專利名稱：用于測(cè)量容器中填料填充位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量容器中填料填充位置的裝置。
為了確定容器中填料的填充位置，設(shè)置了測(cè)量系統(tǒng)，可用來(lái)測(cè)量不同的物理量。根據(jù)這些物理量可推導(dǎo)出與填充位置相關(guān)的信息。這里除機(jī)械探測(cè)器外，還可采用電容式、電感式或流體靜力學(xué)測(cè)量探測(cè)器，以及基于超聲波、微波或輻射的檢測(cè)器。
在利用電容法確定容器中填料填充位置時(shí)，電容式探測(cè)器與容器壁形成了電容器的電極。如容器壁不可導(dǎo)，需要在容器內(nèi)或容器外設(shè)置一個(gè)分立的第二電極。容器中介質(zhì)的填充位置決定了兩個(gè)電極之間是空氣還是介質(zhì)，因?yàn)檫@兩種物質(zhì)的介電常數(shù)不同，這也體現(xiàn)在測(cè)量電容值的變化中。顯然，每次的測(cè)量電容值還取決于容器中介質(zhì)的填充位置，因?yàn)椤疤畛湮恢谩迸c“測(cè)量電容值”兩者之間存在函數(shù)關(guān)系。因而電容式探測(cè)器不僅可測(cè)量填充位置臨界值，還可用于連續(xù)地確定填充位置。一種電容式填充位置探測(cè)器例如由DE 195 36 199 C2已知。
在利用所傳導(dǎo)的電磁高頻脈沖(如TDR方法或脈沖雷達(dá)方法)或調(diào)頻連續(xù)微波(例如FMCW雷達(dá)方法)的延時(shí)方法中，將測(cè)量信號(hào)耦合輸入到可導(dǎo)元件或波導(dǎo)上，并借助于波導(dǎo)引入裝有填料的容器中。人們已知可采用不同的波導(dǎo)根據(jù)Sommerfeld或Goubau的表面波導(dǎo)，以及Lecher波導(dǎo)。
這種測(cè)量方法利用了這種物理效應(yīng)兩種不同的介質(zhì)，在例如空氣和油或者空氣和水之間的臨界面上，由于兩種介質(zhì)的介電常數(shù)突變(非連續(xù)地改變)，導(dǎo)致所引入的高頻脈沖或微波發(fā)生部分反射，并經(jīng)過(guò)可導(dǎo)元件反向引入到接收裝置中。兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差別越大，所反射的部分(有效回波信號(hào))就越大。根據(jù)高頻脈沖或CN信號(hào)中反射部分(回波信號(hào))的延時(shí)可確定到填料表面的距離。
電容式測(cè)量系統(tǒng)與利用所傳導(dǎo)的電磁測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)相比各有利弊對(duì)于填料的表面晃動(dòng)，電容式傳感器的測(cè)量幾乎不受影響。即便是起泡的填料或電容式傳感器上附著物的成分對(duì)其影響也不大。然而為了實(shí)現(xiàn)高精度的填充位置測(cè)量，需要對(duì)電容式測(cè)量系統(tǒng)在至少兩個(gè)水平位置進(jìn)行校正，這樣會(huì)因?yàn)槿萜鞔笮『吞盍闲再|(zhì)而造成時(shí)間浪費(fèi)，在極端情況下，電容式傳感器會(huì)發(fā)生斷路。電容式測(cè)量系統(tǒng)的另一缺點(diǎn)是，對(duì)不可導(dǎo)填料的測(cè)量會(huì)受到介電常數(shù)的影響。
利用高頻測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于填充位置測(cè)量在被稱為阻塞測(cè)距的區(qū)域內(nèi)不能進(jìn)行，因?yàn)樵诖藚^(qū)域內(nèi)有效回波信號(hào)淹沒(méi)在干擾信號(hào)中。例如，在將測(cè)量信號(hào)引入到可導(dǎo)元件的區(qū)域中，測(cè)量信號(hào)的反射會(huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)，或者干擾信號(hào)可能在測(cè)量信號(hào)與用于固定測(cè)量系統(tǒng)的套接管(在阻塞測(cè)距之上)之間的相互作用中產(chǎn)生。另一種限制測(cè)量區(qū)域的干擾信號(hào)來(lái)自可導(dǎo)元件的自由端(在阻塞測(cè)距之下)。
利用高頻測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)也有其優(yōu)越之處能得到高精度的測(cè)量結(jié)果，并且通常無(wú)需校正，更不需要電容式測(cè)量系統(tǒng)中必需的二點(diǎn)校正。此外，借助于所引入的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量過(guò)程不受填料介電常數(shù)影響，即便介電常數(shù)比較小，仍保持良好的測(cè)量性能。
本發(fā)明的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)容器中的優(yōu)化填充位置確定和/或填充位置監(jiān)控的裝置。
該目的這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，該裝置包括傳感器和控制/分析單元。其中這樣來(lái)設(shè)計(jì)傳感器，使得它能夠與至少兩種不同的測(cè)量方法相關(guān)地工作，或者在至少兩種不同的驅(qū)動(dòng)模式下工作，其中控制/分析單元分別根據(jù)兩種測(cè)量方法中的一種或在兩種驅(qū)動(dòng)模式中的一種下驅(qū)動(dòng)傳感器，并且其中控制/分析單元借助于傳感器通過(guò)至少一種測(cè)量方法或者在至少一種驅(qū)動(dòng)模式下得到的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定容器中填料填充位置。根據(jù)本發(fā)明提供的方案，可在任意時(shí)間選擇使用電容式測(cè)量方法或利用高頻測(cè)量信號(hào)的測(cè)量方法來(lái)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，也可同時(shí)使用兩種方法，即并行地得到數(shù)據(jù)。這樣例如可根據(jù)待測(cè)填料的特性實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的最優(yōu)匹配，在給定條件下也可得到最好的測(cè)量結(jié)果。如果由電容式測(cè)量系統(tǒng)和利用所傳導(dǎo)的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)所得到的測(cè)量值集中位于很短的時(shí)間內(nèi)，則可以進(jìn)行似然校驗(yàn)。
本發(fā)明所述裝置的特別有利之處在于，可以在整個(gè)容器高度上進(jìn)行高精度填充位置測(cè)量，其中分別得到的測(cè)量值幾乎不受被測(cè)填料的特性和種類的影響。在整個(gè)容器高度上的高精度測(cè)量由此來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)一種測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量性能較差時(shí)，就可用另一種方法來(lái)代替。此外，其中一種系統(tǒng)所得到的測(cè)量值也可根據(jù)另一種測(cè)量系統(tǒng)得到的測(cè)量值進(jìn)行校正。例如，電容式測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量值可通過(guò)利用所傳導(dǎo)的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)得到的測(cè)量值來(lái)校正。
根據(jù)本發(fā)明所述裝置的一種優(yōu)選改進(jìn)型，傳感器為至少一個(gè)插入到容器中的可導(dǎo)元件。該可導(dǎo)元件例如可以是至少一根桿或是至少一根線纜。
根據(jù)本發(fā)明所述裝置的一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例，采用至少一個(gè)可導(dǎo)元件，有選擇性地用于實(shí)施電容式測(cè)量方法或延時(shí)測(cè)量法，其中在電容式測(cè)量方法中，至少一個(gè)可導(dǎo)元件形成了電極；在延時(shí)方法中，高頻測(cè)量信號(hào)沿著至少一個(gè)可導(dǎo)元件被傳導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明所述裝置的一種具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)型，設(shè)置了一個(gè)輸入/輸出單元，通過(guò)它分別輸入所希望的傳感器驅(qū)動(dòng)模式。操作人員就可使所采用的測(cè)量系統(tǒng)最優(yōu)地匹配待測(cè)或待監(jiān)控的填料的特性。
可選地，設(shè)置了一個(gè)開(kāi)關(guān)單元，使傳感器可在兩種運(yùn)行模式之間切換。特別地，開(kāi)關(guān)單元為一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，優(yōu)選地為一個(gè)MOSFET晶體管。如上所述，通過(guò)開(kāi)關(guān)可交替地啟動(dòng)兩種測(cè)量系統(tǒng)，從而可為填充位置的確定/監(jiān)控獲取兩種測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值。
此外根據(jù)本發(fā)明所述裝置的一種優(yōu)選改進(jìn)型，控制/分析單元中設(shè)置了用于控制傳感器的程序，通過(guò)它傳感器可以交替地或者根據(jù)預(yù)先給定的開(kāi)關(guān)規(guī)則在至少兩種不同的驅(qū)動(dòng)模式之間切換。特別地，控制/分析單元可根據(jù)至少兩種不同測(cè)量方法得到的填充位置值進(jìn)行似然校驗(yàn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明所述裝置的一種具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式，可以這樣來(lái)控制傳感器，使得它可同時(shí)或近似于同時(shí)測(cè)量或準(zhǔn)備好根據(jù)至少兩種方法得到的測(cè)量值。
下面借助

圖1對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明所述裝置的原理圖。
填料12位于容器11內(nèi)。其中填料12可以為固體或液體。傳感器3插入到容器11中，傳感器在容器11的蓋14上的一個(gè)孔13中，例如一個(gè)套接管中被固定。傳感器2的主要部件是可導(dǎo)元件3。可導(dǎo)元件3可以設(shè)計(jì)為線纜或桿。可導(dǎo)元件3最好伸到容器11的整體高度以上。
這里的傳感器2可以交替地或同時(shí)通過(guò)電容式測(cè)量或利用高頻測(cè)量信號(hào)的延時(shí)測(cè)量得到填充位置值。如果傳感器3在“延時(shí)法”驅(qū)動(dòng)模式下工作，高頻測(cè)量信號(hào)沿傳感器3引入或引出容器11。
圖1所示為發(fā)明所示裝置1的一種實(shí)施例，在這里可以有選擇性地通過(guò)兩種可能的測(cè)量方法中的一種來(lái)得到填充位置值。這種有選擇性的控制可以通過(guò)控制/分析單元4與開(kāi)關(guān)單元7來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖中所示的情況下，電容式傳感器的控制電路5恰好通過(guò)開(kāi)關(guān)單元7與傳感器2相連接，即通過(guò)電容式測(cè)量測(cè)得填充位置值。在經(jīng)過(guò)一段給定的時(shí)間之后，例如由控制/分析單元4進(jìn)行控制之后，將用于利用所傳導(dǎo)的測(cè)量信號(hào)的傳感器2的控制電路6通過(guò)開(kāi)關(guān)單元7與傳感器2相連接。這樣就可通過(guò)測(cè)量所傳導(dǎo)的高頻測(cè)量信號(hào)的延時(shí)來(lái)得到容器11中填料12的填充位置。
這兩種測(cè)量技術(shù)無(wú)論交替使用還是同時(shí)使用，都可進(jìn)行似然校驗(yàn)。如兩種測(cè)量方法所得到的測(cè)量值之間的偏差超出了預(yù)先給定的容差范圍，輸入/輸出單元10例如將向操作人員給出相應(yīng)提示。附帶地可啟動(dòng)警報(bào)。
此外，這樣來(lái)應(yīng)用這兩種測(cè)量系統(tǒng)，使得它們可以相互彌補(bǔ)缺點(diǎn)。例如，借助于利用所傳導(dǎo)的信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償電容式測(cè)量系統(tǒng)。另外在利用所傳導(dǎo)的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)中的阻塞測(cè)距區(qū)域，就可通過(guò)電容式測(cè)量系統(tǒng)來(lái)確定填充位置值。
顯然，這里傳感器2可采用通用的傳感器。由于電容式與確定所傳導(dǎo)的高頻測(cè)量信號(hào)的延時(shí)這兩種測(cè)量方法的相互補(bǔ)充，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況利用這兩種測(cè)量方法得到更好的測(cè)量結(jié)果。例如，與待測(cè)填料12的特性相關(guān)地，僅根據(jù)兩種可能的測(cè)量技術(shù)之一來(lái)進(jìn)行工作。傳感器2所希望的功能可由操作人員通過(guò)輸入/輸出單元10來(lái)設(shè)置。
附圖標(biāo)記列表1本發(fā)明所述裝置2傳感器3可導(dǎo)元件4控制/處理單元5電容式傳感器的控制電路6利用所傳導(dǎo)的測(cè)量信號(hào)的傳感器的控制電路7開(kāi)關(guān)單元8連接導(dǎo)線9輸入耦合10輸入/輸出單元11容器12填料13孔14蓋
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量容器中填料填充位置的裝置，由傳感器和控制分析單元構(gòu)成，其特征在于，這樣來(lái)設(shè)計(jì)傳感器(2)，使得它與至少兩種不同的測(cè)量方法相關(guān)地工作，或者使傳感器(2)在至少兩種驅(qū)動(dòng)模式下工作，控制/分析單元(4)分別根據(jù)兩種測(cè)量方法中的一種，或者在兩種驅(qū)動(dòng)模式中的至少一種驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)傳感器(2)，并且控制/分析單元(4)借助于傳感器(2)通過(guò)至少一種測(cè)量方法或者在至少一種驅(qū)動(dòng)模式下得到的測(cè)量值來(lái)確定容器(11)中填料(12)的填料。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，特征在于，傳感器(2)為至少一個(gè)插入到容器(11)中的可導(dǎo)元件(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，特征在于，可導(dǎo)元件(3)為至少一根桿或至少一根線纜。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)可導(dǎo)元件(3)有選擇性地用于電容式測(cè)量方法或用于延時(shí)方法，其中在電容式測(cè)量方法的情況下，至少一個(gè)可導(dǎo)元件(3)形成電極，在延時(shí)方法的情況下，高頻測(cè)量信號(hào)沿著至少一個(gè)可導(dǎo)元件(3)被傳導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的裝置，其特征在于，設(shè)置了輸入單元(10)，通過(guò)它可分別輸入所希望的傳感器(2)的驅(qū)動(dòng)模式。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的裝置，其特征在于，設(shè)置了開(kāi)關(guān)單元(7)，通過(guò)它傳感器(2)可在兩種驅(qū)動(dòng)模式之間切換。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，開(kāi)關(guān)單元(7)為電子開(kāi)關(guān)，優(yōu)選地為MOSFET晶體管。
8.如權(quán)利要求1或4所述的裝置，其特征在于，在控制/分析單元(4)中設(shè)置了用于控制傳感器(2)的程序，通過(guò)它傳感器(2)可以有選擇性地、或者根據(jù)預(yù)先給定的開(kāi)關(guān)規(guī)則在至少兩種不同的驅(qū)動(dòng)模式之間連續(xù)地切換。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，控制/分析單元(4)利用根據(jù)至少兩種不同的測(cè)量方法所得到的填充位置的值進(jìn)行似然校驗(yàn)。
10.如以上權(quán)利要求中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，控制/分析單元(4)這樣來(lái)控制傳感器(2)，使得可以同時(shí)或者近似于同時(shí)地測(cè)量根據(jù)至少兩種測(cè)量方法所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量容器(11)中填料(12)的填充位置的裝置，包括傳感器(2)和控制/分析單元(4)。本發(fā)明的目的是提供一種在容器(11)中進(jìn)行優(yōu)化填充位置確定和/或填充位置監(jiān)控的裝置。為此，傳感器(2)能夠至少在兩種不同的測(cè)量過(guò)程中相關(guān)地使用，或者至少在兩種不同操作模式下工作，而控制/分析單元(4)在至少一個(gè)測(cè)量過(guò)程中，或在至少一個(gè)操作模式中，利用由傳感器(2)所獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定容器(11)中填料(2)的填充位置。
文檔編號(hào)G01F23/26GK1443302SQ01813170
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月2日
發(fā)明者約奇穆·紐豪斯, 邁克·克勞斯, 尤都·格瑞特克, 歌德·沃特曼 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司