DE102014110807A1

DE102014110807A1 - Mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts

Info

Publication number: DE102014110807A1
Application number: DE102014110807.8A
Authority: DE
Inventors: Torsten Thiel; Stefan Brändlin; Jürgen Abraham
Original assignee: Endress and Hauser Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-02-04

Abstract

Mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts (2) zum Aussenden und Empfangen hochfrequenter Messsignale, umfassend ein Grundgestell (301, 302) mit einer Haltevorrichtung (401, 402) und einer Reflektionsplatte (501, 502), wobei eine Fläche der Haltevorrichtung (401, 402) und eine Fläche der Reflektionsplatte (501, 502) vertikal beabstandet einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Haltevorrichtung (401, 402) und die Reflektionsplatte (501, 502) jeweils horizontal ausrichtbar sind, so dass die Fläche der Haltevorrichtung (401, 402) und die Reflektionsplatte (501, 502) in ihrer horizontalen Position parallel zueinander angeordnet sind, wobei das Grundgestell (301, 302) Mittel zum Variieren eines vertikalen Abstands (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) aufweist, wobei mit dem Füllstandsmessgerät (2) Abstandsmesswerte für diesen Abstand zu ermitteln sind, wobei die Haltevorrichtung (401, 402) eine Aufnahme zum Aufnehmen des Füllstandsmessgeräts (2) in einer Orientierung aufweist, in der die Messsignale des Füllstandsmessgeräts (2) senkrecht zur Haltevorrichtung (401, 402) in Richtung der Reflektionsplatte (501, 502) ausgesendet werden, wobei die Reflektionsplatte (501, 502) dermaßen ausgestaltet ist, dass die Messsignale zum Füllstandsmessgerät (2) reflektiert werden, wobei die Vorrichtung ein Referenzmessgerät (6) zum Ermitteln eines Referenzmesswerts für den Abstand (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) aufweist, so dass anhand von Abstandsmesswerten des Füllstandsmessgeräts (2) und der Referenzmesswerte das Füllstandsmessgerät (2) kalibrierbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts zum Aussenden und Empfangen hochfrequenter Messsignale.
Radarmessgeräte zur Füllstandsmessung werden von der Anmelderin in unterschiedlichen Ausgestaltungen hergestellt und vertrieben. Ein frei abstrahlendes Messgerät wird beispielsweise unter der Bezeichnung „Micropilot“ angeboten. Über eine Antenne werden Mikrowellen in Richtung eines Mediums abgestrahlt. Die an der Oberfläche des Mediums reflektierten Wellen werden von dem Messgerät empfangen und eine Echofunktion gebildet, welche die Echoamplitude als Funktion der Entfernung darstellt. Aus dieser Funktion wird das Nutzecho ermittelt und die zugehörige Laufzeit bestimmt. An Hand der Laufzeit wird die Distanz zwischen der Antenne und dem Medium bestimmt.
Es sind verschiedene Messverfahren bekannt, wobei das Pulsradar und das Frequenzmodulations-Dauerstrichradar (FMCW-Radar) die bekanntesten darstellen. Beim Pulsradar werden periodisch kurze Mikrowellenpulse ausgesendet und die an der Oberfläche des Mediums reflektierten Pulse empfangen. Die empfangene Signalamplitude als Funktion der Zeit stellt die Echofunktion dar, wobei jede Laufzeit einem in einem bestimmten Abstand von der Antenne reflektierten Echo entspricht.
Zur Kalibrierung von Radarmessgeräten, kommt häufig ein flächiges Zielobjekt, auch Prallplatte genannt, zum Einsatz. Das zu kalibrierende Abstandsmessgerät wird beispielsweise in einem bestimmten Abstand zum Zielobjekt positioniert, das Messsignal in Richtung des Zielobjekts ausgesendet und das reflektierte Messsignal empfangen. Anhand der Signallaufzeit wird eine gemessene Distanz zwischen dem Radarmessgerät und dem Zielobjekt bestimmt. Die gemessene Distanz wird mit einem Referenzwert verglichen, welcher mittels eines kalibrierten Referenzmessgeräts bestimmt wurde. Das kalibrierte Referenzmessgerät weist eine Genauigkeit auf, die um einen definierten Faktor höher ist als die Genauigkeit des zu kalibrierenden Abstandsmessgeräts.
Nachteilig an solchen Kalibrierverfahren ist, dass das zu kalibrierende Radarmessgerät zu einer Kalibrierwerkstatt gebracht werden muss, was zeit- und kostenintensiv ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts anzugeben.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung ist eine mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts zum Aussenden und Empfangen hochfrequenter Messsignale. Die mobile Vorrichtung umfasst ein Grundgestell mit einer Haltevorrichtung und einer Reflektionsplatte, wobei eine Fläche der Haltevorrichtung und eine Fläche der Reflektionsplatte vertikal beabstandet einander gegenüber angeordnet sind. Die Haltevorrichtung und die Reflektionsplatte sind jeweils horizontal ausrichtbar, so dass die Fläche der Haltevorrichtung und die Reflektionsplatte in ihrer horizontalen Position parallel zueinander angeordnet sind. Das Grundgestell weist Mittel zum Variieren eines vertikalen Abstands zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte auf, wobei mit dem Füllstandsmessgerät Abstandsmesswerte für diesen Abstand zu ermitteln sind. Die Haltevorrichtung weist eine Aufnahme zum Aufnehmen des Füllstandsmessgeräts in einer Orientierung auf, in der die Messsignale des Füllstandsmessgeräts senkrecht zur Haltevorrichtung in Richtung der Reflektionsplatte ausgesendet werden, wobei die Reflektionsplatte dermaßen ausgestaltet ist, dass die Messsignale zum Füllstandsmessgerät reflektiert werden. Die Vorrichtung weist ein Referenzmessgerät zum Ermitteln eines Referenzmesswerts für den Abstand zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte auf, so dass anhand von Abstandsmesswerten des Füllstandsmessgeräts und der Referenzmesswerte das Füllstandsmessgerät kalibrierbar ist.
Da die mobile Vorrichtung ein Grundgestell mit einer Haltevorrichtung umfasst an der das Füllstandsmessgerät montierbar ist, und an dem das Referenzmessgerät bereits montiert ist, kann das Füllstandsmessgerät vor Ort an die Vorrichtung montiert und kalibriert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Haltevorrichtung und/oder der Reflektionsplatte eine Libelle zugeordnet. Die Libelle hilft, die Haltevorrichtung bzw. die Reflektionsplatte horizontal auszurichten. Sind die beiden Platten horizontal ausgerichtet, stehen sie zwangsläufig parallel zueinander.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Grundgestell einen Stützträger auf, auf welcher die Haltevorrichtung und/oder die Reflektionsplatte kardanisch gelagert sind/ist. Eine kardanische Lagerung sorgt bei entsprechend tiefem Schwerpunkt dafür, dass die Haltevorrichtung bzw. die Reflektionsplatte aufgrund der Schwerkraft immer horizontal ausgerichtet ist.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Referenzmessgerät um ein Laserentfernungsmessgerät. Ein Laserentfernungsmessgerät ist eine einfache Möglichkeit den tatsächlichen Abstand zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte schnell und kostengünstig zu bestimmen und weist die erforderliche Genauigkeit auf.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform umfasst das Mittel zum Variieren des Abstands zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte einen höhenverstellbaren Sockel, der an dem Grundgestell angeordnet ist und die Haltevorrichtung und/oder die Reflektionsplatte trägt. Der höhenverstellbare Sockel ist bevorzugt an einem Innenboden des Grundgestells angeordnet und trägt die Reflektionsplatte. Durch die Höhenverstellung des Sockels wird die Reflektionsplatte in Richtung der Haltevorrichtung bewegt und so der Abstand zu der Haltevorrichtung variiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Zusatzgestell vorgesehen, welches an das Grundgestell montierbar ist, um den Abstand zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte zu vergrößern.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Überprüfung der Funktion eines Füllstandsmessgeräts, mittels einer erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung, umfassend die Verfahrensschritte, Aufnehmen des Füllstandsmessgeräts an der Haltevorrichtung des Grundgestells, Aussenden eines Messsignals mittels des Füllstandsmessgeräts, wobei das Messsignal an der Reflektionsplatte reflektiert wird, Empfangen des Messsignals mittels des Füllstandsmessgeräts, und Ausführen mindestens eines der folgenden Schritte, bevorzugt mittels einer Regel-/Auswerteeinheit des Füllstandsmessgeräts:

• Ermitteln des Abstandsmesswerts zwischen dem Füllstandsmessgerät und der Reflektionsplatte anhand der Laufzeit des Messsignals,
• Ermitteln einer Dämpfung anhand der ausgesendeten und der empfangenen Messsignale,
• Ermitteln eines Signal-Rausch-Verhältnisses der Messsignale anhand der ausgesendeten und/oder der empfangenen Messsignale.

Die Messgenauigkeit wird sowohl durch die Kalibration des Füllstandsmessgeräts mittels der erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung als auch durch Ermittlung der Dämpfung der Messsignale oder des Signal-Rausch-Verhältnisses der Messsignale bestimmt, wobei die Ermittlung der Dämpfung der Messsignale oder des Signal-Rausch-Verhältnisses der Messsignale ebenfalls durch die erfindungsgemäße mobile Vorrichtung geschieht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine Qualität der Messsignale anhand der Dämpfung und/oder des Signal-Rausch-Verhältnisses ermittelt.
Fallen die Messsignale senkrecht auf das Füllstandsmessgerät, treffen die Messsignale mit einer maximalen Intensität auf das Füllstandsmessgerät. Die Qualität der Messsignale wird anhand der Intensität der empfangenen Messsignale ermittelt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: einen Längsschnitt einer mobilen Vorrichtung, bei welcher die Reflektionsplatte mittels eines höhenverstellbaren Sockels an dem Grundgestell befestigt ist,
2: : einen Längsschnitt einer mobilen Vorrichtung, bei dem die Reflektionsplatte kardanisch an einem Stützträger aufgehängt ist.
1 zeigt einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer mobilen Vorrichtung 101 zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts 2. Die Vorrichtung 101 umfasst ein Grundgestell 301, das zylinderförmig ausgestaltet ist. Eine plattenförmige Haltevorrichtung 401 bildet eine erste Stirnfläche des zylinderförmigen Grundgestells 301. Die zweite Stirnfläche des Grundgestells 301 dient als Boden des Grundgestells 301 und wird auf einer Unterlage angeordnet. An einer Innenseite der zweiten Stirnfläche ist ein höhenverstellbarer Sockel 10 angeordnet, der eine Reflektionsplatte 501 trägt. An der Reflektionsplatte 501 ist eine Libelle 8 angeordnet, mit deren Hilfe die Reflektionsplatte 501 horizontal ausrichtbar ist.
Die Haltevorrichtung 401 weist ebenfalls eine Libelle 8 auf, mit deren Hilfe die Haltevorrichtung 401 horizontal ausrichtbar ist. Sind sowohl die Haltevorrichtung 401 als auch die Reflektionsplatte 501 horizontal ausgerichtet, stehen die plattenförmige Haltevorrichtung 401 und die Reflektionsplatte 501 zwangsläufig parallel zueinander. In der Aufnahme der Haltevorrichtung 401 ist das Füllstandsmessgerät 2 in der Weise positionierbar, dass die Messsignale des Füllstandsmessgeräts 2 senkrecht zur plattenförmigen Haltevorrichtung 401 in Richtung der Reflektionsplatte 501 ausgesendet werden. Die Reflektionsplatte 501 ist so ausgestaltet, dass die vom Füllstandsmessgerät 2 ausgesendeten Messsignale zum Füllstandsmessgerät 2 zurück reflektiert werden. Des Weiteren weist die Haltevorrichtung 401 ein Referenzmessgerät 6 auf, das als ein Laserentfernungsmessgerät 6 ausgestaltet ist und den Abstand 7 zwischen der Haltevorrichtung 401 und der Reflektionsplatte 501 ermittelt. Zur genaueren Kalibrierung werden mindestens zwei, bevorzugt drei verschiedene Abstände 7 zwischen der Haltevorrichtung 401 und der Reflektionsplatte 501 eingestellt. Bei jedem eingestellten Abstand 7 ermittelt das Füllstandsmessgeräts 2 einen Abstandsmesswert und das Laserentfernungsmessgeräts 6 ermittelt einen Referenzmesswert für den Abstand 7 zwischen der Haltevorrichtung 401 und der Reflektionsplatte 501. Anhand der jeweiligen Abstandsmesswerte und der zugehörigen Referenzmesswerte ist das Füllstandsmessgerät 2 kalibrierbar.
Ferner kann mittels der mobilen Vorrichtung die Qualität der Messsignale bei verschiedenen Abständen bestimmt werden. Hierzu weist das Füllstandsmessgerät 2 eine Regel-/Auswerteeinheit 11 auf, die anhand der ausgesendeten und der empfangenen Messsignale eine Dämpfung und/oder ein Signal-Rausch-Verhältnis der Messsignale ermittelt. Anhand der Dämpfung und/oder des Signal-Rausch-Verhältnisses kann die ggf. abstandsabhängige Qualität der Messsignale ermittelt werden.
2 zeigt einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer mobilen Vorrichtung 102 zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts 2. Die Vorrichtung 102 umfasst ein Grundgestell 302 welches ein Profilrohr 12 aufweist. Das Profilrohr 12 besteht aus Aluminium und weist an einem ersten Ende eine plattenförmige Haltevorrichtung 402 und an einem zweiten Ende einen Plattenboden 13 auf. Der Plattenboden 13 weist vier Nivellierfüße 14 auf, die höhenverstellbar sind. Der Plattenboden 13 wird mit den Nivellierfüssen 14 voran auf eine Unterlage gelegt. Das Grundgestell 302 kann dann mittels der Nivellierfüsse 14 nivelliert werden.
An dem Profilrohr 12 ist ein Stützträger 9 angeordnet, der verschiebbar mit dem Profilrohr 21 des Grundgestells 302 verbunden ist. Ferner weist der Stützträger 9 einen Aufhängungspunkt 15 auf, an dem eine Stange 16 aufgehängt ist. Die Stange 16 weist an einem ersten Ende eine pendelförmige Masse 17 und an einem zweiten Ende eine Reflektionsplatte 502 auf, die senkrecht zur Stange 16 angeordnet ist. Die Reflektionsplatte 502 ist mittels der Masse 17 kardanisch auf dem Aufhängungspunkt 15 aufgehängt. Durch die kardanische Aufhängung 18 ist die Reflektionsplatte 502 immer horizontal ausgerichtet, unabhängig davon welche Lage das Grundgestell 302 aufweist.
Die Haltevorrichtung 402 weist eine Libelle 8 auf, mit deren Hilfe die Haltevorrichtung 402 horizontal ausrichtbar ist. Ferner weist die Haltevorrichtung 402 ein Referenzmessgerät 6 und eine Aufnahme für ein Füllstandsmessgerät 2 auf. Das Füllstandsmessgerät 2 wird in der Weise an der Haltevorrichtung 402 montiert, dass die Messsignale des Füllstandsmessgeräts 2 senkrecht zur Haltevorrichtung 402 in Richtung der Reflektionsplatte 502 ausgesendet werden. Durch die horizontale Ausrichtung der Reflektionsplatte 502 treffen die Messsignale senkrecht auf die Reflektionsplatte 502 und werden senkrecht zur Reflektionsplatte 502 reflektiert und von dem Füllstandsmessgerät 2 empfangen. Das Füllstandsmessgerät 2 ermittelt aufgrund der Laufzeit der Messsignale einen Abstandsmesswert für den Abstand 7 zwischen der Haltevorrichtung 402 und der Reflektionsplatte 502.
Das Referenzmessgerät 6 ist als ein Laserentfernungsmessgerät ausgestaltet. Das Referenzmessgerät 6 sendet ebenfalls Messsignale in Richtung der Reflektionsplatte 502 und ermittelt anhand der Reflektion an der Reflektionsplatte 502 die Laufzeit der Messsignale und daraus einen Referenzmesswert für den Abstand 7 zwischen der Haltevorrichtung 402 und der Reflektionsplatte 502. Eine Kalibration des Füllstandsmessgeräts 2 erfolgt anhand des Vergleichs zwischen dem Abstandsmesswert und dem Referenzmesswert bei drei verschiedenen Abständen 7. Da der Stützträger 9 verschiebbar an dem Profilrohr 12 befestigt ist, kann der Abstand 7 zwischen der Haltevorrichtung 402 und der Reflektionsplatte 502 variiert werden. Auf diese Weise kann das Füllstandsmessgerät bei verschiedenen Abständen kalibriert werden.
Bezugszeichenliste

101: Mobile Vorrichtung
102: Mobile Vorrichtung
2: Füllstandsmessgerät
301: Grundgestell
302: Grundgestell
401: Haltevorrichtung
402: Haltevorrichtung
501: Reflektionsplatte
502: Reflektionsplatte
6: Referenzmessgerät
7: Abstand zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektionsplatte
8: Libelle
9: Stützträger
10: Sockel
11: Regel-/Auswerteeinheit
12: Profilrohr
13: Plattenboden
14: Nivellierfüsse
15: Aufhängungspunkt
16: Stange
17: Masse
18: Kardanische Aufhängung

Claims

Mobile Vorrichtung zur Vor-Ort-Kalibrierung eines berührungslos arbeitenden Füllstandsmessgeräts (2) zum Aussenden und Empfangen hochfrequenter Messsignale, umfassend ein Grundgestell (301, 302) mit einer Haltevorrichtung (401, 402) und einer Reflektionsplatte (501, 502), wobei eine Fläche der Haltevorrichtung (401, 402) und eine Fläche der Reflektionsplatte (501, 502) vertikal beabstandet einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Haltevorrichtung (401, 402) und die Reflektionsplatte (501, 502) jeweils horizontal ausrichtbar sind, so dass die Fläche der Haltevorrichtung (401, 402) und die Reflektionsplatte (501, 502) in ihrer horizontalen Position parallel zueinander angeordnet sind, wobei das Grundgestell (301, 302) Mittel zum Variieren eines vertikalen Abstands (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) aufweist, wobei mit dem Füllstandsmessgerät (2) Abstandsmesswerte für diesen Abstand zu ermitteln sind, wobei die Haltevorrichtung (401, 402) eine Aufnahme zum Aufnehmen des Füllstandsmessgeräts (2) in einer Orientierung aufweist, in der die Messsignale des Füllstandsmessgeräts (2) senkrecht zur Haltevorrichtung (401, 402) in Richtung der Reflektionsplatte (501, 502) ausgesendet werden, wobei die Reflektionsplatte (501, 502) dermaßen ausgestaltet ist, dass die Messsignale zum Füllstandsmessgerät (2) reflektiert werden, wobei die Vorrichtung ein Referenzmessgerät (6) zum Ermitteln eines Referenzmesswerts für den Abstand (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) aufweist, so dass anhand von Abstandsmesswerten des Füllstandsmessgeräts (2) und der Referenzmesswerte das Füllstandsmessgerät (2) kalibrierbar ist.
Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Haltevorrichtung (401, 402) und/oder der Reflektionsplatte (501, 502) eine Libelle (8) zugeordnet ist.
Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Grundgestell (301, 302) einen Stützträger (9) aufweist, auf welcher die Haltevorrichtung (401, 402) und/oder die Reflektionsplatte (501, 502) kardanisch gelagert sind/ist.
Mobile Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Referenzmessgerät (6) um ein Laserentfernungsmessgerät handelt.
Mobile Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum Variieren des Abstands (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) einen höhenverstellbaren Sockel (10) umfasst, der an dem Grundgestell (301, 302) angeordnet ist und die Haltevorrichtung (401, 402) und/oder die Reflektionsplatte (501, 502) trägt.
Mobile Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Zusatzgestell vorgesehen ist, welches an das Grundgestell (301, 302) montierbar ist, um das Grundgestell (301, 302) zu verlängern und den Abstand (7) zwischen der Haltevorrichtung (401, 402) und der Reflektionsplatte (501, 502) zu vergrößern.
Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines Füllstandsmessgeräts, mittels einer mobilen Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte, Aufnehmen des Füllstandsmessgeräts (2) an der Haltevorrichtung (401, 402) des Grundgestells (3), Aussenden eines Messsignals mittels des Füllstandsmessgeräts (2), wobei das Messsignal an der Reflektionsplatte (501, 502) reflektiert wird, Empfangen des Messsignals mittels des Füllstandsmessgeräts (2), und Ausführen mindestens eines der folgenden Schritte, bevorzugt mittels einer Regel-/Auswerteeinheit (11) des Füllstandsmessgeräts (2): • Ermitteln des Abstandsmesswerts zwischen dem Füllstandsmessgerät (2) und der Reflektionsplatte (501, 502) anhand der Laufzeit des Messsignals, • Ermitteln einer Dämpfung anhand der ausgesendeten und der empfangenen Messsignale, • Ermitteln eines Signal-Rausch-Verhältnisses der Messsignale anhand der ausgesendeten und/oder der empfangenen Messsignale.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Qualität der Messsignale anhand der Dämpfung und/oder des Signal-Rausch-Verhältnisses ermittelt wird.