WO2005078398A1 - Method and device for the capacitive determination of a filling level - Google Patents

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WO2005078398A1
WO2005078398A1 PCT/EP2005/050640 EP2005050640W WO2005078398A1 WO 2005078398 A1 WO2005078398 A1 WO 2005078398A1 EP 2005050640 W EP2005050640 W EP 2005050640W WO 2005078398 A1 WO2005078398 A1 WO 2005078398A1
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fill level
change
process condition
probe
medium
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PCT/EP2005/050640
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German (de)
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Inventor
Igor Getman
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating 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
    • G01F23/26Indicating 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
    • G01F23/263Indicating 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 by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266Indicating 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 by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the capacitive determination of the level of a medium in a container, at least one level probe being provided, and at least one control / evaluation unit being provided which controls the level probe with an electrical control signal , and which evaluates an electrical response signal from the level probe.
  • Capacitive measuring devices for level measurement have been known for many years.
  • One probe protruding into the container and the container wall or two probes protruding into the container form a capacitor. Its capacitance C is at least dependent on the fill level and the dielectric constant of the medium to be measured. The fill level can thus be determined from the capacitance C.
  • this capacitance C is the so-called apparent current measurement.
  • the amount of the alternating current is measured, which flows at a certain frequency and voltage through the capacitor of the capacitance C to be determined, which is formed from the probe, medium and container wall.
  • the current I is not only dependent on the capacitance C, but also on the conductivity s of the medium to be measured. Since the conductivity s of bulk goods in particular depends on various factors such as Depending on temperature or humidity, this results in inaccuracies.
  • Another method for measuring the capacitance C is not to measure the current I but the reactive current at a phase shift angle of 90 ° between current and voltage, which corresponds to a pure capacitance measurement.
  • This can be done, for example, with the help of a synchronous rectifier Realize circuit (see patent DE 42 44 739 C2).
  • This method is associated with disadvantages for individual media. With media with a low dielectric constant and high conductivity, which can be easily measured with a current inflow measurement, difficulties arise due to the practically vanishing reactive current. In addition, experience has shown that such conventional synchronous rectifier circuits are sensitive to electromagnetic interference.
  • the capacitance C of the capacitor consisting of the probe and the container wall / second probe depends on many process variables or process conditions - since the fill level is determined in the present invention, process conditions are understood to mean all process variables but the fill level is: fill level, dielectric constant and conductivity of the medium, geometry of the probe, position of the probe relative to the container wall or to the second probe, temperature and pressure in the container etc. If one of these process conditions changes, the capacitance value C can also change. If it is not ensured in the process that only the fill level changes, changes in the capacitance C are no longer clearly associated with changes in the fill level. This also applies to level measurements for which - under different process conditions - reference values for the calibration have been determined.
  • the invention has for its object to determine the level of a medium as accurately and reliably as possible. A method and a device are required for this.
  • the object is achieved in that a change in at least one process condition is determined, in that, depending on the process condition resulting from the change, an evaluation algorithm is used for the determination of the fill level such that the change resulting from the change
  • the resulting process condition has minimal effects on the determination of the fill level, and that the fill level of the medium is determined from the response signal and / or a signal proportional to it via the evaluation algorithm.
  • the evaluation algorithm is a corresponding formula with which the fill level can be calculated from the sizes of the response signal (eg phase, amplitude, amount).
  • the level is therefore in each case elaborated with such a formula / algorithm that optimally adapts to the prevailing process conditions - conductivity of the medium, possible approach to the level probe, temperature, geometry of the probe and also position of the probe in relation to the container, etc. - in such a way is that the process conditions have no impact, especially that they do not cause non-linearities.
  • the change in a process condition can be determined, for example, by the user, who then transmits corresponding data to the measuring device. The determination is thus made by evaluating the value entered by the user or by an additional measuring point or a description of the process conditions associated therewith.
  • the ideal evaluation algorithm / formula for the given situation lets you select from a list of algorithms stored in the measuring device, for example, or an individual adaptation to the prevailing process conditions would also be possible via optimization.
  • a data line to a remote evaluation unit can be provided, which may have a larger rediner capacity.
  • a limited selection of predefined evaluation algorithms / formulas is stored appropriately, from which a suitable algorithm is selected by the user or by the measuring device itself.
  • the monitored process condition is the approach
  • mode A could be provided for no approach up to a maximum of x mm and mode B for an approach between x mm and a maximum of y mm.
  • a too large approach - as explained below - cannot be compensated for by the type of evaluation, so that it is imperative to eliminate the approach in order to be able to measure correctly again. If all process conditions were constant, one would be optimally adapted
  • the idea of the invention is that the evaluation algorithm / formula is adapted to the changed conditions in such a way that the changed process condition has minimal, ie in the best case no effects on the determination of the fill level.
  • the process condition that has the greatest changes or the greatest influence on the level determination is preferably selected. It is furthermore preferably the process condition that sidi does not restrict, such as the input Direct application to certain media or temperature range. An example of this is the approach that results from the process. With the approach, however, a warning message could also be issued to the user if the approach is too large, so that cleaning is absolutely necessary.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the response signal and / or a signal proportional to it is digitized in the control / evaluation unit.
  • a digitization of the response signal for the capacitive level determination is described, for example, in the applicant's patent application to the German Patent and Trademark Office under the file number 103 22 279.0. Such digitization allows the response signal to be optimally accessible to the evaluation. It is not the response signal itself, which is usually a current signal, that is digitized, but rather the voltage signal proportional to it, which can be generated from the response signal via a resistor.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention includes that the amplitude and / or the phase and / or the amount of the response signal is / are used to determine the fill level.
  • a current signal - or a signal proportional to it - from the current signal a voltage signal is usually generated via a resistor - so up to three variables are available, from which the change in a process variable or from which the Level can be calculated.
  • usually only the amount of the response signal is evaluated, which means a loss of information.
  • phase of the response signal or a signal proportional to it has the advantage that the phase usually gives a large dynamic range, which often exceeds the dynamic range of the amplitude. However, this depends on the properties of the medium whose level is to be measured and / or monitored.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention includes that the change in a process condition is determined by evaluating the response signal at a known fill level value of the medium. Is the fill level of the medium known - for example via a second fill level measuring device or via the input of value - so conclusions can be drawn. Especially when there are two response signals that were obtained at different times with the same level value, a statement about the change in process conditions can be obtained from the comparison of the signals. If an approach has occurred, for example, this can be reflected in a different phase. The idea is therefore that with the same fill level, different response signals or a response signal with predetermined target values are compared. If there are differences, this must be due to changes in the process conditions and the evaluation is preferably carried out from this point in time using an adapted algorithm or an adapted evaluation formula.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a change in an approach to the level probe is determined. Depending on the nature of the medium, it can adhere to the probe. Approach occurs when the medium hangs on the probe after the level has dropped and e.g. dries. Such an approach then acts like a metal sheath that is pulled over the probe. As a result, the probe is virtually shielded and it is hardly possible that the level can no longer cause a change in capacity. Therefore approach is a very important process condition, which is subject to changes especially during the change in the fill level, depending on the temperature or also the time over which the approach exists on the probe.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that a change in the approach is determined from the phase of the response signal or the signal proportional to it.
  • Approach results from the fact that the medium remains attached to the probe. This results in a kind of shielding around the probe.
  • the approach should be considered in the level determination.
  • a first approximation shows that the approach leads to a kind of phase shift. It is therefore obvious that a formula is used to calculate the fill level, which among other things subtracts a phase value from the phase of the response signal. The phase shift is thus virtually canceled.
  • this phase value to be subtracted depends on the extent and also on the other nature of the approach, e.g. also whether it is an approach from above or from below, i.e. the medium on the rod is up.
  • An embodiment of the method according to the invention includes that the filling Stand probe is controlled with an AC signal as an electrical control signal, and that the frequency of the control signal is changed depending on the process condition resulting from the change.
  • the approach in particular has more or less influence on the determination of the fill level.
  • the idea of this embodiment is that the frequency of the control signal is changed, preferably increased, as a function of determining an approach.
  • this configuration is limited by the current available and by the problem that the fill level probe can function depending on its length from the antenna. With this configuration, the evaluation algorithm is based on the fact that a different excitation frequency compensates for negative consequences, for example of the approach.
  • An embodiment of the method according to the invention includes that in the event that the process condition resulting from the change lies outside of a predetermined range, an alarm is issued. It is e.g. it is possible that an approach becomes so thick that a reliable measurement is no longer possible because, for example, the response signal is too weak. It therefore makes more sense for the user to be informed that cleaning of the probe is absolutely necessary. This applies not only to the approach, but also to changes in the conductivity of the medium, the temperature, the pressure, etc.
  • the invention also provides a device for capacitive determination of the level of a medium in a container, at least one level probe being provided, and at least one control / evaluation unit being provided which controls the level probe with an electrical control signal, and which evaluates the electrical response signal of the level probe.
  • control / evaluation unit is assigned at least one memory unit in which evaluation algorithms for determining the fill level are stored.
  • the control / evaluation unit is therefore assigned a feeder unit - this storage unit can be part of the actual device or connected to the device via a data communication type (fieldbus, Ethernet, etc.) - in which several evaluation algorithms or simple evaluation formulas are stored or can be generated appropriately based on other stored data. This means that several algorithms / formulas are available for determining the level, whereby the optimal algorithm or formula is used to change a process condition.
  • control / evaluation unit is designed such that it determines the change in a process condition and that it uses such an evaluation algorithm for determining the fill level in accordance with the process condition resulting from the change that the process condition resulting from the change has minimal effects on the level determination.
  • the control / evaluation unit thus determines the change in a process condition and then determines the fill level with an algorithm.
  • the changed and thus new process conditions have as little effect as possible, for example nonlinearities should be avoided as far as possible.
  • the change in a process condition can hardly be determined, for example, via an additional sensor which monitors a process condition. It is more elegant to determine the change in a process condition directly from the response signal.
  • Approach for example, affects the phase with regard to extreme values and also with regard to the course of the phase. Thus, for example, the approach can be drawn from the phase.
  • control / evaluation unit is assigned at least one analog / digital converter which digitizes at least the response signal and / or a signal proportional to it. This allows the response signal - usually a current signal - or a signal proportional to it - usually a voltage signal - to be digitized and thus optimally evaluated, which also includes that the response signal not only evaluates the amplitude but also the phase.
  • the control / evaluation unit is preferably a microprocessor with a corresponding signal input to the analog / digital converter.
  • One embodiment of the device according to the invention provides that at least one additional fill level measuring device is provided for determining the fill level of the medium, the measured value of which is used by the device for determining the change in a process condition.
  • the change in a process variable can be determined using this additional level measuring device, e.g. different response signals with the same level value can be compared with one another or with corresponding target values.
  • Another embodiment is that the user transmits the fill level value of the device via an input unit and thus contributes to determining the change in a process condition.
  • An embodiment of the device according to the invention includes that the control / evaluation unit is designed in such a way that it comes from the phase of the response signal or a signal proportional to this determines a change in the approach to the level probe.
  • This is the configuration mentioned above that the change in the process condition itself is determined from the response signal.
  • the response signal is therefore preferably checked for changes that do not result from the change in the fill level, but rather in the process condition.
  • One possibility is to check the minimum or maximum values of phase or amplitude.
  • Another possibility is to evaluate the course of the variables over time or as a function of the fill level.
  • the phase is preferably examined in order to infer the approach from this.
  • FIG. 2 a flow chart to clarify the method
  • the level probe 3, the wall of the container 2 and the medium 3 form a capacitor
  • the capacitance C is due to the level of the medium 1.
  • Other variables that influence the capacitance C include the conductance and the dielectric constant (DK value) of the medium 1, the temperature and the pressure.
  • DK value dielectric constant
  • formation 5 on probe 3 or the conversion of container 2 may occur.
  • the level of the medium 1 change the capacitance C, but other process conditions also have an influence. Conversely, since this makes the determination of the fill level difficult, uncertain or even impossible, the device of the invention is further developed.
  • control / evaluation unit 4 - this can be a component of the measuring device directly, but can also be further away from it and connected to the probe 3 or an electronic unit connected in between, for example via a data line first the response signal of the probe 3 or a signal proportional to it - a voltage signal can be obtained from the current signal via a resistor (not shown graphically here) - digitized by an analog / digital converter 11.
  • a microprocessor is provided in the control / evaluation unit 4, for example. From this digitized signal, it can be determined, for example, whether attachment 5 has formed on probe 3 or whether the extension of attachment 5 has changed.
  • the fill level is determined from the response signal using a formula adapted to the new process conditions.
  • Corresponding formulas and evaluation algorithms are stored in the memory unit 10. There, audi data can be stored, from which an optimally adapted formula or an optimal algorithm results. The optimization consists in the fact that the process conditions resulting from the change have as little influence as possible on the determination of the fill level, that is to say in particular they do not produce any incorrect values.
  • the storage unit 10 does not have to be a component of the preparatory device or the control / evaluation unit 4, as shown here.
  • the idea of the invention is therefore to adapt the evaluation algorithm / the formula for determining the fill level and thus the determination itself to the prevailing process conditions.
  • this requires recognizing that the process conditions have changed. Since such process conditions can also occur which lie outside certain limits, ie which lie outside the range in which meaningful and reliable measurements are possible, a display unit 15 is also provided in the embodiment of the device for implementing the method shown in the figure, It is signaled via weldie, for example, that the approach is so large that the level probe 3 must be cleaned.
  • the limits of the process conditions must be specified accordingly and also depend on which process conditions due to the electronics and the evaluation algorithms and formulas still allow an evaluation of the level signal.
  • the fill level measuring device 20 is, for example, a fill level limit switch, which is manufactured and sold by the applicant under the name "Liquiphant". This measuring device 20 is positioned, for example, relative to the probe 3 in such a way that it detects when the fill level of the medium 1 is such that the Probe 3 is no longer covered by medium 1, so if the probe should be free of medium, Durdi Approach 5 is probe 3 from Medium 1 is surrounded by medium 1 even when it is actually free / uncovered. Since the fill level measuring device 20 is connected to the control / evaluation unit 4, the measured values / signals of the secondary measuring device 20 can be used to determine the change in a process variable - here preferably the approach.
  • Figure 2 shows that the critical point of the invention is to determine whether a process condition has changed.
  • This can be the approach, the conductance, the geometry, the position of the probe relative to the container wall - changes are e.g. possible by operating an agitator -, the temperature, the pressure or other process conditions.
  • the focus will be on a specific process condition that is subject to the greatest changes or that shows the greatest changes in determining the fill level. For example, this is an approach e.g. of the medium on the probe. Jedodi audi can monitor several process conditions. However, it is then necessary to weigh the benefits against the effort.
  • the method is as follows: if there is no change, the fill level is further determined. If there is a change in the fill level, for example the approach has become larger, an algorithm or a formula is used for the further determination of the fill level, which is adapted to the new process condition.
  • the process condition resulting from the change in the process condition is therefore the new or current process condition, the change in one condition also being able to influence other process conditions. For example, the change in temperature and the influence of the mixture on the response signal cause the mixture to dry out.
  • the fill level is then also determined using the new algorithm.
  • the change in a process condition can be determined, for example, from an extreme value in the response signal, or, for example, from the examination of the course of a series of measurements. The values in FIGS.
  • the dependence of the admittance of the response signal on the conductivity s (X-axis) and the DK value (the individual curves) of the medium is shown in FIG. 3.
  • the DK value (dielectric constant or relative permittivity number) of the medium e is used to calculate the capacitance C which results from the probe, the second probe or the container wall and the medium: C ⁇ e.
  • the admittance A or the admittance is the amplitude of the response signal.
  • the admittance depends on the material properties such as conductivity and DK value.
  • the dependence on the frequency of the excitation signal is also shown: this is 33 kHz for the solid lines and 1 MHz for the dashed lines.
  • the frequency can therefore be used to achieve a shift that corresponds to a change in the conductivity of the medium in certain areas.
  • Jedodi it is not always possible for Jedodi to set the frequency arbitrarily, since this also depends on the available energy and because care must be taken to ensure that the probe is not converted into a radiating antenna, so that it does not reach the resonant frequency of the probe becomes.
  • the dependence of the admittance on the properties of the medium also means that the range of application of the capacitive level determination is not directly possible with all media. It may therefore be necessary to design the capacitive measuring device to match the specific medium.
  • Fl A sin f + A cos f cos (f - f).
  • A is the admittance and f is the o
  • Phase of the measured response signal, f is a constant phase shift that results from the optimization of the evaluation curve.
  • F2 A (kl sin f - k2 cos f).
  • This evaluation formula therefore uses two constants kl and k2, the optimization of which results in a possibly good adaptation of the curve to the target values.
  • Fl generally leads to an overestimation of the fill level.
  • the function F2 usually delivers minor errors, has jedodi too This also leads to an underestimation of the fill level. It is therefore obvious that depending on the selection of the evaluation formulas or the evaluation algorithm in general, the measured values can be better and more accurately evaluated and that it is possible to compensate for adverse process conditions such as the approach by the type of evaluation.

Abstract

The invention relates to a method for capacitively determining the filling level of a medium (1) in a container (2). According to said method, at least one level probe (3) and at least one control/evaluation unit (4) are provided, the latter triggering the level probe (3) by means of an electrical triggering signal and evaluating an electrical response signal of the level probe (3). The inventive method is characterized in that a modification of at least one process condition is determined, an evaluation algorithm is used for determining the filling level in accordance with the process condition resulting from the modification, said evaluation algorithm being selected such that the process condition resulting from the modification has minimal effects on determining the filling level, and the filling level of the medium (1) is determined from the response signal and/or a signal that is proportionate thereto via the evaluation algorithm. The invention further relates to a corresponding device.

Description

Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zur kapazitiven Füllstandsbestimmung Description Method and device for capacitive level determination
[001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, wobei mindestens eine Füllstandssonde vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/ Auswerteeinheit vorgesehen ist, die die Füllstandssonde mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde auswertet.The invention relates to a method and a device for the capacitive determination of the level of a medium in a container, at least one level probe being provided, and at least one control / evaluation unit being provided which controls the level probe with an electrical control signal , and which evaluates an electrical response signal from the level probe.
[002] Kapazitive Messgeräte zur Füllstandsmessung sind seit vielen Jahren bekannt. Dabei bilden eine in den Behälter ragende Sonde und die Behälterwand oder zwei in den Behälter ragende Sonden einen Kondensator. Dessen Kapazität C ist zumindest abhängig vom Füllstand und der Dielektrizitätskonstante des zu messenden Mediums. Somit kann aus der Kapazität C der Füllstand bestimmt werden. Es ergeben sidi jedod einige Schwierigkeiten.Capacitive measuring devices for level measurement have been known for many years. One probe protruding into the container and the container wall or two probes protruding into the container form a capacitor. Its capacitance C is at least dependent on the fill level and the dielectric constant of the medium to be measured. The fill level can thus be determined from the capacitance C. However, there are some difficulties.
[003] Eine Möglichkeit zur Messung dieser Kapazität C ist die so genannte Scheinstrommessung. Dabei wird z.B. mittels einer konventionellen Gleichrichterschaltung der Betrag des Wechselstromes gemessen, der bei einer bestimmten Frequenz und Spannung durch den aus Sonde, Medium und Behälterwand gebildeten Kondensator der zu bestimmenden Kapazität Cfließt. Der Sdieinstrom I ist allerdings nicht nur von s der Kapazität C, sondern audi von der Leitfähigkeit sdes zu messenden Mediums abhängig. Da die Leitfähigkeit s vor allem bei Schüttgütern von unterschiedlichen Faktoren wie z.B. Temperatur oder Luftfeuchtigkeit abhängt, ergeben sich dadurch Ungenauigkeiten.One possibility for measuring this capacitance C is the so-called apparent current measurement. Here, e.g. by means of a conventional rectifier circuit, the amount of the alternating current is measured, which flows at a certain frequency and voltage through the capacitor of the capacitance C to be determined, which is formed from the probe, medium and container wall. However, the current I is not only dependent on the capacitance C, but also on the conductivity s of the medium to be measured. Since the conductivity s of bulk goods in particular depends on various factors such as Depending on temperature or humidity, this results in inaccuracies.
[004] Eine Methode, den Einfluss dieser Parallelleitfähigkeit zu unterdrücken, ist die Messung bei relativ chen Frequenzen. Der durch die Kapazität Cfließende Anteil des Scheinstromes I ist proportional zur Frequenz, wohingegen der duro die Leitfähigkeit sverursadite Anteil konstant bleibt. Somit überwiegt bei hchen Frequenzen praktisch immer der kapazitive Anteil. Die Messung bei hohen Frequenzen (>100 kHz) führt allerdings erfahrungsgemäß zu Schwierigkeiten bei langen Sonden mit großen parasitären Induktivitäten.[004] One method of suppressing the influence of this parallel conductivity is the measurement at relatively low frequencies. The portion of the apparent current I flowing through the capacitance C is proportional to the frequency, whereas the portion of the conductivity sverursadite remains constant. Thus, at high frequencies, the capacitive component almost always predominates. Experience has shown that measuring at high frequencies (> 100 kHz) leads to difficulties with long probes with large parasitic inductances.
[005] Eine andere Methode zur Messung der Kapazität C besteht darin, nicht den Sdieinstrom I zu messen, sondern den Blindstrom bei einem Phasenverschiebungswinkel von 90° zwischen Strom und Spannung, was einer reinen Kapazitätsmessung entspricht. Dies lässt sich z.B. mit Hilfe einer Synchrongleichrichter- Schaltung realisieren (siehe Patent DE 42 44 739 C2). Dieses Verfahren ist bei einzelnen Medien mit Nachteilen verbunden. Bei Medien mit kleiner Dielektrizitätskonstante und großer Leitfähigkeit, die mit einer Sdieinstrommessung gut messbar sind, ergeben sich aufgrund des praktisch verschwindenden Blindstromes Schwierigkeiten. Aißerdem sind derartige konventionelle Synchrongleichrichterschaltungen erfahrungsgemäß empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.Another method for measuring the capacitance C is not to measure the current I but the reactive current at a phase shift angle of 90 ° between current and voltage, which corresponds to a pure capacitance measurement. This can be done, for example, with the help of a synchronous rectifier Realize circuit (see patent DE 42 44 739 C2). This method is associated with disadvantages for individual media. With media with a low dielectric constant and high conductivity, which can be easily measured with a current inflow measurement, difficulties arise due to the practically vanishing reactive current. In addition, experience has shown that such conventional synchronous rectifier circuits are sensitive to electromagnetic interference.
[006] Probleme bei den Messungen ergeben sich weiterhin z.B. durch Toleranzen der verwendeten Bauteile und z.B. durch Ansatz, der an der Messsonde durd das zu messende Medium auftreten kann. Dieser Ansatz hat Einfluss auf das Messsignal und somit auch auf den Messwert, d.h. den zu bestimmenden Füllstand.Problems with the measurements continue to arise e.g. due to tolerances of the components used and e.g. by approach that can occur on the measuring probe through the medium to be measured. This approach influences the measurement signal and thus also the measurement value, i.e. the level to be determined.
[007] Allgemein ergibt sich ailso das Problem, dass die Kapazität C des Kondensators aus Sonde und Behälterwand/zweiter Sonde von vielen Prozessgrößen oder Prozessbedingungen - da in der vorliegenden Erfindung der Füllstand bestimmt wird, seien unter Prozessbedingungen alle Prozessgrößen aißer des Füllstands verstanden - abhängig ist: Füllstand, Dielektrizitätskonstante und Leitwert des Mediums, Geometrie der Sonde, Position der Sonde relativ zur Behälterwand oder zur zweiten Sonde, Temperatur und Druck im Behälter usw. Ändert sich eine dieser Prozessbedingungen, so kann sid auch der Kapazitätswert C ändern. Ist also im Prozess nicht sichergestellt, dass sich nur der Füllstand ändert, so sind Änderungen der Kapazität C nicht mehr eindeutig mit Änderungen des Füllstandes verbunden. Dies betrifft ebenfalls Füllstandsmessungen, für welche - unter anderen Prozessbedingungen - Referenzwerte für die Kalibrierung bestimmt worden sind.In general, there is also the problem that the capacitance C of the capacitor consisting of the probe and the container wall / second probe depends on many process variables or process conditions - since the fill level is determined in the present invention, process conditions are understood to mean all process variables but the fill level is: fill level, dielectric constant and conductivity of the medium, geometry of the probe, position of the probe relative to the container wall or to the second probe, temperature and pressure in the container etc. If one of these process conditions changes, the capacitance value C can also change. If it is not ensured in the process that only the fill level changes, changes in the capacitance C are no longer clearly associated with changes in the fill level. This also applies to level measurements for which - under different process conditions - reference values for the calibration have been determined.
[008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Füllstand eines Mediums möglichst genau und zuverlässig kapazitiv zu bestimmen. Dafür sind ein Verfahren und eine Vorrichtung erforderlidi.The invention has for its object to determine the level of a medium as accurately and reliably as possible. A method and a device are required for this.
[009] Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfϊndungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Änderung mindestens einer Prozessbedingung bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von der sidi durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung für die Bestimmung des Füllstandes ein derartiger Auswertealgorithmus verwendet wird, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat, und dass aus dem Antwortsignal und/oder einem dazu proportionalen Signal über den Auswertealgorithmus der Füllstand des Mediums bestimmt wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Auswertealgorithmus um eine entsprediende Formel, mit der sich aus den Größen des Antwortsignals (z.B. Phase, Amplitude, Betrag) der Füllstand berechnen lässt. Der Füllstaind wird also jeweils mit einer solchen Formel / einem solchen Algorithmus beredinet, die / der möglichst optimal an die herrschenden Prozessbedingungen - Leitwert des Mediums, möglicher Ansatz an der Füllstandssonde, Temperatur, Geometrie der Sonde und auch Position der Sonde in Relation zum Behälter usw. - derartig angepasst ist, dass die Prozessbedingungen möglichst keine Auswirkungen zeigen, insbesondere, dass sie keine Nichtlinearitäten hervorrufen. Die Bestimmung des Änderung einer Prozessbedingung kann z.B. durch den Benutzer erfolgen, welcher dann entsprechende Daten an das Messgerät übermittelt. Die Bestimmung erfolgt somit über die Auswertung des vom Benutzers oder von einer zusätzlidien Messstelle eingegebenen Wert bzw. einer damit verbundenen Beschreibung der Prozessbedingungen. Der für die gegebene Situation optimale Auswertealgorithmus / die Formel lässt sidi beispielsweise aus einer Liste von im Messgerät abgelegten Algorithmen wählen oder es wäre auch eine individuelle Anpassung an die vorherrschenden Prozessbedingungen über eine Optimierung möglich. Dafür kann beispielsweise eine Datenleitung zu einer entfernten Auswerteinheit vorgesehen sein, die ggf. über eine größere Rediner- kapazität verfügt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine begrenzte Auswahl von fest vorgegebenen Auswertealgorithmen / Formeln passend abgelegt ist, aus welcher vom Benutzer oder vom Messgerät selbst ein passender Algorithmus ausgewählt wird. Im Fall, dass es sich bei der überwachten Prozessbedingung um den Ansatz handelt, könnten z.B. ein Modus A für keinen Ansatz bis maximal x mm und Modus B für einen Ansatz zwisdien x mm und maximal y mm vorgesehen sein. Ein zu großer Ansatz kann - wie weiter unten ausgeführt ist - durch die Art der Auswertung nicht kompensiert werden, so dass es zwingend erforderlid ist, den Ansatz zu beseitigen, um wieder korrekt messen zu können. Wären alle Prozessbedingungen konstant, so würde eine einzige optimal angepasste[009] According to the invention, the object is achieved in that a change in at least one process condition is determined, in that, depending on the process condition resulting from the change, an evaluation algorithm is used for the determination of the fill level such that the change resulting from the change The resulting process condition has minimal effects on the determination of the fill level, and that the fill level of the medium is determined from the response signal and / or a signal proportional to it via the evaluation algorithm. In the simplest case, the evaluation algorithm is a corresponding formula with which the fill level can be calculated from the sizes of the response signal (eg phase, amplitude, amount). The level is therefore in each case elaborated with such a formula / algorithm that optimally adapts to the prevailing process conditions - conductivity of the medium, possible approach to the level probe, temperature, geometry of the probe and also position of the probe in relation to the container, etc. - in such a way is that the process conditions have no impact, especially that they do not cause non-linearities. The change in a process condition can be determined, for example, by the user, who then transmits corresponding data to the measuring device. The determination is thus made by evaluating the value entered by the user or by an additional measuring point or a description of the process conditions associated therewith. The ideal evaluation algorithm / formula for the given situation lets you select from a list of algorithms stored in the measuring device, for example, or an individual adaptation to the prevailing process conditions would also be possible via optimization. For this purpose, for example, a data line to a remote evaluation unit can be provided, which may have a larger rediner capacity. However, it can also be provided that a limited selection of predefined evaluation algorithms / formulas is stored appropriately, from which a suitable algorithm is selected by the user or by the measuring device itself. In the event that the monitored process condition is the approach, a mode A could be provided for no approach up to a maximum of x mm and mode B for an approach between x mm and a maximum of y mm. A too large approach - as explained below - cannot be compensated for by the type of evaluation, so that it is imperative to eliminate the approach in order to be able to measure correctly again. If all process conditions were constant, one would be optimally adapted
Formel genügen. Um Nichtlinearitäten zu vermeiden, ist es dabei ggf. sinnvoll, den Anwendungsbereich der Messvorrichtung zu beschränken, z.B. in Hinsicht auf die Medien bezüglich ihres Leitwertes. Das Problem besteht jedodi darin, dass die meisten Prozessbedingungen nicht konstant sind, sondern sich ändern. Daher ist die Idee der Erfindung, dass der Auswertealgorithmus / die Formel an die geänderten Bedingungen derartig angepasst wird, dass die geänderte Prozessbedingung möglidist minimale, d.h. im besten Fall keine Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Dabei wird vorzugsweise die Prozessbedingung ausgewählt, die die stärksten Änderungen bzw. den stärksten Einfluss auf die Füllstandsbestimmung aufweist. Es ist weiterhin vorzugsweise die Prozessbedingung, die sidi nicht eingrenzen lässt, wie z.B. die Ein- sdiränkung der Anwendung auf bestimmte Medien oder Temperaturbereid e. Ein Beispiel hierfür ist der Ansatz, der sich aus dem Prozess heraus ergibt. Beim Ansatz könnte jedoch auch eine Warnmeldung an den Benutzer ausgegeben werden, wenn der Ansatz zu groß ist, so dass eine Reinigung zwingend erforderlich ist.Formula suffice. In order to avoid non-linearities, it may make sense to limit the area of application of the measuring device, for example with regard to the media with regard to their conductance. The problem, however, is that most process conditions are not constant, but change. Therefore, the idea of the invention is that the evaluation algorithm / formula is adapted to the changed conditions in such a way that the changed process condition has minimal, ie in the best case no effects on the determination of the fill level. The process condition that has the greatest changes or the greatest influence on the level determination is preferably selected. It is furthermore preferably the process condition that sidi does not restrict, such as the input Direct application to certain media or temperature range. An example of this is the approach that results from the process. With the approach, however, a warning message could also be issued to the user if the approach is too large, so that cleaning is absolutely necessary.
[011] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal in der Regel- /Auswerteeinheit digitalisiert wird. Eine soldie Digitalisierung des Antwortsignals für die kapazitive Füllstandsbestimmung ist beispielsweise beschrieben in der Patentanmeldung der Anmelderin beim Deutschen Patent- und Markenamt unter dem Aktenzeichen 103 22 279.0. Eine solche Digitalisierung erlaubt es, dass das Antwortsignal der Auswertung optimal zugänglid ist. Dabei wird nicht das Antwortsignals selbst, welches üblicherweise ein Stromsignal ist, digitalisiert, sondern das dazu proportionale Spannungssignal, welches sich über einen Widerstand aus dem Antwortsignal erzeugen lässt.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the response signal and / or a signal proportional to it is digitized in the control / evaluation unit. A digitization of the response signal for the capacitive level determination is described, for example, in the applicant's patent application to the German Patent and Trademark Office under the file number 103 22 279.0. Such digitization allows the response signal to be optimally accessible to the evaluation. It is not the response signal itself, which is usually a current signal, that is digitized, but rather the voltage signal proportional to it, which can be generated from the response signal via a resistor.
[012] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass für die Bestimmung des Füllstandes die Amplitude und/oder die Phase und/oder der Betrag des Antwortsignaiis benutzt wird/werden. Aus dem Antwortsignal - üblicherweise ein Stromsignaü - bzw. einem dazu proportionalen Signal - aus dem Stromsignal wird üblicherweise über einen Widerstand ein Spannungssignal erzeugt - stehen also bis zu drei Größen zur Verfügung, aus denen auf die Änderung einer Prozessgröße geschlossen werden bzw. aus denen der Füllstand berechnet werden kann. Im Stand der Technik wird üblicherweise nur der Betrag des Antwortsignals ausgewertet, was einen Verlust an Information bedeutet. Somit sind in dieser Ausgestaltung bis zu zwei zusätzliche Größen gegeben, über die weitere und genauere Berechnungen möglich sind. Dies setzt jedodi voraus, dass das Antwortsignal audi hinsichtlich der Phase ausgewertet werden kaum, was durch die Digitalisierung leicht zu realisieren ist. Die Auswertung der Phase des Antwortsignals oder eines dazu proportionalen Signals hat den Vorteil, dass durch die Phase meist eine große Dynamik gegeben ist, die oft die Dynamik der Amplitude übertrifft. Dies ist jedoch abhängig von den Eigensdiaften des Mediums, dessen Füllstand gemessen und/oder überwacht werden soll.An advantageous embodiment of the method according to the invention includes that the amplitude and / or the phase and / or the amount of the response signal is / are used to determine the fill level. From the response signal - usually a current signal - or a signal proportional to it - from the current signal a voltage signal is usually generated via a resistor - so up to three variables are available, from which the change in a process variable or from which the Level can be calculated. In the prior art, usually only the amount of the response signal is evaluated, which means a loss of information. In this embodiment, there are therefore up to two additional variables, by means of which further and more precise calculations are possible. However, this presupposes that the response signal audi is hardly evaluated with regard to the phase, which is easy to implement through digitization. The evaluation of the phase of the response signal or a signal proportional to it has the advantage that the phase usually gives a large dynamic range, which often exceeds the dynamic range of the amplitude. However, this depends on the properties of the medium whose level is to be measured and / or monitored.
[013] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Änderung einer Prozessbedingung durdi die Auswertung des Antwortsignals bei einem bekannten Füllstandswert des Mediums bestimmt wird. Ist der Füllstand des Mediums bekannt - z.B. über ein zweites Füllstandsmessgerät oder über die Eingabe des Wertes -, so lassen sich Schlussfolgerungen daraus ziehen. Vor allem wenn zwei Antwortsignale gegeben sind, die zu unterschiedlichen Zeiten beim gleichen Füllstandswert gewonnen wurden, so kann aus dem Vergleidi der Signale eine Aussage über die Änderung von Prozessbedingungen gewonnen werden. Ist beispielsweise Ansatz aufgetreten, so kann sich dies in einer unterschiedlichen Phase niederschlagen. Die Idee ist also, dass bei gleichem Füllstand unterschiedliche Antwortsignale oder ein Antwortsignal mit vorgegebenen Sollwerten verglidien wird. Zeigen sich Unterschiede, so muss dies auf Änderungen der Prozessbedingungen zurückzuführen sein und die Auswertung erfolgt ab diesem Zeitpunkt vorzugsweise mit einem angepassten Algorithmus oder einer angepassten Auswerteformel.An advantageous embodiment of the method according to the invention includes that the change in a process condition is determined by evaluating the response signal at a known fill level value of the medium. Is the fill level of the medium known - for example via a second fill level measuring device or via the input of value - so conclusions can be drawn. Especially when there are two response signals that were obtained at different times with the same level value, a statement about the change in process conditions can be obtained from the comparison of the signals. If an approach has occurred, for example, this can be reflected in a different phase. The idea is therefore that with the same fill level, different response signals or a response signal with predetermined target values are compared. If there are differences, this must be due to changes in the process conditions and the evaluation is preferably carried out from this point in time using an adapted algorithm or an adapted evaluation formula.
[014] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Änderung eines Ansatzes an der Füllstandssonde bestimmt wird. Je nadi Beschaffenheit des Mediums kann dieses an der Sonde anhaften. Ansatz tritt dann auf, wenn nach Absinken des Füllstandes das Medium an der Sonde hängt und z.B. antrocknet. Ein solcher Ansatz wirkt dann ähnlich einer Metallhülle, die über die Sonde gezogen wird. Dadurch wird die Sonde quasi abgeschirmt und es kaum sogar dazu kommen, dass der Füllstand keine Kapazitätsänderung mehr hervorrufen kann. Deshalb ist Ansatz eine sehr wichtige Prozessbedingung, die vor aülem während der Änderung des Füllstandes, in Abhängigkeit von der Temperatur oder auch der Zeit, über welcher der Ansatz an der Sonde besteht, Änderungen unterworfen ist.[014] An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a change in an approach to the level probe is determined. Depending on the nature of the medium, it can adhere to the probe. Approach occurs when the medium hangs on the probe after the level has dropped and e.g. dries. Such an approach then acts like a metal sheath that is pulled over the probe. As a result, the probe is virtually shielded and it is hardly possible that the level can no longer cause a change in capacity. Therefore approach is a very important process condition, which is subject to changes especially during the change in the fill level, depending on the temperature or also the time over which the approach exists on the probe.
[015] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus der Phase des Antwortsignaiis oder des dazu proportionalen Signals eine Änderung des Ansatzes bestimmt wird. Ansatz ergibt sid dadurch, dass das Medium an der Sonde hängen bleibt. Somit ergibt sich also quasi eine Art Abschirmung um die Sonde herum. Nun erlauben es nicht alle Prozesse, dass die Sonde regelmäßig gereinigt, also von Ansatz befreit wird. Daher sollte in der Füllstandsbestimmung auf den Ansatz eingegangen werden. Eine erste Näherung ergibt, dass der Ansatz zu einer Art von Phasenverschiebung führt. Somit liegt es nahe, dass für die Berechnung des Füllstandes in erster Näherung eine Formel verwendet wird, die u.a. von der Phase des Antwortsignals einen Phasenwert subtrahiert. Die Phasenverschiebung wird also quasi rückgängig gemacht. Dieser zu subtrahierende Phasenwert ist jedodi abhängig von der Ausdehnung und auch von der sonstigen Beschaffenheit des Ansatzes, z.B. auch ob es sich um Ansatz von oben oder von unten, d.h. vom Medium am Stab nach oben handelt.An embodiment of the method according to the invention provides that a change in the approach is determined from the phase of the response signal or the signal proportional to it. Approach results from the fact that the medium remains attached to the probe. This results in a kind of shielding around the probe. Now, not all processes allow the probe to be cleaned regularly, i.e. to free it from build-up. Therefore, the approach should be considered in the level determination. A first approximation shows that the approach leads to a kind of phase shift. It is therefore obvious that a formula is used to calculate the fill level, which among other things subtracts a phase value from the phase of the response signal. The phase shift is thus virtually canceled. However, this phase value to be subtracted depends on the extent and also on the other nature of the approach, e.g. also whether it is an approach from above or from below, i.e. the medium on the rod is up.
[016] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Füll- Standssonde mit einem Wechselstromsignal als elektrischem Ansteuersignal ansteuert wird, und dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung die Frequenz des Ansteuersignais geändert wird. Je nach der Frequenz des Ansteuersignais ist es möglich, dass besonders der Ansatz mehr oder weniger Einfluss auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Somit ist die Idee dieser Ausgestaltung, dass in Abhängigkeit vom Bestimmen eines Ansatzes die Frequenz des An- steuersignals verändert, vorzugsweise vergrößert wird. Diese Ausgestaltung ist jedoch limitiert durch den zur Verfügung stehenden Strom und durch das Problem, dass die Füllstandssonde in Abhängigkeit von seiner länge aus Antenne funktionieren kann. Der Auswertealgorithmus baut also bei dieser Ausgestaltung darauf, dass durd eine aindere Anregefrequenz negative Folgen z.B. des Ansatzes kompensiert werden.An embodiment of the method according to the invention includes that the filling Stand probe is controlled with an AC signal as an electrical control signal, and that the frequency of the control signal is changed depending on the process condition resulting from the change. Depending on the frequency of the control signal, it is possible that the approach in particular has more or less influence on the determination of the fill level. Thus, the idea of this embodiment is that the frequency of the control signal is changed, preferably increased, as a function of determining an approach. However, this configuration is limited by the current available and by the problem that the fill level probe can function depending on its length from the antenna. With this configuration, the evaluation algorithm is based on the fact that a different excitation frequency compensates for negative consequences, for example of the approach.
[017] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass in dem Fall, dass die sich durch die Änderung ergebende Prözessbedingung außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, ein Alarm ausgegeben wird. Es ist z.B. möglich, dass ein Ansatz so dick wird, dass eine zuverlässige Messung nicht mehr möglich ist, weil beispielsweise das Antwortsignal zu schwach ist. Somit ist es sinnvoller, dass an den Benutzer ein Hinweis ausgegeben wird, dass ein Reinigen der Sonde zwingend er- forderlidi ist. Dies gilt jedαh nicht nur für Ansatz, sondern auch für Änderungen der Leitfähigkeit des Mediums, der Temperatur, des Druckes usw.An embodiment of the method according to the invention includes that in the event that the process condition resulting from the change lies outside of a predetermined range, an alarm is issued. It is e.g. it is possible that an approach becomes so thick that a reliable measurement is no longer possible because, for example, the response signal is too weak. It therefore makes more sense for the user to be informed that cleaning of the probe is absolutely necessary. This applies not only to the approach, but also to changes in the conductivity of the medium, the temperature, the pressure, etc.
[018] Die Erfindung gibt ebenfalls eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, wobei mindestens eine Füllstandssonde vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/ Auswerteeinheit vorgesehen ist, die die Füllstandssonde mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde auswertet.The invention also provides a device for capacitive determination of the level of a medium in a container, at least one level probe being provided, and at least one control / evaluation unit being provided which controls the level probe with an electrical control signal, and which evaluates the electrical response signal of the level probe.
[019] Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung dadurch, dass der Regel- /Auswerteeinheit mindestens eine Speichereinheit zugeordnet ist, in welcher Auswertealgorithmen zur Bestimmung des Füllstandes abgelegt sind. Der Regel- /Auswerteeinheit ist also eine Speidiereinheit zugeordnet - dabei kann diese Speichereinheit Bestandteil der eigentlichen Vorrichtung sein oder über eine Datenkommunikationsart (Feldbus, Ethernet usw.) mit der Vorrid tung verbunden sein -, in der mehrere Auswertealgorithmen oder im einfadisten Faill Auswerteformeln abgelegt sind oder aufgrund anderer abgelegter Daten passend erzeugt werden können. Somit stehen der Bestimmung des Füllstandes mehrere Algorithmen/Formeln zur Verfügung, wobei passend zur Änderung einer Prozessbedingung der optimale Algorithmus oder die optimale Formel verwendet wird. [020] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie die Änderung einer Prozessbedingung bestimmt und dass sie entsprechend der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung einen solchen Auswertealgorithmus zur Bestimmung des Füllstandes verwendet, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat. Die Regel-/Auswerteeinheit bestimmt also die Änderung einer Prozessbedingung und bestimmt dann den Füllstauid mit einem Algorithmus, bei weldiem die geänderten und somit neuen Prozessbedingungen möglichst keine Auswirkungen haben, so sollten z.B. Nichtlinearitäten möglichst vermieden werden. Die Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung kaum z.B. über einen zusätzlichen Sensor erfolgen, der eine Prozessbedingung überwacht. Eleganter ist es, direkt aus dem Antwortsignal selbst die Änderung einer Prozessbedingung zu bestimmen. Ansatz hat z.B. Auswirkungen auf die Phase in Hinsicht auf Extremwerte und auch in Hinsicht auf den Verlauf der Phase. Somit kann z.B. aus der Phase auf den Ansatz rückgeschlossen werden.[019] The invention achieves the object with respect to the device in that the control / evaluation unit is assigned at least one memory unit in which evaluation algorithms for determining the fill level are stored. The control / evaluation unit is therefore assigned a feeder unit - this storage unit can be part of the actual device or connected to the device via a data communication type (fieldbus, Ethernet, etc.) - in which several evaluation algorithms or simple evaluation formulas are stored or can be generated appropriately based on other stored data. This means that several algorithms / formulas are available for determining the level, whereby the optimal algorithm or formula is used to change a process condition. An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit is designed such that it determines the change in a process condition and that it uses such an evaluation algorithm for determining the fill level in accordance with the process condition resulting from the change that the process condition resulting from the change has minimal effects on the level determination. The control / evaluation unit thus determines the change in a process condition and then determines the fill level with an algorithm. In the case of weldiem, the changed and thus new process conditions have as little effect as possible, for example nonlinearities should be avoided as far as possible. The change in a process condition can hardly be determined, for example, via an additional sensor which monitors a process condition. It is more elegant to determine the change in a process condition directly from the response signal. Approach, for example, affects the phase with regard to extreme values and also with regard to the course of the phase. Thus, for example, the approach can be drawn from the phase.
[021] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrid tung sieht vor, dass der Regel-/ Auswerteeinheit mindestens ein Analcg/Digitalwandler zugeordnet ist, der mindestens das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal digitalisiert. Hierüber lässt sich das Antwortsignal - meist ein Stromsignal - oder ein dazu proportionales Signal - üblicherweise ein Spannungssignal - digitalisieren und somit optimal auswerten, wozu auch gehört, dass vom Antwortsignal nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase ausgewertet wird. Vorzugsweise ist die Regel- /Auswerteinheit ein Mikroprozessor mit einem entsprechenden Signaleingang zum Analcg/Digitalwandler.An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit is assigned at least one analog / digital converter which digitizes at least the response signal and / or a signal proportional to it. This allows the response signal - usually a current signal - or a signal proportional to it - usually a voltage signal - to be digitized and thus optimally evaluated, which also includes that the response signal not only evaluates the amplitude but also the phase. The control / evaluation unit is preferably a microprocessor with a corresponding signal input to the analog / digital converter.
[022] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens ein zusätzliches Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes des Mediums vorgesehen ist, dessen Messwert von der Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung verwendet wird. Über dieses zusätzliche Füllstandsmessgerät kann die Änderung einer Prozessgröße bestimmt werden, indem z.B. unterschiedliche Antwortsignaile beim gleichen Füllstandswert miteinander oder mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden. Eine andere Ausgestaltung ist, dass der Benutzer über eine Eingabeeinheit den Füllstandswert der Vorrichtung übermittelt und somit zur Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung beiträgt.One embodiment of the device according to the invention provides that at least one additional fill level measuring device is provided for determining the fill level of the medium, the measured value of which is used by the device for determining the change in a process condition. The change in a process variable can be determined using this additional level measuring device, e.g. different response signals with the same level value can be compared with one another or with corresponding target values. Another embodiment is that the user transmits the fill level value of the device via an input unit and thus contributes to determining the change in a process condition.
[023] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Regel- /Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie aus der Phase des Antwortsignals oder eines dazu proportionalen Signals eine Änderung des Ansatzes an der Füllstandssonde bestimmt. Dies ist die oben angesprochene Ausgestaltung, dass aus dem Antwortsignal selbst die Änderung der Prozessbedingung bestimmt wird. Das Antwortsignal wird also vorzugsweise auf Änderungen hin überprüft, die sich nid t durch die Änderung des Füllstandes, sondern der Prozessbedingung ergeben. Eine Möglichkeit ist, dass die minimalen oder maximalen Werte von Phase oder Amplitude überprüft werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Auswertung des zeitlichen oder Füllstandsabhängigen Verlauf der Größen. Vorzugsweise wird die Phase untersucht, um aus dieser auf den Ansatz zu schließen.An embodiment of the device according to the invention includes that the control / evaluation unit is designed in such a way that it comes from the phase of the response signal or a signal proportional to this determines a change in the approach to the level probe. This is the configuration mentioned above that the change in the process condition itself is determined from the response signal. The response signal is therefore preferably checked for changes that do not result from the change in the fill level, but rather in the process condition. One possibility is to check the minimum or maximum values of phase or amplitude. Another possibility is to evaluate the course of the variables over time or as a function of the fill level. The phase is preferably examined in order to infer the approach from this.
[024] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following drawings.
[025] Es zeigt:[025] It shows:
[026] Fig. 1: einen schematischen Aufbau einer kapazitiven1: shows a schematic structure of a capacitive
[027] Füllstandsmessung,[027] level measurement,
[028] Fig. 2: ein Flussdiagramm zu Verdeutlichung des Verfahrens,[028] FIG. 2: a flow chart to clarify the method,
[029] Fig. 3: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit3: a diagram to clarify the dependency
[030] der Admittanz des Antwortsignals von der Leitfähigkeit und dem[030] the admittance of the response signal from the conductivity and the
[031] DK- Wert des Mediums,DK value of the medium,
[032] Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung des4 shows a diagram to illustrate the effect of the
[033] Ansatzes auf die Admittanz, undApproach to Admittance, and
[034] Fig. 5: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Fehler zweier5: a diagram to illustrate the errors of two
[035] unterschiedlicher Auswerteformeln.[035] different evaluation formulas.
[036] In Fig. 1 bilden die Füllstandssonde 3, die Wand des Behälters 2 und das Medium 3 einen Kondensator, dessen Kapazität C u.a. durdi den Füllstand des Mediums 1 bedingt ist. Weitere Größen, von denen die Kapazität C beeinflusst wird, sind u.a. der Leitwert und die Dielektrizitätskonstante (DK- Wert) des Mediums 1, die Temperatur, der Druck. Weiterhin zeigen sich Abhängigkeiten von der Geometrie der Sonde 3, des Behälters 2 und der Positionierung der Sonde 3 und des Behälters 2 zueinander. Weiterhin kann es je nach Art des Mediums 1 zur Bildung von Ansatz 5 an der Sonde 3 oder der Wandlung des Behälters 2 kommen. Somit ändert nicht nur der Füllstand des Mediums 1 die Kapazität C, sondern auch andere Prozessbedingungen haben Einfluss. Da dies umgekehrt die Bestimmung des Füllstandes erschwert, unsicher oder sogar unmöglich macht, ist die Vorrichtung der Erfindung weiter ausgestaltet. In der Regel-/Auswerteeinheit 4 - diese kann direkt ein Bestandteil der Messvorrichtung sein, kann jedoch auch weiter davon entfernt und z.B. über eine Datenleitung mit der Sonde 3 oder einer dazwischen geschalteten Elektronikeinheit verbunden sein - wird zunächst das Antwortsignal der Sonde 3 oder ein dazu proportionales Signal - aus dem Stromsignal lässt sich über einen Widerstand (graphisch hier nicht dargestellt) ein Spannungssignal gewinnen - durch einen Analcg/Digitalwandler 11 digitalisiert. Dafür ist z.B. in der Regel-/Auswerteeinheit 4 ein Mikroprozessor vorgesehen. Aus diesem digitailisierten Signal lässt sich damn beispielsweise bestimmen, ob sich Ansatz 5 an der Sonde 3 gebildet, bzw. ob sich die Ausdehnung des Ansatzes 5 geändert hat. Liegen Änderungen vor - es lassen sidi audi andere Prozessbedingungen überwadien; dafür sind ggf. entsprechende Sensoren erforderlich, falls sich nicht ein von der Prozessbedingung eindeutiges Verhalten im Antwortsignal zeigt -, so wird der Füllsta id aus dem Antwortsignal mit einer an die neuen Prozessbedingungen angepassten Formel bestimmt. Entsprechende Formeln und Auswertealgorithmen sind dabei in der Speichereinheit 10 hinterlegt. Dort können audi Daten hinterlegt sein, aus denen sich dann eine optimal angepasste Formel oder ein optimaler Algorithmus ergibt. Die Optimierung besteht hierbei darin, dass die sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingungen möglichst geringen Einfluß auf die Bestimmung des Füllstandes haben, also besonders keine fehlerhafte Werte erzeugen. Die Speichereinheit 10 muss jedoch nicht - wie hier dairgestellt - ein Bestandteil der Vorriditung, bzw. der Regel- /Auswerteeinheit 4 sein. Die Idee der Erfindung ist also, den Auswertealgorithmus / die Formel zur Bestimmung des Füllstandes und somit die Bestimmung selbst an die herrschenden Prozessbedingungen anzupassen. Dafür ist es jedoch erforderlich zu erkennen, dass sich die Prozessbedingungen geändert haben. Da sich auch solche Prozessbedingungen einstellen können, die außerhalb gewisser Grenzen liegen, die also außerhalb des Bereiches liegen, in dem sinnvolle und verlässliche Messungen möglich sind, ist weiterhin in der in der Figur dargestellten Ausgestaltung der Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens eine Anzeigeeinheit 15 vorgesehen, über weldie z.B. signalisiert wird, dass der Ansatz so groß ist, dass eine Reinigung der Füllstandssonde 3 vorgenommen werden muss. Die Grenzen der Prozessbedingungen sind dabei ent- sprechend vorzugeben und richten sich auch danach, welche Prozessbedingungen durch die Elektronik und die Auswertealgorilhmen und Formeln noch eine Auswertung des Füllstandssignals zulassen. Das Füllstandsmessgerät 20 ist beispielsweise ein Füllstandsgrenzschalter, der von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Liquiphant" hergestellt und vertrieben wird. Dieses Messgerät 20 ist beispielsweise so relativ zur Sonde 3 positioniert, dass es erkennt, wenn der Füllstand des Mediums 1 so ist, dass die Sonde 3 nicht mehr vom Medium 1 bedeckt wird, wenn die Sonde also frei von Medium sein sollte. Durdi Ansatz 5 ist jedodi die Sonde 3 vom Medium 1 auch im eigentlich freien / unbedeckten Zustand vom Medium 1 umgeben. Da das Füllstandsmessgerät 20 mit der Regel-/Auswerteeinheit 4 verbunden ist, können die Messwerte / Signale des sekundären Messgeräts 20 zur Bestimmung der Änderung einer Prozessgröße - hier vorzugsweise des Ansatzes - herangezogen werden. Durch den Vergleich von Antwortsignalen, die sich jeweils ergeben, wenn der Füllstand unterhalb des unteren Endes der Sonde befindlich ist, lassen sich - z.B. durch die Auswertung der Phase - Rückschlüsse auf den Ansatz 5 ziehen. Anstelle des zusätzlichen Messgerätes 20 ist es auch möglich, dass ein fester Füllstandswert durch eine Interaktion mit einem Benutzer der Regel-/ Auswerteeinheit 4 übermittelt wird. Erforderlich ist allgemein eine Größe, die den Vergleich von Antwortsignalen ermöglicht und die somit die Unsicherheit oder den Fehler, die bzw. der sich durch die Änderung der Prozessbedingung ergibt, ausgleicht.In Fig. 1, the level probe 3, the wall of the container 2 and the medium 3 form a capacitor, the capacitance C, inter alia, is due to the level of the medium 1. Other variables that influence the capacitance C include the conductance and the dielectric constant (DK value) of the medium 1, the temperature and the pressure. There are also dependencies on the geometry of the probe 3, the container 2 and the positioning of the probe 3 and the container 2 to one another. Furthermore, depending on the type of medium 1, formation 5 on probe 3 or the conversion of container 2 may occur. Not only does the level of the medium 1 change the capacitance C, but other process conditions also have an influence. Conversely, since this makes the determination of the fill level difficult, uncertain or even impossible, the device of the invention is further developed. In the control / evaluation unit 4 - this can be a component of the measuring device directly, but can also be further away from it and connected to the probe 3 or an electronic unit connected in between, for example via a data line first the response signal of the probe 3 or a signal proportional to it - a voltage signal can be obtained from the current signal via a resistor (not shown graphically here) - digitized by an analog / digital converter 11. For this purpose, a microprocessor is provided in the control / evaluation unit 4, for example. From this digitized signal, it can be determined, for example, whether attachment 5 has formed on probe 3 or whether the extension of attachment 5 has changed. If there are changes - other process conditions can be overridden; appropriate sensors may be required for this, if the response signal does not show a behavior that is clear from the process condition - the fill level is determined from the response signal using a formula adapted to the new process conditions. Corresponding formulas and evaluation algorithms are stored in the memory unit 10. There, audi data can be stored, from which an optimally adapted formula or an optimal algorithm results. The optimization consists in the fact that the process conditions resulting from the change have as little influence as possible on the determination of the fill level, that is to say in particular they do not produce any incorrect values. However, the storage unit 10 does not have to be a component of the preparatory device or the control / evaluation unit 4, as shown here. The idea of the invention is therefore to adapt the evaluation algorithm / the formula for determining the fill level and thus the determination itself to the prevailing process conditions. However, this requires recognizing that the process conditions have changed. Since such process conditions can also occur which lie outside certain limits, ie which lie outside the range in which meaningful and reliable measurements are possible, a display unit 15 is also provided in the embodiment of the device for implementing the method shown in the figure, It is signaled via weldie, for example, that the approach is so large that the level probe 3 must be cleaned. The limits of the process conditions must be specified accordingly and also depend on which process conditions due to the electronics and the evaluation algorithms and formulas still allow an evaluation of the level signal. The fill level measuring device 20 is, for example, a fill level limit switch, which is manufactured and sold by the applicant under the name "Liquiphant". This measuring device 20 is positioned, for example, relative to the probe 3 in such a way that it detects when the fill level of the medium 1 is such that the Probe 3 is no longer covered by medium 1, so if the probe should be free of medium, Durdi Approach 5 is probe 3 from Medium 1 is surrounded by medium 1 even when it is actually free / uncovered. Since the fill level measuring device 20 is connected to the control / evaluation unit 4, the measured values / signals of the secondary measuring device 20 can be used to determine the change in a process variable - here preferably the approach. By comparing response signals that result when the fill level is below the lower end of the probe, conclusions can be drawn about approach 5, for example by evaluating the phase. Instead of the additional measuring device 20, it is also possible for a fixed level value to be transmitted through an interaction with a user of the control / evaluation unit 4. What is generally required is a quantity which enables the comparison of response signals and which thus compensates for the uncertainty or the error which results from the change in the process condition.
[037] Die Abbildung Fig. 2 zeigt, dass der entscheidende Punkt der Erfindung der ist, festzustellen bzw. zu bestimmen, ob sich eine Prozessbedingung geändert hat. Dabei kann es sich um den Ansatz, den Leitwert, die Geometrie, die Position von Sonde relativ zur Behälterwand - Änderungen sind hier z.B. durch den Betrieb eines Rührwerks möglich -, die Temperatur, den Druck oder um weitere Prozessbedingungen handeln. Meist wird der Fokus auf einer bestimmten Prozessbedingung liegen, die den größten Änderungen unterworfen ist, bzw. die die größten Änderungen auf die Bestimmung des Füllstandes zeigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Ansatz z.B. des Mediums an der Sonde. Es ist jedodi audi möglich, mehrere Prozessbedingungen zu überwachen. Dabei ist dann jedodi eine Abwägung zwischen dem Nutzen und dem Aufwand notwendig.Figure 2 shows that the critical point of the invention is to determine whether a process condition has changed. This can be the approach, the conductance, the geometry, the position of the probe relative to the container wall - changes are e.g. possible by operating an agitator -, the temperature, the pressure or other process conditions. In most cases, the focus will be on a specific process condition that is subject to the greatest changes or that shows the greatest changes in determining the fill level. For example, this is an approach e.g. of the medium on the probe. Jedodi audi can monitor several process conditions. However, it is then necessary to weigh the benefits against the effort.
[038] Das Verfahren ist wie folgt: Liegt keine Änderung vor, so wird weiter der Füllstand bestimmt. Liegt eine Änderung des Füllstandes vor, ist z.B. der Ansatz größer geworden, so wird für die weitere Bestimmung des Füllstandes ein Algorithmus oder eine Formel benutzt, der/die an die neue Prozessbedingung angepasst ist. Die sich aus der Änderung der Prozessbedingung ergebende Prozessbedingung ist also die neue oder aktuelle Prozessbedingung, wobei die Änderung einer Bedingung auch Einfluss auf andere Prozessbedingungen haben kann. So bewirkt beispielsweise die Änderung der Temperatur aud den Einfluss des Ansatzes auf das Antwortsignal, weil der Ansatz austrocknen kann. Mit dem neuen Algorithmus wird dann ebenfalls der Füllstand bestimmt. Die Änderung einer Prozessbedingung kann z.B. aus einem Extremwert im Antwortsignal bestimmt werden, oder z.B. aus der Untersuchung des Verlaufs einer Reihe von Messungen. [039] Die Wert in den Abbildungen Fig. 3 bis Fig. 6 sind aufgrund von Messergebnissen beredinet und simuliert. [040] In der Fig. 3 ist die Abhängigkeit der Admittanz des Antwortsignals von der Leitfähigkeit s (X-Achse) und dem DK- Wert (die einzelnen Kurven) des Mediums dairgestellt. Die Leitfaihigkeit oder conductivity des Mediums ist der reziproke spezifische Widerstand des Mediums: s = 1/r. Der DK- Wert (Dielektrizitätskonstane oder relative Permittivitätszahl) des Mediums e dient zur Berechnung der Kapazität C, r die sich aus der Sonde, der zweiten Sonde bzw. der Behälterwand und dem Medium ergibt: C ~ e . Gezeigt werden (von unten nadi oben) folgende DK- Werte: DK = 2, 10, r 20, 50 und 80. Die Admittanz A oder der Scheinleitwert ist die Amplitude des Antwortsignals. Aus der Graphik ist zu entnehmen, dass die Admittanz von den Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit und DK- Wert abhängig ist. Weiterhin ist auch die Abhängigkeit von der Frequenz des Anregungssignals dargestellt: Diese beträgt für die durchgezogenen Linien 33 kHz und bei den gestrichelten Linien 1 MHz. Durch die Frequenz lässt sich also eine Verschiebung erzielen, die in bestimmten Bereichen quasi einer Veränderung der Leitfähigkeit des Mediums entspricht. Dies zeigt also, dass es durch die Ausgestaltung der Messung bzw. der Messparameter möglich ist, auf die gegebenen Bedingungen zu reagieren. Jedodi ist es nicht immer möglich, die Frequenz beliebig zu setzen, da dies auch abhängig von der zur Verfügung stehenden Energie ist und da darauf geachtet werden muss, dass die Sonde nicht zu einer strahlenden Antenne umfunktioniert wird, dass also nicht die Resonanzfrequenz der Sonde erreicht wird. Die Abhängigkeit der Admittanz von den Eigenschaften des Mediums führt jedoch auch dazu, dass der Anwendungsbereich der kapazitiven Füllstandsbestimmung nicht bei allen Medien direkt möglich ist. Es sind also ggf. auf das spezifische Medium abgestimmt Ausgestaltungen der kapazitiven Messvorrichtung notwendig.The method is as follows: if there is no change, the fill level is further determined. If there is a change in the fill level, for example the approach has become larger, an algorithm or a formula is used for the further determination of the fill level, which is adapted to the new process condition. The process condition resulting from the change in the process condition is therefore the new or current process condition, the change in one condition also being able to influence other process conditions. For example, the change in temperature and the influence of the mixture on the response signal cause the mixture to dry out. The fill level is then also determined using the new algorithm. The change in a process condition can be determined, for example, from an extreme value in the response signal, or, for example, from the examination of the course of a series of measurements. The values in FIGS. 3 to 6 are elaborated and simulated on the basis of measurement results. The dependence of the admittance of the response signal on the conductivity s (X-axis) and the DK value (the individual curves) of the medium is shown in FIG. 3. The conductivity of the medium is the reciprocal specific resistance of the medium: s = 1 / r. The DK value (dielectric constant or relative permittivity number) of the medium e is used to calculate the capacitance C which results from the probe, the second probe or the container wall and the medium: C ~ e. The following DK values are shown (from the bottom to the top): DK = 2, 10, r 20, 50 and 80. The admittance A or the admittance is the amplitude of the response signal. It can be seen from the graphic that the admittance depends on the material properties such as conductivity and DK value. The dependence on the frequency of the excitation signal is also shown: this is 33 kHz for the solid lines and 1 MHz for the dashed lines. The frequency can therefore be used to achieve a shift that corresponds to a change in the conductivity of the medium in certain areas. This therefore shows that the design of the measurement or the measurement parameters makes it possible to react to the given conditions. It is not always possible for Jedodi to set the frequency arbitrarily, since this also depends on the available energy and because care must be taken to ensure that the probe is not converted into a radiating antenna, so that it does not reach the resonant frequency of the probe becomes. However, the dependence of the admittance on the properties of the medium also means that the range of application of the capacitive level determination is not directly possible with all media. It may therefore be necessary to design the capacitive measuring device to match the specific medium.
[041] Die Prozessbedingung Ansatz liegt vor, wenn das Medium an der Füllstandssonde haften bleibt. Der Ansatz hat dann die Wirkung, als ob ein metallischer Schlauch über die Sonde gestülpt worden wäre. Dies führt dauin dazu, dass das Medium außerhalb des Ansatzes nicht mehr richtig gemessen werden kann. Die Sonde wird also quasi durch den Ansatz abgeschirmt. Dabei hat sich gezeigt, dass außer der rein geometrisdien Dimensionierung des Ansatzes die Temperatur des Mediums im Ansatz, aber auch der Grad der Trocknung des Ansatzes starke Auswirkungen auf das Antwortsignal der Sonde haben.[041] The process condition approach exists when the medium adheres to the level probe. The approach then has the effect as if a metallic tube had been put over the probe. This leads to the fact that the medium can no longer be measured correctly outside of the approach. The probe is thus virtually shielded by the approach. It has been shown that in addition to the purely geometrical dimensioning of the approach, the temperature of the medium in the approach, but also the degree of drying of the approach, have a strong impact on the response signal from the probe.
[042] Fig. 4 zeigt die Auswirkungen des Ansatzes. Dargestellt ist die Admittanz in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Mediums. Der DK- Wert des Mediums beträgt dabei 59 und die Füllstand_höhe 60% (0% entspricht einer vom Medium nicht bedeckten Sonde und 100% einer vollständig bedeckten Sonde; die absoluten Werte hängen somit von der länge der Sonde und der Position des Endes der Sonde relativ zum Boden des Behälters ab). Die Kurve Nr. 1 zeigt den Verlauf der Admittanz in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit bei einer Frequenz von 250 kHz ohne Ansatz. Durch den Ansatz an der Sonde ergibt sich die Kurve Nr. 2. Bei Kurve 2 ergibt sich ab einer Leitfaihigkeit von 1000 mS/cm ein dramatische Anstieg der Admittanz durch den Ansatz. Durch den Ansatz ergibt sich also eine zu hohe Admittanz und umgekehrt wird aus der Admittanz auf einen zu hchen Füllstand geschlossen, der nicht gegeben ist. Durch Ansatz an der Sonde wird in diesem Beispiel also der Füllstand übersdiätzt. Die gestrichelte Kurve Nr. 3 zeigt die Auswirkung der Verwendung einer höheren Frequenz von 1 MHz bei Ansatz. Durdi die höhere Anregungsfrequenz erfolgt die Übersdiätzung des Füllstandes durch Ansatz erst bei höheren Leitfähigkeiten. Somit ist durch die Änderung der Frequenz ein größerer Bereich für Medien gegeben, die sich trotz Ansatz noch zuverlässig messen lassen. Die Kurve Nr. 4 verwendet zur Auswertung die Formel F2 (mehr dazu gleich), wobei jedodi die Anregungsfrequenz immer noch 250 kHz beträgt. Zu sehen ist also, dass sich durch die Auswerteformel ebenfalls eine Verschiebung ergibt, die der Verwendung einer höheren Frequenz nahe kommt. Durdi die Art der Auswertung können also die Möglichkeiten der Messung deutlich erweitert werden. Fig. 5 zeigt den relativen gemessenen Füllstand (m für gemessen; H für die Höhe und L für die l nge der Sonde; somit H/Lm) zum relativen Ist-Füllstand (H/L). Die gestrichelte Gerade stellt somit den optimalen Verlauf der Messungen dar. Die Leitfaihigkeit soll 5000 mS/cm betragen und die Ansatzdicke sei 1 mm bei einer Stablänge L von 500 mm. Der Ansatz ist hier so gerechnet, dass er die gesamte Sonde bedeckt. Die l nge des Ansatzes ist also 500 mm. Dabei ist noch zu bemerken, dass die Auswirkung der Variation der Dicke des Ansatzes davon abhängt, wie lang die Sonde ist. Die Anregungsfrequenz ist 250 kHz. Die Kurve 1 wurde mit der Auswerteformel4 shows the effects of the approach. The admittance is shown depending on the conductivity of the medium. The DK value of the medium is 59 and the fill level height 60% (0% corresponds to a probe not covered by the medium and 100% to a fully covered probe; the absolute values therefore depend on the length of the probe and the position of the end of the probe relative to the bottom of the container). Curve No. 1 shows the course of the admittance as a function of the conductivity at a frequency of 250 kHz without starting. The approach to the probe results in curve no. 2. In curve 2, from a conductivity of 1000 mS / cm, there is a dramatic increase in the admittance through the approach. The approach therefore results in an excessively high admittance and, conversely, the admittance leads to an excessively high fill level, which is not given. In this example, the fill level is over-over-eaten by the probe. Dashed curve # 3 shows the effect of using a higher frequency of 1 MHz at approach. Due to the higher excitation frequency, the over-etching of the fill level takes place only with higher conductivities. The change in frequency thus provides a larger range for media that can still be measured reliably despite the approach. Curve No. 4 uses the formula F2 (more on this in a moment), although the excitation frequency is still 250 kHz. It can thus be seen that the evaluation formula also results in a shift that comes close to the use of a higher frequency. Because of the type of evaluation, the possibilities of measurement can be significantly expanded. 5 shows the relative measured fill level (m for measured; H for the height and L for the length of the probe; thus H / Lm) to the relative actual fill level (H / L). The dashed line thus represents the optimal course of the measurements. The conductivity should be 5000 mS / cm and the approach thickness is 1 mm with a rod length L of 500 mm. The approach here is calculated so that it covers the entire probe. The length of the approach is 500 mm. It should also be noted that the effect of varying the thickness of the attachment depends on how long the probe is. The excitation frequency is 250 kHz. Curve 1 was with the evaluation formula
Fl berechnet: Fl = A sin f + A cos f cos (f - f ). A ist dabei die Admittanz und f die oFl calculated: Fl = A sin f + A cos f cos (f - f). A is the admittance and f is the o
Phase des gemessenen Antwortsignals, f ist eine konstante Phasenversdiiebung, die o sich durch Optimierung der Auswertekurve ergibt. Die Kurve 2 wurde mit der Formel F2 beredinet: F2 = A (kl sin f - k2 cos f). Bei dieser Auswerteformel werden also zwei Konstanten kl und k2 verwendet, deren Optimierung eine möglidist gute Anpassung der Kurve an die Sollwerte ergibt. Wie zu sehen, führt Fl generell zu einer Überschätzung des Füllstandes. Die Funktion F2 liefert meist kleinere Fehler, hat jedodi zu Beginn auch eine Unterschätzung des Füllstandes zur Folge. Es wird also offensichtlich, dass je nach Auswahl der Auswerteformeln oder allgemein des Auswertealgorithmen die Messwerte besser und genauer ausgewertet werden können und dass es möglich ist, widrige Prozessbedingungen wie z.B. den Ansatz durdi die Art der Auswertung zu kompensieren. Phase of the measured response signal, f is a constant phase shift that results from the optimization of the evaluation curve. Curve 2 was elaborated with the formula F2: F2 = A (kl sin f - k2 cos f). This evaluation formula therefore uses two constants kl and k2, the optimization of which results in a possibly good adaptation of the curve to the target values. As can be seen, Fl generally leads to an overestimation of the fill level. The function F2 usually delivers minor errors, has jedodi too This also leads to an underestimation of the fill level. It is therefore obvious that depending on the selection of the evaluation formulas or the evaluation algorithm in general, the measured values can be better and more accurately evaluated and that it is possible to compensate for adverse process conditions such as the approach by the type of evaluation.

Claims

Ansprüche [001] Verfahren zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), wobei mindestens eine Füllstandssonde (3) vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit (4) vorgesehen ist, die die Füllstandssonde (3) mit einem elektrisd en Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde (3) auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung mindestens einer Prozessbedingung bestimmt wird, dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung für die Bestimmung des Füllstandes ein derartiger Auswertealgorithmus verwendet wird, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat, und dass aus dem Antwortsignal und/oder einem dazu proportionalen Signal über den Auswertealgorithmus der Füllstand des Mediums (1) bestimmt wird.Claims [001] Method for capacitively determining the fill level of a medium (1) in a container (2), at least one fill level probe (3) being provided, and at least one control / evaluation unit (4) being provided, which the fill level probe ( 3) controlled with an electrical control signal and which evaluates an electrical response signal from the fill level probe (3), characterized in that a change in at least one process condition is determined, depending on the process condition resulting from the change, for determining the fill level Such an evaluation algorithm is used that the process condition resulting from the change has minimal effects on the determination of the fill level, and that the fill level of the medium (1) is determined from the response signal and / or a signal proportional to it via the evaluation algorithm.
[002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal in der Regel- /Auswerteeinheit (4) digitalisiert wird.[002] The method according to claim 1, characterized in that the response signal and / or a signal proportional thereto is digitized in the control / evaluation unit (4).
[003] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Füllstandes die Amplitude und/oder die Phase und/oder der Betrag des Antwortsignals benutzt wird/werden.[003] Method according to claim 1 or 2, characterized in that the amplitude and / or the phase and / or the amount of the response signal is / are used for determining the fill level.
[004] Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung einer Prozessbedingung durch die Auswertung des Antwortsignaüs bei einem bekannten Füllstands wert des Mediums (1) bestimmt wird.[004] Method according to claim 1 or 4, characterized in that the change in a process condition is determined by evaluating the response signal at a known fill level value of the medium (1).
[005] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung eines Ansatzes (5) an der Füllstandssonde (3) bestimmt wird.[005] The method according to claim 1, characterized in that a change in an extension (5) on the level probe (3) is determined.
[006] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Phase des Antwortsignals oder des dazu proportionalen Signals eine Änderung des Ansatzes (5) bestimmt wird.Method according to claim 5, characterized in that a change in the approach (5) is determined from the phase of the response signal or the signal proportional thereto.
[007] Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandssonde (3) mit einem Wechselstromsignal als elektrischem Ansteuersignal ansteuert wird, und dass in Abhängigkeit von der sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung die Frequenz des Ansteuersignais geändert wird.The method of claim 1, 5 or 6, characterized in that the level probe (3) is controlled with an alternating current signal as an electrical control signal, and that the frequency of the control signal is changed depending on the process condition resulting from the change.
[008] Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, ein Alatrm ausgegeben wird.[008] The method of claim 1, 5 or 7, characterized in that in the In the event that the process condition resulting from the change lies outside a predetermined range, an alarm is issued.
[009] Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung des Füllstandes eines Mediums (1) in einem Behälter (2), wobei mindestens eine Füllstandssonde (3) vorgesehen ist, und wobei mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit (4) vorgesehen ist, die die Füllstandssonde (3) mit einem elektrischen Ansteuersignal ansteuert, und die ein elektrisches Antwortsignal der Füllstandssonde (3) auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass der Regel-/ Auswerteeinheit (4) mindestens eine Spei- diereinheit (10) zugeordnet ist, in welcher Auswertealgorithmen zur Bestimmung des Füllstandes des Mediums (1) abgelegt sind.Device for the capacitive determination of the fill level of a medium (1) in a container (2), at least one fill level probe (3) being provided, and at least one control / evaluation unit (4) providing the fill level probe (3 ) with an electrical control signal, and which evaluates an electrical response signal from the fill level probe (3), characterized in that the control / evaluation unit (4) is assigned at least one feed unit (10) in which evaluation algorithms for determining the fill level of the Medium (1) are stored.
[010] Vorriditung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel- /Auswerteeinheit (4) derartig ausgestaltet ist, dass sie die Änderung einer Prozessbedingung bestimmt und dass sie entsprechend der sich durch die Änderung ergebenden Prozessbedingung einen sold en Auswertealgorithmus zur Bestimmung des Füllstandes verwendet, dass die sich durch die Änderung ergebende Prozessbedingung minimale Auswirkungen auf die Bestimmung des Füllstandes hat.Vorriditung according to claim 9, characterized in that the control / evaluation unit (4) is designed such that it determines the change in a process condition and that it a sold en evaluation algorithm for determining the level according to the process condition resulting from the change uses that the process condition resulting from the change has minimal effects on the determination of the fill level.
[011] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regel- /Aus werteeinheit (4) mindestens ein Analcg/Digitalwandler (11) zugeordnet ist, der mindestens das Antwortsignal und/oder ein dazu proportionales Signal digitalisiert.Device according to claim 9, characterized in that the control / evaluation unit (4) is assigned at least one analog / digital converter (11) which digitizes at least the response signal and / or a signal proportional thereto.
[012] Vorriditung nad Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzliches Füllstandsmessgerät (20) zur Bestimmung des Füllstandes des Mediums (1) vorgesehen ist, dessen Messwert von der Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung einer Prozessbedingung verwendet wird. Vorriditung nad claim 9, characterized in that at least one additional level measuring device (20) is provided for determining the level of the medium (1), the measured value of which is used by the device for determining the change in a process condition.
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