WO2019091640A1 - Radarbasiertes füllstandsmessgerät - Google Patents

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WO2019091640A1
WO2019091640A1 PCT/EP2018/075049 EP2018075049W WO2019091640A1 WO 2019091640 A1 WO2019091640 A1 WO 2019091640A1 EP 2018075049 W EP2018075049 W EP 2018075049W WO 2019091640 A1 WO2019091640 A1 WO 2019091640A1
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WO
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container
level gauge
designed
lid
level
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PCT/EP2018/075049
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Pankratz
Daniel Müller
Carmen Roser
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in level-measurement devices, e.g. for level gauge measurement
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
    • H01Q1/405—Radome integrated radiating elements
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    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
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    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/027—Constructional details of housings, e.g. form, type, material or ruggedness

Definitions

  • the invention relates to a radar-based level gauge for attachment to a container with a round terminal, such as a flange, clamp or screw.
  • Conductivity meters or comparable devices are used. They record the corresponding process variables, such as level, flow, pressure, temperature, pH, redox potential or conductivity.
  • process variables such as level, flow, pressure, temperature, pH, redox potential or conductivity.
  • Various types of such field device types is manufactured and distributed by the company Endress + Hauser.
  • container is also understood to mean unfilled containers, such as basins, lakes or flowing waters
  • Measuring method consists in the ability to measure the level virtually continuously. In the field of continuous level measurement, radar-based measuring methods are therefore predominantly used (in the context of this patent application, "radar" is defined as signals or
  • pulse-transit time principle also known by the term “pulse radar”
  • FMCW principle Frequency Modulated Continuous Wafe
  • Level gauges are usually housed in universal field device enclosures designed for the requirements of a wide range of field device types. Accordingly, the housings are designed to meet the widest possible requirements. These concern in particular the Electromagnetic compatibility (“EMC”), explosion safety (as defined, for example, in the EN 60079 series), corrosion resistance or impact resistance, as well as multiple interfaces such as displays, keyboards or various cable connections for field devices is shown for example in International Publication WO 2014037256 A1.
  • EMC Electromagnetic compatibility
  • explosion safety as defined, for example, in the EN 60079 series
  • corrosion resistance or impact resistance as well as multiple interfaces such as displays, keyboards or various cable connections for field devices is shown for example in International Publication WO 2014037256 A1.
  • the invention solves this problem by a radar-based
  • the fill level measuring device comprises:
  • the cover is designed so that in the attached state, at least one contact surface of the lid connects to the end contour of the round terminal, wherein the cover in relation to
  • Contact surface has a maximum height of 60 mm
  • An arranged in the lid transmitting / receiving unit which is designed to emit radar-based transmission signals in the direction of the contents and to determine the level of a filling material located in the container after reflection on the Gregutober Assembly based on corresponding received signals.
  • the level measuring device according to the invention can thus be used for applications that require a flat structure of the level gauge, especially with regard to the installation height above the container. This applies, for example Level measurement on a housing opening of a square IBC tank, which still has to be stackable despite an attached level gauge. Notwithstanding this, based on the level measuring device according to the invention, an overpressure-proof closure of the
  • Round terminal can be achieved, since the lid can be designed, for example, according to the dimensions of a blind flange.
  • the lid can potentially be designed to seal the interior of the container at least according to the nominal pressure level PN 2.5 overpressure resistant.
  • transmitting / receiving unit for the level measuring device according to the invention it is particularly suitable if the transmitting / receiving unit is designed to transmit signals with a frequency of at least 75 GHz
  • the transceiver unit can be designed very compact, since corresponding electronic components at such frequencies (and possibly also the reception of corresponding
  • Received signals based on a semiconductor integrated circuit can be realized.
  • a higher absolute bandwidth can be used at higher frequencies. This in turn achieves a higher resolution or accuracy of the level measurement.
  • Bundling of at least the transmission signals includes. This can be dispensed with space-consuming (horn) antennas.
  • the term "quasi-optical lens” is analogous to optical lenses to materials with which electromagnetic waves in the radar spectral range [0.3 to 300 GHz] are refracted, and by means of which a defined one is formed with appropriate shaping Bundling or
  • the fill level measuring device according to the invention can be designed in this way be that it can be attached to a round terminal with an inner diameter of not more than 200 mm, in particular less than 65 mm. Particularly advantageous is the attachment to a round terminal with a
  • the lid can be attached to different types of
  • Flange connections screwed connections or clamped connections (better known under the English term “clamp connection”, such as Tri-Clamp®), in which connection the fastening means of the cover must be designed as a flange in order to connect the level gauge to a
  • the fastening means In order to fix the level gauge to a corresponding screw connection of the container, the fastening means must be designed accordingly as internal thread or external thread.
  • Circular connections generally to that surface or planar contour of the round terminal facing (with respect to the imaginary axis of the round terminal) the container outer side. Accordingly, in the case of a flange or clamp connection, the end contour of the flange face of the container-side flange faces the cover-side flange. If the round connection as
  • Screw terminal is realized, it is in the final contour again that planar contour of the round terminal, which acts when completely screwing the lid as its end stop.
  • An advantageous implementation of the invention is to couple the dimension of the height of the lid (taking into account the maximum height of 60 mm) to the inner diameter of the round terminal.
  • a possible coupling may depend on the type of round connection.
  • the height can be adjusted to the inner diameter of the flange according to EN 1092-01 / 01 A for flange connections
  • Flange can be coupled.
  • Table represents one Excerpt from the standard and illustrates the local coupling of the (flange) height to the flange inner diameter:
  • the lid according to the invention can also be designed in any other coupled dimension from inner diameter to height, which is shown in this standard.
  • the coupled dimension applies
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the arrangement of radar-based level measuring devices on a container
  • Fig. 2 a first embodiment of the invention
  • Fig. 4 a third embodiment of the invention
  • Fig. 1 For a general understanding of the invention in Fig. 1 is a typical
  • the level gauge 1 in a known Installation height h above the contents 3 attached to the container 2.
  • the container 2 can be more than 100 m high.
  • the transmission signal SHF may be radar pulses emitted periodically, so that the distance and thus the fill level L are determined directly on the basis of the pulse transit time between transmission of the pulse-shaped transmission signal SHF and reception of the pulse-shaped reception signal EHF can be.
  • the transmission signal SHF is a continuous radar signal, but with a time-modulated frequency. Accordingly, the runtime, and hence the distance or level L, in implementing the FMCW method may be based on the instantaneous frequency difference between the currently received
  • Receive signal EHF and the same time transmitted transmit signal SHF are determined.
  • the level gauge 1 via an interface, such as
  • PROFIBUS "HART” or “Wireless HART” connected to a higher-level unit 4, such as a process control system
  • Level value L to be transmitted for example, to control if necessary on the container 2 inflows or outflows.
  • other information about the general operating state of the level measuring device 1 can also be communicated.
  • the level gauge 1 shown in Fig. 1 is housed in a housing 11 typical for field devices. Due to the universal design of the housing 1 1 * for a variety of field device types, it therefore has comparatively massive dimensions. For this reason, the housing protrudes 1 1 * in practice at least 30 cm beyond the flange 21 of the container 2 addition. The corresponding space above the container 2 is to be kept free at the place of use for the level gauge 1. For certain
  • the level gauge 1 according to the invention is
  • Container 2 arranged in the same manner as is done in the prior art.
  • the level measuring device 1 in the form of a lid 1 1 is designed, which closes the round terminal 21, 21 'of the container 2, optionally overpressure. It is characteristic here that the cover 1 1 is dimensioned with a maximum height Wmax of 60 mm in relation to that contact surface of the cover 11, which rests in the fastened state on the corresponding end contour 210 of the round terminal 21, 21 ' . If the round connection is designed as a flange connection 21 (FIG. 2), the end contour 210 corresponds to the planar flange surface of FIG. 2 (FIG. 2)
  • the level gauge 1 for example, the shape of a
  • blind flange are modeled.
  • the lid 11 is made of a material suitable for this purpose, such as, for example, stainless steel.
  • the integration of the transmitting / receiving unit 12 within the lid 1 1 is favored by the fact that the transmitting / receiving unit 12 is designed to transmit the radar-based transmission signals SHF with a frequency of 75 GHz or higher.
  • the transceiver unit 12 can be dimensioned very small in this case, since the RF generation at such frequencies (and possibly also the reception
  • the lid 1 1 are designed with a quasi-optical lens 1 11, by means of the desired bundling of the transmission signal SHF gen contents 3 (as well as the bundling of the received signal EHF gene transmitting / receiving unit 12) due to the bidirectional mode of action is set.
  • PTFE for example, can be used for this purpose.
  • a reduced dimension of the height Wmax can also be achieved when wired to power or wired
  • Communication of the transmitting / receiving unit 12 is omitted. This can be compensated, for example, by integration of a radio module, for example according to the WLAN standard.
  • the power supply can be done, for example.
  • a rechargeable battery wherein for reloading an inductive coupling can be provided.
  • Fig. 3 illustrates that the erfindungsgenzeße level gauge 1 not only compatible with a flange 21 (or a structurally
  • the lid 11 includes an external thread 110', which corresponds to an internal thread on the container. 2
  • the lid 1 1 is designed so that it over the internal thread and thus over the
  • Level gauge 1 to be attached to a union fitting for food and chemicals according to DIN standard 11851.
  • the level gauge 1 could be used in this embodiment to an IBC tank, as IBC tanks on the top of the container 2 have a corresponding opening with an external thread.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarbasiertes Füllstandsmessgerät zur Befestigung an einem Behälter (2) mit einem Rundanschluss (21, 21'), wobei der Rundanschluss (21, 21') eine vordefinierte Endkontur (210) aufweist. Hierzu umfasst das Füllstandsmessgerät (1) einen Deckel (11) mit einem Befestigungsmittel (110, 110'), mittels dem der Deckel (1) am Behälter (2) befestigbar ist. Dabei ist der Deckel (11) so ausgelegt, dass im befestigten Zustand zumindest eine Kontaktfläche des Deckels (11) an die Endkontur (210) anschließt. Zur Füllstandsmessung ist im Deckel (11) eine Sende-/Empfangs-Einheit (12) angeordnet, um radar-basierte Sendesignale (SHF) in Richtung des Füllgutes (3) auszusenden und anhand der Empfangssignale (EHF) den Füllstand (L) des Füllgutes (3) im Behälter (2) zu bestimmen. Erfindungsgemäß weist der Deckel (11) in Bezug zu dessen Kontaktfläche eine Höhe (Wmax) von maximal 60 mm auf. Hierdurch kann der Deckel (11) beispielsweise gemäß den Abmessungen eines Blindflansches für Flanschanschlüsse (21) konzipiert werden. Somit kann das Füllstandsmessgerät (1) platzsparend am Behälter (2) angebracht werden.

Description

Radarbasiertes Füllstandsmessgerät
Die Erfindung betrifft ein Radarbasiertes Füllstandsmessgerät zur Befestigung an einem Behälter mit einem Rundanschluss, wie einem Flansch-, Klemm- oder Schraubanschluss.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung 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, oder vergleichbaren Geräten zum Einsatz kommen. Sie erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich
berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Dabei werden unter dem Begriff„Behälter" im Rahmen der Erfindung auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden. Ein weiterer Vorteil berührungsloser
Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandsmessung werden daher überwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung definiert sich„Radar" als Signale bzw.
elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz). Die beiden gängigen Messprinzipien bilden hierbei das Puls-Laufzeit- Prinzip (auch unter dem Begriff„Pulsradar" bekannt) sowie das FMCW-Prinzip („Frequency Modulated Continuous Wafe").
Füllstandsmessgeräte sind in der Regel in universellen Feldgeräte-Gehäusen, die für die Anforderungen verschiedenster Feldgeräte-Typen ausgelegt sind, untergebracht. Dementsprechend sind die Gehäuse so konzipiert, dass sie möglichst breiten Anforderungen genügen. Diese betreffen insbesondere die elektromagnetische Verträglichkeit („EMV"), Explosionssicherheit (wie beispielsweise in der Normenreihe EN 60079 definiert), Korrosions- Beständigkeit oder Schlagfestigkeit. Darüber hinaus umfassen die Gehäuse in der Regel zudem mehrere Interfaces wie Displays, Tastaturen oder diverse Kabel-Anschlüsse. Ein entsprechendes Gehäuse für Feldgeräte wird beispielsweise in der internationalen Offenlegungsschrift WO 2014037256 A1 gezeigt.
Aufgrund dieser umfangreichen Anforderungen an Feldgeräte-Gehäuse resultiert in der Praxis ein vergleichsweise platzintensives Gehäuse, das an engen Einbauorten aus Platzmangel nicht montierbar ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Füllstandsmessgerät
bereitzustellen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein radarbasiertes
Füllstandsmessgerät, das an einem Behälter mit einem Rundanschluss befestigbar ist, wobei der Rundanschluss eine vordefinierte Endkontur aufweist. Erfindungsgemäß umfasst das Füllstandsmessgerät:
- Einen Deckel mit
o einem Befestigungsmittel, mittels dem der Deckel am Behälter befestigbar ist.
Der Deckel ist dabei so ausgelegt, dass im befestigten Zustand zumindest eine Kontaktfläche des Deckels an die Endkontur des Rundanschlusses anschließt, wobei der Deckel in Bezug zur
Kontaktfläche eine Höhe von maximal 60 mm aufweist, und
- eine im Deckel angeordnete Sende-/Empfangs-Einheit, die ausgelegt ist, um radar-basierte Sendesignale in Richtung des Füllgutes auszusenden und nach Reflektion an der Füllgutoberfläche anhand von entsprechenden Empfangssignalen den Füllstand eines im Behälter befindlichen Füllgutes zu bestimmen.
Aufgrund der geringen Höhe des Deckels kann das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät also für Anwendungen eingesetzt werden, die vor allem hinsichtlich der Einbauhöhe über dem Behälter einen flachen Aufbau des Füllstandsmessgerätes erfordern. Dies betrifft beispielweise Füllstandsmessung an einer Gehäuseöffnung eines quadratischen IBC-Tanks, der trotz eines angebrachten Füllstandsmessgerätes nach wie vor stapelbar sein muss. Unbeschadet hiervon kann auf Basis des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerätes ein überdrucksicherer Verschluss des
Rundanschlusses erreicht werden, da der Deckel beispielsweise gemäß den Abmessungen eines Blindflansches konzipiert werden kann. Somit kann der Deckel potentiell ausgelegt werden, um das Innere des Behälters zumindest gemäß der Nenndruckstufe PN 2,5 überdruckfest abzudichten. Als Sende-/Empfangseinheit für das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät eignet es sich insbesondere, wenn die Sende-/Empfangs-Einheit ausgelegt ist, um die Sendesignale mit einer Frequenz von zumindest 75 GHz
auszusenden. In diesem Fall kann die Sende-Empfangseinheit sehr kompakt ausgelegt werden, da entsprechende elektronische Bausteine bei solchen Frequenzen (sowie gegebenenfalls auch der Empfang entsprechender
Empfangssignale) auf Basis einer integrierten Halbleiterschaltung realisiert werden können. Neben dem Vorteil der Kompaktheit bietet sich bei hohen Frequenzen außerdem der Vorteil, dass bei höheren Frequenzen eine größere absolute Bandbreite genutzt werden kann. Dadurch wird wiederum eine höhere Auflösung bzw. Genauigkeit der Füllstandsmessung erreicht.
Insbesondere bei der Füllstandsmessung stellt dies eine wichtige Anforderung dar, da je nach Anwendung eine hochgenaue Kenntnis des Füllstandes erforderlich ist. Vor allem bei Radar-Frequenzen oberhalb von 75 GHz bietet es sich erfindungsgemäß an, wenn der Deckel eine quasi-optische Linse zur
Bündelung von zumindest den Sendesignalen umfasst. Dadurch kann auf platzintensive (Horn-)Antennen verzichtet werden. Dabei handelt es sich im Rahmen der Erfindung bei dem Begriff„quasioptische Linse" analog zu optischen Linsen um Materialien, mit denen elektromagnetische Wellen im Radar-Spektralbereich [0,3 bis 300 GHz] gebrochen werden, und durch die sich bei entsprechender Formgebung eine definierte Bündelung oder
Ablenkung des Strahlengangs erreichen lässt. Vor allem bei Implementierung einer quasi-optischen Linse (unter Verwendung entsprechend hoher Radar- Frequenzen) kann das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät so ausgelegt werden, dass es an einen Rundanschluss mit einem Innendurchmesser von maximal 200 mm, insbesondere weniger als 65 mm befestigbar ist. Besonders vorteilhaft ist die Anbringung an einem Rundanschluss mit einem
Innendurchmesser von 50 mm (DN50/2) oder 39 mm (DN40/1 V2)
Im Sinne der Erfindung kann der Deckel an verschiedene Arten von
Rundanschlüssen adaptiert werden: Denkbar sind unter anderem
Flanschanschlüsse, Schraubanschlüsse oder Klemmanschlüsse (besser bekannt unter dem englischen Begriff„Clamp-Anschluss", wie beispielsweise Tri-Clamp ®). In Abhängigkeit hiervon ist das Befestigungsmittel des Deckels als Flansch zu konzipieren, um das Füllstandsmessgerät an einem
entsprechendem Flansch- oder Klemmanschluss des Behälters zu befestigen. Um das Füllstandsmessgerät an einem entsprechendem Schraubanschluss des Behälters zu befestigen, ist das Befestigungsmittel entsprechend als Innengewinde oder Außengewinde auszulegen.
Der Begriff„Endkontur" bezieht sich im Zusammenhang mit der
Adaptierbarkeit des erfindungsgemäßen Deckels auf verschiedene
Rundanschlüsse allgemein auf diejenige Fläche oder planare Kontur des Rundanschlusses, die (in Bezug zur imaginären Achse des Rundanschlusses) der Behälter-Außenseite zugewandt ist. Dementsprechend handelt es sich im Fall eines Flansch- oder Klemmanschlusses bei der Endkontur des um diejenige Flanschfläche des Behälter-seitigen Flansches, die dem Deckel- seitigen Flansch zugewandt ist. Sofern der Rundanschluss als
Schraubanschluss realisiert ist, handelt es sich bei der Endkontur wiederum um diejenige planare Kontur des Rundanschlusses, die bei vollständigem Verschrauben des Deckels als dessen Endanschlag fungiert.
Eine vorteilhafte Umsetzung der Erfindung besteht darin, die Bemaßung der Höhe des Deckels (unter Berücksichtigung der maximalen Höhe von 60 mm) an den Innendurchmesser des Rundanschlusses zu koppeln. Eine mögliche Kopplung kann sich dabei nach der Art des Rundanschlusses richten. Im Fall eines Flanschanschlusses kann die Höhe beispielsweise gemäß der Norm EN 1092-01/01 A für Flanschanschlüsse an den Innendurchmesser des
Flansches gekoppelt werden. Die nachfolgende Tabelle stellt hierbei einen Auszug aus der Norm dar und veranschaulicht die dortige Kopplung der (Flansch-) Höhe an den Flansch-Innendurchmesser:
Figure imgf000007_0001
Es versteht sich von selbst, dass der Deckel erfindungsgemäß auch in jeglicher anderen gekoppelten Bemaßung von Innendurchmesser zu Höhe, die in dieser Norm gezeigt ist, konzipiert werden kann. Bei der Auslegung des Deckels auf einen Klemmanschluss gilt die gekoppelte Bemaßung
gleichermaßen für die Normen DIN 32676.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung der Anordnung von Radar-basierten Füllstandsmessgeräten an einem Behälter,
Fig. 2: eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Füllstandsmessgerätes für Flanschanschlüsse,
Fig. 3: eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Füllstandsmessgerätes für Schraubanschlüsse mit Innengewinde, und
Fig. 4: eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Füllstandsmessgerätes für Schraubanschlüsse mit einem Außengewinde.
Zum allgemeinen Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 eine typische
Anordnung eines Radar-basierten Füllstandsmessgerätes 1 an einem
Flanschanschluss 21 eines Behälters 2 gezeigt. Im Inneren des Behälters 2 befindet sich ein Füllgut 3, dessen Füllstand L durch das Füllstandsmessgerät 1 zu bestimmen ist. Hierzu ist das Füllstandsmessgerät 1 in einer bekannten Einbauhöhe h oberhalb des Füllgutes 3 am Behälter 2 angebracht. Dabei kann der Behälter 2 je nach Anwendung mehr als 100 m hoch sein.
Das Füllstandsmessgerät 1 ist so am Behälter 2 ausgerichtet und befestigt, dass es Radar-basierte Sendesignale SHF in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 3 aussendet. Infolge der Reflektion des Sendesignals SHF an der Füllgut-Oberfläche empfängt das Füllstandsmessgerät 1 ein entsprechendes Empfangssignal EHF in Abhängigkeit der Entfernung d = h - L zur Füllgut- Oberfläche nach einer entsprechenden Laufzeit. Bei Füllstandsmessgeräten nach dem Pulsradar-Prinzip handelt es sich bei dem Sendesignal SHF um ggf. periodisch ausgesendete Radar-Pulse, so dass anhand der Pulslaufzeit zwischen Aussenden des pulsförmigen Sendesignals SHF und Empfang des ebenfalls pulsförmigen Empfangssignals EHF unmittelbar die Entfernung und somit der Füllstand L bestimmt werden kann.
Im Fall von FMCW Radar handelt es sich bei dem Sendesignal SHF um ein kontinuierliches Radar-Signal, allerdings mit zeitlich definiert modulierter Frequenz. Dementsprechend kann die Laufzeit und somit die Entfernung bzw. der Füllstand L bei Implementierung des FMCW Verfahrens auf Basis der momentanen Frequenzdifferenz zwischen dem aktuell empfangenen
Empfangssignal EHF und dem gleichzeitig ausgesendeten Sendesignal SHF bestimmt werden.
In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 1 über ein Interface, etwa
„PROFIBUS",„HART" oder„Wireless HART" mit einer übergeordneten Einheit 4, wie z. B. einem Prozessleitsystem, verbunden. Hierüber kann der
Füllstandswert L übermittelt werden, beispielsweise um gegebenenfalls am Behälter 2 vorhandene Zu- oder Abflüsse zu steuern. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Füllstandsmessgerätes 1 kommuniziert werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Füllstandsmessgerät 1 ist in einem für Feldgeräte typischen Gehäuse 11* untergebracht. Aufgrund der universellen Auslegung des Gehäuses 1 1 * für verschiedenste Feldgeräte-Typen hat es daher vergleichsweise massive Abmessungen. Aus diesem Grund ragt das Gehäuse 1 1 * in der Praxis mindestens 30 cm über den Flanschanschluss 21 des Behälters 2 hinaus. Der entsprechende Raum oberhalb des Behälters 2 ist am Einsatzort für das Füllstandsmessgerät 1 freizuhalten. Bei bestimmten
Anwendungen, wie beispielsweise stapelbaren IBC-Tanks, kann dieser Platz jedoch nicht vorgehalten werden, so dass ein Füllstandsmessgerät 1 mit einem konventionellen Gehäuse 1 1* hier nicht zum Einsatz kommen kann.
Dies kann durch das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 , dessen prinzipieller Aufbau in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt ist, überwunden werden. Dabei wird das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 am
Behälter 2 auf gleiche Weise angeordnet, wie es nach dem Stand der Technik erfolgt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 in Form eines Deckels 1 1 ausgelegt, der den Rundanschluss 21 , 21 ' des Behälters 2, gegebenenfalls überdruckfest, schließt. Charakteristisch ist hierbei, dass der Deckel 1 1 in Bezug zu derjenigen Kontaktfläche des Deckels 1 1 , die im befestigten Zustand an der entsprechenden Endkontur 210 des Rundanschlusses 21 , 21 ' anliegt, mit einer maximalen Höhe Wmax von 60 mm bemaßt ist. Sofern der Rundanschluss als Flanschanschluss 21 ausgelegt ist (Fig. 2), entspricht die Endkontur 210 der planaren Flanschfläche des
Behälter-seitigen Flansches, die dem Deckel-seitigen Flansch zugewandt ist. Somit kann das Füllstandsmessgerät 1 beispielsweise der Form eines
Blindflansches nachempfunden werden. Dazu ist die Höhe Wmax des Deckels 1 1 je nach Flanschgröße an den jeweiligen Innendurchmesser Di bzw. zu koppeln, wie es zumindest im europäischen Raum in der Norm EN 1092-01/01 A definiert ist. Um insbesondere bei dieser Geometrie eine entsprechende Überdruckbeständigkeit des Deckels 11 zu bewirken, ist der Deckel 1 1 aus einem hierzu geeigneten Material, wie bspw. Edelstahl, zu fertigen.
Begünstigt wird die Integration der Sende-/Empfangseinheit 12 innerhalb des Deckels 1 1 dadurch, dass die Sende-/Empfangseinheit 12 ausgelegt wird, um die Radar-basierten Sendesignale SHF mit einer Frequenz von 75 GHz oder höher auszusenden. Zum einen kann die Sende-Empfangseinheit 12 in diesem Fall sehr klein dimensioniert werden, da die HF-Erzeugung bei solchen Frequenzen (sowie gegebenenfalls auch der Empfang
entsprechender Empfangssignale EHF) auf Basis eines einzigen
Halbleiterbausteins realisiert werden kann. Zum anderen ist insbesondere bei über 75 GHz keine platzintensive Horn-Antenne erforderlich, wie es bei tieferen Frequenzen von bspw. 26 GHz üblich ist. Anstelle einer Antenne kann, wie bei den in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispielen gezeigt ist, der Deckel 1 1 mit einer quasi-optischen Linse 1 11 ausgelegt werden, mittels der die gewünschte Bündelung des Sendesignals SHF gen Füllgut 3 (sowie aufgrund der bidirektionalen Wirkweise auch die Bündelung des Empfangssignals EHF gen Sende-/Empfangseinheit 12) eingestellt wird. Als Material kann hierfür beispielsweise PTFE verwendet werden.
Eine reduzierte Bemaßung der Höhe Wmax kann zudem erreicht werden, wenn auf kabelgebundene Energieversorgung bzw. kabelgebundene
Kommunikation der Sende-/Empfangseinheit 12 verzichtet wird. Kompensiert werden kann dies beispielsweise durch Integration eines Funkmoduls, beispielsweise nach dem WLAN-Standard. Im kabellosen Fall kann die Energieversorgung bspw. auf Basis eines Akkumulators erfolgen, wobei zur Wiederbeladung eine induktive Kopplung vorgesehen werden kann.
Fig. 3 verdeutlicht, dass das erfindungsgenmäße Füllstandsmessgerät 1 nicht nur kompatibel zu einem Flanschanschluss 21 (bzw. einem baulich
verwandten Klemmanschluss), sondern beispielsweise auch kompatibel zu einem Schraubanschluss 21 ' ausgelegt werden kann: In der dort gezeigten Ausführungsvariante umfasst der Deckel 11 ein Außengewinde 110', das zu einem Innengewinde am Behälter 2 korrespondiert. Dabei ist der Deckel 1 1 so konzipiert, dass er über das Innengewinde und somit über den
Innendurchmesser Di des Schraubanschlusses 21 ' übersteht. Dadurch wird gewährleistet, dass der Deckel 1 1 auch bei dieser Ausführungsvariante eine geeignete Kontaktfläche aufweist, die beim Einschrauben des Deckels 1 1 einen Endanschlag gegenüber der Behälter-seitigen Endkontur 210 bildet.
Anstelle der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist es ebenso denkbar, den erfindungsgemäßen Deckel 1 1 passend zu einem Schraubanschluss 21 ' mit einem Behälter-seitigen Außengewinde zu realisieren. Dies Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Solch eine Ausgestaltungsform kann beispielsweise genutzt werden, um das erfindungsgemäße
Füllstandsmessgerät 1 an einer Überwurf-Verschraubung für Lebensmittel und Chemie nach der DIN-Norm 11851 zu befestigen. Außerdem könnte das Füllstandsmessgerät 1 bei dieser Ausführungsvariante an einen IBC-Tank eingesetzt werden, da IBC Tanks auf der Oberseite des Behälters 2 eine entsprechende Öffnung mit einem Außengewinde aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Radar-basiertes Füllstandsmessgerät
2 Behälter
3 Füllgut
4 Übergeordnete Einheit
11 , Deckel
11* Gehäuse
12 Sende-/Empfangseinheit
21 Flanschanschluss
21 ' Schraubanschluss
1 10 Flansch
1 10 ' Gewinde
1 1 1 Quasi-optische Linse
210 Endkontur
Di Innendurchmesser
d Entfernung
EHF Empfangssignale
h Einbauhöhe
L Füllstand
SHF Sendesignal
Wmax Höhe des Gehäuses

Claims

Patentansprüche
1. Radarbasiertes Füllstandsmessgerät, das an einem Behälter (2) mit einem Rundanschluss (21 , 21 ') befestig bar ist, wobei der Rundanschluss (21 , 21 ') eine vordefinierte Endkontur (210) aufweist, umfassend:
- Einen Deckel (1 1 ) mit
o einem Befestigungsmittel (1 10, 1 10'), mittels dem der Deckel (1 ) am Behälter (2) befestigbar ist,
wobei der Deckel (1 1 ) so ausgelegt ist, dass im befestigten Zustand zumindest eine Kontaktfläche des Deckels (1 1 ) an die Endkontur (210) anschließt, und wobei der Deckel (1 1 ) in Bezug zur Kontaktfläche eine Höhe (Wmax) von maximal 60 mm aufweist,
- eine im Deckel (1 1 ) angeordnete Sende-/Empfangs-Einheit (12), die ausgelegt ist, um radar-basierte Sendesignale (SHF) in Richtung des Füllgutes (3) auszusenden und nach Reflektion an der
Füllgutoberfläche anhand von entsprechenden Empfangssignalen (EHF) den Füllstand (L) eines im Behälter (2) befindlichen Füllgutes (3) zu bestimmen.
2. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 ,
wobei die Sende-/Empfangs-Einheit (12) konzipiert ist, um die Sendesignale (SHF) mit einer Frequenz von zumindest 75 GHz auszusenden.
3. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Deckel (1 1 ) eine quasi-optische Linse (1 1 1 ) zur Bündelung von zumindest den Sendesignalen (SHF) umfasst.
4. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
wobei das Befestigungsmittel (1 10, 1 10') so ausgelegt ist, dass das
Füllstandsmessgerät (1 ) an einen Rundanschluss (21 , 21 ') mit einem
Innendurchmesser (Di) von maximal 200 mm, insbesondere 65 mm befestigbar ist.
5. Füllstandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Befestigungsmittel derart als Flansch (110) konzipiert ist, um das Füllstandsmessgerät (1 ) an einem entsprechendem Flanschanschluss (21 ) des Behälters (2) zu befestigen.
6. Füllstandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Befestigungsmittel derart als Innengewinde (110') oder
Außengewinde ausgelegt ist, um das Füllstandsmessgerät (1 ) an einem entsprechendem Schraubanschluss (21 ') des Behälters (2) zu befestigen.
7. Füllstandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Befestigungsmittel (110) so ausgelegt ist, dass das
Füllstandsmessgerät (1 ) an einem Klemmanschluss des Behälters (2) befestigbar ist.
8. Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Deckel (11 ) ausgelegt ist, um das Innere des Behälters (2) zumindest gemäß der Nenndruckstufe PN 2,5 überdruckfest abzudichten.
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