Leistung läuft
zurück. Die
Parabolantenne 2 mit der Einspeisung durch den gebogenen
Hohleiter 8 weist ein optimales Stehwellenverhältnis auf.
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Die
Parabolantenne 2 ist über
einen Stutzen, einen Flansch oder eine Einschraubung 20 auf
den Behälter 12 montiert.
Die Ausrichtung der Abstrahlrichtung der Parabolantenne 2 wird über eine
Justagevorrichtung 21, z.B. Drehkeilflansche, Kugelelementverstellvorrichtung,
vorgenommen. Über
den Messumformeransatzstutzen 22 wird die Parabolantenne 2 mit
dem Messumformer 17 mechanisch verbunden und dessen Elektronik
kontaktiert elektrisch durch einen Leiter, z.B. Koaxialstecker,
oder direkt das Einkoppelelement 7.
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In 3 ist
eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Parabolantenne 2 gezeigt.
In dieser Ansicht ist die Ausnehmung 5 im Parabolreflektor 3 zu
sehen, die aus diesem Grund angebracht wurde, falls der Parabolreflektor 3 aufgrund
einer beispielsweise kleinen Öffnung
des Flansches oder Stutzens 20 nicht hindurch passt und
somit erst nach der Flanschmontage über eine zweite größere Öffnung im
Behälter 12,
z.B. ein so genanntes Mannloch, zusammen montiert werden kann.
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In 4 ist
eine Draufsicht auf den Parabolreflektor 3 mit dem Rand 4 gezeigt.
An dem Parabolreflektor 3 ist ein Rand 4 ausgebildet,
so dass ein sich bildender Ansatz des Mediums 15 an diesem
Rand 4 besser abtropfen kann. Insbesondere wird durch die rechtwinklige
Abbiegung des Randes 4 eine definierte Randbedingung für die Reflektion
des Parabolreflektors 3 geschaffen. Die Ausnehmung 5 im
Parabolreflektor 3 ist so ausgestaltet, dass der gebogene Hohlleiter 8 im
Wellenleiterbereich 30 durchgeführt werden kann. Im Parabolreflektor 3 wurde
ein möglicher
Abschattungsbereich 6 eingezeichnet, so dass der aktive
Reflektionsbereich 31 des Parabolreflektors 3 ohne
Rand 4 und Abschattungsbereich 6 erkennbar ist.
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- 1
- Messgerät
- 2
- Parabolantenne,
Antenne
- 3
- Parabolreflektor
- 4
- Rand
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Abschattungsbereich
- 7
- Einkoppeleinheit
- 8
- Hohlleiter
- 9
- Sendekegel
- 10
- Brennpunkt
- 11
- Dichtelement
- 12
- Behälter
- 13
- Prozessraum
- 14
- Messsignale
- 15
- Medium
- 16
- Füllstand
- 17
- Messumformer
- 18
- Feldbus
- 19
- Versorgungsleitung
- 20
- Flansch,
Stutzen, Einschraubung
- 21
- Justagevorrichtung
- 22
- Messumformeransatzstutzen
- 23
- Mittelachse,
Rotationsachse
- 24
- Nebenachse
- 25
- Ebene
- 26
- erster
Radius
- 27
- zweiter
Radius
- 28
- dritter
Radius
- 29
- Einkoppelbereich
- 30
- Wellenleiterbereich
- 31
- aktiver
Reflektionsbereich