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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung
des Füllstands eines
Mediums in einem Behälter
nach einem Laufzeitmessverfahren, bei dem Sendesignale in Richtung
des Mediums ausgesendet werden und an Grenzschichten des Mediums
reflektierte Reflexionssignale als Nutzechosignale empfangen werden.
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Entsprechende
Verfahren zur Ermittlung und Überwachung
des Füllstandes
in einem Behälter werden
häufig
in den Messgeräten
der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin
werden beispielsweise solche Messgeräte unter dem Namen Prosonic,
Levelflex und Micropilot produziert und vertrieben, welche nach
dem Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu dienen, einen Füllstand
eines Mediums in einem Behälter
zu bestimmen und/oder zu überwachen.
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In
der Laufzeit-Messmethode zur Ermittlung des Füllstandes wird heutzutage im
wesentlichen nach drei Arten von Echomessprinzipien mit den entsprechenden
Messgeräten
unterschieden.
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In
einer ersten Art werden beispielsweise Ultraschallwellen als Messsignal über einen
Schallwandler in Richtung des Mediums frei abstrahlend ausgesendet
und nach einer abstandsabhängigen Laufzeit
des Messsignals werden die an der Mediumsoberfläche reflektierten Reflexionssignale
wieder empfangen.
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In
einer zweiten Art werden beispielsweise Mikrowellen als Messsignal über eine
Antenne in Richtung des Mediums frei ausgesendet und nach einer
abstandsabhängigen
Laufzeit des Messsignals werden die an der Mediumsoberfläche reflektierten Reflexionssignale
wieder empfangen.
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In
der dritten Art wird nach der Methode der geführten Mikrowelle bzw. der Zeitbereichsreflektormetrie
oder der TDR-Messmethode (Time Domain Reflection) ein Hochfrequenzimpuls
entlang eines Sommerfeldschen oder Goubauschen Wellenleiters oder
entlang eines Koaxialwellenleiters ausgesendet, welcher bei einem
Sprung in der Dielektrizitätskonstanten
des den Wellenleiter umgebenden Mediums, so genannter DK-Wert, teilweise
zurückreflektiert
wird.
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Alle
Arten von Echomessprinzipien haben gemein, dass die ausgesendeten
Messsignale an der Mediumsoberfläche
reflektiert und nach der abstandsabhängigen Laufzeit des Signals
als Nutzechosignale wieder empfangen werden. Aus der Laufzeit lässt sich
mit Hilfe der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der jeweiligen
ausgesendeten Wellen der Füllstand
des Mediums in einem Behälter berechnen.
Anhand der Zeitdauer zwischen dem Aussenden der Messsignale und
dem Empfangen der reflektierten Echosignale lässt sich der Abstand des Messgerätes zu der
Mediumsoberfläche
ermitteln. Unter Berücksichtigung
der Geometrie des Behälterinnern
wird dann der Füllstand
des Mediums als relative oder absolute Größe ermittelt.
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Bei
der mit Mikrowellen arbeitenden Laufzeit-Messmethode werden im wesentlichen
zwei Ermittlungsverfahren eingesetzt: Das erste Ermittlungsverfahren
beruht auf einer Laufzeitmessung, die ein Impulsfolgen moduliertes
Signal für
die zurückgelegte
Wegstrecke erfordert; ein zweites weit verbreitetes Ermittlungsverfahren
beruht auf der Bestimmung der Frequenzdifferenz des aktuell ausgesendeten,
kontinuierlich frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals und des empfangenen,
reflektierten Hochfrequenzsignals (FMCW – Frequency-Modulated Continuous Wave).
Im Allgemeinen wird in den folgenden Ausführungen keine Beschränkung auf
ein bestimmtes Ermittlungsverfahren vorgenommen.
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Nach
heutigem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, die
exakte Position des Füllstand-Nutzechosignal
in der ermittelten Echofunktion oder der digitalen Hüllkurve
zu bestimmen. Von der exakten Bestimmung der Messposition des Füllstands
in der Echofunktion hängt
ab, welche Messgenauigkeit mit diesem Echomessprinzip unter den gegebenen
Messbedingungen erreicht werden kann. Ein Ansatz, den Füllstand
zu bestimmen, ist hierbei, das Nutzechosignal in der Echofunktion
mit der größten Amplitude
zu ermitteln. Unter realen Messbedingungen ist es jedoch oft nicht
möglich,
den exakten Füllstand
im Behälter
zu bestimmen, da beispielsweise besonders bei Schüttgütern sich
keine ebene Oberfläche
des Mediums im Behälter
ausbildet. Die Unebenheiten in der Oberfläche bei beispielsweise Schüttgütern bzw.
Feststoffen kommen oft dadurch zustande, dass das Schüttgut in
dem Behälter
nur durch Rohre räumlich
begrenzt zugeführt
oder entnommen wird, wodurch eine Kegelbildung des Schüttguts im
Behälter
entsteht. Durch eine abwechselnde, ungleichmäßige Zuführung und Abführung von
Schüttgut
entsteht eine unebene Oberfläche.
In diesen Fällen
kann nur ein Bereich des Füllstands
ermittelt werden, da es durch die Zerklüftung der Oberfläche des
Mediums zu einer Vielzahl von Nutzechosignalen mit unterschiedlichen
Laufzeiten und verschiedenen Amplituden kommt. Eine exakte Bestimmung
des Füllstandes
ist in diesen Fällen
nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und angepasstes
Verfahren zur Auswertung von Nutzechosignalen in Echokurven der
Laufzeitmessung von Messsignalen aufzuzeigen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands
eines Mediums in einem Behälter nach
einem Laufzeitmessverfahren, wobei Sendesignale in Richtung des
Mediums ausgesendet werden und an Grenzschichten des Mediums reflektierte
Reflexionssignale als Nutzechosignale empfangen werden, wobei aus
den empfangenen Reflexionssignalen eine von der Laufzeit oder der
Laufstrecke abhängige
Echofunktion ermittelt wird, wobei eine Bewertungsfunktion vorgegeben
oder durch ein Ermittlungsverfahren aus der Echofunktion gebildet
wird, wobei mittels eines Bewertungsalgorithmus' in der Echofunktion unter Zuhilfenahme
der Bewertungsfunktion die Nutzechosignale ermittelt werden und
zu einer Echogruppierung in einem ermittelten Gruppenbereich mit
einer Obergrenze und einer Untergrenze formiert werden, wobei anhand
eines Ermittlungsverfahrens eine den Füllstand repräsentierende Messposition
im Gruppenbereich der Echogruppierung bestimmt wird. Die Nutzechosignale
werden dadurch ermittelt, dass deren Scheitelpunkte und/oder Wendepunkte
bestimmt werden. Eine weitere oder ergänzende Methode zur Ermittlung
der Nutzechosignale ist, durch eine entsprechende Parabel-Anpassungsfunktion
eine parabelförmige
Kurvengleichung zu ermitteln, die der Form und Position des aktuellen Nutzechosignals
oder mehrerer Nutzechosignale zumindest näherungsweise entspricht. Aus
den ermittelten Kurvenwerten, wie z.B. aus der Form, der Position
und/oder des Scheitelpunkts, wird eine Echogruppierung gebildet,
die den Bereich des Füllstands anzeigt.
Ein exakter Wert für
den Füllstand
wird durch ein Ermittlungsverfahren in der Art und Weise gefunden,
dass eine bestimmte Messposition im Gruppenbereich der Echogruppierung
ermittelt oder vorgegeben wird.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht insbesondere vor,
dass in dem Bewertungsalgorithmus ein beliebiges Nutzechosignal,
ein zuerst auftretendes Nutzechosignal oder ein maximales Nutzechosignal
mit einem maximalen Amplitudenwert in der Echofunktion als Anfangsecho
ermittelt wird. Von diesem Anfangsecho ausgehend werden nach einem
bestimmten Suchalgorithmus solange weitere Nutzechosignale ermittelt
bis ein Abbruchkriterium erfüllt
ist. Ausgehend von dem Anfangsecho wird beispielsweise zuerst in
eine erste Richtung und nach dem Erfüllen eines Abbruchkriteriums
in eine gegensätzliche
Richtung nach weiteren Nutzechosignalen gesucht. Desgleichen ist
jedoch auch die Durchführung
einer gleichzeitigen oder abwechselnden Suche von Nutzechosignalen
in beiden Richtungen möglich.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung ist, dass eine iterative Schrittbreite vorgegeben oder
ermittelt wird und dass ausgehend von dem Anfangsecho in einem iterativen
Suchalgorithmus mit jeweils der iterativen Schrittbreite weitere
Nutzechosignalen in der Echofunktion gesucht werden und zu einer
Echogruppierung in dem Gruppenbereich gruppiert werden. Durch einen
iterativen Suchalgorithmus werden in bestimmten Zeitabstandsbereichen,
der so genannten iterativen Schrittbreite, weitere Nutzechosignale
ermittelt. Diese Nutzechosignale werden zu einer Echogruppierung
bzw. zu einem Echocluster zusammengefügt. Anschließend wird
nur noch die ermittelte Echogruppierung zur Ermittlung des Füllstands
signaltechnisch ausgewertet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass die iterative Schrittbreite mindestens so groß wie die
minimale Signalbreite eines Nutzechosignals gewählt wird. Die iterative Schrittbreite
ist so groß gewählt, dass
ein Nutzechosignal, das zur Echogruppierung gehört, von dem Suchalgorithmus
erkannt werden kann. Dieser Wert ist ein Erfahrungswert, der in
der Hauptsache von einigen Größen der
Prozessanlage, wie z.B. der Behältergröße abhängt.
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Eine
sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine
maximale Breite des Gruppenbereichs vorgegeben wird. Ein Abbruchkriterium
des Suchalgorithmus' ist,
ein maximales Suchfenster vorzugeben, in dem ausgehend vom Anfangsecho
nach weiteren Nutzechosignalen gesucht werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass der iterative Suchalgorithmus abgebrochen wird,
wenn kein neues Nutzechosignal innerhalb der iterativen Schrittbreite
gefunden wird oder wenn die maximale Breite für den Gruppenbereich erreicht wird.
Wird diese maximale Breite des Gruppenbereichs bzw. das maximale Suchfenster
zumindest in einer ersten Richtung der Suche überschritten, bricht der Suchalgorithmus
die Suche nach weiteren Nutzechosignale selbstständig ab.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, dass im Ermittlungsverfahren die Messposition
eines Flächenschwerpunkts
des Gruppenbereichs der Echogruppierung ermittelt wird. Ist durch
den Suchalgorithmus die Echogruppierung bestimmt, wird in Bezug
auf die Bewertungskurve das Flächenintegral
der Nutzechosignale, die im Gruppenbereich oberhalb der Bewertungskurve
liegen, ermittelt. Aus diesem Flächenintegral
wird auf der Echofunktion im Gruppenbereich die Messposition bestimmt,
bei der die Flächenanteile
des Flächenintegrals
links und rechts der Messposition gleich sind.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist darin zu sehen, dass die Obergrenze und die Untergrenze des
Gruppenbereichs durch die am weitesten auseinander liegenden Nutzechosignale
der Echogruppierung bestimmt werden. Die Obergrenze und die Untergrenze
des Gruppenbereichs werden durch die Scheitelpunkte der am weitesten
auseinander liegenden Nutzechosignale der Echogruppierung bestimmt.
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Eine
ergänzende
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass für die Obergrenze
ein maximaler Relativwert von 100 Prozent und für die Untergrenze ein maximaler Relativwert
von 0 Prozent vorgeben wird. Durch die Normierung des Gruppenbereichs
auf einen relativen Wertebereich von 0 % (Prozent) bis 100 % (Prozent) wird
die Größe des Gruppenbereichs,
die sich in jedem Messzyklus des Messgeräts ändern kann, normiert.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass im Ermittlungsverfahren die Messposition
als ein Wert, der zwischen der Obergrenze und der Untergrenze des Gruppenbereichs
liegt, vom Bediener vorgegeben wird. Durch die Normierung des ermittelten
Gruppenbereichs auf Relativwerte von 0 % bis 100 % ist es für den Bediener
des Messgeräts
möglich,
durch den Vorgabewert ein bestimmtes Teilungsverhältnis des Gruppenbereichs
als Messposition fest vorzugeben, obwohl sich die Größe des Gruppenbereichs
ständig ändert. Dieser
Vorgabewert ist ein Erfahrungswert des Bedieners bzw.
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Anlagenbetreibers
je nach dem, worin er den Schwerpunkt bei der Ermittlung des Füllstandes
hinlegen möchte.
Soll mit dem Messgerät
ein Leerlaufen des Behälters
verhindert werden, wird er einen Vorgabewert im Bereich von 0 %
bis 50 % angeben. Ist jedoch die Aufgabe des Messgeräts, als Überfüllsicherheitssystem
zu dienen, so wird ein Vorgabewert im Bereich von über 50 %
angenommen.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Zur
Vereinfachung sind in den Zeichnungen identische Teile mit dem gleichen
Bezugszeichen versehen worden. Es zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Messgeräts
zur Ermittlung des Füllstands
mit einer entsprechenden Echofunktion,
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2 eine
Echofunktion mit einer Bewertungsfunktion des Messgeräts,
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3 ein
vergrößerter Teilausschnitt
A der Echofunktion aus 2 mit Skizzierung des iterativen
Suchalgorithmus' zur
Bildung der Gruppierung von Nutzechosignalen,
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4 ein
vergrößerter Teilausschnitt
A der Echofunktion aus 2 mit Skizzierung des Flächenschwerpunkts
als Messposition, und
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5 ein
vergrößerter Teilausschnitt
A der Echofunktion aus 2 mit Skizzierung des Vorgabewertes
als Messposition.
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In 1 ist
ein nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeitendes Messgerät 1 zur
Ermittlung des Füllstand 9 eines
Mediums 7 gezeigt, das auf einem Behälter 5 in einem Stutzen 4 montiert
ist. Bei dem gezeigten Messgerät 1 handelt
es sich um eine frei in den Prozessraum 6 abstrahlende
Radarantenne bestehend aus einem Regel-/Auswerteeinheit 2 und
einer Sende-/Empfangseinheit 3. Die Sende-/Empfangseinheit 3 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
beispielsweise als Hornantenne ausgeführt, jedoch kann das Sende-/Empfangselement
als jede bekannte Antennenform, wie z.B. Stab- oder Planarantenne ausgestaltet
sein. Die Regel-/Auswerteeinheit 3 besteht zumindest aus
einem Messumformer, der beispielsweise die Erzeugung, den Empfang
und die signaltechnische Verarbeitung der Messsignale durchführt, und
gegebenenfalls einer Steuer-/Regelschaltung, die die Kommunikation über ein
Bussystem sowie die Energieversorgung des Messgeräts steuert und
regelt. In der Regel-/Auswerteeinheit 2 wird ein Messsignal
beispielsweise in Form eines hochfrequenten Sendesignals S erzeugt
und über
die Sende-/Empfangseinheit 3 in einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik
in Richtung Medium 7 abgestrahlt. Nach einer von der zurückgelegten
Strecke x abhängigen
Laufzeit t werden die an der Oberfläche 8 des Mediums 7 reflektierten
Messsignale als Reflexionssignal R wieder von der Sende-/Empfangseinheit 3 und
dem Regel-/Auswerteeinheit 2 empfangen. Der Regel-/Auswerteeinheit 2 ermittelt
aus den Reflexionssignalen R eine Echofunktion 10, die
Amplituden der Reflexionssignale R in Abhängigkeit der zurückgelegten
Strecke x oder der entsprechenden Laufzeit t darstellt. Durch eine
Analog/Digitalwandlung der analogen Echofunktion bzw. der Echokurve 10 wird
eine digitalisierte Hüllkurve 11 erzeugt.
Im Weiteren wird nur noch der Begriff der Echofunktion 10 verwendet,
wobei dieser Begriff ebenfalls die Begriffe der Echokurve 10,
der Hüllfunktion
bzw. der Hüllkurve 11 impliziert.
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Eine
die Messsituation im Behälter 5 abbildende
Echofunktion ist proportional zur Laufstrecke x des Messsignals
dargestellt. Zum besseren Verständnis
ist der Bereich 9a, der beispielsweise durch Schüttkegelbildung
einer unebenen Oberfläche 8 des Mediums 7 im
Behälter 5 verursacht
wird, über
Bezugslinien anschaulich den entsprechenden Reflexionssignalen R
in der Echofunktion 10 zugeordnet, so dass das Ursache-Wirkungs-Prinzip
auf einen Blick erfasst werden kann. Im Anfangsbereich der Echofunktion 10 ist
das Abklingverhalten 29 bzw. das so genannten Klingeln
zu sehen, das aufgrund von Mehrfachreflexionen in der Sende-/Empfangseinheit 3 oder
dem Stutzen 4 entsteht und/oder das auch durch Ansatzbildung
an der Sende- /Empfangseinheit 3 entstehen
kann. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist nicht nur alleine, wie explizit in 1 dargestellt,
in frei abstrahlenden Mikrowellen-Messgeräten 1 umsetzbar, sondern
ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
in weiteren Laufzeitmesssystemen, wie beispielsweise TDR-Messgeräten 1 oder Ultraschall-Messgeräten 1 ist
ausführbar.
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In 2 ist
die analoge Echofunktion 10 aus 1 vergrößert und
in die Horizontale gedreht dargestellt. Auf der Abszissenachse ist
die benötigte Laufzeit
t oder der zurückgelegte
Weg x des Messsignals im Behälter 5 aufgetragen,
und die Ordinatenachse enthält
die Amplitudenwerte Amp der Echofunktion 10.
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In
dem Diagramm wird des Weiteren eine Bewertungskurve 12 präsentiert,
die durch ein Ermittlungsverfahren, z.B. eine mathematische Filterfunktion
in Form einer gleitenden Mittelwertbildung, aus der jeweiligen Echofunktion 10 oder
einer bei der Inbetriebnahme ermittelten Echofunktion 10 im
leeren Behälter 5 ermittelt
wird. Durch die Bewertungskurve 12 werden Störsignale
und Rauschsignale, die beispielsweise durch Störreflexionen an Einbauten im Behälter, durch
Mehrwegeausbreitung und durch Mehrmodenausbreitung, durch Schaum-
und Ansatzbildung des Mediums und durch turbulente Mediumsoberflächen entstehen
können,
ausgeblendet. Des Weiteren wird das Anregungssignal 25 mit
dem Abklingverhalten 29 der Echofunktion 10 von
dem nach Nutzechosignalen auszuwertenden Messsignal mit Hilfe der
Bewertungskurve 12 signaltechnisch getrennt. Dementsprechend
wird diese Bewertungskurve 12 als Bezugslinie bzw. Abbruchkriterium
für den Suchalgorithmus
von Nutzechosignalen 20 in der Echofunktion 10 verwandt.
Demzufolge ist es möglich,
die Nutzechosignale 20 in der Echofunktion 10 mittels
der Bewertungskurve 12 zu identifizieren. Die Signalanteile,
die oberhalb der Bewertungskurve 12 liegen, werden von
dem Bewertungsalgorithmus als Nutzechosignale 20 erkannt.
Der Ausschnitt A der Echofunktion ist der Bereich 9a der
Echofunktion 10, in dem die ermittelte oder vorgegebene
Messposition 13 des Füllstands 9 liegt.
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In 3 ist
der Ausschnitt A der Echofunktion 10 und der Bewertungskurve 12 aus 2 vergrößert dargestellt.
Das Verfahren zur Ermittlung der Nutzechosignale 20 in
der Echofunktion erfolgt nach folgendem Schema: In einem ersten
Verfahrensschritt wird ein Anfangsecho 27 ermittelt. Dieses
Anfangsecho 27 ist beispielsweise ausgehend von Anregungssignal 25 das
erste Nutzechosignal 22 oder das maximale Nutzechosignal 21,
deren Scheitelpunkte und oder Wendepunkte über der Bewertungskurve 12 liegen.
Hierzu wird beispielsweise durch eine Anpassungsfunktion eine annähernde Parabelkurvengleichung
bestimmt, die den Scheitelpunkt des Nutzechosignals 20 vorgibt
und die Kurvenform des gemessenen Nutzechosignals 20 annähernd beschreibt.
Ausgehend von dem Scheitelpunkt wird nach einem iterativen Suchalgorithmus
in einer iterativen Schrittbreite 19 nach weiteren Nutzechosignalen 20 gesucht.
Die iterative Schrittbreite 19 ist ein Erfahrungswert,
der von Parametern der Prozessanlage, wie z.B. der Geometrie des
Behälters 5,
den Befüll-/Entleerungsvorgängen oder
der Art des Mediums 7 abhängig ist. Diese iterative Schrittbreite 19 wird
vorgegeben, so dass die iterative Schrittbreite 19 zumindest
der kleinsten auftretenden Signalbreite 28 entspricht.
Wird innerhalb dieser iterativen Schrittbreite 19 ein weiteres
Nutzechosignal 20 gefunden, so wird wie zuvor beschrieben,
dessen Scheitelpunkt und Kurvenform annähernd bestimmt. Diese Prozedur
des iterativen Suchalgorithmus nach weiteren Nutzechosignalen 20 in
iterativen Schrittbreiten 19 wird ausgehend vom Anfangsecho 27 in
beide Richtungen solange ausgeführt,
bis als Abbruchkriterium kein erneutes Nutzechosignal 20 mehr
identifiziert werden kann oder eine vorgegebene maximale Breite 15 des Suchfensters
erreicht wurde. In Prozessanlagen, die als Medium einen Feststoff
bzw. ein Schüttgut
verwenden, ist diese maximale Breite beispielsweise auf 2 Meter
festgelegt.
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Die
ermittelten Nutzechosignale 20 werden zu einer Echogruppierung 26 zusammengefasst, welche
auch als Echocluster bezeichnet wird. Die Nutzechosignale 20 der
Echogruppierung 26, die am weitesten auseinander liegen,
spannen einen Gruppenbereich 16 mit einer Untergrenze 17 und
einer Obergrenze 18 auf. Liegen zwei Nutzechosignale 20 sehr
nahe beieinander, so kann es auf Grund von Überlagerungen der einzelnen
Nutzechosignale 20 im Gruppenbereich 16 zu einer
Auslöschung
des Messsignals in diesen Bereichen, zu so genannte Interferenzen 23,
kommen. Aufgrund dieser Interferenzen ist es möglich, dass Signalanteile der
Echofunktion 10 im Gruppenbereich 16 unterhalb
der Bewertungsfunktion 12 zu liegen kommen, obwohl die
Signalanteile aufgrund der erhöhten
Reflexion des Sendesignals S durch die Oberfläche 8 des Mediums 7 oberhalb
der Bewertungskurve 12 liegen müssten. Da die Bewertungskurve 12,
wie schon zuvor beschrieben, die Messsituation im leeren Behälter 5 repräsentiert
und Störsignale
und von dem Messverfahren bedingte Signalanteile beinhaltet, bildet
diese gewissermaßen
eine Nulllinie, von der ausgehend die Amplituden Amp der Nutzechosignale 20 der
an der Oberfläche 8 des
Mediums 7 reflektierten Reflexionssignale R bestimmt werden
können.
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In 4 ist
der Ausschnitt A der Echofunktion 10 und der Bewertungskurve 12 aus 2 mit
einer Echogruppierung 26 von Nutzechosignalen 20 mit
einem Gruppenbereich 16 dargestellt. Um eine verlässliche
Aussage über
den Füllstand 9 im
Behälter 5 treffen
zu können,
muss eine aussagekräftige Messposition 13 im
Gruppenbereich 16, die den Wert des Füllstands 9 repräsentiert,
bestimmt werden. Eine Möglichkeit
stellt hierzu das Ermittlungsverfahren zur Bestimmung des Flächenschwerpunktes 24 dar.
In diesem Ermittlungsverfahren wird die Fläche der Nutzechosignale 20 der
Echofunktion 10, die im Gruppenbereich 16 oberhalb
der Bewertungsfunktion 12 liegt, ermittelt. Nach der Ermittlung
der Fläche
der Nutzsignale 20 im Gruppenbereich 16 wird als
Flächenschwerpunkt 24 die
Messposition 13 im Gruppenbereich 16 bestimmt,
an der die Fläche
rechts von der Messposition 13 genauso groß ist, wie
die Fläche
links von der Messposition 13. Durch dieses Mittelungsverfahren
der Flächen
der Nutzechosignale 20 wird erreicht, dass bei einigermaßen gleich
verteilten Nutzechosignalen 20 im Gruppenbereich 16 ein
annähernd
gleicher Füllstand 9,
wie bei einer vergleichsweise eingeebneten Oberfläche 8 des
Mediums 7 erreicht wird. Die Genauigkeit dieser Messung und
Abschätzung
ist jedoch auch stark von den Materialeigenschaften, wie z.B. von
dem Reflexionsverhalten des Mediums 7, der Schüttkegelbildung
und der Geometrie des Behälters 5 abhängig.
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In 5 ist
eine Echogruppierung 26 mit einem Gruppenbereich 16,
deren Ermittlung in der Beschreibung zu 3 beschrieben
ist, dargestellt. Der Gruppenbereich 16 mit der Untergrenze 17 und
der Obergrenze 18 legt den Bereich 9a fest, in
dem der Füllstand 9 des
Mediums 7 im Behälter 5 zu
finden ist. Der ermittelte Gruppenbereich 16 wird in einen Relativwertebereich
eingeteilt, wobei die Untergrenze 17 beispielsweise einen
Relativwert von 0 % repräsentiert
und die Obergrenze einem Relativwert von 100 % entspricht. Mittels
eines Vorgabewerts 14 wird von dem Anlagenbetreiber eine
Messposition 13 innerhalb des Gruppenbereichs 16 vorgegeben.
Dieser Vorgabewert 14 beruht auf einem Erfahrungswert des
Anlagenbetreibers, der von der Geometrie des Behälters 5, der Befüllungs-/Entleerungsprozesse, dem
Reflexionsverhalten des Materials und vielen weiteren Faktoren abhängt. Der
Anlagenbetreiber wird durch die Möglichkeit der einfachen Eingabe
eines relativen Vorgabewertes befähigt, die für Ihn interessante Messposition 13 des
Füllstands 9 in
dem ermittelten Gruppenbereich 16 der Echogruppierung 26 bzw.
dem Echocluster festzulegen. Je nach Messgerät 1, Anlage oder Medium 7 können hier
auch andere Prioritäten
durch den Vorgabewert 14 festgelegt werden.
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- 1
- Messgerät
- 2
- Regel-/Auswerteeinheit
- 3
- Sende-/Empfangseinheit
- 4
- Stutzen
- 5
- Behälter
- 6
- Prozessraum
- 7
- Medium
- 8
- Oberfläche
- 9
- Füllstand
- 9a
- Bereich
- 10
- Echofunktion,
Echokurve
- 11
- Hüllfunktion,
Hüllkurve
- 12
- Bewertungsfunktion,
Bewertungskurve
- 13
- Messposition
- 14
- Vorgabewert
- 15
- maximale
Breite
- 16
- Gruppenbereich
- 17
- Untergrenze
- 18
- Obergrenze
- 19
- iterative
Schrittbreite
- 20
- Nutzechosignal
- 21
- maximales
Nutzechosignal
- 22
- erste
Nutzechosignal
- 23
- Interferenzen
- 24
- Flächenschwerpunkt
- 25
- Anregungssignal
- 26
- Echogruppierung
- 27
- Anfangsecho
- 28
- Signalbreite
- 29
- Abklingverhalten
- Amp
- Amplitude
- S
- Sendesignal
- R
- Reflexionssignal
- x
- Weg,
Laufweg
- t
- Zeit,
Laufzeit