CN100414268C - 液位测量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在借助于振荡叉(1)的液位测量中给振荡叉(1)分配一个识别元件(6)，由激励电路激励该振荡叉进行振荡，该激励电路例如作为包括输入放大器(2)、带通滤波器(3)和末级放大器(4)的串联电路建立，该识别元件以编码的形式把振荡叉(1)的基频传送给激励电路(2、3、4)。该识别元件附加地把振荡叉(1)的基频也传送给频率估算电路(5)的调整输入端，其输入端与激励电路(2、3、4)的输入端连接。因此不仅带通滤波器(3)的参数而且频率估算电路的参数(5)最佳置于振荡叉(1)的基频。
Description
技术领域
本发明涉及借助于由激励电路激励振荡的振荡叉的液位测量方法，该振荡叉分配有一个识别元件。
本发明涉及借助于由激励电路激励振荡的振荡叉的液位测量装置，该振荡叉分配有一个识别元件。
例如用于液位测量的振荡叉由于铸造公差和加工公差造成在其谐振频率处具有发散。对该发散进行估算的电子电路必须通过适当措施该频率发散进行匹配。
背景技术
对此在DE 42 32 659中描述了第一种公知技术。在此给该振荡叉分配一个识别元件，其把振荡叉频率的值以编码方式告知传感器线路的频率估算级。频率估算级使其开关点匹配于编码值，使得尽管振荡叉基频不同，但所有传感器具有相同的液位动作高度。
对此在DE 198 24 370 A1中描述了第二种公知技术。在此给该振荡叉分配二个识别元件，其在电子传感器中分别调节基准带通滤波器，该基准带通滤波器代替振荡叉连接在反馈振荡电路。产生的基准频率传输给估算设备，该估算设备使其频率开关点匹配于传输的基准值，使得尽管振荡叉基频不同却始终产生同样的液位动作高度。
这二种方法的缺点是，虽然频率估算级匹配于振荡叉制造公差，可是没有对用于激励振荡叉的反馈振荡器进行匹配。
因此，实际上迄今将包含于反馈振荡器中基波带通滤波器设计成：使其覆盖所有位于已知制造公差范围内的振荡叉的基频。
可是这在显著缩小叉尖齿长度的振荡叉情况下例如仅仅40mm的叉尖齿长度会出现问题。如此短的振荡叉由于其较差的振荡机械特性对反馈振荡器提出较高要求。在基波带通滤波器的宽设计情况下当接通电源时出现叉的起振问题，在窄设计的情况下当振荡叉基频值处于发散范围的上端或下端时叉的振荡频率通过反馈振荡器发生显著畸变，以致强制发生在其谐振频率以外的激励。这引起，视叉的公差值而定的也许阻止输出液位满信号或者空信号。
特别在以具有塑料或搪瓷的防腐底色涂层的振荡叉的情况下以及在用于食品的、具有高度抛光表面的叉的情况下出现所描述的问题。这种叉除了在其基频处的较大发散范围外常常由于涂层过程或者抛光过程在叉尖齿之间有条件地具有非对称质量分布。同样用于高温的振荡叉对反馈振荡器提出较高要求，以便能够以不变的测量特性覆盖全部的温度范围。
发明内容
根据本发明方法的任务是创立一个装置，该装置允许以电子元件补偿已知的机械公差。
根据本发明的第一方面提供了借助于由激励电路激励振荡的机械振荡传感器的液位测量方法，给该机械振荡传感器分配一个识别元件，其中所述激励电路的输出端与一个频率估算电路的输入端相连，其特征在于，可以借助于识别元件以其电路参数影响激励电路，其中将激励电路构成为反馈振荡器，并且具有一个输入放大器、一个带通滤波器和一个末级放大器，以及以编码形式包含了机械振荡传感器基频的识别元件的输出信号被馈送给所述带通滤波器的调整输入端和该频率估算电路的调整输入端。
根据本发明的第二方面提供了借助于由激励电路激励振荡的机械振荡传感器的液位测量装置，给该机械振荡传感器分配一个识别元件，其中激励电路的输出端与频率估算电路的输入端连接，其特征在于，可以借助于识别元件以其电路参数影响激励电路，并且所述激励电路具有一个包括输入放大器、带通滤波器和末级放大器的串联电路，其中所述识别元件的输出信号以编码形式包含了机械振荡传感器的基频，并且所述识别元件的输出信号被馈送给该带通滤波器的调整输入端以及该频率估算电路的调整输入端。
附图说明
下面详细阐述本发明。
图1示出了根据本发明方法的方框图，
图2示出了第一实施形式的电路图，
图3示出了第二实施形式的电路图。
具体实施方案
在图1中描述的方框图以简化的图示指出了一个振荡叉液位传感器。由振荡叉1产生的振荡探测信号7被供给输入放大器2，输入放大器2以其输出端控制带通滤波器3。该带通滤波器3用于，仅仅在基波振荡模式中激励振荡叉1，带通滤波器3抑制表面波振荡的频率。滤波器输出信号9控制末级放大器4，其输出电压10用于振荡叉1的振荡激励。元件1、2、3、4以这种方式表明一个自动振荡的反馈耦合振荡电路。确定频率的元件是振荡叉1，元件2、3、4形成反馈振荡器。
信号10附加地控制频率估算级5。其在输出端11上根据信号10的频率产生空信号、满信号或故障告警。
在空间上给振荡叉分配一个识别元件6。以编码的方式包含振荡叉1的基频独特值。识别元件6可以是模拟元件，例如确定值的电阻或电容器或可以是数字元件，例如二进制编码的开关或半导体存储器。
识别元件6以其连接线12与带通滤波器3连接，并且以下面的方式直接影响该带通滤波器：该识别元件根据其编码值规定带通滤波器的频率响应。按照识别元件6把带通滤波器3的导通特性置于该值，其使振荡叉1最有利地工作在其实际谐振频率上。带通滤波器3不必以这种方式覆盖多个不同的振荡叉，而是以其对各自连接的振荡叉的频率响应优化带通滤波器。
频率估算级5最好同样与同一识别元件6连接并且由此匹配振荡叉1的频率开关阈值。
此外，在技术将带通滤波器3和频率估算级3设计成：借助于同一传输线12接触识别元件6，否则级3和5将相互影响。
图2示出了利用识别元件6的第一实施例。
把识别元件6实施为电阻27，其借助于端子25、26与带通滤波器3和频率估算级5的电路部分连接。电阻27与电阻28一起形成一个处在正电位24和地33之间的分压器。如果电阻27变化，则在点34上不仅电压变化而且阻抗也发生变化。
器件20、21、22、23形成带通滤波器并且示出了带通滤波器3的一部分。要滤波的信号被供给点35，并且在点36上再度截取已滤波的信号。运算放大器21用作阻抗变换器，以便防止后续级对滤波器部分的影响。频率确定的电容器23以其一个接线端37不是象通常一样与电路地连接，而是在点34上与由电阻27确定的频率连接。以这种方式借助于电阻27调节滤波器部分20、21、22、23的频率响应。
点34上的直流电位借助于低通滤波器29、30摆脱了通过电容器23耦合的交流成分并且在由运算放大器32的阻抗变换之后作为由电阻27定义的直流电压38被提供用于频率估算级5的开关点调节。
图3示出了利用识别元件6的第二实施例。
识别元件6作为EEPROM半导体存储器68实施，并且借助于一个微处理器64读出该存储器。器件50、51、52、53形成一个带通滤波器，通过借助于半导体开关58、59、60、61来接通电阻54、55、56、57使得在其频率响应中可以控制该带通滤波器。微处理器64根据EEPROM68的存储内容接通半导体开关58至61。在点63上截取借助于运算放大器62阻抗变换的带通滤波器输出信号。
在微处理器64中实施频率估算级5的功能，其输入端66被供给信号10。在输出端67上存在信号11。微处理器64根据EEPROM68的存储内容计算出频率开关阈值。
根据本发明的方法除了适合于振荡叉外也适合于振荡杆和另外的机械振荡传感器。
除了反馈振荡器的频率响应外也可以借助于识别元件6调节其相位响应和放大系数。以便实现振荡元件1工作在最佳工作点。
除了应用在反馈连接的振荡回路以外，根据本发明的方法也可以用在非反馈耦合的结构中。在这种情况下识别元件6通过适当参数，比如频率和幅度来调节激励振荡元件1的发生器。在断续工作的情况下识别元件6也可以包含关于起振时间和振动衰减时间或者振荡元件1的振荡品质因数的数据，以便保证最佳激励并估算振荡。
识别元件6也可以包含关于振荡元件1的多个振荡模式的数据，以便改善有针对地激励所希望的模式或使传感器能够多模式运行。
识别元件6也可以用于存储关于振动传感器的普通数据，比如涂层、传感器材料、温度范围、传感器长度、过程连接、序号。除了调整激励和估算电路外这些数据也可以用于可视目的，经过场总线系统的输出例如能够准确识别传输监控的传感器类型。由于给机械传感器分配一个识别元件6，所以在电路交换时，机械传感器的所有数据保持不变。识别元件6可以附加地用于传感器调整的冗余存储器。在电路交换时，新电路当然可以自动承担有缺陷的旧电路的调整，这是通过读出在识别元件6中存放的数据实现的。
Claims (12)
1. 借助于由激励电路(2、3、4)激励振荡的机械振荡传感器(1)的液位测量方法，给该机械振荡传感器(1)分配一个识别元件(6)，其中所述激励电路(2、3、4)的输出端与一个频率估算电路(5)的输入端相连，
其特征在于，
可以借助于识别元件(6)以其电路参数影响激励电路(2、3、4)，其中将激励电路(2、3、4)构成为反馈振荡器，并且具有一个输入放大器(2)、一个带通滤波器(3)和一个末级放大器(4)，以及
以编码形式包含了机械振荡传感器(1)基频的识别元件(6)的输出信号被馈送给所述带通滤波器(3)的调整输入端和该频率估算电路的调整输入端。
2. 按照权利要求1的方法，
其特征在于，
末级放大器(4)的输出信号被馈送给频率估算电路(5)的输入端和机械振荡传感器(1)，机械振荡传感器(1)的输出信号被馈送给反馈振荡器的输入放大器(2)的输入端。
3. 按照权利要求1的方法，
其特征在于，
通过识别元件(6)可以影响带通滤波器(3)的导通特性。
4. 按照权利要求1的方法，
其特征在于，
把识别元件(6)实施为电阻(27)。
5. 按照权利要求1至3之一的方法，
其特征在于，
把识别元件(6)实施为存储器(68)，由微处理器(64)读出该存储器(68)。
6. 按照权利要求5的方法，
其特征在于，
微处理器(64)根据存储器(68)的存储内容控制带通滤波器(50、51、52、53)，带通器件(50、51、52、53)是带通滤波器(3)的组成部分，使得：微处理器(64)控制可控开关(58、59、60、61)，多个电阻(54、55、56、57)与所述带通器件(50、51、52、53)中的电容(52)并联。
7. 按照权利要求5的方法，
其特征在于，
所述存储器是EEPROM(68)。
8. 借助于由激励电路(2、3、4)激励振荡的机械振荡传感器(1)的液位测量装置，给该机械振荡传感器分配一个识别元件(6)，其中所述激励电路(2、3、4)的输出端与一个频率估算电路(5)的输入端连接，
其特征在于，
可以借助于识别元件(6)以其电路参数影响激励电路(2、3、4)；并且所述激励电路(2、3、4)具有一个包括输入放大器(2)、带通滤波器(3)和末级放大器(4)的串联电路，其中所述识别元件(6)的输出信号以编码形式包含了机械振荡传感器(1)的基频，并且所述识别元件(6)的输出信号被馈送给该带通滤波器(3)的调整输入端以及该频率估算电路(5)的调整输入端。
9. 按照权利要求8的装置，
其特征在于，
把识别元件(6)实施为电阻(27)，其接线端与带通滤波器(3)连接。
10. 按照权利要求8的装置，
其特征在于，
把识别元件(6)实施为存储器(68)。
11. 按照权利要求10的装置，
其特征在于，
多个电阻(54、55、56、57)可借助于可控开关(58、59、60、61)并联于带通滤波器的电容(52)，微处理器(64)的控制输出端与可控开关(58、59、60、61)的控制输入端连接，微处理器(64)与存储器(68)连接，在该存储器中存储有机械振荡传感器(1)的基频。
12. 按照权利要求10的装置，
其特征在于，
所述存储器是EEPROM(68)。
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