DE102021118496A1 - Füllstandsmessgerät - Google Patents

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Philipp Hügler
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein hinsichtlich der Fertigung robustes Füllstandsmessgerät (1) auf Radar-Basis. Als Komponenten umfasst das Füllstandsmessgerät (1) eine Antenne (10) zum Aussenden und Empfang der Radar-Signale (SHF, RHF), sowie eine Sende-/Empfangs-Einheit (12), die das Radar-Signal (SHF) erzeugt und anhand des reflektierten Empfangs-Signals (RHF) den Füllstand (L) ermittelt; Außerdem umfasst das Füllstandsmessgerät (1) einen Wellenleiter (11) zur Übertragung der Radar-Signale (SHF, RHF) zwischen der Antenne (10) und der Sende-/Empfangs-Einheit (12). Erfindungsgemäß zeichnet sich das Füllstandsmessgerät (1) durch ein Endanschlags-Element (110) am Wellenleiter (11) und einen an der Sende-/Empfangs-Einheit (12) angeordneten Positionierungs-Aufsatz (13) aus. Dabei bildet der Positionierungs-Aufsatz (13) korrespondierend zum Endanschlags-Element (110) in Richtung einer Einsteck-Achse (a) einen derartigen Endanschlag für den Wellenleiter (11) aus, so dass der Wellenleiter (11) hochfrequenztechnisch sicher an die Sende-/Empfangs-Einheit (12) gekoppelt wird. Hierdurch reduziert sich beim Einstecken des Wellenleiters (11) die Anfälligkeit gegenüber unsachgemäßer Montage des Füllstandsmessgerätes (1) wesentlich.

Description

  • In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung relevanter Prozessparameter entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Für die Erfassung der jeweiligen Prozessparameter sind in den entsprechenden Feldgeräten geeignete Messprinzipien implementiert, um als Prozessparameter etwa einen Füllstand, einen Durchfluss, einen Druck, eine Temperatur, einen pH-Wert, ein Redoxpotential oder eine Leitfähigkeit zu erfassen. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firmengruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
  • Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandsmessung werden daher vorwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung bezieht sich der Begriff „Radar“ auf Signale bzw. elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz). Etablierte Messverfahren bilden hierbei FMCW („Frequency Modulated Continuous Wave“) sowie das Pulslaufzeit-Verfahren. Näher beschrieben werden Radar-basierte Füllstands-Messverfahren beispielsweise in „Radar Level Measurement“, Peter Devine, 2000.
  • Mittels des FMCW- und Pulslaufzeit-Verfahrens ist es möglich, die Entfernung bzw. den Füllstand zumindest punktuell zu messen. Dabei richtet sich der Punkt, an dem der Füllstand gemessen wird, nach der Ausrichtung der Sende-/Empfangs-Antenne bzw. nach der Richtung ihrer Strahlkeule (aufgrund der allgemein reziproken Eigenschaften von Antennen ist die Charakteristik bzw. der Strahlwinkel der Strahlkeule der jeweiligen Antenne unabhängig davon, ob sie sendet oder empfängt; Bei dem Begriff „Winkel“ oder „Strahlwinkel“ handelt es sich im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung um denjenigen Winkel, unter dem die Strahlkeule ihre maximale Sende-Intensität bzw. Empfangs-Empfindlichkeit aufweist. Dabei ist der Strahlwinkel hochfrequenztechnisch bedingt umso enger, je höher die Radar-Frequenz ist. Da eine enge Strahlkeule weniger anfällig gegenüber Störeinflüssen ist, werden Radar-basierte Füllstandsmessgeräte mit einer möglichst hohen Frequenz im Bereich ab 100 GHz ausgelegt.
  • Vor allem zu Explosionsschutz-Zwecken des Füllstandsmessgerätes wird oftmals eine örtliche Trennung zwischen der aktiven Sende-/Empfangs-Einheit zur Erzeugung des auszusendenden Radar-Signals bzw. zur Verarbeitung des eingehenden Rada-Signals, sowie der passiven Antenne gefordert. Die Sende-/Empfangs-Einheit ist daher außerhalb des Behälters angeordnet, während die Antenne in den Behälter hineinstehen muss und somit den Prozessbedingungen innerhalb des Behälters ausgesetzt ist. Um diese Aufteilung zu realisieren, ist die Sende-/Empfangs-Einheit örtlich durch einen entsprechenden Messgeräte-Hals von der Antenne getrennt. Dabei werden die Radar-Signale durch den Messgeräte-Hals von der Antenne zur Sende-/Empfangs-Einheit geführt. Unter anderem zu Explosionsschutz-Zwecken umfasst der Messgeräte-Hals gegebenenfalls außerdem eine Prozessdichtung, welche die für das Füllstandsmessgerät vorgesehene Behälteröffnung nach dem Einbau beispielsweise in Form eines Flansches verschließt.
  • Neben Explosionsschutzanforderungen muss der Messgeräte-Hals weitere Schutzfunktionen erfüllen: Je nach Anwendung herrschen im Inneren des Behälters hohe Temperaturen, hoher Druck oder gefährliche Gase vor. Daher muss der Messgeräte-Hals gegebenenfalls eine Druckdichtung, eine Temperaturbarriere und eine Gasdichtung darstellen. Diese Funktionen erfordern zusammen mit den Einbauvoraussetzungen einen deutlichen Abstand zwischen der Sende-/Empfangs-Einheit und der Antenne, über den die Messsignale möglichst verlustarm geführt werden müssen. In punktuell messenden Füllstandsmessgeräten kann dieser Abstand durch einen Wellenleiter im Messgeräte-Hals überbrückt werden, wobei entweder ein Hohlleiter oder ein dielektrischer Wellenleiter zum Einsatz kommen kann. Unabhängig davon ist der Querschnitt des Wellenleiters umso kleiner zu bemaßen, je höher die Frequenz des Radar-Signals ist. Durch die entsprechend filigrane Auslegung des Wellenleiters wird es mit höherer Frequenz zunehmend schwierig, den Wellenleiter bei der Fertigung des Füllstandsmessgerätes in Bezug zur Sende-Empfangs-Einheit korrekt und ohne Schädigung des Wellenleiters zu positionieren, so dass das Radar-Signal mit maximal möglicher Leistung eingekoppelt wird.
  • Es ist dementsprechend eine Aufgabe der Erfindung, ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät bereitzustellen, das einfach und sicher zu fertigen ist.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter, das folgende Komponenten umfasst:
    • - Eine Antenne, mittels welcher ein Radar-Signal gen Füllgut ausendbar und nach Reflektion des Radar-Signals an der Füllgut-Oberfläche als Empfangs-Signal empfangbar ist,
    • - eine Sende-/Empfangs-Einheit, die ausgelegt ist, das Radar-Signal zu erzeugen und anhand des Empfangs-Signals den Füllstand zu ermitteln, und
    • - einen Wellenleiter, welcher zwischen der Antenne und der Sende-/Empfangs-Einheit angeordnet ist, um die Radar-Signale insbesondere in einer Grund-Mode zu übertragen.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich das Füllstandsmessgerät durch ein Endanschlags-Element am Wellenleiter und einen an der Sende-/Empfangs-Einheit angeordneten Positionierungs-Aufsatz aus. Dabei bildet der Positionierungs-Aufsatz korrespondierend zum Endanschlags-Element in Richtung einer Einsteck-Achse einen derartigen Endanschlag für den Wellenleiter aus, so dass der Wellenleiter hochfrequenztechnisch optimal, also mit weniger als -6 dB und insbesondere weniger als -0,5 dB Verlust mit der Sende-/Empfangs-Einheit kontaktiert wird. Dabei kann der Wellenleiter um ein Führungs-Element erweitert werden, zu welchem wiederum der Positionierungs-Aufsatz korrespondiert, so dass der Wellenleiter beim Einstecken auch in Richtung der Einsteck-Achse geführt wird. Hierdurch wird die Kontaktierung des Wellenleiters bei der Montage des Füllstandsmessgerätes bzw. beim Einstecken des Wellenleiters wesentlich sicherer gemacht.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es nicht fest vorgeschrieben, wie das Endanschlags-Element und das Führungs-Element bzw. der korrespondierende Positionierungs-Aufsatz konstruktiv ausgelegt sind. Das Endanschlags-Element des Wellenleiters kann beispielsweise als radial von der Einsteck-Achse ausgehender Steg ausgebildet werden, wobei der Positionierungs-Aufsatz zur Ausbildung des Endanschlags in diesem Fall eine zum Steg korrespondierende Nut aufzuweisen hat. Dies bietet eine zusätzliche Sicherung gegenüber Verdrehen des Wellenleiters um seine Achse, so dass beispielsweise die richtige Polarisation bzw. die richtige Mode in den Wellenleiter eingekoppelt werden kann. Der Positionierungs-Aufsatz kann unter konstruktiven Aspekten entlang der Einsteck-Achse beispielsweise mit einem zylinderförmigen Innenraum konzipiert werden, welcher einen definierten Innenquerschnitt aufweist. Das Führungs-Element kann in diesem Fall korrespondierend zum zylinderförmigen Innenraum bzw. dessen Innenquerschnitt ausgelegt werden. Um die Sende-/Empfangs-Einheit hochfrequenztechnisch nach außen abzuschirmen, kann der Innenraum des Positionierungs-Aufsatzes zudem metallisch leitfähig ausgestaltet sein. Dabei ist es nicht relevant, ob der komplette Positionierungs-Aufsatz aus einem metallisch leitfähigen Material gefertigt ist, oder ob der Positionierungs-Aufsatz ansonsten elektrisch isolierend ausgelegt ist.
  • In Bezug zur Sende-/Empfangs-Einheit wird unter dem Begriff „Einheit“ im Rahmen der Erfindung prinzipiell jede elektronische Schaltung verstanden, die für den angedachten Einsatzzweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Die Sende-/Empfangs-Einheit kann jedoch auch eine Digitalschaltung, wie ein FPGA oder ein Speichermedium umfassen, welche mit einem Computer-Programm zusammenwirkt. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen anzuwenden. Dementsprechend kann die Sende-/Empfangs-Einheit beispielsweise als Bestandteil eines monolithischen Halbleiter-Chips ausgelegt sein, welcher zum Aus- und Einkoppeln der Radar-Signale entsprechende Primärstrahler, wie Planar-Antennen oder Hochfrequenz-Resonatoren umfasst. Aus Fertigungstechnischer Sicht ist die erfindungsgemäße Konzipierung des Füllstandsmessgerätes mit definiert einsteckbarem Wellenleiter besonders vorteilhaft, wenn die Sende-/Empfangs-Einheit das Radar-Signal mit einer Frequenz von zumindest 80 GHz, insbesondere 180 GHz erzeugt, da der Querschnitt des Wellenleiters in solch einem hohen Frequenzbereich insbesondere im Verhältnis zu dessen Länge mit beispielsweise weniger als 1:10 entsprechend klein bzw. filigran ist.
  • Analog zum erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, durch ein Verfahren zur Fertigung des Füllstandsmessgerätes nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungsvarianten gelöst. Dementsprechend umfasst das Verfahren als Verfahrensschritt zumindest:
    • - Einstecken des Wellenleiters in den Positionierungs-Aufsatz in Richtung der Einsteck-Achse, bis das Endanschlags-Element den Endanschlag des Positionierungs-Aufsatzes erreicht, so dass der Wellenleiter hochfrequenztechnisch mit der Sende-/Empfangs-Einheit kontaktiert ist.
  • Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1: Ein erfindungsgemäßes, Radar-basiertes Füllstandsmessgerät an einem Behälter,
    • 2: ein Ausschnitt des Füllstandsmessgerätes im Bereich der Sende-/Empfangs-Einheit, und
    • 3: eine erfindungsgemäße Positionierung des Wellenleiters an der Sende-/Empfangs-Einheit.
  • Zum Verständnis des erfindungsgenmäßen Füllstandsmessgerätes 1 ist in 1 ein Behälter 3 mit einem Füllgut 2 gezeigt, dessen Füllstand L zu erfassen ist. Dabei kann der Behälter 3 je nach Art des Füllgutes 2 und Einsatzgebiet bis zu mehr als 100 m hoch sein. Von der Art des Füllgutes 2 und dem Einsatzgebiet hängen auch die Bedingungen im Behälter 3 ab. So es kann im Falle von exothermen Reaktionen beispielsweise zu hoher Temperatur- und Druckbelastung kommen. Bei staubhaltigen oder entzündlichen Stoffen sind im Behälter-Inneren außerdem entsprechende Explosionsschutzbedingungen einzuhalten.
  • Um den Füllstand L unabhängig von den vorherrschenden Bedingungen ermitteln zu können, ist ein Füllstandsmessgerät 1 in einer bekannten Einbauhöhe h oberhalb des Füllgutes 2 an einer entsprechenden Öffnung am Behälter 3 angebracht. Dabei ist das Füllstandsmessgerät 1 ist so ausgerichtet und befestigt, dass es über eine Antenne 10 Radar-Signale SHF in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 2 aussendet. Durch die sprunghafte Änderung des Dielektrizitätswertes DK an der Oberfläche des Füllgutes 2 wird das ausgesendete Radar-Signal SHF an der Füllgut-Oberfläche reflektiert und nach einer korrespondierenden Signallaufzeit t im Messgerät 1 entsprechend als Empfangs-Signal RHF empfangen. Hierbei hängt die Signallaufzeit t des Signals SHF, RHF gemäß t = 2 d c
    Figure DE102021118496A1_0001
    vom Abstand d d = h − L
    Figure DE102021118496A1_0002
    der Behälter-Oberseite zur Füllgut-Oberfläche ab. Dabei ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Radar-Signals SHF, RHF im Bereich der Lichtgeschwindigkeit.
  • Zur Erzeugung des Radar-Signals SHF und zur Verarbeitung ist das Füllstandsmessgerät 1 mit einer entsprechenden Sende-/Empfangs-Einheit 12 ausgelegt: Im Falle von frei abstrahlendem Radar gemäß des Pulslaufzeit- oder FMCW-Verfahrens kann die Sende-/Empfangs-Einheit 12 beispielsweise einen Frequenz-geregelten Hochfrequenz-Schwingkreis oder einen Schwingquarz umfassen. Damit die Signalerzeugungs-Einheit das Radar-Signal SHF gemäß des jeweiligen Verfahrens in der erforderlichen Taktrate pulsförmig oder rampenförmig erzeugt, wird der Hochfrequenz-Schwingkreis bzw. der Schwingquarz entsprechend getaktet bzw. moduliert angesteuert. Nach Empfang des reflektierten Radar-Signals RHF über die Antenne 10 verarbeitet die Sende-/Empfangs-Einheit 12 das Empfangs-Signal RHF je nach Radar-Messverfahren mittels Unterabtastung oder mittels Mischen mit dem instantan ausgesendeten Radar-Signal SHF, um hieraus den Füllstand L bestimmen zu können.
  • In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 1 über eine Schnittstelle, etwa „PROFIBUS“, „HART“ „Wireless HART“, „Bluetooth“ oder „Ethernet‟ mit einer übergeordneten Einheit 4, wie z. B. einem Prozessleitsystem oder einem übergeordneten Server, verbunden. Hierüber kann der ermittelte Füllstand L übermittelt werden, um gegebenenfalls Zu- oder Abflüsse des Behälters 3 zu steuern. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Füllstandsmessgerätes 1 kommuniziert werden.
  • Wie in 1 dargestellt wird, ist die Antenne 10 im Inneren des Behälters 3 angeordnet, während die Sende-/Empfangs-Einheit 12 in einem separaten Gehäuse außerhalb des Behälters 3 angeordnet ist. Um die Sende-/Empfangs-Einheit 12 vor etwaigen thermische Belastungen aus dem Behälter-Inneren zu schützen, bzw. um das Behälter-Innere explosionsschutzkonform von der Sende-/Empfangs-Einheit 12 zu trennen, ist das Gehäuse bzw. die Sende-/Empfangs-Einheit 12 daher durch einen Messgeräte-Hals von der Antenne 10 beabstandet. Dabei ist der Messgeräte-Hals, welcher den Abstand zwischen der Antenne 10 und dem Gehäuse definiert, entsprechend lang ausgelegt. Zur explosionsschutz-konformen Abdichtung des Messgeräte-Halses kann in dessen Inneren zudem eine hermetische Trennung angeordnet sein, die beispielsweise auf einem Glas oder einer Keramik basiert und mittels Schweißen im Messgeräte-Hals eingebracht ist.
  • Die hochfrequenztechnische Anbindung der Sende- und Empfangs-Antenne 10 an die Sende-/Empfangs-Einheit 12 erfolgt gemäß der Darstellung in 1 über einen Wellenleiter 11, der innerhalb des Messgeräte-Halses parallel zur Achse des Geräte-Halses verläuft. Dabei kann der Wellenleiter prinzipiell sowohl als Hohlleiter, als auch als dielektrischer Wellenleiter ausgelegt werden. Bei der in 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsvariante ist der Wellenleiter 11 als dielektrischer Wellenleiter ausgelegt und kann bspw. auf einem entsprechend dielektrischen Kunststoff, wie PP, PFA, PTFE oder PEEK basieren. Im Gegensatz ui der in 2 gezeigten Ausführungsvariante kann der Wellenleiter 11 nicht nur mit einem rechteckigen Querschnitt, sondern auch mit einem runden Querschnitt konzipiert werden.
  • 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Wellenleiters 11 im Bereich der Sende-/Empfangs-Einheit 12, welche zusammen mit etwaigen weiteren elektronischen Komponenten des Füllstandsmessgerätes 1 auf einem Leiterplatten-Substrat 120 angeordnet ist. Dabei kann die Sende/Empfangs-Einheit 12 als monolithisches Halbleiterbauteil ausgelegt werden, bei welchem die Radar-Signale SHF, RHF über einen Primärstrahler in Richtung der Einsteck-Achse a abgestrahlt bzw. empfangen werden. Durch eine solche Auslegung wird entsprechend wenig Platz auf der Leiterplatte 120 verbraucht.
  • Wie dargestellt wird, ist auf dem Substrat 120 neben bzw. oberhalb der Sende-/Empfangs-Einheit 12 erfindungsgemäß ein Positionierungs-Aufsatz 13 angeordnet. Dieser dient dazu, den entsprechenden Endbereich 112 des Wellenleiters 11 bei der Montage des Füllstandsmessgerätes 1 unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen derart spaltfrei in Bezug zur Sende-/Empfangs-Einheit 12 zu positionieren, dass der Wellenleiter 11 Radartechnisch hinreichend, also mit höchstens -6 dB Verlust an die Sende-/Empfangs-Einheit 12 angekoppelt wird.
  • Hierzu sind der Positionierungs-Aufsatz 13 und der Wellenleiter 11 korrespondierend zueinander ausgelegt, so dass der Wellenleiter 11 mit dem Endbereich 112 voran in Richtung derjenigen Achse a, entlang welcher die Radar-Signale SHF, RHF im Wellenleiter 11 geführt werden, bis zu einem definierten Endanschlagspunkt eingesteckt werden kann. Dabei ist der Endanschlagspunkt so gewählt, dass der Endbereich 112 des Wellenleiters 11 unter dem Aspekt der Hochfrequenz-Einkopplung einen optimalen Abstand zur Sende-/Empfangs-Einheit 12 aufweist. Außerdem bildet der Positionierungs-Aufsatz 13 beim Einstecken des Wellenleiters 11 in Richtung der Wellenleiter-Achse a eine Führung für den Wellenleiter 11 aus, so dass sich die Sende-/Empfangs-Einheit 12 beim Einstecken sowie nach Erreichen des Endanschlagspunktes in gerader Verlängerung der Achse a des Wellenleiters 11 befindet. Auch dies optimiert die Einkopplung der Radar-Signale SHF, RHF zwischen Wellenleiter 11 und Sende-/Empfangs-Einheit 12. In diesem Zusammenhang ist das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des Positionierungs-Aufsatzes 13 so ausgelegt, dass die Wellenleiter- bzw. Einsteck-Achse a in etwa orthogonal zur Oberfläche des Substrates 120 ausgerichtet ist.
  • Die Querschnittsansicht von 3 im Bereich des Positionierungs-Aufsatzes 13 verdeutlicht, wie eine hochfrequenztechnisch solch günstige Führung bzw. ein solcher Endanschlag des Wellenleiters 11 erreicht werden kann:
    • Zur Realisierung des Endanschlags weist der Wellenleiter 11 als Endanschlags-Element 110 zwei Stege auf. Dabei stehen die Stege radial von der Einsteck- bzw. der Wellenleiter-Achse a ab und sind rotationssymmetrisch, also in Bezug zur Achse a 180° entgegengesetzt, zueinander ausgerichtet. Dabei weist der Positionierungs-Aufsatz 13 zwei zu den Stegen 110 korrespondierende Nuten auf. Diese Realisierung bietet den Vorteil, dass die Stege 110 den Wellenleiter 11 im Endanschlag zusätzlich gegen Verdrehen sichern. Dies ist insofern relevant, um das Radar-Signal SHF, RHF in der optimalen Grund-Mode, wie beispielsweise der TM01-Mode, einzukoppeln.
  • Wie aus 3 außerdem hervorgeht, ist der Positionierungs-Aufsatz 13 entlang der Einsteck-Achse a mit einen Innenraum konzipiert, welcher in einem Bereich unterhalb der Nuten einen zylinderförmigen Querschnitt mit definierten Innendurchmesser Di aufweist. Korrespondierend zum zylinderförmigen Bereich des Innenraums weist der Wellenleiter 11 in Bezug zur Einsteckrichtung unterhalb der Stege 110 ein Führungs-Element 111 mit entsprechendem Durchmesser Di auf. Hierdurch wird der Wellenleiter 11 beim Einstecken bis zum Endanschlag hin entlang der Einsteck-Achse a bzw. entlang der Achse a des Wellenleiters 11 geführt. Dabei ist das Führungs-Element 111 bei der in 3 gezeigten Ausführungsvariante in Bezug zur Wellenleiter-Achse a deckungsgleich zu den zwei Stegen 110 ausgerichtet, so dass der Wellenleiter 11 bezüglich seiner Formgebung weniger komplex ist und dementsprechend einfacher gefertigt werden kann. In diesem Zusammenhang kann der Wellenleiter 11 bzw. die integralen Stege 110 und das integrale Führungs-Element 111 beispielsweise mittels Spritzguss von PP, PFA, PTFE oder PEEK gefertigt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllstandsmessgerät
    2
    Füllgut
    3
    Behälter
    4
    Übergeordnete Einheit
    10
    Antenne
    11
    Wellenleiter
    12
    Sende-/Empfangs-Einheit
    13
    Positionierungs-Aufsatz
    110
    Endanschlags-Element
    111
    Führungs-Element
    112
    Endbereich des Wellenleiters
    120
    Substrat
    a
    Einsteck-Achse
    Di
    Innendurchmesser
    d
    Entfernung
    h
    Einbauhöhe
    L
    Füllstand
    RHF
    Reflektiertes Radar-Signal
    SHF
    Radar-Signal

Claims (10)

  1. Radar-basiertes Füllstandsmessgerät zur Bestimmung eines Füllstandes (L) eines Füllguts (2) in einem Behälter (3), folgende Komponenten umfassend: - Eine Antenne (10), mittels welcher ein Radar-Signal (SHF) gen Füllgut (2) ausendbar und nach Reflektion des Radar-Signals (SHF) an der Füllgut-Oberfläche als Empfangs-Signal (RHF) empfangbar ist, - eine Sende-/Empfangs-Einheit (12), die ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF) zu erzeugen und anhand des Empfangs-Signals (RHF) den Füllstand (L) zu ermitteln, - einen Wellenleiter (11), der zur Übertragung der Radar-Signale (SHF, RHF) zwischen der Antenne (10) und der Sende-/Empfangs-Einheit (12) angeordnet ist, mit o einem Endanschlags-Element (110), und - einen an der Sende-/Empfangs-Einheit (12) angeordneten Positionierungs-Aufsatz (13), welcher korrespondierend zum Endanschlags-Element (110) in Richtung einer Einsteck-Achse (a) einen derartigen Endanschlag für den Wellenleiter (11) ausbildet, so dass der Wellenleiter (11) mit der Sende-/Empfangs-Einheit (12) kontaktiert ist.
  2. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1, wobei der Wellenleiter (11) ein Führungs-Element (111) umfasst und der Positionierungs-Aufsatz (13) derart korrespondierend zum Führungs-Element (111) ausgelegt ist, so dass der Wellenleiter (11) in Richtung der Einsteck-Achse (a) geführt wird.
  3. Füllstandsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Endanschlags-Element (110) des Wellenleiters (11) als radial von der Einsteck-Achse (a) ausgehender Steg ausgebildet ist, und wobei der Positionierungs-Aufsatz (13) zur Ausbildung des Endanschlags eine zum Steg korrespondierende Nut aufweist.
  4. Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenleiter (11) ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF) bzw. das Empfangs-Signal (RHF) in einer Grundmode zu übertragen.
  5. Füllstandsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wellenleiter als dielektrischer Wellenleiter ausgelegt ist, welcher insbesondere aus PP, PFA, PTFE oder PEEK gefertigt ist.
  6. Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Positionierungs-Aufsatz (13) entlang der Einsteck-Achse (a) einen zylinderförmigen Innenraum mit einem definierten Innenquerschnitt (Di) aufweist, und wobei das Führungs-Element (111) korrespondierend zum Innenquerschnitt (Di) ausgelegt ist.
  7. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 6, wobei der Innenraum metallisch leitfähig ausgestaltet ist.
  8. Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende-/Empfangs-Einheit (12) als monolithisches Halbleiterbauteil ausgelegt ist.
  9. Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende-/Empfangs-Einheit (12) ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF) mit einer Frequenz von zumindest 80 GHz, insbesondere 180 GHz zu erzeugen.
  10. Verfahren zur Fertigung des Füllstandsmessgerätes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgenden Verfahrensschritt umfassend: - Einstecken des Wellenleiters (11) in den Positionierungs-Aufsatz (13) in Richtung der Einsteck-Achse (a), bis das Endanschlags-Element (110) den Endanschlag des Positionierungs-Aufsatzes (13) erreicht, so dass der Wellenleiter (11) mit der Sende-/Empfangs-Einheit (12) kontaktiert ist.
DE102021118496.7A 2021-07-16 2021-07-16 Füllstandsmessgerät Pending DE102021118496A1 (de)

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