DE102015120736A1 - Verfahren zur Bestimmung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands (L) eines in einem Behälter (1) befindlichen Füllgutes (2). Dieses Verfahren, das auf der Puls-Laufzeit-Methode basiert, zeichnet sich dadurch aus, dass Überreichweiten-Echos erkannt werden können. Hierzu umfasst das Verfahren zwei Teilverfahren, in denen mit einer jeweils unterschiedlichen Wiederholrate (fR1, fR2) in aufeinanderfolgenden Messzyklen Mikrowellen-Pulse (S1, S2) in Richtung der Oberfläche des Füllgutes (2) ausgesendet werden. In jedem Teilverfahren wird jeweils eine Laufzeit (t1, t2) ermittelt. Dabei wird der Füllstand (L) anhand der ersten Laufzeit (t1) und/oder anhand der zweiten Laufzeit (t2) ermittelt, sofern sie in etwa übereinstimmen. Andernfalls wird davon ausgegangen, dass es sich bei den zugrunde liegenden Echo-Pulsen (E1, E2) um Überreichweiten-Echos handelt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also bei Pulsradar-basierten Füllstandsmessungen sichergestellt werden, dass durch Überreichweiten-Echos keine fehlerhaften Füllstands-Werte ermittelt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes sowie ein hierfür geeignetes Füllstandsmessgerät.
- In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle diejenigen Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
- Zur Füllstandesmessung haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil besteht in der Fähigkeit, stufenlos messen zu können. Hier haben sich speziell Radar-basierte Messverfahren, die nach dem Puls-Laufzeit-Prinzip arbeiten, durchgesetzt. Bei diesen Messverfahren, welche auch unter dem Namen Pulsradar bekannt sind, werden kurze Mikrowellen-Pulse periodisch mit einer vorgegebenen Wiederholrate, z.B. in einer Größenordnung von 1 bis 10 MHz mit Mittenfrequenzen im Gigahertzbereich in Richtung des Füllguts gesendet.
- Bei Pulsradar-basierten Füllstandsmessgeräten, wie beispielsweise der Baureihe FMR20 von Endress + Hauser geschieht dies mit einer Wiederholrate von ca. 7 MHz. Deren in Richtung des Füllgutes ausgesendeten Mikrowellen-Pulse werden an der Oberfläche des Füllguts reflektiert. Die reflektierten Echo-Pulse werden anschließend nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit empfangen. Dadurch ist es möglich, den Füllstand anhand der ermittelten Laufzeit zu ermitteln.
- Bei der Anwendung dieses Messverfahrens besteht eine potentielle Fehlerquelle darin, dass nicht der Echo-Puls, der an der Oberfläche des Füllguts reflektiert wird, empfangen und zur Bestimmung des Füllstandes herangezogen wird, sondern fälschlicherweise ein Störecho. Solche Störechos können durch Reflektionen von Mikrowellen-Pulsen an Störkörpern oder an den Innenwänden des Behälters hervorgerufen werden. Zum Teil können sie jedoch dadurch erkannt und von der Weiterverarbeitung ausgeschlossen werden, dass eine Referenz-Messung bei leerem Tank durchgeführt wird und diese Daten mit den späteren Messungen abgeglichen werden. Solch ein Verfahren ist in der Druckschrift
WO 2011/076478 A2 - Störechos, die nicht direkt durch ortsfeste Störkörper hervorgerufen werden, können durch solch eine Referenz-Messung jedoch nicht verlässlich erfasst werden. Dies betrifft insbesondere so genannte Überreichweiten-Echos. Sie weisen durch Mehrfachreflektion im Behälter eine derart lange Laufzeit auf, dass sie aufgrund der vergleichsweise hohen Puls-Wiederholrate im MHz-Bereich erst nach Aussenden des nachfolgenden Mikrowellen-Pulses empfangen werden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Überreichweiten-Echos erkannt werden können.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes. Das Verfahren, welches auf der Puls-Laufzeit-Methode basiert, umfasst folgende Teilverfahren: In einem ersten Teilverfahren wird mit einer ersten Wiederholrate in aufeinanderfolgenden Messzyklen
- – ein erster Mikrowellen-Puls mit einer ersten Mittenfrequenz in Richtung der Oberfläche des Füllgutes ausgesendet,
- – nach Aussenden des ersten Mikrowellen-Pulses zumindest ein erster Echo-Puls empfangen.
- – ein zweiter Mikrowellen-Puls mit einer zweiten Mittenfrequenz in Richtung der Oberfläche des Füllgutes ausgesendet,
- – nach Aussenden des zweiten Mikrowellen-Pulses zumindest ein zweiter Echo-Puls empfangen,
- Sofern die erste Laufzeit und die zweite Laufzeit in etwa übereinstimmen, wird im Anschluss der Füllstand anhand der ersten Laufzeit und/oder anhand der zweiten Laufzeit ermittelt. Andernfalls wird davon ausgegangen, dass es sich bei den zugrunde liegenden Echo-Pulsen um Überreichweiten-Echos handelt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also bei Pulsradar-basierten Füllstandsmessungen sichergestellt werden, dass durch Überreichweiten-Echos keine fehlerhaften Füllstands-Werte ermittelt werden.
- In einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird zumindest in einem Messzyklus des ersten Teilverfahrens der erste Mikrowellen-Puls mit einer vordefinierten Verzögerung, die in etwa dem Kehrwert der zweifachen ersten Mittenfrequenz entspricht, ausgesendet, und/oder es wird zumindest in einem Messzyklus des zweiten Teilverfahrens der zweite Mikrowellen-Puls mit einer vordefinierten Verzögerung, die in etwa dem Kehrwert der zweifachen zweiten Mittenfrequenz entspricht, ausgesendet. Diese Verzögerung entspricht einer halben Wellenlänge in Bezug zur ersten, bzw. zweiten Mittenfrequenz. Vorteilhaft an der Verzögerung einzelner Mikrowellen-Pulse ist, dass bedingt durch eine Mittelwertbildung der Mikrowellen-Pulse über die Messzyklen eine Dämpfung der Signal-Stärke von Überreichweiten-Echos bewirkt wird. Die Signal-Stärke derjenigen Echo-Pulse E1 E2, die aus der Reflektion der Mikrowellen-Pulse S1, S2 an der Oberfläche des Füllguts
2 resultieren, wird dabei nicht reduziert. Durch diese Weiterentwicklung ist es möglich, Überreichweiten-Echos nicht nur durch eine sich unterscheidende erste und zweite Laufzeit zu erkennen. Überreichweiten-Echos können bei sequentieller Nutzung dieser Weiterentwicklung zusätzlich auch dadurch erkannt werden, dass sich, bedingt durch die Mittelwertbildung der Mikrowellen-Pulse über die Messzyklen, die Signal-Stärke der entsprechenden Echo-Pulse sequentiell verringert bzw. erhöht. - In einer bevorzugten Variante dieser Weiterentwicklung wird für den Fall, dass in mehreren Messzyklen des ersten Teilverfahrens und/oder des zweiten Teilverfahrens der Mikrowellen-Puls verzögert ausgesendet wird, nach einem Zufallsprinzip gesteuert, in welchem Messzyklus der erste Mikrowellen-Puls und/oder der zweite Mikrowellen-Puls verzögert ausgesendet werden/wird. Hierdurch lässt sich die Signal-Stärke der Überreichweiten-Echos E1, E2 um bis zu 20 dB verringern.
- Im Sinne der Erfindung ist es einerseits möglich, dass das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren gleichzeitig durchgeführt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren zeitlich im Wechsel durchgeführt werden. Hierbei kann die Wechselrate sowie das zeitliche Verhältnis zwischen den zwei Teilverfahren je nach Anforderung beliebig eingestellt werden.
- Des Weiteren wird die Aufgabe, der die Erfindung zugrunde liegt, durch ein Füllstandsmessgerät zur Ausführung des in zumindest einer Variante des oben beschriebenen Verfahrens gelöst. Hierzu umfasst es folgende Komponenten:
- – Eine Pulserzeugungseinheit zur Erzeugung des ersten Mikrowellen-Pulses und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses,
- – eine Sende-/Empfangseinheit zum Aussenden des ersten Mikrowellen-Pulses und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses, sowie zum Empfang des zumindest einen ersten Echo-Pulses und/oder des zumindest einen zweiten Echo-Pulses,
- – eine Auswerteeinheit zur Ermittlung des Füllstands anhand der ersten Laufzeit und/oder anhand der zweiten Laufzeit, und/oder zur Steuerung der Pulserzeugungseinheit.
- Eine Erweiterung des erfindungsgenäßen Füllstandsmessgerätes sieht vor, dass die Pulserzeugungseinheit ein Verzögerungsglied zur Verzögerung des Aussendens des ersten Mikrowellen-Pulses und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses umfasst. Mittels dieses Verzögerungsgliedes kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, eine Dämpfung der Signal-Stärke von Überreichweiten-Echos bewirkt werden. Dementsprechend können Überreichweiten-Echos bei sequentieller Zuschaltung des Verzögerungsgliedes zusätzlich auch dadurch erkannt werden, dass sich die Signal-Stärke der entsprechenden Echo-Pulse sequentiell verringert, bzw. erhöht.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert. Es zeigt:
-
1a /1b : zwei schematische Darstellungen zu den zeitlichen Abfolgen von ausgesendeten Mikrowellen-Pulsen und anschließend empfangenen Echo-Pulsen, -
2 : eine erste Ausführungsvariante eines Füllstandsmessgerätes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
3 : eine zweite Ausführungsvariante eines Füllstandsmessgerätes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. - Anhand von
1a und1b wird das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Füllstands L eines in einem Behälter1 befindlichen Füllgutes2 veranschaulicht. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Überreichweiten-Echos als solche erkannt werden. Hauptbestandteil des Verfahrens ist, dass Mikrowellen-Pulse S1, S2 mit zumindest zwei unterschiedlichen Wiederholraten fR1, fR2 ausgesendet werden. Hierzu sind in1a und1b die zeitlichen Abfolgen ausgesendeter Mikrowellen-Pulse S1, S2 sowie im Anschluss empfangener Echo-Pulse E1, E2 dargestellt, wobei auf den Ordinaten die Signal-Stärken [S1, S2, E1, E2] aufgetragen sind. - In
1a und1b werden jeweils zwei verschiedene Fälle betrachtet: Im ersten Fall handelt es sich bei den Echo-Pulsen E1, E2 um Überreichweiten-Echos (als gestrichelte Linie dargestellt). Im zweiten Fall entstehen die Echo-Pulse E1, E2, wie zur Bestimmung des Füllstandes L erforderlich, aus der Reflektion der Mikrowellen-Pulse S1, S2 an der Oberfläche des Füllguts2 (als durchgezogene Linie dargestellt). - In
1a ist dargestellt, dass die Mikrowellen-Pulse S1 mit einer ersten Wiederholrate fR1 ausgesendet werden. Dementsprechend kann den Echo-Pulsen E1 jeweils eine erste Laufzeit t1 zugeordnet werden. Im Gegensatz dazu ist in1b das Aussenden der Mikrowellen-Pulse S2 mit einer langsameren, zweiten Wiederholrate fR2 gezeigt. Auch hier kann den Echo-Pulsen E2 eine zweite Laufzeit t2 zugeordnet werden. Wie aus dem Vergleich zwischen1a und1b hervorgeht, ändert sich bei den Echo-Pulsen E2, die aus Reflektion des Mikrowellen-Pulses S2 an der Oberfläche des Füllguts2 resultieren, die zweite Laufzeit t2 im Vergleich zur ersten Laufzeit t1 nicht. Anders verhält es sich bei den Überreichweiten-Echos: Hier nimmt die zweite Laufzeit t2 im Vergleich zur ersten Laufzeit t1 ab. Dieser Effekt ist darauf zurückzuführen, dass die Laufzeit to von Überreichweiten-Echos in Bezug zum vorletzten Mikrowellen-Puls S1, S2 konstant bleibt, nicht jedoch in Bezug zum direkt vorhergehenden Mikrowellen-Puls S1, S2. - Erfindungsgemäß wird also erkannt, ob es sich bei einem Echo-Puls E1, E2 um ein Überreichweiten-Echo handelt, indem die erste Laufzeit t1 und die zweite Laufzeit t2 miteinander vergleichen werden. Wenn die erste Laufzeit t1 und die zweite Laufzeit t2 nicht übereinstimmen, so handelt es sich um ein Überreichweiten-Echo. Ansonsten kann davon ausgegangen werden, dass es sich nicht um Überreichweiten-Echos handelt, so dass der Füllstand L anhand dieser Laufzeiten t1, t2 bestimmt wird.
- In
2 ist eine sehr einfache Ausgestaltungsvariante eines Füllstandsmessgerätes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es umfasst eine Pulserzeugungseinheit3 zur Erzeugung der Mikrowellen-Pulse S1, S2. Wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, dient hierzu ein erster Pulsgenerator31 und ein erster Hochfrequenzoszillator33 , der eine vorbestimmte Mittenfrequenz fm im GHz-Bereich aufweist. Um die Mikrowellen-Pulse S1 S2 mit unterschiedlichen Wiederholraten fR1, fR2 aussenden zu können, beinhaltet die Pulserzeugungseinheit3 einen Frequenzteiler32 . Mit diesem wird eine vorbestimmte Wiederholrate fR des Pulsgenerators31 derart veränderlich heruntergeteilt, dass sich nacheinander im Wechsel die zwei unterschiedlichen Wiederholraten fR1, fR2 einstellen. Bei dieser Ausführungsvariante werden die Mikrowellen-Pulse S1, S2 beider Teilverfahren durch die gleiche Pulserzeugungseinheit3 erzeugt. Daher ist es nur möglich, das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitlich im Wechsel durchzuführen. Im Sinne der Erfindung ließe sich jedoch auch jede andere Methode zur Erzeugung von Mikrowellen-Pulsen S1, S2 mit unterschiedlichen Wiederholraten fR1, fR2 verwenden. Dies könnte beispielsweise durch eine weitere Pulserzeugungseinheit zusätzlich zu der dargestellten Pulserzeugungseinheit3 erreicht werden. In diesem Fall wäre es denkbar, dass zwei Hochfrequenzoszillatoren mit voneinander abweichenden Mittenfrequenzen fM1, fM2 implementiert sind. In diesem Fall wäre es auch denkbar, dass das das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitgleich durchgeführt werden. - Bei dem in
2 dargestellten Füllstandsmessgerät dient eine Sende-/Empfangseinheit4 zum Aussenden und Empfangen der Mikrowellen-Pulse S1, S2, beziehungsweise der Echo-Pulse E1, E2. Hierzu umfasst die Sende-/Empfangseinheit4 eine Sende-/Empfangsweiche41 sowie eine Antenne41 . Anstelle der einen Antenne41 wäre es natürlich auch denkbar, mehrere Antennen zum separaten Senden und Empfangen zu verwenden. In diesem Fall wäre die Sende-/Empfangsweiche41 nicht erforderlich. - Zur Ermittlung des Füllstands L anhand der Laufzeiten t1, t2 dient eine Auswerteeinheit
5 . Sie umfasst einen Mikrocontroller51 zur A/D-Wandlung der Echo-Pulse E1, E2 sowie zur Berechnung der Laufzeiten t1, t2. - In
2 sind lediglich Signalpfade dargestellt. Steuerpfade, beispielsweise zur Ansteuerung des ersten Pulsgenerators31 und/oder des ersten Frequenzteilers32 durch den Mikrocontroller51 , sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht wiedergegeben. -
3 zeigt eine Erweiterung des in2 gezeigten Füllstandsmessgerätes. Bei dem dort gezeigten Füllstandsmessgerät erfolgt eine Abtastung und eine damit verbundene Zeitdehnung der Echo-Pulse E1, E2 nach dem Stand der Technik, um die Ermittlung der Laufzeiten t1, t2 anhand eines resultierenden Zwischenfrequenz-Signals ZF zu erleichtern. Die Abtastung erfolgt in einem Mischer56 durch ein Abtast-Signal, welches analog zu den Mikrowellen-Pulsen S1, S2 durch einen Referenz-Pulsgenerator52 , einen zweiten Frequenzteiler53 und einen zweiten Hochfrequenzoszillator54 erzeugt wird. Dabei ist es zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig, dass der erste Frequenzteiler32 und der zweite Frequenzteiler53 stets den gleichen Teiler-Faktor aufweisen. - Das in
3 gezeigte Füllstandsmessgerät umfasst außerdem zwei Verzögerungsglieder34 ,55 . Sie dienen dazu, das Aussenden einzelner Mikrowellen-Pulse S1, S2 um eine halbe Wellenlänge (bezogen auf die Mittenfrequenz fM der Hochfrequenzoszillatoren33 ,54 ), beziehungsweise das Abtast-Signal zu verzögern. Hierbei ist es von Vorteil, wenn nach einem Zufallsprinzip gesteuert wird, ob der Mikrowellen-Puls S1, S2 und das Abtast-Signal verzögert werden. Durch diese zusätzliche Maßnahme lässt sich die Signal-Stärke der Überreichweiten-Echos E1, E2 um bis zu 20 dB verringern, ohne das die Signal-Stärke derjenigen Echo-Pulse E1 E2, die aus Reflektion der Mikrowellen-Pulses S1, S2 an der Oberfläche des Füllguts2 resultieren, reduziert wird. Auch bei dieser Maßnahme ist es nötig, dass beide Verzögerungsglieder34 ,55 gleichsinnig angesteuert werden. Das heißt, dass entweder beide Verzögerungsglieder34 ,55 momentan das Aussenden des Mikrowellen-Pulses S1, S2 verzögern, oder keines von beiden. Alternativ zu der in3 gezeigten Ausführungsvariante wäre es auch denkbar, dass die Verzögerungsglieder34 ,55 zwischen den Frequenzteilern32 ,53 und den Hochfrequenzoszillatoren33 ,54 angeordnet sind. - Diese Maßnahme, die zur Reduktion der Signal-Stärke von Überreichweiten-Echos E1, E2 dient, könnte auch bei der in
2 gezeigten Ausführungsvariante des Füllstandsmessgerätes angewandt werden. In diesem Fall würde sich der Zusatzaufwand auf lediglich ein einziges Verzögerungsglied in der Pulserzeugungseinheit3 beschränken. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Behälter
- 2
- Füllgut
- 3
- Pulserzeugungseinheit
- 4
- Sende-/Empfangseinheit
- 5
- Auswerteeinheit
- 31
- Erster Pulsgenerator
- 32
- Erster Frequenzteiler
- 33
- Erster Hochfrequenzoszillator
- 34
- Erstes Verzögerungsglied
- 41
- Sende-/Empfangsweiche
- 42
- Antenne
- 51
- Mikrocontroller
- 52
- Referenz-Pulsgenerator
- 53
- Zweiter Frequenzteiler
- 54
- Zweiter Hochfrequenzoszillator
- 55
- Zweites Verzögerungsglied
- 56
- Mischer
- E1, E2
- Echo-Pulse
- fM1, fM2
- Mittenfrequenzen
- fR1, fR2
- Wiederholraten
- L
- Füllstand
- S1, S2
- Mikrowellen-Pulse
- to, t1, t2
- Laufzeiten
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2011/076478 A2 [0005]
Claims (7)
- Verfahren zur Bestimmung des Füllstands (L) eines in einem Behälter (
1 ) befindlichen Füllgutes (2 ), folgende Teilverfahren umfassend: In einem ersten Teilverfahren wird mit einer ersten Wiederholrate (fR1) in aufeinanderfolgenden Messzyklen – ein erster Mikrowellen-Puls (S1) mit einer ersten Mittenfrequenz (fM1) in Richtung der Oberfläche des Füllgutes (2 ) ausgesendet, – nach Aussenden des ersten Mikrowellen-Pulses (S1) zumindest ein erster Echo-Puls (E1) empfangen, wobei eine erste Laufzeit (t1) zwischen Aussenden des ersten Mikrowellen-Pulses (S1) und Empfang des zumindest einen ersten Echo-Pulses (E1) ermittelt wird, in einem zweiten Teilverfahren wird mit einer zweiten Wiederholrate (fR2) in aufeinanderfolgenden Messzyklen – ein zweiter Mikrowellen-Puls (S2) mit einer zweiten Mittenfrequenz (fM2) in Richtung der Oberfläche des Füllgutes (2 ) ausgesendet, – nach Aussenden des zweiten Mikrowellen-Pulses (S2) zumindest ein zweiter Echo-Puls (E2) empfangen, wobei eine zweite Laufzeit (t2) zwischen Aussenden des zweiten Mikrowellen-Pulses (S2) und Empfang des zumindest einen zweiten Echo-Pulses (E2) ermittelt wird, und wobei der Füllstand (L) anhand der ersten Laufzeit (t1) und/oder anhand der zweiten Laufzeit (t2) ermittelt wird, sofern die erste Laufzeit (t1) und die zweite Laufzeit (t2) in etwa übereinstimmen. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest in einem Messzyklus des ersten Teilverfahrens der erste Mikrowellen-Puls (S1) mit einer vordefinierten Verzögerung, die in etwa dem Kehrwert der zweifachen ersten Mittenfrequenz (fM1) entspricht, ausgesendet wird, und/oder wobei zumindest in einem Messzyklus des zweiten Teilverfahrens der zweite Mikrowellen-Puls (S2) mit einer vordefinierten Verzögerung, die in etwa dem Kehrwert der zweifachen zweiten Mittenfrequenz (fM2) entspricht, ausgesendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei für den Fall, dass in mehreren Messzyklen des ersten Teilverfahrens und/oder des zweiten Teilverfahrens der Mikrowellen-Puls (S1, S2) verzögert ausgesendet wird, nach einem Zufallsprinzip gesteuert wird, in welchem Messzyklus der erste Mikrowellen-Puls (S1) und/oder der zweite Mikrowellen-Puls (S2) verzögert ausgesendet werden/wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren gleichzeitig durchgeführt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Teilverfahren und das zweite Teilverfahren im Wechsel durchgeführt werden.
- Füllstandsmessgerät zur Ausführung des in zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 beschriebenen Verfahrens, folgende Komponenten umfassend: – Eine Pulserzeugungseinheit (
3 ) zur Erzeugung des ersten Mikrowellen-Pulses (S1) und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses (S2), – eine Sende-/Empfangseinheit (4 ) zum Aussenden des ersten Mikrowellen-Pulses (S1) und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses (S2), sowie zum Empfang des zumindest einen ersten Echo-Pulses (E1) und/oder des zumindest einen zweiten Echo-Pulses (E2), – eine Auswerteeinheit (5 ) zur Ermittlung des Füllstands (L) anhand der ersten Laufzeit (t1) und/oder anhand der zweiten Laufzeit (t2). - Füllstandsmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Pulserzeugungseinheit (
3 ) ein Verzögerungsglied (34 ) zur Verzögerung des Aussendens des ersten Mikrowellen-Pulses (S1) und/oder des zweiten Mikrowellen-Pulses (S2) umfasst.
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US15/774,355 US10830629B2 (en) | 2015-11-30 | 2016-11-03 | Method for determining the fill level of a fill substance located in a container |
PCT/EP2016/076590 WO2017092963A1 (de) | 2015-11-30 | 2016-11-03 | Verfahren zur bestimmung des füllstands eines in einem behälter befindlichen füllgutes |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10830629B2 (en) | 2015-11-30 | 2020-11-10 | Endress + Hauser SE+Co. KG | Method for determining the fill level of a fill substance located in a container |
EP3887777B1 (de) * | 2018-11-28 | 2023-09-20 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Verfahren zu füllstandsmessung |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3418701B1 (de) * | 2017-06-21 | 2024-09-25 | VEGA Grieshaber KG | Füllstandreflektometer mit veränderbarem messablauf |
CN112129379A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-12-25 | 厦门万宾科技有限公司 | 抗干扰的动态测距方法及积水动态监测方法 |
DE102022125267A1 (de) | 2022-09-30 | 2023-11-02 | Baumer Electric Ag | Füllstanderfassungseinheit |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007013714A1 (de) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung einer Entfernung oder einer Entfernungsänderung |
US20100201563A1 (en) * | 2009-02-11 | 2010-08-12 | Flasza Michael D | Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle |
WO2011076478A2 (de) | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Verfahren zur ermittlung und überwachung des füllstands eines mediums in einem behälter nach einem laufzeitmessverfahren |
DE102012109101A1 (de) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Füllstandsmessgerät |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2038823A1 (en) * | 1990-03-30 | 1991-10-01 | Akio Nagamune | In-furnace slag level measuring method and apparatus therefor |
GB9522949D0 (en) * | 1995-11-09 | 1996-01-10 | M & A Packaging Serv Ltd | Fill level measuring |
EP1069438A1 (de) | 1999-07-15 | 2001-01-17 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter |
DE19949992C2 (de) * | 1999-10-15 | 2002-08-29 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit eines Zeitbereichsreflektometers |
US6995706B2 (en) * | 2004-02-13 | 2006-02-07 | Saab Rosemount Tank Radar Ab | Method and an arrangement in a radar level gauging system |
US7542870B2 (en) * | 2006-02-28 | 2009-06-02 | Ssi Technologies, Inc. | Immersed fuel level sensor |
DE102006062606A1 (de) * | 2006-12-29 | 2008-07-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren |
DE102008050329A1 (de) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät |
DE102009028620A1 (de) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Messgerät der Prozessautomatisierungstechnik zur Ermittlung und Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in einem Hochtemperatur-Prozess in einem Behälter |
CA2734001C (en) * | 2010-03-14 | 2016-01-19 | Titan Logix Corp. | System and method for measuring and metering deicing fluid from a tank using a refractometer module |
DE102012212210A1 (de) * | 2012-07-12 | 2014-01-16 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbehälter |
US9228877B2 (en) | 2012-09-26 | 2016-01-05 | Rosemount Tank Radar Ab | Guided wave radar level gauge system with dielectric constant compensation through multi-frequency propagation |
DE102014107249A1 (de) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit einer Radarvorrichtung |
DE102015120736B4 (de) | 2015-11-30 | 2022-07-14 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Verfahren und Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes |
-
2015
- 2015-11-30 DE DE102015120736.2A patent/DE102015120736B4/de active Active
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2016
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- 2016-11-03 CN CN201680069578.XA patent/CN108431557B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007013714A1 (de) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung einer Entfernung oder einer Entfernungsänderung |
US20100201563A1 (en) * | 2009-02-11 | 2010-08-12 | Flasza Michael D | Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle |
WO2011076478A2 (de) | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Verfahren zur ermittlung und überwachung des füllstands eines mediums in einem behälter nach einem laufzeitmessverfahren |
DE102012109101A1 (de) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Füllstandsmessgerät |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10830629B2 (en) | 2015-11-30 | 2020-11-10 | Endress + Hauser SE+Co. KG | Method for determining the fill level of a fill substance located in a container |
EP3887777B1 (de) * | 2018-11-28 | 2023-09-20 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Verfahren zu füllstandsmessung |
US11988541B2 (en) | 2018-11-28 | 2024-05-21 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Method for radar measurement of a filling level in a container |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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