DE29623918U1 - Zweidrahtpegelsender - Google Patents
ZweidrahtpegelsenderInfo
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Description
VOSSIUS & PARTNER
ROSEMOUNT INC. 81&oacgr;75 MÜNCHEN
ROSEMOUNT INC. 81&oacgr;75 MÜNCHEN
Die vorliegende Erfindung betrifft Pegelmessungen in Betriebsabläufen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Messung einer Produktpegelhöhe in einem Speicherbehälter eines Typs, der in industriellen Anwendungen unter Verwendung eines Mikrowellenpegelmeßgeräts verwendet wird.
Die Instrumentierung für die Messung eines Produktpegels oder -niveaus (von Flüssigkeiten oder Feststoffen) in Speicherbehältern entwickelt sich von Kontaktmeßtechniken, z.B. Band oder Bandmaß und Auftriebskörper, zu kontaktfreien Meßtechniken hin. Eine vielversprechende Technologie basiert auf der Verwendung von Mikrowellen. Dabei werden grundsätzlich Mikrowellen zur Produktoberfläche hin ausgesendet und die von der Oberfläche reflektierte Mikrowellenenergie empfangen. Die reflektierten Mikrowellen werden analysiert, um ihre Laufstrecke zu bestimmen. Durch die Kenntnis der Lauf-
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strecke und der Speicherhöhe ist der Produktpegel bestimmbar. Weil Mikrowellen sich bekanntermaßen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, kann die Laufstrecke der Mikrowellen, bestimmt werden, wenn die Laufzeit bekannt ist. Die Laufzeit kann durch Messen der Phase der rücklaufenden Welle und aus der Kenntnis der Frequenz der ausgesendeten Mikrowelle bestimmt werden. Außerdem kann die Laufzeit unter Verwendung bekannter digitaler Abtasttechniken gemessen werden.
Ein Standard in der Prozeßsteuerungsindustrie ist die Verwendung von 4-2 0mA-Prozeßsteuerungs- oder -regelschleifen. Bei diesem Standard stellt ein 4mA-Signal eine Nullanzeige und ein 20mA-Signal eine Vollanzeige dar. Außerdem kann, wenn ein für diese Zwecke verwendeter Sender ausreichend niedrige Leistungsanforderungen aufweist, der Sender unter Verwendung eines Stroms von der Zweidrahtschleife betrieben werden. Für Mikrowellenpegel sender war in der Prozeßsteuerungsindustrie jedoch immer eine separate Leistungsquelle erforderlich. Die Pegelsender waren großformatig, und ihr Betrieb erforderte eine höhere Leistung als unter Verwendung des 4-2OmA-Industriestandards bereitgestellt werden konnte. Daher erforderten typische herkömmliche Mikrowellenpegelsender eine zusätzliche Verdrahtung, um die Einheit mit Leistung zu versorgen. Diese zusätzliche Verdrahtung war nicht nur teuer, sondern auch eine Quelle möglicher Fehler oder Störungen.
Ein Pegelsender mißt die Höhe eines Produkts in einem Behälter, wie beispielsweise in Behältern, die in industrieilen Prozeßanwendungen verwendet werden. Der Pegelsender ist mit einer Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbunden, die sowohl zum Übertragen von durch den Pegelsender bereitgestellten Pegelinformationen als auch zum Bereitstellen der
Leistung für den Pegelsender verwendet wird. Der Pegelsender weist eine in den Behälter gerichtete Mikrowellenantenne auf. Eine Niederleistungsmikrowellenquelle überträgt ein Mikrowellensignal über die Antenne in den Behälter. Ein Niederleistungsmikrowellenempfanger empfängt ein reflektiertes Mikrowellensignal. Eine mit der Niederleistungsmikrowellenquelle und mit dem Niederleistungsmikrowellenempfänger verbundene Meßschaltung aktiviert die Aussendung des Mikrowellensignals und bestimmt die Produkthöhe basierend auf dem durch den Empfänger empfangenen reflektierten Signal. Eine mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbundene Ausgangsschaltung überträgt mit der Produkthöhe in Beziehung stehende Informationen über die Schleife. Eine mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschaltung verbundene Leistungsversorgungsschaltung empfängt Leistung von der Schleife, um den Pegelsender mit Leistung zu versorgen.
In einer Ausführungsform weist die Meßschaltung einen mit der Quelle verbundenen ersten Taktgeber zum periodischen Aktivieren des Mikrowellensignals mit einer ersten Taktrate auf. Ein mit dem Empfänger verbundener zweiter Taktgeber steuert periodisch das Empfangssignal mit einer zweiten Taktrate.
Figur 1 zeigt ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Mikrowellenpegelsenders; und
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung des Pegelsenders von Figur 1.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein Diagramm eines mit einem Speicherbehälter 12 betrieblich gekoppelten Mikrowellenpegelsenders
10. Der Speicherbehälter 12 ist ein typischerweise in einer Prozeßanwendung verwendeter Behältertyp, der ein Fluid (Produkt) 14 enthält. Unter einem Produkt wird hierin eine Flüssigkeit, ein Feststoff oder eine Kombination davon verstanden. Der Pegelsender 10 weist ein Gehäuse 16 und einen Trichterstrahler 18 auf. Der Sender 10 ist mit einer Zweidrahtschleife 20 verbunden. Die Zweidrahtschleife 20 ist eine 4-2OmA-Prozeßsteuerungsschleife. Erfindungsgemäß überträgt der Sender 10 mit der Höhe des Produkts 14 in Beziehung stehende Informationen über die Schleife 20. Außerdem wird der Sender 10 vollständig durch über die Schleife 20 empfangene Leistung versorgt. Bei einigen Installationen erfüllt der Sender 10 intrinsische Sicherheitsanforderungen und ist, und ohne daß die Gefahr einer Zündung besteht, in einer potentiell explosiven Umgebung betreibbar. Beispielsweise ist das Gehäuse 16 dicht versiegelt, um jegliches Entflammen oder jegliche Zündung aufzunehmen, und die Schaltung im Gehäuse 16 ist so konstruiert, daß die gespeicherte Energie reduziert ist, wodurch die Gefahr einer potentiellen Entflammung oder Zündung reduziert wird.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Pegelsenders 10, der über eine Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife 20 mit einem Prozeßsteuerungs- oder -kontrollraum 30 verbunden ist. Der Prozeßkontrollraum 3 0 ist als Widerstand 32 und Spannungsquelle 34 modelliert. Der Sender 10 steuert den durch die Schleife 20 fließenden Strom I in Antwort auf die Höhe des Produkts 14 im Behälter 12.
Die im Gehäuse 16 des Senders 10 angeordnete elektrische Schaltung weist einen Spannungsregler 40, einen Mikroprozessor 42, einen Speicher 44, einen mit einer analogen Ausgangsschaltung 48 verbundenen Digital-Analog- (D/A-) Wandler 46, einen Systemtakt 50 und eine Rücksetzschaltung 52 auf. Der Mikroprozessor 42 ist mit einem UART 54 verbun-
den, der eine digitale Ein-/Ausgabeschaltung 56 steuert und über Gleichspannungs-Sperrkondensatoren 58 mit der Stromschleife 2 0 verbunden ist. Der UART 54 kann auch Teil des Mikroprozessors 42 sein. Der Mikroprozessor 42 ist außerdem mit einem Displaymodul 60 zum Bereitstellen eines Displayausgangssignals und mit einer Transceiverschaltung 70 verbunden .
Das Sendergehäuse 16 weist eine Mikrowellentransceiverschaltung 70 mit einem Taktgeber 72 für einen Takt 1 und einem Taktgeber 74 für einen Takt 2 auf. Der Ausgang des Taktgebers 72 (Takt 1) ist mit einem Schritt- oder Stufengenerator 76 verbunden, der einem Mikrowellenzirkulator 78 ein Eingangssignal zuführt. Der Mikrowellenzirkulator 78 ist mit der Antenne 18 verbunden und führt einem Impulsempfanger 80 ein Eingangssignal zu. Der Impulsempfänger 80 empfängt auch ein Eingangssignal vom Taktgeber 74 (Takt 2) und führt einem Analog-/Digital-Wandler 82 ein Ausgangssignal zu.
Im Betrieb kommuniziert der Sender 10 über die Schleife 20 mit dem Kontrollraum 3 0 und empfängt Leistung über die Schleife 20. Der Spannungsregler 40 führt der elektronischen Schaltung im Sender 10 geregelte Ausgangsspannungen zu. Der Sender 10 arbeitet unter der Steuerung des Mikroprozessors 42 mit einer durch den Systemtakt 50 bestimmten Taktrate gemäß Anweisungen, die im Speicher 44 gespeichert sind. Eine Rücksetz- und Überwachungsschaltung 52 überwacht die Versorgungsspannung für den Mikroprozessor und den Speicher. Bei eingeschalteter Spannung führt die Schaltung 52 dem Mikroprozessor 42 ein Rücksetzsignal zu, wenn die Versorgungsspannung einen ausreichenden Pegel erreicht hat, bei der eine Operation des Mikroprozessors 42 ermöglicht wird. Außerdem führt der Mikroprozessor 42 der Überwachungsschaltung 52 periodisch ein "Impuls" oder "Stoß"-Signal zu. Wenn diese Impulsstöße durch die Schaltung 52 nicht empfangen werden,
führt die Schaltung 52 dem Mikroprozessor 42 ein Rücksetzeingangssignal zu, um den Mikroprozessor 42 neu zu starten.
Der Mikroprozessor 42 empfängt Daten von der Schaltung 70 über den Analog-/Digital-Wandler 82, um die Produktpegelhöhe zu bestimmen. Der Taktgeber 72 (Takt 1) erzeugt eine erste Taktfrequenz 1\, und der Taktgeber 74 (Takt 2) erzeugt eine zweite Frequenz f2. Der Takt 1 (Taktgeber 72) dient als "STARTE AUSSENDUNG "-Takt, und der Takt 2 (Taktgeber 74) dient als "TORSTEUERUNG EMPFÄNGER"-Takt, und die Takte sind bezüglich der Frequenz geringfügig verschoben. D.h., f-2 - fi + Af. Dadurch wird eine in einem ISA-Artikel mit dem Titel "Smart Transmitter Using Microwave Pulses to Measure The Level Of Liquids And Solids In Process Applications" von Hugo Lang und Wolfgang Lubcke, Endress und Hauser GmbH & Co., Maulburg, Deutschland beschriebene digitale Abtasttechnik bereitgestellt. Die Produkthöhe wird berechnet, indem bestimmt wird, welcher Zyklus des Taktes 2 (Taktgeber 74) mit einem empfangenen Mikrowellenimpuls übereinstimmt. Bei einer Ausführungsform wird der Takt 1 (Taktgeber 72) in Abhängigkeit von z.B. bei der Installation vorgegebenen Bedingungen, wie beispielsweise von dem maximalen zu messenden Abstand und den Stromverbrauchsanforderungen der Schaltung, auf eine Frequenz zwischen 1 MHz und 4 MHz eingestellt. Der Takt 2 (Taktgeber 74) ist mit dem Takt 1 (Taktgeber 72) synchronisiert, er weicht jedoch in der Frequenz um einen Wert zwischen etwa 10 Hz und 40 Hz ab. Die Frequenzdifferenz (Af, durch die eine Differenz der Taktraten erhalten wird) zwischen den Takten 1 und 2 der Taktgeber 72 und 74 bestimmt die Aktualisierungsrate des Senders 10. Durch Integrieren der empfangenen Impulse über mehrere Zyklen kann auf Kosten
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reduzierter Aktualisierungsraten ein höherer Empfangssignalpegel erhalten werden.
Durch das Signal des Taktgebers 74 (Takt 2) wird ein Impulssteuerungsfenster bereitgestellt, das mit einer durch Af bestimmten Rate über das ankommende Signal gewobbelt wird. Der Impulsempfänger 80 steuert das ankommende Mikrowellensignal unter Verwendung des f2-Signals des Taktgebers 74 (Takt 2) . Das Ausgangs signal des Impulsempfängers 80 ist eine Serie von Impulsen. Diese Impulse werden in Abhängigkeit von im Empfangssignal enthaltenen Rauschsignalen oder Störreflexionen in der Amplitude variieren. Wenn der Empfang des Mikrowellenechos von der Produktoberfläche mit dem Torsteuerungsimpuls des Takts 2 (Taktgeber 74) übereinstimmt, wird ein größerer Ausgangsimpuls erhalten, der durch den Analog-/Digitai-Wandler 82 in einen größeren Wert umgewandelt wird. Der Mikroprozessor 42 berechnet den Abstand durch Bestimmen, durch welchen Zyklus des Taktes 2 (Taktgeber 74) der größte Ausgangsimpuls vom Empfänger 80 erzeugt wurde. Der Mikroprozessor 42 bestimmt den Abstand durch Erfassen, welcher Torsteuerungsimpuls die größten Ausgangsimpulse vom Impulsempfänger 80 erzeugte, was gemäß dem Ausgangssignal des Analog-/Digital-Wandlers bestimmt wird. Die Produkthöhe ist bestimmt durch die Gleichung:
Pegel = Behälterhöhe - Impulslaufstrecke Gl. 1
Pegel = Behälterhöhe - Gl. 2
/i 2-/,
/?·&Dgr;/ C
Impulslaufstrecke in eine Richtung = Gl. 3
/i 2 · /i
wobei: f&igr; = Frequenz Takt 1
f2 = Frequenz Takt 2
Af = f2 - fi
Af = f2 - fi
R = Empfangsabtastimpuls, durch den das Echo erfaßt wird (R = 0 bis fi/Af).
Der Analog-/Digital-Wandler 82 sollte eine ziemlich schnelle Umsetzungsrate aufweisen, z.B. 0,5 &mgr;&egr;, wenn die Übertragungsrate (Takt 1) 2 MHz beträgt, weil ein Abtastwert nach jedem Sendeimpuls benötigt wird, um zu erfassen, ob ein Echo vorhanden ist; der Wandler 82 sollte eine Abtastrate aufweisen, die mindestens der Frequenz des Taktes 1 (Taktgeber 72) gleich sein muß. Ein Beispiel eines solchen Analog- /Digital-Wandlers ist der in der mitanhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/060448 mit dem Titel SIGMA DELTA CONVERTER FOR VORTEX FLOWMETER beschriebene Sigma-Delta-Umsetzer. Die Auflösung des Digital-/Analog-Wandlers 82 ist nicht besonders kritisch, weil nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Impulses wesentlich ist.
Um das Leistungsvermögen des Senders 10 weiter zu verbessern, sind die Empfangs- und die Sendeschaltung in der Schaltung 70 voneinander elektrisch isoliert. Dies ist wichtig, damit Sendeimpulse durch den Empfänger nicht fälschlicherweise als Echoimpuls erfaßt werden. Die Verwendung des Mikrowellenzirkulators 78 ermöglicht eine exakte Steuerung der Quellenimpedanz und der Empfangsimpedanz. Der Mikrowellenzirkulator stellt eine Isolierung zwischen der Sende- und der Empfangsschaltung bereit. Außerdem verhindert der Zirkulator 78, daß durch den Sendeimpuls veranlaßt wird, daß die Empfangsschaltung klirrt. Ein Beispiel eines Zirkulators ist eine Drei-Port-Vorrichtung, die veranlaßt, daß nur Signale von der Sendeschaltung (Stufen- oder Schrittgenerator 76) die Antenne 18 erreichen und ankommende Signale von der Antenne 18 die Empfangsschaltung 80 erreichen. Die elektrische Isolierung zwischen der Sende- und der Empfangsschaltung kann durch andere Techniken erhalten werden, die Fachleuten
bekannt sind. Beispielsweise kann der Zirkulator 78 entfernt werden, und es kann eine separate Sende- und -Empfangsantenne implementiert werden. Außerdem können Schaltungsisolationstechniken, durch die eine Isolierung zwischen der Sende- und der Empfangsschaltung bereitgestellt wird, in Kombination mit einer Verzögerungsschaltung verwendet werden, so daß ein Empfangsimpuls nicht empfangen wird, bis jegliches durch den Sendeimpuls verursachte "Klirren" schwächer geworden ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Mikrowellenantenne 18 durch eine Sonde ersetzt, die sich in den in Figur 1 dargestellten Behälter erstreckt. Diese Ausführungsform kann ebenfalls einen Zirkulator aufweisen.
Basierend auf der Erfassung eines Echoimpulses durch den Mikroprozessor 42 über den Analog-/Digital-Wandler 82 bestimmt der Mikroprozessor 42 die Höhe des Produkts 14 im Behälter 12. Diese Information kann über die Zweidrahtschleife 20 unter Verwendung der digitalen Schaltung 56 unter der Steuerung des UART 54 digital übertragen werden. Alternativ kann der Mikroprozessor 42 den Strompegel (zwischen beispielsweise 4 und 20 mA) unter Verwendung des Digital-/Analog-Wandlers 46 steuern, um die Ausgangsschaltung 48 zu steuern und dadurch Informationen über die Zweidrahtschleife 20 zu übertragen. Bei einer Ausführungsform kann der Mikroprozessor 42 so eingestellt werden, daß er ein hohes Ausgangssignal (von z.B. 16 mA) auf der Schleife 20 erzeugt, wenn der Produktpegel ober- oder unterhalb eines im Speicher 44 gespeicherten Schwellenwertes liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mikroprozessor ein Baustein 68HC11 von Motorola. Dies ist ein Niederleistungsmikroprozessor, durch den auch ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich ist. Ein anderer geeigneter Mikroprozessor ist der Baustein 80C51 von Intel. Niederleistungsspeichervorrichtungen sind bevorzugt. Bei einer Ausführungs-
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form wird ein 24 kByte-EPROM als Programmspeicher und ein 1 kByte-RAM als Arbeitsspeicher verwendet, und ein 256 Byte-EEPROM wird als nicht-flüchtiger Speicher bereitgestellt. Ein typischer Systemtakt für einen Mikroprozessor beträgt typischerweise zwischen etwa 2 MHz und 4 MHz. Ein langsamerer Takt erfordert weniger Leistung, es wird jedoch auch eine geringere Aktualisierungsrate erhalten. Typischerweise wird durch die Leistungsversorgung 40 eine effiziente Umsetzung von Leistung von der Regelschleife in eine Versorgungsspannung bereitgestellt. Wenn beispielsweise die Eingangsspannung 12 Volt beträgt und für die Pegelmeßgerätelektronik ein Strom von 4 mA erforderlich ist, muß die Leistungsversorgung diese 48 mW effizient in eine geeignete Versorgungsspannung umwandeln, z.B. in 5 Volt.
Durch die Erfindung werden im Vergleich zum Stand der Technik mehrere wesentliche Vorteile bereitgestellt, beispielsweise wird der Sender vollständig mit Leistung versorgt, die über die Zweidrahtstromschleife 20 empfangen wird. Dadurch wird der Verdrahtungsaufwand reduziert, der erforderlich ist, um den Sender 10 an einer entfernten Stelle anzuordnen. Der Mikroprozessor 42 ist außerdem in der Lage, vom Kontrollraum 30 übertragene Befehle über die Zweidrahtstromschleife 20 zu empfangen. Dies erfolgt gemäß einem
® digitalen Kommunikationsprotokoll, z.B. gemäß dem HART -
Kommunikationsprotokoll, oder vorzugsweise gemäß einem digitalen Kommunikationsprotokoll mit einer mittleren Gleichspannung von null.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute erkennbar, daß innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können.
Claims (18)
1. Pegelsender, der mit einer Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbunden ist, zum Messen der Höhe eines Produkts in einem Behälter, mit:
einer in den Behälter gerichteten Mikrowellenantenne; einer Niederleistungsmikrowellenquelle zum Aussenden eines Mikrowellensignals über die Mikrowellenantenne in den Behälter;
einem Niederleistungsmikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals vom Behälter;
einer mit der Quelle und dem Empfänger verbundenen Meßschaltung zum Aktivieren der Aussendung des Mikrowellensignals und zum Bestimmen der Produkthöhe basierend auf dem empfangenen Signal;
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbundenen Ausgangsschaltung zum Übertragen von mit der Produkthöhe in Beziehung stehenden Informationen über die Schleife; und
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbundenen Leistungsversorgungsschaltung zum Empfangen von Leistung von der Schleife zum Versorgen des Pegelsenders mit Leistung.
einer in den Behälter gerichteten Mikrowellenantenne; einer Niederleistungsmikrowellenquelle zum Aussenden eines Mikrowellensignals über die Mikrowellenantenne in den Behälter;
einem Niederleistungsmikrowellenempfänger zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals vom Behälter;
einer mit der Quelle und dem Empfänger verbundenen Meßschaltung zum Aktivieren der Aussendung des Mikrowellensignals und zum Bestimmen der Produkthöhe basierend auf dem empfangenen Signal;
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbundenen Ausgangsschaltung zum Übertragen von mit der Produkthöhe in Beziehung stehenden Informationen über die Schleife; und
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife verbundenen Leistungsversorgungsschaltung zum Empfangen von Leistung von der Schleife zum Versorgen des Pegelsenders mit Leistung.
2. Pegelsender nach Anspruch 1, wobei die Meßschaltung eine Zeitverzögerung zwischen der Aussendung eines Mikrowellensignals und dem Empfang eines reflektierten Mikrowellensignals mißt.
3. Pegelsender nach Anspruch 1, wobei die Meßschaltung aufweist: einen mit der Quelle verbundenen ersten Takt zum periodischen Aktivieren des Mikrowellensignals mit einer ersten Taktrate.
4. Pegelsender nach Anspruch 3, wobei die Meßschaltung außerdem aufweist:
einen mit dem Empfänger verbundenen zweiten Takt zum periodischen Durchschalten des empfangenen Signals mit einer zweiten Taktrate;
wobei die Meßschaltung die Produkthöhe basierend auf dem Empfang des reflektierten Signals und einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate bestimmt.
einen mit dem Empfänger verbundenen zweiten Takt zum periodischen Durchschalten des empfangenen Signals mit einer zweiten Taktrate;
wobei die Meßschaltung die Produkthöhe basierend auf dem Empfang des reflektierten Signals und einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate bestimmt.
5. Pegelsender nach Anspruch 4, wobei die zweite Taktrate basierend auf der ersten Taktrate plus einer Ratendifferenz erzeugt wird.
6. Pegelsender nach Anspruch 4, wobei die erste Taktrate zwischen etwa 1,0 MHz und etwa 4,0 MHz liegt und die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate zwischen etwa 10 Hz und etwa 40 Hz liegt.
7. Pegelsender nach Anspruch 1, wobei die Prozeßsteuerungsschleife eine 4-20 mA-Prozeßsteuerungsschleife ist.
8. Pegelsender nach Anspruch 1 mit einer mit dem Mikrowellenempfänger verbundenen zweiten Mikrowellenantenne.
9. Pegelsender nach Anspruch 4 mit einem Impulsempfänger zum Empfangen des reflektierten Mikrowellensignals und zum Bereitstellen eines durchgeschalteten Ausgangssignals in Antwort auf die zweite Taktrate.
10. Pegelsender nach Anspruch 1 mit einem intrinsisch sicheren Gehäuse, das die Schaltung des Pegelsenders enthält.
11. Pegelsender nach Anspruch 1, wobei die Mikrowellenantenne eine längliche Mikrowellensonde aufweist, die sich in den Behälter erstreckt, um das Mikrowellensignal über die Sonde zu übertragen.
12. Pegelsender zum Verbinden mit einer 4-20 mA-Zweidraht- Prozeßsteuerungsschleife (20) zum Messen der Höhe eines Produkts (14) in einem Behälter (12), mit:
einer in den Behälter (12) gerichteten Mikrowellenantenne (18);
einer Mikrowellenquelle (76) zum Aussenden eines Mikrowellensignals über die Mikrowellenantenne (18) in den Behälter (12);
einem mit der Quelle (76) gekoppelten ersten Taktsignal (72) zum periodischen Initiieren des Mikrowellensignales mit einer ersten Taktrate;
einem Mikrowellenempfänger (80) zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals vom Behälter (12);
einem mit dem Empfänger (80) gekoppelten zweiten Taktsignal (74) zum periodischen Durchschalten des empfangenen Signals mit einer zweiten Taktrate;
einer mit der Quelle (76) und dem Empfänger (80) verbundenen Meßschaltung (42) zum Bestimmen der Produkthöhe basierend auf dem empfangenen Signal und der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate;
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife (20) verbundenen Ausgangsschaltung (48) zum Übertragen von mit der Produkthöhe in Beziehung stehenden Informationen über die Schleife (20); und
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife (20) verbindbaren Leistungsversorgungsschaltung (40) zum Empfangen von Leistung von der Schleife (20) zum Versorgen des Pegelsenders (10) mit Leistung, wobei die Mikrowellenquelle (76) und der Mikrowellenempfänger (80) so angeordnet sind, daß sie mit einem ausreichend niedrigen Leistungsverbrauch betreibbar sind und der Sender (10) durch über die Schleife (20) empfangene Leistung von der Leistungsversorgungsschaltung (40) vollständig mit Leistung versorgt wird.
einer in den Behälter (12) gerichteten Mikrowellenantenne (18);
einer Mikrowellenquelle (76) zum Aussenden eines Mikrowellensignals über die Mikrowellenantenne (18) in den Behälter (12);
einem mit der Quelle (76) gekoppelten ersten Taktsignal (72) zum periodischen Initiieren des Mikrowellensignales mit einer ersten Taktrate;
einem Mikrowellenempfänger (80) zum Empfangen eines reflektierten Mikrowellensignals vom Behälter (12);
einem mit dem Empfänger (80) gekoppelten zweiten Taktsignal (74) zum periodischen Durchschalten des empfangenen Signals mit einer zweiten Taktrate;
einer mit der Quelle (76) und dem Empfänger (80) verbundenen Meßschaltung (42) zum Bestimmen der Produkthöhe basierend auf dem empfangenen Signal und der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate;
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife (20) verbundenen Ausgangsschaltung (48) zum Übertragen von mit der Produkthöhe in Beziehung stehenden Informationen über die Schleife (20); und
einer mit der Zweidraht-Prozeßsteuerungsschleife (20) verbindbaren Leistungsversorgungsschaltung (40) zum Empfangen von Leistung von der Schleife (20) zum Versorgen des Pegelsenders (10) mit Leistung, wobei die Mikrowellenquelle (76) und der Mikrowellenempfänger (80) so angeordnet sind, daß sie mit einem ausreichend niedrigen Leistungsverbrauch betreibbar sind und der Sender (10) durch über die Schleife (20) empfangene Leistung von der Leistungsversorgungsschaltung (40) vollständig mit Leistung versorgt wird.
13. Pegelsender nach Anspruch 12, wobei die erste Taktrate zwischen etwa 1,0 MHz und etwa 4,0 MHz liegt und die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Taktrate zwischen etwa 10 Hz und etwa 40 Hz liegt.
14. Pegelsender nach Anspruch 12 oder 13 mit einer mit dem Mikrowellenempfänger verbundenen zweiten Mikrowellenantenne.
15. Pegelsender nach Anspruch 12, 13 oder 14 mit einem Impulsempfänger zum Empfangen des reflektierten Mikrowellensignals und zum Bereitstellen eines durchgeschalteten Ausgangssignals in Antwort auf die zweite Taktrate.
16. Pegelsender nach einem der Ansprüche 12 bis 15 mit einem intrinsisch sicheren Gehäuse, das die Schaltung des Pegelsenders enthält.
17. Pegelsender nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Mikrowellenantenne eine längliche Mikrowellensonde aufweist, die sich in den Behälter erstreckt, um das Mikrowellensignal über die Sonde zu übertragen.
18. Pegelsender nach einem der Ansprüche 12 bis 17 mit einer Einrichtung zum Integrieren der empfangenen Impulse über mehrere Zyklen, um einen höheren Empfangssignalpegel zu erhalten.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/486,649 US5672975A (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Two-wire level transmitter |
| EP96916838A EP0830574A1 (de) | 1995-06-07 | 1996-05-31 | Füllstandsignalübertrager mit zweidrahtleitung |
Publications (1)
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