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EP3652508A1 - Capacitive measuring method, and filling level measuring device - Google Patents

Capacitive measuring method, and filling level measuring device

Info

Publication number
EP3652508A1
EP3652508A1 EP18732758.0A EP18732758A EP3652508A1 EP 3652508 A1 EP3652508 A1 EP 3652508A1 EP 18732758 A EP18732758 A EP 18732758A EP 3652508 A1 EP3652508 A1 EP 3652508A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
media
cmess
resistance
probe electrode
medium
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP18732758.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anna Klara SCHNEIDER
Raphael KUHNEN
Armin Wernet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co 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
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP3652508A1 publication Critical patent/EP3652508A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating 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
    • G01F23/26Indicating 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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263Indicating 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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266Indicating 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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating 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
    • G01F23/26Indicating 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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance

Definitions

  • the present invention relates to a device for the capacitive determination and / or monitoring of at least one process variable of a medium in a container.
  • the process variable is, for example, a fill level of the medium in the container, the electrical conductivity of the medium or else the permittivity of the medium.
  • a level measurement can be both a continuous
  • Capacitive level gauges generally have a substantially cylindrical sensor unit with at least one sensor electrode, which is at least partially insertable into a container.
  • a substantially cylindrical sensor unit with at least one sensor electrode, which is at least partially insertable into a container.
  • vertically extending into the container rod-shaped sensor units are widely used.
  • sensor units which can be introduced into the side wall of a respective container have become known.
  • the sensor unit is supplied with a start signal, usually in the form of an alternating current signal.
  • the fill level can then be determined from the response signal received by the sensor unit. This is dependent on the capacitance of the capacitor formed by the sensor electrode and the wall of the container, or by the sensor electrode and a second electrode. Depending on the conductivity of the medium, either the medium itself or an insulation of the sensor electrode forms the dielectric of this capacitor.
  • the frequency of the applied AC voltage is due to Resonance effects to choose the lower the longer the sensor unit is designed.
  • the influence of deposit formation in particular the approach of a conductive medium, decreases in principle with increasing frequency.
  • capacitive field devices which are suitable for operation at one or a few selected constant frequencies are known from the prior art.
  • the frequencies are chosen so that the respective frequency represents the best possible compromise with respect to the above mentioned opposing tendencies. Furthermore, it is from the
  • a well-known in the prior art problem in the context of capacitive field devices is the formation of approach in the field of sensor unit, which can significantly falsify the respective measurement results.
  • the highest possible frequency for the excitation signal can be selected to avoid an approach since fundamentally the falsifying influence of an approach decreases with increasing frequency of the excitation signal.
  • designing an electronics of a corresponding high frequency field device appropriately involves, on the one hand, an increased degree of complexity.
  • the additional cost factor for the components required in each case is not negligible.
  • An alternative to avoid formation of deposits on the sensor electrode is the use of an additional electrode, in particular a so-called guard electrode, as described for example in DE3212434C2.
  • the guard electrode is arranged coaxially around the respective sensor electrode and electrically separated from it by an insulation. It is also at the same potential as the sensor electrode.
  • Measuring accuracy by an additional guard electrode depends on the one hand on the thickness of a shoulder layer, as well as on the conductivity of the approach. Particularly in the case of conductive approaches, resistive components of the approach dominate for lower frequencies of the starting signal the high-impedance measuring impedance determined on the basis of the received signal, by means of which the respective process variable is usually determined.
  • the effect of the guard electrode is limited by the comparatively high impedance of an insulation capacity of the respective measuring probe. It can therefore be achieved by the guard electrode in principle no constant measurement accuracy regardless of the particular medium and its tendency to form approach, if you want to forego high frequencies for the excitation signal.
  • the present invention is therefore based on the object to be able to make a capacitive determination of a process variable as independent as possible from the respective medium with high accuracy.
  • This object is achieved by the method according to claim 1, as well as by the device according to claim 13.
  • the object on which the invention is based is achieved by a method for the capacitive determination and / or monitoring of at least one process variable of a medium, comprising the following method steps:
  • the probe electrode of a capacitive level gauge according to the invention is described by the measuring capacity and the media / Ansatzwiderstand. In a usual
  • the respective process variable based on the received signal which has the form of an alternating current determined.
  • the respective process variable is determined according to the present invention on the basis of the measuring capacity.
  • the influence of the approach present in the area of the probe electrode on the measuring capacity is advantageously negligible, so that a determination of the respective process variable based on the measuring capacity has a significantly lower sensitivity with regard to the presence of the batch.
  • influences can be eliminated or minimized by the presence of an approach. Due to the significantly reduced sensitivity of the respective measuring device compared to the formation of a batch leads to a significantly improved accuracy, regardless of the medium
  • the method according to the invention can be applied to all types of measuring probes which are suitable for the capacitive measuring method.
  • the probe can have both a single probe electrode, wherein a wall of the container has a second
  • one of the further electrodes may, for example, be a guard electrode.
  • the measuring capacity reflects the capacitance between the probe electrode and another electrode or the wall of the container. This measuring capacity is thus in principle the size dependent on the respective process variable.
  • the media / neck resistance includes again ohmic contributions of the medium and possibly contributions of an approach, if available. In the event that the probe electrode is not covered with medium, the probe electrode is either surrounded by air if there is no attachment. Otherwise, the surrounds
  • Probe Electrode A media layer formed into the neck followed by air and media / neck resistance is composed of these two components.
  • the probe electrode is essentially completely covered by the respective medium, a contribution through the attachment usually does not matter since the probe is already covered with the medium.
  • the influence of the approach present in the area of the probe electrode on the measuring capacity is advantageously negligible, so that a determination of the respective process variable based on the measuring capacity has a significantly lower sensitivity with regard to the formation of the batch. This leads to a significantly improved
  • An embodiment of the method includes that the measurement capacitance and / or the attachment / media resistance is determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode comprising at least one parallel connection of the measurement capacitance and the media / attack resistance.
  • determination equations for the measuring capacity and / or the batch media resistance can then be determined on the basis of the equivalent circuit diagram.
  • a determination equation for determining the measurement capacity does not depend on the batch / media resistance and vice versa.
  • An alternative embodiment of the method includes that the measuring capacitance and / or the approach / media resistance is determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode comprising a series connection of an insulation capacitance and the parallel connection of the measuring capacitance and the media / neck resistance.
  • Insulation capacity of the probe electrode leads to a further improvement of
  • the insulation capacity can be assumed to be known for calculating the measurement capacity and / or the approach / media resistance. For example, this can be determined once during the manufacture of the sensor or at its delivery, and stored in a memory.
  • the memory can be assigned to the measuring device, in particular an electronic unit of the measuring device, or also to an external unit.
  • Pickup signal is applied to a second predetermined frequency, wherein the first received signal and a second received signal are received and wherein the
  • Measuring capacity and / or the media / approach resistance based on the first and second received signal is / are determined. It is advantageous if at least one amplitude and / or one phase of at least the first received signal is / are determined, and wherein the measuring capacity and / or the media / batch resistance is / are determined on the basis of the first and second received signals. For example, in the case of a single first excitation signal, the measurement capacity and / or the media / batch resistance can be determined on the basis of the amplitude and phase of the first received signal. The same applies to a second start signal with a second frequency and the corresponding second receive signal. Alternatively, for example, the amplitudes or phases of at least the first and second received signal can be used.
  • the at least one process variable is a fill level of the medium in a container. It can also be a predefinable fill level, ie a limit level. Alternatively, the process variable may also be the electrical conductivity of the medium or the permittivity of the medium.
  • a conductivity of the medium and / or a permittivity of the medium is / are determined on the basis of the media / neck resistance.
  • Medium can be specified. From the conductivity and / or the permittivity or
  • Dielectric constants of the medium can extract additional information, for example about the process, the nature and strength of an approach and many more. It is advantageous that a determination of the conductivity of the medium without an electrically conductive connection to the medium is possible by means of the method according to the invention.
  • a preferred embodiment includes that based on the measurement capacity, the media / approach resistance and / or at least one of at least the measurement capacity and / or the media / approach resistance derived size on the presence of approach in at least a portion of the probe electrode is closed. It is therefore not only possible to state with the method according to the invention that the approach is present, but also, if necessary, what kind of approach is or which medium forms the approach, or how much approach has formed.
  • a further preferred embodiment includes monitoring compliance with a recipe of a process taking place in the container on the basis of the measuring capacity, the media / batch resistance and / or at least one variable derived from at least the measuring capacity and / or the media / batch resistance becomes.
  • Yet another preferred embodiment includes that based on the measurement capacity, the media / approach resistance and / or at least one of at least the measurement capacity and / or the median batch resistance derived quantity, a mixing of at least a first and a second medium in the container is monitored.
  • Yet another preferred embodiment includes that a cleaning process in the container is monitored on the basis of the measuring capacity, the media / batch resistance and / or a variable derived from at least the measuring capacity and / or the media / batch resistance.
  • a process monitoring of a process taking place in the respective container can thus additionally be undertaken.
  • a degree of coverage of the probe electrode is determined.
  • the degree of coverage is defined as the ratio of a current that can be tapped off from the probe electrode and a current that can be tapped off at a guard electrode of the respective measuring device.
  • the object underlying the invention is also achieved by a device for capacitive determination and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container comprising
  • a sensor unit with at least one probe electrode
  • the sensor unit comprises at least two electrodes.
  • the sensor unit may be a device with two probe electrodes, or with a probe electrode and a ground electrode.
  • 1 is a schematic representation of a capacitive level measuring device according to the prior art
  • 2 is an exemplary electrical equivalent circuit diagram for describing the probe electrode on the basis of the measurement capacity and based on the media / approach resistance
  • FIG. 3 shows two diagrams for illustrating the influence of an approach on (a) the measuring capacity and (b) the amplitude of the received signal, in each case as a function of the conductivity of the medium,
  • FIG. 4 shows two diagrams for illustrating the dependence of the measurement capacity and the attachment / media resistance on a projection in the region of the probe electrode
  • FIG. 5 shows two diagrams for illustrating the dependence of the measurement capacity and the attachment / media resistance on a process taking place in the container
  • FIG. 6 shows a diagram of the dielectric constants and the electrical conductivities of various common media.
  • FIG. 1 is a schematic drawing of a typical based on the capacitive measuring principle field device 1 according to the prior art.
  • the example shows a
  • Embodiments for a capacitive measuring device with a different number of electrodes are known, all of which fall under the present invention. Besides such
  • the present invention is also on front flush sensor units, which substantially complete the Bewandung the container 3 or such sensor units 3, which via a side wall of the container 3 are introduced into this applicable.
  • the sensor unit 2 itself is composed in the present example of a probe electrode 5 and a sensor electrode 5 coaxially surrounding and insulated from this guard electrode 6 together. Both electrodes 5, 6 are electrically connected to an electronic unit 7, which is responsible for signal acquisition, evaluation and / or supply. In particular, the electronic unit 7 determines and / or monitors the level of the medium 4 in the container 3 on the basis of the response signal received by the sensor unit 2.
  • An additional guard electrode 6 is by no means necessary for the purposes of the present invention.
  • At least the probe electrode 5 is acted upon by a start signal A and the process variable is determined on the basis of the receive signal E received by the probe electrode 5, which is usually in the form of a
  • the guard electrode 6 is preferably, as described for example in DE 32 12 434 C2, operated at the same potential as the sensor electrode 5. It is thus the case that, irrespective of the use of a guard electrode 6, different components contribute to the received signal E and not only the component of the capacitor formed by the probe electrode 5 and a wall of the container 3 or a second electrode, which among other things depends on the level of the medium 4 in FIG Container 3 depends. Rather, ohmic resistance and numerous other influences also play a role. For example, an approach that forms at least in the region of the probe electrode 5 also contributes to the received signal E, which can lead to a reduction of the measuring accuracy. In the worst case, for example, a level of the medium 4 in the container 3 can no longer be reliably determined and / or monitored.
  • the probe electrode 5 for example, by a series circuit of an insulation capacitance Ci SO and a parallel circuit of the measuring capacitance Cmess and the
  • Insertion resistance RM A based on an amplitude a and / or a phase ⁇ of the first
  • Receiving signal egg to determine.
  • the measuring probe 3 it is also possible for the measuring probe 3 to be acted upon by at least a first Ai and a second starting signal A 2 having at least a first fi and a second frequency f 2 .
  • the measuring capacitance Cmess and / or the media / contact resistance RM, A can be determined on the basis of the at least first Ei and second received signal E 2 , for example based on the first a and second
  • the measuring capacitance Cmess is a measure of the capacitance between the probe electrode 5 and a further electrode or the wall of the container 3 again and, consequently, a measure of the respective process variable.
  • Ohmic influences of the medium 4 or a possibly existing approach layer in the area of the probe electrode 5, on the other hand, are taken into account by the media / neck resistance RM, A.
  • the probe electrode 5 is either surrounded by air when no projection is present. Otherwise, the probe electrode 5 surrounds a residue formed of media Boundary layer followed by air and media / neck resistance RM, A is composed of these two components.
  • Measuring capacity has a significantly lower sensitivity to the presence of approach. This leads to a significantly improved measurement accuracy regardless of the respective medium. 4
  • Fig. 3a refers to the measured capacitance CMESS and Fig. 3b to the reception signal E. are the measured capacitance Cmess.o or the reception signal E 0 for an empty container 4 in the case that no recognition is available, the measured capacitance C m ess, o, A or the received signal E 0 , A for an empty container 3 in the event that the probe electrode 5 is covered by an approximately 1 mm thick approach layer, and the measuring capacitance Cmess.i or the received signal Ei for a complete with Medium 4 filled container 3 each as a function of the conductivity ⁇ of the medium 4.
  • Conductivity range ⁇ of common media 4 less than 25%. In the case of an evaluation of the received signal E with respect to the respective process variable, the contribution increases through the
  • the influence of a projection in the area of the probe electrode 5 on the respective process variable can be evaluated by an evaluation of the measuring capacitance Cmess instead of the
  • the measuring capacitance Cmess and the media / batch resistance RM, A are each shown as a function of time in arbitrary units in the event that a projection forms in the region of the probe electrode 5 with increasing time.
  • the measuring capacitance Cmess shown in FIG. 4a remains essentially constant, regardless of the presence of a projection. This again illustrates the increased measurement accuracy, which can be achieved by evaluating the measurement capacity C measurement.
  • the media attachment resistance RM, A is significantly influenced by the formation of a shoulder layer and decreases with increasing approach. By evaluating the measuring capacitance Cmess and / or the media / contact resistance RM, A, additional statements can therefore be made about the existence of an approach. Alternatively, it is equally possible to use one of the measuring capacitance Cmess and / or the Medier approach resistances RM, A dependent size, for example, a ratio of the measuring capacitance C measurement and the media / approach resistance RM, A evaluate.
  • the measuring capacity Cmess can be determined.
  • the measuring capacity Cmess can be determined.
  • the measuring capacity Cmess is additionally determined in the case of a container 3 completely filled with the medium 4, it is possible to deduce the dielectric constant Sr of the medium 3.
  • the conductivity ⁇ of a medium 3 can also be determined.

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Abstract

The present invention relates to a method for capacitively determining and/or monitoring at least one process variable of a medium (4) and to a corresponding apparatus. According to the invention, at least the following method steps are carried out: - applying at least a first electrical excitation signal (A1) at at least a first predefinable frequency (f1) to a probe electrode (5), - receiving a first electrical reception signal (E1) from the probe electrode (5), - determining a measurement capacitance (Cmess) of the probe electrode (5) or the measurement capacitance (Cmess) and a medium/batch resistance (RM,A) of the probe electrode (5) at least on the basis of the first reception signal (E1), and - determining the at least one process variable on the basis of the value for the measurement capacitance (Cmess).

Description

KAPAZITIVES MESSVERFAHREN UND FÜLLSTANDSMESSGERÄT  CAPACITIVE MEASURING METHOD AND LEVEL MEASURING DEVICE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um einen Füllstand des Mediums in dem Behälter, um die elektrische Leitfähigkeit des Mediums oder auch um die Permittivität des Mediums. Im Falle einer Füllstandsmessung kann es sich sowohl um eine kontinuierliche The present invention relates to a device for the capacitive determination and / or monitoring of at least one process variable of a medium in a container. The process variable is, for example, a fill level of the medium in the container, the electrical conductivity of the medium or else the permittivity of the medium. In the case of a level measurement can be both a continuous
Füllstandsbestimmung als auch um das Erkennen eines vorgebbaren Grenzstands handeln. Auf dem kapazitiven Messprinzip beruhende Feldgeräte sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und werden von der Anmelderin in vielen unterschiedlichen Ausgestaltungen hergestellt und beispielsweise unter den Bezeichnungen Liquicap, Solicap oder Liquipoint vertrieben. Level determination as well as the detection of a predeterminable level. Field devices based on the capacitive measuring principle are known per se from the prior art and are manufactured by the Applicant in many different embodiments and sold for example under the names Liquicap, Solicap or Liquipoint.
Kapazitive Füllstandsmessgeräte weisen in der Regel eine im Wesentlichen zylindrische Sensoreinheit mit zumindest einer Sensorelektrode auf, welche zumindest teilweise in einen Behälter einbringbar ist. Einerseits sind, insbesondere zur kontinuierlichen Füllstandsmessung, vertikal in den Behälter hineinreichende stabförmige Sensoreinheiten weitverbreitet. Zur Erkennung eines Grenzstandes sind jedoch auch in die Seitenwandung eines jeweiligen Behälters einbringbare Sensoreinheiten bekannt geworden. Capacitive level gauges generally have a substantially cylindrical sensor unit with at least one sensor electrode, which is at least partially insertable into a container. On the one hand, in particular for continuous level measurement, vertically extending into the container rod-shaped sensor units are widely used. However, in order to detect a limit level, sensor units which can be introduced into the side wall of a respective container have become known.
Während des Messbetriebs wird die Sensoreinheit mit einem Anregesignal, in der Regel in Form eines Wechselstromsignals, beaufschlagt. Aus dem von der Sensoreinheit empfangenen Antwortsignal kann anschließend der Füllstand bestimmt werden. Dieser ist abhängig von der Kapazität des von der Sensorelektrode und der Wandung des Behälters, oder des von der Sensorelektrode und einer zweiten Elektrode gebildeten Kondensators. Je nach Leitfähigkeit des Mediums bildet entweder das Medium selbst oder eine Isolierung der Sensorelektrode das Dielektrikum dieses Kondensators. During the measurement operation, the sensor unit is supplied with a start signal, usually in the form of an alternating current signal. The fill level can then be determined from the response signal received by the sensor unit. This is dependent on the capacitance of the capacitor formed by the sensor electrode and the wall of the container, or by the sensor electrode and a second electrode. Depending on the conductivity of the medium, either the medium itself or an insulation of the sensor electrode forms the dielectric of this capacitor.
Zur Auswertung des von der Sensoreinheit empfangenen Antwortsignals in Bezug auf den Füllstand kann entweder die sogenannte Scheinstrommessung oder auch die Admittanzmessung durchgeführt werden. Bei einer Scheinstrommessung wird der Betrag des durch die To evaluate the response signal received by the sensor unit with respect to the level, either the so-called apparent current measurement or the admittance measurement can be carried out. With an apparent current measurement the amount of the by the
Sensoreinheit fließenden Scheinstroms gemessen. Da der Scheinstrom jedoch an sich einen Wirk- und einem Blindanteil aufweist, wird im Falle einer Admittanzmessung neben dem Sensor unit flowing apparent current measured. However, since the apparent current in itself has an active and a reactive component, in the case of an admittance measurement in addition to the
Scheinstrom der Phasenwinkel zwischen dem Scheinstrom und der an der Sensoreinheit anliegenden Spannung gemessen. Die zusätzliche Bestimmung des Phasenwinkels erlaubt es darüber hinaus, Aussagen über eine mögliche Ansatzbildung zu treffen, wie beispielsweise aus der DE102004008125A1 bekannt geworden ist. Apparent current of the phase angle between the apparent current and the voltage applied to the sensor unit voltage measured. The additional determination of the phase angle also makes it possible to make statements about a possible formation of deposits, as has become known, for example, from DE102004008125A1.
Zur Wahl der Frequenz des Anregesignals sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Zum einen gilt, dass die Frequenz der angelegten Wechselspannung auf Grund von Resonanzeffekten umso geringer zu wählen ist, je länger die Sensoreinheit ausgestaltet ist. Auf der anderen Seite verringert sich jedoch grundsätzlich für alle Sensoreinheiten der Einfluss einer Ansatzbildung, insbesondere Ansatz aus einem leitfähigen Medium, mit zunehmender Frequenz. Hinzu kommen unter anderem noch Einflüsse der elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen Mediums. To select the frequency of the excitation signal, various factors must be considered. Firstly, the frequency of the applied AC voltage is due to Resonance effects to choose the lower the longer the sensor unit is designed. On the other hand, however, for all sensor units, the influence of deposit formation, in particular the approach of a conductive medium, decreases in principle with increasing frequency. In addition, there are influences of the electrical conductivity of the respective medium.
Aus dem Stand der Technik sind einerseits kapazitive Feldgeräte bekannt, welche sich zum Betrieb bei einer oder wenigen ausgewählten konstanten Frequenzen eignen. Die Frequenzen werden dabei so gewählt, dass die jeweilige Frequenz den bestmöglichen Kompromiss in Bezug auf die oben genannten gegenläufigen Tendenzen darstellt. Ferner ist es aus der On the one hand, capacitive field devices which are suitable for operation at one or a few selected constant frequencies are known from the prior art. The frequencies are chosen so that the respective frequency represents the best possible compromise with respect to the above mentioned opposing tendencies. Furthermore, it is from the
DE10201 1003158A1 bekannt geworden, die Sensoreinheit mit einem Anregesignal variabler Frequenz in Form eines Frequenz-Sweeps zu beaufschlagen und aus den zu den  DE10201 1003158A1 become known to act on the sensor unit with a pickup signal of variable frequency in the form of a frequency sweep and from the to the
unterschiedlichen Frequenzen gehörenden Antwortsignalen die für die jeweilige Anwendung (Medium, Ausgestaltung der Sensoreinheit, etc.) am besten geeignetste Frequenz auszuwählen. Responding to different frequencies response signals for each application (medium, design of the sensor unit, etc.) most suitable frequency to select.
Ein aus dem Stand der Technik wohlbekanntes Problem im Zusammenhang mit kapazitiven Feldgeräten ist die Bildung von Ansatz im Bereich der Sensoreinheit, welcher die jeweiligen Messergebnisse deutlich verfälschen kann. Zur Vermeidung von Ansatz kann einerseits eine möglichst hohe Frequenz für das Anregesignal gewählt werden, da grundsätzlich der verfälschende Einfluss eines Ansatzes mit zunehmender Frequenz des Anregesignals abnimmt. Eine Elektronik eines entsprechenden Feldgeräts für hohe Frequenzen passend auszulegen, ist jedoch einerseits mit einem erhöhten Grad an Komplexität verbunden. Darüber hinaus ist der zusätzliche Kostenfaktor für die jeweils benötigten Komponenten nicht vernachlässigbar. Eine Alternative zur Vermeidung von Ansatzbildung an der Sensorelektrode besteht in der Verwendung einer Zusatzelektrode, insbesondere einer sogenannten Guardelektrode, wie beispielsweise in der DE3212434C2 beschrieben. Die Guardelektrode ist dabei koaxial um die jeweilige Sensorelektrode angeordnet und von dieser durch eine Isolierung elektrisch getrennt. Sie liegt ferner auf dem gleichen Potential wie die Sensorelektrode. Der Zugewinn an A well-known in the prior art problem in the context of capacitive field devices is the formation of approach in the field of sensor unit, which can significantly falsify the respective measurement results. On the one hand, the highest possible frequency for the excitation signal can be selected to avoid an approach since fundamentally the falsifying influence of an approach decreases with increasing frequency of the excitation signal. However, designing an electronics of a corresponding high frequency field device appropriately involves, on the one hand, an increased degree of complexity. In addition, the additional cost factor for the components required in each case is not negligible. An alternative to avoid formation of deposits on the sensor electrode is the use of an additional electrode, in particular a so-called guard electrode, as described for example in DE3212434C2. The guard electrode is arranged coaxially around the respective sensor electrode and electrically separated from it by an insulation. It is also at the same potential as the sensor electrode. The gain on
Messgenauigkeit durch eine zusätzliche Guardelektrode hängt jedoch einerseits von der Dicke einer Ansatzschicht, sowie von der Leitfähigkeit des Ansatzes ab. Insbesondere bei leitfähigen Ansätzen dominieren für niedrigere Frequenzen des Anregesignals resistive Komponenten des Ansatzes die anhand des Empfangssignals ermittelte hochohmige Messimpedanz, anhand derer üblicherweise die jeweilige Prozessgröße bestimmt wird. Außerdem wird die Wirkung der Guardelektrode durch die vergleichsweise hohe Impedanz einer Isolationskapazität der jeweiligen Messsonde beschränkt. Es kann also durch die Guardelektrode im Prinzip keine konstante Messgenauigkeit unabhängig vom jeweiligen Medium und dessen Tendenz zur Bildung von Ansatz erreicht werden, sofern auf hohe Frequenzen für das Anregesignal verzichtet werden soll. Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Bestimmung einer Prozessgröße möglichst unabhängig vom jeweiligen Medium mit hoher Genauigkeit vornehmen zu können. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 , sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 13. Measuring accuracy by an additional guard electrode, however, depends on the one hand on the thickness of a shoulder layer, as well as on the conductivity of the approach. Particularly in the case of conductive approaches, resistive components of the approach dominate for lower frequencies of the starting signal the high-impedance measuring impedance determined on the basis of the received signal, by means of which the respective process variable is usually determined. In addition, the effect of the guard electrode is limited by the comparatively high impedance of an insulation capacity of the respective measuring probe. It can therefore be achieved by the guard electrode in principle no constant measurement accuracy regardless of the particular medium and its tendency to form approach, if you want to forego high frequencies for the excitation signal. Based on the prior art, the present invention is therefore based on the object to be able to make a capacitive determination of a process variable as independent as possible from the respective medium with high accuracy. This object is achieved by the method according to claim 1, as well as by the device according to claim 13.
Bezüglich des Verfahrens wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums, umfassend folgende Verfahrensschritte: With regard to the method, the object on which the invention is based is achieved by a method for the capacitive determination and / or monitoring of at least one process variable of a medium, comprising the following method steps:
Beaufschlagen einer Sondenelektrode zumindest mit einem ersten elektrischen  Applying a probe electrode at least with a first electrical
Anregesignal mit zumindest einer ersten vorgebbaren Frequenz,  Start signal with at least a first predetermined frequency,
Empfangen eines ersten elektrischen Empfangssignals von der Sondenelektrode  Receiving a first received electrical signal from the probe electrode
Ermitteln einer Messkapazität der Sondenelektrode oder der Messkapazität und eines Medien-/Ansatz-Widerstands der Sondenelektrode zumindest anhand des ersten  Determining a measuring capacity of the probe electrode or the measuring capacity and a media / Ansatz resistance of the probe electrode, at least based on the first
Empfangssignals, und  Received signal, and
Bestimmen der zumindest einen Prozessgröße anhand des Wertes für die Messkapazität.  Determining the at least one process variable based on the value for the measuring capacity.
Die Sondenelektrode eines kapazitiven Füllstandsmessgeräts wird erfindungsgemäß durch die Messkapazität und den Medien-/Ansatzwiderstand beschrieben. Bei einer üblichen The probe electrode of a capacitive level gauge according to the invention is described by the measuring capacity and the media / Ansatzwiderstand. In a usual
Scheinstrommessung oder Admittanzmessung wird die jeweilige Prozessgröße anhand des Empfangssignals, welches die Form eines Wechselstroms aufweist, ermittelt. Indem die jeweilige Prozessgröße dagegen gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Messkapazität ermittelt wird. Vorteilhaft ist der Einfluss von im Bereich der Sondenelektrode vorhandenem Ansatz auf die Messkapazität vernachlässigbar, sodass eine Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße anhand der Messkapazität eine deutlich geringere Empfindlichkeit hinsichtlich des Vorhandenseins von Ansatz aufweist. Somit können Einflüsse durch das Vorhandensein eines Ansatzes eliminiert bzw. minimiert werden. Durch die deutlich reduzierte Empfindlichkeit des jeweiligen Messgeräts gegenüber der Bildung eines Ansatzes führt zu einer deutlich verbesserten Messgenauigkeit unabhängig vom jeweiligen Medium  Apparent current measurement or admittance measurement, the respective process variable based on the received signal, which has the form of an alternating current determined. In contrast, the respective process variable is determined according to the present invention on the basis of the measuring capacity. The influence of the approach present in the area of the probe electrode on the measuring capacity is advantageously negligible, so that a determination of the respective process variable based on the measuring capacity has a significantly lower sensitivity with regard to the presence of the batch. Thus, influences can be eliminated or minimized by the presence of an approach. Due to the significantly reduced sensitivity of the respective measuring device compared to the formation of a batch leads to a significantly improved accuracy, regardless of the medium
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auf alle Arten von Messsonden, welche sich für das kapazitive Messverfahren eignen, angewendet werden. Die Messsonde kann sowohl über eine einzige Sondenelektrode verfügen, wobei eine Wandung des Behälters eine zweite The method according to the invention can be applied to all types of measuring probes which are suitable for the capacitive measuring method. The probe can have both a single probe electrode, wherein a wall of the container has a second
Elektrode darstellt, oder auch über zumindest zwei Elektroden. Im letzteren Falle kann es sich bei einer der weiteren Elektroden beispielsweise um eine Guardelektrode handeln. Represents electrode, or via at least two electrodes. In the latter case, one of the further electrodes may, for example, be a guard electrode.
Die Messkapazität spiegelt die Kapazität zwischen der Sondenelektrode und einer weiteren Elektrode oder der Wandung des Behälters wieder. Diese Messkapazität ist also im Prinzip die von der jeweiligen Prozessgröße abhängige Größe. Der Medien-/Ansatz-Widerstand umfasst wiederum ohmsche Beiträge des Mediums und ggf. Beiträge eines Ansatzes, sofern vorhanden. Im Falle, dass die Sondenelektrode nicht mit Medium bedeckt ist, ist die Sondenelektrode entweder von Luft umgeben, wenn kein Ansatz vorhanden ist. Ansonsten umgibt die The measuring capacity reflects the capacitance between the probe electrode and another electrode or the wall of the container. This measuring capacity is thus in principle the size dependent on the respective process variable. The media / neck resistance includes again ohmic contributions of the medium and possibly contributions of an approach, if available. In the event that the probe electrode is not covered with medium, the probe electrode is either surrounded by air if there is no attachment. Otherwise, the surrounds
Sondenelektrode eine aus Medienresten gebildete Ansatzschicht gefolgt von Luft und der Medien-/Ansatz-Widerstands setzt sich aus diesen zwei Komponenten zusammen. Im Falle, dass die Sondenelektrode dagegen im Wesentlichen vollständig vom jeweiligen Medium bedeckt ist, spielt ein Beitrag durch den Ansatz üblicherweise keine Rolle, da die Messsonde ohnehin mit dem Medium bedeckt ist. Vorteilhaft ist der Einfluss von im Bereich der Sondenelektrode vorhandenem Ansatz auf die Messkapazität vernachlässigbar, sodass eine Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße anhand der Messkapazität eine deutlich geringere Empfindlichkeit hinsichtlich der Bildung von Ansatz aufweist. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Probe Electrode A media layer formed into the neck followed by air and media / neck resistance is composed of these two components. In contrast, in the case where the probe electrode is essentially completely covered by the respective medium, a contribution through the attachment usually does not matter since the probe is already covered with the medium. The influence of the approach present in the area of the probe electrode on the measuring capacity is advantageously negligible, so that a determination of the respective process variable based on the measuring capacity has a significantly lower sensitivity with regard to the formation of the batch. This leads to a significantly improved
Messgenauigkeit unabhängig vom jeweiligen Medium. Measurement accuracy independent of the respective medium.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass die Messkapazität und/oder der Ansatz- /Medienwiderstand anhand einer Ersatzschaltung der Sondenelektrode umfassend zumindest eine Parallelschaltung der Messkapazität und des Medien-/Ansatz-Widerstands ermittelt wird. Anhand des Ersatzschaltbildes können dann beispielsweise Bestimmungsgleichungen für die Messkapazität und/oder den Ansatz-Medienwiderstand ermittelt werden. Bevorzugt hängt eine Bestimmungsgleichung zur Bestimmung der Messkapazität nicht vom Ansatz-/Medienwiderstand ab und umgekehrt. An embodiment of the method includes that the measurement capacitance and / or the attachment / media resistance is determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode comprising at least one parallel connection of the measurement capacitance and the media / attack resistance. By way of example, determination equations for the measuring capacity and / or the batch media resistance can then be determined on the basis of the equivalent circuit diagram. Preferably, a determination equation for determining the measurement capacity does not depend on the batch / media resistance and vice versa.
Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass die Messkapazität und/oder der Ansatz-/Medienwiderstand anhand einer Ersatzschaltung der Sondenelektrode umfassend eine Reihenschaltung aus einer Isolationskapazität und der Parallelschaltung aus der Messkapazität und dem Medien-/Ansatz-Widerstand ermittelt wird. Die Berücksichtigung einer An alternative embodiment of the method includes that the measuring capacitance and / or the approach / media resistance is determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode comprising a series connection of an insulation capacitance and the parallel connection of the measuring capacitance and the media / neck resistance. The consideration of a
Isolationskapazität der Sondenelektrode führt zu einer weiteren Verbesserung der Insulation capacity of the probe electrode leads to a further improvement of
Messgenauigkeit. Die Isolationskapazität kann dabei zur Berechnung der Messkapazität und/oder des Ansatz-/Medienwiderstands als bekannt vorausgesetzt werden. Beispielsweise kann diese bei der Fertigung des Sensors oder bei dessen Auslieferung einmalig bestimmt werden, und in einem Speicher hinterlegt werden. Der Speicher kann dabei dem Messgerät, insbesondere einer Elektronikeinheit des Messgeräts, oder auch einer externen Einheit zugeordnet sein. Measurement accuracy. The insulation capacity can be assumed to be known for calculating the measurement capacity and / or the approach / media resistance. For example, this can be determined once during the manufacture of the sensor or at its delivery, and stored in a memory. The memory can be assigned to the measuring device, in particular an electronic unit of the measuring device, or also to an external unit.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Sondenelektrode mit zumindest dem ersten Anregesignal und mit einem zweiten A particularly preferred embodiment of the method according to the invention includes that the probe electrode with at least the first excitation signal and with a second
Anregesignal mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz beaufschlagt wird, wobei das erste Empfangssignal und ein zweites Empfangssignal empfangen werden und wobei die  Pickup signal is applied to a second predetermined frequency, wherein the first received signal and a second received signal are received and wherein the
Messkapazität und/oder der Medien-/Ansatz-Widerstand anhand des ersten und zweiten Empfangssignals bestimmt wird/werden. Es ist von Vorteil, wenn zumindest eine Amplitude und/oder eine Phase zumindest des ersten Empfangssignals ermittelt wird/werden, und wobei die Messkapazität und/oder der Medien- /Ansatz-Widerstand anhand des ersten und zweiten Empfangssignals bestimmt wird/werden. Beispielsweise kann/können im Falle eines einzigen ersten Anregesignals anhand der Amplitude und Phase des ersten Empfangssignals die Messkapazität und/oder der Medien-/Ansatz- Widerstand bestimmt werden. Das gleiche gilt für ein zweites Anregesignal mit einer zweiten Frequenz und das entsprechende zweite Empfangssignal. Alternativ können beispielsweise auch die Amplituden oder Phasen zumindest des ersten und zweiten Empfangssignals herangezogen werden. Measuring capacity and / or the media / approach resistance based on the first and second received signal is / are determined. It is advantageous if at least one amplitude and / or one phase of at least the first received signal is / are determined, and wherein the measuring capacity and / or the media / batch resistance is / are determined on the basis of the first and second received signals. For example, in the case of a single first excitation signal, the measurement capacity and / or the media / batch resistance can be determined on the basis of the amplitude and phase of the first received signal. The same applies to a second start signal with a second frequency and the corresponding second receive signal. Alternatively, for example, the amplitudes or phases of at least the first and second received signal can be used.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens handelt es sich bei der zumindest einen Prozessgröße um einen Füllstand des Mediums in einem Behälter. Es kann sich auch um einen vorgebbaren Füllstand, also einen Grenzstand, handeln. Alternativ kann es sich bei der Prozessgröße aber auch um die elektrische Leitfähigkeit des Mediums, oder um die Permittivität des Mediums, handeln. In one embodiment of the method, the at least one process variable is a fill level of the medium in a container. It can also be a predefinable fill level, ie a limit level. Alternatively, the process variable may also be the electrical conductivity of the medium or the permittivity of the medium.
In einer weiteren Ausgestaltung wird/werden anhand des Medien-/Ansatz-Widerstands eine Leitfähigkeit des Mediums und/oder anhand der Messkapazität eine Permittivität des Mediums ermittelt. Anhand der Permittivität kann wiederum auch eine Dielektrizitätskonstante des In a further refinement, a conductivity of the medium and / or a permittivity of the medium is / are determined on the basis of the media / neck resistance. On the basis of the permittivity, in turn, a dielectric constant of the
Mediums angegeben werden. Aus der Leitfähigkeit und/oder der Permittivität bzw. Medium can be specified. From the conductivity and / or the permittivity or
Dielektrizitätskonstanten des Mediums lassen sich zusätzliche Informationen, beispielsweise über den Prozess, über die Art und Stärke eines Ansatzes und viele weitere, extrahieren. Es ist von Vorteil, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Bestimmung der Leitfähigkeit des Mediums ohne eine elektrisch leitfähige Verbindung zum Medium möglich ist. Dielectric constants of the medium can extract additional information, for example about the process, the nature and strength of an approach and many more. It is advantageous that a determination of the conductivity of the medium without an electrically conductive connection to the medium is possible by means of the method according to the invention.
Eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass anhand der Messkapazität, des Medien-/Ansatz- Widerstands und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität und/oder dem Medien- /Ansatz-Widerstand abgeleiteten Größe auf das Vorliegen von Ansatz in zumindest in einem Teilbereich der Sondenelektrode geschlossen wird. Es lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also nicht nur aussagen, dass Ansatz vorhanden ist, sondern ggf. auch, welcher Art der Ansatz ist, bzw. welches Medium den Ansatz bildet, oder wieviel Ansatz sich gebildet hat. A preferred embodiment includes that based on the measurement capacity, the media / approach resistance and / or at least one of at least the measurement capacity and / or the media / approach resistance derived size on the presence of approach in at least a portion of the probe electrode is closed. It is therefore not only possible to state with the method according to the invention that the approach is present, but also, if necessary, what kind of approach is or which medium forms the approach, or how much approach has formed.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass anhand der Messkapazität, des Medien- /Ansatz-Widerstands und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität und/oder dem Medien-/Ansatz-Widerstand abgeleiteten Größe die Einhaltung einer Rezeptur eines in dem Behälter ablaufenden Prozesses überwacht wird. A further preferred embodiment includes monitoring compliance with a recipe of a process taking place in the container on the basis of the measuring capacity, the media / batch resistance and / or at least one variable derived from at least the measuring capacity and / or the media / batch resistance becomes.
Noch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass anhand der Messkapazität, des Medien-/Ansatz-Widerstands und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität und/oder dem Medier Ansatz-Widerstand abgeleiteten Größe eine Durchmischung von zumindest einem ersten und einem zweiten Medium in dem Behälter überwacht wird. Yet another preferred embodiment includes that based on the measurement capacity, the media / approach resistance and / or at least one of at least the measurement capacity and / or the median batch resistance derived quantity, a mixing of at least a first and a second medium in the container is monitored.
Noch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass anhand der Messkapazität, des Medien-/Ansatz-Widerstands und/oder einer von zumindest der Messkapazität und/oder dem Medien-/Ansatz-Widerstand abgeleiteten Größe ein Reinigungsprozess in dem Behälter überwacht wird. Yet another preferred embodiment includes that a cleaning process in the container is monitored on the basis of the measuring capacity, the media / batch resistance and / or a variable derived from at least the measuring capacity and / or the media / batch resistance.
Neben der Bestimmung und/oder Überwachung der jeweiligen Prozessgröße kann also zusätzlich eine Prozessüberwachung eines in dem jeweiligen Behälter ablaufenden Prozesses vorgenommen werden. In addition to the determination and / or monitoring of the respective process variable, a process monitoring of a process taking place in the respective container can thus additionally be undertaken.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Bedeckungsgrad der Sondenelektrode ermittelt. Der Bedeckungsgrad ist dabei definiert als das Verhältnis eines von der Sondenelektrode abgreifbaren Stroms und eines an einer Guardelektrode des jeweiligen Messgeräts abgreifbaren Stroms. In one embodiment of the method, a degree of coverage of the probe electrode is determined. The degree of coverage is defined as the ratio of a current that can be tapped off from the probe electrode and a current that can be tapped off at a guard electrode of the respective measuring device.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter umfassend The object underlying the invention is also achieved by a device for capacitive determination and / or monitoring at least one process variable of a medium in a container comprising
- eine Sensoreinheit mit zumindest einer Sondenelektrode, und  a sensor unit with at least one probe electrode, and
- eine Elektronikeinheit, welche Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, zumindest ein Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Sensoreinheit zumindest zwei Elektroden. Beispielweise kann es sich um eine Vorrichtung mit zwei Sondenelektroden, oder mit einer Sondenelektrode und einer Masseelektrode handeln.  an electronic unit, which electronic unit is designed to carry out at least one method according to at least one of the preceding claims. In one embodiment of the device, the sensor unit comprises at least two electrodes. For example, it may be a device with two probe electrodes, or with a probe electrode and a ground electrode.
Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei einer der Elektroden um eine A further embodiment includes that one of the electrodes is a
Guardelektrode handelt. Guard electrode acts.
Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße It should be noted that the embodiments described in connection with the method according to the invention mutatis mutandis on the inventive
Vorrichtung anwenden lassen und umgekehrt. Apply device and vice versa.
Die Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figuren Fig. 1 bis Fig. 3 genauer beschrieben. Es zeigt: The invention will now be described in more detail with reference to the following Figures 1 to 3. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Füllstandsmessgeräts gemäß Stand der Technik, Fig. 2 ein exemplarisches elektrisches Ersatzschaltbild zur Beschreibung der Sondenelektrode anhand der Messkapazität und anhand des Medien-/Ansatz-Widerstands, 1 is a schematic representation of a capacitive level measuring device according to the prior art, 2 is an exemplary electrical equivalent circuit diagram for describing the probe electrode on the basis of the measurement capacity and based on the media / approach resistance,
Fig. 3 zwei Diagramme zur Illustrierung des Einflusses eines Ansatzes auf (a) die Messkapazität und (b) die Amplitude des Empfangssignals, jeweils als Funktion der Leitfähigkeit des Mediums, 3 shows two diagrams for illustrating the influence of an approach on (a) the measuring capacity and (b) the amplitude of the received signal, in each case as a function of the conductivity of the medium,
Fig. 4 zwei Diagramme zur Illustrierung der Abhängigkeit der Messkapazität und des Ansatz- /Medienwiderstands von einem Ansatz im Bereich der Sondenelektrode, Fig. 5 zwei Diagramme zur Illustrierung der Abhängigkeit der Messkapazität und des Ansatz- /Medienwiderstands von einem in dem Behälter ablaufenden Prozess, und 4 shows two diagrams for illustrating the dependence of the measurement capacity and the attachment / media resistance on a projection in the region of the probe electrode, FIG. 5 shows two diagrams for illustrating the dependence of the measurement capacity and the attachment / media resistance on a process taking place in the container, and
Fig. 6 ein Diagramm der Dielektrizitätskonstanten und der elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener gängiger Medien. 6 shows a diagram of the dielectric constants and the electrical conductivities of various common media.
In Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines typischen auf dem kapazitiven Messprinzip beruhenden Feldgeräts 1 gemäß Stand der Technik gezeigt. Das Beispiel zeigt eine In Fig. 1 is a schematic drawing of a typical based on the capacitive measuring principle field device 1 according to the prior art. The example shows a
Sensoreinheit 2 mit zwei zylinderförmig ausgestalteten Elektroden 5, 6, welche von der über einen Prozessanschluss 3a von der Oberseite ausgehend in einen teilweise mit Medium 4 gefüllten Behälter 3 hineinragt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass zahlreiche Sensor unit 2 with two cylindrically shaped electrodes 5, 6, which projects from the starting via a process connection 3a from the top in a partially filled with medium 4 container 3. It goes without saying, however, that numerous
Ausgestaltungen für ein kapazitives Messgerät mit unterschiedlicher Anzahl von Elektroden bekannt sind, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Neben solchen  Embodiments for a capacitive measuring device with a different number of electrodes are known, all of which fall under the present invention. Besides such
Messgeräten, bei welchen die Sensoreinheit 2, wie in Fig. 1 dargestellt, von oben in den Behälter hineinragen, ist die vorliegende Erfindung auch auf frontbündige Sensoreinheiten, welche im Wesentlichen mit der Bewandung des Behälters 3 abschließen oder solche Sensoreinheiten 3, welche über eine Seitenwandung des Behälters 3 in diesen eingebracht werden, anwendbar. Measuring devices, in which the sensor unit 2, as shown in Fig. 1, protrude from above into the container, the present invention is also on front flush sensor units, which substantially complete the Bewandung the container 3 or such sensor units 3, which via a side wall of the container 3 are introduced into this applicable.
Die Sensoreinheit 2 selbst setzt sich im vorliegenden Beispiel aus einer Sondenelektrode 5 und einer die Sensorelektrode 5 koaxial umgebenden und von dieser isolierten Guardelektrode 6 zusammen. Beide Elektroden 5,6 sind elektrisch mit einer Elektronikeinheit 7 verbunden, welche zur Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung verantwortlich ist. Insbesondere bestimmt und/oder überwacht die Elektronikeinheit 7 anhand des von der Sensoreinheit 2 empfangenen Antwortsignals den Füllstand des Mediums 4 im Behälter 3. Eine zusätzliche Guardelektrode 6 ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung jeweils keineswegs notwendig. The sensor unit 2 itself is composed in the present example of a probe electrode 5 and a sensor electrode 5 coaxially surrounding and insulated from this guard electrode 6 together. Both electrodes 5, 6 are electrically connected to an electronic unit 7, which is responsible for signal acquisition, evaluation and / or supply. In particular, the electronic unit 7 determines and / or monitors the level of the medium 4 in the container 3 on the basis of the response signal received by the sensor unit 2. An additional guard electrode 6 is by no means necessary for the purposes of the present invention.
Zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße wird zumindest die Sondenelektrode 5 mit einem Anregesignal A beaufschlagt und die Prozessgröße wird anhand des von der Sondenelektrode 5 empfangenen Empfangssignals E ermittelt, welches üblicherweise die Form eines To determine the respective process variable, at least the probe electrode 5 is acted upon by a start signal A and the process variable is determined on the basis of the receive signal E received by the probe electrode 5, which is usually in the form of a
Wechselstroms hat. Die Guardelektrode 6 wird dabei bevorzugt, wie beispielsweise in der DE 32 12 434 C2 beschrieben, auf dem gleichen Potential wie die Sensorelektrode 5 betrieben. Nun ist es so, dass unabhängig von der Verwendung einer Guardelektrode 6 verschiedene Komponenten zum Empfangssignal E beitragen und nicht nur die Komponente des durch die Sondenelektrode 5 und eine Wandung des Behälters 3 oder eine zweite Elektrode gebildeten Kondensators, welcher u.a. vom Füllstand des Mediums 4 im Behälter 3 abhängt. Vielmehr spielen auch ohmsche Widerstände und zahlreiche weitere Einflüsse eine Rolle. So trägt beispielsweise auch ein sich zumindest im Bereich der Sondenelektrode 5 bildender Ansatz zum Empfangssignal E bei, was zu einer Verringerung der Messgenauigkeit führen kann. Im schlimmsten Falle kann beispielsweise ein Füllstand des Mediums 4 im Behälter 3 nicht mehr zuverlässig bestimmt und/oder überwacht werden. AC has. The guard electrode 6 is preferably, as described for example in DE 32 12 434 C2, operated at the same potential as the sensor electrode 5. It is thus the case that, irrespective of the use of a guard electrode 6, different components contribute to the received signal E and not only the component of the capacitor formed by the probe electrode 5 and a wall of the container 3 or a second electrode, which among other things depends on the level of the medium 4 in FIG Container 3 depends. Rather, ohmic resistance and numerous other influences also play a role. For example, an approach that forms at least in the region of the probe electrode 5 also contributes to the received signal E, which can lead to a reduction of the measuring accuracy. In the worst case, for example, a level of the medium 4 in the container 3 can no longer be reliably determined and / or monitored.
Erfindungsgemäß wird also nicht das Empfangssignals E, selbst, sondern die Messkapazität Cmess der zumindest einen Sondenelektrode 5 ausgewertet. In einem elektrischen According to the invention, therefore, not the received signal E, itself, but the measuring capacitance Cmess of the at least one probe electrode 5 is evaluated. In an electric
Ersatzschaltbild kann die Sondenelektrode 5 beispielweise durch eine Reihenschaltung aus einer Isolationskapazität CiSO und einer Parallelschaltung aus der Messkapazität Cmess und dem Substitute circuit diagram, the probe electrode 5, for example, by a series circuit of an insulation capacitance Ci SO and a parallel circuit of the measuring capacitance Cmess and the
Medien-/Ansatz -Widerstand RM,A dargestellt werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Es sei darauf verwiesen, dass es sich bei dem gezeigten Ersatzschaltbild lediglich um ein mögliches Beispiel handelt. Viele weitere Möglichkeiten sind denkbar und fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung. Beispielsweise kann in einer anderen Ausgestaltung auf die Isolationskapazität CiS0 auch verzichtet werden. Media / batch resistances RM, A are shown as shown in FIG. It should be noted that the equivalent circuit shown is merely a possible example. Many other possibilities are conceivable and also fall under the present invention. For example, in another embodiment, the isolation capacity Ci S0 can also be dispensed with.
Zur Bestimmung der Messkapazität Cmess und/oder des Medien-/Ansatzwiderstands RM,A sind viele verschiedene Möglichkeiten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Im Falle, dass die Sensoreinheit 3 mit einem einzigen ersten Anregesignal Ai mit einer ersten Frequenz fi beaufschlagt wird, und entsprechend ein erstes Empfangssignal Ei empfangen wird, bietet es sich beispielsweise an, die Messkapazität Cmess und/oder den Medien-Many different possibilities are conceivable for determining the measuring capacitance Cmess and / or the media / contact resistance RM, A, all of which are within the scope of the present invention. If the sensor unit 3 is acted upon by a first frequency fi with a single first excitation signal Ai, and if a first receive signal Ei is accordingly received, it is advisable, for example, to set the measurement capacitance Cmess and / or the media
/Ansatzwiderstand RM,A anhand einer Amplitude a und/oder eine Phase Φ des ersten / Insertion resistance RM, A based on an amplitude a and / or a phase Φ of the first
Empfangssignals Ei zu ermitteln. Alternativ ist es auch möglich, die Messsonde 3 mit zumindest einem ersten Ai und einem zweiten Anregesignal A2 mit zumindest einer ersten fi und einer zweiten Frequenz f2 zu beaufschlagen. In diesem Falle können die Messkapazität Cmess und/oder den Medien-/Ansatzwiderstand RM,A anhand des zumindest ersten Ei und zweiten Empfangssignals E2 bestimmt werden, beispielsweise anhand der ersten a^ und zweiten Receiving signal egg to determine. Alternatively, it is also possible for the measuring probe 3 to be acted upon by at least a first Ai and a second starting signal A 2 having at least a first fi and a second frequency f 2 . In this case, the measuring capacitance Cmess and / or the media / contact resistance RM, A can be determined on the basis of the at least first Ei and second received signal E 2 , for example based on the first a and second
Amplitude a2. Amplitude a 2 .
Die Messkapazität Cmess ist ein Maß für die Kapazität zwischen der Sondenelektrode 5 und einer weiteren Elektrode oder der Wandung des Behälters 3 wieder und damit einhergehend ein Maß für die jeweilige Prozessgröße. Ohm'schen Einflüsse des Mediums 4 bzw. einer möglicherweise vorhandenen Ansatzschicht im Bereich der Sondenelektrode 5 werden dagegen durch den Medien-/Ansatz-Widerstand RM,A Rechnung getragen. Im Falle, dass die Sondenelektrode 5 nicht mit Medium 4 bedeckt ist, ist die Sondenelektrode entweder von Luft umgeben, wenn kein Ansatz vorhanden ist. Ansonsten umgibt die Sondenelektrode 5 eine aus Medienresten gebildete Ansatzschicht gefolgt von Luft und der Medien-/Ansatz-Widerstand RM,A setzt sich aus diesen zwei Komponenten zusammen. Im Falle, dass die Sondenelektrode 5 dagegen im Wesentlichen vollständig vom jeweiligen Medium bedeckt ist, spielt ein Beitrag durch den Ansatz üblicherweise keine Rolle, da die Sondenelektrode 5 ohnehin mit dem Medium 4 bedeckt ist. Vorteilhaft ist der Einfluss von im Bereich der Sondenelektrode 5 vorhandenem Ansatz auf die Messkapazität Cmess vernachlässigbar, sodass eine Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße anhand der The measuring capacitance Cmess is a measure of the capacitance between the probe electrode 5 and a further electrode or the wall of the container 3 again and, consequently, a measure of the respective process variable. Ohmic influences of the medium 4 or a possibly existing approach layer in the area of the probe electrode 5, on the other hand, are taken into account by the media / neck resistance RM, A. In the case that the probe electrode 5 is not covered with medium 4, the probe electrode is either surrounded by air when no projection is present. Otherwise, the probe electrode 5 surrounds a residue formed of media Boundary layer followed by air and media / neck resistance RM, A is composed of these two components. In contrast, in the case where the probe electrode 5 is substantially completely covered by the respective medium, a contribution through the attachment usually does not matter since the probe electrode 5 is already covered with the medium 4. The influence of the approach present in the region of the probe electrode 5 on the measuring capacitance Cmess is advantageously negligible, so that a determination of the respective process variable can be made on the basis of the
Messkapazität Cmess eine deutlich geringere Empfindlichkeit hinsichtlich des Vorhandenseins von Ansatz aufweist. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Messgenauigkeit unabhängig vom jeweiligen Medium 4. Measuring capacity Cmess has a significantly lower sensitivity to the presence of approach. This leads to a significantly improved measurement accuracy regardless of the respective medium. 4
Diese Zusammenhänge sind anhand von Fig. 3 illustriert. Dabei bezieht sich Fig. 3a auf die Messkapazität Cmess und Fig. 3b auf das Empfangssignal E. Dargestellt sind die Messkapazität Cmess.o bzw. das Empfangssignal E0 für einen leeren Behälter 4 im Falle, dass kein Ansatz vorhanden ist, die Messkapazität Cmess,o,A bzw. das Empfangssignal E0,A für einen leeren Behälter 3 im Falle, dass die Sondenelektrode 5 von einer etwa 1 mm dicken Ansatzschicht bedeckt ist, und die Messkapazität Cmess.i bzw. das Empfangssignal Ei für einen vollständig mit Medium 4 gefüllten Behälter 3 jeweils als Funktion der Leitfähigkeit σ des Mediums 4. Auf der y-Achse ist dabei jeweils das Verhältnis des Anteils des Beitrags durch Ansatz Cmess,o,A bzw. E0,A ZUITI Gesamtsignal Cmess, 1 bzw. Ei in Prozent aufgetragen. Im Falle, dass die Messkapazität Cmess ausgewertet wird, beträgt der Anteil einer 1 mm dicken Ansatzschicht für einen typischen These relationships are illustrated with reference to FIG. 3. Here, Fig. 3a refers to the measured capacitance CMESS and Fig. 3b to the reception signal E. are the measured capacitance Cmess.o or the reception signal E 0 for an empty container 4 in the case that no recognition is available, the measured capacitance C m ess, o, A or the received signal E 0 , A for an empty container 3 in the event that the probe electrode 5 is covered by an approximately 1 mm thick approach layer, and the measuring capacitance Cmess.i or the received signal Ei for a complete with Medium 4 filled container 3 each as a function of the conductivity σ of the medium 4. On the y-axis is in each case the ratio of the proportion of the contribution by approach C m ess, o, A and E 0 , A ZUITI total signal Cmess, 1 or Egg applied in percent. In the case that the measuring capacity Cmess is evaluated, the proportion of a 1 mm thick layer of coating for a typical
Leitfähigkeitsbereich σ gängiger Medien 4 weniger als 25%. Im Falle einer Auswertung des Empfangssignals E hinsichtlich der jeweiligen Prozessgröße steigt der Beitrag durch die Conductivity range σ of common media 4 less than 25%. In the case of an evaluation of the received signal E with respect to the respective process variable, the contribution increases through the
Ansatzschicht kontinuierlich mit der Leitfähigkeit σ an. Bei einer Leitfähigkeit von σ=800μ8/ιτι kann bereits nicht mehr zwischen einer vollständig bedeckten Sondenelektrode 5 und einer mit einer 1 mm dicken Schicht Ansatz bedeckten Sondenelektrode 5 unterschieden werden. Starting layer continuously with the conductivity σ on. With a conductivity of σ = 800μ8 / ιτι can no longer be distinguished between a fully covered probe electrode 5 and covered with a 1 mm thick layer approach probe electrode 5.
Wie leicht zu sehen ist, kann der Einfluss eines Ansatzes im Bereich der Sondenelektrode 5 auf die jeweilige Prozessgröße durch eine Auswertung der Messkapazität Cmess anstelle des As can easily be seen, the influence of a projection in the area of the probe electrode 5 on the respective process variable can be evaluated by an evaluation of the measuring capacitance Cmess instead of the
Empfangssignals erheblich reduziert und ggf. nahezu vollständig eliminiert werden. Receiving signal significantly reduced and possibly almost completely eliminated.
In Fig. 4 sind die Messkapazität Cmess und der Medien-/Ansatz-Widerstand RM,A jeweils als Funktion der Zeit in willkürlichen Einheiten für den Fall, dass sich mit zunehmender Zeit ein Ansatz im Bereich der Sondenelektrode 5 ausbildet, dargestellt. Die in Fig. 4a dargestellte Messkapazität Cmess bleibt unabhängig vom Vorhandensein eines Ansatzes im Wesentlichen konstant. Dies verdeutlicht noch einmal die erhöhte Messgenauigkeit, welche durch Auswertung der Messkapazität Cmess erreicht werden kann. Der Medien-Ansatzwiderstand RM,A wird deutlich durch die Ausbildung einer Ansatzschicht beeinflusst und verringert sich mit zunehmenden Ansatz. Durch eine Auswertung der Messkapazität Cmess und/oder des Medien-/Ansatz- Widerstands RM,A können also zusätzliche Aussagen über das Vorliegen eines Ansatzes gemacht werden. Alternativ ist es genauso möglich, eine von der Messkapazität Cmess und/oder dem Medier Ansatz -Widerstands RM,A abhängige Größe, beispielsweise ein Verhältnis aus der Messkapazität Cmess und dem Medien-/Ansatz-Widerstands RM,A auszuwerten. 4, the measuring capacitance Cmess and the media / batch resistance RM, A are each shown as a function of time in arbitrary units in the event that a projection forms in the region of the probe electrode 5 with increasing time. The measuring capacitance Cmess shown in FIG. 4a remains essentially constant, regardless of the presence of a projection. This again illustrates the increased measurement accuracy, which can be achieved by evaluating the measurement capacity C measurement. The media attachment resistance RM, A is significantly influenced by the formation of a shoulder layer and decreases with increasing approach. By evaluating the measuring capacitance Cmess and / or the media / contact resistance RM, A, additional statements can therefore be made about the existence of an approach. Alternatively, it is equally possible to use one of the measuring capacitance Cmess and / or the Medier approach resistances RM, A dependent size, for example, a ratio of the measuring capacitance C measurement and the media / approach resistance RM, A evaluate.
Anhand einer Auswertung der Messkapazität Cmess und/oder des Medien-/Ansatz-Widerstands RM,A können ferner Aussagen über das sich jeweils im Behälter 3 befindliche Medium 4 getätigt werden. Es kann also im Prinzip eine Überwachung eines im Behälter 3 ablaufenden Prozesses vorgenommen werden. Analoge Überlegungen gelten für den Fall, dass ein Reinigungsprozess des Behälters 3 überwacht werden soll. Dies ist anhand der in Fig. 5 dargestellten Messkapazität Cmess und dem Medien-/Ansatz-Widerstand RM,A jeweils als Funktion der Zeit in willkürlichen Einheiten für den Fall, dass sich zum Zeitpunkt t3 das sich im Behälter 3 befindliche Medium 4 ändert, illustriert. Sowohl die in Fig. 5a dargestellte Messkapazität Cmess als auch der in Fig. 5b dargestellte Medien-Ansatzwiderstand RM,A zeigen eine deutliche Abhängigkeit vom sich jeweils im Behälter 3 befindenden Medium 4. Durch eine Auswertung der Messkapazität Cmess und/oder des Medien-/Ansatz-Widerstands RM,A können also zusätzliche Aussagen den jeweiligen Prozess generiert werden. Alternativ ist es wie im Falle der Fig. 4 genauso möglich, eine von der Messkapazität Cmess und/oder dem Medien-/Ansatz-Widerstands RM,A abhängige Größe, beispielsweise ein Verhältnis aus der Messkapazität Cmess und dem Medien-/Ansatz-Widerstands RM„ auszuwerten. On the basis of an evaluation of the measuring capacitance Cmess and / or the media / approach resistor RM, A statements can be made about the respective medium in the container 3 4. It can therefore be made in principle a monitoring of a running in the container 3 process. Analogous considerations apply in the event that a cleaning process of the container 3 is to be monitored. This is illustrated on the basis of the measuring capacitance Cmess shown in FIG. 5 and the media / batch resistance RM, A as a function of time in arbitrary units in the event that the medium 4 in the container 3 changes at the time t3 , Both the measuring capacitance Cmess shown in FIG. 5a and the media contact resistance RM, A shown in FIG. 5b show a clear dependence on the medium 4 respectively located in the container 3. By an evaluation of the measuring capacitance Cmess and / or the media / Approach resistance RM, A so additional statements can be generated the respective process. Alternatively, as in the case of FIG. 4, it is equally possible to use a variable dependent on the measuring capacitance Cmess and / or the media / batch resistance RM, A, for example a ratio of the measuring capacitance Cmess and the media / batch resistor RM "Evaluate.
In Fig. 6 sind schließlich die Leitfähigkeiten σ und die Dielektrizitätskonstanten εΓ für Finally, in FIG. 6, the conductivities σ and the dielectric constants ε Γ are for
verschiedene übliche Medien 4 gezeigt. Mit Hilfe einer Auswertung der Messkapazität Cmess und des Medien-/Ansatz-Widerstands RM,A kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Aussage über das sich im Behälter befindliche Medium 4 vorgenommen werden. Beispielsweise kann zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten εΓ eines Mediums 4 zuerst im Falle, dass der Behälter 3 leer ist, die Messkapazität Cmess bestimmt werden. Für einen leeren Behälter 3 gilt, dass εΓ«1 . Bestimmt man nun zusätzlich die Messkapazität Cmess im Falle eines vollständig mit dem Medium 4 gefüllten Behälters 3, so kann man auf die Dielektrizitätskonstante Sr des Mediums 3 schließen. In analoger Weise kann ebenfalls die Leitfähigkeit σ eines Mediums 3 ermittelt werden. various common media 4 shown. With the aid of an evaluation of the measuring capacity Cmess and the media / batch resistance RM, A, a statement about the medium 4 located in the container can be made in a further embodiment of the present invention. For example, to determine the dielectric constant ε Γ of a medium 4, in the first case that the container 3 is empty, the measuring capacity Cmess can be determined. For an empty container 3, it holds that ε Γ «1. If, in addition, the measuring capacity Cmess is additionally determined in the case of a container 3 completely filled with the medium 4, it is possible to deduce the dielectric constant Sr of the medium 3. In an analogous manner, the conductivity σ of a medium 3 can also be determined.
Bezugszeichen reference numeral
1 kapazitives Füllstandsmessgerät1 capacitive level gauge
2 Sensoreinheit 2 sensor unit
3 Behälter 3 containers
3a Prozessanschluss des Behälters  3a process connection of the container
4 Medium  4 medium
5 Sensorelektrode  5 sensor electrode
6 Guardelektrode  6 guard electrode
7 Elektronikeinheit, 7 electronics unit,
8 Gehäuse des Feldgeräts mess Messkapazität  8 housing of the field device measuring measuring capacity
RM,A Medien-/Ansatzwiderstand  RM, A media / neck resistance
Ciso Isolationskapazität der Sondenelektrode σ Leitfähigkeit des Mediums Ciso Insulation capacity of the probe electrode σ Conductivity of the medium
εΓ Dielektrizitätskonstante des Mediumsε Γ Dielectric constant of the medium
A Anregesignal A start signal
E Empfangssignal  E received signal
a Amplitude a amplitude
Φ Phase  Phase

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums (4), 1 . Method for the capacitive determination and / or monitoring of at least one process variable of a medium (4),
umfassend folgende Verfahrensschritte: comprising the following method steps:
Beaufschlagen einer Sondenelektrode (5) zumindest mit einem ersten elektrischen Anregesignal (Ai ) mit zumindest einer ersten vorgebbaren Frequenz (fi ) ,  Applying a probe electrode (5) to at least a first electrical stimulation signal (Ai) having at least a first predeterminable frequency (fi),
Empfangen eines ersten elektrischen Empfangssignals (Ei ) von der Sondenelektrode (5), Ermitteln einer Messkapazität (Cmess) der Sondenelektrode (5) oder der Messkapazität (Cmess) und eines Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) der Sondenelektrode (5) zumindest anhand des ersten Empfangssignals (Ei ), und Receiving a first electrical received signal (Ei) from the probe electrode (5), determining a measuring capacity (Cmess) of the probe electrode (5) or the measuring capacitance (Cmess) and a media / batch resistance (RM, A) of the probe electrode (5) at least based on the first received signal (Ei), and
Bestimmen der zumindest einen Prozessgröße anhand des Wertes für die Messkapazität Determining the at least one process variable based on the value for the measuring capacity
(Cmess). (CMESS).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
wobei die Messkapazität (Cmess) und/oder der Ansatz-/Medienwiderstand (RM,A) anhand einer Ersatzschaltung der Sondenelektrode (5) umfassend zumindest eine wherein the measurement capacitance (C measurement) and / or the attachment / media resistance (RM, A) are determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode (5) comprising at least one
Parallelschaltung der Messkapazität (Cmess) und des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) ermittelt wird. Parallel connection of the measuring capacity (Cmess) and the media / batch resistance (RM, A) is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , 3. The method according to claim 1,
wobei die Messkapazität (Cmess) und/oder der Ansatz-/Medienwiderstand (RM,A) anhand einer Ersatzschaltung der Sondenelektrode (5) umfassend eine Reihenschaltung aus einer Isolationskapazität (CiS0) und der Parallelschaltung aus der Messkapazität (Cmess) und dem Medien-/Ansatz-Widerstand (RM,A) ermittelt wird. wherein the measurement capacitance (Cmess) and / or the attachment / media resistance (RM, A) are determined by means of an equivalent circuit of the probe electrode (5) comprising a series connection of an insulation capacitance (Ci S0 ) and the parallel connection of the measurement capacitance (Cmess) and the medium / Neck resistance (RM, A) is determined.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, 4. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei die Sondenelektrode (5) mit zumindest dem ersten Anregesignal (Ai ) und mit einem zweiten Anregesignal (A2) mit einer zweiten vorgebbaren Frequenz (f2) beaufschlagt wird, wobei das erste Empfangssignal (Ei ) und ein zweites Empfangssignal (E2) empfangen werden und wobei die Messkapazität (Cmess) und/oder der Medien- /Ansatz -Widerstand (RM,A) anhand des ersten (Ei ) und zweiten Empfangssignals (E2) bestimmt wird/werden. 5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 -4, wherein the probe electrode (5) is acted on by at least the first excitation signal (Ai) and by a second excitation signal (A 2 ) having a second presettable frequency (f 2 ), wherein the first received signal (Ei) and a second received signal (E 2 ) and wherein the measuring capacity (Cmess) and / or the media / charge resistance (RM, A) is / are determined on the basis of the first (Ei) and second received signal (E 2 ). 5. The method according to at least one of claims 1 -4,
wobei zumindest eine Amplitude (a) und/oder eine Phase (Φ) zumindest des ersten Empfangssignals (Ei ) ermittelt wird/werden, und wobei die Messkapazität (Cmess) und/oder der Medien-/Ansatz-Widerstand (RM,A) anhand der Amplitude (a) und/oder Phase (Φ) ermittelt wird/werden. 6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wherein at least one amplitude (a) and / or a phase (Φ) of at least the first received signal (Ei) is / are determined, and wherein the measuring capacitance (Cmess) and / or the media / batch resistance (RM, A) the amplitude (a) and / or phase (Φ) is / are determined. 6. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei es sich bei der zumindest einen Prozessgröße um einen Füllstand des Mediumswherein the at least one process variable is a fill level of the medium
(4) in einem Behälter (3) handelt. 7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, (4) in a container (3). 7. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei anhand des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) eine Leitfähigkeit (σ) des Mediums (4) und/oder anhand der Messkapazität (Cmess) eine Permittivität (εΓ) des Mediums (4) ermittelt wird/werden. 8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wherein based on the media / approach resistance (RM, A) a conductivity (σ) of the medium (4) and / or on the basis of the measurement capacity (Cmess) a permittivity (ε Γ ) of the medium (4) is determined / are. 8. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei anhand der Messkapazität (Cmess), des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität (Cmess) , und/oder dem Medien-/Ansatz-Widerstand (RM,A) abgeleiteten Größe auf das Vorliegen von Ansatz in zumindest in einem Teilbereich der Sondenelektrode (5) geschlossen wird. wherein based on the measured capacitance (Cmess), the media / approach resistance (RM, A) and / or at least one of at least the measurement capacity (Cmess), and / or the media / Ansatz resistance (RM, A) derived size is closed on the presence of approach in at least a portion of the probe electrode (5).
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei anhand der Messkapazität (Cmess), des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität (Cmess) und/oder dem Medien-/Ansatz-Widerstand (RM,A) abgeleiteten Größe die Einhaltung einer Rezeptur eines in dem Behälter (3) ablaufenden Prozesses überwacht wird. wherein based on the measured capacitance (Cmess), the media / approach resistance (RM, A) and / or at least one of at least the measuring capacitance (Cmess) and / or the media / Ansatz resistance (RM, A) derived size the Compliance with a recipe of a running in the container (3) process is monitored.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei anhand der Messkapazität (Cmess), des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) und/oder zumindest einer von zumindest der Messkapazität (Cmess) und/oder demwherein on the basis of the measuring capacity (Cmess), the media / batch resistance (RM, A) and / or at least one of at least the measuring capacitance (Cmess) and / or the
Medien-/Ansatz-Widerstand (RM,A) abgeleiteten Größe eine Durchmischung von zumindest einem ersten und einem zweiten Medium (4) in dem Behälter (3) überwacht wird. Media / batch resistance (RM, A) derived size, a mixing of at least a first and a second medium (4) in the container (3) is monitored.
1 1 . Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 1. Method according to at least one of the preceding claims,
wobei anhand der Messkapazität (Cmess), des Medien-/Ansatz-Widerstands (RM,A) und/oder einer von zumindest der Messkapazität (Cmess) und/oder dem Medien-/Ansatz- Widerstand (RM,A) abgeleiteten Größe ein Reinigungsprozess in dem Behälter (3) überwacht wird. wherein based on the measurement capacity (Cmess), the media / approach resistance (RM, A) and / or a size derived from at least the measurement capacitance (Cmess) and / or the media / neck resistance (RM, A), a cleaning process in the container (3) is monitored.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. The method according to at least one of the preceding claims,
wobei ein Bedeckungsgrad der Sondenelektrode (5) ermittelt wird. wherein a degree of coverage of the probe electrode (5) is determined.
13. Vorrichtung zur kapazitiven Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums (4) in einem Behälter (3) umfassend 13. Device for capacitive determination and / or monitoring at least one process variable of a medium (4) in a container (3) comprising
- eine Sensoreinheit (3) mit zumindest einer Sondenelektrode (5), und - eine Elektronikeinheit (7), welche Elektronikeinheit (7) dazu ausgestaltet ist, zumindest ein Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. - A sensor unit (3) with at least one probe electrode (5), and - An electronic unit (7), which electronic unit (7) is adapted to perform at least one method according to at least one of the preceding claims.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14. Device according to claim 13,
wobei die Sensoreinheit (3) zumindest zwei Elektroden umfasst. wherein the sensor unit (3) comprises at least two electrodes.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15. Device according to claim 14,
wobei es sich bei einer der Elektroden um eine Guardelektrode (6) handelt. wherein one of the electrodes is a guard electrode (6).
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