DE102004009032A1

DE102004009032A1 - Vorrichtung und Verfahren zur kapazitiven Füllstandsmessung

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

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), mit mindestens einer Füllstandssonde (5), und mit mindestens einer Elektronikeinheit (10), die ein Spannungsansteuersignal zur Ansteuerung der Füllstandssonde (5) erzeugt. Die Erfindung beinhaltet, dass die Elektronikeinheit (10) so ausgestaltet ist, dass sie zu vorgebbaren Zeitpunkten die Füllstandssonde (5) mit dem Spannungsansteuersignal ansteuert. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren.

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.
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.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, kapazitiv und möglichst optimal in Bezug auf die zur Verfügung stehende Energie den Füllstand zu messen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden einzigen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1: ein Blockschaltbild der Vorrichtung bei der Messung des Füllstandes.
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: Medium
2: Behälter
5: Füllstandssonde
10: Elektronikeinheit
11: Energiequelle
15: Mikroprozessor

Claims

Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), mit mindestens einer Füllstandssonde (5), und mit mindestens einer Elektronikeinheit (10), die ein Spannungsansteuersignal zur Ansteuerung der Füllstandssonde (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (10) so ausgestaltet ist, dass sie zu vorgebbaren Zeitpunkten die Füllstandssonde (5) mit dem Spannungsansteuersignal ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Energiequelle (11) verbunden ist, und dass die Zeitpunkte in Abhängigkeit von der durch die Energiequelle (11) bereitgestellten Energie festlegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Energiequelle (11) um eine Batterie handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte periodisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikroprozessor (15) in der Elektronikeinheit (10) vorgesehen ist.
Verfahren zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), mit mindestens einer Füllstandssonde (5), und mit mindestens einer Elektronikeinheit (10), die ein Spannungsansteuersignal zur Ansteuerung der Füllstandssonde (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandssonde (5) zu vorgebbaren Zeitpunkten von der Elektronikeinheit (10) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte in Abhängigkeit von einer zur Verfügung stehenden Energie und/oder Energiequelle (11) festgelegt werden.