DE20320382U1

DE20320382U1 - Vorrichtung zur Messung des Füllstandes eines Mediums

Info

Publication number: DE20320382U1
Application number: DE20320382U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2013-05-01

Abstract

Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (5) in einem Behälter (6), dadurch gekennzeichnet,
dass ein erstes Messgerät (1) vorgesehen ist, das den Füllstand kontinuierlich misst,
dass es sich bei dem ersten Messgerät (1) um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt,
dass mindestens ein zweites Messgerät (2) vorgesehen ist, das als Grenzstandschalter funktioniert,
dass es sich bei dem zweiten Messgerät (2) um einen konduktiven oder um einen vibratorischen Grenzstandschalter handelt, und
dass eine Abgleicheinheit (10) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Messgerät (2) das erste Messgerät (1) abgleicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter.
Kapazitive und konduktive Messgeräte zur Füllstandsmessung sind seit vielen Jahren bekannt. Beim kapazitiven Messverfahren, das eine kontinuierliche Messung des Füllstandes erlaubt, bilden eine in den Behälter ragende Sonde und die Behälterwand einen Kondensator. Dessen Kapazität ist abhängig vom Füllstand und der Dielektrizitätskonstante des Mediums. Der Nachteil dieses Messverfahrens gegenüber z.B. Laufzeit-Verfahren ist, dass das eingebaute Messgerät abgeglichen werden muss, indem der Füllstand des Mediums im Behälter speziell für diesen Abgleich geändert wird.
Bei konduktiven Messgeräten wird der ohmsche Widerstand bzw. Leitwert zwischen einer in den Behälter ragenden konduktiven Sonde und der Behälterwand oder zwischen zwei Elektroden einer Sonde gemessen. Bildet ein leitfähiges Medium eine elektrische Verbindung zwischen der konduktiven Sonde und der Behälterwand bzw. zwischen den beiden Elektroden einer Sonde, so verringert sich der gemessene ohmsche Widerstand deutlich. Das konduktive Messverfahren wird üblicherweise zur Bestimmung von Grenzständen eingesetzt.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass vibratorisch mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, z.B. mit einer Stimmgabel, der Füllstand gemessen wird. Dabei wird ausgenutzt, dass die Resonanzfrequenz einer mechanisch schwingfähigen Einheit davon abhängt, ob die Einheit frei und somit unbedeckt schwingt oder ob sie vom Medium bedeckt wird. Die Resonanzfrequenz – entsprechendes gilt für die Amplitude – ist im bedeckten Zustand geringer als im freien Zustand. Somit kann aus einer Verminderung der Resonanzfrequenz geschlossen werden, dass die mechanisch schwingfähige Einheit bedeckt ist, dass also z.B. ein vorgegebener Füllstand erreicht worden ist.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 16 455-A1 lässt sich ein Verfahren bzgl. des Abgleichs einer kapazitiven Sonde entnehmen. Dort ist eine in den Behälter ragende Elektrode vorgesehen und mehrere Referenzelemente auf unterschiedlichen Höhen des Behälters. In einem zweiten Verfahren sind mehrere Einzelelektroden vorgesehen, die zusammen die ganze Behälterhöhe abdecken. Ein Nachteil des Verfahrens ist, dass die eigentliche Messung und die Referenzeinheiten nach dem gleichen Messprinzip arbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Füllstand eines Mediums in einem Behälter kontinuierlich zu messen, ohne einen direkten Abgleich zu erfordern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes Messgerät vorgesehen ist, das den Füllstand kontinuierlich misst, dass mindestens ein zweites Messgerät vorgesehen ist, das als Grenzstandschalter funktioniert, und dass eine Abgleicheinheit vorgesehen ist, die mit dem zweiten Messgerät das erste Messgerät abgleicht. Da das zweite Messgerät den Füllstand an einer bekannten Höhe bestimmt, kann dieser Messpunkt automatisch zum Abgleich des ersten kontinuierlich messenden Messgerätes verwendet werden. Ein Abgleich findet somit automatisch statt. Es kann z.B. ein Grenzstandschalter vorgesehen sein, der einen oberen Füllstand überwacht. Als unterster Wert würde dann z.B. der leere Behälter dienen oder der Punkt, an dem das erste Messgerät in Richtung Behälterboden endet. Die Art der Messgeräte, bzw. auf welchen Messprinzipien diese bauen, liegen für die fachlich qualifizierte Person sowohl bzgl. der kontinuierlichen Messung als auch bzgl. der Grenzstandüberwachung nahe. Die grundlegenden Vorteile der Erfindung liegen somit darin, dass zunächst der Abgleich des kontinuierlich messenden ersten Messgerätes automatisch vorgenommen wird, weiterhin wird nach dem Abgleich überprüft, ob der Abgleich noch passend ist, und zudem ist eine doppelte Überwachung des Füllstandes gegeben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei zweite Messgeräte vorgesehen sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass das zweite Messgerät mindestens zwei Grenzwerte überwacht. Sind also zwei zweite Messgeräte vorgesehen, die einen minimalen und einen maximalen Füllstand überwachen, oder handelt es sich bei dem zweiten Messgerät um einen Grenzstandschalter, der zwei Füllstände überwacht, so werden in einem ersten Durchlauf ggf. nur diese Grenzstandschalter zur Messung und Überwachung des Füllstandes verwendet. Aus den Messschaltpunkten bei den beiden Grenzständen ergeben sich dann über die bekannten, weil durch den Einbau vorgegebenen, Füllstandshöhen die Abgleichsdaten für die Messwerte des ersten Messgerätes. Sind beide Füllstände nach einem ersten Durchlauf erreicht worden, so ist das erste Messgerät abgeglichen. Der Vorteil ist jedoch, dass dies automatisch geschieht, ohne dass der Behälter nur für den Abgleich gefüllt werden muss. Nach dem Abgleich ist eine zweifache Überwachung des Füllstandes gegeben, was vor allem bei gefährlichen Medien sehr wichtig sein kann.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass es sich bei dem ersten Messgerät um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt. Ein solches Messgerät erfordert einen Abgleich.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen konduktiven Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät reagiert also bei mindestens einem Grenzstand, wobei es nach dem konduktiven Messprinzip arbeitet. Somit sieht eine Ausgestaltung vor, dass es sich bei dem ersten Messgerät um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt, und dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen Grenzstandschalter handelt, der nach dem konduktiven Messprinzip arbeitet. Somit sind zwei unterschiedliche Messprinzipien gegeben, was eine höhere Sicherheit gewährleistet. Vor allem ergeben sich so zwei unterschiedliche und auch einander ergänzende Aussagen über den Füllstand. Dies ermöglicht, dass z.B. bei einander widersprechenden Ergebnissen der beiden Messgeräte ein Alarm ausgegeben wird. Dies ist bei funktional sicheren Anwendungen (SIL) sehr wichtig. Dabei erfordert jedoch das konduktive Messprinzip, dass das zu überwachende Medium elektrisch leitfähig ist. Dieser Vorteil der zweifachen Absicherung ist nicht auf die Kombination konduktives und kapazitives Messprinzip beschränkt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen kapazitiven Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät funktioniert also nach dem kapazitiven Messprinzip und gibt bei mindestens einem Grenzstand ein Schaltsignal. Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen vibratorischen Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät bestimmt also vibratorisch mindestens einen Grenzstand, unterscheidet also beispielsweise zwischen dem bedeckten und unbedeckten Zustand einer Schwinggabel.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Abgleicheinheit um einen Mikrocontroller handelt.
Die Idee ist also, ein kontinuierlich messendes Messgerät mit einem Grenzstandschalter zu kombinieren und durch die Signale des Grenzstandschalters automatisch einen Abgleich zu erhalten.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Vorrichtung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der Erfindung. Diese besteht aus einer Sonde 3 des ersten Messgerätes 1, das für die kontinuierliche kapazitive Füllstandsmessung vorgesehen ist, sowie einer Sonde 3 des zweiten Messgerätes 2, das nach dem konduktiven Messverfahren arbeitet und zwei Grenzstände (G1 und G2) erkennt. Hier werden also von einem zweiten Messgerät 2 zwei Grenzstände überwacht.
Der automatische Abgleich des Systems erfolgt folgendermaßen: Ausgegangen wird von einem leeren Behälter 6. Steigt der Füllstand des Mediums 5 an, so wird zunächst der dem Anwender bekannte Füllstand G1 erreicht und vom zweiten Messgerät 2 detektiert. Diese Information wird an die Abgleicheinheit 10 weitergeleitet, die der vom Messgerät 1 gemessenen Kapazität C1 am Abgleichpunkt G1 einen bestimmten Wert in einer vorher gewählten Füllstandseinheit zuweist. Dafür ist die Abgleicheinheit 10 so ausgelegt, dass sich in ihr die Grenzstände G1, G2 vorgeben lassen. Steigt der Füllstand im Behälter 6 weiter an, so wird der Grenzstand G2 erreicht und mit dieser Information sind für die Abgleicheinheit 10 alle benötigten Daten für den Abgleich des Messgerätes 1 vorhanden.
Bei jedem weiteren Überschreiten der Grenzstände G1 und G2 kann die Abgleicheinheit 10 überprüfen, ob der vorgenommene Abgleich stimmt. Treten Abweichungen auf, so kann z.B. bei sicherheitsrelevanten Anwendungen eine Alarmmeldung ausgeben werden. Es kann aber auch eine Abgleichkorrektur des Messgerätes 1 durchgeführt werden. Dies betrifft vor allem Anwendungen mit Medien, die gewechselt werden, deren Eigenschaften sich verändern oder die zur Ansatzbildung an einer Sonde neigen. Weitere Vorteile sind somit eine permanente Überprüfung der Plausibilität des vom Messgerät 1 gelieferten Messwertes, da das Messgerät 2 ständig mit einem unabhängigen Messverfahren eine Information darüber liefert, ob der aktuelle Füllstand unter G1, zwischen G1 und G2 oder über G2 liegt. Dieser Punkt ist vor allem für die SIL-Bewertung des Gerätes wichtig. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist zum Teil zusätzlich zur kontinuierlichen Messung eine unabhängige Überfüllsicherung vorgeschrieben. Dies ist in der vorgeschlagenen Erfindung bereits enthalten. Eine Realisierung ist auch, dass beiden Sonden in einem Gerät untergebracht sind.

1: Erstes Messgerät
2: Zweites Messgerät
3: Sonde
5: Medium
6: Behälter
10: Abgleicheinheit

Claims

Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (5) in einem Behälter (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Messgerät (1) vorgesehen ist, das den Füllstand kontinuierlich misst, dass es sich bei dem ersten Messgerät (1) um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt, dass mindestens ein zweites Messgerät (2) vorgesehen ist, das als Grenzstandschalter funktioniert, dass es sich bei dem zweiten Messgerät (2) um einen konduktiven oder um einen vibratorischen Grenzstandschalter handelt, und dass eine Abgleicheinheit (10) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Messgerät (2) das erste Messgerät (1) abgleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zweite Messgeräte vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messgerät mindestens zwei Grenzwerte überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abgleicheinheit (10) um einen Mikrocontroller handelt.