WO2016041726A1 - Device and method for monitoring a process variable of a medium - Google Patents

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WO2016041726A1
WO2016041726A1 PCT/EP2015/069058 EP2015069058W WO2016041726A1 WO 2016041726 A1 WO2016041726 A1 WO 2016041726A1 EP 2015069058 W EP2015069058 W EP 2015069058W WO 2016041726 A1 WO2016041726 A1 WO 2016041726A1
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signal
frequency
response signal
probe
measuring
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PCT/EP2015/069058
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Maik WEISHAAR
Dietmar FRÜHAUF
Armin Wernet
Kaj Uppenkamp
Gerd BECHTEL
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Publication date
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring a process variable of a medium in a container with a capacitive measuring probe.
  • the process variable may be given for example by a level, the electrical conductivity and / or the permittivity of the medium, or it is possible to monitor whether the sample has formed on the measuring probe.
  • Corresponding field devices are marketed by the applicant in many different embodiments, for example under the name Liquicap or Solicap.
  • a capacitive measuring probe generally comprises a rod-shaped measuring probe and, if appropriate, a guard electrode which coaxially surrounds the measuring probe and which lies at the same electrical potential.
  • the guard electrode serves to improve the measurement when forming a deposit on the probe.
  • the capacitive measuring method is known per se from the prior art.
  • the measuring probe is acted on by a starting signal in the form of an alternating current, and the filling level is then determined from the response signal received by the measuring probe. This depends on the capacitance of the capacitor formed by a measuring probe and the wall of the container or a second electrode. Depending on the conductivity of the medium, either the medium itself or a probe insulation forms the dielectric of the capacitor.
  • the capacitance is often determined from an apparent current reading, in which the amount of the probe is charged by the probe
  • Probe voltage applied I is measured, more suitable.
  • the additional determination of the phase angle also allows statements about possible formation of a formation, such as in the
  • Transition area can not be reliably determined, so that the corresponding media of the capacitive level measurement are usually not accessible.
  • Frequency scan determines an optimal for each application measurement frequency and is determined from the belonging to this measurement frequency response signal level. Depending on the length of the measuring probe and / or the nature of the medium, in particular the conductivity value, a different measuring frequency is accordingly determined in which the filling level can be determined most accurately. To implement the procedure described in this document, among other things, therefore, a signal generator is needed, which for applying the
  • Measuring probe with a frequency sweep is suitable.
  • a dynamic signal generator is described for example in the hitherto unpublished document DE102013107120.1. This signal generator generates the frequency sweep by means of a clock, which has a constant sampling frequency for
  • the amplitude values of the corresponding periodic signals can be stored as a function of the sampling frequency.
  • the stored amplitude values are then successively read out of the memory unit by means of a control and / or arithmetic unit with the sampling frequency of the clock generator. This then generates the periodic signals.
  • the power consumption plays a particular role when the corresponding field device is to be operated in an explosive atmosphere.
  • Measuring probe can be evaluated at different frequencies.
  • a problem here is that the capacitive load of a probe can vary with frequency.
  • the invention is therefore based on the object to provide a cost-effective and universally applicable measuring circuit for a capacitive probe.
  • the object is achieved by a device for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in a container with at least one operated in the capacitive measurement mode
  • Measuring probe and an electronic unit the electronic unit to do so
  • the probe with an adjustable signal to stimulate
  • an evaluation unit is provided, which is adapted to the process variable from that of the
  • Frequency of the start signal and without loss of information can for determining the respective at least one process variable in each case a response signal of a
  • the frequency of the start signal may be in a range of 1 kHz to at least 10 MHz. Due to the fact that the response signal is transformed to a certain predefinable frequency, the evaluation unit does not need to evaluate a
  • the measuring circuit is configured to
  • the evaluation unit is configured to determine from the transformed start signal and the transformed response signal, the at least one process variable. This makes it possible, the at least one process variable by means of a
  • Admittanzflop in which in addition to the apparent current of the phase angle between the apparent current and the voltage applied to the probe voltage is to be determined. This is particularly advantageous in terms of buildup.
  • the excitation signal for acting on the measuring probe is a constant signal of adjustable frequency.
  • the invention allows the frequency of the excitation signal at the beginning optimally to the
  • the excitation signal for acting on the probe is given by a frequency sweep with successive signals discrete frequencies, which within a predetermined
  • Frequency range are.
  • the evaluation can also be considerably simplified for the multiplicity of response signals generated by means of the frequency sweep. It is advantageous if the starting signal is a rectangular signal, triangular signal or a sinusoidal signal.
  • the signal generator can be, for example, a dynamic signal generator as in the introduction of the description
  • the driver circuit in turn serves to drive the measuring probe with the start signal.
  • the driver circuit should be broadband and designed to drive large capacitive loads. This has the following reason: While the capacity of the probe remains the same at a given level, the reactance changes with the frequency of the start signal and hangs, if the
  • Measuring probe is subjected to a frequency sweep, on the bandwidth of the frequency interval. This leads to a greater load on the driver circuit, which is used to drive capacitive loads over more than an order of magnitude must be suitable. In particular, the driver circuit should be designed to drive loads between 400pF and 4000pF.
  • the driver circuit has a complementary
  • Operational amplifier or voltage follower with voltage feedback operational amplifier is.
  • a shunt resistor serves to generate a voltage signal proportional to the current flowing at the measuring probe and is connected in series therewith.
  • the start signal can be selected from a wide frequency interval, or a
  • a mixer is arranged within the measuring circuit, which mixer is designed to generate from the response signal of the probe a transformed response signal of constant frequency, wherein a first signal for the mixer received by the probe
  • a second signal for the mixer is the excitation signal, which is applied to the probe, and wherein a reference signal for the mixer is a signal with a constant predeterminable frequency difference from the excitation signal.
  • a reference signal for the mixer is a signal with a constant predeterminable frequency difference from the excitation signal.
  • the mixer is an analog down mixer
  • the electronic unit is designed such that the excitation signal and the response signal by the same switching branch for
  • Evaluation unit flow for this purpose, for example, an analog switch can be used in front of the mixer.
  • this results in a lower sensitivity to interference, such as temperature and / or voltage fluctuations.
  • Evaluation unit integrated a static filter. It is advantageous if the filter is a static low-pass filter, in particular a static low-pass filter 6.
  • the filter then filters out the signal at the desired frequency and amplifies it.
  • a static filter can be used. The filter ensures a particularly störunskye circuitry.
  • the at least one process variable is a continuous or predetermined level of a medium in a container.
  • the object according to the invention is also achieved by a method for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in a container with at least one measuring probe operated in the capacitive measuring mode and an electronic unit, wherein the measuring probe is acted on by an adjustable starting signal, wherein the received from the measuring probe Response signal is transformed independently of the frequency of the start signal into a response signal of a predetermined frequency, and wherein the process variable is determined from the transformed response signal obtained from the measuring probe.
  • the present invention enables a capacitive
  • Measuring probe with a start signal with a variety of different
  • the invention is also characterized by a simple inexpensive and space-saving design, large
  • Fig. 1 a schematic representation of a measuring probe in a container according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a typical construction for a measuring probe 1, by means of which a predetermined fill level can be monitored in the capacitive measuring method.
  • the measuring probe 1 is arranged on a container 2 and protrudes partially into it.
  • the container in turn is at least partially filled with a medium 3.
  • the measuring probe 1 is composed in the present example of a measuring electrode 5 and a guard electrode 6, which serves to avoid the formation of approach.
  • the measuring probe is connected outside the container to an electronic unit 7, which is used for signal acquisition, evaluation and / or supply
  • a block diagram of an electronic unit 7 according to the invention is the subject of FIG. 2.
  • a signal generator 9 a periodic signal is generated. This can either be a constant signal of adjustable frequency or else a frequency sweep.
  • a measuring circuit 8 the
  • Probe 1 operated, and that the response signal of the probe 1 evaluated at different frequencies. For this purpose, an admittance measurement is made in the example shown here.
  • Driver circuit 10 is provided. This amplifies the start signal and impresses it to a series circuit consisting of the measuring probe 1 and a shunt resistor 12a, 12b, which can be selected via an analog switch 11 for range switching, in a resistor network 12. About the respective shunt resistor
  • the mixer 14 is a discretely constructed circuit arrangement which makes it possible to generate different mixing frequencies by multiplying the measurement signal by a second additionally generated signal U z .
  • a downward mixing is realized, in which the reference signal used second additionally generated signal U z in the form of a rectangular signal has a constant frequency difference to the actual response signal U a .
  • the difference frequency of the two capture frequencies is achieved at the output of the mixer 14.
  • a transformed response signal of constant frequency can be generated from the response signal of the measuring probe U a .
  • the mixer 14 is followed by a static filter 15, because the output signal of the mixer 14 by the simple discrete mixture contains many different frequencies.
  • the response signal transformed in this way is finally forwarded to the microcontroller 16 and processed there.
  • By downconverting to a low constant frequency it is possible to work with a simple microcontroller 16 with an integrated analog-to-digital converter.
  • the measuring circuit is characterized by a low power consumption and a low cost.

Abstract

The invention relates to a device for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium (2) in a container (3), comprising at least one measurement probe (1) operated in the capacitive measuring mode and an electronic unit (7), the electronic unit (7) being designed to apply an adjustable excitation signal to the measuring probe (1), wherein a measuring circuit (8) is provided inside the electronic unit (7), which is designed to transform the response signal received from the measurement probe (1) into a response signal of a predetermined frequency independently of the frequency of the excitation signal, wherein an evaluation unit (16) is provided, which is designed to determine the process variable from the transformed response signal received from the measurement probe (1).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Prozessgröße eines  Device and method for monitoring a process variable of a
Mediums  medium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter mit einer kapazitiven Messsonde. Die Prozessgröße kann beispielsweise durch einen Füllstand, die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Permittivität des Mediums gegeben sein, oder es ist überwachbar, ob sich Ansatz an der Messsonde gebildet hat. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in vielen unterschiedlichen Ausgestaltungen vertrieben, beispielsweise unter der Bezeichnung Liquicap oder Solicap. The invention relates to a method and a device for monitoring a process variable of a medium in a container with a capacitive measuring probe. The process variable may be given for example by a level, the electrical conductivity and / or the permittivity of the medium, or it is possible to monitor whether the sample has formed on the measuring probe. Corresponding field devices are marketed by the applicant in many different embodiments, for example under the name Liquicap or Solicap.
Eine kapazitive Messsonde umfasst in der Regel eine stabförmige Messsonde und gegebenenfalls eine die Messsonde koaxial umgebende Guard-Elektrode, welche auf dem gleichen elektrischen Potential liegt. Die Guard-Elektrode dient dabei der Verbesserung der Messung bei Ansatzbildung an der Messsonde. Dieses Vorgehen ist aus der Druckschrift DE 32 12 434 C2 bekanntgeworden. Das kapazitive Messverfahren ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt Die Messsonde wird mit einem Anregesignal in Form eines Wechselstroms beaufschlagt und aus dem von der Messsonde empfangenen Antwortsignal wird anschließend der Füllstand bestimmt. Dieser hängt ab von der Kapazität des von einer Messsonde und der Wandung des Behälters oder einer zweiten Elektrode gebildeten Kondensators. Je nach Leitfähigkeit des Mediums bildet hierbei entweder das Medium selbst oder eine Sondenisolierung das Dielektrikum des Kondensators. Die Kapazität wiederum wird oftmals aus einer Scheinstrommessung bestimmt, bei welcher der Betrag des durch die Beaufschlagung der Sonde mit einem A capacitive measuring probe generally comprises a rod-shaped measuring probe and, if appropriate, a guard electrode which coaxially surrounds the measuring probe and which lies at the same electrical potential. The guard electrode serves to improve the measurement when forming a deposit on the probe. This procedure has become known from the document DE 32 12 434 C2. The capacitive measuring method is known per se from the prior art. The measuring probe is acted on by a starting signal in the form of an alternating current, and the filling level is then determined from the response signal received by the measuring probe. This depends on the capacitance of the capacitor formed by a measuring probe and the wall of the container or a second electrode. Depending on the conductivity of the medium, either the medium itself or a probe insulation forms the dielectric of the capacitor. The capacitance, in turn, is often determined from an apparent current reading, in which the amount of the probe is charged by the probe
Wechselstrom fließenden Scheinstroms gemessen wird. Da dieser aber einen Wirk- und Blindanteil aufweist, ist oftmals eine Admittanzmessung, bei welcher neben dem Scheinstrom der Phasenwinke zwischen dem Scheinstrom und der an der AC flowing apparent current is measured. However, since this has an active and reactive component, is often an admittance measurement, in which in addition to the apparent current of the phase angle between the apparent current and at the
Messsonde anliegenden Spannung I gemessen wird, besser geeignet. Die zusätzliche Bestimmung des Phasenwinkels erlaubt es darüber hinaus, Aussagen über mögliche Ansatzbildung zu treffen, wie beispielsweise in der Probe voltage applied I is measured, more suitable. The additional determination of the phase angle also allows statements about possible formation of a formation, such as in the
DE102004008125A1 beschrieben. DE102004008125A1 described.
Bei kapazitiven Sonden stellt sich das Problem, dass die Frequenz der angelegten Wechselspannung auf Grund von Resonanzeffekten umso geringer zu wählen ist, je länger die Messsonde ist. Auf der anderen Seite verringert sich der Einfluss von Ansatzbildung bei höheren Messfrequenzen. Dabei spielt Ansatz bei kurzen und langen Messsonden gleichermaßen eine Rolle. Da in der Regel die entsprechenden Elektronikeinheiten nur zur Beaufschlagung der Messsonden mit einer konstanten Frequenz ausgelegt sind, gilt es für die Frequenz den besten Kompromiss zu finden. Deshalb wird zumeist eine Frequenz für das Anregesignal gewählt, welches für alle Längen der Messsonden gleichermaßen geeignet ist. Dieses liegt dann jedoch unterhalb der für kürzere Sonden optimalen Frequenz. Ein weiteres Problem tritt bei Medien auf, deren Leitfähigkeitswerte in einem For capacitive probes, the problem arises that the frequency of the applied AC voltage is lower the longer the probe is because of resonance effects. On the other hand, the influence of build-up decreases at higher measurement frequencies. Approach is equally important for short and long probes. Since usually the corresponding electronic units are designed only to load the measuring probes with a constant frequency, it is important to find the best compromise for the frequency. Therefore, a frequency is usually selected for the excitation signal, which is equally suitable for all lengths of the probes. However, this is below the optimum frequency for shorter probes. Another problem occurs with media whose conductivity values are in one
Übergangsbereich zwischen einem Permittivitätsabhängigen und einem Transition region between a permittivity dependent and a
Permittivitätsunabhängigen Bereich liegen. Der Füllstand ist in diesem Permittivitätsunabhängigen range lie. The level is in this
Übergangsbereich nicht zuverlässig bestimmbar, sodass entsprechende Medien der kapazitiven Füllstandsmessung normalerweise nicht zugänglich sind. Transition area can not be reliably determined, so that the corresponding media of the capacitive level measurement are usually not accessible.
Um diese beiden Problematiken zu überwinden, wurde in der Druckschrift To overcome these two problems, was in the document
DE10201 1003158A1 ein auf dem kapazitiven Messprinzip beruhendes Messgerät und Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Messsonde zumindest zeitweise mittels eines Frequenz-Sweeps mit einem Anregesignal beaufschlagt wird, welches eine Vielzahl an innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbands liegenden, aufeinander folgenden, diskreten Frequenzen aufweist, und wobei an Hand des DE10201 1003158A1 a measuring device and method based on the capacitive measuring principle proposed, in which the probe is acted upon at least temporarily by means of a frequency sweep with an excitation signal having a plurality of lying within a predetermined frequency band, consecutive discrete frequencies, and wherein at Hand of the
Frequenzsuchlaufs eine für die jeweilige Anwendung optimale Messfrequenz ermittelt und aus dem zu dieser Messfrequenz gehörenden Antwortsignal der Füllstand bestimmt wird. Je nach Länge der Messsonde und/oder der Beschaffenheit des Mediums, insbesondere dem Leitfähigkeitswert, wird entsprechend eine unterschiedliche Messfrequenz ermittelt, bei welcher der Füllstand am genauesten bestimmbar ist. Zur Umsetzung des in dieser Druckschrift beschriebenen Vorgehens wird unter anderem also ein Signalgenerator benötigt, welcher zur Beaufschlagung der Frequency scan determines an optimal for each application measurement frequency and is determined from the belonging to this measurement frequency response signal level. Depending on the length of the measuring probe and / or the nature of the medium, in particular the conductivity value, a different measuring frequency is accordingly determined in which the filling level can be determined most accurately. To implement the procedure described in this document, among other things, therefore, a signal generator is needed, which for applying the
Messsonde mit einem Frequenz-Sweep geeignet ist. Ein solcher dynamischer Signalgenerator ist beispielsweise in der bisher noch nicht offengelegten Schrift DE102013107120.1 beschrieben. Dieser Signalgenerator erzeugt den Frequenz- Sweep mittels eines Taktgebers, welcher eine konstante Abtastfrequenz zur Measuring probe with a frequency sweep is suitable. Such a dynamic signal generator is described for example in the hitherto unpublished document DE102013107120.1. This signal generator generates the frequency sweep by means of a clock, which has a constant sampling frequency for
Verfügung stellt, die größer ist als die maximale diskrete Signalfrequenz im Which is greater than the maximum discrete signal frequency
vorgegebenen Frequenzbereich. Darüber hinaus können in einer Speichereinheit zu jeder der diskreten Signalfrequenzen die Amplitudenwerte der entsprechenden periodischen Signale in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz gespeichert werden. Die gespeicherten Amplitudenwerte werden anschließend mittels einer Steuer- und/oder Recheneinheit sukzessive mit der Abtastfrequenz des Taktgebers aus der Speichereinheit ausgelesen. Diese erzeugt dann die periodischen Signale. Beide Lösungsansätze sind ferner so ausgestaltet, dass sie nur eine geringe predetermined frequency range. Moreover, in a memory unit at each of the discrete signal frequencies, the amplitude values of the corresponding periodic signals can be stored as a function of the sampling frequency. The stored amplitude values are then successively read out of the memory unit by means of a control and / or arithmetic unit with the sampling frequency of the clock generator. This then generates the periodic signals. Both approaches are also designed so that they are only a small
Leistungsaufnahme der jeweiligen Bauteile einer Elektronikeinheit gewährleisten. Diese strengen Anforderungen an die Leistungsaufnahme sind in Hinblick auf gängige Schnittstellen wie einer 4-20mA Schnittstelle oder einer NAMUR  Ensure power consumption of the respective components of an electronic unit. These stringent power requirements are with regard to common interfaces like a 4-20mA interface or a NAMUR
Schnittstelle notwendig. Die Leistungsaufnahme spielt insbesondere eine Rolle, wenn das entsprechende Feldgerät in einer explosionsfähigen Atmosphäre betrieben werden soll. Interface necessary. The power consumption plays a particular role when the corresponding field device is to be operated in an explosive atmosphere.
Neben einer dynamischen Signalerzeugung und der Bestimmung der optimalen Messfrequenz für die Detektion des Füllstandes muss mittels einer geeigneten Messschaltung gewährleistet sein, dass die Messsonde mit unterschiedlichsten Frequenzen beaufschlagt werden kann, sowie dass das Antwortsignal der In addition to a dynamic signal generation and the determination of the optimum measurement frequency for the detection of the level must be ensured by means of a suitable measuring circuit that the probe can be acted upon with a variety of frequencies, and that the response signal of the
Messsonde bei unterschiedlichsten Frequenzen ausgewertet werden kann. Ein Problem hierbei besteht darin, dass die kapazitive Last einer Messsonde mit der Frequenz variieren kann. Measuring probe can be evaluated at different frequencies. A problem here is that the capacitive load of a probe can vary with frequency.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und universell einsetzbare Messschaltung für eine kapazitive Messsonde bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter mit zumindest einer im kapazitiven Messmodus betriebenen The invention is therefore based on the object to provide a cost-effective and universally applicable measuring circuit for a capacitive probe. The object is achieved by a device for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in a container with at least one operated in the capacitive measurement mode
Messsonde und einer Elektronikeinheit, wobei die Elektronikeinheit dazu Measuring probe and an electronic unit, the electronic unit to do so
ausgestaltet ist, die Messsonde mit einem einstellbaren Anregesignal zu is designed, the probe with an adjustable signal to stimulate
beaufschlagen, wobei innerhalb der Elektronikeinheit eine Messschaltung apply, wherein within the electronic unit, a measuring circuit
vorgesehen ist, welche dazu ausgestaltet ist, das von der Messsonde erhaltene Antwortsignal unabhängig von der Frequenz des Anregesignals in ein Antwortsignal einer vorgegebenen Frequenz zu transformieren, wobei eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die dazu ausgestaltet ist, die Prozessgröße aus dem von der is provided, which is configured to transform the response signal received from the probe independent of the frequency of the exciting signal into a response signal of a predetermined frequency, wherein an evaluation unit is provided, which is adapted to the process variable from that of the
Messsonde erhaltenen transformierten Antwortsignal zu ermitteln. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung bietet verschiedene Vorteile: Unabhängig von der Probe to be obtained transformed response signal. Such a configured device offers various advantages: Regardless of the
Frequenz des Anregesignals und ohne Informationsverlust kann zur Bestimmung der jeweiligen mindestens einen Prozessgröße jeweils ein Antwortsignal einer Frequency of the start signal and without loss of information can for determining the respective at least one process variable in each case a response signal of a
bestimmten konstanten vorgebbaren Frequenz ausgewertet werden. Dabei kann die Frequenz des Anregesignals in einem Bereich von 1 kHz bis mindestens 10MHz liegen. Dadurch, dass das Antwortsignal auf eine bestimmte vorgebbare Frequenz transformiert wird, muss die Auswerteeinheit nicht zur Auswertung eines be evaluated at certain constant predetermined frequency. The frequency of the start signal may be in a range of 1 kHz to at least 10 MHz. Due to the fact that the response signal is transformed to a certain predefinable frequency, the evaluation unit does not need to evaluate a
Antwortsignals mit einem breiten Frequenzspektrum ausgelegt sein. Dies ist insbesondere in Bezug auf den jeweiligen MikroController vorteilhaft. Insbesondere hochfrequente Signale können in der Regel nämlich mit einfachen und/oder Low- Power-Mikrocontrollern nicht verarbeitet werden. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird dies jedoch möglich. Weil trotz eines dynamischen Anregesignals eine Auswertung bei einer festen Frequenz ausgeführt werden kann, ist die erfindungsgemäße Lösung ferner kostengünstig und zeichnet sich zugleich durch eine geringe Leistungsaufnahme aus. Response signal to be designed with a wide frequency spectrum. This is particularly advantageous with respect to the respective microcontroller. In particular, high-frequency signals can generally not be processed with simple and / or low-power microcontrollers. However, this is possible by the procedure according to the invention. Because, in spite of a dynamic start signal, an evaluation can be carried out at a fixed frequency, the solution according to the invention is furthermore inexpensive and at the same time has a low power consumption.
In einer ersten Ausgestaltung ist die Messschaltung dazu ausgestaltet, das In a first embodiment, the measuring circuit is configured to
Anregesignal auf die gleiche Frequenz wie das Antwortsignal zu transformieren, und die Auswerteeinheit ist dazu ausgestaltet, aus dem transformierten Anregesignal und dem transformierten Antwortsignal die zumindest einen Prozessgröße zu bestimmen. Dadurch wird es möglich, die mindestens eine Prozessgröße mittels einer To transform the start signal to the same frequency as the response signal, and the evaluation unit is configured to determine from the transformed start signal and the transformed response signal, the at least one process variable. This makes it possible, the at least one process variable by means of a
Admittanzmessung, bei welcher neben dem Scheinstrom der Phasenwinke zwischen dem Scheinstrom und der an der Messsonde anliegenden Spannung gemessen wird, zu bestimmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf Ansatzbildung. Admittanzmessung, in which in addition to the apparent current of the phase angle between the apparent current and the voltage applied to the probe voltage is to be determined. This is particularly advantageous in terms of buildup.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist das Anregesignal zur Beaufschlagung der Messsonde ein konstantes Signal einstellbarer Frequenz. In diesem Falle erlaubt es die Erfindung, die Frequenz des Anregesignals zu Beginn optimal auf die In a further possible embodiment, the excitation signal for acting on the measuring probe is a constant signal of adjustable frequency. In this case, the invention allows the frequency of the excitation signal at the beginning optimally to the
Beschaffenheit des Mediums und auf die Länge der Messsonde einzustellen und vermeidet, dass jeweils lediglich die Frequenz, welche den besten Kompromiss für alle Längen der Messsonde erlaubt, verwendet werden muss. So werden vorteilhaft auch Medien mit einem Leitfähigkeitswert aus dem Übergangsbereich der To adjust the composition of the medium and the length of the probe and avoids that only the frequency, which allows the best compromise for all lengths of the probe must be used. Thus, also advantageous media with a conductivity value from the transition region of
kapazitiven Füllstandsmessung zugänglich. Capacitive level measurement accessible.
Alternativ ist in einer anderen Ausgestaltung das Anregesignal zur Beaufschlagung der Messsonde gegeben ist durch einen Frequenz-Sweep mit aufeinanderfolgenden Signalen diskreter Frequenzen, welche innerhalb eines vorgegebenen Alternatively, in another embodiment, the excitation signal for acting on the probe is given by a frequency sweep with successive signals discrete frequencies, which within a predetermined
Frequenzbereichs liegen. Durch die Transformation des Antwortsignals in ein Signal mit vorgebbare Frequenz kann die Auswertung auch für die Vielzahl der mittels des Frequenz-Sweeps erzeugten Antwortsignale erheblich vereinfacht werden. Es ist von Vorteil, wenn das Anregesignal ein Rechtecksignal, Dreiecksignal oder ein Sinussignal ist.  Frequency range are. By transforming the response signal into a signal with a predefinable frequency, the evaluation can also be considerably simplified for the multiplicity of response signals generated by means of the frequency sweep. It is advantageous if the starting signal is a rectangular signal, triangular signal or a sinusoidal signal.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind innerhalb der Elektronikeinheit zur Generierung des Anregesignals ein Signalgenerator und eine breitbandige In a particularly preferred embodiment, within the electronics unit for generating the start signal, a signal generator and a broadband
Treiberschaltung angeordnet. Der Signalgenerator kann dabei beispielsweise ein dynamischer Signalgenerator sein wie in der Einleitung der Beschreibung Driver circuit arranged. The signal generator can be, for example, a dynamic signal generator as in the introduction of the description
beschrieben. Die Treiberschaltung wiederum dient dem Treiben der Messsonde mit dem Anregesignal. Die Treiberschaltung sollte dabei breitbandig und zum Treiben großer kapazitiver Lasten ausgelegt sein. Dies hat folgenden Grund: Während die Kapazität der Messsonde bei gegebenem Füllstand gleich bleibt, ändert sich der Blindwiderstand mit der Frequenz des Anregesignals und hängt, sofern die described. The driver circuit in turn serves to drive the measuring probe with the start signal. The driver circuit should be broadband and designed to drive large capacitive loads. This has the following reason: While the capacity of the probe remains the same at a given level, the reactance changes with the frequency of the start signal and hangs, if the
Messsonde mit einem Frequenz-Sweep beaufschlagt wird, von der Bandbreite des Frequenzintervalls ab. Dies führt zu einer größeren Belastung der Treiberschaltung, welche zum Treiben von kapazitiven Lasten über mehr als eine Größenordnung geeignet sein muss. Insbesondere sollte die Treiberschaltung zum Treiben von Lasten zwischen 400pF und 4000pF ausgelegt sein. Measuring probe is subjected to a frequency sweep, on the bandwidth of the frequency interval. This leads to a greater load on the driver circuit, which is used to drive capacitive loads over more than an order of magnitude must be suitable. In particular, the driver circuit should be designed to drive loads between 400pF and 4000pF.
Weitere Kriterien für die Auswahl einer geeigneten Treiberschaltung liegen in einer möglichst hohen Amplitudenstabilität, einem geringen Leistungsverbrauch und einem möglichst gleichbleibenden Leistungsverbrauch unabhängig von der jeweiligen kapazitiven Last. Dabei sind außerdem möglichst geringe Kosten wünschenswert. All diese Kriterien führen zu der Auswahl der oben genannten Möglichkeiten für eine geeignete Treiberschaltung. Further criteria for the selection of a suitable driver circuit are the highest possible amplitude stability, low power consumption and power consumption that is as constant as possible regardless of the respective capacitive load. In addition, the lowest possible costs are desirable. All these criteria lead to the selection of the above possibilities for a suitable driver circuit.
Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Treiberschaltung eine komplementäre Therefore, it is advantageous if the driver circuit has a complementary
Gegentaktstufe, ein Spannungsfolger mit stromrückgekoppeltem Push-pull stage, a voltage follower with current-feedback
Operationsverstärker, oder ein Spannungsfolger mit spannungsrückgekoppeltem Operationsverstärker ist. Operational amplifier, or voltage follower with voltage feedback operational amplifier is.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn ein einstellbares Widerstandnetzwerk mit unterschiedlich einstellbaren Shunt-Widerständen vorgesehen ist. Ein Shunt- Widerstand dient der Erzeugung eines zum fließenden Strom an der Messsonde proportionales Spannungssignal und ist in Reihe zu dieser geschaltet. Kann nun das Anregesignal aus einem breiten Frequenzintervall gewählt werden, oder ein In addition, it is advantageous if an adjustable resistor network with differently adjustable shunt resistors is provided. A shunt resistor serves to generate a voltage signal proportional to the current flowing at the measuring probe and is connected in series therewith. Now the start signal can be selected from a wide frequency interval, or a
Frequenz-Sweep verwendet werden, muss dann der Shunt-Widerstand Frequency sweep must be used, then the shunt resistor
entsprechend angepasst werden, was durch das einstellbare Widerstandsnetzwerk erreicht werden kann. Durch diese Möglichkeit der Bereichsumschaltung kann stets die bestmögliche Genauigkeit bzw. Auflösung für die jeweilige Messung erzielt werden. be adjusted accordingly, which can be achieved by the adjustable resistor network. This possibility of range switching can always achieve the best possible accuracy or resolution for the respective measurement.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist innerhalb der Messschaltung ein Mischer angeordnet, welcher Mischer dazu ausgestaltet ist, aus dem Antwortsignal der Messsonde ein transformiertes Antwortsignal konstanter Frequenz zu erzeugen, wobei ein erstes Signal für den Mischer das von der Messsonde empfangene In a particularly preferred embodiment, a mixer is arranged within the measuring circuit, which mixer is designed to generate from the response signal of the probe a transformed response signal of constant frequency, wherein a first signal for the mixer received by the probe
Antwortsignal ist, wobei ein zweites Signal für den Mischer das Anregesignal ist, mit welchem die Messsonde beaufschlagt wird, und wobei ein Referenzsignal für den Mischer ein Signal mit konstanter vorgebbarer Frequenzdifferenz zum Anregesignal ist. Es werden zwei Signale vom eigentlichen Messzweig an den Mischer weitergeleitet, das von der Messsonde empfangene Antwortsignal und das Anregebzw. Treibersignal. Diese können dabei direkt mit Bezug zur Masse erfasst werden. Mischer finden sich im Stand der Technik hauptsächlich im Hochfrequenz-Bereich wieder; hier wird der Mischer jedoch für vergleichsweise niedrige Frequenzen eingesetzt. Die Verwendung eines Mischers zeichnet sich vorteilhaft durch seine Unempfindlichkeit gegenüber Störungen und seine geringe Leistungsaufnahme. Da insbesondere hochfrequente Signale nicht mit den üblichen kostengünstigeren MikroControllern verarbeitet werden können, ist ein Mischer darüber hinaus insbesondere aufgrund der Möglichkeit, solche Frequenzen zu niedrigeren Response signal is, wherein a second signal for the mixer is the excitation signal, which is applied to the probe, and wherein a reference signal for the mixer is a signal with a constant predeterminable frequency difference from the excitation signal. There are two signals from the actual measuring branch to the mixer forwarded, received by the probe response signal and the Anregebzw. Drive signal. These can be recorded directly with reference to the mass. Mixers are found in the prior art mainly in the high frequency range again; however, the mixer is used here for comparatively low frequencies. The use of a mixer is distinguished by its insensitivity to interference and its low power consumption. In particular, since high-frequency signals can not be processed with the usual lower-cost microcontrollers, a mixer is in particular due to the possibility of such frequencies to lower
Frequenzen transformieren zu können vorteilhaft. Transforming frequencies is advantageous.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der Mischer ein analoger Abwärtsmischer, It is advantageous if the mixer is an analog down mixer,
insbesondere ein diskret aufgebauter JFET Mischer, ist. Eine derartige diskret aufgebaute Schaltungsanordnung ermöglicht es, durch Multiplikation des in particular, a discretely constructed JFET mixer. Such a discretely constructed circuit arrangement makes it possible by multiplying the
Antwortsignals und das Anrege- bzw. Treibersignals mit einem zusätzlich erzeugten Signal verschiedene Mischfrequenzen zu erzeugen. Dabei wird für das zweite erzeugte Signal eine konstante Frequenzdifferenz zum eigentlichen Antwortsignal gewählt, wobei am Ausgang des Mischers die Differenzfrequenz der beiden Response signal and the excitation or drive signal with an additionally generated signal to produce different mixing frequencies. In this case, a constant frequency difference is selected for the second generated signal to the actual response signal, wherein at the output of the mixer, the difference frequency of the two
Eingangsfrequenzen realisiert wird. Input frequencies is realized.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Elektronikeinheit so ausgestaltet ist, dass das Anregesignal und das Antwortsignal durch denselben Schaltzweig zur In addition, it is advantageous if the electronic unit is designed such that the excitation signal and the response signal by the same switching branch for
Auswerteeinheit fließen. Dazu kann beispielsweise ein analoger Schalter vor dem Mischer verwendet werden. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine geringere Sensitivität gegenüber Störeinflüssen, wie Temperatur- und/oder Spannungsschwankungen. Evaluation unit flow. For this purpose, for example, an analog switch can be used in front of the mixer. Advantageously, this results in a lower sensitivity to interference, such as temperature and / or voltage fluctuations.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Messschaltung und der In a preferred embodiment is between the measuring circuit and the
Auswerteeinheit ein statischer Filter integriert. Es ist dabei von Vorteil, wenn der Filter ein statischer Tiefpassfilter, insbesondere ein statischer Tiefpassfilter 6. Evaluation unit integrated a static filter. It is advantageous if the filter is a static low-pass filter, in particular a static low-pass filter 6.
Ordnung, ist, dessen Frequenz auf das transformierte Antwortsignal angepasst ist. Diese Maßnahme ergibt sich dadurch, dass nach der Abwärtsmischung viele verschiedene Frequenzen im Ausgangssignal des Mischers vorhanden sind. Der Filter filtert dann das Signal mit der gewünschten Frequenz heraus und verstärkt dieses. Dadurch, dass das Antwortsignal auf eine bestimmte vorgebbare Frequenz transformiert wird, kann dazu ein statisches Filter verwendet werden. Der Filter sorgt dabei für eine besonders störunempfindliche Schaltungsanordnung. Order, whose frequency is matched to the transformed response signal. This measure results from the fact that many different frequencies are present in the output signal of the mixer after the downward mixing. The filter then filters out the signal at the desired frequency and amplifies it. In that the response signal to a certain predetermined frequency is transformed, a static filter can be used. The filter ensures a particularly störunempfindliche circuitry.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die mindestens eine Prozessgröße ein kontinuierlicher oder vorgegebener Füllstand eines Mediums in einem Behälter ist. In a preferred embodiment, the at least one process variable is a continuous or predetermined level of a medium in a container.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter mit zumindest einer im kapazitiven Messmodus betriebenen Messsonde und einer Elektronikeinheit, wobei die Messsonde mit einem einstellbaren Anregesignal beaufschlagt wird, wobei das von der Messsonde erhaltene Antwortsignal unabhängig von der Frequenz des Anregesignal in ein Antwortsignal einer vorgegebenen Frequenz transformiert wird, und wobei die Prozessgröße aus dem von der Messsonde erhaltenen transformierten Antwortsignal ermittelt wird. The object according to the invention is also achieved by a method for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium in a container with at least one measuring probe operated in the capacitive measuring mode and an electronic unit, wherein the measuring probe is acted on by an adjustable starting signal, wherein the received from the measuring probe Response signal is transformed independently of the frequency of the start signal into a response signal of a predetermined frequency, and wherein the process variable is determined from the transformed response signal obtained from the measuring probe.
Zusammengefasst ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine kapazitive In summary, the present invention enables a capacitive
Messsonde mit einem Anregesignal mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Measuring probe with a start signal with a variety of different
Frequenzen zu treiben und auszuwerten. Die Erfindung zeichnet sich zudem durch einen einfachen kostengünstigen und platzsparenden Aufbau, große To drive and evaluate frequencies. The invention is also characterized by a simple inexpensive and space-saving design, large
Störunempfindlichkeit und hohe Genauigkeit aus und ist sowohl für eine statische als auch für dynamische Beaufschlagung der Messsonde geeignet. Ein weiterer hervorzuhebender Vorteil liegt in der geringen Leistungsaufnahme, welche  Noise immunity and high accuracy and is suitable for both static and dynamic loading of the probe. Another advantage to be highlighted is the low power consumption, which
insbesondere ein Betreiben der Vorrichtung in einer explosionsfähigen Atmosphäre möglich macht. in particular makes it possible to operate the device in an explosive atmosphere.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren Fig. 1 bis Fig. 7 genauer beschrieben. Es zeigt: The invention will be described in more detail with reference to the following Figures 1 to 7. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Messsonde in einem Behälter gemäß Stand der Technik. Fig. 1: a schematic representation of a measuring probe in a container according to the prior art.
Fig. 2: ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Elektronikeinheit In Fig. 1 ist eine typische Konstruktion für eine Messsonde 1 gezeigt, mittels welcher ein vorgegebener Füllstand im kapazitiven Messverfahren überwacht werden kann. Die Messsonde 1 ist an einem Behälter 2 angeordnet und ragt zum Teil in diesen hinein. Der Behälter wiederum ist zumindest teilweise mit einem Medium 3 gefüllt. Die Messsonde 1 setzt sich im vorliegenden Beispiel aus einer Messelektrode 5 und einer Guardelektrode 6 zusammen, welche der Vermeidung von Bildung von Ansatz dient. Die Messsonde ist außerhalb des Behälters mit einer Elektronikeinheit 7 verbunden, welche zur Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung 2 shows a block diagram of an electronic unit according to the invention FIG. 1 shows a typical construction for a measuring probe 1, by means of which a predetermined fill level can be monitored in the capacitive measuring method. The measuring probe 1 is arranged on a container 2 and protrudes partially into it. The container in turn is at least partially filled with a medium 3. The measuring probe 1 is composed in the present example of a measuring electrode 5 and a guard electrode 6, which serves to avoid the formation of approach. The measuring probe is connected outside the container to an electronic unit 7, which is used for signal acquisition, evaluation and / or supply
verantwortlich ist. Insbesondere ermittelt die Elektronikeinheit des von der responsible for. In particular, the electronic unit of the determined by the
Messsonde empfangenen Antwortsignals oder der Antwortsignale den Füllstand des Mediums 3 in dem Behälter 2. Probe received response signal or the response signals the level of the medium 3 in the container. 2
Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Elektronikeinheit 7 ist Gegenstand von Fig. 2. Mittels eines Signalgenerators 9 wird ein periodisches Signal erzeugt. Dabei kann es sich entweder um ein konstantes Signal einstellbarer Frequenz handeln oder aber auch um einen Frequenz-Sweep. Mittels einer Messschaltung 8 wird die A block diagram of an electronic unit 7 according to the invention is the subject of FIG. 2. By means of a signal generator 9, a periodic signal is generated. This can either be a constant signal of adjustable frequency or else a frequency sweep. By means of a measuring circuit 8, the
Messsonde 1 betrieben, sowie dass das Antwortsignal der Messsonde 1 bei unterschiedlichsten Frequenzen ausgewertet. Dazu wird im hier gezeigten Beispiel eine Admittanzmessung vorgenommen. Probe 1 operated, and that the response signal of the probe 1 evaluated at different frequencies. For this purpose, an admittance measurement is made in the example shown here.
Um die Messsonde 1 zu beaufschlagen ist eine geeignete breitbandige To act on the probe 1 is a suitable broadband
Treiberschaltung 10 vorgesehen. Diese verstärkt das Anregesignal und prägt es einer Reihenschaltung bestehend aus der Messsonde 1 und einem über einen Analogschalter 1 1 zur Bereichsumschaltung wählbaren Shunt-Widerstand 12a, 12b in einem Widerstandsnetzwerk 12 auf. Über den jeweiligen Shunt-Widerstand Driver circuit 10 is provided. This amplifies the start signal and impresses it to a series circuit consisting of the measuring probe 1 and a shunt resistor 12a, 12b, which can be selected via an analog switch 11 for range switching, in a resistor network 12. About the respective shunt resistor
12a, 12b wird der Scheinstroms für die Admittanzmessung erzeugt. 12a, 12b, the apparent current is generated for the admittance measurement.
Über einen weiteren Analogschalter 13 werden das zur Beaufschlagung der About a further analog switch 13 are for applying the
Messsonde 1 verwendete Anrege- bzw. Treibersignal Ut bzw. und das von der Messsonde 1 empfangene Antwortsignal Ua an einen Mischer 14 weitergegeben. Bei dem Mischer 14 handelt es sich um eine diskret aufgebaute Schaltungsanordnung, die es ermöglicht durch Multiplikation des Messsignals mit einem zweiten zusätzlich erzeugten Signal Uz verschiedene Mischfrequenzen zu erzeugen. Insbesondere wird hierfür eine Abwärtsmischung realisiert, bei welcher das als Referenzsignal verwendete zweite zusätzlich erzeugte Signal Uz in Form eines Rechtecksignals eine konstante Frequenzdifferenz zum eigentlichen Antwortsignal Ua besitzt. Probe 1 used stimulus or driver signal U t and and the received from the probe 1 response signal U a to a mixer 14 passed. The mixer 14 is a discretely constructed circuit arrangement which makes it possible to generate different mixing frequencies by multiplying the measurement signal by a second additionally generated signal U z . In particular, for this purpose, a downward mixing is realized, in which the reference signal used second additionally generated signal U z in the form of a rectangular signal has a constant frequency difference to the actual response signal U a .
Entsprechend wird am Ausgang des Mischers 14 die Differenzfrequenz der beiden Einfangsfrequenzen erzielt. Auf diese Weise kann aus dem Antwortsignal der Messsonde Ua ein transformiertes Antwortsignal konstanter Frequenz erzeugt werden. Accordingly, the difference frequency of the two capture frequencies is achieved at the output of the mixer 14. In this way , a transformed response signal of constant frequency can be generated from the response signal of the measuring probe U a .
Schließlich ist dem Mischer 14 noch ein statisches Filter 15 nachgeschaltet, weil das Ausgangssignal des Mischers 14 durch die einfache diskrete Mischung viele verschiedene Frequenzen enthält. Das auf diese Weise transformierte Antwortsignal wird schließlich an den Mikrocontroller 16 weitergegeben und dort verarbeitet. Durch die Abwärtsmischung auf eine niedrige konstante Frequenz kann mit einem einfachen Mikrocontroller 16 mit integriertem Analog-Digital-Wandler gearbeitet werden. Als Konsequenz zeichnet sich die Messschaltung durch eine geringe Leistungsaufnahme und einen geringen Kostenaufwand aus. Finally, the mixer 14 is followed by a static filter 15, because the output signal of the mixer 14 by the simple discrete mixture contains many different frequencies. The response signal transformed in this way is finally forwarded to the microcontroller 16 and processed there. By downconverting to a low constant frequency, it is possible to work with a simple microcontroller 16 with an integrated analog-to-digital converter. As a consequence, the measuring circuit is characterized by a low power consumption and a low cost.
Bezugszeichen Messsonde Reference symbol measuring probe
Behälter  container
Medium  medium
Bewandung des Behälters  Wasting the container
Messelektrode  measuring electrode
Guardelektrode  Guard electrode
Elektronikeinheit  electronics unit
Messschaltung  measuring circuit
Signalgenerator  signal generator
Treiberstufe  driver stage
Analogschalter zur Bereichsumschaltung Widerstandsnetzwerk Analog switch for range switching Resistance network
a, 12b Shunt-Widerstände a, 12b shunt resistors
Analog-Schalter  Analog switches
Mischer  mixer
Filter  filter
MikroController  microcontroller

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vorrichtung zur Überwachung zumindest einer physikalischen oder 1 . Device for monitoring at least one physical or
chemischen Prozessgröße eines Mediums (2) in einem Behälter (3) mit zumindest einer im kapazitiven Messmodus betriebenen Messsonde (1 ) und einer Elektronikeinheit (7),  chemical process variable of a medium (2) in a container (3) with at least one measuring probe (1) operated in the capacitive measuring mode and an electronic unit (7),
wobei die Elektronikeinheit (7) dazu ausgestaltet ist, die Messsonde (1 ) mit einem einstellbaren Anregesignal zu beaufschlagen,  wherein the electronic unit (7) is configured to apply an adjustable starting signal to the measuring probe (1),
wobei innerhalb der Elektronikeinheit (7) eine Messschaltung (8) vorgesehen ist, welche dazu ausgestaltet ist, das von der Messsonde (1 ) erhaltene Antwortsignal unabhängig von der Frequenz des Anregesignals in ein Antwortsignal einer vorgegebenen Frequenz zu transformieren,  wherein within the electronic unit (7) a measuring circuit (8) is provided, which is designed to transform the response signal received from the measuring probe (1) into a response signal of a predetermined frequency independently of the frequency of the exciting signal,
wobei innerhalb der Elektronikeinheit eine Auswerteeinheit (16) vorgesehen ist, die dazu ausgestaltet ist, die Prozessgröße aus dem von der Messsonde(l ) erhaltenen transformierten Antwortsignal zu ermitteln.  wherein within the electronic unit an evaluation unit (16) is provided, which is designed to determine the process variable from the transformed response signal received by the measuring probe (1).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2. Apparatus according to claim 1,
wobei die Messschaltung dazu ausgestaltet ist, das Anregesignal auf die gleiche Frequenz wie das Antwortsignal zu transformieren, und wobei die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet ist, aus dem transformierten Anregesignal und dem transformierten Antwortsignal die zumindest einen Prozessgröße zu bestimmen.  wherein the measuring circuit is configured to transform the excitation signal to the same frequency as the response signal, and wherein the evaluation unit is configured to determine from the transformed excitation signal and the transformed response signal the at least one process variable.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 3. Apparatus according to claim 1,
wobei das Anregesignal zur Beaufschlagung der Messsonde (1 ) ein konstantes Signal einstellbarer Frequenz ist.  wherein the exciting signal for acting on the measuring probe (1) is a constant signal of adjustable frequency.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 4. Apparatus according to claim 1,
wobei das Anregesignal zur Beaufschlagung der Messsonde (1 ) gegeben ist durch einen Frequenz-Sweep mit aufeinanderfolgenden Signalen diskreter Frequenzen, welche innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegen.  wherein the excitation signal for applying to the measuring probe (1) is given by a frequency sweep with successive signals of discrete frequencies, which are within a predetermined frequency range.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anregesignal ein Rechtecksignal, Dreiecksignal oder ein 5. Device according to at least one of the preceding claims, wherein the start signal is a square wave, triangular or a
Sinussignal ist.  Sinusoidal signal is.
6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei innerhalb der Elektronikeinheit (7) zur Generierung des Anregesignals ein Signalgenerator (9) und eine breitbandige Treiberschaltung (10)  wherein within the electronic unit (7) for generating the start signal, a signal generator (9) and a broadband driver circuit (10)
angeordnet sind.  are arranged.
7. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 5, 7. Device according to at least claim 5,
wobei die Treiberschaltung (10) eine komplementäre Gegentaktstufe, ein Spannungsfolger mit stromrückgekoppeltem Operationsverstärker, oder ein Spannungsfolger mit spannungsrückgekoppeltem Operationsverstärker ist.  wherein the driver circuit (10) is a complementary push-pull stage, a voltage follower with a current-feedback operational amplifier, or a voltage follower with a voltage-feedback operational amplifier.
8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei ein einstellbares Widerstandnetzwerk (12) mit unterschiedlich einstellbaren Shunt-Widerständen (12a, 12b) vorgesehen ist.  wherein an adjustable resistor network (12) with differently adjustable shunt resistors (12a, 12b) is provided.
9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei innerhalb der Messschaltung (8) ein Mischer (14) angeordnet ist, welcher Mischer (14) dazu ausgestaltet ist, aus dem Antwortsignal der  wherein within the measuring circuit (8) a mixer (14) is arranged, which mixer (14) is adapted to the response signal of the
Messsonde (1 ) ein transformiertes Antwortsignal konstanter Frequenz zu erzeugen,  Measuring probe (1) to generate a transformed response signal of constant frequency,
wobei ein erstes Signal für den Mischer (14) das von der Messsonde (1 ) empfangene Antwortsignal ist, wobei ein zweites Signal für den Mischer das Anregesignal ist, mit welchem die Messsonde (1 ) beaufschlagt wird, und wobei ein Referenzsignal für den Mischer ein Signal mit konstanter  wherein a first signal for the mixer (14) is the response signal received from the probe (1), a second signal for the mixer being the excitation signal applied to the probe (1) and a reference signal for the mixer Signal with constant
vorgebbarer Frequenzdifferenz zum Anregesignal ist.  specifiable frequency difference to the start signal.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei der Mischer (14) ein analoger Abwärtsmischer, insbesondere ein diskret aufgebauter JFET Mischer, ist.  the mixer (14) being an analog down mixer, in particular a discretely constructed JFET mixer.
1 1 .Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit (7) so ausgestaltet ist, dass das Anregesignal und das Antwortsignal durch denselben Schaltzweig zur Auswerteeinheit (16) fließen. 1 1 .Vorrichtung according to at least one of the preceding claims, wherein the electronic unit (7) is designed such that the starting signal and the response signal flow through the same switching branch to the evaluation unit (16).
12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei zwischen der Messschaltung (8) und der Auswerteeinheit (16) ein statisches Filter (15) integriert ist.  wherein between the measuring circuit (8) and the evaluation unit (16) a static filter (15) is integrated.
13. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei das Filter (15) ein statischer Tiefpassfilter, insbesondere ein statischer Tiefpassfilter 6. Ordnung, ist, dessen Frequenz auf das transformierte  wherein the filter (15) is a static low-pass filter, in particular a sixth-order static low-pass filter whose frequency is transformed to the one
Antwortsignal angepasst ist.  Response signal is adjusted.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei die mindestens eine Prozessgröße ein kontinuierlicher oder  wherein the at least one process variable is a continuous or
vorgegebener Füllstand eines Mediums (2) in einem Behälter (3) ist.  predetermined level of a medium (2) in a container (3).
15. Verfahren zur Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums (2) in einem Behälter (3) mit zumindest einer im kapazitiven Messmodus betriebenen Messsonde (1 ) und einer 15. Method for monitoring at least one physical or chemical process variable of a medium (2) in a container (3) with at least one measuring probe (1) operated in the capacitive measuring mode and one
Elektronikeinheit (7),  Electronic unit (7),
wobei die Messsonde (1 ) mit einem einstellbaren Anregesignal beaufschlagt wird,  wherein the measuring probe (1) is subjected to an adjustable starting signal,
wobei das von der Messsonde (1 ) erhaltene Antwortsignal unabhängig von der Frequenz des Anregesignals in ein Antwortsignal einer vorgegebenen Frequenz transformiert wird, und  wherein the response signal obtained from the measuring probe (1) is transformed into a response signal of a predetermined frequency independent of the frequency of the exciting signal, and
wobei die Prozessgröße aus dem von der Messsonde (1 ) erhaltenen transformierten Antwortsignal ermittelt wird.  wherein the process variable is determined from the transformed response signal obtained by the measuring probe (1).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128420A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Endress+Hauser SE+Co. KG Process monitoring process
DE102021120175A1 (en) 2021-08-03 2023-02-09 Vega Grieshaber Kg Level measuring device for determining the limit level and for measuring the impedance of a filling
CN113959523A (en) * 2021-09-22 2022-01-21 青岛海尔生物医疗科技有限公司 Liquid level detection device and method for culture equipment, culture equipment and medium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2962641A (en) * 1956-05-21 1960-11-29 Robertshaw Fulton Controls Co Null-balance bridge servosystem
EP0351700A2 (en) * 1988-07-16 1990-01-24 Endress u. Hauser GmbH u.Co. Arrangement for the capacitive fluid level measurement
WO2006123141A2 (en) * 2005-05-16 2006-11-23 Scientific Generics Ltd. Capacitive liquid level sensor
WO2008062146A1 (en) * 2006-11-23 2008-05-29 Sagentia Limited Position sensor
DE102011003158A1 (en) * 2011-01-26 2012-07-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device and method for capacitive level measurement

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4181881A (en) * 1978-05-15 1980-01-01 Preikschat F K Electrical impedance measuring apparatus for providing separate measurements of the conductivity and dielectric coefficient of various materials
DE3212434C3 (en) 1982-04-02 1991-01-03 Endress Hauser Gmbh Co LEVEL LIMIT SWITCH FOR ELECTRICALLY CONDUCTIVE FUEL GOODS
GB2125553A (en) * 1982-08-10 1984-03-07 Standard Telephones Cables Ltd Multi-purpose sensor/detector for fluid
JPH04168326A (en) * 1990-11-01 1992-06-16 Furukawa Electric Co Ltd:The Liquid level meter
DE102004008125A1 (en) 2004-02-18 2005-09-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method and device for capacitive level determination
EP1754029A1 (en) * 2004-05-14 2007-02-21 Scientific Generics Limited Capacitive position sensor
US7451646B2 (en) * 2005-07-28 2008-11-18 The Regents Of The University Of California Device and method for resonant high-speed microscopic impedance probe
DE102013107120A1 (en) 2013-07-05 2015-01-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Signal generator for a measuring device and measuring device for automation technology

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2962641A (en) * 1956-05-21 1960-11-29 Robertshaw Fulton Controls Co Null-balance bridge servosystem
EP0351700A2 (en) * 1988-07-16 1990-01-24 Endress u. Hauser GmbH u.Co. Arrangement for the capacitive fluid level measurement
WO2006123141A2 (en) * 2005-05-16 2006-11-23 Scientific Generics Ltd. Capacitive liquid level sensor
WO2008062146A1 (en) * 2006-11-23 2008-05-29 Sagentia Limited Position sensor
DE102011003158A1 (en) * 2011-01-26 2012-07-26 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Device and method for capacitive level measurement

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