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WO2007014703A2 - Vorrichtung zum messen eines füllstands - Google Patents

Vorrichtung zum messen eines füllstands Download PDF

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Publication number
WO2007014703A2
WO2007014703A2 PCT/EP2006/007463 EP2006007463W WO2007014703A2 WO 2007014703 A2 WO2007014703 A2 WO 2007014703A2 EP 2006007463 W EP2006007463 W EP 2006007463W WO 2007014703 A2 WO2007014703 A2 WO 2007014703A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
receiving unit
transmitting unit
transmitting
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/007463
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2007014703A3 (de
Inventor
Joachim Benz
Original Assignee
Vega Grieshaber Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005036846.8A external-priority patent/DE102005036846B4/de
Application filed by Vega Grieshaber Kg filed Critical Vega Grieshaber Kg
Priority to CN2006800284558A priority Critical patent/CN101238358B/zh
Priority to EP06776476A priority patent/EP1910785A2/de
Publication of WO2007014703A2 publication Critical patent/WO2007014703A2/de
Publication of WO2007014703A3 publication Critical patent/WO2007014703A3/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30—Indicating 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 floats
    • G01F23/64—Indicating 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 floats of the free float type without mechanical transmission elements
    • G01F23/68—Indicating 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 floats of the free float type without mechanical transmission elements using electrically actuated indicating means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating 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
    • G01F23/28—Indicating 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 the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring a filling level of a medium.
  • the present invention relates to a device and a method for measuring a filling level of a filling material by means of distance determination of transmitting and receiving units.
  • level measuring instruments For measuring fill levels, such as levels in industrial containers or ship tanks, usually level measuring instruments are used, which measure fill levels by means of radar wave measuring technology.
  • the basic principle is based on emitting waves from an antenna in the direction of the medium, on whose surface the waves are reflected again and are received again by the transmitting unit.
  • transit time measurement i. by measuring the time from sending to receiving these pulses and by knowing the
  • Propagation speed of the waves thus the distance between the product and the antenna and thus the level height can be measured in a container.
  • This measurement principle is disclosed for example in DE 4407823.
  • the object is achieved by a device and by a method for measuring a filling level of a filling material with the features according to the independent patent claims.
  • an apparatus for measuring a filling level of a filling material wherein the device has at least one receiving unit, wherein the at least one receiving unit is adapted to float on a surface of the medium, and wherein the at least one receiving unit for determining the level is carried out by means of a distance measurement on the basis of a first signal emitted by at least one first transmitting unit and received by the at least one receiving unit.
  • an apparatus for measuring a filling level of a filling material wherein the device has at least one transmitting unit, wherein the at least one transmitting unit is adapted to float on a surface of the filling material, and wherein at least one receiving unit for determining the filling level by means of a distance measurement on the basis of a signal transmitted by the at least one transmitting unit and received by the at least one receiving unit.
  • a method of measuring a fill level of a fill comprising the steps of providing at least one receiving unit for swimming at a surface of the fill, and determining the fill level by measuring a distance between the at least one
  • Receiving unit and at least a first transmitting unit based on a transmitted from the at least one first transmitting unit and received by the at least one receiving unit first signal.
  • a method of measuring a fill level of a fill comprising the steps of providing at least one transmit unit for swimming at a surface of the fill, and determining the fill level by measuring a distance between the at least one Transmitting unit and at least one receiving unit based on a transmitted from the at least one transmitting unit and received by the at least one receiving unit signal.
  • a receiving unit (or a sending unit) may be introduced into a closed (or open) container and float on the contents due to their buoyancy characteristics, so that it always positions along the filling line of the filling material.
  • the receiving unit can receive signals or waves from transmitting units and determine a distance based on the transmitted information.
  • the transmitting unit can be positioned outside the container.
  • an enormous increase in safety is thus ensured.
  • the transmitting units can be satellites of a positioning system, such as GPS and / or Galileo, whose signals can be evaluated by the receiving unit and / or a connected evaluation or processing unit.
  • GPS and Galileo With a combination of GPS and Galileo, the number of transmitters can be increased and thus the resolution can be refined.
  • the device has a plurality of receiving units, wherein the receiving units buoyancy properties for swimming on or on a surface of the medium, wherein the receiving units for determining - 3 -
  • the filling level is carried out by means of a distance measurement on the basis of a signal emitted by at least one first transmitting unit and received by the receiving units.
  • the receiving units can cover different areas of the medium. For example, with viscous or solid fillers such as adhesive or other bulk material, different tips can form on the surface, which can be covered or scanned by multiple receiving units.
  • a failure of one of these units can be replaced.
  • sound waves, airborne sound waves, radio waves, microwaves, infrared waves and light waves are used to transmit the signals.
  • short waves sound waves, airborne sound waves, radio waves, microwaves, infrared waves and light waves are used to transmit the signals.
  • Distances between the at least one receiving unit and the at least one transmitting unit may be slowly propagating waves, such as sound waves, prove advantageous.
  • the receiving unit is set up in such a way that the distance of the at least one transmitting unit to the at least one receiving unit can be determined in particular by means of a transit time measurement of the signal transmitted by the first transmitting unit.
  • This first signal contains time information about the time of transmission. Together with the information of the time at which the signal has reached the receiving unit, and the propagation speed of the signal, the distance between transmitting and receiving unit can be calculated.
  • the signals can be stretched, for example, with the help of interference measurement or Abtastmessvon time, so as to increase the accuracy significantly.
  • laser techniques can be used, such as the Michelson interferometer.
  • the device further comprises at least one first transmitting unit for transmitting a first signal, which is received by the at least one receiving unit. If the receiving unit can be moved one-dimensionally with only one degree of freedom, a distance and a position of the receiving unit can be determined with a transmitting unit. In this case, a distance between the transmitting and receiving unit is calculated by measuring the transit time of the signal. In order to determine the position of the at least one receiving unit in three-dimensional space, for example, two position coordinates must be set, so that only the coordinate in the direction of the degree of freedom is variable. Together with the information about the geographical position of the transmitting unit, the position of the at least one receiving unit and thus of the filling level can be determined exactly.
  • the device can have at least one second transmitting unit for emitting a second signal, which can be received by the at least one receiving unit, wherein the first transmitting unit is arranged at a distance from the second transmitting unit.
  • the receiving unit can have two degrees of freedom and yet the position can be determined exactly.
  • the position of the at least one receiving unit is thus obtained in the intersection of the two distance lines, which each run from the transmitting to the receiving unit a two-dimensional area.
  • the knowledge of the position positions of the first and second transmission units is a prerequisite for obtaining an intersection of the distance lines. The farther the first and second transmitting units are spatially apart, the more accurate the distance measurement can be performed.
  • the third spatial coordinate of the receiving unit can be predetermined by a fixed, known spatial coordinate.
  • the device has at least one third transmitting unit for transmitting a third signal which can be received by the receiving unit, wherein the third transmitting unit is arranged at a distance from the first and the second.
  • the third transmitting unit is arranged at a distance from the first and the second.
  • Receiving unit can in turn determine the distance to the transmitting units, so that in the intersection of the distance lines, the current position of the at least one receiving unit is in three-dimensional space.
  • the at least one receiving unit is designed to be guidable along a container wall.
  • the receiving unit can be formed one-dimensionally drivable on the container wall and, for example, move only in a vertical orientation. If the receiving unit is one-dimensionally movable, the other two spatial coordinates can be specified.
  • the only unknown or variable of the spatial coordinates for example, the vertical position of the at least one receiving unit, and can be determined by only one signal sent by the transmitting unit, the spatial position.
  • the at least one receiving unit is designed to be two-dimensionally executable.
  • the receiving unit with two degrees of freedom is attached to the container wall in such a way that it can move horizontally or vertically, for example, then at least two transmitting units are needed, which can thus determine the two variable space coordinates.
  • the third spatial coordinate is determined.
  • the receiving unit may be controlled on the container wall and moved along the guides.
  • the at least one receiving unit can be moved over, for example, over the elevations and depressions of the product surface, thus traversing and measuring the surface structure of a product.
  • the content of the contents can be calculated by knowing the surface condition.
  • the at least one receiving unit can be equipped with sensors that automatically scan the surface of the medium and move the at least one receiving unit.
  • the sensors can be touch sensors, pressure sensors or optical sensors.
  • Device a processor unit for evaluating and controlling the signals, wherein the processor unit is configured to receive the signals and / or to send.
  • the at least one receiving unit is designed such that it can send signals to the processor unit and / or to the at least one transmitting unit.
  • the processor unit can receive a position of the at least one receiving unit and further evaluate the data thus obtained.
  • the Transmission of the signals may use various transmission techniques, such as Bluetooth, infrared, WLAN or radio signal technologies.
  • a variety of information with the signals or data can be sent and processed, such as time data, position data, geodetic coordinates, polar coordinates, cylindrical coordinates, spherical polar coordinates, geographical coordinates, distances from transmitting to receiving unit, distances from container bottom and / or - walls and time data.
  • Transmission units is indefinite. Furthermore, the plurality of information of the signals can be sent to the processor unit, which controls the device therefrom or otherwise can further process the information.
  • the at least one receiving unit comprises a timer.
  • the at least one transmitting unit as well as each of the plurality of transmitting units, comprises a timer.
  • the processor unit comprises a timer. The processor unit can measure the values of the times of the transmitting and receiving units and thus adjust and adjust the time values.
  • only the processor unit can include a timer and specify a uniform system time. Thus, it is possible to specify centrally a system time series which is uniform for all transmitting and receiving units. This can significantly reduce measurement inaccuracies.
  • timer elements for example, digital watches, quartz watches and atomic clocks are possible.
  • the receiving unit and the processor unit are integral and integral, i. as a common
  • the receiving unit and the processor unit can be manufactured as one component, which leads to considerable cost savings and advantages in the application of the device.
  • the device can use existing signals from conventional navigation systems.
  • the at least one receiving unit can use signals from the navigation systems for level measurement.
  • the signals also contain time information about the
  • the signals contain information about the position of the transmitting unit or the satellite, so that the exact position of the receiving unit can be determined by means of the distance.
  • Navigation systems which can be implemented in a system according to the invention and whose signals can be received by the at least one receiving unit are, for example, NASDA, GPS, digital GPS, local area DGPS, wide area DGPS, WAAS GPS, EGNOS. GPS, GLONASS, Galileo, MTSAT or Beidou signals.
  • Processing unit further provides a reference signal to compensate for inaccuracies in the distance measurement. Due to, for example, inaccurate time measurements between the time of transmission and reception, inaccuracies in the distance measurement can occur.
  • This can compensate the processor unit by providing a reference signal.
  • the processor unit is known its geographical position.
  • the processor unit also measures its own geographical position on the basis of the received signals of the at least one transmitting unit or of the satellite. If the measured position value deviates from the actual position value of the position of the processor unit, this can thus calculate the magnitude of the error. With this error value, the other measured values can be corrected, which results in a considerable improvement in the accuracy of the measurement.
  • the processor unit and / or the receiving unit may receive a reference value from another reference station to correct the measurement error.
  • a reference value For example, regional D-GPS (differential GPS) transmitting stations are often provided that send a reference signal for correcting GPS signals.
  • the receiving unit, each transmitting unit and / or the processor unit comprises a power supply.
  • the energy supply can be provided by batteries, solar cells, battery and / or a power supply.
  • a power supply can be provided by means of a sliding contact by contacting the receiving unit with the container wall, by means of electromagnetic transmission and / or by means of oscillating circuits.
  • a contactless energy transfer is possible.
  • the power supply for the float may also be by means of the guide member.
  • the device comprises at least one transmitting unit, wherein the at least one transmitting unit has buoyant properties for floating on a surface of the filling material, and wherein at least one receiving unit for determining the filling level by means of a distance measurement based on the at least one first transmitting unit - U -
  • At least one transmitting unit is introduced into a container, wherein these signals for distance measurement to at least one receiving unit, which is attached for example to the container wall, sends.
  • a specific transit time of a signal transmitted by at least one first transmission unit is measured in order to determine the distance of the transmission unit to the reception unit.
  • a specific transit time of a first and second signal transmitted by at least one first and one second transmitting unit is measured, in order thus to determine the distance of the transmitting unit to the receiving unit.
  • a specific transit time is determined by means of at least three signals transmitted by at least three transmission units in order to determine the distance of the transmission unit to the reception unit.
  • the receiving unit is guided on a wall, for example a container wall.
  • the receiving unit can be guided one-dimensionally, two-dimensionally or three-dimensionally on a wall, for example a container wall.
  • a signal is sent or received by means of a processor unit.
  • information can be sent from the receiving unit or a transmitting unit to the processor unit or else from the processor unit
  • Information is sent to the receiving unit or the transmitting unit.
  • a system time can thus be synchronized and certain system times can be measured.
  • a time difference of a signal between leaving the at least one transmitting unit until receiving the signal from the receiving unit and / or the processor unit is measured, for example by means of a timer.
  • the system time can be specified centrally by a unit, such as the processor unit.
  • a decentralized time management is possible, in which each unit, for example, each transmitting, receiving and processing unit, has a timer. The timers can then be synchronized.
  • signals and data are received from satellites.
  • fill levels in open waters or containers can be measured, wherein first a receiving unit is introduced into a product to be measured and from the distance from the receiving unit to at least one transmitting unit is measured, wherein due to the distance determination of the receiving unit to a Sender unit a level can be determined.
  • the receiving unit can be introduced into an open water or an open container and, without taking any precautionary measures, the filling level height can be determined with a processor unit.
  • this exemplary system can be implemented as a lightweight and portable measuring device, so that fill levels can be measured at any time without much effort.
  • the absolute value of the ground can already be known by, for example, a blank measurement, on the other hand a reference to e.g. the level of the sea level, or normal zero (NN) possible.
  • N normal zero
  • the total depth is not relevant but a relative measurement sufficient, since only a changing filling or level of the contents is of interest.
  • a multi-component product for example, a product with oil and water shares
  • a plurality of floats whose buoyancy properties are chosen so that at each interface (eg water oil and oil-air) a respective float is present. Then partial fill levels of the individual media or units can be measured separately.
  • a novel level measurement technique is introduced, which represents a completely new approach over previous concepts.
  • About the position determination by means of a floating element in an open container it is possible to reduce the technical complexity and thus the cost.
  • it is possible to use already existing navigation systems, such as GPS or Galileo so that even can be dispensed with the separate provision of the transmitting units for position determination.
  • these new approaches to level measurement it is thus possible to determine levels that are more efficient and less expensive.
  • the container should be permeable to electromagnetic waves (for example made of an electrically insulating material).
  • the container can be configured without a lid.
  • the distance measurement may be wireless (e.g., via phase information or travel time information of electromagnetic waves) or wired between the transmitting and receiving units (e.g., by time-of-flight measurement of an electrical signal through a conductor between the transmitting and receiving units).
  • wireless e.g., via phase information or travel time information of electromagnetic waves
  • wired between the transmitting and receiving units e.g., by time-of-flight measurement of an electrical signal through a conductor between the transmitting and receiving units.
  • Well-known velocity information of waves (sound or electromagnetic) or phase information e.g., in the case of interference of coherent radiation
  • Fig. 1 is a schematic representation of an apparatus for measuring a
  • FIG. 2 is another illustration of an apparatus for measuring a level with reference to existing positioning systems in accordance with an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a possible construction of a processor unit
  • Fig. 4 is a schematic representation of an apparatus for measuring a level with positioning systems with reference to terrestrial reference points.
  • Fig. 5 is a schematic representation of an exemplary embodiment of the method according to the present invention.
  • Fig. 6 and 7 is a schematic side view and top view of a device for measuring a level, the receiving unit is controllable.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for measuring fill levels.
  • a level of a product 4 is measured in a container 3.
  • Receiving unit 5 is due to its buoyancy properties at (or close to) a surface of the medium 4.
  • At least one transmitting unit 14 sends signals to the at least one receiving unit 5, resulting in a distance between receiving unit 5 and transmitting unit 14 can be determined. Due to the knowledge of the position of the container bottom and the position of the at least one receiving unit 5, the level or the container contents.
  • the device has a second, a third and / or a multiplicity of transmitting units 14 ', 14 "which can be fastened, for example, to the container surface and / or guided vertically.
  • the receiving unit 5 for example, guided vertically, it is only one degree of freedom open. Ideally, therefore, the height of the medium 4 can be measured by means of only one transmitting unit 14, since apart from the variable, vertical space coordinate, the two further space coordinates are already defined and known by the guide 2.
  • a guidance-free receiving unit 5 In the case of a guidance-free receiving unit 5, it can move freely in three-dimensional space on the surface of the filling material 4, so that at least three degrees of freedom thus require three or more transmitting units 14, 14 ', 14 ", the more transmitting units 14, 14', 14 "are present, the more accurate and trouble-free, a measurement of the level height can be realized.
  • the receiving unit 5 in the guide 2 can be controlled so as to scan the surface of the medium.
  • the guide 2 in this case has a movable unit which moves the receiving unit on the Gregutober Structure. Especially with viscous products or bulk material, all elevations and depressions of the product surface can thus be detected. By means of sensors mounted on the receiving unit, the movement for scanning the product surface can be automated.
  • the receiving unit comprises an antenna 12 in order to be in contact with the transmitting units 14, 14 ', 14 ".
  • a processor unit 1 with an antenna 13 can likewise be fastened, for example, on the container surface and be in contact with a process control device 6.
  • the processor unit can receive the data about the height of the receiving unit 5 and the container bottom, which calculates the filling level.
  • the signals can convey certain information on the basis of which the distance results. ⁇ br/> ⁇ br/> One possibility is based on transit time measurements of the transmission signals determines, with which the distance is measured on the basis of the constant or determinable propagation velocity of the waves (eg electromagnetic waves or sound waves)
  • the signals thereby contain the information about the time of sending the signal, while the receiving unit 5 records the time of the reception of the signals. Therefore, it is necessary to specify an exact system time that matches the send and receive units.
  • highly accurate atomic clocks can be integrated into the transmit 14, 14 ', 14 "and receiver 5 for precise determination of the distance to integrate a central timer, which thus determines transmission time and reception time exactly or specifies a common system time.
  • Fig. 2 shows another embodiment of the present invention.
  • Level measuring device also has a container 3 with a product 4, wherein on the surface of the product a receiving unit 5 rests.
  • Fig. 2 omits the transmitting units 14, 14 ', 14 "on the container surface and uses existing signals from existing navigation systems
  • the receiving unit can receive the signals from the satellites and determine the filling level height therefrom by transit time measurement
  • a GPS satellite transmits the position of the transmitting satellite and the time at which he sent the signal
  • Receiving unit 5 possible to determine an exact position determination and thus the height of the medium.
  • terrestrial systems that support typical navigation techniques such as GPS or Galileo can also be used.
  • DGPS differential GPS technology
  • a further reference unit for example, on the container surface, be fixed, whose position is already known.
  • This so-called stationary reference receiver with a known position also measures its relative position via the satellite signals and compares these with its absolute, already known position. From this, the position error is determined and local correction data is calculated. The correction data then corrects the measured position data of the receiving unit 5.
  • the stationary reference receiver can be integrated, for example, in the evaluation unit 1.
  • differential measuring method it is also possible to correct several floats (for example in different containers) with a common reference.
  • the receiving unit 5 may comprise, for example, a GPS receiver 8, a position value transmission device 9, a power supply 10 and optionally a minimum power consumption control device 1 1.
  • the power supply can be ensured by batteries, solar cells, batteries or via a connection with a power supply. In the event that the receiving unit 5 is guided along a container surface, the power supply can be ensured via a sliding contact. Also possible are power supplies via electromagnetic transmissions or by means of inductive or capacitive resonant circuits. These types of power supply can be found in the Transmitting units 14, 14 ', 14 ", in which at least one receiving unit 5 or in the processor unit 1 are used.
  • Fig. 4 shows a device for measuring levels, for example in an open container. To increase the accuracy of known
  • Reference point the GPS specific errors are minimized. Correcting all run times using a correction factor calculated from a current reference position minus the actual reference position.
  • the reference unit does not have to be mounted directly on the container, so that several receiving units 5 or 5 float in different containers or basins can use the same correction factor of a common reference sensor.
  • the position coordinates of the reference unit are known.
  • the reference unit measures its own position coordinates via the navigation system. From the difference of the known position of the reference unit and the erroneous measured value, which is determined via the navigation system, a correction factor can be calculated. Subsequently, one can add to the error-prone values measured by the navigation system of the at least one receiving unit the correction factor and thus obtains exact position coordinates of the receiving unit 5.
  • the position coordinates are determined from four or more satellites 1 ⁇ 7 ", 7", 7 "".
  • the system is much more stable due to the redundancy of the transmitting units or satellites.
  • Fig. 5 shows an exemplary embodiment of the method.
  • a receiving unit 5 is introduced into an open water.
  • the receiving unit 5 can determine its position via conventional navigation systems, such as GPS or Galileo exactly.
  • a reference value of the height of the bottom of the open water or of the open container 15 the exact fill level height can thus be calculated via a processor unit 1.
  • the receiving unit 5 can therefore be connected wirelessly or by wire to a transmitting unit 7, 14 or a processor unit 1 in order to perform transit time measurements of waves for distance determination.
  • the total depth can be determined by comparison with normal zero (NN) or by means of an initial measurement in the unfilled state. Often, only a level change is relevant, so that the knowledge of the total depth is unnecessary.
  • NN normal zero
  • the sea level can be used, which can be dispensed with a determination of a reference point.
  • Figs. 6 and 7 show an apparatus for measuring levels according to the present invention.
  • the receiving unit 5 is connected to a movable guide unit 2.
  • This guide unit 2 can for example be attached to the ceiling of a container and move the receiving unit 5 via an inhomogeneous surface structure of the product surface in, for example, x and y direction.
  • the movement in the z-direction of the receiving unit 5 is achieved by the hydrostatic buoyancy force or the Archimedian principle.
  • the receiving unit 5 or the guide unit 2 can be equipped with sensors, such as touch sensors, with which the product surface is scanned and the receiving unit is controlled in the z direction.
  • a transmitting unit 14 can be attached which moves with the guide unit 2 and thus likewise with the receiving unit 5. This may be in the direction of the z-axis the distance and thus the level can be determined.
  • the measurement via a plurality of permanently mounted transmission units 14 or satellites 7 of a navigation system is also possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands eines Füllguts (4), wobei die Vorrichtung eine Empfangseinheit (5) umfasst, die Auftriebseigenschaften zum Schwimmen auf einer Oberfläche des Füllguts aufweist. Die Empfangseinheit (5) misst mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von zumindest einer ersten Sendeeinheit (14, 7) ausgesendeten und von der Empfangseinheit (5) empfangenen ersten Signals den Abstand zwischen Sende- und Empfangseinheit, woraus der Füllstand bestimmt werden kann.

Description

Vorrichtung zum Messen eines Füllstands
Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional
Patentanmeldung Nr. 60/705,601 , eingereicht am 4. August 2005 und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2005 036 846.8, eingereicht am 4. August 2005, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts mittels Abstandsbestimmung von Sende- und Empfangseinheiten.
Hintergrund der Erfindung
Zum Messen von Füllständen, wie beispielsweise Füllstände in Industriebehältern oder Schiffstanks, werden üblicherweise Füllstandsmessgeräte eingesetzt, die mittels Radarwellenmesstechnik Füllstände messen. Das Grundprinzip beruht darauf, Wellen von einer Antenne in Richtung des Füllguts abzustrahlen, wobei an dessen Oberfläche die Wellen wieder reflektiert werden und von der Sendeeinheit wieder empfangen werden. Mittels Laufzeitmessung, d.h. mittels Messens der Zeit vom Senden bis zum Empfangen dieser Pulse und durch Kenntnis der
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen, kann somit der Abstand zwischen Füllgut und Antenne und somit die Füllstandshöhe in einem Behälter gemessen werden. Dieses Messprinzip ist beispielsweise in der DE 4407823 offenbart.
Andere bekannte Füllstandsmesser basieren auf dem Einsatz von Lasern oder Ultraschall. Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Vorrichtung und ein alternatives Verfahren bereitzustellen, womit ein Füllstand eines Füllguts gemessen werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und durch ein Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einem exemplarischen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands eines Füllguts geschaffen, wobei die Vorrichtung zumindest eine Empfangseinheit aufweist, wobei die zumindest eine Empfangseinheit zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts eingerichtet ist, und wobei die zumindest eine Empfangseinheit zur Bestimmung des Füllstands mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von zumindest einer ersten Sendeeinheit ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit empfangenen ersten Signals ausgeführt ist.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Vorrichtung zum Messen eines Füllstands eines Füllguts geschaffen, wobei die Vorrichtung zumindest eine Sendeeinheit aufweist, wobei die zumindest eine Sendeeinheit zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts eingerichtet ist, und wobei zumindest eine Empfangseinheit zur Bestimmung des Füllstands mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von der zumindest einen Sendeeinheit ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit empfangenen Signals ausgeführt ist. Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist des Bereitstellens zumindest einer Empfangseinheit zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts, und des Bestimmens des Füllstands mittels Messens eines Abstands zwischen der zumindest einen
Empfangseinheit und zumindest einer ersten Sendeeinheit auf Basis eines von der zumindest einen ersten Sendeeinheit ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit empfangenen ersten Signals.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist des Bereitsteilens zumindest einer Sendeeinheit zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts, und des Bestimmens des Füllstands mittels Messens eines Abstands zwischen der zumindest einen Sendeeinheit und zumindest einer Empfangseinheit auf Basis eines von der zumindest einen Sendeeinheit ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit empfangenen Signals.
Moderne Füllstandsmesstechniken beruhen auf der Überlegung, gemäß dem Radarwellenprinzip elektromagnetische Wellen in Richtung der Oberfläche eines Füllgutes abzustrahlen und die reflektierten Wellen erneut zu empfangen. Dabei muss immer durch eine Öffnung eine Vorrichtung in den Behälters angebracht und mit einer Verbindung nach Außen versehen werden, was aufwendig sein kann (z.B. im Hinblick auf bauliche Maßnahmen). Des weitern entstehen durch die Reflexion Interferenzen und Fehlmessungen, die die Messqualität erheblich verschlechtern können. Gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Empfangseinheit (oder eine Sendeinheit) in einen geschlossenen (oder offenen) Behälter eingebracht werden und auf dem Füllgut aufgrund ihrer Auftriebseigenschaften schwimmen, so dass sich diese immer entlang der Füllstandslinie des Füllguts positioniert. Die Empfangseinheit kann dabei Signale, bzw. Wellen, von Sendeeinheiten empfangen und aufgrund der übersandten Informationen einen Abstand bestimmen. Indem diese Signale nicht aus einer bestimmten Richtung auf das Füllgut abgestrahlt werden müssen, kann die Sendeeinheit außerhalb des Behälters positioniert sein. Somit ist es möglich, in einem geschlossenen Behälter ohne zusätzliche Öffnungen zum Einbringen eines Füllstandmessgeräts den Füllstand zu messen. Gerade bei explosiven und hochtoxischen Füllgütern ist somit eine enorme Erhöhung der Sicherheit gewährleistet.
Zudem erhält man mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen deutlich einfacheren Messaufbau, da mit dem Füllstandmesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf bereits bestehende Positionsbestimmungssysteme zugegriffen werden kann. Beispielsweise können die Sendeeinheiten Satelliten eines Positionsbestimmungssystems, wie beispielsweise GPS und/oder Galileo, sein, deren Signale von der Empfangseinheit und/oder einer angeschlossenen Auswerte- oder Verarbeitungseinheit ausgewertet werden können. Bei einer Kombination von GPS und Galileo kann die Anzahl der Sender erhöht werden und somit die Auflösung verfeinert werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Empfangseinheiten auf, wobei die Empfangseinheiten Auftriebseigenschaften zum Schwimmen an oder auf einer Oberfläche des Füllguts aufweisen, wobei die Empfangseinheiten zur Bestimmung - 3 -
des Füllstandes mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von zumindest einer ersten Sendeeinheit ausgesendeten und von den Empfangseinheiten empfangenen Signalen ausgeführt ist. In diesem Ausführungsbeispiel können die Empfangseinheiten verschiedene Bereiche des Füllguts abdecken. Beispielsweise bei viskosen oder festen Füllgütern wie Klebmasse oder sonstigem Schüttgut, können sich verschiedene Spitzen an der Oberfläche ausbilden, die durch mehrere Empfangseinheiten abgedeckt oder abgetastet werden können. Außerdem ist es möglich, aus den verschiedenen Höhen der verschiedenen Oberflächengegebenheiten eine Durchschnittshöhe bzw. einen (geschätzten) Behälterinhalt zu errechnen. Des weiteren kann durch die Redundanz der Empfangseinheiten ein Ausfall einer dieser Einheiten ersetzt werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung werden zum Übermitteln der Signale Schallwellen, Luftschallwellen, Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotwellen und Lichtwellen verwendet. Gerade bei kurzen
Abständen zwischen der zumindest einen Empfangseinheit und der zumindest einen Sendeeinheit können sich langsam ausbreitende Wellen, wie beispielsweise Schallwellen, als vorteilhaft erweisen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Empfangseinheit derart eingerichtet, dass im speziellen mittels einer Laufzeitmessung des von der ersten Sendeeinheit gesendeten Signals der Abstand der zumindest einen Sendeeinheit zur zumindest einen Empfangseinheit feststellbar ist. Dieses erste Signal enthält dabei Zeitinformationen über den Zeitpunkt des Sendens. Zusammen mit der Information des Zeitpunktes, an dem das Signal die Empfangseinheit erreicht hat, und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals, kann der Abstand zwischen Sende- und Empfangseinheit berechnet werden. Da oftmals aufgrund der sich schnell ausbreitenden Wellen die Messapparaturen zu träge und langsam sind, können mit Hilfe von Interferenzmessverfahren bzw. Abtastmessverfahren die Signale beispielsweise zeitlich gedehnt werden, um somit die Messgenauigkeit deutlich zu erhöhen. Dabei können auch Lasertechniken eingesetzt werden, wie beispielsweise das Michelson-Interferometer.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner zumindest eine erste Sendeeinheit zum Aussenden eines ersten Signals auf, das von der zumindest einen Empfangseinheit empfangen wird. Ist die Empfangseinheit mit nur einem Freiheitsgrad eindimensional bewegbar, so kann mit einer Sendeeinheit ein Abstand und eine Position der Empfangseinheit bestimmt werden. Dabei wird mittels Laufzeitmessung des Signals ein Abstand zwischen Sende- und Empfangseinheit berechnet. Um die Position der zumindest einen Empfangseinheit im dreidimensionalen Raum zu bestimmen, müssen zum Beispiel zwei Positionskoordinaten festgelegt werden, so dass lediglich die Koordinate in Richtung des Freiheitsgrades variabel ist. Zusammen mit der Information über die geographische Position der Sendeeinheit, kann die Position der zumindest einen Empfangseinheit und somit des Füllstands exakt bestimmt werden.
Ferner kann die Vorrichtung zumindest eine zweite Sendeeinheit zum Aussenden eines zweiten Signals aufweisen, das von der zumindest einen Empfangseinheit empfangbar ist, wobei die erste Sendeeinheit von der zweiten Sendeeinheit beabstandet angeordnet ist. Im Vergleich zu dem obigen Ausführungsbeispiel mit nur einer Sendeeinheit, kann bei Verwendung von zwei Sendeeinheiten die Empfangseinheit zwei Freiheitsgrade aufweisen und dennoch die Position exakt bestimmt werden. Mittels der Bestimmung des Abstandes von der zumindest einen Empfangseinheit zu der ersten und zweiten Sendeeinheit ergibt sich somit in dem Schnittpunkt der beiden Abstandslinien, die jeweils von der Sende- zur Empfangseinheit verlaufen, die Position der zumindest einen Empfangseinheit in einem zweidimensionalen Bereich. Die Kenntnis der Lagepositionen der ersten und zweiten Sendeeinheiten ist dabei eine Vorraussetzung, um einen Schnittpunkt der Abstandslinien zu erhalten. Je weiter die erste und zweite Sendeeinheit räumlich auseinander liegen, desto exakter kann die Abstandsmessung durchgeführt werden. Die dritte Raumkoordinate der Empfangseinheit kann dabei durch eine feste, bekannte Raumkoordinate vorgegeben sein.
In einer weiteren exemplarischen Ausfuhrungsform weist die Vorrichtung zumindest eine dritte Sendeeinheit zum Aussenden eines dritten Signals auf, das von der Empfangseinheit empfangbar ist, wobei die dritte Sendeeinheit von der ersten und der zweiten beabstandet angeordnet ist. Mit dieser Anordnung können alle drei Raumkoordinaten der zumindest einen Empfangseinheit bestimmt werden. Die zumindest eine Empfangseinheit kann sich dabei frei im dreidimensionalen Raum mit drei Freiheitsgraden bewegen. Voraussetzung hierbei ist wiederum eine Beabstandung der zumindest drei Sendeeinheiten. Die zumindest eine
Empfangseinheit kann dabei wiederum den Abstand zu den Sendeeinheiten bestimmen, so dass in dem Schnittpunkt der Abstandslinien die aktuelle Position der zumindest einen Empfangseinheit im dreidimensionalen Raum liegt.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zumindest eine Empfangseinheit entlang einer Behälterwand führbar ausgebildet. Zum Messen mit nur einer Sendeeinheit kann die Empfangseinheit eindimensional fuhrbar an der Behälterwand ausgebildet sein und sich beispielsweise lediglich in eine vertikale Ausrichtung bewegen. Ist die Empfangseinheit eindimensional bewegbar, können die anderen zwei Raumkoordinaten festgelegt werden. Damit ist die einzige Unbekannte bzw. Variable der Raumkoordinaten, beispielsweise die vertikale Position der zumindest einen Empfangseinheit, und kann durch lediglich ein von der Sendeeinheit gesendetes Signal die Raumposition bestimmt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine Empfangseinheit zweidimensional führbar ausgebildet. Wird beispielsweise die Empfangseinheit mit zwei Freiheitsgraden an der Behälterwand in der Art angebracht, dass sie sich beispielsweise horizontal oder vertikal bewegen kann, so benötigt man zumindest zwei Sendeeinheiten, die somit die zwei variablen Raumkoordinaten bestimmen können. Die dritte Raumkoordinate ist dabei bestimmt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Empfangseinheit an der Behälterwand gesteuert und entlang der Führungen bewegt werden. Damit kann die zumindest eine Empfangseinheit beispielsweise über die Erhöhungen und Vertiefungen der Füllgutoberfläche hinwegbewegt und somit die Oberflächenstruktur eines Füllguts abgefahren und gemessen werden. Außerdem kann durch die Kenntnis der Oberflächenbeschaffenheit der Füllgutinhalt berechnet werden. Die zumindest eine Empfangseinheit kann dabei mit Sensoren ausgestattet sein, die automatisch die Oberfläche des Füllguts abtasten und die zumindest eine Empfangseinheit bewegen. Die Sensoren können dabei Berührungs-, Drucksensoren oder optische Sensoren sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Vorrichtung eine Prozessoreinheit zum Auswerten und Steuern der Signale, wobei die Prozessoreinheit ausgebildet ist, die Signale zu empfangen und/oder zu senden.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zumindest eine Empfangseinheit derart ausgebildet, dass sie Signale an die Prozessoreinheit und/oder an die zumindest eine Sendeeinheit senden kann. Beispielsweise kann die Prozessoreinheit eine Position der zumindest einen Empfangseinheit empfangen und die so erhaltenen Daten weiter auswerten. Bei der Übermittlung der Signale (und/oder Daten) können verschiedene Übertragungstechniken zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Bluetooth, Infrarot, WLAN oder Funksignaltechnologien.
Außerdem können eine Vielzahl von Informationen mit den Signalen oder Daten versendet und verarbeitet werden, wie beispielsweise Uhrzeitdaten, Positionsdaten, geodätische Koordinaten, Polarkoordinaten, zylindrische Koordinaten, sphärische Polarkoordinaten, geografische Koordinaten, Abstände von Sende- zur Empfangseinheit, Abstände von Behälterboden und/oder -wänden und Zeitdaten.
Vorteilhaft bei einer exemplarischen erfϊndungsgemäßen Füllstandsbestimmung ist eine Übermittlung der Positionsdaten der zumindest einen Sendeeinheit an die Empfangs- oder Prozessoreinheit. Neben der Bestimmung des Abstands des oder der Sendeeinheiten von der oder den Empfangseinheiten ist eine Übermittlung der Positionsdaten der Sendeeinheiten möglich, sofern die räumliche Position der
Sendeeinheiten unbestimmt ist. Des weiteren können die Vielzahl an Informationen der Signale an die Prozessoreinheit gesendet werden, die daraus die Vorrichtung steuert oder die Informationen anderweitig weiterverarbeiten kann.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die zumindest eine Empfangseinheit einen Zeitgeber. Bei der Messung des Abstands zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit mittels zeitlicher Differenzmessung bzw. Laufzeitmessung zwischen Absenden und Empfangen der Signale ist ein genauer Abgleich der Systemzeit notwendig, so dass zwischen dem Zeitpunkt des Absendens des Signals und dem Zeitpunkt des Empfangens des Signals eine exakte Laufzeit der Welle gemessen werden kann. . Gemäß einem anderen exemplarischen Ausfülirungsbeispiel umfasst die zumindest eine Sendeeinheit, wie auch jede der Mehrzahl von Sendeeinheiten, einen Zeitgeber. In einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Prozessoreinheit einen Zeitgeber. Die Prozessoreinheit kann die Werte der Zeiten der Sende- und Empfangseinheiten messen und somit die Zeitwerte abgleichen und justieren. Des weiteren kann lediglich die Prozessoreinheit einen Zeitgeber umfassen und eine einheitliche Systemzeit vorgeben. Somit ist es möglich, zentral eine Systemzeitfolge vorzugeben, die für alle Sende- und Empfangseinheiten einheitlich ist. Damit können Messungenauigkeiten deutlich reduziert werden.
Bei dem Einsatz von Zeitgeberelementen sind beispielsweise Digitaluhren, Quarzuhren und Atomuhren möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Empfangseinheit und die Prozessoreinheit integral und einstückig, d.h. als ein gemeinsames
Bauelement, ausgebildet. Somit kann die Empfangseinheit und die Prozessoreinheit als ein Bauteil angefertigt werden, was zu erheblichen Kostenersparnissen und Vorteilen bei der Anwendung der Vorrichtung führt.
In einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die zumindest eine
Sendeeinheit ein Satellit. Damit kann die Vorrichtung bereits vorhandene Signale aus üblichen Navigationssystemen verwenden. Anstatt eigener Sendeeinheiten, die beispielsweise an einer Behälteroberfläche befestigt sind, kann die zumindest eine Empfangseinheit Signale von den Navigationssystemen zur Füllstandsmessung verwenden. Üblicherweise enthalten die Signale ebenfalls Zeitangaben über das
Absenden des Signals, so dass eine Entfernungsmessung zur Empfangseinheit über Laufzeitmessung ermöglicht wird. Außerdem enthalten die Signale Informationen über die Position der Sendeeinheit bzw. des Satelliten, so dass mittels des Abstands die genaue Position der Empfangseinheit festgestellt werden kann.
Navigationssysteme, die in einem erfindungsgemäßen System implementiert werden können, und deren Signale von der zumindest einen Empfangseinheit empfangen werden können, sind beispielsweise NASDA, GPS, Digital-GPS, Local Area-DGPS, Wide-Area-DGPS, WAAS-GPS, EGNOS-GPS, GLONASS-, Galileo-, MTSAT- oder Beidou-Signale.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel stellt die
Prozessoreinheit ferner ein Referenzsignal bereit, um Ungenauigkeiten bei der Abstandsmessung zu kompensieren. Aufgrund von beispielsweise ungenauen Zeitmessungen zwischen Sende- und Empfangszeitpunkt kann es zu Ungenauigkeiten bei der Abstandsmessung kommen. Dies kann die Prozessoreinheit kompensieren, indem sie ein Referenzsignal bereitstellt. Der Prozessoreinheit ist dabei ihre geographische Position bekannt. Neben der zumindest einen Empfangseinheit misst zudem die Prozessoreinheit ebenfalls ihre eigene geographische Position anhand der empfangenen Signale der zumindest einen Sendeeinheit bzw. des Satelliten. Weicht der gemessene Positionswert von dem tatsächlichen Positionswert der Lage der Prozessoreinheit ab, kann somit diese die Höhe des Fehlers errechnen. Mit diesem Fehlerwert können die anderen Messwerte korrigiert werden, womit sich eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit der Messung ergibt.
Es ist auch möglich, die Nachweisgenauigkeit der Füllstandsmessung zu verbessern, indem eine redundante Abstandsmessung zwischen Sende- und Empfangseinheiten durchgeführt wird, z.B. indem mehr Abstände gemessen werden, als zur Ermittlung des Füllstands mathematisch erforderlich ist. Durch Mittelungen oder andere Signalauswertetechniken können somit Messungenauigkeiten herausgerechnet werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Prozessoreinheit und/oder die Empfangseinheit einen Referenzwert von einer anderen Referenzstation erhalten, um den Messfehler zu korrigieren. Beispielsweise sind oftmals regional D-GPS (Differential-GPS) Sendestationen bereitgestellt, die ein Referenzsignal zur Korrektur von GPS Signalen senden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Empfangseinheit, jede Sendeeinheit und/oder die Prozessoreinheit eine Energieversorgung. Dabei kann die Energieversorgung durch Akkus, Solarzellen, Batterie und/oder einem Netzteil bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann mittels eines Schleifkontakts durch Berührung der Empfangseinheit mit der Behälterwand, mittels elektromagnetischer Übertragung und/oder mittels Schwingkreise eine Energieversorgung bereitgestellt werden. Somit wird eine kontaktlose Energieübertragung ermöglicht. In einem Szenario, in dem der Schwimmer unter Verwendung eines Führungselements mechanisch geführt wird, kann auch die Energiezufuhr für den Schwimmer mittels des Führungselements erfolgen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung zumindest eine Sendeeinheit, wobei die zumindest eine Sendeeinheit Auftriebseigenschaften zum Schwimmen auf einer Oberfläche des Füllguts aufweist, und wobei zumindest eine Empfangseinheit zur Bestimmung des Füllstandes mittels einer Abstandsmessung auf Basis der zumindest einen ersten Sendeeinheit - U -
ausgesendeten und von der Empfangseinheit empfangenen ersten Signals ausgeführt ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird zumindest eine Sendeeinheit in einen Behälter eingeführt, wobei diese Signale zur Abstandsmessung an zumindest eine Empfangseinheit, die beispielsweise an der Behälterwand befestigt wird, sendet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine bestimmte Laufzeit eines von zumindest einer ersten Sendeeinheit gesendeten Signals gemessen, um den Abstand der Sendeeinheit zur Empfangseinheit festzustellen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine bestimmte Laufzeit eines von zumindest einer ersten und einer zweiten Sendeeinheit gesendeten ersten und zweiten Signals gemessen, um somit den Abstand der Sendeeinheit zur Empfangseinheit festzustellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine bestimmte Laufzeit mittels von zumindest drei Sendeeinheiten gesendeten zumindest drei Signalen bestimmt, um den Abstand der Sendeeinheit zur Empfangseinheit festzustellen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Empfangseinheit an einer Wand, beispielsweise einer Behälterwand, geführt. Dabei kann die Empfangseinheit eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional an einer Wand, beispielsweise einer Behälterwand, geführt werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein Signal mittels einer Prozessoreinheit gesendet oder empfangen. Dabei können Informationen von der Empfangseinheit oder einer Sendeeinheit zu der Prozessoreinheit gesendet werden oder aber auch von der Prozessoreinheit Informationen an die Empfangseinheit oder die Sendeeinheit gesendet werden. Beispielsweise kann somit eine Systemzeit synchronisiert und bestimmte Systemzeiten gemessen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Zeitdifferenz eines Signals zwischen Verlassen der zumindest einen Sendeeinheit bis zum Empfangen des Signals von der Empfangseinheit und/oder der Prozessoreinheit gemessen, beispielsweise mittels eines Zeitgebers. Die Systemzeit kann zentral von einer Einheit, wie beispielsweise der Prozessoreinheit, vorgegeben werden. Ebenfalls ist eine dezentrale Zeitverwaltung möglich, bei der jede Einheit, beispielsweise jede Sende-, Empfangs- und Prozessoreinheit, einen Zeitgeber aufweist. Die Zeitgeber können dann synchronisiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden Signale und Daten von Satelliten empfangen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens können Füllstände in offenen Gewässern oder Behältern gemessen werden, wobei zuerst eine Empfangseinheit in ein zu messendes Füllgut eingebracht wird und daraus der Abstand von der Empfangseinheit zu mindestens einer Sendeeinheit gemessen wird, wobei aufgrund der Abstandsbestimmung der Empfangseinheit zu einer Sendeeinheit ein Füllstand bestimmt werden kann. Dabei kann beispielsweise die Empfangseinheit in ein offenes Gewässer oder einen offenen Behälter eingebracht werden und, ohne bestimmte Vorkehrungsmaßnahmen zu treffen, mit einer Prozessoreinheit die Füllstandshöhe bestimmt werden.
Damit ist ein einfaches System zur Messung von Füllständen von offenen Gewässern (zum Beispiel Seen, Flüsse, Kanäle, Zuchtteiche, Stauseen oder ein Meer) - I D -
geschaffen. Dieses beispielhafte System ist darüber hinaus als ein leichtes und portables Messgerät ausführbar, so dass jederzeit ohne großen Aufwand Füllstände gemessen werden können. Zum Einen kann der Absolutwert des Grundes bzw. des Bodens bereits durch beispielsweise eine Leermessung bekannt sein, zum Anderen ist ein Bezug auf z.B. den Level der Meereshöhe, bzw. Normalnull(NN), möglich. Oftmals ist die Gesamttiefe nicht relevant sondern eine Relativmessung ausreichend, da lediglich ein sich ändernder Füll- bzw. Pegelstand des Füllguts von Interesse ist.
Bei einem mehrkomponentigen Füllgut (zum Beispiel ein Füllgut mit Öl- und Wasser- Anteilen) ist es möglich, eine Mehrzahl von Schwimmern vorzusehen, deren Auftriebseigenschaften so gewählt sind, dass an jeder Grenzfläche (z.B. Wasser-Öl und Öl-Luft) ein jeweiliger Schwimmer vorliegt. Dann können Teil-Füllstände der einzelnen Medien bzw. Anteile separat gemessen werden.
Die Ausgestaltungen der Vorrichtung gelten auch für das Verfahren und umgekehrt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren wird somit eine neuartige Füllstandsmesstechnik eingeführt, die einen völlig neuen Ansatz gegenüber bisherigen Konzepten darstellt. Über die Positionsbestimmung mittels eines Schwimmelements in einem offenen Behälter ist es möglich, den technischen Aufwand und somit auch die Kosten zu reduzieren. Des weiteren besteht die Möglichkeit, sich bereits vorhandener Navigationssysteme, wie beispielsweise GPS oder Galileo, zu bedienen, so dass sogar auf das separate Vorsehen der Sendeeinheiten zur Positionsbestimmung verzichtet werden kann. Mit diesen neuen Ansätzen der Füllstandsmesstechnik können somit effizienter und günstiger Füllstände bestimmt werden. Wird eine Satellitentechnik zur Abstandsmessung und somit zur Füllstandsmessung eines Füllguts in einem Behälter verwendet, so sollte der Behälter für elektromagnetische Wellen durchlässig sein (zum Beispiel aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein). Alternativ oder ergänzend kann der Behälter deckelfrei ausgestaltet sein.
Die Abstandsmessung kann drahtlos (z.B. über Phaseninformationen oder Laufzeitinformationen elektromagnetischer Wellen) oder drahtgebunden zwischen Sende- und Empfangseinheit (z.B. mittels einer Laufzeitmessung eines elektrischen Signals durch einen Leiter zwischen Sende- und Empfangseinheit) erfolgen. Es kann eine bekannte Geschwindigkeitsinformation von Wellen (Schall oder elektromagnetisch) oder eine Phaseninformation (z.B. bei Interferenz kohärenter Strahlung) ausgenutzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Messen eines
Füllstands gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine weitere Darstellung einer Vorrichtung zum Messen eines Füllstands unter Bezugnahme von bestehenden Positionsbestimmungssystemen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer Prozessoreinheit;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Messen eines Füllstands mit Positionsbestimmungssystemen unter Bezugnahme von terrestrischen Referenzpunkten.
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 und 7 eine schematische Seitenansicht und Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Messen eines Füllstands, dessen Empfangseinheit steuerbar ist.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Füllständen.
Dabei wird in einem Behälter 3 ein Füllstand eines Füllguts 4 gemessen. Die
Empfangseinheit 5 befindet sich dabei aufgrund ihrer Auftriebseigenschaften an (bzw. nahe an) einer Oberfläche des Füllguts 4. Mindestens eine Sendeeinheit 14 sendet dabei Signale zu der zumindest einen Empfangseinheit 5, woraus ein Abstand zwischen Empfangseinheit 5 und Sendeeinheit 14 bestimmt werden kann. Aufgrund der Kenntnis über die Position des Behälterbodens und der Position der zumindest einen Empfangseinheit 5 ergibt sich der Füllstand bzw. der Behälterinhalt.
Des weiteren weist die Vorrichtung eine zweite, eine dritte und/oder eine Vielzahl von Sendeeinheiten 14', 14" auf, die beispielsweise auf der Behälteroberfläche befestigt werden können. An einer Führungseinrichtung 2, die an der Behälterwand angebracht ist, kann die Empfangseinheit 5 horizontal und/oder vertikal geführt werden.
Wird die Empfangseinheit 5 beispielsweise vertikal geführt, so steht ihr lediglich ein Freiheitsgrad offen. Im Idealfall kann somit mittels nur einer Sendeeinheit 14 die Höhe des Füllguts 4 gemessen werden, da bis auf die variable, vertikale Raumkoordinate die zwei weiteren Raumkoordinaten bereits durch die Führung 2 definiert und bekannt sind.
Bei einer Führung der Empfangseinheit 5 in einer horizontalen und vertikalen Richtung ist es bereits möglich, aufgrund zumindest zweier Sendeeinheiten 14 und 14' die Höhe des Füllguts zu bestimmen, da die dritte Raumkoordinate bereits bestimmt ist. Der Schnittpunkt der Abstandslinien der Empfangseinheit 5 zu der ersten bzw. zweiten Sendeeinheit 14, 14', 14" gibt die Position der Empfangseinheit 5 im zweidimensionalen Raum wider.
Bei einer führungslosen Empfangseinheit 5 kann diese sich im dreidimensionalen Raum auf der Oberfläche des Füllguts 4 frei bewegen, so dass mindestens bei somit drei Freiheitsgraden drei oder mehr Sendeeinheiten 14, 14', 14" erforderlich sind. Je mehr Sendeeinheiten 14, 14', 14" vorhanden sind, desto genauer und störungsfreier kann eine Messung der Füllstandshöhe realisiert werden. Die Sendeeinheiten 14, 14', 14" werden bei geführter wie auch bei nicht geführter Anbringung der Empfangseinheit 5 beabstandet voneinander angebracht, um Schnittpunkte der Abstandslinien zu erhalten und somit die Position der Empfangseinheit 5 im Raum.
Die Empfangseinheit 5 in der Führung 2 kann gesteuert werden, um somit die Oberfläche des Füllguts abzutasten. Die Führung 2 weist dabei eine bewegungsfähige Einheit auf, die die Empfangseinheit über die Füllgutoberfläche bewegt. Besonders bei viskosen Füllgütern oder bei Schüttgut können somit alle Erhebungen und Vertiefungen der Füllgutoberfläche erfasst werden. Mittels an der Empfangseinheit angebrachten Sensoren kann das Fortbewegen zum Abtasten der Füllgutoberfläche automatisiert werden.
Weiterhin umfasst die Empfangseinheit eine Antenne 12, um in Kontakt mit den Sendeeinheiten 14, 14', 14" zu stehen. Eine Prozessoreinheit 1 mit einer Antenne 13 kann ebenfalls beispielsweise auf der Behälteroberfläche befestigt werden und mit einer Prozesskontrolleinrichtung 6 in Kontakt stehen. Die Prozessoreinheit kann dabei die Daten über die Höhe der Empfangseinheit 5 und des Behälterbodens empfangen, womit daraus der Füllstand berechnet wird.
Zur Entfernungsmessung zwischen der Empfangseinheit 5 und der Sendeeinheit 14, 14', 14" können die Signale bestimmte Informationen übermitteln, aufgrund derer sich der Abstand ergibt. Eine Möglichkeit beruht auf Laufzeitmessungen der Sendesignale. Dabei wird die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Absendens und des Empfangens bestimmt, womit aufgrund der konstanten oder ermittelbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen (z.B. elektromagnetische Wellen oder Schallwellen) die Entfernung gemessen wird. Die Signale enthalten dabei die Information über den Zeitpunkt des Absendens des Signals, während die Empfangseinheit 5 den Zeitpunkt des Empfanges der Signale festhält. Daher ist es erforderlich, eine exakte und mit den Sende- und Empfangseinheiten übereinstimmende Systemzeit vorzugeben. Um dies zu gewährleisten, können beispielsweise hoch präzise Atomuhren in den Sende 14, 14', 14" und Empfangseinheiten 5 zur präzisen Bestimmung des Abstands integriert werden. Eine weitere Möglichkeit, eine äußerst präzise und übereinstimmende Systemzeit zu erreichen, besteht darin, in der Prozessoreinheit einen zentralen Zeitgeber zu integrieren, der somit Sendezeitpunkt und Empfangszeitpunkt genau bestimmt bzw. eine gemeinsame Systemzeit vorgibt.
Aufgrund der geringen Zeitdifferenzen zwischen Sende- und Empfangszeitpunkt können in der Messtechnik gängige Interferenzmessungen eingesetzt werden, um eine genauere Positionsbestimmung zu erreichen.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Füllstandsmessvorrichtung weist ebenfalls einen Behälter 3 mit einem Füllgut 4 auf, wobei auf der Füllgutoberfläche eine Empfangseinheit 5 aufliegt. Im Vergleich zu der beispielhaften Ausführungsform in Fig. 1, wird in Fig. 2 auf die Sendeeinheiten 14, 14', 14" an der Behälteroberfläche verzichtet und sich an bereits vorhandener Signale von existierenden Navigationssysteme bedient. Dabei können die
Sendeeinheiten 7', T, 7" Satelliten sein, die Mitglieder beispielsweise des GPS- und/oder Galileosystems sind. Die Empfangseinheit kann dabei die Signale der Satelliten empfangen und daraus über Laufzeitmessung die Füllstandshöhe bestimmen. Typischerweise sendet ein GPS-Satellit die Position des Sendesatelliten und den Zeitpunkt, zu dem er das Signal abgesendet hat. Daraus ist es der
Empfangseinheit 5 möglich, eine exakte Positionsbestimmung und somit die Höhe des Füllguts zu bestimmen. Um präzisere Höhenangaben zu erreichen, können auch terrestrische Systeme, die typischen Navigationstechniken, wie GPS oder Galileo, unterstützen. Beispielsweise kann über die Differential-GPS Technik (DGPS) eine deutliche Steigerung der Genauigkeit erreicht werden. Dabei kann eine weitere Referenzeinheit, beispielsweise auf der Behälteroberfläche, befestigt werden, deren Position bereits bekannt ist. Dieser sog. ortsfeste Referenzempfänger mit bekannter Position misst ebenfalls über die Satellitensignale seine relative Position und Vergleicht diese mit seiner absoluten, bereits bekannten Position. Daraus wird der Positionsfehler bestimmt und lokale Korrekturdaten errechnet. Die Korrekturdaten korrigieren anschließend die gemessenen Positionsdaten der Empfangseinheit 5. Der ortsfeste Referenzempfänger kann beispielsweise in der Auswerteeinheit 1 integriert sein.
Bei der differentiellen Messmethode ist es auch möglich, mehrere Schwimmer (z.B. in verschiedenen Behältern) mit einer gemeinsamen Referenz zu korrigieren.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Empfangseinheit 5. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Empfangseinheit 5 beispielsweise einen GPS-Empfänger 8, eine Positionswerteübertragungseinrichtung 9, eine Energieversorgung 10 und optional eine Steuereinrichtung für minimalen Leistungsverbrauch 1 1 umfassen.
Die Energieversorgung kann durch Akkus, Solarzellen, Batterien oder über eine Verbindung mit einem Netzteil gewährleistet werden. Im Falle, dass die Empfangseinheit 5 entlang einer Behälterfläche geführt wird, kann über einen Schleifkontakt die Energieversorgung gewährleistet werden. Ebenfalls möglich sind Energieversorgungen über elektromagnetische Übertragungen oder mittels induktiver bzw. kapazitiver Schwingkreise. Diese Arten der Energieversorgung können in den Sendeeinheiten 14, 14', 14", in der zumindest einen Empfangseinheit 5 oder in der Prozessoreinheit 1 zum Einsatz kommen.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Messen von Füllständen, beispielsweise in einem offenen Behälter. Zur Erhöhung der Genauigkeit können bei bekanntem
Referenzpunkt die GPS spezifischen Fehler minimiert werden. Durch die Korrektur aller Laufzeiten mit Hilfe eines Korrekturfaktors berechnet aus einer aktuellen Referenzposition minus tatsächlicher Referenzposition. Die Referenzeinheit muss dabei nicht direkt am Behälter montiert sein, so dass auch mehrere Empfangseinheiten 5 bzw. Schwimmer 5 in unterschiedlichen Behältern oder Becken den gleichen Korrekturfaktor eines gemeinsamen Referenzsensors nutzen können.
Die Positionskoordinaten der Referenzeinheit sind dabei bekannt. Zusätzlich misst die Referenzeinheit ihre eigenen Positionskoordinaten über das Navigationssystem die. Aus der Differenz der bekannten Position der Referenzeinheit und dem fehlerbehafteten Messwert, der über das Navigationssystem ermittelt wird, kann ein Korrekturfaktor berechnet werden. Anschließend kann man zu den über das Navigationssystem gemessenen fehlerbehafteten Werten der zumindest einen Empfangseinheit den Korrekturfaktor addieren und erhält somit exakte Positionskoordinaten der Empfangseinheit 5.
Darüber hinaus werden in der beispielhaften Ausführungsform von Fig.4 die Positionskoordinaten aus vier oder mehr Satelliten 1\ 7", 7' ", 7" " bestimmt. Neben der höheren Genauigkeit aufgrund kleinerer Fehlerbereiche ist das System durch Redundanz der Sendeeinheiten bzw. Satelliten deutlich stabiler.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Füllstände von offenen Gewässern bzw. offenen Behältern oder Becken auf eine einfache Weise zu messen. Dabei wird eine Empfangseinheit 5 in ein offenes Gewässer eingebracht. Die Empfangseinheit 5 kann dabei seine Position über übliche Navigationssysteme, wie beispielsweise GPS oder Galileo, genau ermitteln. Über einen Referenzwert der Höhe des Grundes des offenen Gewässers oder des offenen Behälters 15 kann somit über eine Prozessoreinheit 1 die genaue Füllstandshöhe errechnet werden. Die Empfangseinheit 5 kann daher drahtlos oder drahtgebunden mit einer Sendeeinheit 7,14 oder einer Prozessoreinheit 1 in Verbindung stehen, um Laufzeitmessungen von Wellen zur Abstandsbestimmung durchzuführen. Die Gesamttiefe wird durch Vergleich mit Normalnull (NN) oder mittels einer Anfangsmessung im ungefüllten Zustand bestimmbar. Oftmals ist auch lediglich eine Pegeländerung relevant, so dass die Kenntnis der Gesamttiefe unnötig ist.
Als Bezugspunkt für eine ermittelte Höhe kann die Meereshöhe verwendet werden, womit auf eine Ermittlung eines Bezugspunkts verzichtet werden kann.
Fig. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung zum Messen von Füllständen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Empfangseinheit 5 ist dabei mit einer bewegbaren Führungseinheit 2 verbunden. Diese Führungseinheit 2 kann beispielsweise an der Decke eines Behälters befestigt werden und die Empfangseinheit 5 über eine inhomogene Oberflächenstruktur der Füllgutoberfläche in beispielsweise x- und y- Richtung bewegen. Die Bewegung in z-Richtung der Empfangseinheit 5 wird durch die hydrostatische Auftriebskraft bzw. dem Archimedischen Prinzip erreicht. Bei sehr viskosen Flüssigkeiten oder bei Schüttgütern kann die Empfangseinheit 5 oder die Führungseinheit 2 mit Sensoren, wie beispielsweise Tastsensoren, ausgestattet sein, mit denen die Füllgutoberfläche abgetastet und die Empfangseinheit in z- Richtung gesteuert wird. Auf der z-Achse über der Empfangseinheit kann eine Sendeeinheit 14 angebracht werden die sich mit der Führungseinheit 2 und somit ebenfalls mit der Empfangseinheit 5 bewegt. Dadurch kann in Richtung der z-Achse der Abstand und somit der Füllstand bestimmt werden. Die Messung über eine Vielzahl von fest angebrachten Sendeeinheiten 14 oder über Satelliten 7 eines Navigationssystems ist ebenfalls möglich.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausfuhrungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Messen eines Füllstands eines Füllguts (4), wobei die Vorrichtung aufweist: zumindest eine Empfangseinheit (5), wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts (4) eingerichtet ist, und wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) zur Bestimmung des Füllstands mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von zumindest einer ersten Sendeeinheit (14; 14'; 14") ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangenen ersten Signals ausgeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend eine Mehrzahl von Empfangseinheiten (5), wobei die Empfangseinheiten (5) zum Schwimmen an der Oberfläche des Füllguts (4) eingerichtet sind, und wobei die Empfangseinheiten (5) zur Bestimmung des Füllstands mittels einer Abstandsmessung auf Basis von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (14; 14'; 14") ausgesendeten und von den Empfangseinheiten (5) empfangenen Signale ausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oder die Signale Wellen aufweist oder aufweisen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus elektromagnetischen Wellen, Schallwellen, Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotwellen und Lichtwellen.
4 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) derait eingerichtet ist. dass mittels einer Laufzeitmessung des von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (14, 14", 14") gesendeten Signals der Abstand der zumindest einen ersten Sendeeinheit (14,14', 14") zu der zumindest einen Empfangseinheit (5) ermittelbar ist
5 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend die zumindest eine erste Sendeeinheit (14,14", 14" ") zum Aussenden des ersten Signals, das von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangbar ist
6 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine zweite Sendeeinheit (14,14', 14") zum Aussenden eines zweiten Signals, das von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangbar ist, wobei die zumindest eine erste Sendeeinheit (14,14', 14") in einem
Abstand von der zumindest einen zweiten Sendeeinheit (14,14', 14") entfernt angeordnet ist
7 Vorrichtung nach Anspruch 6. ferner aufweisend zumindest eine dritte Sendeeinheit (14, 14', 14") zum Aussenden eines dritten Signals, das von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangbar ist, wobei die zumindest eine dritte Sendeeinheit (14, 14", 14") in einem Abstand von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (14,14', 14") entfernt und in einem Abstand von der zumindest einen zweiten Sendeeinheit (14,14', 14") entfernt angeordnet ist
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend einen Behälter (3), wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) entlang einer Wand des Behälters (3) führbar ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine
Empfangseinheit (5) eindimensional führbar ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) zweidimensional führbar ausgebildet ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Prozessoreinheit (1) zum Auswerten und/oder Steuern des oder der Signale, wobei die Prozessoreinheit (1) ausgebildet ist, das oder die Signale zu empfangen und/oder zu senden und/oder auszuwerten.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das von der zumindest einer ersten Sendeeinheit (14; 14'; 14") ausgesendete und von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangene erste Signals drahtlos übermittelbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das oder die Signale unter Verwendung einer Übertragungstechnik übermittelbar ist oder sind, welche Übertragungstechnik ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Bluetooth-Funksignaltechnologie, einer Infarot-Funksignaltechnologie, und einer WLAN- Funksignaltechnologie.
14 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das oder die Signale zumindest eine der Informationen enthalt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus Uhrzeitdaten, Positionsdaten, geodätische Koordinaten, Polarkoordinaten, zylindrische Koordinaten, sphärische Polarkoordinaten, geographische Koordinaten, Abstand der zumindest einen Empfangseinheit und/oder der zumindest einen Sendeeinheit von einer Wand und/oder von einem Boden eines Behalters und Zeitdaten
15 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) einen Zeitgeber umfasst
16 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die mindestens eine erste Sendeeinheit (14,14', 14") einen Zeitgeber umfasst
17 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16. wobei die
Prozessoreinheit (1) einen Zeitgeber (14,14', 14") umfasst, der eine Systemzeit vorgibt, die für jede der zumindest einen ersten Sendeeinheit (14,14', 14") und für jede der zumindest einen Empfangseinheit (5) einheitlich ist
18 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Zeitgeber ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Digitaluhren, Quarzuhren und Atomuhren
19 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, wobei die Prozessoreinheit (1) in der zumindest einen Empfangseinheit (5) integriert ist
20 Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest eine der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7, 7', 7") ein Satellit ist
21. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Empfangseinheit sich eines Navigationssystems bedient.
22. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Empfangseinheit sich eines satellitengestützten Navigationssystems bedient.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Navigationssystem ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
NAVSTAR-GPS, Digital-GPS, Local-Area-DGPS, Wide-Area-DGPS, WAAS-GPS, EGNOS- GPS, GLONASS, Galileo, MTSAT und Beidou.
24. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Empfangseinheit (5) und/oder die zumindest eine erste Sendeeinheit
(7;7'; 7"; 14; 14'; 14") und/oder die Prozessoreinheit (1) eine Energieversorgung (10) aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Energieversorgung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Akkus, Solarzellen, Batterien und einem Netzteil.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Energieversorgung mittels eines Schleifkontakts, mittels elektromagnetischer Übertragung und/oder mittels eines Schwingkreises bereitgestellt ist.
27. Vorrichtung zum Messen eines Füllstands eines Füllguts, wobei die Vorrichtung aufweist: zumindest eine Sendeeinheit (7:7"; 7"; 14; 14'; 14"), wobei die zumindest eine Sendeeinheit (7;7"; 7'";14; 14"; 14" ') zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts (4) eingerichtet ist, und wobei zumindest eine Empfangseinheit (5) zur Bestimmung des Füllstands (4) mittels einer Abstandsmessung auf Basis eines von der zumindest einen
Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14") ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangenen Signals ausgeführt ist.
28. Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts (4), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen zumindest einer Empfangseinheit (5) zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts (4),
Bestimmen des Füllstands mittels Messens eines Abstands zwischen der zumindest einen Empfangseinheit (5) und zumindest einer ersten Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14") auf Basis eines von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7'; 7"; 14; 14'; 14") ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangenen ersten Signals.
29. Verfahren nach Anspruch 28. ferner aufweisend den Schritt des Messens einer Laufzeit des von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7';
7"; 14; 14'; 14") gesendeten ersten Signals, um den Abstand der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14"') von der zumindest einen Empfangseinheit (5) zu ermitteln.
30. Verfahren nach Anspruch 28, ferner aufweisend den Schritt des
Messens von Laufzeiten eines von der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14") und von zumindest einer zweiten Sendeeinheit (7;7'; 7":14; 14'; 14") gesendeten ersten Signals und zweiten Signals, um den Abstand der Sendeeinheiten (7;7'; 7' "; 14; 14'; 14' ") von der zumindest einen Empfangseinheit (5) zu ermitteln.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, ferner aufweisend den Schritt des eindimensionalen mechanischen Führens der zumindest einen
Empfangseinheit (5) in einem das Füllgut aufweisenden Behälter (3).
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31 , ferner aufweisend den Schritt des Messens einer Zeitdifferenz des oder der Signale zwischen dem Verlassen der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7'; 7"; 14; 14'; 14") und dem Empfangen durch die mindestens eine Empfangseinheit (5) mittels eines Zeitgebers.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, ferner aufweisend den Schritt des Einstellens einer Systemzeit, die für jede der zumindest einen ersten Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14") und für jede der mindestens einen Empfangseinheit (5) einheitlich ist.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, ferner aufweisend den Schritt des Empfangens des oder der Signale von Satelliten als die zumindest eine erste Sendeeinheit (7;7'; 7").
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, wobei das Füllgut Wasser eines offenen Gewässers ist.
36. Verfahren zum Messen eines Füllstands eines Füllguts (4), wobei das
Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen zumindest einer Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14'; 14") zum Schwimmen an einer Oberfläche des Füllguts (4), Bestimmen des Füllstands mittels Messens eines Abstands zwischen der zumindest einen Sendeeinheit (7;7"; 7" "; 14; 14"; 14") und zumindest einer Empfangseinheit (5) auf Basis eines von der zumindest einen Sendeeinheit (7;7'; 7";14; 14"; 14'") ausgesendeten und von der zumindest einen Empfangseinheit (5) empfangenen Signals.
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