CH708084A2 - Messvorrichtung zur Erfassung eines Füllstandes. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Messvorrichtung (3) zur Erfassung eines Füllstandes in einem Silo (101) oder Tank mit einer ersten stabförmigen Elektrode (103) mit einer Längsachse (104) und einer zweiten stabförmigen Elektrode (103) mit einer zur Längsachse (104) der ersten Elektrode (103) parallelen Längsachse (104). Die erste und zweite Elektrode (103) einschliesslich des Zwischenraums (4) sind mit einem elektrisch nichtleitenden Material umschlossen.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung zur Erfassung eines Füllstandes in einer Silo- oder Tankanlage gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.

[0002] Kapazitive Füllstandsensoren für trockene Schüttgüter oder Flüssigkeiten in Silo- und/oder Tankanlagen sind zum Beispiel aus der FR 1 276 076 bekannt. Die Elektroden dieser bekannten Messvorrichtung sind durch Abstandshalter in einem festen Abstand montiert. Die Abstandhalter sind entlang der Elektroden in Abständen zueinander angeordnet. Nachteilig an dieser bekannten Messvorrichtung ist, dass sich zwischen den Abstandhaltern und den voneinander beabstandeten Elektroden Materialanhaftungen bilden können.

[0003] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung mit zwei voneinander beabstandeten Elektroden zu schaffen, welche Materialanhaftungen im Zwischenraum zwischen den Elektroden verhindert.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit Messvorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist und mit einem Verfahren zur Herstellung der Messvorrichtung, welches die Merkmale des Anspruchs 16 aufweist.

[0005] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Messvorrichtung: aufgrund des den Zwischenraum zwischen den Elektroden verschliessenden elektrisch nichtleitenden Materials Materialanhaftungen im Bereich zwischen den Elektroden verhindert werden; die bei kapazitiven Füllstandsensoren üblicherweise zwischen den Elektroden angeordneten Abstandhalter eingespart werden können, da die beiden Elektroden durch das elektrisch nichtleitende Material fest miteinander verbunden sind; aufgrund der Ummantelung der Elektroden die Messvorrichtung frei im Lagerraum/Silo eingebracht oder gespannt (vertikal oder diagonal) werden kann. Insbesondere bei vertikalem Einbau der Elektroden, wo diese nur einseitig befestigt (von oben eingehängt) werden, können sich drahtseilartige Elektroden aufgrund der Verwirbelung ähnlich der Corioliskraft verdrillen. Unter Umständen verdrillt sich das Drahtseilpaar so oft, dass ein Kurzschluss zwischen den Elektroden entsteht. Dies ist durch die Erfindung ausgeschlossen, da die Elektroden vollständig isoliert sind; ein Zusammenpressen der Elektroden zwischen den Abstandhaltern ist ausgeschlossen, da die Elektroden durch das im Zwischenraum angeordnete elektrisch nichtleitende Material immer im gleichen Abstand gehalten werden, wodurch sich die Messgenauigkeit der Messvorrichtung verbessert; insgesamt die Reibung zwischen der Messvorrichtung und einem Schüttgut verringert wird, wodurch gerade bei vertikalen Elektroden die Zugkraft auf die Befestigungselemente und auf das Dach oder den Deckel, an welchem die Elektroden befestigt sind, verringert wird; und durch die verringerte Reibung und die wegfallenden Anhaftungen können auch pulverförmige Stoffe besser gemessen werden.

[0006] Die Elektroden können in verschiedenen Ausführungsformen peripher oder zusätzlich an einem oder beiden Enden mit dem elektrisch nichtleitenden Material ummantelt sein.

[0007] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können wie folgt kommentiert werden: In einer speziellen Ausführungsform umfasst das elektrisch nichtleitende Material einen an einem Ende offenen Hohlraum, welcher sich zwischen der ersten und zweiten Elektrode entlang einer zu deren Längsachsen im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse erstreckt. Dadurch ist der Vorteil erreichbar, dass im Hohlraum andere Messsensoren, z.B. Temperatursensoren angeordnet werden können. Diese sind für die Qualitätssicherung wichtig, um frühzeitig Fermentierungsprozesse und Ungezieferbefall zu erkennen. Es muss daher im Lagerraum oder Silo kein zusätzliches Messgerät eingebaut werden. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung ein zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnetes stabförmiges Zentralelement mit einer zu den Längsachsen der ersten und zweiten Elektrode im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse. Vorzugsweise sind das stabförmige Zentralelement und die erste und zweite Elektrode auf ihrer gesamten Länge mit dem elektrisch nichtleitenden Material beschichtet, so dass das Zentralelement und die erste und zweite Elektrode durch das Beschichtungsmaterial fest miteinander verbunden sind.

[0008] In einer weiteren Ausführungsform umfasst das stabförmige Zentralelement ein Rohr mit einer Rohrinnenwand, welche den Hohlraum peripher umschliesst. Das Rohr ist vorzugsweise als flexibles Rohr ausgebildet. Das elektrisch nichtleitende Material kann als Beschichtung auf das Rohr und die beiden Elektroden aufgebracht werden.

[0009] In einer anderen Ausführungsform erstrecken sich das Rohr und/oder das Material längs der ersten und zweiten Elektrode über einen Abschnitt der Länge LA ≤ L, wobei L die Länge der Elektroden ist und LA zwischen 80% und 100% der Länge L beträgt. Damit ist erreichbar, dass der Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Elektrode mindestens in einem in ein Schüttgut einzutauchenden Bereich der Messvorrichtung ausgefüllt wird und die Elektroden ebenfalls mindestens in diesem Bereich elektrisch isoliert sind.

[0010] In einer weiteren Ausführungsform weist das Material mindestens im Bereich der ersten und zweiten Elektrode eine Schichtdicke von mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm auf. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke mindestens im Bereich der ersten und zweiten Elektrode maximal 3,5 mm, vorzugsweise maximal 3 mm. Die Schichtdicke darf nicht zu dick sein, da diese ebenfalls eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die wiederum das Messergebnis beeinflusst.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung einen oder mehrere Temperatursensoren, welche im Hohlraum angeordnet sind. Die Temperatursensoren können in Richtung der zentralen Längsachse des Hohlraums hintereinander angeordnet sein. Neben den Temperatursensoren können im Hohlraum der Messvorrichtung zusätzlich z.B. Gassensoren oder Feuchtigkeitssensoren angeordnet sein.

[0012] In wiederum einer weiteren Ausführungsform weist das stabförmige Zentralelement einen Aussendurchmesser von mindestens 2 cm, vorzugsweise von mindestens 5 cm auf. Bevorzugt beträgt der Aussendurchmesser höchstens 10 cm, vorzugsweise höchstens 8 cm. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass das stabförmige Zentralelement, bzw. das Rohr den Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden soweit ausfüllt, dass durch das Material nur schmale oder gar keine Spalte zwischen der ersten, respektive der zweiten Elektrode und dem Zentralelement ausgefüllt werden müssen.

[0013] In einer anderen Ausführungsform liegt der vorbestimmte Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode im Bereich von 2 cm bis 10 cm, bevorzugt im Bereich von ungefähr 2.5 bis 5.0 cm.

[0014] In einer anderen Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung zusätzlich eine einen Schwingkreis beinhaltende Sensorelektronik, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode elektrisch mit der Sensorelektronik verbunden sind. Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung zusätzlich eine Kontrolleinheit, die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik zur Verfügung gestellten Messwert in einen Füllstand umzurechnen. Die erste und zweite Elektrode bilden einen Kondensator, welcher vorzugsweise in einem leeren Silo eine Kapazität pro Längeneinheit von maximal 240 pF/m besitzt. Vorzugsweise enthält die Sensorelektronik einen Schwingkreis, bevorzugt einen Wien-Robinson-Oszillator, und zusätzlich einen Kondensator mit einer Kapazität mit einem im leeren Silo gemessenen Wert von ungefähr 25 pF bis 75 pF, bevorzugt von ungefähr 45 bis 55 pF, parallel geschaltet wird. Der zusätzliche Kondensator ermöglicht ein stabiles Startverhalten des Schwingkreises.

[0015] In einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und zweite Elektrode ein an einem Silo oder Tank befestigbares erstes Ende und ein freies zweites Ende auf, wobei die erste und zweite Elektrode einschliesslich des ersten und/oder zweiten Endes mit dem elektrisch nichtleitenden Material umschlossen sind.

[0016] Eine bevorzugte Verwendung der Messvorrichtung ist die Bestimmung eines Füllstandes von trockenen Schüttgütern, insbesondere von Agrarprodukten, Lebensmittel, Futtermittel und Brennstoffen in einem Silo.

[0017] In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens umfasst dieses vor Schritt B) den zusätzlichen Schritt: A2) Einfügen eines Rohrs zwischen der ersten und zweiten Elektrode, wobei sich ein von der Rohrinnenwand umschlossener Hohlraum entlang einer zu den Längsachsen der ersten und zweiten Elektrode im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse erstreckt.

[0018] Alternativ kann der Hohlraum durch den folgenden zusätzlichen Schritt angebracht werden: Anbringen eines Hohlraums zwischen der ersten und zweiten Elektrode, welcher sich der Hohlraum entlang einer zu den Längsachsen der ersten und zweiten Elektrode im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse erstreckt.

[0019] Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Es zeigen:

[0020] <tb>Fig. 1<SEP>eine Ausführungsform einer Messvorrichtung zur Erfassung des Füllstandes von trockenen Schüttgütern in einem Silo; <tb>Fig. 2<SEP>einen Schnitt durch die Messvorrichtung gemäss der Ausführungsform nach Fig. 1 entlang der Linie A–A; <tb>Fig. 3a – 3c<SEP>Querschnittsansichten analog zu Fig. 2 von weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemässen Messvorrichtung.

[0021] Die in den folgenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele werden anhand von Holzpellets als trockene Schüttgüter beschrieben. Im Allgemeinen sind hierunter Stoffe zu verstehen, die nicht in Form einer Flüssigkeit zur Verfügung gestellt werden. Die Bezeichnung als «trocken» ist nicht darauf eingeschränkt, dass die Schüttgüter keinen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen können. Die Bezeichnung «trocken» bezieht sich lediglich darauf, dass die Füllung des Behältnisses, das heisst zum Beispiel des Silos, nicht fliessfähig ist, sondern in Form von Granulat, Pellets, Briketts oder anderen Stücken in das Behältnis eingebracht wird. Bei den trockenen Schüttgütern handelt es sich bevorzugt um Brennstoffe. Beispiele für die trockenen Schüttgüter sind Holzpellets, Granulate wie z.B. Mais oder Getreide, Kohle-Briketts, andere Presslinge oder Hackschnitzel. Die Grösse der Körner oder Stücke des Schüttgutes ist hier zumindest so gross, dass in wesentlichen keine Fliessfähigkeit der Füllung im Silo besteht. Dies ist z.B. ab einem mittleren Durchmesser der Körner, Presslinge oder Stücke des Schüttgutes von 1 cm, bevorzugt 3 cm, gegeben.

[0022] In Fig. 1 ist beispielhaft ein als Silo 101 für trockene Schüttgüter ausgeführter Behälter 1 dargestellt. Als Schüttgüter können grobkörnige Schüttgüter wie zum Beispiel Holzpelletts oder andere trockene Feststoffe im Silo 101 gelagert werden. Anstelle eines Silos 101 kann der Behälter auch als Tank oder anderer beliebiger Vorratsbehälter oder Reservoir ausgebildet sein.

[0023] In Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der in Fig. 1 eingetragenen Linie A–A durch die Messvorrichtung 3 dargestellt. Die Messvorrichtung 3 umfasst im Wesentlichen eine erste stabförmige Elektrode 103 mit einer Längsachse 104, eine zweite stabförmige Elektrode 103 mit einer zur Längsachse 104 der ersten Elektrode 103 parallelen Längsachse 104 und ein stabförmiges Zentralelement 5 mit einer zu den Längsachsen 104 der ersten und zweiten Elektrode 103 im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse 6.

[0024] Dabei ist die zweite Elektrode 103 neben der ersten Elektrode 103 derart angeordnet, dass zwischen der ersten und zweiten Elektrode 103 gemessen ein vorbestimmter Abstand verbleibt. Das stabförmige Zentralelement 5 ist zwischen der ersten und zweiten Elektrode 103 angeordnet. Ferner sind das Zentralelement 5 und die erste und zweite Elektrode 103 jeweils auf der gesamten Länge mit einem elektrisch nichtleitenden Beschichtungsmaterial 10 beschichtet, so dass das Zentralelement 5 und die erste und zweite Elektrode 103 vollständig vom Beschichtungsmaterial 10 umgeben sind und durch das Beschichtungsmaterial 10 fest miteinander verbunden sind. Je nach Abmessungen der ersten und zweiten Elektrode 103 und des Zentralelements 5 können durch das Beschichtungsmaterial 10 zwischen der ersten, respektive der zweiten Elektrode 103 und dem Zentralelement 5 Verbindungsstege gebildet werden, welche den Zwischenraum zwischen der ersten Elektrode 103, respektive der zweiten Elektrode 103 und dem Zentralelement 5 vollständig verschliessen. Das Material 10 ist ein elektrischer Nichtleiter und muss auf das Schüttgut abgestimmt sein (z.B. gemäss Lebensmittelrecht, Temperaturbereich, chemische Resistenz).

[0025] Das Zentralelement 5 ist als flexibles Rohr ausgebildet und umfasst einen sich entlang der zentralen Längsachse 6 erstreckenden Hohlraum 7, in welchem ein oder mehrere Temperatursensoren (nicht gezeichnet) angeordnet sein können. Vorzugsweise erstreckt sich das Zentralelement 5 über die gesamte Länge L der ersten und zweiten Elektrode 103, mindestens jedoch über einen in das Schüttgut 102 einzutauchenden Längsabschnitt der Länge LA, wobei LA mindestens 80% er Länge L beträgt. Das Zentralelement 5 weist einen Aussendurchmesser von ungefähr 6 cm auf.

[0026] Die erste und zweite Elektrode 103 weisen je ein an einem Silo, Lagerraum oder Tank befestigbares erstes Ende und ein freies zweites Ende auf, wobei die erste und zweite Elektrode einschliesslich des zweiten Endes mit dem elektrisch nichtleitenden Material 10 umschlossen sind.

[0027] Die Elektroden 103 sind als Bündel von je sieben kreisförmig angeordneten Kabeln 9 aus einem elektrisch leitfähigem Material hergestellt, wobei jedes Kabel 9 aus mehreren Drähten 10 besteht, welche verdrillt sein können. In anderen Ausführungsformen können die erste und zweite Elektrode 103 auch aus elektrisch leitfähigen Stäben oder Rohren gebildet sein, die z. B. aus Kupfer oder Eisen hergestellt sein. Die Elektroden 103 sind in einem Abstand von z. B. ungefähr zwischen 2 cm bis 10 cm, bevorzugt 3 cm, fest in dem Silo 101 installiert. Sie sind elektrisch über die Leitungen 105 mit der Sensorelektronik 110 verbunden.

[0028] Die Elektroden 103 reichen im Wesentlichen bis zum Boden des Silos 101. Ferner haben die Elektroden 103 eine Länge, so dass sie bei maximaler Füllung des Silos 101 nicht vollständig von dem Schüttgut 102 abgedeckt sind. Typischerweise kann der Abstand der Elektroden vom Boden ungefähr 1 cm sein.

[0029] Die Messvorrichtung 3 ist im Wesentlichen als kapazitiver Füllstandsensor zur Bestimmung des Füllstandes von trockenen Schüttgütern, beispielsweise von Brennstoffen, im Silo 101 ausgebildet und umfasst eine erste stabförmige Elektrode 103, die eine erste Kondensatorelektrode bildet und in dem Silo 101 fest angebracht ist, eine zweite stabförmige Elektrode 103, die eine zweite Kondensatorelektrode bildet, eine einen Schwingkreis beinhaltende Sensorelektronik 110 die innerhalb des Silos 101 zur Verfügung gestellt wird und explosionsgeschützt ausgebildet ist. Ferner umfasst die Messvorrichtung 3 eine ausserhalb des Silos 101 zur Verfügung gestellte Kontrolleinheit 250, die geeignet ist, einen von der Sensorelektronik 110 zur Verfügung gestellten Wert in einen Füllstand umzurechnen.

[0030] Die Messvorrichtung 3 ist über eine Leitung 252 elektrisch mit der Kontrolleinheit 250 verbunden. Der Silo 101 besteht aus einer einen Kreiszylinder bildenden Wand 230 und einer einen Kegelstumpf bildenden Wand 232. Das zulaufende Ende des Kegelstumpfes führt zu einer Förderöffnung 234. Durch die Förderöffnung 234 werden die trockenen Schüttgüter aus dem Silo 101 entnommen, um ihrer Verwendung zugeführt zu werden. Der Silo beinhaltet weiterhin eine Decke oder einen Deckel 236.

[0031] Unterhalb der Decke ist die Sensorelektronik 110 der Messvorrichtung 3 angebracht. Da die Sensorelektronik 110 innerhalb des Silos 101 zur Verfügung gestellt ist, können die Leitungen 105 kurz gehalten werden. Hierdurch wird z. B. eine Messung der niedrigkapazitiven Elektroden 103 verbessert. Die Elektroden 103, d.h. die Stäbe oder Rohre, reichen von der oberen Kante des Silos 101 bis zum unteren Ende des kegelförmigen Teils des Silos.

[0032] Das Ausgangssignal des in der Sensorelektronik 110 befindlichen Schwingkreises 112 wird verstärkt, und für einen Mikro-Controller verwertbares Signal (Rechtecksignal, PWM-Signal oder Analogsignal) umgewandelt. Der Mikro-Controller misst die Frequenz und errechnet daraus einen Mittelwert den er über die Leitung 252 die Kontrolleinheit 250 ausserhalb des Silos 101 übermittelt. Gemäss weiteren Ausführungsformen, die mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, kann anstelle eines Mikrocontrollers auch ein feldprogrammierbare Gatterschaltung (Field Programmable Gate Array: FPGA) oder ähnliches verwendet werden.

[0033] In der Kontrolleinheit 250 wird der durch die Sensorelektronik 110 ermittelte Wert umgerechnet, um in ein Verhältnis zur Silogrösse und/oder zur Siloform gebracht zu werden. Die Kontrolleinheit 250 enthält eine CPU und Kontrollvorrichtungen, die es ermöglichen, den Füllstand z. B. zu visualisieren oder weiterzuverarbeiten. Typischerweise ist kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Füllstandes einen Alarm abgesetzt werden. Leitung 252 versorgt die Sensorelektronik 110 typischerweise auch mit Spannung und überwacht eventuelle Fehlfunktionen, um durch Abschaltung der Sensorelektronik im Notfall Schaden oder Brand zu verhindern. Hierbei schaltet die Kontrolleinheit die Sensorelektronik 110 spannungsfrei. Die Kontrolleinheit 250 kann weiterhin einen Speicher zur Speicherung der Werte beinhalten. Gemäss einer weiteren Ausführungsform, kann die Kontrolleinheit 250 auch weitere Anzeigeelemente wie einen Bildschirm beinhalten, sowie Bedienelemente wie eine Tastatur oder eine Maus, um eine weiterreichende Auswertung des Füllstandes zu erlauben. Hierdurch kann z. B. ein durchschnittlicher Verbrauch des trockenen Schüttgutes oder andere Statistiken ausgewählt, berechnet und dargestellt werden.

[0034] Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann die Kontrolleinheit 250 im Wesentlichen auch durch eine Anzeigeeinheit ersetzt werden. In diesem Fall wird von der Sensorelektronik direkt, z.B. ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgegeben, das von einer Anzeigeeinheit in die entsprechende Anzeige umgesetzt wird. Die Sensorelektronik 110 übernimmt demnach zusätzliche Funktionen, so dass die in Bezug auf die in Fig. 1 beschriebene Kontrolleinheit auf eine Anzeigeeinheit reduziert werden kann.

[0035] Bei der Erst-Inbetriebnahme ist der Silo 101 leer und die Kontrolleinheit 250 speichert das Signal der Sensorelektronik 110 in leerem Zustand. Über eine Eingabeeinrichtung, z.B. durch eine zentrale Datenverarbeitungsanlage wird der Kontrolleinheit 250 die Form des Silos 101 sowie dessen Masse in einem Speicher zugeführt. Über einen Schalter kann ein Menü «Siloabgleich im leeren Zustand» ausgewählt werden. Hierdurch kann ein Füllstand von 0 % definiert werden. Nach dem vollständigen Befallen des Silos 101 wird durch einen Schalter oder über ein Eingabeelement ein «Siloabgleich im vollen Zustand» ausgewählt. Dieser Wert entspricht dem Füllstand von 100 %. Hierdurch kann die Kontrolleinheit 250 auf den Silo 101 inklusive dessen Dimensionen und die maximale Füllhöhe abgeglichen werden. Eine entsprechende Speichereinheit der Kontrolleinheit 250 kann die Werte auch bei Stromausfall speichern, so dass nach einem Stromausfall keine Entleerung und Neubefüllung notwendig ist.

[0036] Die erfindungsgemässen Vorrichtungen besitzen den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise auch für trockene Schüttgüter, wie z. B. Brennstoffe, eine kapazitive Füllstandsmessung durchgeführt werden kann. Die bei trockenen Schüttgütern auftretenden Probleme werden durch stabförmige oder rohrförmige Elektroden 103 gelöst. Die Sensorelektronik 110 ist in unmittelbarer Nähe der Elektroden 103 angeordnet und innerhalb des Silos 101 explosionsgeschützt ausgebildet. Eine Messung der geringen Kapazitäten, die durch die stabförmigen oder rohrförmigen Elektroden 103 zur Verfügung gestellt sind, wird u.a. durch einen zusätzlichen Kondensator oder zusätzliche Kondensatoren, die zwischen dem Schwingkreis und den Elektroden angeordnet sind, verbessert.

[0037] Weitere Ausführungsformen von Elektroden 103, die einen Füllstands-Kondensator innerhalb des Silos bilden, sind in den Fig. 3a bis 3c dargestellt. Gemäss einer ersten Ausführungsform sind die Elektroden 103 kreisförmige Rohre 303a. Dies ist in Fig. 3a dargestellt. Gemäss der Ausführungsform von Fig. 3b werden die Elektroden 103 durch quadratische Rohre 303b ausgebildet. Gemäss der in Fig. 3c dargestellten Ausführungsform werden die Elektroden 103 durch rechteckige Rohre 303c ausgebildet.

[0038] Die Verwendung von Stäben oder Rohren, mit im Vergleich zu Zylinder-Kondensatoren oder Platten-Kondensatoren geringer Kapazität, verbessert auf der einen Seite die Verwendung für trockene Schüttgüter und die Kosteneffizienz bei der Herstellung. Auf der anderen Seite erschwert die hierdurch bedingte niedrige Kapazität die Messung des Füllstandes. Die Elektroden 103 sind mit Leitungen 105 mit der Sensorelektronik 110 verbunden. Aufgrund der erschwerten Füllstandsmessung sollten die Drähte so kurz wie möglich sein, bevorzugt sind sie kürzer als 10 cm oder sogar 3 cm. Darüber hinaus ist zu dem Schwingkreis 112 innerhalb der Sensorelektronik 110 zusätzlich ein Kondensator 120 eingebaut, der ein stabiles Startverhalten des Schwingkreises 112 verbessert.

[0039] Der Schwingkreis 112 innerhalb der Sensorelektronik 110 kann z. B. ein Wien-Robinson-Oszillator sein. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Oszillator, der mit einer Sinusschwingung oszilliert. Eine typische Frequenz des Schwingkreises 112 im Leerzustand des Silos ist im Bereich von 100 bis 200 kHz, bevorzugt 150 kHz. Die Frequenz verringert sich, wenn der Silo befüllt wird.

[0040] Die Elektroden 103 haben typischerweise eine Kapazität von 70 bis 120 pF/m oder 25 bis 120 pF. Der zusätzliche Kondensator 120 hat typischerweise eine Kapazität von 40 bis 60 pF, bevorzugt 47 pF.

[0041] Bei der Befüllung des Silos 101 mit dem trockenen Schüttgut 102 findet eine Staubentwicklung statt. Daher ist die Sensorelektronik, die sich innerhalb des Silos befindet, explosionsgeschützt ausgebildet. Beim Umgang mit Stoffen, die mit Sauerstoff reagieren können, z. B. Brennstoffe, ist mit einer Explosionsgefahr zu rechnen, wenn innerhalb des Silos der brennbare Stoff als feinkörniger Staub in der Luft vorliegt. Da auf die Grösse und die Dichte der Staubkörner, insbesondere beim Befüllen des Silos, wenig Einfluss genommen werden kann, wird zum Explosionsschutz die Sensorelektronik entsprechend ausgebildet. Hierzu werden Funken an den elektrischen Bauteilen innerhalb der explosionsgefährdeten Umgebung sowie statische Aufladung nicht geerdeter Bauteile und heisse Oberflächen vermieden.

[0042] Gemäss einer Ausführungsform ist der Explosionsschutz durch eine der folgenden oder eine Kombination der folgenden Massnahmen zur Verfügung gestellt: eine Strombegrenzung der Elektroden, eine Strombegrenzung der Sensorelektronik, eine Temperaturüberwachung, eine Spannungsfreischaltung im Störungsfall, oder ein explosionsgeschütztes Gehäuse.

[0043] Obwohl wie oben beschrieben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorliegen, sind diese so zu verstehen, dass die verschiedenen Merkmale sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können.

[0044] Diese Erfindung ist daher nicht einfach auf die oben erwähnten, besonders bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.

Claims (18)

1. Messvorrichtung (3) zur Erfassung eines Füllstandes in einem Silo (101) oder Tank, wobei die Messvorrichtung (3) umfasst: eine erste stabförmige Elektrode (103) mit einer Längsachse (104); eine zweite stabförmige Elektrode (103) mit einer zur Längsachse (104) der ersten Elektrode (103) parallelen Längsachse (104), wobei die zweite Elektrode (103) neben der ersten Elektrode (103) derart angeordnet ist, dass zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103) gemessen ein vorbestimmter Abstand verbleibt, wodurch ein Zwischenraum (4) zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103) definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode (103) einschliesslich des Zwischenraums (4) mit einem elektrisch nichtleitenden Material (10) ummantelt sind.

2. Messvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nichtleitende Material (10) einen an einem Ende offenen Hohlraum (7) umfasst, welcher zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103) angeordnet ist und sich entlang einer zu deren Längsachsen (104) im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse (6) erstreckt.

3. Messvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) ein zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103) angeordnetes stabförmiges Zentralelement (5) mit einer zu den Längsachsen (104) der ersten und zweiten Elektrode (103) im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse (6) umfasst.

4. Messvorrichtung (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Zentralelement (5) und die erste und zweite Elektrode (103) auf ihrer gesamten Länge mit dem elektrisch nichtleitenden Material (10) beschichtet sind, so dass das Zentralelement (5) und die erste und zweite Elektrode (103) durch das Material (10) fest miteinander verbunden sind.

5. Messvorrichtung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Zentralelement (5) ein Rohr mit einer Rohrinnenwand umfasst, welche den Hohlraum (7) peripher umschliesst, wobei das Rohr vorzugsweise ein flexibles Rohr ist.

6. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode (103) eine Länge L aufweisen und das stabförmige Zentralelement (5) und/oder das Material (10) sich längs der ersten und zweiten Elektrode (103) über einen Abschnitt der Länge LA < L erstrecken, wobei LA zwischen 80% und 100% der Länge L beträgt.

7. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (10) mindestens im Bereich der ersten und zweiten Elektrode (103) eine Schichtdicke von mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm aufweist.

8. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (10) mindestens im Bereich der ersten und zweiten Elektrode (103) eine Schichtdicke von maximal 3,5 mm, vorzugsweise maximal 3 mm aufweist.

9. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) einen oder mehrere Temperatursensoren (8) umfasst, welche im Hohlraum (7) angeordnet sind.

10. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Zentralelement (5) einen Aussendurchmesser von mindestens 2 cm, vorzugsweise von mindestens 5 cm aufweist.

11. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) einen Aussendurchmesser von höchstens 10 cm, vorzugsweise von höchstens 8 cm aufweist.

12. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand zwischen der ersten Elektrode (103) und der zweiten Elektrode (103) im Bereich von 2 cm bis 10 cm, bevorzugt im Bereich von ungefähr 2.5 bis 5.0 cm liegt.

13. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) zusätzlich eine einen Schwingkreis (112) beinhaltende Sensorelektronik (110) umfasst, wobei die erste Elektrode (103) und die zweite Elektrode (103) elektrisch mit der Sensorelektronik (110) verbunden sind.

14. Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode (103) je ein an einem Silo (101) oder Tank befestigbares erstes Ende und ein freies zweites Ende aufweisen, wobei die erste und zweite Elektrode (103) einschliesslich des ersten und/oder zweiten Endes mit dem elektrisch nichtleitenden Material (10) ummantelt sind.

15. Verwendung der Messvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Bestimmung eines Füllstandes von trockenen Schüttgütern, insbesondere von Agrarprodukten, Lebensmittel, Futtermittel und Brennstoffen in einem Silo (101).

16. Verfahren zur Herstellung einer Messvorrichtung (3) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet, durch die Schritte: A) Bereitstellen einer ersten und zweiten Elektrode (103) in einem vorbestimmten Abstand; und B) Ummanteln der ersten und zweiten Elektrode (103) einschliesslich des Zwischenraums (4) mit einem elektrisch nichtleitenden Material (10).

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet, durch den zusätzlichen Schritt vor Schritt B): A2) Einfügen eines Rohrs (5) zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103), wobei sich ein von der Rohrinnenwand umschlossener Hohlraum (7) entlang einer zu den Längsachsen (104) der ersten und zweiten Elektrode (103) im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse (6) erstreckt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt: Anbringen eines Hohlraums (7) zwischen der ersten und zweiten Elektrode (103), welcher sich der Hohlraum (7) entlang einer zu den Längsachsen (104) der ersten und zweiten Elektrode (103) im Wesentlichen parallelen zentralen Längsachse (6) erstreckt.