DE102013221223A1

DE102013221223A1 - Schwimmkörper und Anordnung zum Messen eines Füllstands

Info

Publication number: DE102013221223A1
Application number: DE102013221223.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Schneider
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Dargestellt und beschreiben ist ein Schwimmkörper zum Messen des Füllstands eines Füllguts (2) in einem Behälter (1) sowie eine Anordnung zur Messung des Füllstands eines Füllguts (2) mit einem Schwimmkörper. Damit eine Füllstandsmessung auch bei Schaumbildung möglich ist, umfasst der Schwimmkörper (10) eine Sende- und Empfangseinheit (12), wobei die Sende- und Empfangseinheit (12) so ausgeführt ist, dass sie den Füllstand mittels einer Laufzeitmessung auf Basis eines Signals bestimmt, das vom Deckel (1a) des Behälters (1) reflektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper zum Messen des Füllstands eines Füllguts. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Messung des Füllstands eines Füllguts.
Zum Messen von Füllständen, wie beispielsweise Füllstände in Industriebehältern oder Tanks, werden üblicherweise Füllstandsmessgeräte eingesetzt, die nach dem Radarprinzip Füllstände messen. Das Grundprinzip beruht darauf, Wellen von einer Antenne in Richtung des Füllguts abzustrahlen, wobei an dessen Oberfläche die Wellen wieder reflektiert werden und von der Sendeeinheit wieder empfangen werden. Mittels Laufzeitmessung, d.h. mittels Messens der Zeit vom Senden bis zum Empfangen dieser Signale und durch Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen, kann somit der Abstand zwischen Füllgut und Antenne und somit die Füllstandshöhe in einem Behälter gemessen werden. Dieses Messprinzip ist beispielsweise in der DE 4407823 offenbart.
Schwierig wird eine derartige Füllstandsmessung jedoch, wenn sich auf der Oberfläche des Füllguts Schaum gebildet hat oder das Medium an sich schlecht reflektiert. Dann gibt es für die abgestrahlten Wellen keine definierte Reflexionsfläche und im Falle von Schaumbildung entstehen durch die Bläschen unzählige Flächen, an denen es zu einer Vielzahl von Reflexionen und schließlich zur Absorption und zu Streuungen kommt, so dass die Wellen eine derart große Schwächung erfahren, dass keine reflektierten Wellen mehr empfangbar sind. Im Ergebnis ist eine Messung der Füllstandshöhe dann nicht mehr möglich.
Aus der DE 10 2011 106 568 A1 ist ein Schwimmkörper zur Anzeige des Füllstands eines Mediums in einem Behälter bekannt, der von einem Sender emittierte elektromagnetische Wellen in Richtung auf einen Empfänger reflektiert. Die Reflexionsfläche ist dabei nicht mehr die Oberfläche des Füllguts sondern ein Reflektor, der von dem eigentlichen Schwimmkörper beabstandet, sich nach oben in Richtung Behälterdeckel erstreckt. Auf diese Weise könnte eine gewisse Schaumhöhe toleriert werden, solange der Reflektor aus dem Schaum herausragt und für die Wellen „sichtbar“ ist. Jedoch kann insbesondere bei sehr großvolumigen Tanks nicht ausgeschlossen werden, dass die Schaumhöhe den Reflektor übersteigt und damit das Messergebnis verfälscht wird oder eine Messung erst gar nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwimmkörper sowie eine Anordnung anzugeben, womit eine Füllstandsmessung auch bei Schaumbildung möglich ist.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schwimmkörper sowie durch eine Anordnung zur Messung des Füllstands eines Füllguts mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Kern der Erfindung ist die Verlagerung der Sende- und Empfangseinheit für das Radarsignal in den Schwimmkörper, während im Stand der Technik zumindest die Sendeeinheit außerhalb des Schwimmkörpers angeordnet ist. Da der Schwimmkörper so beschaffen ist, dass er immer auf der Oberfläche des Füllguts schwimmt, ist die zu messende Füllstandshöhe damit exakt definierbar. Dem gegenüber ist die Reflexionsfläche nunmehr der das Füllgut beinhaltende Behälter selbst bzw. dessen Wandung, so dass die abgestrahlten Wellen quasi verlustfrei reflektiert werden können. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass die sich von der Sendeeinheit kegelförmig ausbreitenden Wellen gleich zu Beginn, wenn die Signaldichte am größten ist, eine eventuell vorhandene Schaumdecke durchdringen. Treffen die Wellen erst später auf den Schaum, ist die Signaldichte aufgrund der kegelförmigen Ausbreitung sehr viel geringer, was letztlich zu den eingangs zum Stand der Technik angesprochenen Nachteilen führt. Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Schwimmkörper auch eine Füllstandsmessung zum Behälterdeckel möglich, wenn der Schwimmkörper vollständig von Schaum umgeben ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zur Energieversorgung und/oder zur Signalübertragung an eine übergeordnete Steuereinheit, bspw. eine SPS, eine Kabelanschlussvorrichtung vorgesehen ist. Hierbei kann es sich um einen außen am Schwimmkörper angeordneten Steckeranschluss für eine Kabeldose am Ende eines Kabels handeln oder um eine innerhalb des Schwimmkörpers, bspw. auf einer Leiterplatte angeordneten Litzenkontaktierung, mit der die Adern des Kabels verbunden sind.
Alternativ dazu kann zur Energieversorgung auch eine lokale Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie vorgesehen sein und die Signalübertragung an die übergeordnete Steuereinheit mittels einer Funkverbindung erfolgen. Hierfür weist der Schwimmkörper dann entsprechend eine Antenne und einen Raum zur Aufnahme einer Batterie auf. Denkbar sind aber auch andere Spannungsquellen, wie bspw. Brennstoffzellen oder Solarzellen, sofern ein Lichteinfall gewährleistet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer Figur anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Messen von Füllständen. Dabei wird in einem Behälter 1 in Form eines Tanks oder dergleichen ein Füllstand eines Füllguts 2 gemessen. Der Behälter 1 weist dabei einen Deckel 1a auf und besteht aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl. Auf der Oberfläche des Füllguts 2 befindet sich aufgrund seiner Aufriebseigenschaften ein Schwimmkörper 10.
An der oberen, dem Behälterdeckel 1a zugewandten Seite des Schwimmkörpers 10 ist eine Sende- und Empfangseinheit 12 angeordnet. Diese Sende- und Empfangseinheit 12 sendet über eine Hornantenne 11 Mikrowellen 20 in Richtung des Behälterdeckels 1a, wo sie reflektiert werden und schließlich wieder von der Sende- und Empfangseinheit 12 empfangen werden. In 1 ist die Wellenausbreitung schematisch angedeutet. Durch Messung der Laufzeit, die das Wellensignal 20 vom Aussenden bis zum Empfang benötigt, wird in einer Auswerteeinheit 14, die sich ebenfalls im Schwimmkörper befindet, die Füllstandshöhe berechnet bzw. ermittelt. Über eine Kabelverbindung 17 werden diese Messwerte dann an eine übergeordnete Steuereinheit 30, bspw. eine SPS, zur Anzeige und/oder weiteren Verarbeitung geleitet. Des Weiteren wird der Schwimmkörper 10 über das Kabel 17 mit Energie versorgt. Das Kabel 17 zwischen Steuereinheit 30 und Schwimmkörper 10 ist fest mit dem Schwimmkörper 10 verbunden und dort mittels einer Kabelanschlussvorrichtung 16 elektrisch kontaktiert.
Durch einfache konstruktive Maßnahmen, die für einen untenliegenden Schwerpunkt des Schwimmkörpers 10 sorgen, wird sichergestellt, dass sich der Schwimmkörper 10 immer in der beschriebenen Ausrichtung befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4407823 [0002]
DE 102011106568 A1 [0004]

Claims

Schwimmkörper zum Messen des Füllstands eines Füllguts (2) in einem Behälter (1), mit einer Sende- und Empfangseinheit (12), wobei die Sende- und Empfangseinheit (12) so ausgeführt ist, dass sie den Füllstand mittels einer Laufzeitmessung auf Basis eines Signals bestimmt, das vom Deckel (1a) des Behälters (1) reflektiert wird.
Schwimmkörper nach Anspruch 1, wobei das Signal ein Mikrowellensignal (20) ist und die Füllstandsmessung nach dem Radarprinzip erfolgt.
Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Energieversorgung und/oder zur Signalübertragung an eine übergeordnete Steuereinheit eine Kabelanschlussvorrichtung (16) vorgesehen ist.
Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Energieversorgung eine lokale Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie vorgesehen ist und die Signalübertragung an eine übergeordnete Steuereinheit mittels einer Funkverbindung erfolgt.
Anordnung zur Messung des Füllstands eines Füllguts (2), umfassend einen das Füllgut (2) enthaltenden Behälter (1), mit einem Behälterdeckel (1a), und einen Schwimmkörper (10), der zum Schwimmen an der Oberfläche des Füllguts (2) eingerichtet und nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.