CN102538907B - 料位测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种料位测量仪，具有壳体和设置在所述壳体中的测量单元，其中所述测量单元具有基本上圆柱形构成的测量单元主体，所述测量单元主体具有横向于所述测量单元主体的纵向轴线设置的薄膜，其中所述测量单元经由沿圆周延伸且设置在所述测量单元主体与所述壳体之间的密封机构保持在所述壳体中，其中，所述密封机构沿所述测量单元主体的轴向方向设置为，使得由所述测量单元发出的测量信号与所述密封机构的压缩无关。

Description

料位测量仪

技术领域

本发明涉及一种料位测量仪。

背景技术

这样的料位测量仪由现有技术已知并具有构造成基本上圆柱形的壳体，在该壳体中在沿过程环境(Prozessumgebung)方向的前侧设置测量单元。该测量单元具有构成为基本上圆柱形的测量单元主体，该测量单元主体通常在前侧具有横向于该测量单元主体的纵向轴线设置的薄膜。测量单元经由沿周界延伸且设置在测量单元主体与壳体之间的密封机构保持在料位测量仪的壳体中。

为了实现对料位测量仪的充分密封，需要密封机构挤压以发挥密封作用，该密封机构可例如构造为O形环。通过密封机构的压缩，沿径向方向将力引入测量单元中，该力根据所存在的环境温度而变化，该环境温度决定性地影响密封机构的伸展。由于引入的力的这样的变化，测量单元的输出信号失真。

迄今，通过将密封机构尽可能远地安置在玻璃缝、即薄膜与测量单元主体之间的接合点后方，试图很小地保持由夹紧以及温度波动引起的测量信号变化。因此，在具有约10mm的长度的测量单元的情况下，密封机构以距接合点5mm的间距向后方错开地设置。除此之外，通过仅以很小的量偏压密封机构，还试图将密封机构的由热决定的体积变化引入测量单元主体中。尽管如此，密封机构的很小的偏压导致测量信号的很小的取决于温度的零点偏移，但同时对测量单元的长期密封造成负面效果。此外，随着密封机构的老化增加，通常密封机构的弹性以及在壳体与测量单元主体之间的偏压力减小，从而预计测量单元的零点的进一步偏移。已知料位测量仪的测量精度因此同样由于密封机构的老化而受限。

发明内容

本发明的目的在于：消除上述缺点并提供具有充分的长期稳定性的热稳定的结构。

该目的通过具有如下特征的料位测量仪实现，即：料位测量仪具有壳体和设置在所述壳体中的测量单元，其中所述测量单元具有基本上圆柱形构成的测量单元主体，所述测量单元主体具有横向于所述测量单元主体的纵向轴线设置的薄膜，其中所述测量单元经由沿圆周延伸并且在所述测量单元主体与所述壳体之间设置的密封机构保持在所述壳体中，其特征在于，所述密封机构沿所述测量单元主体的轴向方向设置为，使得由所述测量单元发出的测量信号与所述密封机构的压缩无关；并且密封机构以能够通过模拟或经验评估确定的、距薄膜与测量单元主体之间的接合点的间距设置在测量单元主体的圆周上，从而确保稳定的零点，而与测量单元通过密封机构的夹紧无关。

这样的料位测量仪具有壳体和设置在所述壳体中的测量单元，其中所述测量单元具有基本上圆柱形构成的测量单元主体，所述测量单元主体具有横向于所述测量单元主体的纵向轴线设置的薄膜，并且其中所述测量单元经由沿圆周延伸且设置在所述测量单元主体与所述壳体之间的密封机构保持在所述壳体中。根据本发明，所述密封机构沿所述测量单元主体的轴向方向设置为，使得由所述测量单元发出的测量信号与所述密封机构的压缩无关。

通过密封机构的在测量单元主体的圆周上的根据本发明的结构，利用例如通过模拟或经验评估确定的距薄膜与测量单元主体之间的接合点的间距，可以尽可能地将测量单元的输出信号与由密封机构的压缩引起的径向力作用脱离耦合。因而以该方式确保测量单元的稳定的零点，而与测量单元通过密封机构的夹紧无关。料位测量仪的获得的测量结果因此与密封机构的取决于温度的伸展以及密封机构的夹紧力的由老化引起的减小无关。因此可以获得料位测量仪的提高的密封性、仪器本身的提高的长期稳定性以及提高的测量精度。

当O形环用作所述密封机构时，实现料位测量仪的特别成本低廉的结构，并同时实现测量单元在壳体内部的可靠的支承。但原则上，也可设想到成型密封件(Formdichtung)作为密封机构。

为了实现密封机构的改善的过紧并同时保护其不受来自过程环境的方向的机械的影响，有利的是，所述壳体在前侧具有环绕的突出部。该突出部优选构造成轮缘形并沿径向方向延伸。

以该方式确保，通过将密封机构设置在环绕的突出部下方，避免来自过程环境的方向的损坏，并同时阻止密封机构在压力波动时沿过程环境的方向被吸走。

有利的是，所述测量单元在后侧和在圆周上还通过止动环支承。

这种止动环可例如利用壳体可旋紧地构造，并在后侧利用用于支撑测量单元的环绕的肩部构造。为了实现结构的提高的密封性并确保测量单元的稳定的支承，有利的是，所述止动环构造为使得其在后侧用夹紧力加载所述密封机构。

此外，所述止动环可例如具有压缩段，该压缩段沿所述密封机构的方向延长所述止动环，从而在装入该止动环时沿轴向方向(即沿壳体的环绕的突出部的方向)挤压密封机构。以该方式实现沿测量单元壳体的径向方向的额外的力作用。

本发明特别有利的是，所述测量单元为由陶瓷材料构成的电容式测量单元。

附图说明

下文中参照附图详细阐释本发明。其中：

图1示出分划式横截面，其中在右侧示出根据现有技术的料位测量仪，在左侧示出根据本发明的料位测量仪；

图2示出测量单元的形式为FEM(有限元法)模拟的放大图；

图3示出用于比较根据现有技术的测量单元和根据本发明的测量单元的测量值表格；

图4示出测量单元的零点偏差根据密封机构的装入深度的相关性的特征曲线图。

具体实施方式

图1示出料位测量仪1的分划式横截面，其中在该横截面的右半部示出根据现有技术的料位测量仪1，在该横截面的左半部示出根据本发明的料位测量仪1。

根据现有技术的料位测量仪1和根据本发明的料位测量仪1基本上相同地构成，并且在所示横截面中不同之处主要在于：以不同装入深度安装密封结构4。出于该原因，在下文中仅仅阐述根据本发明的料位测量仪1。

料位测量仪1具有构成为基本上圆柱形的壳体2，该壳体具有壳体主体20，该壳体主体在前侧具有外螺纹，用于将料位测量仪1旋入例如罐或管道中。在外螺纹21后方设有凸肩27，用于限制壳体2的旋入深度，该凸肩与环绕的成型密封件同时确保壳体2关于过程环境的密封性。

在壳体2的内部设置测量单元3。测量单元3具有构造成圆柱形的测量单元主体30，在该测量单元主体上在前侧具有薄膜32，用于接收和传递在测量环境中存在的压力。薄膜32垂直于测量单元主体30的纵向轴线设置，并在其周界上与测量单元主体连接。

测量单元主体30在壳体主体20的内部经由密封机构4支承，该密封机构设置在测量单元主体30与壳体主体20之间。密封机构4在本示例中构造为O形环。O形环4在前侧通过环绕的突出部22支撑，并被保护不受过程环境的影响，所述环绕的突出部在前侧模制在壳体主体20上。测量单元3另外经由可旋入壳体主体20中的止动环5从后方支承，并经由环绕的支撑段在后侧支承。止动环5在前侧具有压缩段53，该压缩段沿O形环4的方向延长止动环5，并在止动环5旋入壳体主体20中时将额外的压力沿突出部22的方向施加到O形环4上。通过O形环4沿轴向方向的压缩，获得沿测量单元主体30的径向方向的额外的夹紧力，从而获得增强的密封作用。

O形环4沿测量单元3的轴向方向这样地设置在装入深度y中，使得沿径向方向的由O形环4沿测量单元3的径向方向引入的力不对测量单元的测量结果产生影响。这通过如下方式实现，即：O形环4设置为使得径向的力在一点引入到壳体中，在该点上没有对与测量单元主体30连接的薄膜32产生力作用。由此，薄膜不会经受取决于该力作用的挠曲分量。

图2示出图1的测量单元3的放大图，其中测量单元3在该图示中旋转180°，即以薄膜32向上定向地示出。

该图示为已夹紧的测量单元3的有限元模拟的局部，其中密封机构4按照本发明优化地设置。密封机构4距薄膜32的轴向间距Y选择为，使得通过密封机构4引入测量单元主体30中的径向作用力对薄膜32的挠曲没有产生影响，因而确保测量单元3的稳定的零点并由此确保稳定的测量曲线。在图3中示出具有根据现有技术的料位测量仪1和根据本发明的料位测量仪1的各5个测量值的表格。示出根据0℃到100℃的温度循环执行的数量的按百分比的零点偏移。在时间点Np_开始在根据现有技术的料位测量仪1(由径向标准表示)与根据本发明的料位测量仪1(由径向向前2.7mm表示)之间还不能识别显著的差异，而已在10次完成的温度循环之后可以识别，根据本发明的O形环4的结构导致零点偏差的显著减小。在100次完成的温度循环之后的平均零点偏差可通过根据本发明的O形环4的结构与现有技术相比减小接近50％。

图4示出零点偏移(ΔNp)与密封机构4的装入深度Y的相关性的特征曲线。

在所示的特征曲线中可知，根据装入深度y，不仅沿正向而且沿负向都出现零点偏差。在该示例中，用于密封机构4的最优装入深度在Y＝2mm时给出。在该装入深度y下得出最小的零点偏移，从而可实现料位测量仪的最优温度和长期稳定性。

附图标记列表

1料位测量仪

2壳体

3测量单元

4密封机构

5止动环

20壳体主体

21外螺纹

22边缘

23开关

24内螺纹

27凸肩

30测量单元主体

32薄膜

34接合点/焊缝

36中性点

51外螺纹

53压缩段

55支撑段

y间距/装入深度

Claims (7)

1.料位测量仪(1)，具有壳体(2)和设置在所述壳体(2)中的测量单元(3)，其中所述测量单元(3)具有基本上圆柱形构成的测量单元主体(30)，所述测量单元主体具有横向于所述测量单元主体(30)的纵向轴线设置的薄膜(32)，其中所述测量单元(3)经由沿圆周延伸并且在所述测量单元主体(30)与所述壳体(2)之间设置的密封机构(4)保持在所述壳体(2)中，

其特征在于，所述密封机构(4)沿所述测量单元主体(30)的轴向方向设置为，使得由所述测量单元(3)发出的测量信号与所述密封机构(4)的压缩无关；并且密封机构(4)以能够通过模拟或经验评估确定的、距薄膜(32)与测量单元主体(30)之间的接合点(34)的间距设置在测量单元主体(30)的圆周上，从而确保稳定的零点，而与测量单元通过密封机构的夹紧无关。

2.按照权利要求1所述的料位测量仪(1)，其特征在于，所述密封机构(4)构造为O形环。

3.按照权利要求1或2所述的料位测量仪(1)，其特征在于，所述壳体在前侧具有环绕的边缘(22)。

4.按照权利要求3所述的料位测量仪(1)，其特征在于，所述密封机构(4)朝前侧的方向通过所述边缘(22)支撑。

5.按照权利要求1或2所述的料位测量仪(1)，其特征在于，在所述测量单元(3)的后侧设有止动环(5)。

6.按照权利要求5所述的料位测量仪(1)，其特征在于，所述止动环(5)构造为使得其在后侧用夹紧力加载密封机构(4)。

7.按照权利要求1或2所述的料位测量仪(1)，其特征在于，所述测量单元(3)为由陶瓷材料构成的电容式测量单元(3)。