DE3337690C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Messung des Füllstands in einem Behälter mittels Schall-/Ultra
schallwellen, wobei über die Zeit zwischen dem Senden der Schall-/
Ultraschallwellen und dem Empfang von an der Oberfläche des Guts
im Behälter reflektierten Schall-/Ultraschallechowellen die Füll
standshöhe bestimmt wird.
Beim Einsatz von Schall-/Ultraschallimpulsen zur Füllstandshöhen
messung treten neben den von der Oberfläche des Guts im Behälter
reflektierten, für die Messung geeigneten Echosignalen häufig Stör
echos auf, von denen das richtige Echosignal unterschieden werden
muß. Solche Störechos können durch Verstrebungen oder Kanten im
Behälter verursacht werden. Um Störechos zu unterdrücken, werden
die Schall-/Ultraschallwellen häufig eng gebündelt und so ausge
richtet, daß ihr Weg an derartigen Kanten oder Verstrebungen
vorbeiführt. Enggebündelte Schall-/Ultraschallwellen lassen sich
nur mit relativ hohem Aufwand erzeugen und bergen zudem den
Nachteil in sich, wegen des geringen Durchmessers der Strahlungs
keule nach Reflexion am Füllgut den empfangsbereiten Schallwand
ler nicht mehr zu treffen.
Eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung von Störechos besteht
im Setzen eines sog. "mitlaufenden Zeitfensters" oder im Nahbereich
durch entfernungsabhängige Verstärkungsänderung. Unter einem der
artigen Zeitfenster ist die Begrenzung der für die Füllstandsmes
sung auszuwertenden Schall-/Ultraschallechosignale auf einen Zeit
raum zu verstehen, der kurz vor dem mutmaßlichen Eintreffen des an der
Oberfläche des Guts reflektierenden Echos beginnt und kurz nach dem
mutmaßlichen Eintreffen endet. Das "mitlaufende Zeitfenster" wird auf ein
vorher ermittelts und als gültig angesehenes Schall/Ultraschallecho
signal hin eingestellt. Durch diese Methode lassen sich viele Störein
flüsse beseitigen. Im Wege der Schall-/Ultraschallwellen angeordnete
störende Teile, die vom Füllgut zunächst bedeckt sind und während des
Absinkens des Füllguts freigelegt und deshalb von den Schall-/Ultra
schallwellen erfaßt werden, lassen sich nur als Störstellen erkennen,
wenn die Amplituden der reflektierten Schall-/Ultraschallwellen
deutlich größer als die Amplituden der von der Oberfläche des Guts
reflektierten Schall-/Ultraschallwellen sind. Trifft dies zu, dann rastet
das "mitlaufende Zeitfenster" auf das von einem derartigen Teil,
beispielsweise einer Kante oder einer Verstrebung im Behälter, erzeugte
Schall-/Ultraschallechosignal ein und liefert nur dann einen richtigen
Füllstandsmeßwert, wenn die Höhe des Füllstands mit der Höhe dieses Teils
im Behälter übereinstimmt.
Die DE-OS 24 33 133 beschreibt ganz allgemein die Verwendung von
Ultraschallimpulsen zur Messung von Füllständen. Die dort beschriebene
Vorrichtung weist unter anderem einen Sendewandler auf, der elektrische
Signale in Ultraschallsignale wandelt, einen Empfangswandler, der die
Ultraschallsignale in elektrische Signale wandelt und eine
Verstärkerschaltung für die empfangenen Echoimpulse.
Die DE-AS 28 17 247 beschreibt eine Anordnung zum Messen von Entfernungen
durch Echolotung. Zur Eichung der Anlage werden Referenzechos verwendet,
die durch eine festgelegte Referenzstecke entstehen. Zum Empfang der
Referenzechos und der Meßechos wird der gleiche elektroakustische Wandler
benutzt. Der Referenzwert wird bei der Messung nicht unterdrückt, sondern
in Form einer Quotientenbildung zur Verhältniswertbildung zwischen der
Laufzeit im Referenzpfad und jener im Meßpfad genutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vor
richtung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln,
daß die Verfälschung des Meßergebnisses durch feststehende Teile des
Behälters, die sich im Wege der Schall-/Ultraschallwellen befinden oder
in den Weg hineinragen, beseitigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen
Maßnahmen gelöst. Mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen können
Störechos auf einfache Weise vom Nutzecho unterschieden werden. Es ist
sogar möglich, mehrere Störechos, die von hintereinander im Weg der
Schall-/Ultraschallwellen angeordneten Teilen erzeugt werden, festzu
stellen und für die weitere Verarbeitung zu sperren. Wenn sich die Ober
fläche des Guts in Höhe eines der Störechos erzeugenden Teile befindet,
wird die
Füllstandshöhe trotzdem richtig gemessen. Ein Ansteigen der Oberflä
che über ein solches Teil hinaus oder ein Absinken der Oberfläche
unter das Teil wird mit dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren
in der Meßphase sofort erkannt.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform werden für im Weg der
Schall-/Ultraschallsignale in gegebenen Abständen angeordnete Hin
dernisse bzw. Störstellen während der Inbetriebnahmephase die
Zeiten - oder die Amplituden nebst Laufzeiten der Schall-/Ultra
schallechowellen gemessen und für die Betriebsphase abrufbar ge
speichert. Hierdurch wird nicht nur eine schnelle und einfache
Anpassung des Meßverfahrens an die Gegebenheiten des jeweiligen
Meßobjekts möglich, sondern überhaupt erst die Voraussetzung zur
mißweisungsfreien Meßwertverarbeitung geschaffen.
In einer weiteren Ausgestaltung werden Vielfachechos im Zuge der
Inbetriebnahme erfaßt und bei der Meßwertverarbeitung berücksich
tigt. Hierdurch können solche Vielfachechos, die beispielsweise bei
gewölbtem Behälterboden höhere Amplituden als jene des Nutzechos
aufweisen, von einer Verarbeitung zu einer Füllstandshöhenanzeige
ferngehalten werden.
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß für die
zwischen Boden und Decke des Behälters reflektierten Vielfachechos
die Laufzeit gemessen und eine Zeitblende gesetzt wird, die etwas
kürzer als deren Laufzeit ist. Mit dieser Maßnahme können die
Voraussetzungen für die Unterdrückung des Einflusses der Vielfach
echos auf das Meßergebnis am jeweiligen Einsatzort schnell und
auf einfache Weise geschaffen werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des im Anspruch 1 beschrie
benen Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß ein elektri
sches Signal in Schall- oder Ultraschallsignale und empfangene
Schall- oder Ultraschallsignale in elektrische Signale umformender
Wandler jeweils mit einem Hochfrequenzsender und einem Empfangs
verstärker verbunden ist und daß der Hochfrequenzsender und der
Empfangsverstärker an einen Mikrocomputer angeschlossen sind, der
mit einem nichtflüchtigen Schreib-Lese-Speicher verbunden ist, in
den mittels an den Mikrocomputer angeschlossener Eingabeelemente
Daten über die Laufzeiten von Störechos bzw. die Höhenlagen von
Hindernissen oder Störstellen eingebbar sind. Diese einfach aufge
baute Vorrichtung weist einen nichtflüchtigen Speicher auf, in dem
die Einstellwerte für das jeweilige Meßobjekt auch nach dem
Abschalten der Stromversorgung erhalten bleiben. Für die Meßvor
richtung ist deshalb keine ständig anstehende Betriebsspannung
erforderlich. Lediglich zu Beginn einer Füllstandshöhenmessung
wird die Betriebsspannung eingeschaltet.
Im nichtflüchtigen Programm-Speicher ist zweckmäßigerweise ein
Steuerprogramm für den Mikrocomputer enthalten, der gemäß den
Befehlen dieses Steuerprogramms den Sender zur Abgabe einer
hochfrequenten Impulsfolge veranlaßt. Mit dem Mikrocomputer wer
den auch nach Maßgabe von Befehlen des Steuerprogramms nach
dem Aussenden der Schall-/Ultraschallwellen durch Aufsummieren
von Taktimpulsen die Laufzeiten der Schall-Ultraschallwellen beim
Empfang der Schall-/Ultraschallechowellen festgesetzt. Dem Mikrocom
puter ist u. a. ein an den Ausgang des Empfangsverstärkers
angeschlossener Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet, der eben
falls in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm mit Steuersignalen
beaufschlagt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß an den
Mikrocomputer eine Entfernungsanzeige-Baugruppe und ein multipli
zierender Digital-Analog-Wandler angeschlossen ist. Mit dieser An
ordnung wird der Einfluß von Temperaturänderungen auf die Lauf
zeit des Schall-/Ultraschall-Laufzeitmediums über eine veränderliche
Verstärkungsgradeinstellung ausgeglichen. Das Meßergebnis des Ge
rätes ist deshalb unabhängig von der Temperatur der spezifischen
Schall-Laufzeit.
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß ein Eingabe
element als Taster ausgebildet ist, bei dessen Betätigung der
Meßwert der Laufzeit des vom Behälterboden reflektierten Vielfach
echos unter Berücksichtigung eines kleinen Sicherheitswerts mittels
eines Programmierzyklus in den nichtflüchtigen Speicher eingebbar
ist. Die Laufzeit abzüglich des Sicherheitswerts wird durch das
Steuerprogramm in einen eigens hierfür freigehaltenen Speicherplatz
eingegeben. Für die Eingabe ist keine Kenntnis des Steuerpro
gramms notwendig. Es muß lediglich der Taster betätigt werden,
wenn am Behälterboden entstandene Vielfachechos mittels der Vor
richtung auf der Entfernungsanzeige-Baugruppe festgestellt werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Eingabeele
ment als Taster ausgebildet, bei dessen Betätigung die Meßwerte
der Laufzeit eines von einem Hindernis oder einer Störstelle erzeug
ten Schall-/Ultraschallstörechos und die zugehörigen Amplituden der
Schall-/Ultraschallechowellen mittels Programmierzyklus in den nicht
flüchtigen Speicher eingebbar sind. Die gerade festgestellte Lauf
zeit nebst der zugehörigen Amplitude des empfangenen Schall-/Ultra
schallechosignals werden bei Betätigung dieses Tasters in ausge
wählte Speicherplätze des nichtflüchtigen Speichers übertragen. Die
Speicherplätze sind im Rahmen des Steuerprogramms festgelegt. Die
Einstellung der Vorrichtung auf die vorhandenen Hindernisse bzw.
Störstellen setzt keine Kenntnisse des internen Aufbaus der Vorrich
tung oder des Steuerprogramms voraus.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind
in den Ansprüchen 2, 7, 10 und 11 beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich
weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Messung des Füllstands
in einem Behälter mittels Schall-/Ultraschallwellen dargestellt. Die
Schall-/Ultraschallwellen werden mit einem Schallwandler 10 er
zeugt, der die ihm zugeführten hochfrequenten elektrischen Signale,
deren Frequenzen im Schall-/Ultraschallwellenbereich liegen, in
Schall-/Ultraschallwellen bzw. Ultraschall-Impulspakete umwandelt,
und diese aussendet. Der Schallwandler 10 ist in einem nicht
dargestellten Behälter angeordnet. Die Ausrichtung des Schallwand
lers 10 ermöglicht die kontinuierliche Feststellung der Füllstands
höhe des Guts im Behälter vom Boden bis an eine nahe am oberen
Behälterende liegende Grenze. Im Weg der Schall-/Ultraschallwellen
können Hindernisse, z. B. Streben oder andere fest eingebaute
Behälterteile, angeordnet sein. In den Pausen zwischen der Aussen
dung von Ultraschallwellen-Impulspaketen empfängt der Schallwand
ler 10 Schall-/Ultraschallechowellen von der reflektierenden Oberflä
che und setzt diese in entsprechende elektrische Signale um. Mit
dem Schallwandler 10 ist der Ausgang eines Hochfrequenzsenders 12
verbunden, der hochfrequente Impulspakete erzeugt, wenn er über
einen nicht näher bezeichneten Eingang durch ein von einem
Mikrocomputer 14 abgegebenes Steuersignal angeregt wird.
An den Schallwandler 10 ist weiterhin der Eingang eines Empfangs
verstärkers 16 angeschlossen, dessen Verstärkungsglied einstellbar
ist. Hierzu weist der Verstärker 16 einen Steuereingang 17 auf. Der
Ausgang des Empfangsverstärkers 16 ist an einen Eingang 18 des
Mikrocomputers 14 angeschlossen. Dem Eingang 18 ist ein nicht
näher dargestellter Analog-Digital-Wandler nachgeschaltet, der
zweckmäßigerweise Bestandteil des Mikrocomputers 14 ist.
Der Mikrocomputer 14 ist über bidirektional beaufschlagbare Leitun
gen 20 mit einem nichtflüchtigen Speicher 22 verbunden, in dem ein
Steuerprogramm abgespeichert ist.
Datenausgängen 24, 26 des Mikrocomputers 14 sind jeweils ein multi
plizierender Digital-Analog-Wandler 28, im folgenden als D/A-Wand
ler bezeichnet, und eine Entfernungsanzeige-Baugruppe 30 nachge
schaltet. Die Entfernungsanzeige-Baugruppe zeigt beispielsweise
digital in Zentimetern beim Empfang eines Schall-/Ultraschallecho
signals den Abstand zwischen dem Schallwandler 10 und derjenigen
Stelle an, an der das Schall-/Ultraschallsignal reflektiert wurde.
Der Ausgang des D/A-Wandlers 28 ist einerseits an den Steuerein
gang 17 des Empfängers 16 und andererseits an ein Schaltelement
32 angeschlossen, das vom Mikrocomputer 14 steuerbar ist. Mit dem
Schaltelement 32 ist ein analoger Signalstromspeicher 34 verbunden,
der einen Ausgang 36 enthält, an den ein nicht näher dargestell
tes, entfernt angeordnetes Auswertgerät angeschlossen ist.
Der D/A-Wandler 28 enthält einen Steuereingang 29, an den ein
(beispielsweise im Behälter angeordneter) Temperaturfühler 38 ange
schlossen ist. Die Bauelemente 10, 12, 14, 16, 22, 28, 30, 32 und 34 wer
den von einer Stromversorgungseinrichtung 40 mit Betriebsstrom
versorgt. Die Stromversorgungseinrichtung 40, die z. B. eine geregel
te Ausgangsspannung erzeugt, wird über Leitungen 42 vom Auswert
gerät her mit Energie versorgt.
An nicht näher dargestellte Steuereingänge des Mikrocomputers 14
sind jeweils drei Taster 44, 46, 48 angeschlossen. Die Taster 44 bis
48 lösen in Verbindung mit dem im Speicher 22 enthaltenen
Steuerprogramm bestimmte Funktionen der in der Zeichnung darge
stellten Vorrichtung aus. Die reflektierten Schall-/Ultraschallechosig
nale, die vom Schallwandler 10 empfangen werden, gelangen über
den Empfänger 16 in den Mikrocomputer 14 und werden in einem
nicht dargestellten Speicher mit wahlfreiem Zugriff gespeichert. Die
gespeicherten Daten werden durch die Anzeige-Baugruppe 30 über
beispielsweise eine LED-Anzeige dargestellt. Im Mikrocomputer 14
wird die Zeitdauer zwischen dem Aussenden eines Schall-/Ultra
schallimpulses oder eines Schall-/Ultraschallimpulspaketes und dem
Empfang eines entsprechenden Schall-/Ultraschallechosignals gemes
sen und ebenfalls auf der Anzeige-Baugruppe 30 dargestellt. Eine
der gemessenen Zeitdauer proportionale Information über den Ab
stand zwischen Schallwandler 10 und reflektierender Fläche wird
vom Mikrocomputer 14 an den D/A-Wandler 28 ausgegeben. Die
Messung der Zeitdifferenz, bei der es sich um die Laufzeit der
Schall-/Ultraschallwellen vom Schallwandler 10 zu einer die Wellen
reflektierenden Fläche und von dieser Fläche zurück zum Schall
wandler 10 handelt, erfolgt im Mikrocomputer 14 durch Auszählung
hochfrequenter Taktimpulse, deren Frequenz z. B. im Megahertzbe
reich liegt.
Aus der Laufzeit wird im Mikrocomputer 14 mittels des im Speicher
22 vorhandenen Steuerprogramms, das den Wert für die spezifische
Schallgeschwindigkeit des Laufzeitmediums enthält, der Abstand
zwischen dem Schallwandler 10 und der jeweils reflektierenden
Fläche bestimmt und z. B. auf dem Entfernungsanzeige-Baugruppe 30
dargestellt. Vorzugsweise wird auf der Grundlage dieses Abstands
die Füllstandshöhe bestimmt, bei der es sich um die Differenz des
Abstands zwischen Füllgut und Schallwandler und der Höhe des
Schallwandlers 10 über dem Boden des Behälters handelt. Zweck
mäßigerweise kann auch die so ermittelte Füllstandshöhe auf der
Anzeige-Baugruppe 30 dargestellt und an den D/A-Wandler 28 ausge
geben werden.
Beim Betätigen des Tasters 44 werden die auf der Anzeige-Bau
gruppe 30 dargestellten Werte der Schall-/Ultraschallechoamplitude
und der Füllstandshöhe in den Speicher 22 übertragen. Hierzu wird
ein Programmierzyklus ausgelöst. Durch das Steuerprogramm sind
hierfür eigene Speicherplätze reserviert, in die diese Daten gelan
gen.
Bei Betätigung des Tasters 46 wird die auf der Anzeige-Baugruppe
dargestellte Füllstandshöhe unter Berücksichtigung eines Sicherheits
abstands in den Speicher 22 übertragen. Hierfür wird ebenfalls ein
Programmierzyklus für den Speicher 22 durchgeführt. Der über den
Taster 46 eingehende, durch den Sicherheitsabstand abgewandelte
Meßwert dient mit Hilfe des Steuerprogramms zur Erzeugung einer
Zeitblende, die eine zeitliche Grenze festlegt, bei deren Überschrei
tung die noch empfangenen Schall-/Ultraschallechosignale nicht
weiterverarbeitet werden. Auf diese Weise lassen sich die reflektier
ten Vielfachechos, deren Amplituden höher als jene des von der
Füllgutoberfläche erzeugtem Nutzechos sein können, von der Füll
standshöhenangabe fernhalten.
Vom Schallwandler 10 werden sowohl die Nutzechowellen als auch
Störechowellen, die von Hindernissen im Weg der gesendeten
Schall-/Ultraschallwellen ausgehen, empfangen. Die Höhenlage und
die Amplituden der von den Hindernissen erzeugten Störechowellen
bleiben gleich und sind vorab erfaßt und im nichtflüchtigen
Speicher 22 enthalten. In der Meßbetriebsart der Vorrichtung wer
den die empfangenen Schall-/Ultraschallechowellen mit den für Stör
echowellen gespeicherten Daten verglichen. Herrscht zwischen den
empfangenen und den gespeicherten Werten Übereinstimmung inner
halb vorgebbarer Toleranzgrenzen, dann werden die empfangenen
Schall-/Ultraschallechowellen als Störechowellen erkannt und nicht
für die Füllstandshöhenangabe weiterverarbeitet. Liegen die Amplitu
den und die Höhenangaben der empfangenen Schall-/Ultraschallecho
wellen außerhalb der gespeicherten Werte, dann handelt es sich um
die von der Oberfläche des Guts im Behälter reflektierten Echowel
len, die nach entsprechender Umrechung als Füllstandshöhe ausge
geben werden, indem das Schaltelement 32 über den Mikrocomputer
14 angesteuert wird. Damit gelangt ein der Füllstandshöhe ent
sprechender Wert über den analogen Speicher 34 zur Entfernungs-An
zeige-Baugruppe 30.
Wenn keine Schall-/Ultraschallechowellen empfangen werden, deren
Amplitude und Höhe außerhalb der gespeicherten Werte liegt, dann
ist dies ein Zeichen dafür, daß das Füllgut in Höhe eines der
Hindernisse liegt. Um die Füllstandshöhe für diesen Fall zu er
mitteln, werden die Amplituden der in Höhe der Hindernisse reflek
tierten Schall-/Ultraschallechosignale ausgewertet. Gespeichert sind
die Amplituden von Störechos, die sich ergeben, wenn die Füllgut
oberfläche nicht gerade in Höhe eines Hindernisses liegt. Nicht
gespeichert sind die Amplituden, die bei einem vom Füllgut bedeck
ten Hindernis auftreten. Die letzteren Amplituden können, je nach
Absorptionsvermögen des Guts im Behälter, sehr gering sein.
Es ist möglich, die Laufzeiten der Schall-/Ultraschallstörechosignale
oder die berechneten Höhen der Hindernisse über dem Behälterboden
zu speichern und in der Meßbetriebsart mit den empfangenen
Schall-/Ultraschallechosignalen zu vergleichen. Der Verstärkungs
grad des Empfangsverstärkers 16 wird in Abhängigkeit vom
D/A-Wandler-Ausgangssignal gesteuert. Über den Temperaturfühler
38 wird das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 28 so geregelt, daß
es über eine entsprechende Beeinflussung des D/A-Wandlers 28 von
Temperaturänderungen des Laufzeit-Mediums im Behälter nicht beein
flußt wird.
In der Inbetriebnahme der in der Zeichnung dargestellten Vorrich
tung erscheint die tatsächlich gemessene Entfernung oder die Ent
fernung des Störechos in beispielsweise Zentimetern auf der geräte
internen LCD-Anzeige 30. Somit läßt sich rückschließen, ob ein
Störecho vorhanden ist oder der wahre Füllstand angezeigt wird.
Die Höhe der Hindernisse über dem Boden wird dabei als bekannt
vorausgesetzt.
Befindet sich eine Störquelle innerhalb der Meßstrecke, so stimmt
die angezeigte Entfernung nicht mit der Entfernung des wahren
Füllstandes überein. Durch Betätigen der zugeordneten Taste 44 der
die Bedeutung "Entfernung zu klein" entspricht, kann die Amplitude
und die Entfernung für ein vorhandenes Störecho abgespeichert
werden. Anschließend ist die gleiche Speicherprozedur mit einem
möglichen weiteren Störecho durchführbar. Der beschriebene
Speichervorgang kann mehrfach wiederholt, d. h. es können mehrere
Störechos abgespeichert werden.
Es kommt aber auch vor, daß bei leerem Behälter ein "Vielfach
echo" in der Amplitude größer ist als das Nutzecho. Damit wird
eine zu große Entfernung angezeigt. Durch Betätigen der weiteren
Taste 46, die "Entfernung zu groß" entspricht, kann der maximale
Meßbereich derart begrenzt werden, daß sein Zeitäquivalent kürzer
ist als die Zeit des auszublendenden Vielfachechos. Analog dem
obengenannten werden die Charakteristika des Vielfachechos wieder
in einen nichtflüchtigen Speicher übernommen.
Das vorstehend geschilderte Verfahren kann darüber hinaus dazu
genutzt werden, im voraus bekannte Störstellen durch geeichte
Schalter- oder Tasteneinstellung zu eliminieren.
Im Verlaufe der Inbetriebnahme deutet die oben beschriebene Vor
richtung ein Störecho zunächst als Füllgutecho. Eine Bedienungsper
son vermag anhand der LCD-Entfernungsanzeige das Vorhandensein
eines Störechos zu erkennen. Durch Betätigen des Tasters 44
"Entfernung zu klein" werden sämtliche Daten dieses Echos unter
dem Pseudonamen "Störecho 1" abgespeichert.
Gleichzeitig wird ein neuer Suchzyklus vom Ende dieses Echos ab
bis zum Meßbereichsende eingeleitet, und das gefundene Echo
angezeigt. Während des anschließenden Befüllens wird die Störstelle
bzw. das Hindernis vom Füllgut bedeckt werden. Um zu verhindern,
daß in diesem Falle das Füllgut als Störecho deklariert wird,
sorgt die Meßwertverarbeitung des Gerätes dafür, daß die Stör
echo-Deutung abgeschaltet wird, bevor das Füllgut die Störstelle
überschreitet.
Umgekehrt wertet das Gerät bei der Behälterentleerung ein von
einer Störstelle ausgehendes Echo wiederum als Störecho, sobald
das wahre Füllgutecho die Entfernung überschreitet, die für ein
Störecho reserviert worden ist. Das heißt im Falle größerer Entfernungen
zum Füllgut als jener zum Störecho wertet das Gerät das zeitlich
kürzere Echo als Störecho und das zeitlich längere als den wahren
Füllstand. Befindet sich das Füllgut in Höhe der Störstelle, so
sucht das Gerät ständig über die Entfernung zur Störstelle hinaus
gehend nach einem anderen Echo, das eine kleinere Amplitude als
das Störecho haben kann. Somit wird auch bei geringerer Amplitude
des Füllgutechos als jener des Störechos erkannt, wenn der Füll
stand größere Distanzen annimmt als die Entfernung zum Störecho.
Bei diesem Suchzyklus werden Vielfachechos unterdrückt. Es ver
dient Betonung, daß die genannten Maßnahmen das Finden des
wahren Füllstandsechos unabhängig von der Behälterfüllung nach
jedem Einschalten des Gerätes sicherstellen.
Der Taster 48 dient zur Auswahl einer bestimmten Betriebsweise des
Mikrocomputers 14. Bei Betätigung des Tasters 48 werden jeweils
zwei Meßwerte für die Oberfläche des Guts im Behälter erfaßt. Die
Meßwerte entsprechen dem höchsten und dem tiefsten Punkt der
Oberfläche. Durch Mittelwertbildung aus diesen beiden Meßwerten
wird die mittlere Füllstandshöhe festgelegt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Messung des Füllstandes in einem Behälter mittels
Schall-/Ultraschallwellen, wobei über die Zeit zwischen dem Senden der
Schall-/Ultraschallwellen und dem Empfang von an der Oberfläche des
Guts im Behälter reflektierten Schall-/Ultraschallwellen die
Füllstandshöhe bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schall-/Ultraschallwellen, die von zwischen der
Füllstandsoberfläche und dem Schallwandler (10) angeordneten
Hindernissen bzw. Störstellen erzeugt werden, an ihrer vorab erfaßten
und gespeicherten Laufzeit bzw. an der vorab erfaßten und
vorgegebenen Höhe über dem Behälterboden festgestellt und nicht für
die Füllstandsanzeige weiterverarbeitet werden, sobald ein nicht
einem Hindernis bzw. einer Störstelle zugeordnetes Schall-
/Ultraschallechosignal empfangen wird, so daß nur Wellen, deren
Laufzeit außerhalb der vorab ermittelten Laufzeit der Hindernisse
liegt, für die Füllstandsanzeige weiterverarbeitet werden, und daß
beim Fehlen eines nicht einem Hindernis bzw. einer Störstelle
zugeordneten Schall-/Ultraschallechosignals die zuletzte empfangene
Schall-/Ultraschallechowelle aus der Reihe der Schall-
/Ultraschallechowellen, die von nicht vom Gut bedeckten Hindernissen
bzw. Störstellen erzeugt werden, für die Füllstandsanzeige
weiterverarbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Fehlen einer nicht einem Hindernis bzw. einer
Störstelle zugeordneten Schall-/Ultraschallechowelle für die
letzte nicht vom Gut bedeckte Störstelle bzw. das letzte nicht
vom Gut bedeckte Hindernis ein Meßarbeitsgang ausgeführt
wird, bei dem, hinausgehend über die den Störechowellen
zugeordneten Laufzeit- bzw. Höhengrenzen, Schall-/Ultraschall
echowellen festgestellt werden, deren Amplituden um vorgebbare
Werte geringer als die Amplituden der Störechowellen sind und
die für die Füllstandshöhenanzeige weiterverarbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch ein vorgebbares Zeitfenster Schall-/Ultraschallecho
wellen, die vom Boden des leeren Behälters reflektiert werden,
ausgeblendet werden.
4. Verfahren nach einem der An
sprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß für im Weg der Schall-/Ultraschallwellen in gegebenen
Abständen angeordnete Hindernisse bzw. Störstellen in der
Einsellphase die Amplituden und die Laufzeiten der Schall-/
Ultraschallechowellen gemessen und für die Meßphase abrufbar
gespeichert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Einstellphase für die vom Boden des Behälters
reflektierten Schall-/Ultraschallechowellen die Laufzeit gemessen
und eine Zeitblende gesetzt wird, die etwas kürzer als die
Laufzeit ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5
mit einem Schallwandler (10), der
elektrische Signale in Schall-
/Ultraschallsignale und empfangene Schall-/Ultraschallechosignale in
elektrische Signale umformt und der jeweils mit einem
Hochfrequenzsender (12) und einem Empfangsverstärker (16) verbunden
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochfrequenzsender (12) und der Empfangsverstärker (16) an
einen Mikrocomputer (14) angeschlossen sind, der mit einem
nichtflüchtigen Schreibe-Lese-Speicher (22) verbunden ist, in den
mittels an den Mikrocomputer (14) angeschlossener Eingabeelemente (44,
46, 48) Daten über die Laufzeiten von Störechos bzw. die Höhenlagen
von Hindernissen oder Störstellen eingebbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mikrocomputer (14) einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff aufweist, in dem die Laufzeiten bzw. die zugeordneten
Höhenabstände vom Behälter für empfangene Schall-/Ultraschall
echosignale speicherbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Mikrocomputer (14) eine Entfernungsanzeige-Bau
gruppe (30) und ein multiplizierender Digital-Analog-Wandler
(28) angeschlossen sind, dessen Ausgang mit einem Steuerein
gang (17) des Empfangsverstärkers (16) für die Einstellung
des Verstärkungsgrads verbunden und dessen zweiter Eingang
(29) an einen die Temperatur im Behälter messenden Temperatur
fühler (38) angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach einem der An
sprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Eingabeelement als Taster (46) ausgebildet ist, bei
dessen Betätigung der Meßwert der Laufzeit des vom Behälterbo
den reflektierten Schall-/Ultraschallechosignals abzüglich eines
kleinen Sicherheitswerts mitels eines Programmierzyklus in den
nichtflüchtigen Speicher (22) eingebbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiteres Eingabeelement als Taster (44) ausgebildet
ist, bei dessen Betätigung die Meßwerte der Laufzeit eines von
einem Hindernis oder einer Störstelle erzeugten Schall-/Ultra
schallstörechos oder der Abstand des Hindernisses oder der
Störstelle vom Behälterboden und die zugehörigen Amplituden
der Schall-/Ultraschallechowellen mittels Programmierzyklen in
den nichtflüchtigen Speicher (22) eingebbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem multiplizierenden Digital-Analog-Wandler (28) ein vom
Mikrocomputer (14) steuerbarer Schalter (32) nachgeschaltet
ist, an den ein analoger Speicher (34) angeschlossen ist, der
mit einem entfernt angeordneten Auswertegerät verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufzeiten der höchsten Erhebung des Guts über dem
Behälterboden und der tiefsten Stelle des Guts im Behälter für
jede Füllstandshöhe gemessen werden, und daß die beiden
Laufzeiten nach der Bildung eines Mittelwerts für die Füll
standsanzeige verwendet werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzliches Eingabeelement als Taster (48) ausgebildet
ist, bei dessen Betätigung die Arbeitsweise der Mittelwertbil
dung einstellbar ist.
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DE19833337690 DE3337690A1 (de) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | Verfahren und vorrichtung zur messung des fuellstands in einem behaelter mittels schall-/ultraschallwellen |
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