FREY, Wolfgang (Babelsberger Strasse 49, Berlin, 10715, DE)
Ansprüche
1. Füllstandsmeßvorrichtung zum Messen eines Füll- oder Pegelstandes, insbesondere zum Messen eines Gewässerpegelstandes, mit einem Gehäuse (1) und mehreren unabhängi- gen, in einem von dem Gehäuse (1) umgebenen Innenraum (4) angeordneten Drucksensoren (2, 3), denen jeweils eine Gehäuseöffhung (11, 12) zugeordnet ist und die jeweils einen Anschluß aufweisen, über den die Drucksensoren (2, 3) zum Auslesen von einen aktuellen Füll- oder Pegelstand anzeigenden Meßwerten jeweils an eine Auswerteeinrichtung (14) koppelbar sind.
2. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ek ennz ei chn et, daß die mehreren Drucksensoren (2, 3) Absolutdrucksensoren umfassen.
3. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek enn z ei chn et, daß die mehreren Drucksensoren (2, 3) Relativdrucksensoren umfassen.
4. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g ek enn z e i chn et, daß für die Relativdrucksensoren ein gemeinsamer und mit den Relativdrucksensoren jeweils in Verbindung stehender Vergleichsdruck-Raum (5, 6) in dem Gehäuse (1) gebildet ist.
5. Füllstandsmeß Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g ek e nn z e i ch n et, daß zwischen einer äußeren Umgebung des Gehäuses (1) und dem Vergleichsdruck-Raum (5, 6, 8) eine Fluidverbindung gebildet ist, so daß sich in dem Vergleichsdruck-Raum (5, 6, 8) der Umgebungsluftdruck ausbildet.
6. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g ek ennz ei chn et, daß die Fluidverbindung mittels einer Ausgleichskapillare (7) gebildet ist.
7. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e - k enn z ei chne t, daß die mehreren Drucksensoren (2, 3) in Längsrichtung des Gehäuses (1) hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen einem vorderen und einem hinteren Drucksensor (2, 3) ein dem hinteren Drucksensor (3) zugeordneter Meßraum zum Aufnehmen eines von außen über die zugeordnete Gehäuseöffhung (12) einströmenden Meßmediums gebildet ist.
8. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 7 soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g ek enn z e i chn et, daß der dem hinteren Drucksensor (3) zugeordnete Meßraum zwischen dem hinteren Drucksensor (3) und einem dem vorderen Drucksensor (2) zugeordneten Vergleichsdruck-Teilraum (5) gebildet ist, wobei der dem vorderen Drucksensor (2) zugeordnete Vergleichsdruck-Teilraum (5) über eine Verbindung (8) mit einem dem hinteren Drucksensor (3) zugeordneten Vergleichsdruck-Teilraum (6) ver- bunden ist.
9. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g ek ennz e i chn et, daß die Verbindung ein Verbindungskanal (8) ist, der im wesentlichen in Längsrichtung des Gehäuses (1) verläuft.
10. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch g ek ennz e i chn e t, daß eine Sensorfläche (2a) des vorderen Drucksensors (2) im Bereich einer Gehäusevorderfläche oder in dem Innenraum (4) in Längsrichtung des Gehäuses (1) auf die Gehäusevorderfläche direkt folgend angeordnet ist.
11. Füllstandsmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e nn z e i chn et, daß die dem vorderen Drucksensor (2) zugeordnete Gehäuseöffnung (11) eine öffnungsfläche aufweist, die in Form und / oder Größe im wesentlichen der Sensorfläche (2a) des vorderen Drucksensors (2) entspricht, wobei die öffnungsfläche der zugeordneten Gehäuseöff- nung (11) und die Sensorfläche (2a) des vorderen Drucksensors (2) in Blickrichtung auf die Gehäusevorderfläche im wesentlichen überlappend angeordnet sind.
12. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g ek enn z ei chn et, daß die mehreren Drucksensoren (2, 3) jeweils eine Querschnittsfläche des von dem Gehäuse (1) umgebenen Innenraums (4) im wesentlichen vollständig ausfüllen.
13. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) ein Rohrgehäuse mit einem Zoll- Außenmaß ist, bevorzugt ein 2-Zoll-Rohr, weiter bevorzugt ein 4-Zoll-Rohr.
14. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (14) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist und über eine kabelgebundene und / oder eine kabellose Datenleitung mittels einer Meßstation auslesbar ist.
15. Füllstandsmeßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Funkmodul zum Einlesen / Auslesen von Daten. |
Füllstandsmeßvorrichtung zum Messen eines Füll- oder Pegelstandes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsmeßvorrichtung zum Messen eines Füll- oder Pegelstandes, insbesondere zum Messen eines Gewässerpegelstandes.
Stand der Technik
Das Messen eines Füll- oder Pegelstandes ist in verschiedensten Anwendungen eine Meßaufgabe, die mit hierfür konstruierten Füllstandsmeßvorrichtungen ausgeführt wird. Füllstände werden zum Beispiel in unterschiedlichen Behältern wie Tanks oder Futtermittelbehältern aber auch in beliebigen Gewässern erfaßt. In Verbindung mit Gewässern, beispielsweise Seen oder Flüssen, wird üblicherweise der Pegelstand überwacht. Häufig sind die Füllstandsmeßvorrichtungen in Regelvorrichtungen integriert, bei denen als Reaktion erfaßte Füllstandsmeßwerte Regelungsmechanismen ausgelöst werden, beispielsweise das öffnen und Schließen eines Zu- / Abflusses.
Drucksensoren, die auf verschiedenen Gebieten der Meß- und Steuerungstechnik zum Erfassen von physikalischen Meßgrößen verwendet werden, können auch in Füllstandsmeßvorrichtungen eingesetzt werden. So ist es beispielsweise bekannt, Drucksensoren zum Erfassen von Füll- oder Pegelständen zu nutzen. Es werden insbesondere hydrostatische Drucksensoren eingesetzt, um den Pegelstand von Gewässern fortdauernd zu überwachen.
Bei einer bekannten Füllstandsmeßvorrichtung ist ein Drucksensor in einem Gehäuse zusammen mit einer Auswertereinheit angeordnet, die zum Auslesen von Meßwerten über einen Anschluß mit dem Drucksensor verbunden ist. Das Gehäuse ist rohrförmig und wird zum Messen des Pegelstandes so angeordnet, daß der Drucksensor in das Gewässer eintaucht, dessen Pegelstand kontrolliert werden soll. über eine dem Drucksensor zugeordnete Gehäuseöffnung gelangt das Wasser hierbei zu der Sensorfläche des Drucksensors. Mit Hilfe des Drucksensors wird dann ein hydrostatischer Druck gemessen, der den Pegelstand des Gewässers anzeigt.
Bei der bekannten Meßeinrichtung treten bei Langzeitmessungen häufig Probleme auf, die zu Meßwertverfälschungen führen, so daß der Pegelstand nicht zuverlässig erfaßt werden kann.
Ursache hierfür sind beispielsweise Verschmutzungen, durch die dem Drucksensor zugeordnete Gehäuseöffnung versetzt wird, so daß eine korrekte Meßwerterfassung nicht länger gewährleistet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Füllstandsmeßvorrichtung zum Messen eines Fülloder Pegelstandes zu schaffen, welche auch bei Langzeitmessungen und unter schwierigen Meßbedingungen zuverlässiger Informationen über den Füll- oder Pegelstand liefert.
Diese Ausgabe wird erfindungsgemäß durch eine Füllstandsmeßvorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Es ist erfindungsgemäß eine Füllstandsmeßvorrichtung zum Messen eines Füll- oder Pegel- Standes, insbesondere zum Messen eines Gewässerpegelstandes, vorgesehen, welche ein Gehäuse und mehrere unabhängige, in einem von dem Gehäuse umgebenen Innenraum angeordnete Drucksensoren umfassen, denen jeweils eine Gehäuseöffnung zugeordnet ist und die jeweils einen Anschluß aufweisen, über den die Drucksensoren zum Auslesen von einen aktuellen Füll- oder Pegelstand anzeigenden Meßwerten jeweils an eine Auswerteeinrichtung koppelbar sind.
Mit Hilfe der Anordnung der mehreren unabhängigen Drucksensoren in einem gemeinsamen Gehäuse ist es ermöglicht, die Füllstandsmeßvorrichtung auf einfache Art und Weise zu installieren oder auszutauschen. Die mehreren Drucksensoren können unabhängig voneinander den Füll- oder Pegelstand anzeigende Meßwerte liefern, so daß auch beim Ausfall eines Drucksensors der Füll- oder Pegelstand noch überwacht werden kann. Die mehreren Drucksensoren liefern unabhängig Meßwerte, aus denen je nach Meßkonfiguration, welche insbesondere auch durch die Drucksensoranordnung bestimmt wird, redundante oder einander ergänzende Füll- oder Pegelstandsinformationen ableitbar sind.
Als Drucksensoren können Absolut- oder Relativdrucksensoren verwendet werden, wobei eine Ausführung aller Drucksensoren als Absolutdrucksensoren oder als Relativdrucksensoren und auch eine Kombination der beiden Arten von Drucksensoren möglich ist.
Bei der Verwendung von Relativdrucksensoren ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der der Erfindung vorgesehen, daß für die Relativdrucksensoren ein gemeinsamer und mit den Relativdrucksensoren jeweils in Verbindung stehender Vergleichsdruck-Raum in dem Gehäu- se gebildet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sämtliche Relativdrucksensoren mit einem gleichen Vergleichsdruck arbeiten.
Eine Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen einer äußeren Umgebung des Gehäuses und dem Vergleichsdruck-Raum eine Fluidverbindung gebildet ist, so daß sich in dem Vergleichsdruck-Raum der Umgebungsluftdruck ausbildet. Zweckmäßig ist die Fluidverbindung mittels einer Ausgleichskapillare gebildet.
Eine kompakte Bauweise der Füllstandsmeßvorrichtung ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die mehreren Drucksensoren in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen einem vorderen und einem hinteren Drucksensor ein dem hinteren Drucksensor zugeordneter Meßraum zum Aufnehmen eines von außen über die zugeordnete Gehäuseöffnung einströmenden Meßmediums gebildet ist. Auf diese Weise ist insbesondere eine schlanke Formgestaltung des Gehäuses ermöglicht. über dem Meßraum gelangt das Meßmediums zu einer Sensorfläche des zugehörigen Druck- sensors. Bei dem Meßmedium handelt sich um den Stoff, für den der Füll- oder Pegelstand gemessen wird, beispielsweise das Wasser in dem See oder ein chemischer Stoff in einem Tank. Alternativ können die Mehreren Drucksensoren auch nebeneinander in dem Gehäuse angeordnet sein, was die Ausbildung eines flachen Gehäuses unterstützt. Auch die Kombination des Anordnens der Drucksensoren teilweise hintereinander und teilweise nebeneinander kann vorgesehen sein.
Die kompakte Bauweise der Füllstandsmeßvorrichtung wird bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung dadurch weiter unterstützt, daß der dem hinteren Drucksensor zugeordnete Meßraum zwischen dem hinteren Drucksensor und einem dem vorderen Drucksensor zu- geordnete Vergleichsdruck-Teilraum verbunden ist. Die Verbindung ist vorteilhaft ein Ver- bindungskanal, der im Wesentlichen in Längsrichtung des Gehäuses verläuft. Hierdurch wird die Verbindung zwischen den Vergleichsdruck-Teilräumen möglichst platzsparend integriert.
Bevorzugt kann der Verbindungskanal zumindest teilweise in eine Wandung des Gehäuses integriert sein.
Eine möglichst kurze Gehäuseausführung und eine materialsparende Herstellung des Gehäu- ses sind bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Sensorfläche des vorderen Drucksensor im Bereich einer Gehäusevorderfläche oder in dem Innenraum in Längsrichtung des Gehäuses auf die Gehäusevorderfläche direkt folgend angeordnet ist.
Möglichst optimale Meßbedingungen können bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die dem vorderen Drucksensor zugeordnete Gehäu- seöffhung eine öffnungsfläche aufweist, die in Form und / oder Größe im wesentlichen der Sensorfläche des vorderen Drucksensors entspricht, wobei die öffnungsfläche der zugeordneten Gehäuseöffnung und die Sensorfläche des vorderen Drucksensors in Blickrichtung auf die Gehäusevorderfläche im wesentlichen überlappend angeordnet ist.
Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die mehreren Drucksensoren jeweils eine Querschnittsfläche des von dem Gehäuse umgebenden Innenraumes im wesentlichen vollständig ausfüllen. Auf diese Weise wird der Innenraum in möglichst großem Umfang von den Drucksensoren genutzt, so daß Drucksensoren eingesetzt werden können, die über eine möglichst große Sensorfläche verfügen.
Die Verwendung der Füllstandsmeßvorrichtung in Halterungen von gegenwärtig üblichen Meßstellen wird bei einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß das Gehäuse ein Rohrgehäuse mit einem Zoll- Außenmaß ist, bevorzugt ein 2-Zoll-Rohr, weiter bevorzugt ein 4-Zoll-Rohr.
Die Auswertereinrichtung zum Erfassen und / oder Verarbeiten der Meßwerte kann in dem Gehäuse angeordnet sein. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, das die Auswerterein- richtung ihrerseits über eine kabelgebundene und / oder eine kabellose Datenleitung mittels einer Meßstation auslesbar ist. Die Meßstation umfaßt weitere Module oder Einheiten zur Aufbereitung der Meßwerte, um letztlich Informationen zum Füll- / Pegelstand zu liefern. Auch ein Regelungsmechanismus, mit dem in Anhängigkeit von den Meßwerten bezie-
hungsweise zugeordneten Füll- oder Pegelständen Regelsignale erzeugt werden, zum Beispiel zum Regeln eines Zu- und / oder eines Abflusses, kann in die Meßstation integriert sein.
Zum Einlesen / Auslesen von elektronischen Daten ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung ein Funkmodul in der Füllstandsmeßvorrichtung vorgesehen. Mit Hilfe des Funkmoduls können die Meßwerte selbst und / oder hiervon abgeleitete elektronische Daten über eine Funkverbindung an einen anderen Ort übertragen werden, beispielsweise zu einer Meßstation oder einer Meßwarte.
Die Füllstandsmeßeinrichtung ist insbesondere auch nutzbar, um einen Grundwasserpegel zu messen.
Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels die Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Füllstandsmeßvorrichtung im Querschnitt.
Bei der in der Figur dargestellten Füllstandsmeßvorrichtung sind in einem Gehäuse 1 ein vor- derer Drucksensor 2 sowie ein hinterer Drucksensor 3 im Innenraum 4 des Gehäuses 1 angeordnet. Die beiden Drucksensoren 2, 3 verfügen über eine jeweilige Sensorfläche 2a, 3a.
In der dargestellten Ausfuhrungsform handelt es sich bei dem vorderen und dem hinteren Drucksensor 2, 3 jeweils um einen Relativdrucksensor. Dem vorderen und dem hinteren Drucksensor 2, 3 ist rückseitig jeweils ein Vergleichsdruck-Teilraum 5, 6 zugeordnet, in dem ein Umgebungsluftdruck herrscht, da der hintere Vergleichsdruck-Teilraum 6 über eine Ausgleichskapillare 7 mit der Umgebung des Gehäuses 1 in Verbindung steht. Der vordere Vergleichsdruck-Teilraum 5 und der hintere Vergleichsdruck-Teilraum 6 sind über einen Verbindungskanal 8 miteinander verbunden, so daß ein Druckausgleich zwischen den beiden Ver- gleichsdruck-Teilräumen 5, 6 gewährleist ist. Der Verbindungskanal 8 verläuft auf einer Innenseite 9 einer Wandung 10 des Gehäuses 1, kann jedoch zumindest teilweise auch in der Wandung 10 des Gehäuses 1 gebildet sein (nicht dargestellt).
Dem vorderen Drucksensor 2 und dem hinteren Drucksensor 3 ist eine jeweilige Gehäuseöffnung 11, 12 zugeordnet, so daß ein Meßmedium (Meßfluid), beispielsweise das Wasser eines Gewässers, zu der jeweiligen Sensorfläche gelangen kann. In Verbindung mit dem hinteren Drucksensor 3 gelangt das Meßmedium über die Gehäuseöffhung 12 in einen zugeordneten Meßraum 3 c.
Zuleitungen 13 dienen zum Anschluß des vorderen und des hinteren Drucksensors 2, 3 an eine Datenleitung, über die Meßwerte ausgelesen werden können. Des weiteren ist hierüber eine Spannungsversorgung der Drucksensoren 2, 3 ermöglicht. Auf diese Weise können die Drucksensoren 2, 3 an eine Auswerteeinrichtung 14 angeschlossen werden, welche ihrerseits bei einer alternativen Ausführung (nicht dargestellt) in das Gehäuse 1 integriert sein kann.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Drucksensoren als Absolutdrucksensoren ausgebildet, so daß die Vergleichsdruck-Teilräume eingespart werden. Auf diese Weise wird eine noch kompaktere Bauweise der Füllstandsmeßvorrichtung ermöglicht.
Es kann vorgesehen sein, daß mehr als zwei Drucksensoren in ein gemeinsames Gehäuse integriert sind.
Drucksensoren sind als solche sowohl als Absolutdrucksensoren als auch als Relativdrucksensoren in verschiedenen Ausführungen bekannt, weshalb diese hier nicht näher zu beschreiben sind. Dieses trifft auch Drucksensoren zu, die in Füllstandsmeßvorrichtungen genutzt werden. Als Beispiel wird auf mikromechanische Sensoren verwiesen. Diese sind zum Beispiel als piezoresistive Drucksensoren bekannt, bei denen am Rande einer Membran aus einem Silizi- ummaterial Widerstände gebildet sind, deren Wert sich in Folge einer Auslenkung der Membran ändert. Die aufgrund der Auslenkung der Membran so erzeugten elektrischen Meßwerte zeigen Druckmeßwerte an und können in üblicher Weise abgegriffen werden. Derartige Drucksensoren sind sowohl als Relativdrucksensoren als auch als Absolutdrucksensoren bekannt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfuhrungsformen von Bedeutung sein.