CN102197289A - 料位测量仪 - Google Patents

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Abstract

介绍了一种用于对容器(1)内的填装物料进行电容式料位测量和/或者按照渡越时间原理进行料位测量的料位测量仪，该料位测量仪具有同轴的测量探头，该测量探头的内导体(3)相对于该测量探头的屏蔽导体(5)电绝缘，并且该测量探头的屏蔽导体(5)在电学上处于基准电位，该料位测量仪具有：在电学上处于基准电位的固定装置(7)，用以将测量仪固定在装备有与固定装置(7)相应的对应件(9)的容器开口(11)上；在测量操作中夹紧在固定装置(7)与对应件(9)之间的由导电材料制成的环形盘片(13)；完全由绝缘层(15)包围的内导体(3)，内导体(3)在测量操作中穿过环形盘片(13)引入容器(1)中；与绝缘层(15)连接且同轴地包围内导体(3)的绝缘体(17)，其具有呈环形盘片形且夹紧在固定装置(7)与环形盘片(13)之间的部段(19)；屏蔽导体(5)，其同轴地包围内导体(3)并且与环形盘片(13)机械地且导电地连接；以及至少一个在环形盘片(13)内在环形盘片(13)的由绝缘体(17)覆盖的区域外部被固定在弹簧元件(25)上的电接触元件(23)，通过电接触元件(23)，屏蔽导体(5)经由接触元件(23)和环形盘片(13)与固定装置(7)导电连接。

Description

料位测量仪
技术领域
本发明涉及一种料位测量仪，用于测量处于容器内的填装物料的料位，该料位测量仪具有完全绝缘的、插入容器内的测量探头。
背景技术
这种类型的料位测量仪在工业测量技术的广泛领域中用于对处于容器内的填装物料进行料位测量。
公知两种不同的测量原理，这些测量原理使得可以借助插入容器内的测量探头来测量料位内的填装物料。
第一种测量原理基于渡越时间测量。在此，料位测量仪产生电磁信号，该电磁信号沿在这种情况下作为波导使用的测量探头发射到容器内。这些电磁信号的一部分在填装物料的填装物料表面上反射，并在依赖于料位的渡越时间后重新接收该信号的回波信号。料位测量仪确定信号发射与通过填装物料表面上的反射产生的回波信号接收之间经过的渡越时间。渡越时间的确定借助公知的渡越时间测量法进行。在与所引导的电磁信号的结合下，例如使用时域反射计量法(Time Domain Reflection)。在此，例如按照所引导的微波方法，沿Sommerfeld波导、  Goubausch波导或者同轴波导来发射高频脉冲。如果该电磁信号碰到容器内的填装物料表面，那么至少一部分信号由于该介质边界上存在的阻抗跃变而被反射回来。所接收的作为时间函数的信号振幅表现为回波信号。该回波信号的每个数值相应于在发射元件和接收元件的确定间距内反射的回波的振幅。回波信号具有特征最大值，该特征最大值相应于电磁信号的各自在填装物料表面上反射的部分。由电磁信号的发射与最大值的接收之间的时差而测定所想要的渡越时间。
借助测量系统的结构尺寸，特别是料位测量仪与容器相关的装配高度和电磁信号在处于上部填装物料上方的介质(例如空气)内的传播速度，由渡越时间而得出容器内填装物料的填充高度，并且进而得出容器内的存在料位。
第二种测量原理以电容测量为基础。在这种情况下，测量探头作为电容式探头或电极使用。测量探头插入容器内，并且测量由探头和包围该探头的容器壁所形成的电容器的电容。所测量的电容相应于由空容器的基本电容、填装物料的填装物料单位电容增加系数与其填充高度乘积组成的总和。
公知用于测量容器内所含填装物料料位的传统的料位测量仪，其中，渡越时间测量原理与电容式测量原理组合在一个测量仪内。对此的示例是在申请人的DE 100 37 715 A1中所介绍的用于测量容器内唯一含有的填装物料料位的装置。该装置包括探头，探头可以有选择地作为传统电容式料位测量仪的电容式探头运行，也可以作为按照渡越时间原理工作的传统料位测量仪的波导运行。
DE-A1 195 10 484介绍了另一个示例。该申请介绍了一种按照渡越时间原理工作的具有波导的料位测量仪，其中，在波导内设置有作为电容式探头使用的金属内导体。
优选的是，将所谓的同轴探头作为测量探头，既用于电容式料位测量，也用于按照渡越时间原理的料位测量。该测量探头包括内导体和同轴地包围该内导体的屏蔽导体。同轴探头提供的优点是，利用该探头实施的测量完全不依赖于测量探头在容器内的装配情况地进行。特别是容器的形状和电特性对测量不再有任何影响。同时通过屏蔽导体达到信号质量的最大值。由此，外部干扰和损耗功率的影响得到明显减少。
为可以将这种同轴探头用于电容式料位测量和/或者按照上述渡越时间原理的料位测量，必定需要的是，内导体相对于屏蔽导体电绝缘。也就是说，即便在填充有导电填装物料的容器内加以使用的情况下，在内导体与屏蔽导体之间不发生导电连接。这种导电连接会导致短路，短路使得既不能进行电容式料位测量，也不能按照渡越时间原理进行料位测量。
同时，必须保证的是，屏蔽导体在电学上处于基准电位，优选处于接地上。基准电位为电容式料位测量形成了电容测量与其对照进行的参照电位。如果屏蔽导体未处于该参照电位上，则会通过容器内的内导体和屏蔽导体在电容式料位测量的范围内形成隔离电容(isolierte
Figure BPA00001350794900031
)，该隔离电容特别是在必须采取特殊防爆措施的应用时，出于安全原因是不允许的。
在按照渡越时间原理的料位测量时，屏蔽导体优选也处于基准电位上，优选处于接地上。如果未给出这种情况，那么在将电磁信号耦合到同轴探头内的区域内存在阻抗跃变，阻抗跃变导致在该区域内电磁信号的很强的输入反射。这种不希望的输入反射导致损耗功率明显增加。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种具有同轴测量探头的料位测量仪，其中，测量探头的内导体相对于屏蔽导体电绝缘，并且屏蔽导体处于基准电位上。
为此，本发明在于一种用于对容器内填装物料进行电容式料位测量和/或者按照渡越时间原理进行料位测量的料位测量仪，具有：
-在电学上处于基准电位上的固定装置，用于将测量仪固定在装备有与固定装置相应的对应件的容器开口上，
-在测量操作中夹紧在固定装置与对应件之间的、由导电材料制成的环形盘片，
-完全由绝缘层包围的内导体，该内导体在测量操作中引导穿过环形盘片引入到容器中去，
-连接到绝缘层上的、同轴地包围内导体的绝缘体，
--该绝缘体具有呈环形盘片形的、夹紧在固定装置与环形盘片之间的部段，
-屏蔽导体，该屏蔽导体同轴地包围内导体，并与环形盘片机械和导电连接，以及
-至少一个在环形盘片内在环形盘片的由绝缘体覆盖的区域外部被固定在弹簧元件上的电接触元件，通过该电接触元件，屏蔽导体经由接触元件和环形盘片与固定装置导电连接。
依据一种优选的改进方案，绝缘体具有由呈环形盘片形的夹紧在固定装置与环形盘片之间的部段在端侧围成的空心圆柱形部段，该空心圆柱形部段在其面向固定装置的侧上在端侧完全填满内导体与环形盘片之间的空心圆柱形空腔。
依据另一种改进方案，绝缘体具有呈锥形地在背离固定装置的方向上变细至绝缘内导体外直径的部段。
依据另一种改进方案，弹簧元件分别布置在设置于环形盘片内的盲孔内，以及各弹簧元件将所属的接触元件在装配状态下压向固定装置。
依据一种优选的构造方案，接触元件是固定在各弹簧元件上的金属球。
依据另一种优选的构造方案，固定装置是接地的。
依据另一种构造方案，绝缘体由聚四氟乙烯(PTFE)组成。
依据另一种改进方案，屏蔽导体被拧合到装入环形盘片内的导电连接件上，该连接件特别是被齐平地拧入环形盘片内。
依据本发明的料位测量仪具有的优点是，该料位测量仪既适用于电容式料位测量，也适用于按照渡越时间原理的料位测量。
依据本发明的料位测量仪的另一个优点在于，该料位测量仪可以在很宽的温度范围内使用，这是因为通过弹簧元件在下述情况下也存在屏蔽导体可靠的导电连接，所述情况即为：当环形盘片与固定装置之间的间距由于绝缘体的热膨胀而变化时。
附图说明
在这里，借助示出对实施例加以表达的附图对本发明及其优点进行详细阐释；相同的部件在附图中设有相同的附图符号。
图1示出依据本发明的料位测量仪的部分剖切的视图；
图2示出图1的绝缘体；以及
图3示出在环形盘片内的盲孔中被固定在弹簧元件上的接触元件。
具体实施方式
图1示出依据本发明的料位测量仪的部分剖切的视图。该料位测量仪用于对容器1内的填装物料进行电容式料位测量和/或者按照渡越时间原理进行料位测量。为此，料位测量仪具有同轴测量探头，该测量探头包括内导体3和同轴地包围内导体3的屏蔽导体5。
料位测量仪具有固定装置7，利用固定装置7可以将测量仪装配在装备有与固定装置7相应的对应件9的容器开口11上。在所示的实施例中，固定装置7是法兰，并且对应件9是相应成型的对应法兰。不言而喻，在这里也可以使用专业人员公知的其他固定装置及其相应的对应件。在装配状态下，同轴的测量探头被引入容器1中去，而填装物料则进入屏蔽导体5与内导体3之间的、由屏蔽导体5围成的内部空间，直至与当前料位相应的填充高度。为有助于使填充物料流进入内部空间和从内部空间出来，屏蔽导体5具有以其长度上分布的方式布置的开口，填装物料可以通过该开口流入。作为选择或者补充，屏蔽导体5具有在装配状态下处于最高允许料位上方的排气口。
在与电容式料位测量的结合下，内导体3作为电极使用，并且屏蔽导体5作为对电极使用。电极和对电极形成电容器，该电容器的电容依赖于屏蔽导体5与内导体3之间的、由屏蔽导体5围成的内部空间内填装物料的填充高度。料位在这种情况下借助测量该电容来确定。
在与按照渡越时间原理的料位测量结合下，内导体3作为波导使用，沿内导体3将电磁信号发射到容器内，并在依赖于料位的渡越时间后，重新接收该电磁信号的在处于由屏蔽导体5围成的内部空间内填装物料的填装物料表面上被反射回来的回波信号。测量所属的信号渡越时间并借助信号渡越时间和电磁信号沿波导的传播速度来确定料位。在这种情况下，屏蔽导体5作为相对于环境的屏蔽部使用，并产生保持相同的测量条件。作为另选，内导体3和屏蔽导体5可以共同作为同轴导体使用，在该同轴导体中，相应地引导电磁信号。屏蔽导体5在两种情况下产生在同轴测量探头的总长度上恒定的阻抗。由此，取得高信号质量并将功率损耗保持在极其微小的程度上。
依据本发明，料位测量仪包括在装配状态下夹紧在固定装置7与对应件9之间的由导电材料(优选为金属)组成的环形盘片13。内导体3完全由绝缘层15包围，并且穿过环形盘片13引入容器1中去。将绝缘体17装入环形盘片13中，绝缘体17同轴地包围内导体3的处于环形盘片13内的分段，并且直接与其绝缘层15连接。绝缘层15和绝缘体17由绝缘材料例如聚四氟乙烯(PTFE)组成。图2以细节示出绝缘体17实施例。绝缘体17在端侧具有呈环形盘片形的在径向上向外延伸的部段19，该部段19在装配状态下夹紧在固定装置7与环形盘片13之间。
屏蔽导体5由导电材料，优选由金属组成，并且与同样导电的环形盘片13机械地并且导电地连接。为此，环形盘片13和屏蔽导体5单件式地构成。但出于加工技术的原因一般具有优点的是，使用通过两个相互连接的分开的部件。在图1所示的实施例中，为此设置有由导电材料，优选由金属构成的、基本上呈空心圆柱形的连接件21，在环形盘片13与屏蔽导体5之间通过该连接件进行机械的和导电的连接。为此，连接件21拧入环形盘片13内，并且在其面向固定装置7的侧上与环形盘片13齐平地收尾。连接件21的相对置的端部从环形盘片13向容器1的方向伸出，并且具有螺纹，配备有相应的对应螺纹的屏蔽导体5被拧到该螺纹上。因为无论是环形盘片13还是连接件21和屏蔽导体5均由导电材料制成，所以这种机械连接同时也产生所希望的导电连接。环形盘片13和连接件21当然也可以单件式地构成。
依据本发明设置有至少一个接触元件23，该接触元件23在固定装置9与环形盘片13之间产生导电连接。固定装置9与预先规定的基准电位连接，优选接地。这一点在工业测量技术中是标准。测量仪外壳及其固定装置通常是接地的。相应地，与环形盘片13相应导电连接的屏蔽导体5通过接触元件23同样处于该基准电位上。接触元件23在环形盘片13的外边缘上设置在环形盘片13的由绝缘体17覆盖的区域的外部。在所示的实施例中，接触元件23设置在环形盘片13的由绝缘体17的环形盘片形部段19覆盖的区域外部。原则上唯一的接触元件23对于制造导电接触是足够的。但优选使用三个或者四个接触元件23，它们以均匀地分布在环形盘片13的外边缘之上的方式来布置。接触元件23各自固定在弹簧元件25上，该弹簧元件25将各接触元件23压向固定装置7。
为此，弹簧元件25分别如图3详细示出的那样，被装入在环形盘片13内为容纳弹簧元件25而设置的盲孔27内。接触元件23在所示的实施例中是固定在各弹簧元件25上的金属球。
使用弹簧元件25的优点是，由此即便在料位测量仪承受变换的环境温度情况下，仍保证可靠的导电接触。变换的环境温度导致绝缘体17夹紧在固定装置7与环形盘片13之间的环形盘片形部段19的厚度发生波动，这种波动通过弹簧元件25来接受。因此，弹簧元件25保证了如下可靠的电接触，通过该电接触，屏蔽导体5经由环形盘片13和接触元件23与固定装置7导电连接。
同时，通过绝缘体17与围绕内导体3的绝缘层15共同产生对内导体3的可靠绝缘，通过绝缘体17，内导体3相对于处于基准电位上的部件一屏蔽导体5、环形盘片13、配合件21和固定装置7是完全电绝缘的。这种绝缘在测量仪的与同轴测量探头连接的连接件29内通过那里相应使用的其他绝缘器31而得以延续。
绝缘体17优选具有由呈环形盘片形的夹紧在固定装置7与环形盘片13之间的部段19在端侧围成的空心圆柱形部段33，该空心圆柱形部段33在其面向固定装置7的侧上在端侧完全填满内导体3与环形盘片13之间的空心圆柱形空腔。该部段33除了绝缘外还使绝缘体17在环形盘片13内配合精确地定中心以及附加进行机械固定。如果将图1中所示的配合件21装入环形盘片13内，那么该部段33自然在其面向固定装置7的侧上在端侧完全填满内导体3与配合件21之间相应的空心圆柱形空腔。
绝缘体17优选具有呈锥形在背离固定装置7的方向上变细至绝缘内导体3外直径的部段35，部段35的最大直径优选等于环形盘片13、配合件21或屏蔽导体5的内直径。该锥形部段35一方面提供的优点是，进入该区域内的填装物料可以很容易地向下流入容器1内。另一方面，该锥形部段35在按照渡越时间原理的料位测量方面提供了对于电磁信号连续的传送部，其中，沿同轴测量探头的阻抗在该插入区域内仅缓慢地并且主要是连续地并且非跃变式地变化。
在环形盘片13与对应件9之间优选设置有过程密封件37。因为屏蔽导体5的导电连接在环形盘片13和处于基准电位上的固定装置7之上延伸，所以在该部位上，在容器1或其对应件9与屏蔽导体5之间不需要导电连接。
附图标记
1     容器
3     内导体
5     屏蔽导体
7     固定装置
9     对应件
11    容器开口
13    环形盘片
15    绝缘层
17    绝缘体
19    绝缘体的环形盘片形部段
21    连接件
23    接触元件
25    弹簧元件
27    盲孔
29    连接件
31    其他绝缘器
33    绝缘体的空心圆柱形部段
35    绝缘体的锥形部段
37    过程密封件

Claims (9)

1.料位测量仪，用于对容器(1)内的填装物料进行电容式料位测量和/或者按照渡越时间原理进行料位测量，所述料位测量仪具有：
-在电学上处于基准电位的固定装置(7)，用于将所述测量仪固定在装备有与所述固定装置(7)相应的对应件(9)的容器开口(11)上；
-由导电材料制成的环形盘片(13)，其在测量操作中夹紧在所述固定装置(7)与所述对应件(9)之间；
-完全由绝缘层(15)包围的内导体(3)，其在测量操作中穿过所述环形盘片(13)引入所述容器(1)中；
-绝缘体(17)，其与所述绝缘层(15)连接且同轴地包围所述内导体(3)，
--所述绝缘体(17)具有呈环形盘片形且夹紧在所述固定装置(7)与所述环形盘片(13)之间的部段(19)；
-屏蔽导体(5)，其同轴地包围所述内导体(3)并与所述环形盘片(13)机械地且导电地连接；以及
-至少一个电接触元件(23)，其在所述环形盘片(13)内在所述环形盘片(13)的由所述绝缘体(17)覆盖的区域外部被固定在弹簧元件(25)上，通过该电接触元件(23)，所述屏蔽导体(5)经由所述电接触元件(23)和所述环形盘片(13)导电地连接至所述固定装置(7)。
2.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，绝缘体(17)具有由夹紧在固定装置(7)与环形盘片(13)之间的环形盘片形部段(19)在端侧围成的空心圆柱形部段(33)，该空心圆柱形部段(33)在所述空心圆柱形部段(33)的面向所述固定装置(7)的侧上在端侧完全填满所述内导体(3)与所述环形盘片(13)之间的空心圆柱形空腔。
3.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，所述绝缘体(17)具有锥形的部段(35)，该部段在背离固定装置(7)的方向上变细至绝缘的内导体(3)的外直径。
4.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，
-所述弹簧元件(25)分别布置在设置于所述环形盘片(13)内的盲孔(27)内，以及
-各所述弹簧元件(25)将所属的电接触元件(23)在装配状态下压向所述固定装置(7)。
5.按权利要求1或4所述的料位测量仪，其中，所述电接触元件(23)是固定在各弹簧元件(25)上的金属球。
6.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，所述固定装置(7)接地。
7.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，所述绝缘体(17)由聚四氟乙烯(PTFE)构成。
8.按权利要求1所述的料位测量仪，其中，所述屏蔽导体(5)被拧合到装入所述环形盘片(13)内的导电的连接件(21)上。
9.按权利要求8所述的料位测量仪，其中，所述连接件(21)被齐平地拧入所述环形盘片(13)内。
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