Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messanord nung gemäß Patentanspruch 9.

Bisher werden Sensoren dauerhaft oder in einem fest vorgegebenen oder einem einstellbarem Zeitraster betrieben. Manche Messungen werden nur wenige Male pro Tag, Woche oder Jahr oder sogar nie ausgeführt. Dies kann bspw. bei einer Messanordnung mit einer zusätzlichen Überfüllsicherung, bspw. einer Grenzstan derfassung, die als Redundanz zu einer kontinuierlichen Füllstandmessung einge setzt wird, der Fall sein.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Messanordnungen bekannt, die bspw. zyklisch oder nach einem fest vorgegebenen Zeitraster betrieben werden, d. h. dass die Messanordnung in festen Zeitabständen oder nach einem vorgege benen Zeitplan zur Durchführung einer Messung aktiviert und nach Abschluss der Messung wieder in einen Standby-Betrieb versetzt wird. Durch dieses Vorgehen kann gegenüber einem durchgehenden Betrieb der Messanordnung bereits ein Großteil der von der Messanordnung verbrauchten Energie eingespart werden.

Dennoch verbrauchen die dafür eingesetzten Sensoren sowie deren Messelektronik deutlich mehr Energie als eigentlich notwendig wäre. Aus diesem Grund ist bspw. bei batteriebetriebenen Messgeräten ein regelmäßiger Austausch von verbrauch ten Batterien oder Akkumulatoren notwendig, was zusätzlich zu den Kosten für die auszutauschenden Energiespeicher, auch zusätzlichen Wartungsaufwand verur sacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aus dem Stand der Technik bekannte Messan ordnung so weiterzubilden, dass der notwendige Wartungsaufwand und die dadurch verursachten Kosten weiter reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Patentansprüche.

Eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einem Messgerät zur Erfassung einer Messgröße und einer Aktivierungseinrichtung wobei das Messgerät von der Akti vierungseinrichtung durch ein Aktivierungssignal aktivierbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Aktivierungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie das Aktivierungssignal bei einer vorgegebenen Zustandsänderung des Mediums er zeugt und an das Messgerät überträgt.

Ein Messgerät zur Erfassung einer Messgröße kann bspw. ein Feldgerät der Pro zessautomatisierung sein. Solche Feldgeräte können bspw. als Füllstandmessge räte, Grenzstandmessgeräte, Druckmessgeräte oder dergleichen ausgebildet sein.

Unter einer Zustandsänderung des Mediums soll in der vorliegenden Anmeldung jede erfassbare Änderung eines Zustands des in einem Prozessraum zu überwa chenden Mediums verstanden werden. Solche Zustandsänderungen können bspw. Temperaturänderungen, Änderungen des Füllstandes über/unter einen vorgege benen Füllstand und Änderungen des Drucks sein. Die Zustandsänderung steht bevorzugt in Zusammenhang mit der von dem Messgerät zu überwachenden Mess größe, d. h. wenn das Messgerät einen Grenzstand überwacht, kann die Zustand sänderung das Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Füllstandes sein, wenn das Messgerät eine Grenztemperatur überwacht, kann die Zustandsänderung ein Über- oder Unterschreiten einer Temperatur sein. Die von der Aktivierungseinrich tung überwachte Zustandsänderung liegt dabei vorzugsweise in einem Sicherheits abstand zu der von dem Messgerät zu überwachenden Messgröße.

Dadurch, dass von der Aktivierungseinrichtung die Zustandsänderung erfasst und basierend darauf das Aktivierungssignal erzeugt und an das Messgerät übermittelt wird, kann das Messgerät grundsätzlich in einem Zustand mit reduziertem Ener gieverbrauch betrieben werden, bspw. einem Standby-Zustand, in dem wesentli che Energieverbraucher des Messgeräts, bspw. ein Sensor zur Erfassung der Mess größe, eine Messelektronik zur Verarbeitung des Sensorsignals und bspw. Schnitt stellen zu übergeordneten Einheiten, außer Betrieb sein können. Es muss lediglich eine Aufweckschaltung betrieben werden, die bei Empfang des Aktivierungssignals das Messgerät in einen Messzustand überführt. Auf diese Weise kann im Vergleich zu einem dauerhaften oder zyklischen Betrieb des Messgeräts ein erheblicher Anteil an Energie eingespart werden und so insbe sondere eine Betriebsdauer von batteriebetriebenen Messgeräten erheblich ver längert werden. Notwendige Wartungsintervalle zum Austausch der Batterien wer den dadurch verlängert, was personal- und kostenintensive Wartungsarbeiten ein spart.

Das Messgerät kann eine Überwachungseinrichtung zum Empfang des Aktivie rungssignals aufweisen. Eine solche Überwachungseinrichtung kann bei einer ka belgebundenen Verbindung zwischen der Aktivierungseinrichtung und dem Mess gerät bspw. als Komparator, als Externer Interrupt am Controller, der eine Ände rung eines Pegels detektiert oder eine spezielle Flanke überwacht, bspw. eine stei gende Flanke, oder eine sinkende Flanke, ausgebildet sein. Alternativ kann an ei nem Eingang eines Analog-Digital-Konverters des Controllers oder an einer Uni versal Asynchronous Receiver Transmitter Schnittstelle des Controllers eine Flan ken- oder Pegelüberwachung stattfinden, je nachdem welcher Schlafmodus akti viert worden ist, d. h. insbesondere, welche Schnittstellen noch aktiv sind, um ein Aktivierungssignal zu empfangen. Ferner können Relais, Transistoren oder Opto koppler zum Einsatz kommen. Bei einer kabellosen Verbindung kann die Überwa chungseinrichtung bspw. ein Empfänger für Funksignale nach einem der Standards Bluetooth-Low-Energy, ZigBee, WirelessHART, EnOcean, Lorawan oder Sigfox aus gebildet sein.

Die Aktivierungseinrichtung kann in einer Ausgestaltungsform ein Funkmodul zur drahtlosen Übertragung des Aktivierungssignals aufweisen. Das Funkmodul kann bspw. ein Nahdistanzfunkmodul mit geringem Energieverbrauch sein. Solche Funkmodule arbeiten bspw. nach den oben genannten Standards.

Die Aktivierungseinrichtung weist bevorzugt eine Energy-Harvesting-Einheit auf, die ausreichend Energie zur Erzeugung und Übertragung des Aktivierungssignals bereitstellt. Durch eine solche Energy-Harvesting-Einheit kann die Aktivierungs einrichtung energieautark, d. h. ohne externe Energieversorgung, bspw. durch ein Netzgerät betrieben werden. Batterien oder Akkus können, müssen aber nicht ein gesetzt werden. Insbesondere kann die Energy-Harvesting-Einheit einen Energiewandler aufwei sen, der ausreichend Energie zur Erzeugung und Übertragung des Aktivierungs signals bereitstellt.

Zusätzlich oder alternativ kann die Energy-Harvesting-Einheit einen Energiespei cher mit zusätzlicher Energie und/oder zur Speicherung von Energie aus dem Ener giewandler aufweisen. Mit einem Energiespeicher kann so bspw. Energie aus dem Energiewandler zum Betrieb der Aktivierungseinrichtung zwischengespeichert und gesammelt werden. Auf diese Weise kann die Aktivierungseinrichtung auch betrie ben werden, wenn der Energiewandler zeitweise nicht genug Energie zum Betrei ben der Aktivierungsanordnung zur Verfügung stellt. Der Energiespeicher kann bspw. als Akkumulator, als Batterie oder als Kondensator ausgebildet sein und als Backup, d. h. für den Fall, dass der Energiewandler zu dem Zeitpunkt, an dem das Aktivierungssignal erzeugt werden soll, nicht genug Energie zur Verfügung stellt, und/oder Energiezwischenspeicher oder Puffer, der durch den Energiewandler auch wieder geladen wird, ausgebildet sein.

Als Energy Harvesting bezeichnet man die Gewinnung kleiner Mengen von elektri scher Energie mittels Energiewandlern aus der Umgebung. Dies können bspw. Energiewandler zur Gewinnung elektrischer Energie durch die Energieumwandlung aus in der Umgebung vorhandener kinetischer, thermischer, elektromagnetischer Energie sein

So kann bspw. ein in einem Tank steigender oder sinkender Pegel mittels eines Schwimmers in kinetische Energie und die kinetische Energie mittels eines Piezo- elements in elektrische Energie umgewandelt werden. Analog kann bspw. eine Temperaturdifferenz zwischen einem Medium und der Umgebung oder zwischen dem Medium und einem Messelement mit Hilfe eines Peltier-Elements in elektri sche Energie umgewandelt werden. Alternativ kann eine Energieumwandlung auch durch elektromagnetische Induktion erfolgen.

Die Aktivierungsanordnung kann einen Schwimmer zur Betätigung des Energie wandlers und/oder zur Überwachung der Zustandsänderung aufweisen. Ein solcher Schwimmer kann in Flüssigkeiten bspw. einen Grenzstand der Flüssigkeit überwa chen und die Erzeugung und Übermittlung des Aktivierungssignals auslösen, wenn der Schwimmer über einen bestimmten Pegel aufschwimmt, und/oder unter einen bestimmten Pegel absinkt. Gleichzeitig kann der Schwimmer mit dem Energie wandler gekoppelt sein und durch die auf ihn wirkende Auftriebskraft oder Ge wichtskraft den Energiewandler speisen, der dann die Energie zum Betrieb der Aktivierungsanordnung generiert.

Durch einzelne oder eine Kombination der vorstehenden Maßnahmen ist es mög lich, dass das Messgerät batteriebetrieben ausgebildet ist. Dadurch, dass das Messgerät nur aktiviert wird, wenn es tatsächlich notwendig ist, wird der Energie verbrauch so weit reduziert, dass ein Batteriebetrieb ermöglicht wird.

Die Aktivierungsanordnung kann gleichzeitig auch zur Deaktivierung des Messge räts ausgebildet sein, wenn die Zustandsänderung des Mediums in umgekehrter Richtung stattfindet. Alternativ kann das Messgerät auch nach einer vorgegebenen Zeitdauer wieder in den Zustand mit reduziertem Energieverbrauch versetzt wer den.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren, bei dem das Messgerät in einem Zu stand mit verringertem Energieverbrauch betrieben wird, die Aktivierungseinrich tung ein Aktivierungssignal erzeugt und an das Messgerät überträgt, wenn eine vorgegebene Zustandsänderung des Mediums auftritt, und das Messgerät bei Emp fang des Aktivierungssignals in einen Messzustand überführt wird.

Dadurch, dass das Messgerät in einem Zustand mit verringertem Energieverbrauch betrieben wird, kann ein Energieverbrauch des Messgerätes deutlich reduziert wer den. Insbesondere bei batteriebetriebenen Messgeräten werden dadurch War tungsintervalle aufgrund eines Batteriewechsels deutlich verlängert, sodass ein deutlich reduzierter Wartungsaufwand erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt die Aktivierungseinrichtung auch ein Deaktivierungssignal und überträgt dieses an das Messgerät, wenn eine zweite vorgegebene Zustandsänderung des Mediums, insbesondere eine der ersten Zu standsänderung entgegengesetzte Zustandsänderung des Mediums, auftritt, wo bei das Messgerät bei Empfang des Deaktivierungssignals in einen Zustand mit verringertem Energieverbrauch überführt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Messgerät nach einer ersten Aktivierung nicht in dem Zustand mit erhöhtem Energieverbrauch verbleibt, son dern sobald wie möglich wieder in den Zustand mit reduziertem Energieverbrauch versetzt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen :

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung gemäß der vor liegenden Anmeldung mit abgesetzter Aktivierungseinrichtung,

Figur 2 das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 bei Eintritt der Zustandsände rung des Mediums,

Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung mit in das Messgerät integrierter Aktivie rungseinrichtung und externer Energieversorgung und

Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung.

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszei chen gleiche Komponenten mit gleicher Funktion.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem als Radarfüllstandmessgerät 12 ausgebildete Messgerät und einer von dem Radarfüllstandmessgerät 12 abgesetzten Aktivie rungseinrichtung 13. Das Radarfüllstandmessgerät 12 und die Aktivierungseinrich tung 13 sind an einem Behälter 10, der zur Aufnahme eines Mediums, beispiels weise einer Flüssigkeit, ausgebildet ist, angeordnet. Das Radarfüllstandmessgerät 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel oberseitig an dem Behälter 10 ange ordnet und dort beispielsweise über einen als Flansch ausgebildeten Prozessan schluss mit dem Behälter 10 verbunden. Das Radarfüllstandmessgerät 12 misst einen Füllstand des in dem Behälter 10 befindlichen Mediums durch Bestimmung einer Laufzeit von mittels eines Sensors 4 ausgesendeten Radarsignalen.

Dem Sensor 4, vorliegend einem Radarsensor, ist eine Messelektronik 3 zur Ver arbeitung der von dem Sensor 4 ermittelten Messsignale sowie zur Steuerung und der Messabläufe nachgeschaltet und über eine Überwachungseinrichtung 2 mit ei ner in das Radarfüllstandmessgerät 12 integrierten Spannungsversorgung 1 ver bunden. Die Überwachungseinrichtung 2 weist im vorliegenden Ausführungsbei spiel eine als Schalter 9 symbolhaft dargestellte Unterbrechungseinrichtung auf, die eine Spannungsversorgung der Messelektronik 3 und des Sensors 4 unterbre chen kann. Alternativ zu einer Unterbrechung der Spannungsversorgung können die Messelektronik 3 und der Sensor 4 auch in einen lowpower StandbyBetrieb, d. h. einen Betriebszustand mit stark reduziertem Energiebedarf, versetzt werden.

Die Überwachungseinrichtung 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Funkempfänger auf, der mit einem Funkmodul, das in der Aktivierungseinrichtung 13 angeordnet ist, kommunizieren kann.

Die Aktivierungseinrichtung 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel seitlich an dem Behälter 10 angeordnet und weist einen dem Funkmodul 8 vorgeschalteten Energiewandler 5 auf. Der Energiewandler 5 kann auch Bestandteil eines Energy- Harvesting-Moduls zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Umgebung der Ak tivierungseinrichtung 13 sein. Ein solches Energy-Harvesting-Modul kann zusätz lich zu dem Energiewandler 5 auch einen Energiespeicher 7, beispielsweise eine Batterie oder einen Kondensator aufweisen. Der Energiewandler 5 ist in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer mechanischen Einheit 15, die den Energiewandler 5 betätigt, gekoppelt. Die mechanische Einheit 15 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schwimmer ausgebildet, der den Energiewand ler 5 einerseits bei einem Absinken des Flüssigkeitspegels in dem Behälter 10 unter einer Füllhöhe, an der die Aktivierungseinrichtung 13 angeordnet ist durch die auf ihn wirkende Schwerkraft betätigt und andererseits bei einem Ansteigen des Flüs sigkeitspegels über eine Füllhöhe, an der die Aktivierungseinrichtung 13 angeord net ist, durch die auf den Schwimmer wirkende Auftriebskraft betätigt.

In Figur 2 ist das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 bei Eintritt der Zustandsände rung des Mediums 6, d. h. im vorliegenden Fall bei einem Ansteigen des Flüssig keitspegels in dem Behälter 10 über eine Füllhöhe, an der die Aktivierungseinrich tung 13 angeordnet ist, gezeigt.

Durch die auf die mechanische Einheit 15 wirkende Auftriebskraft wird dem Ener giewandler 5 mechanische Energie zugeführt, die durch den Energiewandler 5 in elektrische Energie zur Aussendung eines Aktivierungssignals gewandelt wird. Mit der durch den Energiewandler 5 erzeugten elektrischen Energie wird im vorliegen den Ausführungsbeispiel das Funkmodul 8 der Aktivierungseinrichtung 13 betätigt und das Aktivierungssignal über das Funksignal 17 an die Überwachungseinrich tung 2 des Messgeräts 12 gesendet. Auf das Aktivierungssignal hin wird das Mess gerät 12 bzw. dessen Messelektronik 3 und Radarsensor 4 mit der Spannungsver sorgung 1 verbunden und damit in einen Messbetrieb versetzt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Messgerät 12 mit einer als Batterie ausgebildeten und in das Messgerät 12 integrierten Spannungsversorgung 1 ver sehen.

Sinkt in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Pegel der Flüssigkeit 6 in dem Behälter 10 wieder unter die Füllhöhe, an der die Aktivie rungseinrichtung 13 angeordnet ist, so wird erneut ein Funksignal 17 von der Ak tivierungseinrichtung 13 ausgesendet, dass das Messgerät 12 wieder in den Zu stand mit reduziertem Energieverbrauch versetzt. Gemäß dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel werden also die Messelektronik 3 und der Radarsensor 4 von der Spannungsversorgung 1 getrennt und lediglich die Überwachungseinrichtung 2 bleibt weiterhin mit Energie versorgt.

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung. In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft ein Grenzstandmessgerät 11 gezeigt. Das Grenzstandmessgerät 11 weist abgesehen von der Sensorik die gleichen Komponenten auf, wie das Radar füllstandmessgerät 12 der Figuren 1 und 2, wobei in Figur 3 eine Ausgestaltung mit einer in das Grenzstandmessgerät 11 integrierten Aktivierungseinrichtung 13 und einer externen Spannungsversorgung 1, die beispielsweise durch ein Netzge rät realisiert sein kann, gezeigt ist.

Das Grenzstandmessgerät 11 ist ebenfalls von oben her an dem Behälter 10 an geordnet. Eine Aktivierung des Messgeräts 12 erfolgt, wenn ein Pegel des in dem Behälter 10 befindlichen Mediums 6 einen Pegel überschreitet, bei dem die me chanische Einheit 15 der Aktivierungseinrichtung 13 in das Medium 6 eintaucht. Die mechanische Einheit 15 wird in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbei spiel durch eine Wellenbewegung des Mediums 6, das vorliegend eine Flüssigkeit ist, in Bewegung versetzt und betätigt damit den Energiewandler 5, der aus der durch die Wellen hervorgerufenen Bewegung der mechanischen Einheit 15 elekt rische Energie zur Aktivierung der Überwachungseinrichtung 2 und damit zur Ver bindung der Messelektronik 3 und des Sensors 4 des Messgeräts 11 mit der Ener- gieversorgung 1 erzeugt.

In einer alternativen Ausgestaltung des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbei spiels kann anstelle der mechanischen Einheit 15 auch eine Leitfähigkeitsmessung stattfinden, sodass bei einem leitenden Medium ein elektrischer Kontakt herge- stellt wird und damit die Aktivierungseinrichtung 13 ein Aktivierungssignal an die Überwachungseinrichtung 2 übermittelt.

Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung, wobei diese im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß Figur 3 entspricht, wobei im Unterschied zu Figur 3 die Spannungsversorgung 1 in dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in das Grenzstandmessgerät 11 integriert ist. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist damit wieder eine Batterie oder ein Akkumulator als Spannungsversorgung 1 des Messgeräts vorgesehen.

Bezugszeichenliste Spannungsversorgung

Überwachungseinrichtung

Messelektronik

Sensor

Energieumwandler

Medium/Füllgut

Energiespeicher

Funkmodul

Schalter Behälter

Grenzstandmessgerät

Radarmessgerät

Aktivierungseinrichtung

mechanische Einheit, Schwimmer

Funksignal

Messanordnung