WO2025002812A1 - Radarfüllstandsmessgerät zur erfassung von füllständen in behältern - Google Patents

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WO2025002812A1
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waveguide
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level measuring
dielectric
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Christian WEINZIERLE
Steffen WÄLDE
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Vega Grieshaber KG
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in level-measurement devices, e.g. for level gauge measurement

Definitions

  • Radar level measuring device for detecting fill levels in containers
  • the present invention relates to a radar level measuring device for detecting fill levels in containers and a system for detecting fill levels.
  • Radar level measuring devices are generally known in the state of the art and are used, for example, in the process and chemical industries to monitor fill levels in containers.
  • a radar level measuring device for detecting levels in containers, comprising: a primary radiator for transmitting and receiving radar beams; a dielectric lens for transmitting and receiving the radar beams; a waveguide unit for guiding the radar beams between the primary radiator and the dielectric lens; wherein the dielectric lens and the waveguide unit are arranged at a distance from one another.
  • the term primary radiator is to be understood broadly in this case and means a structural element that is designed to emit electromagnetic waves, preferably radar beams, that are generated by a circuit, preferably a high-frequency circuit in the GHz range, and/or to receive reflected radar beams.
  • the primary radiator can be designed in one or more parts.
  • the primary radiator can be arranged at least partially on the high-frequency circuit for generating the radar beams and for processing reflected radar beams.
  • the term dielectric lens is to be understood broadly here and preferably means a lens made of a dielectric material that is curved on both sides and receives radar beams emitted directly or indirectly by the primary emitter and transmits them in a directed manner, or receives reflected radar beams and transmits them directly or indirectly to the primary emitter.
  • the dielectric lens can influence the shape or direction of the radiation.
  • the dielectric lens preferably has a spherical shape. Depending on a radius or a curvature, a distance results in which the radiation emitted or sent by the dielectric lens is bundled.
  • the dielectric lens preferably comprises a loss-free dielectric material.
  • the term waveguide unit is to be understood broadly here and means a device that is designed to guide electromagnetic waves, preferably radar beams.
  • the waveguide unit can be one-piece or multi-piece.
  • the waveguide unit can be designed as a waveguide (e.g. metallic waveguide).
  • the waveguide unit can be designed as a dielectric waveguide.
  • spaced is to be understood broadly in this case and means that the waveguide unit and the dielectric lens are arranged in such a way that a spatial distance or a free space exists between one end of the waveguide unit, which faces the dielectric lens and the dielectric lens.
  • the length of this distance preferably depends on the geometry of the dielectric lens.
  • the free space is preferably filled with air.
  • radar level measuring device is to be understood broadly here and preferably means a measuring device for detecting fill levels in containers, whereby the measuring device determines the fill level according to the principle of measuring the time of flight of the radar beams.
  • a fill level to be measured in the container is determined taking into account the position of the level measuring device and the measured time of flight between transmitted radar beams and received radar beams, i.e. radar beams reflected from the surface of, for example, a bulk material in a container.
  • Different methods can be used to determine the time of flight, e.g. pulse radar or frequency modulation continuous-action radar.
  • the invention is based on the knowledge that the sensor electronics of the radar level measuring device must not exceed a temperature of approx. 85 °C, whereas the process temperature in the containers in which the level is measured can be up to 450 °C. This leads to the need for thermal decoupling of the sensor electronics and radar antenna.
  • radar level measuring devices that operate in the range above 100 GHz are currently being used more and more.
  • the thermal decoupling in the range of radar level measuring devices that operate in the range below 100 GHz is usually achieved by so-called waveguides.
  • the waveguides are usually made of metal and have a bore diameter of 2.5 mm to 3.0 mm for radar level measuring devices in the operating range of 80 GHz.
  • the waveguides are used to transmit the radar beams from the primary radiator to the antenna.
  • the thermal decoupling is provided by the length of the waveguide.
  • the permissible bore diameter of the waveguides decreases.
  • a bore diameter of 0.87 mm is required.
  • the waveguide can only be manufactured using special erosion processes, which are uneconomical.
  • the problem of thermal decoupling is solved by using a dielectric lens as an antenna and spacing the dielectric lens from the waveguide unit. This makes it possible, for example, to continue to use metallic waveguides as a waveguide unit, since they do not have to reach up to the antenna, which is designed here as a dielectric lens.
  • the length of the metallic waveguide can therefore be be lower even at high frequencies. Furthermore, there is air between the end of the waveguide unit and the dielectric lens, which also functions as an insulator. Thermal decoupling is thus achieved by the arrangement according to the invention. This can have an advantageous effect on the accuracy of the measurement and the robustness of the radar level measuring device. Furthermore, the use of a dielectric waveguide, which is preferably made of plastic, as a component of the waveguide unit can also advantageously enable galvanic decoupling or potential separation between the sensor electronics and the container or container potential.
  • Modern radar level measuring devices for the process industry and automation technology are now gradually opening up the frequency range above 100 GHz. Due to the emergence of new frequency regulations, ever better semiconductor processes and more precise manufacturing methods, radar-based level measuring devices can be developed, produced and marketed up to 250 GHz. Higher frequency ranges have the advantage that a narrower opening angle can be achieved with the same antenna size.
  • the agitators or heating coils installed in containers often generate interference reflections in the radar signal, which, however, become less or even disappear when the antenna opening angle is smaller.
  • a fundamental difference between sensors below 100 GHz and above 100 GHz is that the radar signal generated above 100 GHz is fed directly from the signal-generating semiconductors into the waveguide.
  • the semiconductor material on which the high-frequency circuit is located also has a radiator element, which in combination with an arrangement of coupling element and resonator element can form a primary radiator.
  • a primary radiator can either be coupled into a dielectric waveguide or directly illuminate a dielectric lens.
  • the semiconductor material can be glued to a circuit board using an adhesive layer.
  • the radar signal experiences as little signal attenuation as possible.
  • the radar signal is typically first transmitted via a circuit board that has at least one layer of high-frequency circuit board material. before the signal is fed into a waveguide or a coaxial conductor.
  • the waveguides which are predominantly used in 80 GHz sensors, have the task of transmitting the radar signal from the radar module to the antenna.
  • the waveguides which in this case are mainly designed as round waveguides, have a diameter of between 2.5 and 3.0 mm in this frequency range and can be produced relatively inexpensively in a sufficient length using deep hole drilling methods.
  • the length of the waveguide is fundamentally important with regard to the temperature decoupling between the process to be monitored and the sensor electronics.
  • the sensor electronics must not exceed a temperature of 85°C, whereas the process temperature can be up to 450°C. Temperature decoupling is carried out using appropriately long waveguides.
  • the waveguide diameters become increasingly smaller, since the cutoff frequency of the fundamental mode depends on the waveguide diameter.
  • the waveguide diameter is only 0.87 mm. With such a small diameter, it is considerably more complex to manufacture a waveguide of the same length than with a waveguide diameter at 80 GHz.
  • the present invention may have the advantage that metallic waveguides can be used as thermal decoupling elements even at higher frequencies.
  • the waveguide unit comprises a dielectric waveguide.
  • the dielectric waveguide can be made of plastic. Examples of this are HDPE, PVDF, FEP and PFA.
  • the dielectric waveguide can have any geometry as a cross-section.
  • the dielectric waveguide preferably has a round cross-section or a rectangular cross-section.
  • the plastic preferably has a lower relative permittivity and a low loss factor. This has an overall positive effect on the signal attenuation (i.e. low signal attenuation).
  • long dielectric waveguides can be manufactured easily and inexpensively using micro-injection molding or extrusion and also have lower signal attenuation compared to a metallic waveguide.
  • the combination of air volume between the dielectric lens and the waveguide and the manufacture of the waveguide from a plastic bring further advantages in terms of thermal decoupling.
  • the waveguide unit comprises a metallic waveguide.
  • the metallic waveguide can be made of metal and/or metal-coated plastic. Due to the spaced arrangement of the metallic waveguide and the dielectric Lens, a reduced length of the metallic waveguide can be advantageously realized, whereby the spacing still ensures thermal decoupling.
  • the metallic waveguide is suitable for operating frequencies below 100 GHz, but can also be advantageously used for operating frequencies above 100 GHz with the present arrangement.
  • the metallic waveguide is ideally placed so that one end of the metallic waveguide is in the focal point/focus of the dielectric lens.
  • the waveguide unit comprises a dielectric waveguide and a metallic waveguide.
  • the dielectric waveguide is preferably arranged between the primary radiator and the metallic waveguide.
  • the metallic waveguide is preferably arranged between the dielectric waveguide and the dielectric lens.
  • the metallic waveguide has an adaptation element for coupling in the radar beams and a beam element for emitting the radar beams.
  • adaptation element is to be understood broadly in the present case and preferably means a structural element that has a geometry that corresponds to a geometry of another structural element (e.g. primary radiator or dielectric waveguide) such that the radar beams can be transmitted.
  • the adaptation element is preferably part of the waveguide, preferably the metallic waveguide or the dielectric waveguide.
  • the adaptation element has an inner cone and the corresponding geometry of the dielectric waveguide of the common interface has an outer cone.
  • beam element is to be understood broadly in the present case and means a structural element that has a geometry that is designed to send and receive radar waves, e.g.
  • the beam element is preferably part of the waveguide, preferably the metallic waveguide or the dielectric waveguide. In other words, the beam element is designed to illuminate the dielectric lens.
  • the beam element is preferably located in the focus of the dielectric lens. Overall, the matching element and the beam element have a beneficial effect on signal transmission.
  • the dielectric waveguide has a matching element for coupling the radar beams and a beam element for emitting the radar beams.
  • the matching element is preferably part of the dielectric waveguide and differs from the rest of the dielectric waveguide by the Geometry.
  • the geometry of the matching element corresponds, for example, to the geometry of the primary radiator, so that they can achieve a surface contact. This advantageously enables good coupling of the radar beams.
  • the beam element is preferably part of the dielectric waveguide and differs from the rest of the dielectric waveguide in the geometry of the beam element.
  • the beam element preferably has a geometry that is suitable for sending and receiving radar beams, for example a spherical shape or a conical shape. Overall, the matching element and beam element have a beneficial effect on signal transmission.
  • air is located between the waveguide unit and the dielectric lens for thermal insulation. This has a beneficial effect on the thermal decoupling of the measuring electronics from the process. Air is a better insulator than metal. This can mean that the metallic waveguide can be shorter and therefore easier and cheaper to manufacture even at higher frequencies, while still achieving sufficient thermal decoupling.
  • the primary radiator comprises a radiator element, a coupling element and a resonator element.
  • the radiator element is preferably connected directly to the high-frequency electronics that generate the radar radiation.
  • the resonator element is preferably arranged between the radiator element and the coupling element.
  • the coupling element is made of PEEK, for example. This can have a positive effect on the quality of the measurement.
  • the dielectric waveguide comprises a plastic.
  • the plastic can be, for example, one of the following: HDPE, PVDF, FEP or PFA. This can advantageously realize a galvanic decoupling between the measuring electronics and the container.
  • a radar level measuring device in which a distance between the dielectric lens and the waveguide unit is derived from a geometry of the dielectric lens.
  • the dielectric lens has, for example, a spherical shape. This spherical shape results in a bundling of radar radiation emitted by the lens at a specific point outside or at a distance from the lens.
  • the arrangement of the waveguide unit, hollow guide or dielectric conductor, at this point, causes a beneficial increase in signal quality or transmission quality.
  • a radar level measuring device which is designed to measure at a frequency above 100 GHz. As the measuring frequency increases, the radiation cone of the emitted radiation from the radar level measuring device advantageously reduces. This can have a positive effect on the measurement accuracy, since interfering contours such as agitators or heating coils in a container do not contribute to the reflection of the radar radiation.
  • the waveguide unit comprises a beam element, wherein the beam element is arranged in the focus of the dielectric lens.
  • focus means the point at which the radar beams emitted by the dielectric lens are bundled. This can have a positive effect on the quality of the measurement.
  • a further aspect of the present invention comprises a system for detecting fill levels, comprising at least one radar fill level measuring device as described above and a container for storing a material.
  • the material can be liquid or solid or a combination thereof.
  • the container has an agitator for stirring the material.
  • the container has a heating coil for heating the material.
  • Figure 1 is a schematic view of a system according to the invention for detecting fill levels
  • Figure 2 shows a schematic section of a radar level measuring device according to the invention
  • Figure 3 shows a schematic section of a radar level measuring device according to the invention
  • Figure 4 shows a schematic section of a radar level measuring device according to the invention of a first embodiment
  • Figure 5 shows a schematic section of a radar level measuring device according to the invention of a second embodiment
  • Figure 6 shows a schematic section of an inventive
  • Figure 7 shows a schematic section of an inventive
  • Figure 1 shows a schematic view of a system 100 according to the invention for detecting fill levels.
  • the system 100 comprises a radar driver's station measuring device 101, described in more detail below.
  • the radar level measuring device 101 has a dielectric lens 102 in the lower area for transmitting and receiving radar beams.
  • An opening angle 103 of the emitted radar radiation is set depending on the measuring frequency.
  • the system also comprises a container 105 for storing a material 104, for example a liquid.
  • the container also comprises an agitator 106. It can be seen from the drawing that the radiation cone resulting from the opening angle 103 does not overlap with the agitator. This has a beneficial effect on the measurement accuracy, since no interfering reflections occur.
  • the system 100 can also comprise a heating coil (not shown).
  • FIG. 2 shows a schematic section of a radar level measuring device 200 according to the invention.
  • the radar level measuring device comprises at least one carrier plate (ie circuit board) 207.
  • a semiconductor material 201 is attached to the carrier plate 207 via an adhesive layer 204.
  • a high-frequency circuit (not shown) and a radiator element (not shown) are located on the semiconductor material.
  • Above the A resonator element 202 is located above the radiator element 202.
  • a coupling element 203 made of Peek is arranged above the resonator element 202.
  • the coupling element 203, the resonator element 202 and the radiator element form the primary radiator 206 in the present case.
  • the semiconductor material 201 is electrically connected to the carrier plate 207 via bonding wires 208.
  • a dielectric waveguide 205 is arranged above the primary radiator 206.
  • the primary radiator 206 sends the radar radiation generated by the frequency switching to the dielectric waveguide 205 or receives the radar radiation guided by the dielectric waveguide 205 and reflected by the surface of the material.
  • FIG. 3 shows a schematic section of a radar level measuring device 300 according to the invention in plan view.
  • the semiconductor material 304 is arranged on the carrier plate 303 and is electrically connected to the carrier plate 303 via the bonding wires 305.
  • the high-frequency circuit 302 and the radiator element 301 are arranged on the semiconductor material 304.
  • the resonator element 306 is arranged above the radiator element 301.
  • the radar radiation generated in the high-frequency circuit 302 is passed on to the radiator element 301 in order to be amplified from there by the resonator element 306.
  • the radar radiation reflected from the surface of the material and the radiation received by the radar level measuring device travel the same path, only in opposite directions.
  • FIG. 4 shows a schematic section of an embodiment of a radar level measuring device 400 according to the invention.
  • the radar level measuring device 400 comprises a primary radiator 405 for transmitting and receiving radar beams.
  • the primary radiator 405 is arranged on a semiconductor element 406 (as described above).
  • the radar level measuring device 400 further comprises a waveguide unit 407 for guiding the radar beams between the primary radiator 405 and the dielectric lens 404.
  • the waveguide unit 407 comprises a dielectric waveguide 408 and a metallic waveguide 401.
  • the dielectric waveguide 408 transmits the radar beams from the primary radiator 405 to the metallic waveguide 401 and vice versa.
  • the metallic waveguide 401 has an adaptation element 402, wherein the adaptation element 402 has an inner cone that corresponds to the outer cone of the dielectric waveguide 408. In the present case, the adaptation element 402 and the dielectric waveguide 408 lie on top of one another.
  • the adaptation element 402 is part of the metallic waveguide 401.
  • the metallic waveguide 401 also has a beam element 403, which is designed as an inner cone.
  • the beam element 403 is designed to emit and receive the radar beams 410.
  • the radar level measuring device 400 has further comprises a dielectric lens 404 for transmitting and receiving the radar beams.
  • the dielectric lens 404 and the waveguide unit 407, in particular the beam element 403 of the metallic waveguide 401, are arranged at a distance from one another.
  • the distance 409 results from the geometry of the dielectric lens 404.
  • the distance preferably comprises the focal length of the dielectric lens 404.
  • the beam element 403 is located approximately in the focus of the dielectric lens 404.
  • the space between the dielectric lens 404 and the beam element 403 is filled with air in the present case.
  • FIG. 5 shows a schematic section of a radar level measuring device 500 according to the invention in a second embodiment.
  • the waveguide unit 506 in the present case has only one dielectric waveguide 501.
  • the dielectric waveguide 501 is arranged between the primary radiator 505 and the dielectric lens 504.
  • the dielectric waveguide 501 in the present case has a beam element 503 and an adaptation element 502.
  • the beam element 503 of the dielectric waveguide 501 is arranged at a distance from the dielectric lens 504.
  • the spacing in turn results from the geometry of the dielectric lens 504. The spacing advantageously brings about thermal and galvanic decoupling.
  • FIG 6 shows a schematic section of a radar level measuring device 600 according to the invention of a first embodiment according to the invention.
  • a metallic housing 601 of the radar level measuring device 600 is also shown here.
  • the radar level measuring device 600 also has an interface 603 for power supply and data exchange, for example implemented with an M12 connection.
  • the radar level measuring device 600 here has a plurality of carrier plates 604, 605 and 606, which are used for the power supply, the control and the high-frequency circuit for generating and processing radar beams. These are electrically connected to one another via connectors 607.
  • the radar level measuring device 600 has a metallic process connection 602 in the lower region of the housing 601.
  • the dielectric lens 608 as well as the metallic waveguide 609 and at least partially the dielectric waveguide 610 are arranged in the metallic process connection 602.
  • the connection or arrangement can be made, for example, by means of a material-locking or mechanical joining process.
  • the metallic waveguide 609 is screwed into the metallic process connection 602 via a thread.
  • the dielectric lens 608 is in the metallic process connection 602 sealed.
  • FIG 7 shows a schematic section of a radar level measuring device 700 according to the invention in a second embodiment.
  • the radar level measuring device 700 again has a housing 701 and a process connection 702.
  • the radar level measuring device 700 only has a dielectric waveguide 703, which is arranged in the process connection 702 via a holder 704.
  • the dielectric lens 705 is again arranged in a sealing manner in the process connection 702.

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Abstract

Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.

Description

Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern
Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2023 206 192.9, eingereicht am 30. Juni 2023, die in vollem Umfang durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern sowie ein System zur Erfassung von Füllständen.
Hintergrund
Radarfüllstandsmessgeräte sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und finden beispielsweise Anwendung in der Prozess- und Chemieindustrie zur Überwachung von Füllständen in Behältern.
In diesem Zusammenhang hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen bereitzustellen, insbesondere besteht ein Bedarf ein effizientes, kostengünstiges und robustes Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Zusammenfassung der Erfindung Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern bereitgestellt, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.
Der Begriff Primärstrahler ist vorliegend breit zu verstehen und meint ein strukturelles Element, das eingerichtet elektromagnetische Wellen, vorzugsweise Radarstrahlen, die von einer Schaltung, vorzugsweise einer Hochfrequenzschaltung im GHz Bereich, erzeugt werden, abzustrahlen und/oder reflektierte Radarstrahlen zu empfangen. Der Primärstrahler kann dabei einteilige oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Primärstrahler kann zumindest teilweise auf der Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung der Radarstrahlen und zur Verarbeitung reflektierter Radarstrahlen angeordnet sein.
Der Begriff dielektrische Linse ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise eine beidseitig gewölbte Linse aus einem dielektrischen Material, die mittelbar oder unmittelbar vom Primärstrahler emittierte Radarstrahlen empfängt und diese gerichtet weitersendet oder reflektierte Radarstrahlen empfängt und diese unmittelbar oder mittelbar an den Primärstrahler gerichtet sendet. Die dielektrische Linse kann dabei die Form bzw. Richtung der Strahlung beeinflussen. Die dielektrische Linse weist vorzugsweise eine kugelförmige Form auf. In Abhängigkeit eines Radius oder einer Wölbung ergibt sich ein Abstand in dem die von der dielektrischen Linse ausgesendete bzw. emittierte Strahlung gebündelt wird. Die dielektrische Linse umfasst vorzugsweise ein verlustfreies dielektrisches Material.
Der Begriff wellenleitereinheit ist vorliegend breit zu verstehen und meint eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, elektromagnetische Wellen, vorzugsweise Radarstrahlen, zu führen. Die Wellenleitereinheit kann dabei einteilig oder mehrteilig sein. Die Wellenleitereinheit kann dabei als Hohlleiter (z.B. metallischer Hohlleiter) ausgeführt sein. Die Wellenleitereinheit kann dabei als dielektrischer Wellenleiter ausgeführt sein.
Der Begriff beabstandet ist vorliegend breit zu verstehen und meint, dass die Wellenleitereinheit und die dielektrische Linse so zueinander angeordnet sind, dass ein räumlicher Abstand bzw. ein freier Raumen zwischen einem Ende der Wellenleitereinheit, das der dielektrischen Linse zugewandt ist, und der dielektrischen Linse vorliegt. Die Länge dieses Abstandes hängt vorzugsweise von der Geometrie der dielektrischen Linse ab. Der freie Raum ist vorzugsweise mit Luft gefüllt.
Der Begriff Radarfüllstandsmessgerät ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise eine Messeinrichtung zur Erfassung von Füllständen in Behältern, wobei die Messeinrichtung nach dem Prinzip der Laufzeitmessung der Radarstrahlen die Füllstandshöhe ermittelt. Hierbei wird unter Berücksichtigung der Position des Füllstandsmessgeräts und der gemessenen Laufzeit zwischen gesendeten Radarstrahlen und empfangenen Radarstrahlen, d. h. von der Oberfläche z.B. eines Schüttgutes in einem Behälter reflektierten Radarstrahlen, ein zu messender Füllstand im Behälter ermittelt. Zur Bestimmung der Laufzeiten können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, bspw. Pulsradar oder Frequenzmodulations-Dauerstrickradar.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Sensorelektronik des Radar füllstandsmessgeräts eine Temperatur von ca. 85 °C nicht übersteigen darf, wohingegen die Prozesstemperatur in den Behältern, in denen der Füllstand gemessen wird, bis zu 450 °C betragen kann. Dies führt zur Notwendigkeit einer thermischen Entkopplung von Sensorelektronik und Radarantenne. Weiterhin werden aktuell immer mehr verstärkt Radarfüllststandsmessgeräte verwendet, die im Bereich über 100 GHz arbeiten. Die thermische Entkopplung im Bereich von Radarfüllstandsmessgeräten, die im Bereich unter 100 GHz arbeiten, erfolgen zumeist durch sogenannte Hohlleiter. Die Hohlleiter sind dabei zumeist aus Metall und weisen einen Bohrungsdurchmesser von 2,5 mm bis 3,0 mm für Radarfüllstandsmessgeräte im Arbeitsbereich von 80 GHz auf. Die Hohlleiter dienen der Übertragung der Radarstrahlen vom Primärstrahler zur Antenne. Durch die Länge des Hohlleiters wird die thermische Entkopplung bereitgestellt. Mit zunehmender Frequenz verringert sich jedoch der zulässige Bohrungsdurchmesser der Hohlleiter. So bedarf es bei einer Arbeitsfrequenz von 250 GHz einem Bohrungsdurchmesser von 0,87 mm. Dieser ist aufwendig zu realisieren und führt somit zu erhöhten Kosten. Beispielsweise kann der Hohlleiter nur noch über spezielle Erodierverfahren hergestellt werden, die jedoch unwirtschaftlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Problem der thermischen Entkopplung durch die Verwendung einer dielektrischen Linse als Antenne, sowie die Beabstandung der dielektrischen Linse von der Wellenleitereinheit, realisiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, weiterhin metallische Hohlleiter als Wellenleitereinheit zu verwenden, da diese nicht bis zur Antenne, die hier als dielektrische Linse ausgebildet ist, reichen müssen. Somit kann die Länge des metallischen Hohlleiters auch bei hoher Frequenz geringer sein. Weiterhin befindet sich zwischen dem Ende der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse Luft, die zusätzlich als Isolator fungiert. Somit wird eine thermische Entkopplung durch die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt. Dies kann sich vorteilhaft auf die Genauigkeit der Messung und die Robustheit des Radarfüllstandsmessgerätes auswirken. Weiterhin kann durch die Verwendung eines dielektrischen Wellenleiters, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, als Bestandteil der Wellenleitereinheit zusätzlich vorteilhafter Weise eine galvanische Entkopplung bzw. Potentialtrennung zwischen der Sensorelektronik und dem Behälter bzw. Behälterpotential ermöglicht werden.
Moderne Radarfüllstandmessgeräte für die Prozessindustrie und die Automatisierungstechnik erschließen mittlerweile nach und nach den Frequenzbereich oberhalb 100 GHz. Aufgrund der Entstehung neuer frequenzrechtlicher Regulierungen, immer besserer Halbleiterprozesse und genauerer Fertigungsverfahren können radarbasierte Füllstandmessgeräte bis 250 GHz entwickelt, produziert und vermarktet werden. Vorteile haben höhere Frequenzbereiche dahingehend, dass bei gleicher Antennengröße ein schmalerer Öffnungswinkel realisierbar ist. Häufig erzeugen die in Behältern eingebauten Rührwerke oder Heizwendeln Störreflektionen im Radarsignal, die jedoch mit kleinerem Öffnungswinkel der Antenne geringer werden oder sogar verschwinden.
Ebenfalls ist aus regulatorischer Sicht in höheren Frequenzbereichen eine größere Signalbandbreite zulässig, wodurch eine bessere Trennschärfe zweier benachbarter Radarziele erreichbar ist.
Ein grundlegender Unterschied zwischen Sensoren unterhalb 100 GHz und oberhalb 100 GHz besteht darin, dass das erzeugte Radarsignal oberhalb 100 GHz direkt von den signalerzeugenden Halbleitern in den Wellenleiter eingespeist wird. Hierfür befindet sich auf dem Halbleitermaterial auf dem sich die Hochfrequenzschaltung befindet gleichzeitig auch ein Strahlerelement, das in Kombination mit einer Anordnung aus Koppelelement und Resonatorelement einen Primärstrahler bilden kann. Mit einem solchen Primärstrahler kann entweder in einen dielektrischen Wellenleiter eingekoppelt oder eine dielektrische Linse direkt ausgeleuchtet werden. Das Halbleitermaterial kann auf eine Leiterplatte mittels einer Klebeschicht aufgeklebt werden.
Der Vorteil so einer Anordnung, insbesondere bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz liegt darin, dass das Radarsignal so eine möglichst geringe Signaldämpfung erfährt. Bei Radargeräten unterhalb 100 GHz, wird das Radarsignal typischerweise erst über eine Leiterplatte, die mindestens eine Lage aus Hochfrequenzleiterplattenmaterial aufweist, geführt, bevor das Signal in einen Hohlleiter oder einen Koaxialleiter eingespeist wird. Die Hohlleiter, die bei 80 GHz-Sensoren vorwiegend verwendet werden, haben die Aufgabe das Radarsignal vom Radarmodul an die Antenne zu übertragen. Die Hohlleiter, die in diesem Fall vorwiegend als Rundhohlleiter ausgeführt sind, haben in diesem Frequenzbereich einen Durchmesser zwischen 2,5 und 3,0 mm und können vergleichsweise günstig über Tieflochbohrverfahren in einer ausreichenden Länge hergestellt werden. Die Länge des Hohlleiters ist hinsichtlich der Temperaturentkopplung zwischen dem zu überwachenden Prozess und der Sensorelektronik elementar wichtig. Die Sensorelektronik darf eine Temperatur von 85°C nicht übersteigen wohingegen die Prozesstemperatur bis zu 450°C betragen kann. Über entsprechend lange Hohlleiter wird die Temperaturentkopplung durchgeführt.
Bei größer werdenden Frequenzen werden die Hohlleiterdurchmesser zunehmend kleiner, da die Cutoff-Frequenz der Grundmode vom Hohlleiterdurchmesser abhängt. Bei einem 250 GHz Radarsignal beträgt der Hohlleiterdurchmesser nur noch 0,87mm. Bei einem solch kleinen Durchmesser wird es erheblich aufwändiger einen gleich langen Hohlleiter zu fertigen als beim Hohlleiterdurchmesser bei 80 GHz.
Die vorliegende Erfindung kann den Vorteil aufweisen, dass auch bei höheren Frequenzen metallische Hohlleiter als thermische Entkopplungselemente verwendet werden können.
In einer Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter. Der dielektrische Wellenleiter kann dabei aus Kunststoff sein. Beispiele hierfür sind HDPE, PVDF, FEP und PFA. Der dielektrische Wellenleiter kann dabei beliebige Geometrien als Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist der dielektrische Wellenleiter einen runden Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Kunststoff weist vorzugsweise eine niedrigere relative Permittivität und einen niedrigen Verlustfaktor auf. Dies wirkt sich insgesamt positiv auf die Signaldämpfung (i.e. geringe Signaldämpfung) aus. Beispielsweise können mittels Mikrospritzguss oder Extrusion lange dielektrische Wellenleiter einfach und kostengünstig gefertigt werden und weisen im Vergleich zu einem metallischen Hohlleiter zudem eine geringere Signaldämpfung auf. Die Kombination von Luftvolumen zwischen dielektrischer Linse und Wellenleiter sowie die Herstellung des Wellenleiters aus einem Kunststoff bringen weitere Vorteile hinsichtlich der thermischen Entkopplung mit sich.
In einer Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen metallischen Hohlleiter. Der metallische Hohlleiter kann dabei aus Metall und/oder mit Metall beschichteten Kunststoff bestehen. Durch die beabstandete Anordnung von metallischen Hohlleiter und dielektrischer Linse, kann eine reduzierte Länge des metallischen Hohlleiters vorteilhafter Weise realisiert werden, wobei durch die Beabstandung immer noch eine thermische Entkopplung gewährleistet wird. Der metallische Hohlleiter eignet sich für Arbeitsfrequenzen unter 100 GHz, kann aber auch für Arbeitsfrequenzen über 100 GHz bei vorliegender Anordnung vorteilhafterweise verwendet werden. Dabei wird der metallische Hohlleiter idealerweise so platziert, dass sich ein Ende des metallischen Hohlleiters im Brennpunkt/Fokus der dielektrischen Linse befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter und einen metallischen Hohlleiter. Der dielektrische Wellenleiter ist vorzugsweise zwischen dem Primärstrahler und dem metallischen Hohlleiter angeordnet. Der metallische Hohlleiter ist vorzugsweise zwischen dem dielektrischen Wellenleiter und der dielektrischen Linse angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der metallische Hohlleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen auf. Der Begriff Anpasselement ist vorliegend breit zu verstehen und meint vorzugsweise ein Strukturelement, das eine Geometrie aufweist, die mit einer Geometrie eines anderen Strukturelements (z.B. Primärstrahler oder dielektrischer Wellenleiter) derart korrespondiert, dass die Radarstrahlen übertragen werden können. Das Anpasselement ist vorzugsweise Teil des Wellenleiters, vorzugsweise des metallischen Hohlleiters oder des dielektrischen Wellenleiters. Beispielsweise weist das Anpasselement einen Innenkonus auf und die korrespondierende Geometrie des dielektrischen Wellenleiters der gemeinsamen Schnittstelle einen Außenkonus. Der Begriff Strahlelement ist vorliegend breit zu verstehen und meint ein Strukturelement, das eine Geometrie aufweist, die eingerichtet ist Radarwellen zu senden und zu empfangen, z.B. ein Innenkonus. Das Strahlelement ist vorzugweise Teil des Wellenleiters, vorzugsweise des metallischen Hohlleiters oder des dielektrischen Wellenleiters. In anderen Worten, das Strahlelement ist eingerichtet die dielektrische Linse auszuleuchten. Das Strahlelement befindet sich vorzugweise im Fokus der dielektrischen Linse. Insgesamt, wirken sich das Anpasselement und das Strahlelement vorteilhaft auf die Signalübertragung aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der dielektrische Wellenleiter ein Anpasselement zur Ankopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen auf. Das Anpasselement ist dabei vorzugsweise Teil des dielektrischen Wellenleiters und unterscheidet sich vom Rest des dielektrischen Wellenleiters durch die Geometrie. Die Geometrie des Anpasselement korrespondiert beispielweise mit der Geometrie des Primärstrahlers, sodass diese einen flächigen Kontakt realisieren können. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine gute Einkopplung der Radarstrahlen. Das Strahlelement ist vorzugweise Teil des dielektrischen Wellenleiters und unterscheidet sich vom Rest des dielektrischen Wellenleiters durch die Geometrie des Strahlelements. Das Strahlelement weist vorzugsweise eine Geometrie auf, die sich zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen eignet, beispielsweise eine kugelförmige Form oder eine Konusform. Insgesamt, wirken sich Anpasselement und Strahlelement vorteilhaft auf die Signalübertragung aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich Luft zur thermischen Isolierung zwischen der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die thermische Entkopplung der Messelektronik vom Prozess aus. Luft ist ein besserer Isolator als Metall. Dies kann zur Folge haben, dass der metallische Hohlleiter auch bei höheren Frequenzen kürzer und daher auch einfacher und günstiger gefertigt werden kann und trotzdem eine ausreichende thermische Entkopplung stattfinden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Primärstrahler ein Strahlerelement, ein Koppelelement und ein Resonatorelement. Das Strahlerelement ist dabei vorzugsweise direkt mit der Hochfrequenzelektronik verbunden, die die Radarstrahlung erzeugt. Das Resonatorelement ist dabei vorzugsweise zwischen Strahlerelement und Koppelelement angeordnet. Das Koppelelement besteht beispielsweise aus PEEK. Dies kann sich positiv auf die Qualität der Messung auswirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der dielektrische Wellenleiter ein Kunststoff. Der Kunststoff kann beispielweise einer der folgenden sein: HDPE, PVDF, FEP oder PFA. Dies kann vorteilhafter Weise eine galvanische Entkopplung zwischen der Messelektronik und dem Behälter realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Radarfüllstandsmessgerät bereitgestellt, bei dem sich ein Abstand zwischen der dielektrischen Linse und der Wellenleitereinheit aus einer Geometrie der dielektrischen Linse ableitet. Die dielektrische Linse weist beispielsweise eine Kugelform auf. Aus dieser Kugelform resultiert eine Bündelung von Radarstrahlung, die von der Linse emittiert wird, in einem bestimmten Punkt außerhalb bzw. beabstandet von der Linse. Die Anordnung der Wellenleitereinheit, Hohlleiter oder dielektrischer Leiter, in diesem Punkt, bewirkt eine vorteilhafte Erhöhung der Signalqualität bzw. Übertragungsgüte.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Radarfüllstandsmessgerät bereitgestellt, das eingerichtet ist, bei einer Frequenz oberhalb von 100 GHz zu messen. Mit zunehmender Messfrequenz reduziert sich vorteilhafter Weise der Strahlungskegel der emittierten Strahlung des Radarfüllstandsmessgerät. Dies kann sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirken, da Störkonturen wie zum Beispiel Rührwerke oder Heizwendeln in einem Behälter nicht zur Reflektion der Radarstrahlung beitragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wellenleitereinheit ein Strahlelement, wobei das Strahlelement im Fokus der dielektrischen Linse angeordnet ist. Der Begriff Fokus meint hier den Punkt, an welchem die Radarstrahlen, die von der dielektrischen Linse emittiert werden, gebündelt werden. Dies kann sich positiv auf die Qualität der Messung auswirken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zur Erfassung von Füllständen, umfassend zumindest ein oben beschriebenes Radarfüllstandsmessgerät sowie einen Behälter zur Speicherung eines Materials. Das Material kann dabei flüssig oder fest sein oder eine Kombination davon.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter ein Rührwerk zum Rühren des Materials auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter ein Heizwendel zum Heizen des Materials auf.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben, darin zeigt
Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zum Erfassen von Füllständen;
Figur 2 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät; Figur 3 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät;
Figur 4 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät einer ersten Ausführungsform;
Figur 5 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät einer zweiten Ausführungsform;
Figur 6 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Radarfüllstandsmessgerät einer ersten Ausführungsform;
Figur 7 einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Radarfüllstandsmessgerät einer zweiten Ausführungsform;
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems 100 zum Erfassen von Füllständen.
Das System 100 umfasst ein unten näher beschriebenes Radarführerstandmessgerät 101. das Radarfüllstandsmessgerät 101 weist im unteren Bereich eine dielektrische Linse 102 zum Aussenden und Empfangen von Radarstrahlen auf. In Abhängigkeit der Messfrequenz stellt sich ein Öffnungswinkel 103 der ausgesandten Radarstrahlung ein. Das System umfasst weiterhin einen Behälter 105 zur Speicherung eines Materials 104, beispielsweise eine Flüssigkeit. Der Behälter umfasst weiterhin ein Rührwerk 106. Aus der Zeichnung geht hervor, dass der Strahlungskegel, der sich durch den Öffnungswinkel 103 ergibt, nicht mit dem Rührwerk überlappt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Messgenauigkeit aus, da so keine Störreflexionen auftreten. Weiterhin kann das System 100 auch eine Heizwendel (nicht dargestellt) umfassen.
Figur 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgeräts 200. Das Radarfüllstandsmessgerät umfasst zumindest eine Trägerplatte (i.e. Leiterplatte) 207. Auf der Trägerplatte 207 ist über eine Klebeschicht 204 ein Halbleitermaterial 201 angebracht. Auf dem Halbleitermaterial befindet sich eine Hochfrequenzschaltung (nicht gezeigt) und ein Strahlerelement (nicht gezeigt). Oberhalb des Strahlerelements befindet sich ein Resonatorelement 202. Oberhalb des Resonatorelements 202 ist ein Koppelelement 203 aus Peek angeordnet. Das Koppelelement 203, das Resonatorelement 202 und das Strahlerelement bilden vorliegend den Primärstrahler 206. Das Halbleitermaterial 201 ist vorliegend über Bonddrähte 208 mit der Trägerplatte 207 elektrisch verbunden. Oberhalb des Primärstrahlers 206 ist ein dielektrische Wellenleiter 205 angeordnet. Der Primärstrahler 206 sendet die durch die Frequenzschaltung erzeugte Radarstrahlung an den dielektrischen Wellenleiter 205 bzw. empfängt die vom dielektrischen Wellenleiter 205 geführte und von der Oberfläche des Materials reflektierte Radarstrahlung.
Figur 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerätes 300 in der Draufsicht. Das Halbleitermaterial 304 ist auf der Trägerplatte 303 angeordnet und über die Bonddrähte 305 elektrisch mit der Trägerplatte 303 verbunden. Auf dem Halbleitermaterial 304 ist die Hochfrequenzschaltung 302 sowie das Strahlerelement 301 angeordnet. Oberhalb des Strahlerelements 301 ist das Resonatorelement 306 angeordnet. Die in der Hochfrequenzschaltungen 302 erzeugte Radarstrahlung wird an das Strahlerelement 301 weitergeleitet, um von dort aus durch das Resonatorelement 306 verstärkt zu werden. Die von der Oberfläche des Materials reflektierte Radarstrahlung und vom Radarfüllstandsmessgerät empfangene Strahlung durchläuft den gleichen Weg nur in entgegengesetzter Richtung.
Figur 4 zeigt schematischen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Radarfüllstandsmessgerätes 400. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 umfasst vorliegend einen Primärstrahler 405 zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen. Der Primärstrahler 405 ist auf einem Halbleiterelement 406 (wie oben beschrieben) angeordnet. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 umfasst weiter eine Wellenleitereinheit 407 zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler 405 und der dielektrischen Linse 404. Die Wellenleitereinheit 407 umfasst vorliegend einen dielektrischen Wellenleiter 408 und einen metallischen Hohlleiter 401 . Der dielektrische Wellenleiter 408 überträgt die Radarstrahlen vom Primärstrahler 405 zum metallischen Hohlleiter 401 und umgekehrt. Der metallische Hohlleiter 401 weist vorliegend ein Anpasselement 402 auf, wobei das Anpasselement 402 einen Innenkonus aufweist, der mit dem Außenkonus des dielektrischen Wellenleiters 408 korrespondiert. Vorliegend liegen das Anpasselement 402 und der dielektrische Wellenleiter 408 aufeinander auf. Das Anpasselement 402 ist Teil des metallischen Hohlleiters 401. Der metallische Hohlleiter 401 weist weiterhin ein Strahlelement 403 auf, das vorliegend als Innenkonus ausgebildet ist. Das Strahlelement 403 ist vorliegend zum Aussenden und zum Empfangen der Radarstrahlen 410 eingerichtet. Das Radarfüllstandsmessgerät 400 weist weiterhin eine dielektrische Linse 404 zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen auf. Die dielelektrische Linse 404 und die Wellenleitereinheit 407, insbesondere das Strahlelement 403 des metallischen Hohlleiters 401 , sind beabstandet zueinander angeordnet. Der Abstand 409 ergibt sich aus der Geometrie der dielektrischen Linse 404. Der Abstand umfasst vorzugsweise die Fokuslänge der dielektrischen Linse 404. Mit anderen Worten, befindet sich das Strahlelement 403 ungefähr im Fokus der dielektrischen Linse 404. Der Raum zwischen dielektrischer Linse 404 und Strahlelement 403 ist vorliegend mit Luft gefüllt.
Figur 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät 500 einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zur Ausführungsform, die in Figur 4 dargestellt, weist die Wellenleitereinheit 506 vorliegend lediglich einen dielektrischen Wellenleiter 501 auf. Der dielektrische Wellenleiter 501 ist zwischen dem Primärstrahler 505 und der dielektrischen Linse 504 angeordnet. Der dielektrische Wellenleiter 501 weist vorliegend ein Strahlelement 503 auf sowie ein Anpasselement 502. Das Strahlelement 503 des dielektrischen Wellenleiters 501 ist vorliegend beabstandet zur dielektrischen Linse 504 angeordnet. Die Beabstandung ergibt sich wiederum aus der Geometrie der dielektrischen Linse 504. Durch die Beabstandung wird vorteilhafterweise eine thermische und galvanische Entkopplung bewirkt.
Figur 6 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerätes 600 einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Im Unterschied zu Figur 4 ist vorliegend weiter ein metallisches Gehäuse 601 des Radarfüllstandsmessgerät 600 dargestellt. Weiterhin weist das Radarfüllstandsmessgerät 600 eine Schnittstelle 603 für Energieversorgung und Datenaustausch auf, beispielsweise realisiert mit einem M12 Anschluss. Das Radarfüllstandsmessgerät 600 weist vorliegend eine Vielzahl an Trägerplatten 604, 605 und 606 auf, die für die Energieversorgung, die Steuerung und die Hochfrequenzschaltung zur Erzeugung und Verarbeitung von Radarstrahlen genutzt werden. Diese sind über Steckverbinder 607 miteinander elektrisch verbunden. Das Radarfüllstandsmessgerät 600 weist im unteren Bereich des Gehäuses 601 einen metallischen Prozessanschluss 602 auf. Im metallischen Prozessanschluss 602 ist sowohl die dielektrische Linse 608 als auch der metallische Hohlleiter 609 und zumindest teilweise der dielektrische Wellenleiter 610 angeordnet. Die Verbindung bzw. Anordnung kann beispielsweise über ein stoffschlüssiges oder mechanisches Fügeverfahren erfolgen. Beispielsweise ist der metallische Hohlleiter 609 über ein Gewinde in den metallischen Prozessanschluss 602 geschraubt. Beispielsweise ist die dielektrische Linse 608 in den metallischen Prozessanschluss 602 dichtend geklebt.
Figur 7 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radarfüllstandsmessgerät 700 einer zweiten Ausführungsform. Das Radarfüllstandsmessgerät 700 weist wiederum ein Gehäuse 701 und ein Prozessanschluss 702 auf. Im Gegensatz zum Radarfüllstandsmessgerät 600, dass in Figur 6 gezeigt ist, weist das Radarfüllstandsmessgerät 700 lediglich eine dielektrischen Wellenleiter 703, der über eine Halterung 704 im Prozessanschluss 702 angeordnet ist. Die dielektrische Linse 705 ist wiederum im Prozessanschluss 702 dichtend angeordnet.
Referenzliste
100 System
101 , 200, 300, 400, 500, 600, 700 Radarfüllstandsmessgerät
102, 404, 504, 608, 705 dielektrische Linse
103 Öffnungswinkel
104 Material
105 Behälter
106 Rührwerk
201 , 304, 406 Halbleitermaterial
202, 306 Resonatorelement
203 Koppelelement
204 Klebeschicht
205, 408, 501 , 610, 703 dielektrische Wellenleiter
206, 405, 505 Primärstrahler
207, 303, 604, 605, 606 Trägerplatte
208, 305 Bonddrähte
301 Strahlerelement
302 Hochfrequenzschaltung
401 , 609 Hohlleiter
402, 502 Anpasselement
403, 503 Strahlelement
407, 506 Wellenleitereinheit
409 Abstand
410 Radarstrahlen
601 , 701 Gehäuse
602, 702 Prozessanschluss
603 Schnittstelle
607 Steckverbinder
704 Halterung

Claims

Ansprüche:
1. Radarfüllstandsmessgerät zur Erfassung von Füllständen in Behältern, umfassend: ein Primärstrahler zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen; eine dielektrische Linse zum Senden und Empfangen der Radarstrahlen; eine Wellenleitereinheit zum Führen der Radarstrahlen zwischen dem Primärstrahler und der dielektrischen Linse; wobei die dielektrische Linse und die Wellenleitereinheit beabstandet zueinander angeordnet sind.
2. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 1 , wobei die Wellenleitereinheit einen dielektrischen Wellenleiter umfasst.
3. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wellenleitereinheit einen metallischen Hohlleiter umfasst.
4. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3, wobei der metallische Hohlleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen aufweist.
5. Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 2, wobei der dielektrische Wellenleiter ein Anpasselement zur Einkopplung der Radarstrahlen und ein Strahlelement zur Aussendung der Radarstrahlen aufweist.
6. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich Luft zur thermischen Isolierung zwischen der Wellenleitereinheit und der dielektrischen Linse befindet.
7. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Primärstrahler ein Strahlelement, ein Koppelelement und ein Resonatorelement umfasst.
8. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dielektrische Wellenleiter einen Kunststoff umfasst.
9. Radarfüllstandmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich ein Abstand zwischen der dielektrischen Linse und der Wellenleitereinheit aus einer Geometrie der dielektrischen Linse ableitet.
10. Radarfüllstandsmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Radarfüllstandsmessgerät eingerichtet ist bei einer Frequenz oberhalb von 100GHz zu messen.
11 . Radarfüllstandmessgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wellenleitereinheit ein Strahlelement umfasst und wobei das Strahlelement im Fokus der dielektrischen Linse angeordnet ist.
12. System zur Erfassung von Füllständen, umfassend zumindest eine Radarfüllstandsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie einen Behälter zur Speicherung eines Materials.
13. System nach Anspruch 12, wobei der Behälter ein Rührwerk umfasst.
14. System nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Behälter eine Heizwendel umfasst.
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