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DE20320382U1 - Liquid level measuring device comprises capacitive and conductive or vibration-sensitive measurement units, with the latter configured to detect upper and lower liquid level thresholds to enable calibration of the former - Google Patents

Liquid level measuring device comprises capacitive and conductive or vibration-sensitive measurement units, with the latter configured to detect upper and lower liquid level thresholds to enable calibration of the former Download PDF

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Abstract

Liquid level measurement device for measuring and or monitoring the liquid (5) level in a container (6). The device comprises a first capacitive measurement unit (1) that continually measures the liquid level and at least a second conducting or vibration-sensitive measurement unit (2) that acts as a threshold switch. A calibration unit (10) calibrates the first measurement unit using the second unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter.The invention relates to a Device for measuring and / or monitoring the fill level of a medium in a container.

Kapazitive und konduktive Messgeräte zur Füllstandsmessung sind seit vielen Jahren bekannt. Beim kapazitiven Messverfahren, das eine kontinuierliche Messung des Füllstandes erlaubt, bilden eine in den Behälter ragende Sonde und die Behälterwand einen Kondensator. Dessen Kapazität ist abhängig vom Füllstand und der Dielektrizitätskonstante des Mediums. Der Nachteil dieses Messverfahrens gegenüber z.B. Laufzeit-Verfahren ist, dass das eingebaute Messgerät abgeglichen werden muss, indem der Füllstand des Mediums im Behälter speziell für diesen Abgleich geändert wird.Capacitive and conductive measuring devices for level measurement have been known for many years. With the capacitive measuring method, which allows a continuous measurement of the level, form an in the container protruding probe and the container wall a capacitor. Its capacitance depends on the fill level and the dielectric constant of the medium. The disadvantage of this measuring method compared to e.g. Runtime procedure is that the built-in measuring device is adjusted must be checked by the level of the medium in the container especially for changed this comparison becomes.

Bei konduktiven Messgeräten wird der ohmsche Widerstand bzw. Leitwert zwischen einer in den Behälter ragenden konduktiven Sonde und der Behälterwand oder zwischen zwei Elektroden einer Sonde gemessen. Bildet ein leitfähiges Medium eine elektrische Verbindung zwischen der konduktiven Sonde und der Behälterwand bzw. zwischen den beiden Elektroden einer Sonde, so verringert sich der gemessene ohmsche Widerstand deutlich. Das konduktive Messverfahren wird üblicherweise zur Bestimmung von Grenzständen eingesetzt.With conductive measuring devices the ohmic resistance or conductance between a protruding into the container conductive probe and the container wall or measured between two electrodes of a probe. Forms a conductive medium an electrical connection between the conductive probe and the container wall or between the two electrodes of a probe, so decreases the measured ohmic resistance clearly. The conductive measuring method is usually for determining limit levels used.

Eine weitere Möglichkeit ist, dass vibratorisch mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, z.B. mit einer Stimmgabel, der Füllstand gemessen wird. Dabei wird ausgenutzt, dass die Resonanzfrequenz einer mechanisch schwingfähigen Einheit davon abhängt, ob die Einheit frei und somit unbedeckt schwingt oder ob sie vom Medium bedeckt wird. Die Resonanzfrequenz – entsprechendes gilt für die Amplitude – ist im bedeckten Zustand geringer als im freien Zustand. Somit kann aus einer Verminderung der Resonanzfrequenz geschlossen werden, dass die mechanisch schwingfähige Einheit bedeckt ist, dass also z.B. ein vorgegebener Füllstand erreicht worden ist.Another possibility is that vibratory with a mechanically oscillatable Unit, e.g. with a tuning fork, the level is measured. there is exploited that the resonance frequency of a mechanically vibratable unit depends on whether the unit swings freely and therefore uncovered or whether it moves from Medium is covered. The resonance frequency - the same applies to the amplitude - is in covered state less than in the free state. Thus, from a reduction in the resonance frequency can be concluded that the mechanically oscillatable Unit is covered, e.g. a given level has been achieved.

Aus der Offenlegungsschrift DE 198 16 455-A1 lässt sich ein Verfahren bzgl. des Abgleichs einer kapazitiven Sonde entnehmen. Dort ist eine in den Behälter ragende Elektrode vorgesehen und mehrere Referenzelemente auf unterschiedlichen Höhen des Behälters. In einem zweiten Verfahren sind mehrere Einzelelektroden vorgesehen, die zusammen die ganze Behälterhöhe abdecken. Ein Nachteil des Verfahrens ist, dass die eigentliche Messung und die Referenzeinheiten nach dem gleichen Messprinzip arbeiten.From the published application DE 198 16 455-A1 a method can be found regarding the adjustment of a capacitive probe. There is an electrode protruding into the container and several reference elements at different heights of the container. In a second method, several individual electrodes are provided, which together cover the entire container height. A disadvantage of the method is that the actual measurement and the reference units work according to the same measurement principle.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Füllstand eines Mediums in einem Behälter kontinuierlich zu messen, ohne einen direkten Abgleich zu erfordern.The object of the invention is Level of one Medium in a container measure continuously without requiring direct adjustment.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes Messgerät vorgesehen ist, das den Füllstand kontinuierlich misst, dass mindestens ein zweites Messgerät vorgesehen ist, das als Grenzstandschalter funktioniert, und dass eine Abgleicheinheit vorgesehen ist, die mit dem zweiten Messgerät das erste Messgerät abgleicht. Da das zweite Messgerät den Füllstand an einer bekannten Höhe bestimmt, kann dieser Messpunkt automatisch zum Abgleich des ersten kontinuierlich messenden Messgerätes verwendet werden. Ein Abgleich findet somit automatisch statt. Es kann z.B. ein Grenzstandschalter vorgesehen sein, der einen oberen Füllstand überwacht. Als unterster Wert würde dann z.B. der leere Behälter dienen oder der Punkt, an dem das erste Messgerät in Richtung Behälterboden endet. Die Art der Messgeräte, bzw. auf welchen Messprinzipien diese bauen, liegen für die fachlich qualifizierte Person sowohl bzgl. der kontinuierlichen Messung als auch bzgl. der Grenzstandüberwachung nahe. Die grundlegenden Vorteile der Erfindung liegen somit darin, dass zunächst der Abgleich des kontinuierlich messenden ersten Messgerätes automatisch vorgenommen wird, weiterhin wird nach dem Abgleich überprüft, ob der Abgleich noch passend ist, und zudem ist eine doppelte Überwachung des Füllstandes gegeben.The object is achieved in that a first measuring device the level is provided continuously measures that at least one second measuring device is provided is that works as a level switch, and that a calibration unit is provided, which compares the first measuring device with the second measuring device. Because the second meter the level at a known height determined, this measuring point can automatically be used to adjust the first continuous measuring device be used. A comparison takes place automatically. It can e.g. a limit level switch can be provided which monitors an upper level. The lowest value would be then e.g. the empty container serve or the point at which the first measuring device ends in the direction of the container bottom. The type of measuring devices or on which measuring principles they are based are for the technically qualified Person with regard to both continuous measurement and point level monitoring Near. The basic advantages of the invention are therefore that first the adjustment of the continuously measuring first measuring device automatically is carried out, after the comparison it is checked whether the Adjustment is still appropriate, and also double monitoring of the filling level given.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei zweite Messgeräte vorgesehen sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass das zweite Messgerät mindestens zwei Grenzwerte überwacht. Sind also zwei zweite Messgeräte vorgesehen, die einen minimalen und einen maximalen Füllstand überwachen, oder handelt es sich bei dem zweiten Messgerät um einen Grenzstandschalter, der zwei Füllstände überwacht, so werden in einem ersten Durchlauf ggf. nur diese Grenzstandschalter zur Messung und Überwachung des Füllstandes verwendet. Aus den Messschaltpunkten bei den beiden Grenzständen ergeben sich dann über die bekannten, weil durch den Einbau vorgegebenen, Füllstandshöhen die Abgleichsdaten für die Messwerte des ersten Messgerätes. Sind beide Füllstände nach einem ersten Durchlauf erreicht worden, so ist das erste Messgerät abgeglichen. Der Vorteil ist jedoch, dass dies automatisch geschieht, ohne dass der Behälter nur für den Abgleich gefüllt werden muss. Nach dem Abgleich ist eine zweifache Überwachung des Füllstandes gegeben, was vor allem bei gefährlichen Medien sehr wichtig sein kann.See an advantageous embodiment that at least two second measuring devices are provided. Another advantageous embodiment includes that the second measuring device at least two limit values are monitored. So are two second measuring devices provided that monitor a minimum and a maximum level, or is the second measuring device a level switch, which monitors two levels, in a first run, only these limit level switches may be activated for measuring and monitoring the filling level used. From the measuring switching points at the two limit levels then over the well-known, because the level specified by the installation Reconciliation data for the Measured values of the first measuring device. Are both levels up after a first run, the first measuring device is adjusted. The advantage, however, is that this happens automatically without you the container only for the adjustment can be filled got to. After the adjustment, the level is monitored twice given what is especially dangerous Media can be very important.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass es sich bei dem ersten Messgerät um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt. Ein solches Messgerät erfordert einen Abgleich.According to one embodiment, it is provided that the first measuring device around a measuring device for capacitive level measurement is. Such a measuring device requires adjustment.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen konduktiven Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät reagiert also bei mindestens einem Grenzstand, wobei es nach dem konduktiven Messprinzip arbeitet. Somit sieht eine Ausgestaltung vor, dass es sich bei dem ersten Messgerät um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt, und dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen Grenzstandschalter handelt, der nach dem konduktiven Messprinzip arbeitet. Somit sind zwei unterschiedliche Messprinzipien gegeben, was eine höhere Sicherheit gewährleistet. Vor allem ergeben sich so zwei unterschiedliche und auch einander ergänzende Aussagen über den Füllstand. Dies ermöglicht, dass z.B. bei einander widersprechenden Ergebnissen der beiden Messgeräte ein Alarm ausgegeben wird. Dies ist bei funktional sicheren Anwendungen (SIL) sehr wichtig. Dabei erfordert jedoch das konduktive Messprinzip, dass das zu überwachende Medium elektrisch leitfähig ist. Dieser Vorteil der zweifachen Absicherung ist nicht auf die Kombination konduktives und kapazitives Messprinzip beschränkt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen kapazitiven Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät funktioniert also nach dem kapazitiven Messprinzip und gibt bei mindestens einem Grenzstand ein Schaltsignal. Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem zweiten Messgerät um einen vibratorischen Grenzstandschalter handelt. Das zweite Messgerät bestimmt also vibratorisch mindestens einen Grenzstand, unterscheidet also beispielsweise zwischen dem bedeckten und unbedeckten Zustand einer Schwinggabel.One embodiment includes that the second measuring device is a conductive level switch. The second measuring device thus reacts at at least one limit level, whereby it works according to the conductive measuring principle. Thus, one embodiment provides that the first measuring device is a measuring device for capacitive level measurement, and that the second measuring device is a level switch that is used after the conductive measurement principle works. This means there are two different measuring principles, which ensures greater safety. Above all, there are two different and complementary statements about the level. This enables an alarm to be issued, for example, if the results of the two measuring devices conflict with one another. This is very important for functionally safe applications (SIL). However, the conductive measuring principle requires that the medium to be monitored is electrically conductive. This advantage of double protection is not limited to the combination of the conductive and capacitive measuring principle. A further embodiment provides that the second measuring device is a capacitive level switch. The second measuring device therefore works according to the capacitive measuring principle and gives a switching signal at at least one limit level. Another embodiment includes that the second measuring device is a vibratory level switch. The second measuring device therefore determines at least one limit level in terms of vibrations, that is to say distinguishes, for example, between the covered and uncovered state of an tuning fork.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Abgleicheinheit um einen Mikrocontroller handelt.One embodiment provides that the adjustment unit is a microcontroller.

Die Idee ist also, ein kontinuierlich messendes Messgerät mit einem Grenzstandschalter zu kombinieren und durch die Signale des Grenzstandschalters automatisch einen Abgleich zu erhalten.So the idea is a continuous one measuring measuring device to combine with a level switch and through the signals of the level switch automatically receive an adjustment.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on the following Drawing closer explained. It shows:

1: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Vorrichtung. 1 : a schematic representation of an embodiment of the device.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der Erfindung. Diese besteht aus einer Sonde 3 des ersten Messgerätes 1, das für die kontinuierliche kapazitive Füllstandsmessung vorgesehen ist, sowie einer Sonde 3 des zweiten Messgerätes 2, das nach dem konduktiven Messverfahren arbeitet und zwei Grenzstände (G1 und G2) erkennt. Hier werden also von einem zweiten Messgerät 2 zwei Grenzstände überwacht. 1 shows an embodiment of the device of the invention. This consists of a probe 3 of the first measuring device 1 , which is intended for continuous capacitive level measurement, and a probe 3 of the second measuring device 2 , which works according to the conductive measuring method and recognizes two limit levels (G1 and G2). So here are from a second measuring device 2 two limit levels monitored.

Der automatische Abgleich des Systems erfolgt folgendermaßen: Ausgegangen wird von einem leeren Behälter 6. Steigt der Füllstand des Mediums 5 an, so wird zunächst der dem Anwender bekannte Füllstand G1 erreicht und vom zweiten Messgerät 2 detektiert. Diese Information wird an die Abgleicheinheit 10 weitergeleitet, die der vom Messgerät 1 gemessenen Kapazität C1 am Abgleichpunkt G1 einen bestimmten Wert in einer vorher gewählten Füllstandseinheit zuweist. Dafür ist die Abgleicheinheit 10 so ausgelegt, dass sich in ihr die Grenzstände G1, G2 vorgeben lassen. Steigt der Füllstand im Behälter 6 weiter an, so wird der Grenzstand G2 erreicht und mit dieser Information sind für die Abgleicheinheit 10 alle benötigten Daten für den Abgleich des Messgerätes 1 vorhanden.The system is automatically calibrated as follows: An empty container is assumed 6 , The level of the medium increases 5 on, the level G1 known to the user is first reached and by the second measuring device 2 detected. This information is sent to the matching unit 10 forwarded to that of the meter 1 Measured capacitance C1 at the adjustment point G1 assigns a certain value in a previously selected level unit. That is the adjustment unit 10 designed so that the limit levels G1, G2 can be specified in it. The level in the container increases 6 further on, the limit level G2 is reached and with this information are for the adjustment unit 10 all data required for the calibration of the measuring device 1 available.

Bei jedem weiteren Überschreiten der Grenzstände G1 und G2 kann die Abgleicheinheit 10 überprüfen, ob der vorgenommene Abgleich stimmt. Treten Abweichungen auf, so kann z.B. bei sicherheitsrelevanten Anwendungen eine Alarmmeldung ausgeben werden. Es kann aber auch eine Abgleichkorrektur des Messgerätes 1 durchgeführt werden. Dies betrifft vor allem Anwendungen mit Medien, die gewechselt werden, deren Eigenschaften sich verändern oder die zur Ansatzbildung an einer Sonde neigen. Weitere Vorteile sind somit eine permanente Überprüfung der Plausibilität des vom Messgerät 1 gelieferten Messwertes, da das Messgerät 2 ständig mit einem unabhängigen Messverfahren eine Information darüber liefert, ob der aktuelle Füllstand unter G1, zwischen G1 und G2 oder über G2 liegt. Dieser Punkt ist vor allem für die SIL-Bewertung des Gerätes wichtig. Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist zum Teil zusätzlich zur kontinuierlichen Messung eine unabhängige Überfüllsicherung vorgeschrieben. Dies ist in der vorgeschlagenen Erfindung bereits enthalten. Eine Realisierung ist auch, dass beiden Sonden in einem Gerät untergebracht sind.Each time the limit levels G1 and G2 are exceeded, the adjustment unit can 10 check whether the adjustment made is correct. If deviations occur, an alarm message can be issued, for example, in safety-relevant applications. But it can also be a correction correction of the measuring device 1 be performed. This applies above all to applications with media that are changed, whose properties change or that tend to form deposits on a probe. Further advantages are thus a permanent check of the plausibility of the measuring device 1 delivered measured value since the measuring device 2 constantly provides information with an independent measuring method as to whether the current level is below G1, between G1 and G2 or above G2. This point is particularly important for the SIL rating of the device. For safety-relevant applications, an independent overfill prevention device is sometimes required in addition to continuous measurement. This is already included in the proposed invention. Another realization is that both probes are housed in one device.

11
Erstes Messgerätfirst gauge
22
Zweites Messgerätsecond gauge
33
Sondeprobe
55
Mediummedium
66
Behältercontainer
1010
Abgleicheinheitadjustment unit

Claims (4)

Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums (5) in einem Behälter (6), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Messgerät (1) vorgesehen ist, das den Füllstand kontinuierlich misst, dass es sich bei dem ersten Messgerät (1) um ein Messgerät zur kapazitiven Füllstandsmessung handelt, dass mindestens ein zweites Messgerät (2) vorgesehen ist, das als Grenzstandschalter funktioniert, dass es sich bei dem zweiten Messgerät (2) um einen konduktiven oder um einen vibratorischen Grenzstandschalter handelt, und dass eine Abgleicheinheit (10) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Messgerät (2) das erste Messgerät (1) abgleicht.Device for measuring and / or monitoring the level of a medium ( 5 ) in a container ( 6 ), characterized in that a first measuring device ( 1 ) is provided that continuously measures the level so that the first measuring device ( 1 ) is a measuring device for capacitive level measurement that at least one second measuring device ( 2 ) is provided, which functions as a level switch, that the second measuring device ( 2 ) is a conductive or a vibratory level switch, and that a calibration unit ( 10 ) is provided, which with the second measuring device ( 2 ) the first measuring device ( 1 ) compared. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zweite Messgeräte vorgesehen sind.Device according to claim 1, characterized in that at least two second measuring devices are provided. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Messgerät mindestens zwei Grenzwerte überwacht.Device according to claim 1, characterized in that the second measuring device monitors at least two limit values. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Abgleicheinheit (10) um einen Mikrocontroller handelt.Device according to claim 1, characterized in that the adjustment unit ( 10 ) is a microcontroller.
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R071 Expiry of right
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