本發(fā)明涉及一種用于測量容器中的液體材料的填充水平的填充水平測量裝置，包括至少兩個柔性絲探頭(flexiblewireprobe)，其延伸到容器中，并且用于引導(dǎo)填充水平測量裝置中的信號發(fā)生器產(chǎn)生的電磁測量信號，還包括端部配重，所述端部配重與所述至少兩個柔性絲探頭相連，并且被實(shí)現(xiàn)為使得其用于向材料界面或從材料界面向所述至少兩個柔性絲探頭的每一個的長度的至少一部分上施加軸向拉力，所述材料界面的距離待確定。

背景技術(shù)：

本發(fā)明意義上的測量裝置不應(yīng)被理解為僅限于硬件部件的一體集合，而也可以是在空間上分離的單元的系統(tǒng)。測量裝置可以被視為包括變換器(transducer)和變送器(transmitter)，其中變換器用于將過程變量(諸如一個罐中的材料的填充水平)轉(zhuǎn)換為電信號，并且其中變送器用于采樣和處理這個電信號，以產(chǎn)生與要被測量的物理狀態(tài)對應(yīng)的過程變量的值。如情況需要，變送器可能進(jìn)一步用于發(fā)送和/或記錄所確定的過程值，以便進(jìn)一步使用。變換器一般包括微處理器和/或微控制器以及各種其它電氣和電子電路。變換器和變送器可被集中于單個一體裝置上，或它們可能在空間上分離。當(dāng)它們在空間上分離時，提供用于在變換器和變送器之間傳輸數(shù)據(jù)和/或能量的一些類型的通信路徑，諸如例如電纜或無線通信鏈路。由于在某些情況下變換器用于預(yù)處理測量信號且有時甚至包括微處理器，所以并不總是很嚴(yán)格地應(yīng)用變送器和變換器之間的區(qū)別。

在其中集中所發(fā)送的微波能量是有利的，使得可以避免信號損失且能獲得改進(jìn)的對填充水平的靈敏度的應(yīng)用中，具有柔性絲探頭的填充水平測量裝置用于測量容器中液體材料的填充水平。也可以使用柔性絲探頭進(jìn)行容性填充水平測量。本申請人提供能使用這兩種測量原理的填充水平測量裝置。

一般來講，包括有柔性絲探頭的填充水平測量裝置將包括用于柔性絲探頭的端部配重，其用于在容器中定位絲探頭。探頭因此處于預(yù)訂量的拉力下，并垂直取向。施加在柔性絲探頭上的拉力用于基本消除絲探頭上的任何不滿意的彎曲或曲線。

當(dāng)填充水平測量裝置包含多于一個柔性絲探頭時，探頭通常附接到單個端部配重，以形成由柔性絲探頭覆蓋的測量范圍的限定的端部。

然而，為了確保每個探頭受到端部配重預(yù)定的軸向拉力，探頭必須制成使其長度基本相等。這需要非常高的制造精度。

例如，也可以如在德國專利公開de000010009067a1中公開的那樣在安裝后縮短探頭之一，其中，指定了具有電纜探頭的測量裝置，并且給出了由此可以由最終用戶以簡單的方式縮短電纜探頭的方法，其中這種調(diào)整可以在現(xiàn)場進(jìn)行，而不使用任何特殊工具或其它制造商特定的工具。

當(dāng)兩個或更多個柔性絲探頭連接到同一個端部配重時，可能出現(xiàn)的另一個問題是，柔性絲探頭可能被扭曲，因而使得當(dāng)它們連接到端部配重上時，包含了不期望的旋轉(zhuǎn)拉力。這種扭曲在某些情況下可能會影響絲探頭的長度。當(dāng)多于一個柔性絲探頭附接到端部配重時，無法釋放該旋轉(zhuǎn)拉力，并且在某些情況下，其可能會抑制端部配重在容器內(nèi)定位該柔性絲探頭時的有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于在填充水平測量裝置中配重柔性絲探頭的布置，其中柔性絲探頭以預(yù)定的取向定位。

本發(fā)明的目的是使用一種用于測量容器中的液體材料的填充水平的填充水平測量裝置來實(shí)現(xiàn)的，其包括至少兩個柔性絲探頭，其延伸到容器中，并且用于引導(dǎo)和/或提供有由填充水平測量裝置的信號發(fā)生器發(fā)生的電磁測量信號；還包括端部配重，所述端部配重與所述至少兩個柔性絲探頭相連，并且被實(shí)施為使得其用于向至少兩個柔性絲探頭的每一個上的至少一部分長度施加軸向拉力，其中該所述至少兩個柔性絲探頭中的每一個連接到相應(yīng)端部配重，其中該相應(yīng)端部配重連結(jié)在一起，使得它們可以相對于彼此旋轉(zhuǎn)和/或可以相對于彼此在軸向方向上移動，所述軸向方向基本上平行于和/或反向平行于由軸向拉力限定的方向。

因此，可以通過施加預(yù)定的軸向拉力來定位柔性絲探頭，而與柔性絲探頭的相對長度和/或柔性絲探頭的任何內(nèi)部旋轉(zhuǎn)拉力無關(guān)。這種端部配重的布置允許柔性絲探頭自身配準(zhǔn)，使得例如由于制造公差而導(dǎo)致的柔性絲探頭長度和/或旋轉(zhuǎn)拉力的任何差異被自動自我糾正。具有這種類型的柔性絲探頭的填充水平測量裝置可以基于容性測量原理進(jìn)行操作，其中柔性絲探頭被提供有電磁信號，和/或作為基于導(dǎo)向雷達(dá)飛行時間的測量裝置。柔性絲探頭通常由金屬構(gòu)成，特別是根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通常由金屬線編織或編結(jié)而成。例如柔性絲探頭可以是鋼絲繩(wirerope)，包括幾組纏繞在一個軸芯周圍的均勻螺旋形的繩。鋼絲繩的結(jié)構(gòu)很多，但最常見的是6×19和6×37級鋼絲繩，分別具有6組19繩或6組37繩。然而，柔性絲探頭也可以由導(dǎo)電的合成材料構(gòu)成。與本發(fā)明相關(guān)的術(shù)語柔性指示絲可以彎曲至少一圈而不損壞其結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，相應(yīng)端部配重包括導(dǎo)電材料，并且端部配重彼此連結(jié)在一起，使得它們彼此電連接。特別地，端部配重連結(jié)在一起，使得柔性絲探頭彼此電接觸。這具有以下益處，柔性絲探頭在端部配重處位于限定的電連接狀態(tài)，使得當(dāng)由柔性絲探頭引導(dǎo)的發(fā)送的電磁信號遇到由端部配重引起的阻抗變化時，產(chǎn)生正極化反射信號。然后可以將填充水平測量裝置的電子和/或搜索算法設(shè)定為識別該反射信號，并且可以提取有關(guān)端部配重的位置的相應(yīng)信息。

在本發(fā)明的替選實(shí)施例中，相應(yīng)端部配重被連結(jié)在一起，使得它們彼此電隔離。通過電隔離端部配重，柔性絲探頭同樣被彼此隔離。因此，探頭處于限定的狀態(tài)，即未電連接的狀態(tài)。當(dāng)端部配重彼此電隔離時，由端部配重反射的電磁信號具有負(fù)極性?？梢哉{(diào)整用于搜索填充水平測量裝置的反射電磁信號的電子和/或搜索算法來對此負(fù)責(zé)。

在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，相應(yīng)端部配重中至少有一個是由非導(dǎo)電材料構(gòu)成。通過使用非導(dǎo)電材料，確保柔性絲探頭的電隔離。這樣，也可以降低制造成本。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述至少兩個端部配重中的第一相應(yīng)端部配重包括用于接收所述至少兩個端部配重中的第二相應(yīng)端部配重的孔，所述孔在端部配重面向柔性絲探頭的一側(cè)開口，所述孔沿基本上平行于由端部配重施加的軸向拉力的方向從該開口延伸到端部配重中。通過以這種方式布置端部配重，端部配重可以在至少一個方向上彼此相對滑動。當(dāng)柔性絲探頭之一短于其它探頭時，則最短的柔性絲探頭可以連接到第二相應(yīng)端部配重上。

在該有利實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，所述孔具有與所述第二端部配重的外部幾何形狀對應(yīng)的內(nèi)部幾何形狀，使得第一和第二端部配重可以在保持彼此電連接的同時在軸向方向上相對于彼此移動。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述孔是通孔。當(dāng)所述孔是通孔而不是盲孔時，在兩個端部配重之間在軸向方向上具有完全的移動自由度。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述孔的內(nèi)部幾何形狀是圓柱形，并且所述第二端部配重的外部幾何形狀也是圓柱形，使得第二端部配重在被插入到所述孔時在保持與第一端部配重的電連接的同時可以相對于第一端部配重旋轉(zhuǎn)。以這種方式，所述至少兩個端部配重可以相對于彼此自由旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一端部配重包括凹部，所述凹部用于接收第二端部配重，其中，在第二端部配重位于凹部中的情況下，在徑向方向上部分地暴露所述第二端部配重。在第二端配重和凹部本身形成為使得第二端部配重可以在凹部內(nèi)旋轉(zhuǎn)的情況下，暴露第二端部配重的一部分是非常有益的，以減小兩個端部配重之間的摩擦阻力，從而增加了第二端部配重的移動的旋轉(zhuǎn)自由度。

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，第一端部配重包括一突出部，用于至少部分地包圍第二端部配重。突出部可以有多種形式。例如，突出部可以簡單地包括夾持機(jī)構(gòu)和帶狀物，其中帶狀物至少部分地包圍所述第二端部配重并且被夾持和/或附接到所述第一端部配重。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述至少兩個柔性絲探頭中的至少一個定位在設(shè)置在相應(yīng)端部配重之一中的鉆孔中，并且其中至少一個固定螺釘設(shè)置在相應(yīng)端部配重中，所述固定螺釘用于將柔性絲探頭固定在該位置，從而將端部配重連接到柔性絲探頭。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，所述至少兩個柔性絲探頭中的至少一個定位在設(shè)置在相應(yīng)端部配重之一中的鉆通孔中，通過曲附(crimp)到柔性絲探頭上的卷曲套管防止所述柔性絲探頭通過所述端部配重滑動，從而將端部配重連接到柔性絲探頭。以這種方式，端部配重可以相對于柔性絲探頭旋轉(zhuǎn)。以這種方式實(shí)現(xiàn)的端部配重和探頭之間的連接可以提供更多的移動的旋轉(zhuǎn)自由度。

在本發(fā)明的有利實(shí)施例中，用于接收柔性絲探頭的鉆孔設(shè)置為基本平行于且緊鄰于限定端部配重的質(zhì)量中心的軸線，使得定位在端部配重中的柔性絲探頭的部分沿所述軸向方向取向。換句話說，端部配重不會傾斜懸掛。

附圖說明

接下來將參考以下附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖中示出：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)波式填充水平測量裝置的示意圖；

圖2是兩個柔性絲探頭的示例性端部配重結(jié)構(gòu)透視圖；以及

圖3是四個示例性端部配重結(jié)構(gòu)的橫截面。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)波式填充水平測量裝置1的示意圖。填充水平測量裝置1安裝在容器4中，并且具有兩個柔性絲探頭5、6，它們負(fù)重有端部配重8。這里的端部配重8包括布置成層疊成形的兩部分，使得兩個柔性絲探頭5、6作為整體均連接到層疊的配重8上。例如，美國專利us7,827,862公開了這種結(jié)構(gòu)。

具有多于一個的柔性絲探頭5、6的填充水平測量裝置1通常用于測量容器4中的液體材料3的填充水平2。柔性絲探頭5、6用于引導(dǎo)諸如微波電磁信號的測量信號tx、rx，或者被提供有用于容性測量的電磁測量信號。當(dāng)填充水平測量裝置基于飛行時間雷達(dá)原理操作時，第一探頭5被稱為中心導(dǎo)體5。測量信號tx從填充水平測量裝置1的電子單元(諸如信號發(fā)生器7)耦合到該中心導(dǎo)體，并沿該導(dǎo)體5傳播。當(dāng)測量信號tx遇到阻抗的變化時，至少一部分信號rx被反射并在相反的方向上沿著探頭5傳播。例如，可以由絲探頭5的幾何形狀改變引起阻抗的改變，或者由包圍絲探頭5的材料3的介電常數(shù)的改變(諸如在容器4中容納的材料3的上表面2處)引起阻抗的改變。如果存在兩種或更多種材料3時，阻抗也可能發(fā)生在容器中含有的第一和第二材料3之間的邊界處。例如，當(dāng)油和水都存在于容器4中時，它們將分離開，并且油將在水上形成所謂的分離層。

連接到柔性絲探頭的端部配重8體現(xiàn)在測量信號tx的傳播路徑中的幾何形狀的改變。因此，當(dāng)測量信號tx到達(dá)端部配重8時，發(fā)生所謂的探頭端反射。探頭端反射的極性取決于端部配重(8)是否電接地。不是中心導(dǎo)體的至少一個柔性絲探頭6用作測量信號tx、rx的屏蔽絲6。屏蔽絲6通常連接到電接地(例如，如果容器4由導(dǎo)電材料構(gòu)成，通過電連接到容器4)。

在柔性絲探頭5、6中的每個都連接到相應(yīng)端部配重8a、8b的情況下，并且如果端部配重8a、8b被布置成使它們電接觸，則探頭端反射的極性相對于由生成的測量信號tx限定的極性是正的，且如果端部配重8a、8b被布置為彼此電隔離，則探頭端反射將具有負(fù)極性。通常，有利的是將端部配重8a、8b布置和/或連結(jié)為使得它們處于限定的狀態(tài)，也就是說，使得它們要么彼此電連接，要么彼此電隔離。當(dāng)端部配重8a、8b處于限定狀態(tài)時，由端部配重8a、8b引起的反射可以用于應(yīng)用于反射測量信號rx的信號處理方法中。

屏蔽絲6用于影響傳播的測量信號tx、rx的波形，以便減少信號tx、rx的損耗。一般來說，沿著柔性絲探頭5、6傳播的測量信號tx、rx的波形集中在由屏蔽絲6定界的區(qū)域中。例如，當(dāng)屏蔽絲6被體現(xiàn)為同軸形成的管時，所有測量信號tx、rx被包含在管內(nèi)。當(dāng)屏蔽絲6為單個柔性絲探頭6時，測量信號tx、rx的強(qiáng)度在中心導(dǎo)體5和屏蔽絲6之間的空間處最大。

圖2a-c示出兩個柔性絲探頭5、6的示例性端部配重結(jié)構(gòu)的透視圖。如圖2a所示，圓柱形端部配重8a連接到中心導(dǎo)體5?？梢越柚粋€或多個固定螺釘14實(shí)現(xiàn)該連接，該固定螺釘14從端部配重8a的外部擰入以將絲探頭5固定在鉆盲孔13中，柔性絲探頭5定位在此。替選地，可以將柔性絲探頭5饋送通過鉆通孔13，并且可以將卷曲套管15曲附在位于端部配重8a遠(yuǎn)側(cè)的絲探頭5上，使得絲探頭5不能通過鉆通孔13返回。在這種情況下，可以加寬在端部配重8a靠近卷曲套管15側(cè)的鉆通孔13的部分，使得卷曲套管15能夠隱藏在端部配重8a內(nèi)。例如，這可以通過在面向卷曲套管15的背側(cè)對鉆通孔13部分再鉆孔來實(shí)現(xiàn)，使其沿預(yù)定長度具有比鉆通孔13的更大的直徑，所述長度至少與卷曲套管15的軸向長度一樣?？梢詫⑦@些用于將柔性絲探頭5、6連接到端部配重8a、8b的方法中的任何一個用于在柔性絲探頭5、6和端部配重8a、8b之間的任何連接。

因此，圖2a所示的第二端部配重8b可以根據(jù)上述可能的任何一種連接方式連接到第二柔性絲探頭6(即屏蔽絲6)。使用卷曲套管15將端部配重8a、8b連接到柔性絲探頭5、6的優(yōu)點(diǎn)在于，端部配重8a、8b保持相對于柔性絲探頭5、6的移動的旋轉(zhuǎn)自由度。第二端部配重8b位于設(shè)置在第一端部配重8a中的通孔9中。圓柱形形成的第二端部配重8b的外徑與第一端部配重8a的通孔9的內(nèi)徑對應(yīng)，使得第二端部配重8b可以在保持與第一端部配重8a電接觸的同時在第一端部配重8a內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)和滑動。圖2b示出了在一位置的第一端部配重8a，其中第二柔性絲探頭6比第一柔性絲探頭5短。當(dāng)柔性絲探頭5、6自由地懸掛在容器4中時，第一和第二端部配重8a、8b在保持電接觸的同時相對于彼此移動。如果端部配重8a、8b是現(xiàn)有技術(shù)中的已知類型，則在這種情況下，第一柔性絲探頭5將相對松弛，因?yàn)槎瞬颗渲?a將不能施加軸向拉力。圖2c示出了相反的情況，其中第二柔性絲探頭6制造得使得其比第一柔性絲探頭5長。

圖2a-c示出的端部配重的結(jié)構(gòu)還允許獨(dú)立的端部配重8a、8b相對于彼此旋轉(zhuǎn)。在制造具有柔性絲探頭5、6的填充水平測量裝置1期間，用于探頭的絲通常從絲卷軸展開。如情況需要，當(dāng)其脫離卷軸時，可以對從卷軸展開的柔性絲進(jìn)行扭曲，使得柔性絲包含有內(nèi)部旋轉(zhuǎn)拉力。如這里所示的端部配重結(jié)構(gòu)提供了使柔性絲探頭5、6解扭曲或散開的可能性，以在安裝之后釋放這種旋轉(zhuǎn)拉力。

也可以用電絕緣材料覆蓋獨(dú)立的端部配重8a、8b，或者根據(jù)情況，其可以完全由非導(dǎo)電材料形成，使得端部配重8a、8b處于彼此電隔離的限定的狀態(tài)。在這種情況下，探頭端反射將具有負(fù)極性。

圖3a-d示出四個示例性端部配重結(jié)構(gòu)的橫截面。圖3a中，第一端部配重8a通常為圓柱形，并且包括具有多邊形內(nèi)部幾何形狀的孔9。在本例中內(nèi)部幾何形狀具體地是五邊形?？?用于接收第二端部配重8b，其外部幾何形狀與孔9的內(nèi)部幾何形狀對應(yīng)，即也是五邊形的形狀。端部配重8a、8b兩者均包括用于插入柔性絲探頭5、6的鉆孔13。圖3b中，第一端部配重8a是具有矩形橫截面的棱柱體。這里，為連接到兩個單獨(dú)的屏蔽絲6的端部配重8b、8c設(shè)置有兩個孔9。圖3c再次示出了具有大致圓形橫截面的第一圓柱形配重8a的橫截面。第一端部配重8a包括用于接收第二端部配重8b的凹部11。在本例中第二端部配重8b以防止橫向移動的方式連結(jié)到第一端部配重8a。當(dāng)?shù)诙瞬颗渲?b位于凹部11中時，其在徑向方向上暴露于容器4中的介質(zhì)或材料3中，因?yàn)樗煌耆坏谝欢瞬颗渲?a包圍。替選于圖3c所示實(shí)施例，在圖3d中，示出了第一端部配重8a的橫截面，其中第一端部配重8a包括用于包圍第二端部配重8b的突出部12。為了實(shí)現(xiàn)端部配重8a、8b、8c的連結(jié)以防止橫向移動的功能性要求，并且使得在所述至少兩個端部配重8a、8b之間保持旋轉(zhuǎn)和/或軸向移動自由度，不需要突出部12沿著第一端部配重8a的整個高度延伸。實(shí)際上，突出部12可以僅是從第一端部配重8a的圓柱形主體環(huán)形突出的同種材料的帶狀物。

參考標(biāo)記列表

1填充水平測量裝置

2填充水平

3液體材料

4容器

5第一柔性絲探頭

6第二柔性絲探頭

7信號發(fā)生器

8a，8b，8c端部配重

9孔/通孔

10開口

11凹部

12突出部

13鉆孔/鉆通孔

14固定螺釘

15卷曲套管

f軸向拉力的方向