WO2023104490A1 - Sensoranordnung - Google Patents

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WO2023104490A1
WO2023104490A1 PCT/EP2022/082660 EP2022082660W WO2023104490A1 WO 2023104490 A1 WO2023104490 A1 WO 2023104490A1 EP 2022082660 W EP2022082660 W EP 2022082660W WO 2023104490 A1 WO2023104490 A1 WO 2023104490A1
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WO
WIPO (PCT)
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sensor
magnetic field
arrangement
magnet
container
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082660
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raphael KUHNEN
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2023104490A1 publication Critical patent/WO2023104490A1/de

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    • 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
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids
    • 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
    • G01F23/26—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/261—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields for discrete levels

Definitions

  • the present invention relates to a sensor arrangement for determining and/or monitoring at least one process variable and/or characteristic variable of a medium in a container, comprising a magnet arrangement, a magnetic field sensor and electronics.
  • Field devices for monitoring and/or determining at least one, for example chemical or physical, process variable of a medium are known in a wide variety of configurations from the prior art.
  • all measuring devices or sensor arrangements are referred to as field devices that are used close to the process and supply or process process-relevant information, i.e. also remote I/Os, wireless adapters or general electronic components that are arranged at the field level .
  • a large number of such field devices are manufactured and sold by companies in the Endress + Hauser Group.
  • Non-invasive measuring devices in which the sensor unit is brought into direct contact with the respective medium
  • non-invasive measuring devices in which the process variable of the medium outside the container in which the medium is located
  • Non-invasive measuring devices basically offer the advantage that no intervention in the process is necessary.
  • such measuring devices have only been available to a limited extent so far, since many different factors have to be taken into account with regard to the achievable measuring accuracy and with regard to possible interference, for example due to the container wall or the environment. Nevertheless, a general aim is to use the measuring device used to intervene as little as possible in the respective process.
  • non-invasive measuring devices make it more difficult that the walls of the container used in each case significantly impede the respective measurement, for example falsify it.
  • the object of the present invention is to provide a non-invasive sensor for characterizing media, in particular in industrial process automation, by means of which reliable and precise measurements are possible.
  • a sensor arrangement for determining and/or monitoring at least one process variable and/or parameter of a medium in a container comprising a magnet arrangement with at least one permanent magnet and/or at least one coil for generating at least one magnetic field, which magnet arrangement is arranged and /or is configured such that the magnetic field at least partially penetrates the medium in the container and is influenced by at least one property of the medium, at least one magnetic field sensor for detecting the magnetic field, and electronics for determining and/or monitoring the at least one process variable and/or Parameter based on the magnetic field.
  • the magnet arrangement and the magnetic field sensor are arranged outside of the container and attached to a wall of the container.
  • the electronics can also be attached to the container from the outside or arranged together with the magnet arrangement and the magnetic field sensor. However, it can also be arranged separately from these components.
  • an interaction with the medium takes place by means of the magnetic field generated by the magnet arrangement, which at least partially penetrates the wall of the container and the medium.
  • the magnetic field is influenced by at least one property of the medium, so that the at least one process variable and/or parameter can be determined using the magnetic field.
  • the container is, for example, a container or a pipeline. It can also be a one-way container or single-use container. If the magnet arrangement comprises at least one coil, the coil can also have a coil core, in particular made of a material with high permeability. When using a coil, it is possible, on the one hand, to generate a magnetic field that is essentially constant over time. However, it is also possible to modulate the magnetic field, in particular with regard to a frequency and/or amplitude.
  • the magnet arrangement in particular the permanent magnet and/or the coil, is arranged and/or designed in such a way that the field strength of the magnetic field is minimal in a predeterminable area, in particular outside the container.
  • the magnetic field strength therefore has a minimum, in particular a local minimum, in the range that can be specified. Accordingly, only small background fields are present in the predefinable area, so that a media-induced change in the magnetic field in the predefinable area can be detected particularly easily and effectively.
  • the magnet arrangement comprises at least one permanent magnet, the at least one permanent magnet of the magnet arrangement being magnetized parallel to the wall of the container. In this way, sufficient penetration of the medium by the magnetic field generated by means of the permanent magnet can be achieved in a simple manner. If a coil is used, it can be arranged and/or designed in such a way that a corresponding magnetic field can be generated.
  • the magnet arrangement comprises at least one permanent magnet
  • the at least one permanent magnet of the magnet arrangement is preferably a ring magnet or a bar magnet. If at least one coil is used, the coil can be configured analogously.
  • the magnet arrangement comprises at least two permanent magnets and/or coils for generating at least two magnetic fields, the magnet arrangement being arranged and/or designed in such a way that the magnetic fields at least partially penetrate the medium in the container and from at least a property of the medium.
  • the process variable and/or characteristic variable of the medium can be detected differentially, which in turn results in increased measuring accuracy.
  • the at least two permanent magnets and/or coils are arranged next to one another.
  • the two permanent magnets and/or coils preferably have a predetermined distance from one another.
  • the at least two permanent magnets and/or coils are arranged and/or designed in such a way that they are polarized in opposite directions. With more than two permanent magnets and/or coils, it is advantageous if adjacent permanent magnets and/or coils are polarized in opposite directions.
  • the sensor arrangement also comprises at least two magnetic field sensors, each magnetic field sensor being arranged in such a way that one of the at least two magnetic fields can be detected by means of the respective magnetic field sensor, and wherein the electronics are designed in particular to determine the at least one process variable and/or characteristic variable of the medium based on the at least two magnetic fields.
  • the magnetic field sensor is a fluxgate sensor, a magnetostrictive sensor, in particular a GMR, AMR or TMR sensor, a sensor comprising a mechanically oscillatable, magnetoelectric sensor element, or a quantum sensor, in particular a gas cell or a sensor with a sensor element with a crystal body and at least one defect.
  • a sensor comprising a mechanically oscillatable, magnetoelectric sensor element
  • it is preferably a sensor element, which sensor element has at least a first layer made of a magnetostrictive material, a second layer made of a piezoelectric material, and at least one electrode made of a electrically conductive material, in particular metal.
  • the sensor in particular electronics, is also designed to excite the sensor element to mechanical oscillations by means of an excitation signal, and to receive the mechanical oscillations of the sensor element and convert them into a received signal, to generate the excitation signal based on the received signal, and based on the received signal to generate a determine the quantity related to the magnetic field.
  • the process variable and/or characteristic variable of the medium can then be determined on the basis of this variable.
  • full reference is made to the previously unpublished German patent application with the file number 102021109408.9.
  • a quantum sensor makes use of the fact that certain quantum states of individual atoms or ensembles of atoms can be very precisely controlled and read out. In this way, for example, precise and low-interference measurements of magnetic fields are possible.
  • various spin-based sensor arrangements have become known, for which atomic transitions in crystal bodies are used to detect changes in magnetic fields.
  • various systems based on quantum-optical effects have also become known, such as quantum gravimeters, NMR gyroscopes or optically pumped magnetometers, the latter in particular being based on gas cells, among other things.
  • a gas cell typically includes a gaseous alkali metal and a buffer gas. Magnetic properties of a medium surrounding the gas cell can be determined using Rydberg states generated in the gas cell.
  • Sensors comprising at least one crystal II body with at least one imperfection are spin-based quantum sensors in which atomic transitions in different crystal II bodies are utilized be used to detect even small changes in magnetic fields.
  • diamond with at least one silicon or nitrogen defect, silicon carbide with at least one silicon defect or hexagonal boron nitride with at least one defect color center is used as the crystal body.
  • the crystal bodies can have one or more defects. In the case of several defects, a linear arrangement of the defects is preferred.
  • DE 3742878 A1 discloses an optical magnetic field sensor in which a crystal is used as a magnetically sensitive optical component. Further sensors using defects in crystal bodies are in DE 10 2017 205 099 A1, DE 10 2017 205 265 A1, DE 10 2014 219 550 A1, DE 10 2018 214 617 A1, DE 10 2016 210 259 A1 or those previously unpublished , German Patent applications with file numbers 10 2020 123 993.9, 10 2021 100223.0 or 102021113199.5 have been described. Reference is also made in full to the disclosures mentioned.
  • the magnetic field sensor is arranged in a predeterminable area outside the container, in which the field strength of the magnetic field is minimal.
  • the magnet arrangement in particular the at least one permanent magnet and/or the at least one coil, is then preferably arranged and/or designed accordingly. With such an arrangement and/or configuration, negative effects due to possible saturation of the magnetic field sensor can be avoided and media-induced changes in the magnetic field or in the variable related to the magnetic field can be precisely and accurately detected.
  • the magnetic field sensor is arranged in such a way that it is aligned perpendicular to a tangent to a field line of the magnetic field.
  • Such a configuration and/or arrangement of the magnetic field sensor and/or a corresponding configuration and/or configuration of the magnet arrangement can also be used to detect media-induced changes in the magnetic field or in the variable related to the magnetic field in a particularly precise and accurate manner.
  • the magnet arrangement comprises at least one permanent magnet in the form of a ring magnet or a coil, which is attached to the wall of the container in such a way that an axis of rotation of the ring magnet or the ring coil is aligned perpendicular to the wall of the container, and the magnetic field sensor is arranged in an area around a center point of the ring magnet or the ring coil.
  • the magnetic field strength is minimal in the center or in a predeterminable area around the center of the ring magnet or the ring coil.
  • the magnetic field sensor is arranged in this predeterminable area.
  • the magnet arrangement comprises at least three permanent magnets arranged next to one another, in particular in the form of bar magnets or coils, which are each magnetized and arranged parallel to the wall of the container, with adjacent bar magnets and/or coils being polarized in opposite directions, and at least two magnetic field sensors , wherein in each case a magnetic field sensor is arranged between two adjacent bar magnets or coils of the magnet arrangement, in particular in each case in an area in which a field strength of the respective magnetic field is minimal.
  • a first magnetic field is generated between a first and second magnet or a first and second coil and a second magnetic field between the second and a third magnet or the second and a third coil.
  • the magnet arrangement can also include at least two permanent magnets arranged next to one another in the form of ring magnets or ring coils in order to realize a differential detection of the process variable and/or characteristic variable of the medium.
  • the sensor arrangement can also include at least one shielding element, which at least partially surrounds the magnet arrangement and shields it from the surroundings of the arrangement outside the container.
  • process monitoring can also take place using the magnetic field or a variable related to the magnetic field.
  • the sensor arrangement in particular the electronics, is designed to determine a permeability of the medium using the magnetic field.
  • the process monitoring and/or the determination of process variables or characteristic variables can then advantageously be carried out on the basis of the permeability of the medium.
  • the sensor arrangement in particular the electronics, is designed to determine a fill level of the medium in the container, in particular a predeterminable one, using the magnetic field.
  • the sensor arrangement is a fill level or limit level sensor.
  • the sensor arrangement according to the invention is advantageously a non-invasive sensor which, in particular, allows a process medium to be characterized with regard to the magnetic permeability in the process.
  • the measurement can advantageously be carried out through a nonmagnetic or weakly magnetic barrier, such as a wall of a container, in particular stainless steel.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a sensor arrangement according to the invention with a magnet arrangement comprising a ring magnet;
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of a sensor arrangement according to the invention with a magnet arrangement comprising a bar magnet;
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment for a sensor arrangement according to the invention with at least two permanent magnets in the form of bar magnets and two magnetic field sensors;
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment for a sensor arrangement according to the invention with at least two permanent magnets in the form of ring magnets and two magnetic field sensors.
  • the sensor arrangement 1 shows a schematic representation of a sensor arrangement 1 according to the invention.
  • the sensor arrangement 1 is arranged from the outside on the container 2, which is partially filled with the medium M, and is fastened to the wall W thereof.
  • the attachment can be both a detachable and a non-detachable attachment.
  • the sensor arrangement 1 comprises a magnet arrangement 3 with at least one permanent magnet or at least one coil for generating a magnetic field B, a magnetic field sensor for detecting the magnetic field B and electronics 5 for determining at least one process variable and/or characteristic variable of the medium M.
  • the magnetic field B partially penetrates the medium M and is influenced by its properties.
  • the process variable and/or characteristic variable of the medium M can be determined using the magnetic field B detected by the magnetic field sensor 4 or a variable related to the magnetic field B.
  • a first preferred, possible and exemplary configuration for a sensor arrangement 1 according to the invention is the subject of FIG.
  • a rotation axis r of the magnet 6 is aligned perpendicular to the wall W of the container 2 .
  • the ring magnet 6 is also polarized radially, i.e. parallel to the wall W of the container 2. In an area around the center m of the ring magnet 6, the magnetic field strength is minimal.
  • the magnetic field sensor 4 is arranged in this predeterminable area.
  • the sensor arrangement 1 also includes an optional shielding element 7 which shields the sensor arrangement 1 from an environment of the arrangement 1 outside the container 2 .
  • FIG. 1 A further preferred configuration for a sensor arrangement 1 according to the invention is outlined in FIG.
  • the magnet arrangement 4 comprises a permanent magnet in the form of a bar magnet 8 whose longitudinal axis I is aligned parallel to the wall of the container 2 . This results in a polarization parallel to the wall W of the container 2.
  • This way of positioning the magnetic field sensor 4 relative to the magnetic field B can also result in an accurate and precise detection of the magnetic field B.
  • magnet arrangements 3 with more than one permanent magnet and/or several magnetic field sensors 4 can also be used for a sensor arrangement 1 according to the invention. Two such preferred configurations for a sensor arrangement 1 are described with reference to FIGS. 4 and 5 .
  • 4 shows a plan view of a sensor arrangement 1 with a magnet arrangement 3 comprising three bar magnets 8a-8c arranged next to one another, in each of which a longitudinal axis I runs parallel to the wall W of the container 2, similar to that shown in FIG Execution.
  • a first magnetic field B1 is thus generated by means of the first 8a and second magnet 8b and a second magnetic field B2 by means of the second 8b and third magnet 8c.
  • a magnetic field sensor 4a or 4b is arranged between each two adjacent bar magnets 8a and 8b or 8b and 8c.
  • the magnets 8a-8c are each polarized in opposite directions. As in the case of the embodiment shown in FIG. 2, this results in a definable area of minimum field strength between two adjacent magnets 8a and 8b or 8b and 8c in the middle between the two magnets 8a and 8b or 8b and 8c.
  • the magnetic field sensors 4a and 4b are arranged in each of these two areas.
  • a differential determination of the respective process variable and/or characteristic variable of the medium can then advantageously be carried out on the basis of the first B1 and second magnetic field B2.
  • the magnet arrangement 3 comprises two ring magnets 6a and 6b, which are arranged next to one another on the container wall W and aligned parallel to it, similar to the case of the embodiment shown in FIG.
  • the two ring magnets 6a and 6b are polarized in opposite directions, with a respective magnetic field sensor 4a or 4b being arranged in the middle of each of the two ring magnets 6a or 6b.
  • the two magnetic fields B1 and B2 are detected by means of the two magnetic field sensors 4a, 4b, so that a differential determination of the respective process variable and/or characteristic variable of the medium becomes possible.
  • 6 6a, 6b permanent magnet in the form of a ring magnet

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Abstract

Sensoranordnung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße und/oder Kenngröße eines Mediums (M) in einem Behältnis (2), umfassend eine Magnetanordnung (3) mit zumindest einem Permanentmagneten (6,8) und/oder zumindest einer Spule zur Erzeugung zumindest eines Magnetfelds (B), welche Magnetanordnung (4) derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass das Magnetfeld (B) zumindest teilweise das Medium (M) in dem Behältnis (2) durchdringt und von zumindest einer Eigenschaft des Mediums (M) beeinflusst wird, zumindest einen Magnetfeldsensor (4) zur Detektion des Magnetfelds (B), und eine Elektronik (5) zur Bestimmung und/oder Überwachung der zumindest einen Prozessgröße und/oder Kenngröße anhand des Magnetfelds (B). Erfindungsgemäß sind die Magnetanordnung (3) und der Magnetfeldsensor (4) außerhalb des Behältnisses (2) angeordnet und an einer Wandung (W) des Behältnisses (2) befestigt.

Description

Sensoranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße und/oder Kenngröße eines Mediums in einem Behältnis umfassend eine Magnetanordnung, einen Magnetfeldsensor und eine Elektronik.
Feldgeräte zur Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer, beispielsweise chemischen oder physikalischen, Prozessgröße eines Mediums sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden im Prinzip alle Messgeräte bzw. Sensoranordnungen als Feldgerät bezeichnet werden, die prozessnah eingesetzt werden und prozess relevante Informationen liefern oder verarbeiten, also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von Firmen der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
Viele, verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Feldgeräten zugrundeliegende, Messprinzipien erlauben eine Charakterisierung des jeweiligen Mediums anhand und/oder hinsichtlich seiner magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften. In diesem Zusammenhang werden sowohl invasive Messgeräte, bei welchem die Sensoreinheit in direkten Kontakt mit dem jeweiligen Medium gebracht wird, als auch nicht invasive Messgeräte, bei welchem die Prozessgröße des Mediums außerhalb des Behälters, in welchem sich das Medium befindet, erfasst wird, verwendet. Nicht invasive Messgeräte bieten grundsätzlich den Vorteil, dass kein Eingriff in den Prozess notwendig ist. Allerdings sind derartige Messgeräte bisher nur begrenzt verfügbar, da hinsichtlich der erreichbaren Messgenauigkeit und hinsichtlich möglicher Störeinflüsse, beispielsweise durch die Behälterwandung oder die Umgebung, viele verschiedene Faktoren berücksichtigt werden müssen. Dennoch liegt ein allgemeines Bestreben darin, mittels des jeweils verwendeten Messgeräts so wenig wie möglich in den jeweiligen Prozess einzugreifen.
Bei einer Mediencharakterisierung anhand oder mithilfe magnetischer Felder kommt bei nicht invasiven Messgeräten erschwerend hinzu, dass Wandungen des jeweils verwendeten Behältnisses die jeweilige Messung erheblich behindern, beispielsweise verfälschen, können.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen nicht invasiven Sensor zur Charakterisierung von Medien, insbesondere in der industriellen Prozessautomatisierung, bereitzustellen, mittels welchem zuverlässige und genaue Messungen möglich sind. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße und/oder Kenngröße eines Mediums in einem Behältnis, umfassend eine Magnetanordnung mit zumindest einem Permanentmagneten und/oder zumindest einer Spule zur Erzeugung zumindest eines Magnetfelds, welche Magnetanordnung derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass das Magnetfeld zumindest teilweise das Medium in dem Behältnis durchdringt und von zumindest einer Eigenschaft des Mediums beeinflusst wird, zumindest einen Magnetfeldsensor zur Detektion des Magnetfelds, und eine Elektronik zur Bestimmung und/oder Überwachung der zumindest einen Prozessgröße und/oder Kenngröße anhand des Magnetfelds.
Erfindungsgemäß sind die Magnetanordnung und der Magnetfeldsensor außerhalb des Behältnisses angeordnet und an einer Wandung des Behältnisses befestigt. Auch die Elektronik kann von außen am Behältnis befestigt bzw. gemeinsam mit der Magnetanordnung und dem Magnetfeldsensor angeordnet sein. Sie kann aber auch von diesen Komponenten separat angeordnet sein.
Bei einer derartigen nicht invasiven Sensoranordnung erfolgt eine Wechselwirkung mit dem Medium vermittels des von der Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds, welches zumindest teilweise die Wandung des Behältnisses und das Medium durchdringt. Das Magnetfeld wird von zumindest einer Eigenschaft des Mediums beeinflusst, so dass die zumindest eine Prozessgröße und/oder Kenngröße anhand des Magnetfelds ermittelbar ist.
Bei dem Behältnis handelt sich beispielsweise um einen Behälter oder eine Rohrleitung. Es kann sich ebenfalls um einen Einweg-Behälter bzw. Single-Use Behälter handeln. Im Falle, dass die Magnetanordnung zumindest eine Spule umfasst, kann die Spule zudem auch einen Spulenkern, insbesondere aus einem Material mit einer hohen Permeabilität, aufweisen. Es ist bei Verwendung einer Spule einerseits möglich, ein zeitlich im Wesentlichen konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Es ist aber ebenfalls möglich, dass Magnetfeld, insbesondere hinsichtlich einer Frequenz und/oder Amplitude, zu modulieren.
In einer Ausgestaltung ist die Magnetanordnung, insbesondere der Permanentmagnet und/oder die Spule, derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass in einem vorgebbaren Bereich, insbesondere außerhalb des Behältnisses, eine Feldstärke des Magnetfelds minimal ist. Die magnetische Feldstärke weist in dem vorgebbaren Bereich also ein, insbesondere lokales, Minimum auf. In dem vorgebbaren Bereich sind demnach nur geringe Hintergrundfelder vorhanden, so dass eine medieninduzierte Änderung des Magnetfelds in dem vorgebbaren Bereich besonders einfach und effektiv erfassbar ist. In einerweiteren Ausgestaltung umfasst die Magnetanordnung zumindest einen Permanentmagneten, wobei der zumindest eine Permanentmagnet der Magnetanordnung parallel zu der Wandung des Behältnisses magnetisiert ist. Auf diese Art und Weise kann auf einfache Art und Weise eine ausreichende Durchdringung des Mediums durch das mittels des Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds erreicht werden. Bei Verwendung einer Spule kann diese derart angeordnet und/oder ausgestaltet sein, dass ein entsprechendes Magnetfeld erzeugbar ist.
Vorzugsweise handelt es sich im Falle, dass die Magnetanordnung zumindest einen Permanentmagneten umfasst, bei dem zumindest einen Permanentmagneten der Magnetanordnung um einen Ringmagneten oder um einen Stabmagneten. Bei Verwendung zumindest einer Spule kann die Spule analog ausgestaltet sein.
Die Verwendung von Permanentmagneten für die Magnetanordnung ist insbesondere in Bezug auf den Energiebedarf der Sensoranordnung vorteilhaft.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung beinhaltet, dass die Magnetanordnung zumindest zwei Permanentmagnete und/oder Spulen zur Erzeugung von zumindest zwei Magnetfeldern umfasst, wobei die Magnetanordnung derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Magnetfelder zumindest teilweise das Medium in dem Behältnis durchdringen und von zumindest einer Eigenschaft des Mediums beeinflusst werden. Durch die Verwendung von zumindest zwei Permanentmagneten und/oder Spulen kann die Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums differentiell erfasst werden, was wiederum eine erhöhte Messgenauigkeit zur Folge hat.
Es ist auch denkbar, zumindest einen Permanentmagnet und zumindest eine Spule zu verwenden.
Es ist von Vorteil, wenn die zumindest zwei Permanentmagnete und/oder Spulen nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die beiden Permanentmagnete und/oder Spulen einen vorgebbaren Abstand zueinander auf.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die zumindest zwei Permanentmagnete und/oder Spulen derart angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass sie gegensätzlich polarisiert sind. Bei mehr als zwei Permanentmagneten und/oder Spulen ist es vorteilhaft, wenn jeweils benachbarte Permanentmagnete und/oder Spulen gegensätzlich polarisiert sind.
Es ist schließlich ebenfalls von Vorteil, wenn die Sensoranordnung zudem zumindest zwei Magnetfeldsensoren umfasst, wobei jeder Magnetfeldsensor derart angeordnet ist, dass mittels des jeweiligen Magnetfeldsensors jeweils eins der zumindest zwei Magnetfelder erfassbar ist, und wobei die Elektronik insbesondere dazu ausgestaltet ist, die zumindest eine Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums anhand der zumindest zwei Magnetfelder zu ermitteln.
Gemäß einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Magnetfeldsensor um einen Fluxgate- Sensor, einen magnetostriktiven Sensor, insbesondere einen GMR-, AMR- oder TMR-Sensor, einen Sensor umfassend ein mechanisch schwingfähiges, magnetoelektrisches Sensorelement, oder um einen Quantensensor, insbesondere um eine Gaszelle oder einen Sensor mit einem Sensorelement mit einem Krista II körper und zumindest einer Fehlstelle.
Im Falle, dass ein Sensor umfassend ein mechanisch schwingfähiges, magnetoelektrisches Sensorelement zum Einsatz kommt, handelt es sich vorzugsweise um ein Sensorelement, welches Sensorelement zumindest eine erste Schicht aus einem magnetostriktiven Material, eine zweite Schicht aus einem piezoelektrischen Material, und zumindest eine Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, aufweist. Der Sensor, insbesondere eine Elektronik, ist ferner dazu ausgestaltet, das Sensorelement mittels eines Anregesignals zu mechanischen Schwingungen anzuregen, und die mechanischen Schwingungen des Sensorelements zu empfangen und in ein Empfangssignal umzuwandeln, das Anregesignal ausgehend vom Empfangssignal zu erzeugen, und anhand des Empfangssignals eine mit dem Magnetfeld in Beziehung stehende Größe zu ermitteln. Anhand dieser Größe kann dann die Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums ermittelt werden. In diesem Zusammenhang wird vollumfänglich Bezug genommen auf die bisher unveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102021109408.9.
Bei einem Quantensensor hingegen wird ausgenutzt, dass bestimmte Quantenzustände einzelner Atome oder Ensembles von Atomen sehr genau kontrolliert und ausgelesen werden können. Auf diese Weise sind beispielsweise präzise und störungsarme Messungen magnetischen Feldern möglich. In diesem Zusammenhang sind verschiedene Spin-basierte Sensoranordnungen bekannt geworden, für welche atomare Übergänge in Krista II körpern zur Detektion von Änderungen magnetischen Feldern eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch unterschiedliche auf quantenoptischen Effekten basierende Systeme bekannt geworden, wie beispielsweise Quantengravimeter, NMR Gyroskope oder optisch gepumpte Magnetometer, wobei insbesondere letztere u.a. auf Gaszellen basieren.
Bei einem Quantensensor in Form einer Gaszelle werden atomare Übergänge sowie Spinzustände u.a. zur Bestimmung magnetischer und/elektrischer Eigenschaften optisch detektiert. Eine Gaszelle umfasst typischerweise ein gasförmiges Alkalimetall sowie ein Puffergas. Magnetische Eigenschaften eines die Gaszelle umgebenden Mediums können vermittels in der Gaszelle erzeugter Rydbergzustände bestimmt werden. Bei Sensoren umfassend zumindest einen Krista II körper mit zumindest einer Fehlstelle handelt es sich um einen Spin-basierten Quantensensor, bei welchem atomare Übergänge in verschiedenen Krista II körpern ausgenutzt werden, um bereits geringe Änderungen magnetischen Feldern zu erkennen. Typischerweise wird als Krista II körper Diamant mit zumindest einer Silizium- oder Stickstoff-Fehlstelle, Siliziumcarbid mit zumindest einer Silizium-Fehlstelle oder hexagonales Bornitrid mit zumindest einem Fehlstellen-Farbzentrum verwendet. Die Kristallkörper können grundsätzlich ein oder mehrere Fehlstellen aufweisen. Im Falle von mehreren Fehlstellen ist eine lineare Anordnung der Fehlstellen bevorzugt.
In diesem Zusammenhang ist aus DE 3742878 A1 beispielsweise ein optischer Magnetfeldsensor bekannt geworden, bei welchem ein Kristall als magnetempfindliches optisches Bauteil verwendet wird. Weitere Sensoren unter Verwendung von Fehlstellen in Kristallkörpern sind in DE 10 2017 205 099 A1 , DE 10 2017 205 265 A1 , DE 10 2014 219 550 A1 , DE 10 2018 214 617 A1 , DE 10 2016 210 259 A1 oder den bisher unveröffentlichten, deutschen Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 10 2020 123 993.9, 10 2021 100223.0 oder 102021113199.5 beschrieben worden. Auf die genannten Offenbarungen wird ebenfalls vollumfänglich Bezug genommen.
In einer Ausgestaltung der Sensoranordnung ist der Magnetfeldsensor in einem vorgebbaren Bereich außerhalb des Behältnisses, angeordnet, in welchem eine Feldstärke des Magnetfelds minimal ist. Vorzugsweise ist dann die Magnetanordnung, insbesondere der zumindest eine Permanentmagnet und/oder die zumindest eine Spule, entsprechend angeordnet und/oder ausgestaltet. Durch eine derartige Anordnung und/oder Ausgestaltung können negative Effekte aufgrund einer möglichen Sättigung des Magnetfeldsensors vermieden und medieninduzierte Änderungen des Magnetfelds bzw. der mit dem Magnetfeld in Beziehung stehenden Größe, präzise und genau erfasst werden.
Es ist aber ebenfalls vorteilhaft, wenn der Magnetfeldsensor derart angeordnet ist, dass er senkrecht zu einer Tangente an eine Feldlinie des Magnetfelds ausgerichtet ist. Auch durch eine derartige Ausgestaltung und/oder Anordnung des Magnetfeldsensors und/oder eine entsprechende Anordnung und/oder Ausgestaltung der Magnetanordnung kann eine medieninduzierte Änderungen des Magnetfelds bzw. der mit dem Magnetfeld in Beziehung stehenden Größe, besonders präzise und genau erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Magnetanordnung zumindest einen Permanentmagnet in Form eines Ringmagnets oder eine Spule, welcher/welche derart an der Wandung des Behältnisses befestigt ist, dass eine Rotationsachse des Ringmagneten oder der Ringspule senkrecht zur Wandung des Behältnisses ausgerichtet ist, und wobei der Magnetfeldsensor in einem Bereich um einen Mittelpunkt des Ringmagneten oder der Ringspule angeordnet ist. Im Mittelpunkt bzw. in einem vorgebbaren Bereich um den Mittelpunkt des Ringmagneten bzw. der Ringspule ist die magnetische Feldstärke minimal. In diesem vorgebbaren Bereich ist der Magnetfeldsensor angeordnet. In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Magnetanordnung zumindest drei nebeneinander angeordnete Permanentmagnete, insbesondere in Form von Stabmagneten, oder Spulen, welche jeweils parallel zur Wandung des Behältnisses magnetisiert und angeordnet sind, wobei jeweils benachbarte Stabmagnete und/oder Spulen gegensätzlich polarisiert sind, und zumindest zwei Magnetfeldsensoren, wobei jeweils ein Magnetfeldsensor zwischen zwei benachbarten Stabmagneten oder Spulen der Magnetanordnung angeordnet ist, insbesondere jeweils in einem Bereich, in welchem eine Feldstärke des jeweiligen Magnetfelds minimal ist. Ein erstes Magnetfeld wird dabei zwischen einem ersten und zweiten Magneten bzw. einer ersten und zweiten Spule und ein zweites Magenfeld zwischen dem zweiten und einem dritten Magneten bzw. der zweiten und einer dritten Spule erzeugt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft zur Durchführung einer differentiellen Erfassung der Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums.
Alternativ kann die Magnetanordnung zur Realisierung einer differentiellen Erfassung der Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums auch zumindest zwei nebeneinander angeordnete Permanentmagnete in Form von Ringmagneten oder Ringspulen umfassen. Die Sensoranordnung kann ferner zumindest ein Abschirmelement umfassen, welches zumindest die Magnetanordnung zumindest teilweise umgibt und gegenüber einer Umgebung der Anordnung außerhalb des Behältnisses abschirmt.
Vorteilhaft kann mittels der erfindungsgemäßen Sensoreinheit nicht nur eine Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums ermittelt werden. Vielmehr kann anhand des Magnetfelds bzw. einer mit dem Magnetfeld in Beziehung stehenden Größe auch eine Prozessüberwachung erfolgen.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist die Sensoranordnung, insbesondere die Elektronik, dazu ausgestaltet, anhand des Magnetfelds eine Permeabilität des Mediums zu ermitteln. Die Prozessüberwachung und/oder die Prozessgrößen- bzw. Kenngrößenermittlung kann dann vorteilhaft anhand der Permeabilität des Mediums durchgeführt werden.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoranordnung, insbesondere die Elektronik, dazu ausgestaltet, anhand des Magnetfelds einen, insbesondere vorgebbaren, Füllstand des Mediums in dem Behältnis zu ermitteln. In diesem Falle handelt es sich bei der Sensoranordnung um einen Füllstands- bzw. Grenzstandsensor.
Aber auch andere Prozess- und/oder Kenngrößen des Mediums sind mithilfe der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ermittelbar, wie beispielsweise die Temperatur, den Druck, die Leitfähigkeit, oder ein Durchfluss des Mediums. Zusammenfassend handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung vorteilhaft um einen nicht-invasiven Sensor, welcher insbesondere eine Charakterisierung eines Prozessmediums hinsichtlich der magnetischen Permeabilität im Prozess erlaubt. Die Messung kann vorteilhaft durch eine nicht- oder schwach magnetische Barriere hindurch, wie beispielsweise eine Wandung eines Behältnisses, insbesondere Edelstahl, erfolgen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 : eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
Fig. 2: eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer Magnetanordnung umfassend einen Ringmagnet;
Fig. 3: eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer Magnetanordnung umfassend einen Stabmagnet;
Fig. 4 eine bevorzugte Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit zumindest zwei Permanentmagneten in Form von Stabmagneten und zwei Magnetfeldsensoren; und
Fig. 5 eine bevorzugte Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit zumindest zwei Permanentmagneten in Form von Ringmagneten und zwei Magnetfeldsensoren.
In den Figuren sind gleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine schematische Abbildung für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 gezeigt. Die Sensoranordnung 1 ist von außen an dem teilweise mit dem Medium M gefüllten Behältnis 2 angeordnet und an dessen Wandung W befestigt. Bei der Befestigung kann es sich sowohl um eine lösbare als auch um eine nicht lösbare Befestigung handeln. Die Sensoranordnung 1 umfasst eine Magnetanordnung 3 mit mindestens einem Permanentmagnet oder zumindest einer Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds B, einen Magnetfeldsensor zur Erfassung des Magnetfelds B und eine Elektronik 5 zur Ermittlung zumindest einer Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums M.
Das Magnetfeld B durchdringt teilweise das Medium M und wird von dessen Eigenschaften beeinflusst. Entsprechend kann anhand des vom Magnetfeldsensor 4 erfassten Magnetfelds B oder einer mit dem Magnetfeld B in Beziehung stehenden Größe die Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums M ermittelt werden. Obgleich sämtliche nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen für Magnetanordnungen 3 mit Permanentmagneten und Spulen realisierbar sind, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung ausschließlich auf Permanentmagneten. Die jeweiligen Überlegungen gelten mutatis mutandis für den Fall, dass anstelle der Permanentmagnete Spulen verwendet werden.
Eine erste bevorzugte, mögliche und beispielhafte Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 ist Gegenstand von Fig. 2. Gezeigt ist eine Schnittdarstellung einer Sensoranordnung 1 , bei welcher die Magnetanordnung 3 einen Permanentmagneten in Form eines Ringmagneten 6 umfasst. Eine Rotationsachse r des Magneten 6 ist senkrecht zur Wandung W des Behältnisses 2 ausgerichtet. Der Ringmagnet 6 ist ferner radial, d.h. parallel zur Wandung W des Behältnisses 2, polarisiert. In einem Bereich um den Mittelpunkt m des Ringmagneten 6 ist die magnetische Feldstärke minimal. In diesem vorgebbaren Bereich ist der Magnetfeldsensor 4 angeordnet.
Je nach Vorhandensein von und/oder den Eigenschaften des Medium M in dem Behälter 2 auf der der Sensoranordnung 1 gegenüberliegenden Seite der Wandung W kommt es zu einer Verschiebung der magnetischen Feldlinien bzw. zu einer Änderung des Magnetfelds B, welches von dem Magnetfeldsensor 4 erfasst wird. Durch eine Positionierung des Magnetfeldsensors in dem vorgebbaren Bereich minimaler Feldstärke kann eine Sättigung des Magnetfeldsensors vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf die erreichbare Messgenauigkeit der Sensoranordnung 1 aus.
Für die in Fig. 2 dargestellte Ausführung umfasst die Sensoranordnung 1 ferner ein optionales Abschirmelement 7, welches die Sensoranordnung 1 gegenüber einer Umgebung der Anordnung 1 außerhalb des Behältnisses 2 abschirmt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 ist in Fig. 3 skizziert. Hier umfasst die Magnetanordnung 4 einen Permanentmagneten in Form von einem Stabmagnet 8, dessen Längsachse I parallel zur Wandung des Behälters 2 ausgerichtet ist. Hierdurch ergibt sich eine Polarisation parallel zur Wandung W des Behälters 2. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 ist der Magnetfeldsensor 4 zudem senkrecht zu einer Tangente t an eine Feldlinie F des Magnetfelds B ausgerichtet. Auch durch diese Art und Weise der Positionierung des Magnetfeldsensors 4 relativ zum Magnetfeld B kann eine genaue und präzise Erfassung des Magnetfelds B erfolgen.
Für eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 können aber auch Magnetanordnungen 3 mit mehr als einem Permanentmagneten und/oder mehrere Magnetfeldsensoren 4 zum Einsatz kommen. Zwei derartige bevorzugte Ausgestaltungen für eine Sensoranordnung 1 werden anhand der Figuren Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben. In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung 1 mit einer Magnetanordnung 3 umfassend drei nebeneinander angeordneten Stabmagneten 8a-8c gezeigt, bei denen jeweils eine Längsachse I parallel zur Wandung W des Behältnisses 2 verläuft, ähnlich wie im Fall der in Fig. 3 gezeigten Ausführung. So wird ein erstes Magnetfeld B1 mittels des ersten 8a und zweiten Magneten 8b und ein zweites Magnetfeld B2 mittels des zweiten 8b und dritten Magneten 8c erzeugt.
Jeweils zwischen zwei benachbarten Stabmagneten 8a und 8b bzw. 8b und 8c ist ein Magnetfeldsensor 4a bzw. 4b angeordnet. Die Magnete 8a-8c sind jeweils gegensätzlich polarisiert. Hierdurch ergibt sich, ähnlich wie im Falle der in Fig. 2 gezeigten Ausführung, jeweils zwischen zwei benachbarten Magneten 8a und 8b bzw. 8b und 8c ein vorgebbarer Bereich minimaler Feldstärke mittig zwischen den beiden Magneten 8a und 8b bzw. 8b und 8c. In diesen beiden Bereichen sind jeweils die Magnetfeldsensoren 4a und 4b angeordnet. Anhand des ersten B1 und zweiten Magnetfelds B2 kann dann vorteilhaft eine differentielle Bestimmung der jeweiligen Prozess- und/oder Kenngröße des Mediums erfolgen.
Eine ähnliche Anordnung 1 ist in Fig. 5 gezeigt. Hier umfasst die Magnetanordnung 3 zwei Ringmagnete 6a und 6b, welche nebeneinander an der Behälterwandung W angeordnet und parallel zu dieser ausgerichtet sind, ähnlich wie im Falle der in Fig. 2 dargestellten Ausführung. Die beiden Ringmagnete 6a und 6b sind gegensätzlich polarisiert, wobei jeweils ein Magnetfeldsensor 4a bzw. 4b in der Mitte von jedem der beiden Ringmagnete 6a bzw. 6b angeordnet ist. Auch in diesem Falle werden mittels der beiden Magnetfeldsensoren 4a, 4b die beiden Magnetfelder B1 und B2 erfasst, so dass eine differentielle Bestimmung der jeweiligen Prozess- und/oder Kenngröße des Mediums möglich wird.
Bezugszeichenliste
1 Sensoranordnung
2 Behältnis
3 Magnetanordnung
4 4a, 4b Magnetfeldsensoren
5 Elektronik
6 6a, 6b Permanentmagnet in Form eines Ringmagneten
7 Abschirmelement
8 8a-8c Permanentmagnet in Form eines Stabmagneten
M Medium
B B1 , B2 Magnetfeld
W Wandung des Behältnisses r Rotationsachse m Mittelpunkt
I Längsachse t Tangente
F Feldlinie
N Nordpol
S Südpol

Claims

Patentansprüche
1 . Sensoranordnung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße und/oder Kenngröße eines Mediums (M) in einem Behältnis (2), umfassend eine Magnetanordnung (3) mit zumindest einem Permanentmagneten (6,8) und/oder zumindest einer Spule zur Erzeugung zumindest eines Magnetfelds (B), welche Magnetanordnung (4) derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass das Magnetfeld (B) zumindest teilweise das Medium (M) in dem Behältnis (2) durchdringt und von zumindest einer Eigenschaft des Mediums (M) beeinflusst wird, zumindest einen Magnetfeldsensor (4) zur Detektion des Magnetfelds (B), und eine Elektronik (5) zur Bestimmung und/oder Überwachung der zumindest einen Prozessgröße und/oder Kenngröße anhand des Magnetfelds (B), wobei die Magnetanordnung (3) und der Magnetfeldsensor (4) außerhalb des Behältnisses (2) angeordnet und an einer Wandung (W) des Behältnisses (2) befestigt sind.
2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Magnetanordnung (3), insbesondere der Permanentmagnet (6,8) und/oder die Spule, derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass in einem vorgebbaren Bereich, insbesondere außerhalb des Behältnisses (2), eine Feldstärke des Magnetfelds (B) minimal ist.
3. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Magnetanordnung (3) zumindest einen Permanentmagneten (6,8) umfasst, und wobei der zumindest eine Permanentmagnet (6,8) der Magnetanordnung (3) parallel zu der Wandung (W) des Behältnisses (2) magnetisiert ist.
4. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich im Falle, dass die Magnetanordnung (3) zumindest einen Permanentmagneten (6,8) umfasst, bei dem zumindest einen Permanentmagneten (6,8) der Magnetanordnung (3) um einen Ringmagneten (6) oder um einen Stabmagneten (8) handelt.
5. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (3) zumindest zwei Permanentmagnete (6,8) und/oder Spulen zur Erzeugung von zumindest zwei Magnetfeldern (B1 , B2) umfasst, wobei die Magnetanordnung (3) derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Magnetfelder (B1 , B2) zumindest teilweise das Medium (M) in dem Behältnis (2) durchdringen und von zumindest einer Eigenschaft des Mediums (M) beeinflusst werden.
6. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei die zumindest zwei Permanentmagnete (6,8) und/oder Spulen nebeneinander angeordnet sind.
7. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die zumindest zwei Permanentmagnete (6,8) und/oder Spulen derart angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass sie gegensätzlich polarisiert sind.
8. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 5-7, umfassend zumindest zwei Magnetfeldsensoren (4a, 4b), wobei jeder Magnetfeldsensor (4a, 4b) derart angeordnet ist, dass mittels des jeweiligen Magnetfeldsensors (4a, 4b) jeweils eins der zumindest zwei Magnetfelder (B1 , B2) erfassbar ist, und wobei die Elektronik (5) insbesondere dazu ausgestaltet ist, die zumindest eine Prozessgröße und/oder Kenngröße des Mediums (M) anhand der zumindest zwei Magnetfelder (B1 , B2) zu ermitteln.
9. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Magnetfeldsensor (4) um einen Fluxgate-Sensor, einen magnetostriktiven Sensor, insbesondere einen GMR-, AMR- oder TMR-Sensor, einen Sensor umfassend ein mechanisch schwingfähiges, magnetoelektrisches Sensorelement, oder um einen Quantensensor, insbesondere um eine Gaszelle oder einen Sensor mit einem Sensorelement mit einem Kristallkörper und zumindest einer Fehlstelle, handelt.
10. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (3) in einem vorgebbaren Bereich außerhalb des Behältnisses (2), angeordnet ist, in welchem eine Feldstärke des Magnetfelds (B) minimal ist.
11 . Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (3) derart angeordnet ist, dass er senkrecht zu einer Tangente (t) an eine Feldlinie (F) des Magnetfelds (B) ausgerichtet ist.
12. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Magnetanordnung (3) zumindest einen Permanentmagnet (6) in der Form eines Ringmagnets (6) oder eine Spule umfasst, welcher/welche derart an der Wandung (W) des Behältnisses (2) befestigt ist, dass eine Rotationsachse (r) des Ringmagneten (6) oder der Ringspule senkrecht zur Wandung (W) des Behältnisses (2) ausgerichtet ist, und wobei der Magnetfeldsensor (4) in einem Bereich um einen Mittelpunkt (m) des Ringmagneten (8) oder der Ringspule angeordnet ist.
13. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Magnetanordnung (3) mit zumindest drei nebeneinander angeordnete Permanentmagneten (8a-8c), insbesondere in Form von Stabmagneten, oder Spulen, welche jeweils parallel zur Wandung (W) des Behältnisses (2) magnetisiert und angeordnet sind, und wobei jeweils benachbarte Stabmagnete (8a-8c) und/oder Spulen gegensätzlich polarisiert sind, und mit zumindest zwei Magnetfeldsensoren (4a, 4b), wobei jeweils ein Magnetfeldsensor (4a, 4b) zwischen zwei benachbarten Stabmagneten (8a-8c) oder Spulen der Magnetanordnung angeordnet ist, insbesondere jeweils in einem Bereich, in welchem eine Feldstärke des jeweiligen Magnetfelds (B1 , B2) minimal ist.
14. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1), insbesondere die Elektronik (5), dazu ausgestaltet ist, anhand des Magnetfelds (B) eine Permeabilität des Mediums (M) zu ermitteln.
15. Sensoranordnung (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1), insbesondere die Elektronik (5), dazu ausgestaltet ist, anhand des Magnetfelds (B) einen, insbesondere vorgebbaren, Füllstand des Mediums (M) in dem Behältnis zu ermitteln.
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