CN102116662A - 用于确定液体加注液位的测量探针 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定液体加注液位的测量探针，包括至少三个互相电绝缘的、在测量探针表面指向外部的电极，其中，该测量探针被构造为实心棒状探针。根据本发明的简单的测量探针能够精确测量至少两个不同加注高度。

Description

用于确定液体加注液位的测量探针
技术领域
本发明涉及一种用于确定液体在容器、特别是瓶或罐中的加注液位的测量探针。
背景技术
当液体被注入容器中时，常在加注量精确时力求达到高加注速度。为使此达到，常常在灌注期间使用测量探针来确定液体的加注液位。
例如在饮料工业中，加注借助测量探针来划分为两个速度报告。首先，以高速度被加注，直至达到预先定义的加注高度。在达到该加注高度之后，加注速度降低，且容器被用较低的加注速度继续加注。当达到预先确定的第二加注高度时，加注结束。
为保持加注时间尽可能少，加注高度必须尽可能精确地被确定。过早地切换到低加注速度会有以下后果，即，要被加注的剩余体积相对较大，且由于切换至较低加注速度，加注的总持续时间升高。过晚地切换到低加注速度，从而使得直到瓶颈处还以高加注速度加注，可能导致惯性后续流出(Nachlauf)增加，且从而导致该瓶加注过满。
由现有技术公知的探针包括两个通过绝缘体分隔开的电极。其中，两个电极中处于上方的那个通常与机器接地(Maschinenmasse)连接，而下方的第二电极具有和上方电极不同的电位。
对于这种测量探针这样确定加注高度(在该加注高度处停止加注)，即，当液体在两个电极之间建立起导电连接时，两个电极之间的通过电流通过评估电子装置确定。
为使前述到较低加注速度的切换得以实现，下方电极的浸入点通过在下方电极和机器接地之间经过所谓产品罩(Produktschirm)的通过电流确定。当产品在容器的加注时因为例如涡旋器的使用在瓶内表面上流入到瓶中时，产品罩出现。
在下方电极和机器接地之间经过产品罩的该通过电流可以被评估电子装置识别。但该通过电流的振幅大大地小于产生于两个电极之间经过液体的通过电流的振幅。
当液体的导电性变化时，该波动能负面地影响下方电极浸入液体的识别。这可导致，要么过早，要么过晚地转换至低加注速度，这会导致较长的加注持续时间或容器被加注过满。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种简单的测量探针，该测量探针使至少两个不同加注高度的精确测量成为可能。该任务可通过一种依据权利要求1的测量探针得到解决。
依据本发明的用于确定液体在容器中、特别是在瓶或罐中的加注液位的测量探针，包括至少三个互相电绝缘的、在测量探针的表面指向外部的电极，其中，该测量探针被构造为实心棒状探针。
通过三个电极的设置，第一加注液位可通过在第一对电极之间的通过电流确定，且第二加注液位可通过在第二对电极之间的通过电流确定。因为与在电极和机器接地之间经过产品罩的通过电流相比，在测量探针的每两个电极之间的通过电流可被更好地确定，所以，该测量探针容许精确确定至少两个加注高度。
例如该测量探针可在液体注入容器中(例如瓶或罐中)时使用。然后，可将第一或第二加注液位的达到配属给加注的切换时间点或切断时间点。由此，能够达到优化的注入过程。
在这种关系中实心表示该棒状探针不是空心或管状的。
测量探针可以在某个方向具有较大的线性伸展，相较在垂直于该某个方向的方向的线性伸展来说。测量探针在此具有最大的线性伸展的方向可被称为测量探针的纵向或纵轴。
测量探针原则上可被构造为不同的几何形状。例如该测量探针可被构造为圆柱形的、圆锥形的或者部分圆柱和部分圆锥形的。
指向外部的电极可被构造为与测量探针的表面齐平，或在测量探针表面上的凸起或凹陷。
该指向外部的电极特别地可包括在表面暴露的电极表面。由此，其加注液位应被确定的液体能非间接地或者说直接地接触到电极。
该指向外部的电极特别地可被设置在电极的外侧面区域中。然后，与外部元件的导电接触可通过测量探针的顶盖面建立，例如与外部电源的导电接触。
该优选的由不锈钢制造的电极可通过以电绝缘材料构成的绝缘层互相分隔开。优选地，该绝缘层由不导电的、耐化学腐蚀的合成材料制成，例如Halar(聚三氟氯乙烯)或PEEK(聚醚醚酮)。该材料选择导致了高机械强度以及对于侵入性的清洁或消毒剂的杰出的抵抗力，如其被用于注入实践。
至少一个该电极和/或至少一个该绝缘层可借助薄膜技术被施加到测量探针上。例如，至少一个该电极和/或至少一个该绝缘层可借助物理或化学的汽相沉积被施加到测量探针上。
至少两个该电极可部分地设置在测量探针内部，其中特别地，该最少两个电极在测量探针纵轴方向上在内部的伸展大于其在表面的伸展。
该至少两个电极的内部部分可在测量探针的上部具有暴露的、指向外部的表面。在这种情况下，可从外部将预定的电位供应到电极上。
在测量探针的运行中，至少两个该电极可具有相互不同的电位。特别地，所有电极可以具有相互不同的电位。特别地，一个该电极可被连接在机器接地上。
该电极可在测量探针表面沿测量探针纵轴被相互间隔开地设置。通过电极在表面上的间距，可测加注高度之间的差异能够被确定。
此外，本发明还提供了一种用于确定液体在容器中、特别是瓶或罐中的加注液位的装置，该装置包括上述测量探针和用于确定在测量探针的两个电极之间的通过电流的评估元件。
此外，该装置还包括用于将测量探针，尤其是测量探针的电极，与评估元件和/或外部电源连接的连接元件。
该评估元件可特别地包括两个输入端，在测量探针的每对电极之间的通过电流可通过该输入端被确定。
换句话说，评估元件可被以如下方式配置，即，它能确定在测量探针的每两个电极之间的电流。特别地，该评估元件可被以如下方式配置，即，它能确定在测量探针的第一对电极之间的和在测量探针的第二对电极之间的电流。
测量探针可具有一个或多个上面列举的特征。
该装置可特别地包括外部电源，该电源特别地以如下方式构造，即，在至少两个该电极上供应相互不同的电压。
此外，本发明还提供用于确定液体在容器中、特别是瓶或罐中的加注液位的方法，该方法包括以下步骤：提供上述装置；确定加注高度，包括确定在所提供的测量探针的第一和第二电极之间的通过电流。
此外，本发明还提供用于将液体注入容器、特别是瓶或罐中的方法，其中，包括上述装置的注入设备被提供，包括以下步骤：以第一加注速度灌注容器；确定第一加注高度，包括确定在所提供的测量探针的第一和第二电极之间的通过电流；当达到第一加注高度时，将加注速度改变为第二加注速度；确定第二加注高度，包括确定在所提供的测量探针的第二和第三电极之间的通过电流；以及当达到第二加注高度时，停止容器的灌注。
通过第一和第二加注高度由所提供的测量探针的精确确定，该方法使液体的精确的注入成为可能。
特别地，第二加注速度可低于第一加注速度。
特别地，上述方法的步骤可按给出的顺序实施，也就是连续的步骤实施。
此外，上述用于确定液体在容器中的加注液位的方法和/或上述用于将液体注入到容器中的方法可包括以高频交变信号加载或控制该测量探针。通过这种信号的使用，电极上的离子沉积可被避免或至少被降低。因此电解效应和由此伴随的测量恶化可被避免或至少被降低。
在此特别是将高频交变信号理解为具有高于1000Hz的频率的交流电压信号。例如，该高频交变信号可包括正弦信号或该高频交变信号是正弦信号。换句话说，该交变信号可以是正弦式的。该交变信号的频率可以在1000Hz和1500Hz之间，特别是1250Hz。
该高频交变信号的振幅可依赖于交变信号的传导性地被选择，特别是自动适配。例如该振幅可处于200mV至1000mV的范围内。
该高频交变信号可借助电子模块供应到测量探针上。特别地，该电子模块具有至少两个或至少三个输出端，高频交变信号可通过该输出端供应到测量探针上。在三个输出端的情况下，每个输出端可分别与测量探针的一个，特别是不同的电极连接。该输出端中的一个，特别是那个在测量探针运行中与测量探针的最上方电极连接的输出端可以接地。然后，该交变信号可通过另两个输出端供应到测量探针上。
可选的，可以仅电子模块的两个输出端与测量探针连接。在这种情况下，一个输出端和与其连接的测量探针电极可以接地，而该高频交变信号通过第二个输出端被供应到测量探针的另一与该第二个输出端连接的电极上。在这种情况下，测量探针的第三电极可通过电的电阻线路与第一和第二输出部连接。可选的，测量探针的第三电极仅与电子模块的接地的输出部连接，特别地，其中，该电极通过至少一个电阻与输出部连接。
电阻线路或该至少一个电阻可适配于注入液体的导电性。例如这可通过期望的液体导电性的参数化产生。
上述用于确定液体在容器中的加注液位的装置可特别地包括此类用于高频交变信号供应到测量探针上的电子模块。
此外，本发明提供用于将液体注入容器、特别是瓶或罐中的注入装置，该注入装置包括上述测量探针。
附图说明
以下参照示例性附图来解释其它特征和优点。其中：
图1示出示例性的测量探针的截面；
图2示出示例性的测量探针在液体注入容器时的图解；
图3示出用于在使用示例性的测量探针情况下将液体注入容器的示例性的系统；
图4至图6示出用于给测量探针加载高频交变信号的示例性的布线变动方案。
具体实施方式
图1示出示例性的测量探针100，该测量探针包括：第一电极101、第二电极102和第三电极103。这三个电极101、102、103通过绝缘层104互相电隔离。
示例性的测量探针100是圆柱形的实心棒状探针。图1示出沿测量探针100纵轴的截面。
第一电极101和第二电极102被部分地设置在测量探针100内部。这意味着，至少一个绝缘层104处在第一电极101或第二电极102的一部分和测量探针100的表面之间。沿该测量电极的纵轴，第一电极101和第二电极102在内部比在测量探针表面具有更大的线性伸展。
沿测量探针的纵轴，电极101、102、103在测量探针的表面被相互间隔开地设置。特别地，该三个电极101、102、103中的每个电极包括暴露的、指向外部的面。这些面沿着测量探针100的纵轴被相互间隔开地设置。
电极101、102、103被用不锈钢1.4404制造，且由固体材料被车削而成。位于末端的电极101也可由与金属线相应的材料制成，方法是将该金属线下端压入阴模，由此它获得适合的倒圆的形状。其次，用于电极102、103的简单制造方法是，将小不锈钢片弯曲成相应成型管件，其中，该管件也可被相应地镦锻或者压入模子，以配合于绝缘层的几何形状。
绝缘层104分别由Halar圆棒铣削而成。它被压入预制的电极。同样可行的是，单个构件被互相粘合，其中需留意的是，测量探针100的表面被平滑地构造，且在构件之间没有间隙保持开放，该间隙给表面的可清洁性造成困难。同样可行的是，绝缘层104由可热成型的合成材料直接浇铸或喷铸在预制的电极101、102、103之间。
垂直于探针纵轴，测量探针100具有小于被灌注的容器的通口的直径。例如，为确定在具有28mm通口的瓶中的加注水位，测量探针100具有最大为7mm的直径。由此，测量探针100相对于机械影响稳定且不敏感，并相反能被非常简单地制造。
图2图解了使用示例性的测量探针200用于在向瓶中注入液体时确定液体在瓶中的加注液位。此外，示例性的测量探针200与加注元件连接，且至少部分地被置入待加注的瓶中。该液体在使用旋流器情况下在瓶内表面上被导入瓶中。其中，在瓶内表面上存在所谓的产品罩205。
当液体水位达到第一电极201时，可产生经产品罩205至机器接地的通过电流。该通过电流可原则上被评估电子装置识别和处理。由此，测量探针200到液体中的浸入点可被确定。
当上升的液体水位达到第二电极202时，产生在第一电极201和第二电极202之间的通过电流。该通过电流可在评估元件的输入端被确定。其中，该通过电流大大地大于经过产品罩205实现的通过电流。因此，在液体导电性变化时该通过电流也可精确地被识别。因此，第一加注高度的精确确定是可行的。为达到尽可能精确地加注瓶，可在达到第一加注高度时降低加注速度。
当液体的水位达到第三电极203时，另一通过电流在第一或第二电极(201或202)和第三电极203之间产生，该通过电流可在评估电子装置的另一个输入端上被确定。一旦该通过电流被确定，瓶子可被停止灌注。由此，注入停止发生在较低的第二加注速度下，预期的惯性后续流出小于当以较高的第一加注速度加注至达到第二电极202处时的惯性后续流出。
通过示例性的测量探针200的使用，不仅在第一和第二加注速度之间的切换点，而且停止加注的停止点均可被精确地确定。因而瓶子可被更精确且更有效率地加注。
为了对通过在两个电极之间的通过电流进行加注高度确定相比较于通过流经产品罩的通过电流进行确定的精确度进行比较而实施下列试验。
加注试验利用瓶和加注元件来实施。两个分别具有十五次测量的测量序列被按顺序完成。对于第一测量序列，注入的切断点根据通过两个电极的完全短接来识别(与依据本发明的测量探针的切换点相符)。对于第二测量序列，切断点通过流经产品罩的通过电流来识别(与公知的双电位探针的切换点相符)。在每次加注后头部空间被测量，头部空间即瓶的在加注后空着的，也就是无液体的部分容积。下表示出该测量的结果：
Figure BSA00000400949600101
对于短接切断(依据本发明的测量探针)，产生大约0.74mm的头部空间的标准差。这相应于计算的最大公差范围+/-2.22mm。
通过半连续测量的切断，也就是通过流经产品罩的通过电流的切断，达到标准差1.20mm。这相应于最大公差范围+/-3.6mm。
可以获知的是，在短接测量中，关于加注液位识别精确度方面产生了大约为38％的优化。
在使用示例性的测量探针200将液体注入容器中时，可注意下列参数。
测量探针200的灵敏性可与注入液体导电性相应地被调节。这可像如下一样实施：
示例性的瓶被以注入液体灌注至期望的加注高度，且然后置入加注元件。然后，灵敏性的数值被这样调节，即，返回的(zurückgeliefert)探针值处于240和250个单位之间。该探针值通常以无单位且标准化至0到255的数值范围的方式被返回。开关界限，也就是返回的探针值(在该返回的探针值时发生第一和第二加注速度之间的切换)以及返回的探针值(在该返回的探针值时发生加注切断)，也能由用于调整灵敏性的返回的探针值确定。此外，在相同的探针阻尼时，灵敏性也会改变，从而由此当前紧接着的(anliegend)探针值改变。为保证正确的切断或切换，或许必须对开关界限进行适配。
另一个在使用测量探针进行注入时可被注意的参数是，从快速加注到缓慢加注的切换点的识别之后的切换延迟。该参数给出在确定第一加注高度后直到实际上从第一加注速度切换至第二加注速度的延迟时间。
相应的参数给出从识别第二加注高度后直到实际上切断加注的延迟时间。
直接在加注开始时在产品罩205形成期间，液体可直接在测量探针200上沿其流动且使其短接。用于评估电子装置延迟接通的接通延迟可防止，在此时间范围内确定的通过电流被等同于加注高度的达到。
图3示出了可用于向容器(特别是瓶或罐)中注入液体的示例性的注入设备。在这类示例性的注入设备中，注入元件可以包括上述测量探针。
特别地，图3示出了瓶入口部306，瓶分配星形部307和冲洗机入口星形部308，通过该冲洗机入口星形部，示例性的瓶可被引入冲洗机309用于冲洗瓶子。通过冲洗机出口星形部310和传输星形部311，示例性的瓶被带至加注机入口星形部312中，通过该加注机入口星形部示例性的瓶被带入加注机313中用于灌注液体。通过加注机出口星形部314、封口机315和封口机出口星形部/下降星形部316，被加注和封口的瓶子被引至传送带317。
为封口机315设置瓶盖输入机318和“拾取并放置轮”319。为保护该设备，设有机器保护及净化室壁320。可选的隔板321能将瓶入口部306从冲洗机309中分隔开。通过门322，可以使得加注设施能让例如操作人员进入。在封口机出口星形部/下降星形部316的区域内可设有可选的出口隔离室323。
被设置在加注机313的区域324内的示例性的瓶被压入加注元件。在区域325内发生预载，即该瓶直接在被灌注之前被压力加载。在区域326内发生该瓶以第一加注速度的被灌注，直到在上述测量探针的使用下第一加注高度被确定。在下一个区段327中，示例性的瓶以特别是小于第一加注速度的第二加注速度被加注。达到第二加注高度之后，灌注停止，且在加注机313的区域328中的瓶平静下来并卸载，并在区域329中下降并被传送至加注机出口星形部314。
高频交变信号可被供应到测量探针上。由此在电极上的离子沉积可被避免或至少降低。该高频交变信号可例如是1250Hz的正弦信号。交变信号的振幅可依赖于交变信号的传导性地被选择，特别是自动适配。例如，该振幅可处于200mV至1000mV的范围内。
图4示出用于将高频交变信号提供到测量探针400上的第一布线变动方案。为此电子模块430设有三个输出端431、432和433。每个输出端与测量探针400的另一个电极401、402或403连接。在这个例子中，第一输出端431接地。这个输出端与运行中位于最上方的电极403连接。
另两个输出端432和433被用于使高频交变信号供应到电极402或401上。其中，输出端432和433可特别是同时地，被加载两个电压高度不同的交变信号，从而使通过电流在着电极401和402之间的阻尼时被识别。
图5示出用于将高频交变信号供应到测量探针500上的第二布线变动方案。为此电子模块530设有两个与测量探针500的两个不同电极503或501直接连接的输出端531和532。输出端531和532通过电阻线路534与测量探针500的第三电极502连接。其中，输出端531接地。
图6示出用于将高频交变信号供应到测量探针600上的第三布线变动方案。这种布线变动方案基本与图5中的第二布线变动方案相符。其中，输出端631再次接地。但在此实例中，仅第一输出端631通过电阻635与电极602连接。与此相对的，第二输出端632不与电极602连接。
不言而喻的，在前述实施例中列出的特征不限于这些具体的组合上，也可处于任意其他组合中。

Claims (13)

1.用于确定液体在容器中、特别是在瓶或罐中的加注液位的测量探针(100；200)，包括：至少三个互相电绝缘的、在所述测量探针(100；200)的表面指向外部的电极(101；102；103；201；202；203)，其中，所述测量探针(100；200)被构造为实心棒状探针。
2.按照权利要求1所述的测量探针(100；200)，其中，所述电极(101；102；103；201；202；203)通过由电绝缘材料构成的绝缘层(104；204)互相分隔开。
3.按照前述权利要求之一所述的测量探针(100；200)，其中，至少一个所述电极(101；102；103；201；202；203)和/或至少一个所述绝缘层(104；204)借助薄膜技术被施加到所述测量探针(100；200)上。
4.按照前述权利要求之一所述的测量探针(100；200)，其中，至少两个所述电极(101；102；201；202)部分地被设置在所述测量探针(100；200)的内部，其中特别地，至少两个所述电极(101；102；201；202)在所述测量电极(100；200)的纵轴方向上在所述内部的伸展大于在所述表面的。
5.按照前述权利要求之一所述的测量探针(100；200)，其中，所述电极(101；102；103；201；202；203)在所述测量探针(100；200)的表面沿着所述测量探针(100；200)的纵轴相互间隔开地被设置。
6.用于确定液体在容器中、特别是在瓶或罐中的加注液位的装置，包括：
按照前述权利要求之一所述的测量探针(100；200)；
用于确定在所述测量探针(100；200)的两个所述电极(101；102；103；201；202；203)之间的通过电流的评估元件。
7.按照权利要求6所述的装置，其中，所述评估元件被以如下方式配置，即，所述评估元件能确定所述测量探针(100；200)的每两个所述电极(101；102；103；201；202；203)之间的电流。
8.用于将液体注入容器、特别是瓶或罐中的方法，其中，提供包括按照权利要求6或7所述的装置的注入设备，所述方法包括以下步骤：
以第一加注速度灌注所述容器；
确定第一加注高度，包括确定在所提供的所述测量探针(100；200)的第一电极和第二电极(101；102；103；201；202；203)之间的通过电流；
在达到所述第一加注高度时，所述加注速度改变为第二加注速度；
确定第二加注高度，包括确定在所提供的所述测量探针(100；200)的第二电极和第三电极(101；102；103；201；202；203)之间的通过电流；以及
在达到所述第二加注高度时，停止所述容器的灌注。
9.按照权利要求8所述的方法，其中，所述测量探针(100；200)的至少两个所述电极(101；102；103；201；202；203)具有互相不同的电位。
10.按照权利要求8或者9所述的方法，此外包括所述测量探针以高频交变信号加载和控制。
11.按照权利要求10所述的方法，其中，所述高频交变信号是正弦式的。
12.按照权利要求8至11之一所述的方法，其中，所述高频交变信号具有处于1000Hz和1500Hz之间的频率，特别是1250Hz。
13.按照权利要求8至12之一所述的方法，其中，所述高频交变信号的振幅依赖于所述交变信号的传导性地被选择，特别是自动适配。
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