EP3914904A1 - Messgerät zur bestimmung eines dielektrizitätswertes - Google Patents

Messgerät zur bestimmung eines dielektrizitätswertes

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EP3914904A1
EP3914904A1 EP19829425.8A EP19829425A EP3914904A1 EP 3914904 A1 EP3914904 A1 EP 3914904A1 EP 19829425 A EP19829425 A EP 19829425A EP 3914904 A1 EP3914904 A1 EP 3914904A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
shf
evaluation
measuring device
designed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19829425.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Blödt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP3914904A1 publication Critical patent/EP3914904A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/2845—Electromagnetic waves for discrete levels

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for determining a dielectric value of a filling material and a corresponding method for operating the measuring device.
  • sensors are used that are used, for example, in level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices,
  • Conductivity meters etc. are used. They record the corresponding process variables, such as level, flow, pressure, temperature, pH value,
  • Redox potential conductivity or the dielectric value.
  • a large number of these field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.
  • “Dielectric constant” or “relative permittivity”) of filling goods in containers is of great interest for solids as well as for liquid filling goods, such as fuels, waste water or chemicals, as this value is a reliable indicator of contamination, moisture content or the composition of substances can.
  • the term “container” is also understood to mean non-closed containers, such as, for example, pools, lakes or flowing water.
  • the capacitive measuring principle can be used to determine the dielectric value, especially in the case of liquid filling goods. The effect is used that the capacitance of a capacitor changes in proportion to the dielectric value of the medium that is located between the two electrodes of the capacitor.
  • the measuring device has to be calibrated on site in the respective process plant to take the installation situation into account. On the one hand, this means additional effort during installation. On the other hand, however, the measuring device or the corresponding sensor system often arranged in closed containers. Therefore, creating a defined calibration state is like keeping a calibration medium with a defined one
  • the object of the invention is therefore to provide a measuring device which does not require calibration.
  • a receiving antenna configured to receive the radar signal after passing through the product
  • Phase difference or a signal strength of the received radar signal to determine the dielectric value Phase difference or a signal strength of the received radar signal to determine the dielectric value.
  • the receiving unit can comprise a phase detector which is designed to produce a first evaluation signal which is proportional to a To generate phase difference between the received radar signal and the radio frequency signal changes.
  • the signal generation unit has to include a signal divider, by means of which the high-frequency signal is transmitted from the
  • the evaluation circuit can also be designed to determine, in addition or as an alternative to the real part, an imaginary part of the dielectric value if the receiving unit comprises an amplitude detector for detecting the signal strength of the received radar signal.
  • the amplitude detector is to be designed so that it receives the second evaluation signal as a function of the signal strength of the
  • the evaluation circuit can determine the imaginary part directly on the basis of the second evaluation signal.
  • the determination can also be made indirectly, in that the amplitude detector comprises at least one first controllable receiving amplifier, which generates the second evaluation signal by means of amplification of the received radar signal.
  • the evaluation circuit is to be designed in such a way that it regulates the gain of the receive amplifier by means of a control signal in such a way that the second evaluation signal is approximately constant.
  • the evaluation circuit can use the second control signal the imaginary part of the
  • the dynamics of the dielectric value measurement can be increased further if at least one second receiving amplifier is arranged in parallel or in series with the first receiving amplifier, which is analogous to the first receiving amplifier
  • Gain of the received radar signal generates the second evaluation signal.
  • the signal generation unit can comprise at least one transmission amplifier, which corresponds to that
  • the first transmit amplifier can be designed to be controllable in such a way that the gain of the first transmit amplifier can be controlled by means of the control signal of the evaluation circuit.
  • Time constant can calculate the quality. During a quality measurement, it is necessary for the transmit amplifier to be at a constant level by means of the control signal
  • Gain factor is adjustable so as not to influence the amplitude of the received radar signal.
  • the delay element can be designed to control the phase in such a way that the signal strength of the received radar signal at the amplitude detector exceeds a predefined limit value.
  • the phase is thus regulated in such a way that the amplitude of the received radar signal has no minimum, which is caused by any negative interference.
  • the frequency of the radar signal is roughly based on the type of product or on the
  • the object on which the invention is based is achieved by a method for determining the dielectric value by means of the
  • the method can be supplemented with the following method steps to determine the imaginary part of the dielectric value:
  • the method can be expanded so that the functionality can be monitored (also known under the term "predictive maintenance").
  • the procedure is as follows
  • FIG. 1 a measuring device according to the invention for measuring the dielectric value of a filling material in a container
  • FIG. 2 a schematic structure of the measuring device according to the invention
  • FIG. 1 For a general understanding of the dielectric value measuring device 1 according to the invention, a schematic arrangement of the measuring device 1 on a container 2 with a filling material 3 is shown in FIG. 1. e.g. one
  • Dielectric value DK includes a signal generating unit 1 1 and a receiving unit 12, which depending on the design can at least partially protrude into the interior of the container.
  • the filling material 3 can be liquids such as beverages, paints, cement or fuels such as liquid gases or mineral oils.
  • the measuring device 1 it is also conceivable to use the measuring device 1 in the case of bulk goods 3 in the form of bulk goods, such as, for example, cereals.
  • the measuring device 1 can have a higher-level unit 4, for example a
  • Wired HART or "Ethernet” can be implemented. This can be used to transmit the dielectric value DK as an amount or as a complex value with a real part and an imaginary part. However, other information about the general operating state of the measuring device 1 can also be communicated.
  • Harmonic coupling is designed.
  • a Gunn diode or a semiconductor oscillator could also be used.
  • Receiving unit 12 are on the frequency of the radar signal SHF or
  • antennas 1 12, 121 can be designed as planar patch antennas with corresponding edge lengths.
  • the measuring device 1 can be designed so that it is planar with the inner wall of the container 2.
  • the dielectric value DK of the filling material 3 is determined by measuring the phase difference Df of the radar signal SHF which arises between the antennas 1 12, 121 when passing through the filling material 3. To this end, the
  • Receiving unit 12 has a phase detector 122, one input of which is connected to the receiving antenna 121.
  • the phase detector 122 can be designed for example as a high-frequency mixer or as a Gilbert cell that is not operated in saturation.
  • the second input of the phase detector 122 taps the high-frequency signal SHF in the signal generating unit 1 1 between the high-frequency resonant circuit 1 1 1 and the transmitting antenna 1 12.
  • the signal generating unit 1 1 has one
  • the signal divider 1 13 can be designed, for example, as a particularly asymmetrical power divider.
  • the phase detector 122 thus compares the phase difference Df before transmission and after reception of the radar signal SHF. Accordingly, the output signal represents s reai des
  • phase detector 122 has the phase difference Df in the form of an analog voltage value.
  • Phase detector 122 in the design as a mixer or Gilbert cell are subjected to an analog / digital conversion, so that an evaluation circuit 123, for example a microcontroller, reacts on the basis of the digitized signal
  • Dielectric value DK can determine.
  • the calculation of the real part REDK of the dielectric value DK is based on the relationship
  • phase difference Df is directly related to the phase of the
  • High-frequency signal SHF is determined on the high-frequency resonant circuit 1 1 1, the dielectric value DK or the real part Re DK can be measured on the container 2 without prior calibration of the measuring device 1.
  • Receiving antenna 121 branched off via a power divider 124 and fed to the input of a receiving amplifier 126 as part of an amplitude detector 125.
  • this embodiment of the reception unit 123 uses the effect for determining the imaginary part IrriDK that the imaginary part IrriDK is proportional to the amplitude of the received radar signal SHF.
  • the amplitude of the is not directly used to determine the imaginary part IrriDK
  • the evaluation circuit 123 regulates the amplification factor of the receive amplifier 126 by means of a corresponding control signal s c in such a way that the output signal s, m of the receive amplifier 126 is kept approximately constant. Because of this form of regulation, this provides Control signal s c is the actual information about the amplitude of the received radar signal SHF, so that the evaluation circuit 123 detects the imaginary part Irri DK
  • Dielectric value DK can determine based on the current value of the control signal s c . If the microcontroller of the evaluation circuit 123 has no analog input, a corresponding analog / digital converter must be connected downstream of the receive amplifier 126, as shown in FIG. 3.
  • the measurement of the imaginary part IrriDK of the dielectric value DK by means of the control signal s c offers the advantage that the dynamics of the dielectric value measurement are in turn increased.
  • the reception amplifier 126 can be followed by an HF detector designed as a diode in order to be able to determine the signal strength as a function of the temperature.
  • the microcontroller can use a quotient from the first
  • Evaluation signal s TM ie to determine the output signal of the receive amplifier 123.
  • Fig. 4 shows a possible extension of the signal generating unit 1 1, with which the quality of the measuring device 1 can be measured or monitored.
  • the quality in the context of the registration relates to the definition of bandwidth per center frequency.
  • a delay element 1 15 is interposed between the high-frequency resonant circuit 1 1 1 and the transmitting antenna 1 12.
  • the delay element 115 consists of two signal switches, between which a direct signal path of the high-frequency signal SHF runs.
  • a delaying signal path is arranged between the signal switches, which delays the high-frequency signal SHF by a defined phase f.
  • a delaying signal path can be implemented, for example, as described in the publication DE102012106938 A1.
  • the signal switches of the delay unit 115 are designed such that the high-frequency signal SHF is guided over the delaying signal path when a control signal s t is applied, while the high-frequency signal SHF is otherwise via the direct signal path is carried.
  • the signal switch at the front in terms of signal technology can be designed, for example, as a Wilkinson power divider, which is followed by an amplifier in each signal path. Depending on whether the delaying or non-delaying path is to be switched through, the gain of the
  • the amplification factor must be set to zero accordingly.
  • Input of the microcontroller is created.
  • the evaluation circuit 123 can be informed of the time of the deceleration, so that the evaluation circuit 123 detects a corresponding change in the second evaluation signal s, m as a result of the
  • the evaluation circuit can determine the quality of the measuring device 1 on the basis of the corresponding time constant.
  • the measuring device 1 can be further developed so that it falls below a predefined minimum quality
  • the reason for a reduction in quality can be caused on the one hand by aging of internal electronic components. On the other hand, however, the quality can also be reduced by an inhibited transmission of the radar signal SHF between the antennas 1 12, 121 due to the formation of deposits.
  • the signal generating unit 1 1 also has a transmission amplifier 1 14, this must be designed such that the transmission amplifier 1 14 amplifies the high-frequency signal SHF with a constant gain during the determination of the quality, so that the amplitude measurement of the second evaluation signal s, m is not superimposed therefrom.
  • the transmission amplifier 114 can again be controlled accordingly by means of the control signal s t .
  • the transmission delay 114 can also be informed of the onset of the delay using the high-frequency signal SHF in such a way that a separate control circuit RK, as shown in FIG. 4, recognizes the onset of the delay on the basis of the branched-off high-frequency signal and the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Bestimmung eines Dielektrizitätswertes (DK) eines Füllgutes (3), sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. Die zugrunde liegende Idee basiert darauf, ein Hochfrequenz-Signal (SHF) als Radar-Signal (SHF) mittels einer Sende-Antenne (112) in Richtung des Füllgutes (3) auszusenden, und das Radar-Signal (SHF) nach Durchgang durch das Füllgut (3) mittels einer Empfangs-Antenne (121) zu empfangen. Ein Phasendetektor (122) der Empfangs-Einheit (12) des Messgerätes (1) erzeugt ein erstes Auswertungssignal (sreal), das sich proportional mit einer Phasendifferenz zwischen dem empfangenen Radar-Signal (SHF) und dem erzeugten Hochfrequenz-Signal (SHF) ändert. Eine Auswertungs-Schaltung (123) der Empfangs-Einheit (12) bestimmt anhand des ersten Auswertungssignals (srea|) zumindest einen Realteil (ReDK) des Dielektrizitätswertes (DK). Vorteilhaft an dieser Methode der Dielektrizitätswert-Bestimmung ist, dass das Messgerät (1) am Behälter (2) eingesetzt werden kann, ohne dort kalibriert werden zu müssen.

Description

Messgerät zur Bestimmung eines Dielektrizitätswertes
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Bestimmung eines Dielektrizitätswertes eines Füllgutes sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Messgerätes.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisie-rungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen werden Sensoren eingesetzt, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten,
Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. zum Einsatz kommen. Sie erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert,
Redoxpotential, Leitfähigkeit oder den Dielektrizitätswert. Eine Vielzahl dieser Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Die Bestimmung des Dielektrizitätswertes (auch bekannt als
„Dielektrizitätskonstante“ oder„Relative Permittivität“) von Füllgütern in Behältern ist sowohl bei Feststoffen, als auch bei flüssigen Füllgütern, wie beispielsweise Treibstoffen, Abwässern oder Chemikalien von großem Interesse, da dieser Wert einen zuverlässigen Indikator für Verunreinigungen, den Feuchtegehalt oder die Stoffzusammensetzung darstellen kann. Dabei werden unter dem Begriff„Behälter“ im Rahmen der Erfindung auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden. Zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes kann nach dem Stand der Technik vor allem bei flüssigen Füllgütern auf das kapazitive Messprinzip zurückgegriffen werden. Dabei wird der Effekt genutzt, dass sich die Kapazität eines Kondensators proportional mit dem Dielektrizitätswert desjenigen Mediums, das sich zwischen den zwei Elektroden des Kondensators befindet, ändert.
Alternativ ist es auch möglich, den Dielektrizitätswert eines (flüssigen) Mediums in einem Behälter-Inneren quasi parasitär bei dessen Radar-basierten Füllstandsmessung mitzubestimmen. Dies erfordert das Messprinzip des geführten Radars, bei dem
Mikrowellen über einen elektrisch leitfähigen Wellenleiter in das Medium geführt werden. Beschrieben ist diese kombinierte Füllstands- und Dielektrizitäts-Messung in der Offenlegungsschrift DE 10 2015 1 17 205 A1.
In der Regel ist das Messgerät vor Ort in der jeweiligen Prozessanlage zu kalibrieren, um die Einbausituation mit zu berücksichtigen. Zum einen bedeutet dies einen Mehraufwand beim Einbau. Zum anderen wird das Messgerät bzw. die entsprechende Sensorik jedoch oftmals in geschlossenen Behältern angeordnet. Daher ist die Schaffung eines definierten Kalibrierzustandes, wie das Vorhalten eines Kalibrier-Mediums mit definiertem
Dielektrizitätswert, zumindest in diesen Fällen erst gar nicht möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät bereitzustellen, das keine Kalibration erfordert.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Messgerät zur Bestimmung eines
Dielektrizitätswertes eines Füllgutes. Hierzu umfasst das Messgerät:
- Eine Signalerzeugungs-Einheit, mit
o einem Hochfrequenz-Schwingkreis, der ausgelegt ist, ein elektrisches Hochfrequenz-Signal zu erzeugen,
o einer Sende-Antenne, die konzipiert ist, das Hochfrequenz-Signal als Radar-Signal in Richtung des Füllgutes auszusenden, und - eine Empfangs-Einheit, mit
o einer Empfangs-Antenne, die konfiguriert ist, um das Radar-Signal nach Durchgang durch das Füllgut zu empfangen, und
o eine Auswertungs-Schaltung, die ausgelegt ist, anhand einer
Phasendifferenz oder einer Signalstärke des empfangenen Radar-Signals den Dielektrizitätswert zu bestimmen.
Unter dem Begriff„Einheit wird 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. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung wie einem FPGA oder einen Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Einheiten des Füllstandsmessgerätes im Sinne der Erfindung potentiell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben
physikalischen Digitalschaltung betrieben werden.
Die Funktionsweise des Messgerätes beruht erfindungsgemäß darauf, den
Dielektrizitätswert zumindest realwertig zu bestimmen, indem die Phasendifferenz des Radar-Signals zwischen Aussenden und Empfang gemessen wird. Diese kann ohne Kalibration dem Dielektrizitätswert des Füllgutes zugeordnet werden, da die
Phasendifferenz des empfangenen Radar-Signals in Bezug zur Signalerzeugungs-Einheit ermittelt wird. Hierzu kann die Empfangs-Einheit einen Phasendetektor umfassen, der ausgelegt ist, ein erstes Auswertungssignal, das sich proportional mit einer Phasendifferenz zwischen dem empfangenen Radar-Signal und dem Hochfrequenz- Signal ändert, zu erzeugen. Korrespondierend hierzu hat die Signalerzeugungs-Einheit einen Signalteiler zu umfassen, mittels dem das Hochfrequenz-Signal aus der
Signalerzeugungs-Einheit auskoppelbar ist. Dementsprechend kann einer der Eingänge des Phasendetektors zur Erzeugung des Auswertungssignals an den Signalteiler angeschlossen werden. Hierdurch kann die Auswertungs-Schaltung anhand des ersten Auswertungssignals zumindest einen Realteil des Dielektrizitätswertes bestimmen.
Die Auswertungs-Schaltung kann außerdem ausgelegt werden, um zusätzlich oder alternativ zum Realteil einen Imaginärteil des Dielektrizitätswertes zu bestimmen, wenn die Empfangs-Einheit einen Amplituden-Detektor zur Erfassung der Signalstärke des empfangenen Radar-Signals umfasst. Dabei ist der Amplituden-Detektor so auszulegen, dass er das zweite Auswertungssignal in Abhängigkeit der Signalstärke des
empfangenen Radar-Signals erzeugt. [Erwähnen, dass es sich um Analog-Signal oder ein entsprechend codiertes Digital-Signal handeln kann].
In diesem Fall kann die Auswertungs-Schaltung den Imaginärteil direkt anhand des zweiten Auswertungssignals bestimmen. Die Bestimmung kann jedoch auch indirekt erfolgen, indem der Amplituden-Detektor zumindest einen ersten regelbaren Empfangs- Verstärker umfasst, der das zweite Auswertungssignal mittels Verstärkung des empfangenen Radar-Signals erzeugt. Die Auswertungs-Schaltung ist dabei so auszulegen, dass sie die Verstärkung des Empfangs-Verstärkers derart mittels eines Regelsignals regelt, dass das zweite Auswertungssignal in etwa konstant ist. Somit kann die Auswerte-Schaltung anhand des zweiten Regelsignals den Imaginärteil des
Dielektrizitätswertes bestimmen.
Die Dynamik der Dielektrizitätswert-Messung kann weiter erhöht werden, wenn parallel oder in Reihe zum ersten Empfangs-Verstärker zumindest ein zweiter Empfangs- Verstärker angeordnet ist, der analog zum ersten Empfangs-Verstärker mittels
Verstärkung des empfangenen Radar-Signals das zweite Auswertungssignal erzeugt.
Zur Anpassung der Sende-Leistung des Radar-Signals kann die Signalerzeugungs- Einheit mindestens einen Sende-Verstärker umfassen, der entsprechend das
Hochfrequenz-Signal des Hochfrequenz-Schwingkreises verstärkt. Dabei kann der erste Sende-Verstärker derart regelbar ausgelegt werden, dass die Verstärkung des ersten Sende-Verstärkers mittels des Regelsignals der Auswerte-Schaltung regelbar ist.
Hierdurch kann der ein hoher Dynamik-Bereich abgedeckt werden, was insbesondere bei der Messung an stark dämpfenden Füllgütern vorteilhaft ist. Um die Güte des Messgerätes bestimmen zu können, oder um negative Interferenzen zu vermeiden, kann die Signalerzeugungs-Einheit ein Verzögerungsglied umfassen, das ausgelegt ist, um das Hochfrequenz-Signal um eine definierte Phase zu verzögern. Um die Güte zu bestimmen, ist das Verzögerungsglied so auszulegen, dass es mittels eines Steuersignals einschaltbar ist. Korrespondierend hierzu ist die Empfangs-Einheit auszulegen, um nach Einschalten des Verzögerungsgliedes anhand des zweiten Auswertungssignals eine Güte des Messgerätes zu bestimmen zu können. Dadurch wird der Effekt genutzt, dass die Amplitude des empfangenen Radar-Signals bei Verzögerung exponentiell abnimmt, wobei die Auswerte-Schaltung anhand der zugehörigen
Zeitkonstante die Güte berechnen kann. Während einer Güte-Messung ist es notwendig, dass der Sende-Verstärker mittels des Steuersignals auf einen konstanten
Verstärkungsfaktor einstellbar ist, um die Amplitude des empfangenen Radar-Signals hierdurch nicht zu beeinflussen.
Zur Unterdrückung von negativen Interferenzen kann das Verzögerungsglied ausgelegt werden, die Phase derart zu steuern, dass die Signalstärke des empfangen Radar- Signals am Amplituden-Detektor einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Die Phase wird also derart geregelt, dass die Amplitude des empfangenen Radar-Signals kein Minimum, das durch etwaige negative Interferenz verursacht ist, aufweist.
Die Frequenz des Radar-Signals ist grob auf den Typ an Füllgut bzw. an den
Messbereich des Dielektrizitätswertes anzupassen. Allgemein ist es in diesem
Zusammenhang von Vorteil, wenn der Hochfrequenz-Schwingkreis ausgelegt ist, das Hochfrequenz-Signal mit einer konstanten Frequenz zwischen 1 GHz und 30 GHz zu erzeugen.
Analog zum erfindungsgemäßen Messgerät wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, durch ein Verfahren zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes mittels des
Messgerätes nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten gelöst folgende Verfahrensschritte umfasst dieses Verfahren:
Erzeugung eines elektrischen Hochfrequenz-Signals mittels eines Hochfrequenz- Schwingkreises,
Aussenden des Hochfrequenz-Signals als Radar-Signal in Richtung des Füllgutes mittels einer Sende-Antenne,
Empfangs des Radar-Signals nach Durchgang durch das Füllgut mittels einer Empfangs-Antenne,
Erzeugung eines ersten Auswertungssignals, das sich proportional mit einer Phasendifferenz zwischen dem empfangenen Radar-Signal und dem
ausgekoppelten Hochfrequenz-Signal ändert, mittels eines Phasendetektors, WO 2020/151869 PCT/EP2019/084412
Bestimmung eines Realteils des Dielektrizitätswertes anhand des ersten
Auswertungssignals durch eine Auswertungseinheit.
Zur Bestimmung des Imaginärteils des Dielektrizitätswertes kann das Verfahren folgende Verfahrensschritte ergänzt werden:
Erzeugung eines von der Signalstärke des empfangenen Radar-Signals abhängiges, zweites Auswertungssignal mittels eines Amplituden-Detektors, und Bestimmung eines Imaginärteils des Dielektrizitätswertes durch die Auswertungseinheit anhand des zweiten Auswertungssignals.
Wenn das Messgerät ausgelegt ist, die Güte zu messen, kann das Verfahren so erweitert werden, dass die Funktionstüchtigkeit überwacht werden kann (auch bekannt unter dem Begriff„Predictive Maintenance“). In diesem Fall ist das Verfahren um folgende
Verfahrensschritte zu erweitern:
- Bestimmung einer Güte des Messgerätes anhand des zweiten
Auswertungssignals, und
Einstufung des Messgerätes als nicht funktionsfähig, sofern die Güte einen vordefinierten Mindestwert unterschreitet. Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : Ein erfindungsgemäßes Messgerät zur Dielektrizitätswert-Messung eines Füllgutes in einem Behälter, Fig. 2: einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Messgerätes,
Fig. 3: eine mögliche Realisierungsvariante der Empfangs-Einheit des Messgerätes, und
Fig. 4: eine mögliche Realisierungsvariante der Signalerzeugungs-Einheit des
Messgerätes.
Zum allgemeinen Verständnis des erfindungsgemäßen Dielektrizitätswert-Messgerätes 1 ist in Fig. 1 eine schematische Anordnung des Messgerätes 1 an einem Behälter 2 mit einem Füllgut 3 gezeigt: Zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes DK des Füllgutes 3 ist das Messgerät 1 seitlich an einem Anschluss des Behälters 2, bspw. einem
Flanschanschluss angeordnet. Hierzu ist das Messgerät 1 in etwa formschlüssig zur Behälter-Innenwand angebracht, wobei das Messgerät 1 zur Bestimmung des
Dielektrizitätswertes DK eine Signalerzeugungs-Einheit 1 1 und eine Empfangs-Einheit 12 umfasst, die je nach Auslegung zumindest teilweise in das Behälter-Innere überstehen können. Bei dem Füllgut 3 kann es sich um Flüssigkeiten wie Getränke, Lacke, Zement oder Treibstoffe, wie Flüssiggase oder Mineralöle handeln. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung des Messgerätes 1 bei Schüttgut-förmigen Füllgütern 3, wie bspw. Getreide.
Das Messgerät 1 kann mit einer übergeordneten Einheit 4, zum Beispiel einem
Prozessleitsystem, verbunden sein. Als Schnittstelle kann etwa„PROFIBUS“,„HART“,
„Wireless HART“ oder„Ethernet“ implementiert sein. Hierüber kann der Dielektrizitätswert DK als Betrag, oder komplexwertig mit Realteil und Imaginärteil übermittelt werden. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Messgerätes 1 kommuniziert werden.
Der prinzipielle schaltungstechnische Aufbau des erfindungsgemäßen Messgerätes 1 ist in Fig. 2 dargestellt: Grundlegend basiert das Messgerät 1 auf einer Signalerzeugungs- Einheit 1 1 , die zur Abstrahlung eines Radar-Signals SHF gen Füllgut 2 dient, sowie einer Empfangseinheit 12 zum Empfang des Radar-Signals SHF, nachdem es das Füllgut 3 durchdrungen hat. Hierzu umfasst die Signalerzeugungs-Einheit 1 1 eine Sende-Antenne 1 12, die von einem Hochfrequenz-Schwingkreis 1 1 1 entsprechend mit einem elektrischen Hochfrequenz-Signal SHF angesteuert wird. Zur Generierung des Radar-Signals SHF weist das Hochfrequenz-Signal SHF dabei eine vorzugsweise konstante Frequenz zwischen 0,1 GHz bis 240 GHz auf. Dementsprechend kann der Hochfrequenz-Schwingkreis 1 1 1 im einfachsten Fall als Quarz-Oszillator ausgelegt werden, der gegebenenfalls auf
Oberwellenauskopplung ausgelegt ist. Daneben könnte auch eine Gunn-Diode oder ein Halbleiter-Oszillator eingesetzt werden.
Die Sende-Antenne 1 12 und die korrespondierende Empfangs-Antenne 121 der
Empfangs-Einheit 12 sind auf die Frequenz des Radar-Signals SHF bzw. des
Hochfrequenz-Signals SHF anzupassen. So können die Antennen 1 12, 121 bspw. als planare Patch-Antennen mit entsprechenden Kantenlängen konzipiert werden. Bei Auslegung der Antennen 1 12, 121 als Planar-Antennen kann das Messgerät 1 so ausgelegt werden, dass es planar mit der Innenwand des Behälters 2 abschließt. Eine nicht-planarer Auslegung des Messgerätes 1 , bei der zumindest die Antennen 1 12, 121 in den Innenraum des Behälters 2 überstehen, bietet wiederum den Vorteil, dass die Antennen 1 12, 121 zueinander ausgereichtet sein können. Dies erhöht die Auflösung der Messung. Erfindungsgemäß wird der Dielektrizitätswert DK des Füllgutes 3 dadurch bestimmt, dass die Phasendifferenz Df des Radar-Signals SHF, die sich zwischen den Antennen 1 12, 121 bei Durchgang durch das Füllgut 3 einstellt, gemessen wird. Hierzu umfasst die
Empfangs-Einheit 12 einen Phasendetektor 122, dessen einer Eingang an die Empfangs- Antenne 121 angeschlossen ist. Ausgelegt sein kann der Phasendetektor 122 beispielsweise als Hochfrequenz-Mischer oder als Gilbert-Zelle, die nicht in Sättigung betrieben ist.
Der zweite Eingang des Phasendetektors 122 greift das Hochfrequenz-Signal SHF in der Signalerzeugungs-Einheit 1 1 zwischen dem Hochfrequenz-Schwingkreis 1 1 1 und der Sende-Antenne 1 12 ab. Hierzu weist die Signalerzeugungs-Einheit 1 1 einen
entsprechenden Signalteiler 1 13 auf. Dabei kann der Signalteiler 1 13 beispielsweise als insbesondere asymmetrischer Leistungsteiler ausgelegt sein. Somit vergleicht der Phasendetektor 122 die Phasendifferenz Df vor Aussenden und nach Empfang des Radar-Signals SHF. Dementsprechend repräsentiert das Ausgangssignal sreai des
Phasendetektors 122 im Falle einer Auslegung als Mischers die Phasendifferenz Df in Form eines analogen Spannungswertes.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich wird, kann das analoge Ausgangssignal sreai des
Phasendetektors 122 in der Auslegung als Mischer oder Gilbert-Zelle einer Analog- /Digital-Wandlung unterzogen werden, so dass eine Auswertungs-Schaltung 123, beispielsweise ein Microcontroller, auf Basis des digitalisierten Signals sreai den
Dielektrizitätswert DK bestimmen kann. Dabei beruht die Berechnung des Realteils REDK des Dielektrizitätswertes DK auf dem Zusammenhang
ReDK~A f
Dadurch, dass die Phasendifferenz Df unmittelbar in Bezug zur Phase des
Hochfrequenz-Signals SHF am Hochfrequenz-Schwingkreis 1 1 1 bestimmt wird, kann der Dielektrizitätswert DK bzw. der Realteil ReDK ohne vorherige Kalibration des Messgerätes 1 am Behälter 2 gemessen werden.
Mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante der Empfangs-Einheit 12 ist es zudem möglich, neben dem Realteil ReDK des Dielektrizitätswertes DK auch dessen Imaginärteil IrriDK zu bestimmen. Hierzu wird das Radar-Signal SHF nach Empfang durch die
Empfangs-Antenne 121 über einen Leistungsteiler 124 abgezweigt und dem Eingang eines Empfangs-Verstärker 126 als Teil eines Amplituden-Detektors 125 zugeführt. Prinzipiell nutzt diese Ausführungsform der Empfangs-Einheit 123 zur Bestimmung des Imaginärteils IrriDK den Effekt, dass der Imaginärteil IrriDK proportional zur Amplitude des empfangenen Radar-Signals SHF ist. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante wird zur Bestimmung des Imaginärteils IrriDK jedoch nicht direkt die Amplitude des
empfangenen Radar-Signals SHF gemessen. Vielmehr regelt die Auswerte-Schaltung 123 den Verstärkungsfaktor des Empfangs-Verstärkers 126 mittels eines entsprechenden Regelsignals sc in der Form, dass das Ausgangs-Signal s,m des Empfangs-Verstärkers 126 in etwa konstant gehalten wird. Aufgrund dieser Form der Regelung liefert das Regelsignal sc die eigentliche Information über die Amplitude des empfangenen Radar- Signals SHF, SO dass die Auswertungs-Schaltung 123 den Imaginärteil IrriDK des
Dielektrizitätswertes DK anhand des jeweils aktuellen Wertes des Regelsignals sc bestimmen kann. Sofern der Microcontroller der Auswertungs-Schaltung 123 keinen Analog-Eingang aufweist, ist dem Empfangs-Verstärker 126, wie in Fig. 3 gezeigt, ein entsprechender Analog-/Digital-Wandler nachzuschalten. Die Messung des Imaginärteils IrriDK des Dielektrizitätswertes DK mittels des Regelsignals sc bietet den Vorteil, dass wiederum die Dynamik der Dielektrizitätswert-Messung erhöht wird. Dem Empfangs- Verstärker 126 kann, wie in Fig. 3 dargestellt, ein als Diode ausgelegter HF-Detektor nachgeschaltet werden, um die Signalstärke in Abhängigkeit der Temperatur zu ermitteln zu können. Hierzu kann der Microcontroller einen Quotienten aus dem ersten
Auswertungssignal sreai zum zweiten Auswertungssignal s,m bilden.
Die Dynamik des Messgerätes 1 kann weiter erhöht werden, wenn parallel oder in Reihe zum Empfangs-Verstärker 126 weitere Verstärker angeordnet sind, um ebenfalls mittels Verstärkung des empfangenen Radar-Signals SHF das zweite Auswertungssignal s,m zu erzeugen (nicht dargestellt in Fig. 3). Dabei können die etwaigen weiteren Verstärker analog zum Empfangs-Verstärker 123 geregelt werden. Anstelle der Regelung des Empfangs-Verstärkers 123 und der Bestimmung des Imaginärteils IrriDK anhand des Regelsignals ist es zwecks simplerer Auslegung alternativ auch denkbar, den Empfangs- Verstärker 123 nicht zu regeln und den Imaginärteil IrriDK direkt anhand des
Auswertungssignals s™, also dem Ausgangs-Signal des Empfangs-Verstärkers 123 zu bestimmen. Fig. 4 zeigt eine mögliche Erweiterung der Signalerzeugungs-Einheit 1 1 , mit der die Güte des Messgerätes 1 gemessen bzw. überwacht werden kann. Dabei bezieht sich die Güte im Rahmen der Anmeldung auf die Definition Bandbreite pro Mittenfrequenz.
Zu Dessen Bestimmung ist zwischen dem Hochfrequenz-Schwingkreis 1 1 1 und der Sende-Antenne 1 12 ein Verzögerungsglied 1 15 zwischengeschaltet. Im Wesentlichen besteht das Verzögerungsglied 1 15 aus zwei Signalweichen, zwischen denen zum einen ein direkter Signalpfad des Hochfrequenz-Signals SHF verläuft. Zum anderen ist zwischen den Signalweichen ein verzögernder Signalpfad angeordnet, der das Hochfrequenz- Signal SHF um eine definierte Phase f verzögert. Realisiert werden kann ein verzögernder Signalpfad beispielsweise, wie es in der Veröffentlichungsschrift DE102012106938 A1 beschrieben ist.
Die Signalweichen der Verzögerungseinheit 1 15 sind dabei so ausgelegt, dass das Hochfrequenz-Signal SHF bei Anliegen eines Steuersignals st über den verzögernden Signalpfad geführt wird, während das Hochfrequenz-Signal SHF ansonsten über den direkten Signalpfad geführt wird. Dabei kann die Signaltechnisch vordere Signalweiche bspw. als Wilkinson-Leistungsteiler ausgelegt sein, dem in jedem Signalpfad jeweils ein Verstärker nachgeschaltet ist. Je nachdem, ob der verzögernde-, oder der nicht- verzögernde Pfad durchgeschaltet werden soll, ist die Verstärkung des
korrespondierenden Verstärkers auf unendlich einzustellen, der andere
Verstärkungsfaktor ist entsprechend auf null zu setzen.
Das Umschalten vom direkten zum verzögernden Signalpfad kann durch das
Steuersignal st auch der Auswertungs-Schaltung 123 auf Seite der Empfangs-Einheit 12 mitgeteilt werden, indem beispielsweise das Steuersignal st zeitgleich auch an einem
Eingang des Microcontrollers angelegt wird. Hierdurch kann der Auswerte-Schaltung 123 der Zeitpunkt des Verzögerns mitgeteilt werden, so dass die Auswerte-Schaltung 123 eine entsprechende Änderung des zweiten Auswertungssignals s,m infolge des
Umschaltens an der Verzögerungseinheit 1 15 detektiert werden kann.
Da im Falle eines analogen zweiten Auswertungssignals s,m eine abrupte Verzögerung der Phase cp des Hochfrequenz-Signals SHF ZU einem exponentiellen Abfall der Amplitude führt, kann die Auswerte-Schaltung anhand der korrespondierenden Zeitkonstante die Güte des Messgerätes 1 bestimmen. Dabei kann das Messgerät 1 so weiterentwickelt werden, dass es sich bei Unterschreiten einer vordefinierten Mindest-Güte als
funktionsuntüchtig einstuft und diesen Fehler-Zustand gegebenenfalls an die
übergeordnete Einheit 4 übermittelt. Der Grund für eine Verminderung der Güte kann zum einen durch Alterung interner elektronischer Komponenten hervorgerufen werden. Zum anderen kann die Güte jedoch auch durch eine gehemmte Übertragung des Radar- Signals SHF zwischen den Antennen 1 12, 121 aufgrund von Ansatzbildung verringert werden.
Sofern auch die Signal-Erzeugungs-Einheit 1 1 einen Sende-Verstärker 1 14 aufweist, muss dieser so ausgelegt sein, dass der Sende-Verstärker 1 14 während der Bestimmung der Güte das Hochfrequenz-Signal SHF mit einer konstanten Verstärkung verstärkt, damit die Amplitudenmessung des zweiten Auswertungssignals s,m hiervon nicht überlagert wird. Zu diesem Zweck kann der Sende-Verstärker 1 14 wiederum entsprechend mittels des Steuersignals st gesteuert werden. Alternativ kann dem Sende-Verstärker 1 14 die einsetzende Verzögerung auch derart mittels des Hochfrequenz-Signals SHF mittgeteilt werden, dass ein separater Regelkreis RK, wie in Fig. 4 dargestellt ist, die einsetzende Verzögerung anhand des abgezweigten Hochfrequenz-Signals erkennt und die
Verstärkung des Sende-Verstärkers 1 14 in diesem Fall konstant hält. Weiterhin kann der Regelkreis RK beispielsweise so realisiert sein, dass, sofern keine Phasenverzögerung f detektiert wird, der Sende-Verstärker 1 14 mittels desjenigen Regelsignals rt geregelt wird, mit dem auch der Empfangs-Verstärker 126 geregelt wird. Dadurch erhöht sich die Dynamik, mit der das Messgerät 1 den Dielektrizitätswert DK bestimmen kann.
Alternativ oder zusätzlich zur Bestimmung der Güte kann die Phasenverzögerung f, die mittels des Verzögerungsgliedes 1 15 einstellbar ist, auch eingesetzt werden, um negative Interferenz des Radar-Signals SHF bei Durchgang durch das Füllgut 3 zu vermeiden. In diesem Fall ist die Phasenverzögerung f so einzustellen, dass die Amplitude des empfangenen Radar-Signals SHF bzw. das zweite Auswertungssignal kein Interferenz bedingtes Minimum aufweist, sondern einen definierten Grenzwert überschreitet. Da die Amplitude durch die Auswerte-Schaltung 123 detektierbar ist, kann auch eine
entsprechende Regelung des Verzögerungsgliedes 1 15 durch die Auswerte-Schaltung 123 erfolgen.
WO 2020/151869 PCT/EP2019/084412
Bezugszeichenliste
1 Messgerät
2 Behälter
3 Füllgut
4 Übergeordnete Einheit
1 1 Signalerzeugungs-Einheit
12 Empfangs-Einheit
1 1 1 Hochfrequenz-Schwingkreis
1 12 Sende-Antenne
1 13 Signalteiler
1 14 Sende-Verstärker
1 15 Verzögerungsglied
121 Empfangs-Antenne
122 Phasendetektor
123 Auswertungs-Schaltung
124 Leistungsteiler
125 Amplituden-Detektor
126 Empfangs-Verstärker
DK Dielektrizitätswert
IrriDK Imaginärteil des Dielektrizitätswertes
ReDK Realteil des Dielektrizitätswertes
SHF Radar-Signal
sc Regelsignal
Sim Zweites Auswertungssignal
Sreai Erstes Auswertungssignal
st Steuersignal
SHF Hochfrequenz-Signal
x Verstärkungsfaktor
f Phase
Df Phasendifferenz

Claims

Patentansprüche
1. Messgerät zur Bestimmung eines Dielektrizitätswertes (DK) eines Füllgutes (3), umfassend:
- Eine Signalerzeugungs-Einheit (1 1), mit
o einem Hochfrequenz-Schwingkreis (1 1 1), der ausgelegt ist, ein elektrisches Hochfrequenz-Signal (SHF) ZU erzeugen,
o einer Sende-Antenne (1 12), die konzipiert ist, das Hochfrequenz-Signal (SHF) als Radar-Signal (SHF) in Richtung des Füllgutes (3) auszusenden, und
eine Empfangs-Einheit (12), mit
o einer Empfangs-Antenne (121 ), die konfiguriert ist, um das Radar-Signal (SHF) nach Durchgang durch das Füllgut (3) zu empfangen, und o eine Auswertungs-Schaltung (123), die ausgelegt ist, anhand einer
Phasendifferenz (Df) oder einer Signalstärke des empfangenen Radar-
Signals (SHF) den Dielektrizitätswert (DK) zu bestimmen.
2. Messgerät nach Anspruch 1 , wobei die Empfangs-Einheit (12) einen Phasendetektor (122) umfasst, wobei der Phasendetektor (122) ausgelegt ist, ein erstes
Auswertungssignal (sreai) zu erzeugen, das sich proportional mit der Phasendifferenz (Df) zwischen dem empfangenen Radar-Signal (SHF) und dem Hochfrequenz-Signal (SHF) ändert, wobei die Signalerzeugungs-Einheit (1 1) einen Signalteiler (1 13) umfasst, mittels dem das Hochfrequenz-Signal (SHF) auskoppelbar ist, wobei der Phasendetektor (122) zur Erzeugung des Auswertungssignals (sreai) an den Signalteiler (1 13) angeschlossen ist, und wobei die Auswertungs-Schaltung (123) ausgelegt ist, anhand des ersten
Auswertungssignals (sreai) zumindest einen Realteil (ReDK) des Dielektrizitätswertes (DK) zu bestimmen.
3. Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Empfangs-Einheit (12) einen
Amplituden-Detektor (124), der ein von der Signalstärke des empfangenen Radar-Signals (SHF) abhängiges, zweites Auswertungssignal (s,m) erzeugt, umfasst.
4. Messgerät nach Anspruch 3, wobei die Auswertungs-Schaltung (123) ausgelegt ist, mittels des zweiten Auswertungssignals (s,m) einen Imaginärteil (IGTIOK) des
Dielektrizitätswertes (DK) zu bestimmen.
5. Messgerät nach Anspruch 3, wobei der Amplituden-Detektor (124) zumindest einen ersten regelbaren Empfangs-Verstärker (125) umfasst, wobei der Empfangs-Verstärker (125) ausgelegt ist, das zweite Auswertungssignal (s,m) mittels Verstärkung des empfangenen Radar-Signals (SHF) ZU erzeugen, wobei die Auswertungs-Schaltung (123) ausgelegt ist, die Verstärkung (x) des Empfangs- Verstärkers (125) derart mittels eines Regelsignals (sc) zu regeln, dass das zweite Auswertungssignal (s,m) in etwa konstant ist, und wobei die Auswerte-Schaltung (123) ausgelegt ist, anhand des zweiten Regelsignals (sc) den Imaginärteil (IGTIOK) des
Dielektrizitätswertes (DK) zu bestimmen.
6. Messgerät nach Anspruch 5, wobei parallel oder in Reihe zum ersten Empfangs- Verstärker (124) zumindest ein zweiter Empfangs-Verstärker angeordnet ist, um mittels Verstärkung des empfangenen Radar-Signals (SHF) das zweite Auswertungssignal (s,m) zu erzeugen.
7. Messgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Signalerzeugungs-Einheit (1 1) zumindest einen Sende-Verstärker (1 14), der das
Hochfrequenz-Signal (SHF) verstärkt, umfasst.
8. Messgerät nach Anspruch 5 und 7, wobei der erste Sende-Verstärker (1 14) derart regelbar ausgelegt ist, dass die Verstärkung des ersten Sende-Verstärkers (1 14) mittels des Regelsignals (sc) der Auswerte-Schaltung (123) regelbar ist. 9. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalerzeugungs-
Einheit (1 1) ein Verzögerungsglied (1 15) umfasst, das ausgelegt ist, um das
Hochfrequenz-Signal (SHF) um eine definierte Phase (cp) zu verzögern.
10. Messgerät nach Anspruch 9, wobei das Verzögerungsglied (1 15) mittels eines Steuersignals (st) einschaltbar ist, und wobei die Empfangs-Einheit (12) ausgelegt ist, nach Einschalten des Verzögerungsgliedes (1 15) anhand des zweiten
Auswertungssignals (s,m) eine Güte des Messgerätes (1) zu bestimmen.
1 1. Messgerät nach Anspruch 7 und 10, wobei der Sende-Verstärker (1 14) mittels des Steuersignals (st) auf einen konstanten Verstärkungsfaktor einstellbar ist.
12. Messgerät nach Anspruch 3 und 9, wobei das Verzögerungsglied (1 15) ausgelegt ist, die Phasenverzögerung (cp) derart einzustellen, dass die Signalstärke des empfangen Radar-Signals (SHF) am Amplituden-Detektor (124) maximal ist.
13. Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hochfrequenz- Schwingkreis (1 1 1) ausgelegt ist, das Hochfrequenz-Signal (SHF) mit einer konstanten Frequenz zwischen 2 GHz und 30 GHz zu erzeugen. WO 2020/151869 PCT/EP2019/084412
14. Verfahren zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes (DK) mittels des Messgerätes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend:
Erzeugung eines elektrischen Hochfrequenz-Signals (SHF) mittels eines Hochfrequenz-Schwingkreises (1 1 1),
- Aussenden des Hochfrequenz-Signals (SHF) als Radar-Signal (SHF) in Richtung des Füllgutes (3) mittels einer Sende-Antenne (1 12),
Empfangs des Radar-Signals (SHF) nach Durchgang durch das Füllgut (3) mittels einer Empfangs-Antenne (121 ),
Erzeugung eines ersten Auswertungssignals (sreai), das sich proportional mit einer Phasendifferenz (Df) zwischen dem empfangenen Radar-Signal (SHF) und dem ausgekoppelten Hochfrequenz-Signal (SHF) ändert, mittels eines Phasendetektors
(122),
Bestimmung eines Realteils (ReDK) des Dielektrizitätswertes (DK) anhand des ersten Auswertungssignals (sreai) durch eine Auswertungseinheit (123).
15. Verfahren, nach Anspruch 14, folgende Verfahrensschritte umfassend:
Erzeugung eines von der Signalstärke des empfangenen Radar-Signals (SHF) abhängiges, zweites Auswertungssignal (s,m) mittels eines Amplituden-Detektors (124),
- Bestimmung eines Imaginärteils (IGTIOK) des Dielektrizitätswertes (DK) durch die
Auswertungseinheit (123) anhand des zweiten Auswertungssignals (Sim).
16. Verfahren nach Anspruch 15, folgende Verfahrensschritte umfassend:
Bestimmung einer Güte des Messgerätes (1) anhand des zweiten
Auswertungssignals (Sim), und
Einstufung des Messgerätes (1) als nicht funktionsfähig, sofern die Güte einen vordefinierten Mindestwert unterschreitet.
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