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Title:
CALIBRATING A PLUMMET-TYPE FILL STATE MEASURING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/037815
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanical fill state measuring device comprising at least one displacement element which is connected to at least one measuring drum by means of a measuring wire in a windable manner, at least one measuring shaft to which the measuring drum is mechanically connected in a rigid manner and is mounted in at least one rotary bearing, at least one weight measuring device which ascertains the current weight of the displacement element and the measuring wire, and at least one servomotor which is coupled to the measuring shaft and which adjusts the measuring shaft according to an ascertained weight measurement such that the relative movement of the measuring drum generated by a change of the liquid level to be measured is ascertained. According to the invention, a calibration mode of the weight measuring device of the electromechanical fill state measuring device is provided, wherein freely suspended displacement elements with a defined mass are provided on the measuring wire in order to ascertain the weight of the elements; a specified rotational movement of the measuring drum is provided after each change of the freely suspended displacement elements with a defined mass; and the ascertained weight of the displacement elements is provided as calibration values for a weight measurement.

Inventors:
SANO MASASHI (JP)
KAISER ANDREAS (DE)
KAMEI YOICHI (JP)
Application Number:
PCT/EP2015/069047
Publication Date:
March 17, 2016
Filing Date:
August 19, 2015
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS & HAUSER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
G01F25/00; G01F23/00
Foreign References:
US4786846A1988-11-22
DE19730196A11999-02-18
DE102012102658A12013-07-04
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, ANGELIKA (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Elektromechanisches Füllstandmessgerät , enthaltend

- zumindest ein Verdrängerelement, das mittels einem Messdraht abwickelbar zumindest mit einer Messtrommel verbunden ist,

- zumindest einer Messwelle, mit der die Messtrommel mechanisch fest verbunden und in zumindest einem Drehlager gelagert ist,

- zumindest einer Gewichtsmessung, die die aktuelle Gewichtskraft des

Verdrängerelements und des Messdrahtes ermittelt,

- einem Servomotor, der mit der Messwelle gekoppelt ist und der die Messwelle

entsprechend einer ermittelten Gewichtsmessung entsprechend nachführt, so dass eine Ermittlung der durch die von einer Änderung des zu messenden Flüssigkeitsniveaus erzeugten Relativbewegung der Messtrommel vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen

Füllstandmessgeräts vorgesehen ist, indem frei hängende Verdrängerelemente (5) mit eine definierten Masse (m, m1 , m2) zur Ermittlung deren Gewichtskraft (G, G1 , G2) an dem Messdraht (4) vorgesehen sind, dass nach jeder Änderung der frei hängenden

Verdrängerelemente (5) mit einem definierten Masse (m, m1 , m2) der eine vordefinierte Drehbewegung (10, 1 1 ) der Messtrommel (12) vorgesehen ist, und dass deren ermittelten Gewichtskräfte (G, G1 ,G2) als Kalibrationswerte zur Gewichtsmessung vorgesehen sind.

2. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Verdrängerelement (5) mit einer definierten ersten Masse (m1 ) an dem Messdraht (4) vorgesehen ist.

3. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass als eine zweite Masse (m2) der frei hängende Messdraht (4) ohne ein angehängtes Verdrängerelement (5) vorgesehen ist.

4. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass ein Verdrängerelement (5) mit einer definierten zweiten Masse (m2), welche von der ersten Masse (m1 ) verschieden ist, an dem Messdraht (4) vorgesehen ist.

5. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der zuvor aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die vordefinierte Drehbewegung (10, 1 1 ) der Messtrommel (8) in beide Drehrichtungen vorgesehen ist. 6. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die vordefinierte Drehbewegung (10, 1 1 ) der Messtrommel (8) mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit (O), einer definierten Winkelbeschleunigung (a) und/oder einer definierten Drehdistanz (dx) vorgesehen ist.

7. Elektromechanisches Füllstandsmessgerät nach zumindest einem der zuvor aufgeführten Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Algorithmus zumindest im Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des

elektromechanischen Füllstandsmessgeräts (1 ) vorgesehen ist, der die Reibungskraft (Fr) des Drehlagers (13) der Messwelle (12) der Messtrommel (8) kompensiert und aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft (G, G1 , G2) herausrechnet.

8. Verfahren zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches

Füllstandsmessgeräts gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein frei hängende Verdrängerelemente (5) mit einer definierten Masse (m, m1 , m2) zur Ermittlung deren Gewichtskraft (G, G1 , G2) an dem Messdraht (4) angehängt wird, dass nach jeder Änderung der frei hängende Verdrängerelemente (5) mit einer vordefinierten Masse (m, m1 ,m2) eine vordefinierte Drehbewegung (10, 1 1 ) der Messtrommel (8) durchgeführt wird, und dass deren ermittelten Gewichtskräfte (G, G1 , G2) als Kalibrationswerte zur Gewichtsmessung verwendet werden.

9. Verfahren zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches

Füllstandsmessgeräts nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Messtrommel (12) mittels der vordefinierten Drehbewegung (10,1 1 ) in zumindest eine oder in beide Drehrichtungen mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit (O), einer definierten Winkelbeschleunigung (a) und/oder einer definierten Drehdistanz (dx) gedreht wird.

10. Verfahren zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches

Füllstandsmessgeräts nach zumindest einem der Ansprüche 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Algorithmus zumindest im Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des

elektromechanischen Füllstandsmessgeräts zur Kompensation der Reibungskraft (Fr) des Drehlagers (13) der Messwelle (12) der Messtrommel (8) verwendet wird, der die Reibungskraft (Fr) aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft (G, G1 , G2) herausrechnet.

1 1 . Verfahren zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches

Füllstandsmessgeräts nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnete,

dass die Reibungskraft (Fr) des Drehlagers (13) der Messwelle (12) der Messtrommel (8) aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft (G, G1 , G2) von dem Algorithmus zumindest im

Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts (1 ) heraus gerechnet wird, indem die Gewichtskraftsdifferenz (dG, dG1 , dG2) in beide

Drehrichtungen der vordefinierte Drehbewegung (10, 1 1 ) der Messtrommel (8) ermittelt wird und aus dieser Gewichtskraftsdifferenz (dG, dG1 , dG2) die Reibungskraft (Fr) ermittelt wird.

Description:
KALIBRIERUNG EINES SENKLOT-FÜLLSTANDSMESSGERÄTS

Die Erfindung betrifft Die Erfindung beinhaltet ein elektromechanisches Füllstandmessgerät mit zumindest einem Verdrängerelement, das mittels einem Messdraht abwickelbar zumindest mit einer Messtrommel verbunden ist, mit zumindest einer Messwelle, mit der die Messtrommel mechanisch fest verbunden und in zumindest einem Drehlager gelagert ist, mit zumindest einer Gewichtsmessung, die die aktuelle Gewichtskraft des Verdrängerelements und des

Messdrahtes ermittelt, und mit zumindest einem Servomotor, der mit der Messwelle gekoppelt ist und der die Messwelle entsprechend einer ermittelten Gewichtsmessung entsprechend nachführt, so dass eine Ermittlung der durch die von einer Änderung des zu messenden Flüssigkeitsniveaus erzeugten Relativbewegung der Messtrommel vorgesehen ist.

Verfahren und Vorrichtungen zur Füllstandmessung, die nach dem Senklotprinzip arbeiten, sind hinlänglich bekannt. Beispielsweise sind in den Dokumenten DE 21 51 094, DE 24 01 486 B2, DE-PS 819 923, DE 39 42 239 A1 , US-PS 3,838,518, DE 195 43 352 A1 , G 70 31 884.2, DE-PS 819 923, G 73 29 766.2, DE 19730196 A1 , sowie DE 28 53 360 A1

Füllstandsmesssysteme zur hochgenaue Füllstandsbestimmung beschrieben, die nach dem Senklotprinzip arbeiten. Bei diesen Verfahren zur Füllstandmessung nach dem Senklotprinzip wird ein an einem Messseil hängendes Senklot auf das Füllgut bzw. Schüttgut abgesenkt. Beim Auftreffen auf das Füllgut wird die von der Seiltrommel abgespulte Länge des Messseiles ermittelt und an einer Anzeigevorrichtung die Füllstandshöhe bzw. die Füllmenge angezeigt. Für unterschiedliche Füllgüter werden zweckmäßigerweise unterschiedliche Senklot eingesetzt.

Das Hauptanwendungsgebiet der elektromechanischen Lotung liegt in der Füllstandmessung von sehr hohen Behältern, wo Lösungen mit anderen Messprinzipien sehr kostenintensiv oder aus physikalischen Gründen nicht möglich sind. Mit der elektromechanischen Lotung sind Füllstände in Behältern von derzeit bis zu etwa 70 m Höhe mit einer Genauigkeit von unter einem Millimeter messbar. Weitere Vorrichtungen zur Flüssigkeitsniveaumessung und Dichtebestimmung die nach dem Verdrängungsmessprinzip arbeiten sind aus der DE 37 21 164 A1 , DE2853360A1 , DE 2401486 B2 und DE 2659416 A1 bekannt geworden.

Aus der DE 37 21 164 A1 ist ein Füllstandsmessgerät bekannt, das einen Schwimmer an einem Draht enthält, der auf der Oberfläche einer nicht veranschaulichten Flüssigkeit schwimmt. Der Draht ist auf einer Trommel aufgewickelt und kann auf dieser Trommel mittels der

Drehbewegung einer mit der Trommel verbundenen Messwelle aufgespult oder von ihr abgespult werden. Mit dem Boden der Trommel ist eine Messwelle verbunden. Ändert sich das Flüssigkeitsniveau, auf dem der Schwimmer schwimmt, so ändert sich damit auch die vom Draht auf die Trommel ausgeübte Spannung. Diese Änderung der vom Draht ausgeübten Spannung wird über einen als Kupplungsteil wirkenden äußeren Magnetring in ein

Drehmoment der Messwelle umgesetzt. Der zylindrische äußere Magnetring ist im Inneren der Trommel mit dem Boden verbunden. Magnetpole Süd- und Nordpole sind in Umfangsrichtung des äußeren Magnetringes abwechselnd angeordnet. An dem mit der Messwelle verbundenen inneren Magnetring sind magnetische Nord- und Südpole in gleicher Anzahl wie am äußeren Magnetring abwechselnd ausgebildet. Ein elektromagnetischer Wandler, z.B. ein Hall-Element ist am äußeren Umfang des inneren Magnetringes im Grenzbereich zwischen unter schiedlichen Magnetpolen angeordnet. Wird bei einer Änderung des zu messenden

Flüssigkeitsniveaus eine Kraft erzeugt, die eine Relativbewegung zwischen dem äußeren und inneren Magnetring verursacht, so bewirkt eine Änderung des zwischen dem äußeren und inneren Magnetring vorhandenen magnetischen Flusses im elektromagnetischen Wandler ein elektrisches Signal, durch dass die Messwelle so gedreht wird, dass die Relativbewegung zwischen dem inneren und äußeren Magnetring wieder auf null zurückgeführt und hierbei ein Messwert des erreichten Flüssigkeitsstandes gewonnen wird.

Um die Gewichtsmessung zu kalibrieren werden bei solchen elektromechanischen

Füllstandsmeßgeräten in einem Kalibrationsmodus ein bekanntes, frei hängendes Gewicht bzw. ein sich nicht im Medium befindliche Verdrängerelement mit einem definierten Gewicht an den Messdraht gehängt und dessen Gewichtskraft ermittelt. Jedoch kann es hier Aufgrund von Zugkräften durch das Anhängen des Verdrängerselementes oder des Gewichtes an dem Messdraht oder aufgrund von tribolgischen Eigenschaften der Messmechanik zu Messfehlern im Kalibrationsmodus kommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kalibration des elektromechanischen Füllstandmessgeräts anzugeben, das die mechanische

Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit verbessert, die Messfehlern im

Kalibrationsmodus verhindert und einfach umzusetzen ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektromechanisches Füllstandmessgerät mit zumindest einem Verdrängerelement, das mittels eines Messdrahts abwickelbar zumindest mit einer Messtrommel verbunden ist, mit zumindest einer Messwelle, mit der die Messtrommel mechanisch fest verbunden und in zumindest einem Drehlager gelagert ist, mit zumindest einer Gewichtsmessung, die die aktuelle Gewichtskraft des Verdrängerelements und des

Messdrahtes ermittelt, mit einem Servomotor, der mit der Messwelle gekoppelt ist und der die Messwelle entsprechend einer ermittelten Gewichtsmessung entsprechend nachführt, so dass eine Ermittlung der durch die von einer Änderung des zu messenden Flüssigkeitsniveaus erzeugten Relativbewegung der Messtrommel vorgesehen ist wobei ein Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandmessgeräts vorgesehen ist, indem frei hängende Verdrängerelemente mit eine definierten Masse zur Ermittlung deren Gewichtskraft an dem Messdraht vorgesehen sind, dass nach jeder Änderung der frei hängenden

Verdrängerelemente mit einem definierten Masse eine vordefinierte Drehbewegung der Messtrommel vorgesehen ist, und dass deren ermittelten Gewichtskräfte als Kalibrationswerte zur Gewichtsmessung vorgesehen sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verdrängerelement mit einer definierten ersten Masse an dem Messdraht vorgesehen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist als eine zweite Masse der frei hängende

Messdraht ohne ein angehängtes Verdrängerelement vorgesehen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Verdrängerelement mit einer definierten zweiten Masse, welche von der ersten Masse verschieden ist, an dem Messdraht vorgesehen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die vordefinierte Drehbewegung der Messtrommel in beide Drehrichtungen vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die vordefinierte Drehbewegung der Messtrommel mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit, einer definierten Winkelbeschleunigung und/oder einer definierten Drehdistanz vorgesehen.

Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung ist ein Algorithmus zumindest im

Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts vorgesehen ist, der die Reibungskraft des Drehlagers der Messwelle der Messtrommel kompensiert und aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft herausrechnet.

Diese Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches Füllstandsmessgeräts gelöst , wobei ein frei hängende

Verdrängerelemente mit eine definierten Masse zur Ermittlung deren Gewichtskraft an dem

Messdraht angehängt wird, dass nach jeder Änderung der frei hängende Verdrängerelemente mit einer vordefinierten Masse eine vordefinierte Drehbewegung der Messtrommel durchgeführt wird, und dass deren ermittelten Gewichtskräfte als Kalibrationswerte zur Gewichtsmessung verwendet werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Messtrommel mittels der vordefinierten Drehbewegung in zumindest eine oder in beide Drehrichtungen mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit, einer definierten Winkelbeschleunigung und/oder einer definierten Drehdistanz gedreht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Algorithmus zumindest im Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts zur Kompensation der Reibungskraft des Drehlagers der Messwelle der Messtrommel verwendet wird, der die Reibungskraft aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft herausrechnet.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Reibungskraft des Drehlagers der Messwelle der Messtrommel aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft von dem

Algorithmus zumindest im Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts heraus gerechnet wird, indem die Gewichtskraftdifferenz in beide Drehrichtungen der vordefinierte Drehbewegung der Messtrommel ermittelt wird und aus dieser Gewichtskraftsdifferenz die Reibungskraft ermittelt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Elemente, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Messgeräts zur Ermittlung des Füllstands nach dem Verdrängungsmessprinzip,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teilausschnitts eines elektromechanischen

Füllstandsmessgeräts,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Teilausschnitts des erfindungsgemäßen elektromechanischen Füllstandsmessgeräts.

In Fig. 1 ist ein mechanisches Füllstandsmessgerät 1 gezeigt, das beispielsweise von der Anmelderin unter dem Namen PROSERVO NMS 53x - Tankmesssystem vertreiben wird und auf dem Prinzip der Verdrängungsmessung eines Verdrängerelements 5 basiert. Ein kleines Verdrängerelement 5 wird mit Hilfe eines Servomotors an einem Messseil 4 präzise an einer Grenzstelle eines Gleichgewichtsvolumens in der Flüssigkeit 6 im Behälter 2 positioniert.

Sobald der Füllstand L der Flüssigkeit 6 im Behälter 2 steigt oder fällt, wird die Position des Verdrängerelements 5 mit dem definierten Gleichgewichtsvolumen vom Servomotor durch drehen der Messwelle 9 mit der Messtrommel 8 nachgeführt. Die Drehung der Messtrommel 8 wird ausgewertet um den Füllstand L zu ermitteln. Auch die Ermittlung weiterer Messgrößen wie Trennschicht- und Dichtemessung der einzelnen Schichten des Füllguts 6 kann mit diesem Messprinzip durchgeführt werden. In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Feldbussysteme 7, wie beispielsweise über Profibus® PA, Foundation Fieldbus® oder HART® mit zumindest einer übergeordneten Steuereinheit, die hier nicht explizit gezeigt ist, verbunden. Die von der Steuereinheit gesteuerte Datenkommunikation auf dem Feldbussystem 7 kann sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen. Normalerweise handelt es sich bei der

übergeordneten Steuereinheit um eine SPS bzw. eine PLC (Programmable Logic Controller) oder um eine DCS (Distributed Control System). Die übergeordnete Steuereinheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur

Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind verschiedene Ansichten eines Teilausschnitts des erfindungsgemäßen elektromechanischen Füllstandsmessgeräts 1 gezeigt, welches nach dem Verdrängungsprinzip eines Verdrängerelements 5 bzw. Schwimmers arbeitet. Das Verdrängerelement 5 bzw. der Schwimmer ist an einem Ende eines Messseils bzw. Messdrahtes 4 befestigt und das andere Ende des Messdrahtes 4 ist einlagig auf einer äußeren Seiltrommel bzw. der Messtrommel 8 aufgewickelt.

Ein kleines Verdrängerelement 5 wird mit Hilfe eines kleinen Servomotors präzise an der Grenzstelle des Gleichgewichtsvolumens in der Flüssigkeit bzw. in dem flüssigen Füllgut 6 positioniert. Das Verdrängerelement 5 hängt an einem Messdraht bzw. -seil 4, der auf eine mit feinen Rillen 14 versehene Messtrommel 8 bzw. äußere Seiltrommel im Gehäuseinnern des Füllstandsmessgeräts 1 mit gleichbleibendem Wicklungsdurchmesser einlagig aufgewickelt ist. Die Messtrommel 8 besteht hierbei beispielsweise aus einer äußere Seiltrommel welche über Koppelmagnete mit der inneren Seiltrommel gekoppelt und die mittels dem Trommelgehäuse vollständig und hermetisch dicht voneinander räumlich getrennt sind. Die äußeren Magneten sind mit der äußeren Seiltrommel der Messtrommel 8 verbunden, die inneren Magneten mit der inneren Seiltrommel. Während sich die Magneten drehen, veranlasst die magnetische

Anziehungskraft die äußeren Magneten, sich mitzudrehen, so dass die gesamte

Trommelbaugruppe der Messtrommel 8 auf der Messwelle 9 rotiert.

Aufgrund des Gewichts des Verdrängerelements 5 am Messdraht 4 wirkt ein Drehmoment auf den äußeren Magneten, wodurch es zu einer Änderung des magnetischen Flusses kommt. Diese zwischen den Komponenten der Messtrommeln 8 wirkenden Magnetfeld-Änderungen werden von einem speziellen elektromagnetischen Messwandler, z. B. einem Hallsensor, auf der inneren Messtrommel erfasst. Das Messwandlersignal der Messwandler wird von der

Sensorelektronik in ein Gewichtsmesssignal weiterverarbeitet. Diese Gewichtsmesssignal wird mit dem Positionsdatensignal eines auf der Messwelle befindlichen Enkoders bzw. Kodieres von einem Mikroprozessor in der Hauptelektronik ausgewertet und ein entsprechendes Motorsteuersignal an den Antriebsmotor übermittelt. Der Antriebsmotor wird so von dem Motorsteuersignal angesteuert, dass die durch die Änderungen des magnetischen Flusses erzeugte Spannung an dem Messwandler an die durch den Betätigungsbefehl vorgegebene Spannung angeglichen wird. Wenn sich der Verdrängerelement 5 absenkt und bis zum vordefinierten Gleichgewichstvolumen des Verdrängerelements 5 in die Flüssigkeit 6 eintaucht. Dadurch ändert sich das Drehmoment in der Magnetkupplung zwischen der äußeren

Seiltrommel und der inneren Seiltrommel. Diese Änderung wird beispielsweise von fünf temperaturkompensierten Hall-Detektor-Chips als Messelement gemessen. Das

Positionsdatensignal, das die Position des Verdrängerelements 5 anzeigt, wird an die

Motorsteuerelektronik in der Hauptelektronik, z.B. einen Mikroprozessor, übertragen. Sobald der Stand der Flüssigkeit 6 steigt und fällt, wird die Position des Verdrängerelements 5 vom Antriebsmotor mittels eines Getriebes nachgeführt. Die Drehung der Messtrommel 8 wird genau ausgewertet, um den Füllstandswert L bis auf +/- 0,7 mm genau zu ermitteln.

Diese Ausgestaltung eines elektromechanischen Füllstandsmessgeräts 1 mit einem an der Messwelle 10 befindlichen Schleifkontakt zur Übertragung des elektrischen

Messwandlersignals der elektromagnetischen Messwandlers 21 in der Inneren Seiltrommel 13 an die Hauptelektronik 7, insbesondere die Sensorelektronik 8 mit der

Servomotorsteuerelektronik hat den Nachteil, dass dieser mechanische Abgriff des

Messwandlersignals über die Schleifkontakte nicht verschleiß frei erfolgt und durch den Reibungswiderstände eine Drehmomentsänderung erzeugt und somit Messungenauigkeiten auftreten können. Deshalb ist es vorteilhaft zur Übertragung des elektrischen

Messwandlersignals beispielsweise einen induktiven Rotationstransformator einzusetzen.

Desweitern treten tribologische Effekte bzw. Reibungswiderstände an den Drehlagern 13 der Messtrommel 8 auf, wodurch es zur Hysteresen-Bildung bei der Gewichtsbestimmung aufgrund der je nach Drehbewegung 10,1 1 unterschiedlichen Vorzeichen des Vektors der Reibungskraft Fr kommt. Es ist also wichtig die zuletzt nach der Gewichtsänderung des Verdrängerelements 5 an dem Messdraht 4 vorliegenden Drehrichtung 10, 1 1 zu kennen. Aus diesem Grund wird die Messtrommel nach der Änderung der Masse m1 , m2 des Verdrängerelements 5 am Messdraht 4 eine Drehbewegung 10, 1 1 in zumindest eine Drehrichtung mit einer definierten

Drehgeschwindigkeit O und einer definierten Drehdistanz dx ausgeführt.

Die Messtrommel 8 bzw. die äußere Seiltrommel, auf der der Messdraht 4 einlagig in den Rillen 14 aufgewickelt ist, ist über eine Messwelle 9 bzw. Drehachse in Drehlager 13 gelagert. Diese Drehlager 13 sind beispielsweise Kugellager oder Wälzlager, welche aufgrund des Aufbaus bzw. geringen Kontaktlauffläche einen geringen Reibungswiderstand aufweisen können.

Jedoch ist es im Kalibrationsmodus der Gewichtsmessung sehr wichtig, möglichst exakt das angehängte Gewicht beispielsweise eines frei über dem Füllgut 6 hängenden

Verdrängerelements 5 zu bestimmen. Da anhand dieser Messwerte der Gewichte der Auswertealgorithmus bzw. die Auswerteelektronik für den Messbetrieb des Füllstandsmessgeräts 1 kalibriert wird. Im Kalibrationsmodus werden beispielsweise zwei unterschiedliche Gewichte bzw. Verdrängerelemente 5 mit unterschiedlichem Masse m1 , m2 vom Bediener an den Messdraht 4 beispielsweise im Messraum 3 über dem Füllgut 6 angehängt und die Gewichtskräfte G1 , G2 ermittelt. Mittels dieser Messwerte der Gewichtskraft G1 , G2 kann beispielsweise auch ein Linearisierung der Messkurve der Gewichtskräfte G, G1 , G2 durchgeführt werden.

Durch dieses Verfahren wird die durch die mechanische Reibung, beispielsweise der Drehlager 13, verursachte Hysterese während der Gewichtsmessung im Kalibrierungsmodus aufgehoben und/oder herausgerechnet.

Die Seiltrommel bzw. Messtrommel 8 des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts wird durch ein Drehlager 13 und eine Lagerwelle 12 gehalten. Wie schon beschrieben, hat jedes Drehlager 13 einen Reibungswiderstand, der einen Hysterese-Fehler bei der Gewichtsmessung verursacht. Wird eine Drehbewegung 10 der Messtrommel 8 ausgeführt, bei der sich das Verdrängerelement 5 nach unten zum Füllgut 6 hin um einen vorbestimmte Drehdistanz dx absenkt, ist die Lagerreibungskraft Fr entgegengesetzt zu der Gewichtskraft G, G1 , G2 des Verdrängerelements 5, die in Bewegungsrichtung erzeugt wird. Die Gewichtskraft, bzw. die Gewichstkraftdifferenz dG, dG1 , dG2, dG up , dG d0W n lässt sich somit bei den Messdraht 4 abwickelnde Drehbewegung 10 zur Absenkung des Verdrängerelements 5 wie folgt bestimmen: dGdown = G - Fr

Wird die Messtrommel 8 in entgegengesetzte, den Messdraht 4 aufwickelnde Drehrichtung 1 1 gedreht, wird das Verdrängerelement 5 angehoben und die Reibungskraft Fr des Drehlagers 13 addiert sich zur Gewichtskraft G, G1 , G2 hinzu. dG up = G + Fr

Während des normalen Messbetriebs wird dieser Hysterese-Fehler von dem Messalgorithmus kompensiert, in dem die Reibungskraft heraus gerechnet bzw. eliminiert wird. Doch während des Kalibrierungsmodus der Gewichtsmessung des elektromechanischen

Füllstandmessgeräts 1 ist dieser Hysterese-Fehler stets vorhanden. Aus diesem Grund erfolgt die Kalibrierung der Gewichtsmessung nach folgenden Schritten. Im Kalibrierungsmodus der Gewichstmessung werden vor Ort zumindest zwei unterschiedliche Gewichte bzw.

Verdrängerelemente 5, mit unterschiedlichen, definierten Gewichten bzw. Massen m1 , m2 an dem Messdraht 4 der Messtrommel 8 angehängt. Beispielsweise wird das Verdrängerelement 5 zur Kalibrierungsmessung ausgehängt, was der Masse m1 mit 0 Gramm entspricht, und wieder eingehängt, wodurch die Masse m2 die Masse des Verdrängerelementes 5, z. B. 250 Gramm, ist. Abhängig von der zuletzt durchgeführten Drehbewegung 10, 1 1 wird die

Reibungskraft Fr des Hysteresen-Fehlers aufgrund der Reibung des Drehlagers 13 zur

Gewichtskraft G, G1 , G2 hinzugezählt oder abgezogen. Die Reibungskraft Fr wird somit aus der Gewichtsmessung Gewichtskraft G, G1 , G2 eliminiert bzw. herausgerechnet.

Zur Kalibration der Gewichtsmessung eines elektromechanisches Füllstandsmessgeräts wird ein frei hängende Verdrängerelemente 5 mit einer definierten Masse m, m1 , m2 zur Ermittlung deren Gewichtskraft G, G1 , G2 an dem Messdraht 4 angehängt. Nach jeder Änderung der frei hängende Verdrängerelemente 5 mit einer vordefinierten Masse m, m1 , m2 wird eine vordefinierte Drehbewegung 10, 1 1 der Messtrommel (8) durchgeführt, und deren ermittelten Gewichtskräfte G, G1 , G2 als Kalibrationswerte zur Gewichtsmessung verwendet.

Die Messtrommel 12 wird mittels der vordefinierten Drehbewegung 10,1 1 in zumindest eine oder in beide Drehrichtungen mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit O, mit einer definierten Winkelbeschleunigung a und/oder mit einer definierten Drehdistanz dx gedreht, so dass sich da das Verdrängerelement 5 immer um dieselbe Drehdistanz dx mit derselben Drehgeschwindigkeit O anhebt und/oder absenkt. Aus der so ermittelten Reibungskraft Fr, insbesondere zur Kompensation der Reibungskraft Fr des Drehlagers 13 der Messwelle 12 der Messtrommel 8, berechnet ein Algorithmus zumindest im Kalibrationsmodus der

Gewichtsmessung des elektromechanischen Füllstandsmessgeräts 1 die Reibungskraft Fr aus der aktuellen Ermittlung der Gewichtskraft G, G1 , G2 heraus, indem die Gewichtskraftsdifferenz dG, dG1 , dG2, dG u , dGdown in beide Drehrichtungen der vordefinierte Drehbewegung 10, 1 1 der Messtrommel 8 ermittelt wird und aus dieser Gewichtskraftsdifferenz dG, dG1 , dG2, dG up , dGdown die Reibungskraft Fr ermittelt bzw. eliminiert wird.

Bezugszeichenliste

Füllstandsmessgerät

Behälter

Meßraum

Messdraht, Draht, Messseil

Verdrängerelement

Füllgut, Medium

Feldbus

Messtrommel

Drehachse

Erste Drehrichtung

Zweite Drehrichtung

Lagerschaft, Lagerwelle, Messwelle

Drehlager

Rillen

Gewichstkraft

Erste Gewichstkraft

Zweite Gewichstkraft

Gewichstkraftdifferenz

Gewichstkraftdifferenz, falls das Verdrängerelement hochgezogen wird

Gewichstkraftdifferenz, falls das Verdrängerelement abgelassen wird.

Erste Gewichstkraftdifferenz

Zweite Gewichstkraftdifferenz

Masse

Erste Masse

Zweite Masse

Winkelgeschwindigkeit

Winkelbeschleunigung

Drehdistanz

Reibungskraft