CN102853881A - 用于显示填充水平的浮体 - Google Patents
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Abstract
本发明示出和说明了一种用于显示介质(3)在容器(2)中的填充水平的浮体(1)，其中浮体(1)在按规定的使用中由容器(2,4)的壁导向并且适合于将从发射器(5)发出的电磁波向接收器(6)的方向反射。不取决于浮体是否翻倾而具有电磁波的改善的反射特性的浮体被由此实现，即在按规定的使用中至少浮体(1)的面向发射器(5)的侧面构造为用于将电磁波反射到接收器(6)上的反射器(20)并且从发射器(5)的视线观察在反射器(20)后面这样构造有场衰减结构(8)，使得与场衰减结构(8)交互作用的电磁波被衰减。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于显示介质在容器中的填充水平(Fuellstand)的浮体(Schwimmkoerper)，其中浮体在按规定的使用中由容器的壁导向并且适合于将从发射器发出的电磁波向接收器的方向反射。
背景技术
在实践中使用这样的浮体，以便在以雷达原理为基础的填充水平测量时在介质的表面的区域中造成限定的反射特性，其填充水平应在测量技术上被检测。已知地，电磁波在界面处的反射率同样还取决于形成界面的介质的折射指数并且由此取决于其透射常数和介电常数。在没有浮体的情况下所反射的电磁波的振幅因此取决于参与的介质的材料特性并且因此取决于填充水平测量装置的相应的具体应用。尤其在仅仅使用介质界限(Mediumsgrenze)作为反射面时，有效信号强度与干扰信号强度的比例实际上是不可预见的，那么填充水平测量装置的设计相应地是有问题的。该问题通过使用之前做提及的浮体被缓和，因为电磁波在这种类型的浮体处的反射被限定并且尤其比在更小的电容率的介质处的反射更好。
从发射器(其通常位于介质上方)向介质的方向发出的电磁波被浮体(其部分地从介质中突出)反射，并且反射波由接收器接受，其同样普遍地位于介质上方。最后，填充水平根据已知的雷达方法之一来计算。在该方法之一中，填充水平由电磁脉冲的运行时间来确定。在另一方法中，连续的电磁信号的频率被这样调制，使得填充水平可由所发射和接受的频率的频率差来确定(调制的连续波方法(Dauerstrichverfahren))。
浮体常常位于参考容器中，其通常是带有比较小的横截面面积的长形的空心体，其中参考容器的壁导向浮体。参考容器通常位于容器中或者在容器旁侧，在其中存在介质，其填充水平要被确定，并且参考容器的纵轴线大致在重力加速度的方向上取向。参考容器这样与容器相连接，使得介质在参考容器中的填充水平与介质在容器中的填充水平一致。通过空心体的小的横截面面积且通过浮体的质量，介质的静止的干扰(如其在供给或运出介质时出现的那样)被减小并且以该方式提高测量精度。不仅用于电磁波的发射器而且接收器通常位于参考容器的上端处并且参考容器经常被用作用于电磁波的波导(Hohlleiter)。浮子常常装备有磁系统，并且在参考容器旁侧附加地存在借助于磁阀(Magnetklappe)或者借助于随动磁体(Folgemagnet)的用于填充水平的显示装置。填充水平的显示那么通过两个独立的系统实现并且通过重复提高可靠性，然而当前这不重要。
发明内容
从现有技术中已知的浮体具有表面，在其处电磁波被反射。浮体在通过容器的壁的引导中的基本必需的间隙引起浮体的不可预见的翻倾，由此反射特性被改变。由此发生电磁波在容器的壁与浮体之间通过翻倾产生的间隙中的不可预见的反射。
本发明的目的是说明一种浮体，其尤其不取决于浮体是否翻倾而具有用于电磁波的改善的反射特性并且其优选地与存在的装备有磁系统的浮体兼容。
根据本发明的浮体(在其中之前所导出的且表明的目的被实现)首先并且本质上特征在于，在按规定的使用中至少浮体的面向发射器的侧面构造为用于将电磁波反射到接收器上的反射器，并且从发射器的视线观察在反射器后面这样构造有场衰减结构(Feldschwaechungsstruktur)，使得场强在场衰减结构的范围中相对于未设置场衰减结构的情况减弱。在此首先不重要的是通过哪种物理效应引起这样的场衰减，不管这例如通过场状态的转变来实现并且/或者这是否通过到达场衰减结构的区域中的电磁波的减弱而发生。在场状态的转变的情况中，有利于所反射的电磁波的能量的部分被转移，而在电磁波在场衰减结构的区域中减弱的情况中，所反射的波的能量的部分实际上保持不变，但是干扰反射的能量被减少。当然两个示例性地列举的变体可结合。
代替从现有技术中已知的浮体，带有所构造的反射结构和场衰减结构的根据本发明的浮体的应用具有改善的并且基本上独立于浮体的翻倾的反射特性的优点。浮体的面向发射器的并且构造为用于将电磁波反射到接收器上的反射器的侧面产生实际的有效信号，其应被用于距离确定和因此填充水平确定。
浮体的所有组成部分优选地应由这样的材料制成，其另外抵抗在容器中的填充水平被测量的介质并且具有用于电磁波的良好的反射特性。尤其地，浮体在其整体上的密度必须小于在容器中的填充水平应被测量的介质的密度。
在本发明的一优选的设计方案中设置成，反射特性通过反射器的面的从电磁波的发射器的视线观察平的或者拱曲的设计方案来优化。
在一相当特别优选的设计方案中设置成，浮体由漂浮体(Auftriebskoerper)和联接在其处的场衰减结构构成。漂浮体和场衰减结构的尺寸这样选择，使得在浮体在容器中翻倾时仅漂浮体接触容器的壁，但是与此相反场衰减结构不接触容器的壁。以该方式电荷被导出，由此避免易燃介质的爆炸危险。
在另一优选的实施例中，场衰减结构实现为λ/4过滤器(λ是所使用的电磁波的波长)，在其中通过消极地叠加到达场衰减结构的区域中的电磁波引起场衰减。这样的λ/4过滤器这样转变在反射器与一方面场衰减结构和另一方面容器的壁之间的间隙中的场状态，使得电磁波的大部分被反射；如还对于其它的基于干涉的过滤器，没有能量“损失”，也没有电磁场在传统的意义上被减弱。设计为λ/4过滤器的场衰减结构因此实际上还用作反射器，在反射器的上侧处产生几乎完全的反射，如其在“短路“时利用完全闭合的金属壁将产生的那样。
这样的λ/4过滤器的一优选的实现方案在从发射器发出的电磁波的传播方向上由交替地且优选地同轴相继布置的大盘和小盘构成，其共同形成λ/4过滤器。在波传播方向上观察，盘具有大约所使用的电磁波的波长的四分之一的奇数倍的厚度。
在一备选的实施例中，浮体由场衰减结构和反射器构成，其中场衰减结构也承担漂浮体的任务。取消单独的漂浮体。这样的浮体非常紧凑并且总地来说比带有“所安放的“场衰减结构的浮体更少地倾向于翻倾。
在另一有利的实施例中，小盘中的至少一个由至少一个由至少一个介电的材料构成的环围绕。这样的环以有利的方式影响电磁波与场衰减结构的相互作用，因为通过另一分界面可有目的地影响到场衰减结构中和在其中的波引导。在本发明的一改进方案中设置成，反射器和场衰减结构尤其以介电的材料包裹。该包裹以有利的方式影响电磁波的反射和减弱，此外这样的包裹也可设计为腐蚀防护。
另一优点在于，具有分开的几何结构的场衰减结构可被设计有更光滑的轮廓，这另外有助于有效地避免介质不希望地粘附在浮体处。
在一备选的设计方案中，盘的膨胀不是圆形的，由此用于电磁波的浮体的反射特性和减弱特性例如可与容器的几何结构相适应。
附图说明
具体地，现在存在设计和改进根据本发明的浮体的不同的可能性。对此参考从属于权利要求1的权利要求并且结合附图参考优选的实施例的说明。其中：
图1显示从现有技术中已知的浮体的实施例，其是填充水平测量装置的一部分，
图2a以侧视图显示了根据本发明的浮体在容器中的实施例，
图2b显示了在翻倾位置中的根据图2a的浮体，
图3a以俯视图显示了根据图2a的浮体，
图3b以俯视图显示了根据本发明的浮体的另一实施例，
图4以侧视图显示了根据本发明的浮体的另一实施例以及
图5以侧视图显示了根据本发明的浮体的最后一实施例。
具体实施方式
在图1中示出了对于从现有技术中已知的浮体1的典型的应用情况，借助于其应确定位于容器2、4中的介质3的填充水平。对此，参考容器4这样与容器2相连接，使得介质3在容器2中的填充水平与介质3在参考容器4中的填充水平相对应。对应于现有技术的浮体1浮在参考容器4中的介质3中，浮体1部分地从介质3中突出。浮体4通过参考容器4的壁在侧向被引导，使得其还仅可在参考容器4的纵轴线的方向上运动。然而在浮体1与参考容器4的壁之间存在间隙，其导致浮体1在参考容器4中的不可避免的且不可预见的翻倾。
利用电磁波根据雷达原理工作的填充水平测量仪5、6具有用于电磁波的发射器5和接收器6并且发出电磁波，其大致沿着参考容器4的纵轴线向浮体1的方向传播。参考容器4对于电磁波是波导。从介质3中突出并且在不考虑翻倾的情况下很大程度上垂直于参考容器4的纵轴线延伸的浮体1的部分是用于从填充水平测量仪5、6发出的波的反射器20。
在浮体1与参考容器4的壁之间的所需要的环绕的间隙具有所不希望的特性，其有利于干扰反射(其有害于精确的填充水平测量)的产生。附加地，通过浮体1在参考容器4中的不可避免的且不可预测的翻倾在所提及的间隙中产生不对称，其同样有害地影响所反射的电磁波。在浮体1的在图2至图5中示意性地示出的根据本发明的实施例中，反射特性通过场转换相对于在图1中示出的现有技术显著改善。
根据本发明的浮体1的在图2a、2b和3a中示出的实施例由柱形的漂浮体7构成，然而在其中在理想的柱体中存在的棱边变钝。漂浮体7直至所需要的间隙与参考容器4的内径相适应。场衰减结构8联接到漂浮体7的从介质3中突出的部分处。在此，漂浮体7如从现有技术中已知的浮体那样来构造，其装备有在此未显示的磁系统。因此根据本发明的浮体1可装备有存在的磁系统，由此其与存在的填充水平测量系统(其例如通过磁阀或者随动磁体显示填充水平)兼容。
场衰减结构8由同心于漂浮体7的纵轴线的盘9、10、11、12构成，从填充水平测量仪5的视线观察次序为带有大直径的盘9、带有小直径的盘10、带有大直径的盘11和带有小直径的盘12，即由两个带有小直径的盘10、12和两个带有大直径的盘9、11构成。在此，大盘9、11的直径明显大于小盘10、12的直径。盘9-12中的每个的厚度大致为所使用的电磁波的波长的四分之一，在其它的这里未示出的实施例中每个盘的厚度大致为所使用的电磁波的波长的四分之一的奇数倍。
盘9-12与漂浮体7的表面的一部分一起形成λ/4过滤器，其很大程度上平行于盘9-12的平的面取向。在一备选的(然而在此未示出)的实施方案中盘12的厚度明显大于波长的四分之一，由此还仅盘9-11形成λ/4过滤器。最靠近填充水平测量仪5、6的大盘9的平的面形成用于从填充水平测量仪的发射器发出的电磁波的反射器20。在图2b中浮体1在参考容器4中翻倾。盘9-12的直径这样选择，使得盘9-12中的任一个不可与参考容器相接触。通过场衰减结构8，根据本发明的浮体1的反射特性不仅在翻倾的状态中而且在不翻倾的状态中都好于在根据现有技术的浮体中，但是特别是根据本发明的浮体1的反射特性不仅在翻倾的状态中而且在不翻倾的状态中实际上始保持同样好。通过将场衰减结构8设计为λ/4过滤器，所射入的功率的较大部分又被反射，所反射的电磁辐射的部分与总共射入的能量的比例明显比在场衰减结构设计为纯粹的衰减结构的情况中更大。尽管在后一情况中信号/噪声比还被改善，但是实际的有效信号未被增大。
在图3b中所示出的实施例中，带有圆的横截面的漂浮体7被引导通过带有矩形的横截面的参考容器1的壁，场衰减结构8的盘9、10垂直于参考容器4的纵轴线的几何结构同样是矩形的。
在图4中所示出的实施例中漂浮体7的更靠近填充水平测量仪5、6的平的面是场衰减结构8的一部分并且面的棱边不是钝的，由此衰减特性被改变。与在图2a、2b和3a中所显示的实施例不同，添加在漂浮体7处的场衰减结构8由带有小直径的三个盘10、12、14和带有大直径的三个盘9、11、13构成。小盘10、12、14中的每个相应利用由其它介电的材料构成的环15、16、17来环绕，其外径大致对应于大盘9、11、13的直径。带有大直径的盘9(其最接近填充水平测量仪5、6)是拱曲的并且整个所添加的场衰减结构8以介电的材料18包裹。
在图5中所示出的最后的实施例中，浮体1由场衰减结构8构成，其同时也承担漂浮体7的功能。场衰减结构8在侧面以介电的材料19包裹。
Claims (12)
1. 一种用于显示介质(3)在容器(2)中的填充水平的浮体(1)，其中所述浮体(1)在按规定的使用中由所述容器(2, 4)的壁导向并且适合于将从发射器(5)发出的电磁波向接收器(6)的方向反射，其特征在于，在按规定的使用中至少所述浮体(1)的面向所述发射器(5)的侧面构造为用于将所述电磁波反射到所述接收器(6)上的反射器(20)并且从所述发射器(5)的视线观察在所述反射器(20)后面这样构造有场衰减结构(8)，使得与所述场衰减结构(8)交互作用的所述电磁波被衰减。
2. 根据权利要求1所述的浮体(1)，其特征在于，与所述场衰减结构(8)交互作用的所述电磁波在向所述接收器(6)的方向上被减弱。
3. 根据权利要求1或2所述的浮体(1)，其特征在于，所述反射器(20)的上表面是平的或者拱曲的。
4. 根据权利要求1至3所述的浮体(1)，其特征在于，所述场衰减结构(8)实现为λ/4过滤器。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的浮体(1)，其特征在于，所述场衰减结构(8)由相继交替布置的大盘(9)、(11)、(13)、(19)和小盘(10)、(12)、(14)构成，尤其由同轴布置的盘构成。
6. 根据权利要求5所述的浮体(1)，其特征在于，在按规定的应用中所述场衰减结构(8)的盘(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(19)大致在从所述发射器(5)发出到所述浮体(1)上的电磁波的传播方向上定向。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的浮体(1)，其特征在于， 所述盘(9, 10, 11, 12, 13, 14, 19)具有大致从所述发射器(5)发出的电磁辐射的波长的四分之一的奇数倍的厚度。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的浮体(1)，其特征在于，所述浮体(1)具有漂浮体(7)和联接在其处的场衰减结构(8)并且所述漂浮体(7)和所述场衰减结构(8)在其尺寸上这样选择，使得在所述浮体(1)在所述容器(2, 4)中翻倾时所述漂浮体(7)接触所述容器(2, 4)的壁，但是所述场衰减结构(8)不接触所述所述容器(2, 4)的壁。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的浮体(1)，其特征在于，所述反射器(20)和所述场衰减结构(8)还承担所述漂浮体(7)的功能并且所述场衰减结构(8)至少在与所述容器(2, 4)的壁的接触部位处以介电的材料包裹。
10. 根据权利要求5或6所述的浮体(1)，其特征在于，所述小盘(10, 12, 14)中的至少一个由至少一个由至少一个介电的材料构成的环(15, 16, 17)围绕。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的浮体(1)，其特征在于，所述反射器(20)和所述场衰减结构(8)以介电的材料(18)包裹。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的浮体(1)，其特征在于，所述盘(9, 10, 11, 12, 13, 14, 19)的侧向的膨胀与所述容器(2, 4)的横截面相适应。
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