CN103261851B - 具有竖管的用于乳浊液测量的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定容器中的分界层或者混合比的测量设备。所述测量设备具有两个物位测量机构，以记录在竖管中和竖管之外的回波曲线。仅从这两个回波曲线就能够确定这两种不同的液体的虚拟存在的界限层的位置或者混合比。

Description

具有竖管的用于乳浊液测量的设备

技术领域

本发明涉及所有类型的物位、分界层和乳浊液的测量。本发明特别涉及一种根据渡越时间法来工作的测量设备，一种用于分界层测量和乳浊液测量的方法和所述测量设备的应用。

背景技术

在根据FMCW（调频连续波）或者脉冲-渡越时间法工作的物位传感器中，朝向填充物表面的方向发射电磁波或者声波。在此之后，传感器记录从填充物、容器固定装置和容器本身反射的回波信号，并且从中推导出相应的物位。

例如在使用超声、雷达、制导雷达、FMCW-雷达、脉冲-雷达、CW（连续波）-雷达或者激光的条件下确定到填充物表面的距离的传感器可属于根据渡越时间法工作的物位传感器。此外所有发送波，并且再次接收和评估所述波从填充物表面反射回来的部分的传感器，可以定义为根据渡越时间工作的物位传感器。

在使用声波或者光波时，从物位测量装置产生的信号一般而言朝向待测量的填充物表面的方向自由地传播。在使用雷达波来测量填充物表面的装置中，不仅考虑朝向待测量的介质的方向的自由的传播，而且考虑在波导管的内部的传播，所述波导管将物位测量装置的雷达波导向介质。在根据制导微波的原理的装置中，将高频信号沿着波导朝向介质引导。

在待测量的介质的表面上，到达的信号的一部分被反射，并且在相应的运行时间之后再次返回到物位测量装置。未反射的信号部分进入介质，并且相应于介质的物理特性在所述介质中继续朝向容器底部的方向传播。在容器底部上所述信号被反射，并且按照介质和叠加的气体环境的通道再次返回到物位测量装置。

所期望的是，物位测量装置除此之外还用于分界层测量并且也用于乳浊液测量。

在分界层测量的范围中，一般将两种不同的液体填充到容器中。只要存在足够平稳的气体环境，也就是说，不通过搅拌器或者其它装置来妨碍液体反乳化，那么由于所述至少两种液体的不同的密度，所述液体在容器中反乳化。

DE102007061574A1描述了一种用于通过将基于制导微波的测量与电容性测量相组合来测量乳浊液的方法。

发明内容

本发明的任务在于，提出用于测量乳浊液的一种可替选的设备和一种可替选的方法，通过所述设备和所述方法能够确定两种或多种不同的液体的混合比。

根据本发明的第一个方面，提出一种测量设备，特别是一种乳浊液测量设备，所述测量设备根据渡越时间法工作，并且能够用于确定两种或多种不同的液体的物位和/或混合比的至少一个特性值，和/或用于确定容器中两种液体之间的可能的分界层的位置的至少一个特性值。

在这里术语“虚拟存在的分界层”可理解为两种不同的液体之间的下述分界层：如果由两种或者多种液体组成的乳浊液再次形成，那么所述分界层形成。这例如能够在全部液体不运动，例如不被搅动，以至于各个液体彼此分开时出现。

测量设备具有用于容纳第一液体和/或至少一种第二液体的容器。所述第二液体相对于第一液体具有更小的密度。

容器具有第一子区域和第二子区域以及一个或多个用于在这两个子区域之间交换液体的在这两个子区域之间的连接部。

设置用于检测第一回波曲线的第一测量机构，所述第一回波曲线描述了第一子区域内部的反射情况。此外设置用于检测至少一个第二回波曲线的第二测量机构，所述第二回波曲线描述了第二子区域内部的反射情况。

除此之外设置有评估单元，所述评估单元构成为，确定在容器的第二区域中的填充介质的物位的位置的和/或填充介质的两种不同的液体之间实际存在的或虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值，或者用于确定在第二子区域中由两种或多种不同的液体组成的混合物的成分的至少一个特性值。对此评估单元使用第一回波曲线的至少一个特性值和第二回波曲线的至少一个特性值。第一回波曲线和第二回波曲线的特性值例如是总物位或者分界层位置。

根据本发明的另一个方面，提出了一种用于物位测量、分界层测量和/或乳浊液测量的方法，其中确定在容器的第一子区域中的两种不同的液体的物位的至少一个特性值和/或在容器的第一子区域中的这两种液体之间的分界层的位置的至少一个特性值。此外对在容器的第二子区域中的这两种液体的物位的至少一个特性值进行确定。接下来，利用在前两个主测量步骤（也就是说在两个之前的步骤中）中所获得的数据以及这两种液体的密度比对在容器的第二子区域中的这两种液体之间实际存在的或者虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值进行计算。

根据本发明的另一个方面，提出了在上下文中描述的用于确定在容器的子区域中的物位的位置的和/或两种不同的液体的之间实际存在的或虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值的测量设备的应用。此外提出了一种在上下文中描述的测量设备的用于确定容器中由两种或多种不同的液体组成的混合物的成分的至少一个特性值的应用。

需要注意的是，在上下文中所描述的特征能够应用于所有的三个方面（设备、方法、使用）。换句话说，在下文中关于方法所描述的特征也适用于设备，并且反之亦然。

根据本发明的一个实施方式，容器的第一子区域由竖管的内腔构成。

根据本发明的另一个实施方式，容器的第一子区域由容器的旁通管构成。

根据本发明的另一个实施方式，这两个子区域之间的连接部由容器的第一子区域中的第一开口和容器的第一子区域中的第二开口构成，所述第一开口靠近容器底部，所述第二开口在根据规定填充的容器中位于填充介质的上方。

也就是说，在第一子区域中仅设置两个开口。

根据本发明的另一个实施方式，第一子区域和这两个子区域之间的连接部构造成，使得在第二子区域中添加特定量的液体时，在第一子区域中形成的液柱的液位与第二子区域中液柱的液位不相同。

这能够由此实现，即添加的，更轻的液体不能通过下部的连接部（或者至少不以显著的量）到达第一子区域中。

根据本发明的另一个实施方式，第一测量机构和第二测量机构是相同的设备。在此，例如是物位测量装置，例如物位雷达、超声-物位测量机构或者根据制导微波的原理工作的装置。

根据本发明的另一个实施方式，至少这两个测量机构中的一个是发送电磁发送信号或者声学发送信号的机构。

根据本发明的另一个实施方式，第一测量机构根据制导微波的原理工作，并且具有内部导体，所述内部导体设置在第一子区域的内部，其中所述内部导体和第一子区域的壁构成同轴导体，以至于第一子区域的内部的回波曲线借助于由内部导体和第一子区域的壁构成的同轴导体来确定。

根据本发明的另一个实施方式，测量设备此外构造为用于检测和输出在容器第二子区域中的物位的至少一个特性值。也就是说，能够不仅仅确定混合比或者分界层位置。

根据本发明的另一个实施方式，对在第二区域中的填充介质的两种不同的液体之间的实际存在的或者虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值进行确定，或者在不借助电容性测量的情况下对由两种不同的液体组成的混合物的成分的至少一个特性值进行确定。

只有所检测的回波曲线是必要的，以便确定容器的第二子区域中两种或多种液体的混合比或者可能的分界层的位置。

根据本发明的另一个实施方式，根据测量来进行对这两种液体的密度比的确定，其中确定在容器的第一和第二子区域中的两种不同的液体的物位的至少一个特性值，并且确定在容器的第一和第二子区域中的这两种液体之间的分界层的位置的至少一个特性值。

根据本发明的另一个实施方式，在确定密度比之后并且在两个主测量过程执行之前，在第二子区域中进行这两种液体的混合。

附图说明

在下文中通过参照附图描述本发明的实施例。

图1示出用于物位测量的机构。

图2示出回波信号的评估。

图3示出用于物位测量和分界层测量的机构。

图4示出在层厚度不适宜的情况下的物位测量和分界层测量。

图5示出借助于制导微波的乳浊液测量。

图6示出根据本发明的一个实施例的测量设备的机构。

图7示出根据本发明的一个实施例的所记录的回波信号。

图8示出根据本发明的另一个实施例的用于乳浊液测量的机构。

图9示出在根据本发明的一个实施例的乳浊液测量中的回波信号。

图10A至10I示出根据本发明的实施例的测量设备。

图11示出用于分界层测量的设备以及相应的回波曲线。

图12示出用于乳浊液测量的设备和相应的回波曲线。

图13A至13C示出用于分界层测量和乳浊液测量的设备。

图14示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

图15示出用于根据本发明的实施例的测量设备的不同电子器件的构造。

附图中的描述是示意性的并且是不按照比例的。

具体实施方式

图1示出用于物位测量的设置。所期望的是，现代的物位测量装置除了确定容器中的总物位也能够确定在两种不同介质之间的形成的分界层的位置。

所述目的能够利用电磁波实现。在此，利用下述事实，即物位测量装置发射的信号的一部分在最上方的液体的表面上被反射，但是剩余的部分进入所述最上方的液体层，并且在相应的运行时间之后到达两种液体之间的分界层。在所述分界层上信号能量的一部分再次被反射，并且在相应的运行时间之后再次返回物位测量装置。可能仍保留的信号能量也穿过第二液体，并且最终被容器底部反射。

物位测量装置接收在不同部位反射的信号，并且在此根据已知的方法确定与填充物的距离。

如果由于介质在容器中的持续运动而阻碍不同液体的反乳化或者所述反乳化仅能够部分地实现，那么比例变得更加难以确定。由于形成的分界层的不正确的位置或者在介质之间的分界层形成的完全消失，不能够借助于电磁波来测量乳浊液。目前，为了这个目的使用其它的测量方法（压力、电容性测量）或者使用雷达物位测量和其它方法的组合。

朝向外部地提供预定的到填充物的距离。所述提供能够以模拟形式（例如利用4..20mA接口）或者也可以以数字形式（例如通过使用现场总线）来实现。

雷达-物位传感器的原则上的构造在PeterDevine的书：FüllstandmessungmitRadarLeitfadenfürdieProzessindustrie（借助于用于加工工艺的雷达指南的物位测量）（ISBN3-00-008216-6）中进行了详细的描述。

接下来的实施方案专注于借助于电磁波的物位测量的非常重要的领域。但是应当指出的是，在使用声波的情况下，也可测量填充物表面或者在两种不同的介质之间形成的分界层。由于待穿透的介质的不同的密度比，同样影响声波的传播。因此对于本领域技术人员可将接下来所描述的对于物位测量、分界层测量和/或乳浊液测量的构想从使用电磁波的情况转移到使用声波的情况。

在用于物位测量、分界层测量和/或乳浊液测量的装置中，能够使用不同的用于确定总物位和/或两种不同的介质之间的分界层的位置的方法。

在这里所描述的执行方式基于如下机构，所述机构根据制导微波的原理确定物位和/或分界层的位置。但也可行的是，特别是利用自由辐射的雷达波来实现根据在上文中所阐述的测量原理的相应的设备。

图1示出用于物位测量的示例性的机构。容器100用液体106填充至d_B-d_L的填充高度。在液体107上方的腔首先填充有空气。

根据制导微波原理工作的物位测量装置101借助于高频单元102产生电磁脉冲103，并且将其耦合输入到波导104中，因此所述脉冲大约以光速朝着待测量的填充物表面105的方向在波导内部传播。

所描述的波导105在本例中设计为呈同轴导体状。但是显而易见，所有的在参考文献中所描述的波导，也就是说特别是单线或多线电缆是可以使用的。

通常用于物位测量的同轴导体104由管构成，所述管以相等的间距具有孔115，所述孔实现了待测量的液体101进入外部导体（管）和内部导体之间的区域中。

填充物表面105反射到达的信号能量的一部分，因此被反射的信号部分沿着波导104再次传播回物位测量装置101。未被反射的信号部分进入液体106中，并且在其中以剧烈减小的速度沿着波导104传播。电磁波103在液体106的内部的速度c_介质由液体106的材料特性确定：

其中c₀表示真空中的光速，ε_R表示液体的介电常数，并且μ_R表示液体的磁导率。在波导104的下端部108上，剩余的信号部分同样被反射，并且在相应的运行时间之后再次返回到物位测量装置101。在物位测量装置中到达的信号借助于高频单元102来处理，并且优选被转换到频率较低的中频区域中。借助于模数转换单元109，将模拟的回波曲线数字化并且提供给评估单元110，所述模拟的回波曲线由高频单元102提供。评估单元110分析数字化的回波曲线，并且基于包含在其中的回波根据已知的方法确定由在填充物表面105上的反射产生的回波。此外，评估单元确定直至这个回波的精确的距离。此外到回波的精确的距离校正为，使得补偿叠加的气体环境107对电磁波的传播的影响。将这样算出来的、已补偿的与填充物113的距离提供给输出单元111，所述输出单元根据用户的预设例如通过线性化、偏移校正、换算为填充高度d_B-d_L来进一步处理确定的值。已处理的测量值在外部通信接口112上向外提供。在这种情况下，能够使用所有已建立的接口，特别是4..20mA电流接口、工业现场总线如HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）、过程现场总线（Profibus）、FF（基金会现场总线），但或者也可以使用电脑接口如RS232、RS485、USB（通用串行总线）、以太网、FireWire（火线）。

图2再一次详细阐明了重要的步骤，所述步骤在在评估单元110中进行回波信号处理时应用于不同的介质的影响的补偿。

曲线201首先示出由模数转换单元109经过一定时间所检测的回波曲线204。所述回波曲线首先包含发送脉冲205。短时间后，在时间点t₀上检测第一反射206，所述第一反射由高频信号在波导104上的耦合输入引起。另一反射207来自于填充物表面105，并且在时间点t_L上检测。最后在时间点t_B上检测从波导104的下端部108产生的回波208。

在第一个处理步骤中，将依据时间的曲线201转换为依据距离的曲线202。在所述转换期间假定，所检测的曲线仅通过在真空中的传播形成。将图示201的纵坐标通过乘以真空中的光速换算为距离轴。此外通过对偏移的计算实现：由高频信号的耦合输入引起的回波206获得0m的距离值。

第二个图示202示出作为电距离D的函数的回波曲线。电距离相应于在确定的时间中电磁波经过的距离。电距离完全不考虑介质的影响，所述影响可能导致电磁波的较慢的传播。因此，曲线202是未补偿的、但是与位置相关的回波曲线。

在当前的图示中，电距离总是用大写字母D表示，反之物理距离用小写字母d表示，所述物理距离能够直接在容器上复测。

此外可完全地补偿图示202的回波曲线。第三个图示203示出已完全补偿的回波曲线。为了实现回波通过物理距离的表示，必须在当前情况下考虑位置0和D_L（曲线202）之间的区域中叠加介质107的影响。必须将横坐标的电距离数据根据下述关系在0和D_L之间换算为物理距离数据：

$d_i=\frac{D_i}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}$

因为ε_空气和μ_空气非常近似于1，所以对这些部分不进行校正。但是必须将横坐标的电距离数据在D_L和D_B之间根据下述关系换算为物理距离数据：

$d_i=\frac{D_i}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_M\·{\mathrm{\μ}}_M}}$

最后，第三个图示203示出已校正的曲线。不仅与填充物表面的回波209的距离，而且从波导104的下端部108产生的回波210的距离也与在容器100上可复测的距离113，114一致。

在这一点上应指出的是，在信号处理范围内，在装置中能够对于所有回波执行到曲线202的转换，也就是说不同的回波的电距离的确定。一般而言，不执行将回波曲线转换到补偿的回波曲线，因为各个物位值的校正是足够的。

图3示出用于物位测量和分界层测量的机构。物位测量装置101首先检测回波曲线301，所述回波曲线除了由填充物表面302产生的回波（E_L）303，也具有从分界层306产生的回波（E_I）307。出于完整性的原因，回波曲线301也包含从容器底部304产生的回波（E_B）305，所述回波在实践中仅很少能被检测到，因为通过在表面302上以及在分界层306上的反射，由物位测量装置发射的信号的几乎全部能量被反射。

在假设有叠加的空气（ε_空气=μ_空气=1）的情况下或者根据不同地给定参数，用户根据下述公式由通过逻辑单元110确定的、到填充物表面的电距离得出物理距离：

$d_L=\frac{D_L}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}.$

此外根据现有技术假设，ε_I和μ_I也就是分界层介质308的介电常数和磁导率通过用户输入已知。因此接着是到分界层的距离：

$d_I=d_L+\frac{D_I-D_L}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_I\·{\mathrm{\μ}}_I}}$

直接可以看出的是，所述方法在实际转换中引起问题。一方面不仅叠加气体环境309的介电常数和磁导率必须是事先已知的，而且这样的分界层介质308的介电常数和磁导率也必须是事先已知的，或者通过用户手动给出。这至少导致了舒适度低的操作，并且如果叠加介质309和/或分界层308的特性在运行时间期间经受改变，就总是引起大的问题。所述特性一方面会因为填充其它的介质而波动，但是也会因材料特性值对于外部影响如压力和/或温度的依赖性而波动。

如果到分界层401的距离仅不明显地大于到总物位的表面402的距离，那么在上文中所描述的方法可能会具有弱点。

图4阐明了这个问题。由传感器101检测的回波曲线405不再允许由表面406产生的回波（E_L）403与由分界层407产生的回波（E_I）404可靠地分离，这导致与分界层401的距离的所确定的值严重不准确。

当分界层的形成被阻碍时，根据雷达原理或者制导微波的原理的这样的测量就总是完全不可行。

图5示出相应的机构。在容器501中存在搅拌器502，所述搅拌器持续地阻止乳浊液503反乳化并且阻止分界层形成。由物位测量装置101检测的回波曲线505因此仅包含回波（E_L）504，从所述回波的位置能够推测总物位d_L402。通过仅基于电磁波的方法不能对在乳浊液503中混合的组成部分的质量份额和体积份额进行确定。

容器中的乳浊液能够通过多个传感器或者多个测量方法的组合在装置中测量。对此装置和组件上的增加的支出和材料特性值的全面的输入常常是必要的。

此外，分界层和/或乳浊液在特殊构成的容器中测量。

图11示出具有旁通管1105的相应的机构。测量实现了对下部介质1104和上部介质1102之间的分界层1103的位置的连续确定，只要通过使用者保证总物位1101的位置总是位于上部连接部1107的上方。旁通管1105被连续地填充这两种介质直至填充到上边缘。借助于这种机构不能够同时确定总物位1101的位置和分界层1103的位置。

图12示出在使用搅拌器时和乳浊液形成时根据图11的机构的情况。这种机构的缺点在于在构造容器时的附加的支出，不能同时确定物位和必须保持容器在上部连接部1107的区域中总是填充有上部介质1102的必要性。

在下文中描述了根据本发明的其它的实施例：

图6示出根据本发明的一个实施例的设备。所述设备具有第一同轴导体601，所述第一同轴导体从构造方面来看与迄今所使用的形式104相同。除此之外，所述设备具有第二同轴导体602，所述第二同轴导体与迄今所使用的用于分界层测量的同轴导体区别在于，第二同轴导体沿着其纵向扩展仅在下端部603上和上部末端604上具有开口。在此之外，所产生的竖管602是封闭的，所述竖管从电的方面来看用作为同轴导体。这两种同轴导体形成测量装置600的两个测量通道A和B。

如果容器605填充有两种不同的介质606，607，那么通过竖管B602的特殊的设计方案得出代表分界层位置和总物位位置的不同的标位。与对于与在测量B的管602中形成的分界层的物理距离d_IB611相比，在测量A的容器605中进而也在管601中，对于与分界层的物理距离d_IA608得出不同的值。同样，与对于到在测量B的管中形成的液体表面的物理距离d_LB610相比，对于与容器中的介质表面的物理距离d_LA609得出不同的值。在假设容器底部上有相同的流体静压力的情况下，本领域技术人员能够容易地推导出描述测量A的容器中和管中的各个标位的关系。

现在，根据本发明的物位测量装置，在教学阶段的范围中但或者也可以在正常的测量周期期间同时地或者时间上彼此相继地执行两个独立的测量A和B。借助于同轴导体601来执行的测量A的反射由物位测量装置检测，并且以数字回波701的形式在评估单元110中进一步被分析。评估单元110根据已知的方法特别确定到待测量的介质的表面的电距离D_LA、到分界层的电距离D_IA，并且如果由于振幅比而可行，则确定与底部回波的电距离D_BA。此外，借助于同轴导体602来执行的测量B的反射由物位测量装置检测，并且以另一个数字回波702的形式在评估单元110中进一步被分析。评估单元110根据已知的方法再次确定到管B中待测量的介质的表面的电距离D_LB、到管B中分界层的电距离D_IB，并且如果由于振幅比而可行，则确定与管B中底部回波的电距离D_BB。

基于所确定的值能够按如下所述推知分界层介质的介质特性：

${\mathrm{\ϵ}}_I\·{\mathrm{\μ}}_I$

$={\left(\frac{(D_{\mathrm{BB}}-D_{\mathrm{IB}})\·(D_{\mathrm{IA}}-D_{\mathrm{LA}})-(D_{\mathrm{BA}}-D_{\mathrm{IA}})\·(D_{\mathrm{IB}}-D_{\mathrm{LB}})}{(D_{\mathrm{BB}}-D_{\mathrm{IB}})\·(d_B-\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}\·D_{\mathrm{LA}})-(D_{\mathrm{BA}}-D_{\mathrm{IA}})\·(d_B-\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}\·D_{\mathrm{LB}})}\right)}^2$

上面的公式可以看出，除了从测量A和测量B测定的特性值，不仅探讨容器高度d_B也探讨了叠加的气体环境612的介质特征ε_L*μ_L。容器高度d_B能够从工厂起就被不变地保存在物位测量装置600中，因为所述容器高度由于同轴导体的成品长度是已知的。对于叠加的气体环境612的介质特征ε_L*μ_L能够在多个实际应用中使用为1的替换值，所述替换值相应于叠加有空气。如果这样假设的叠加介质有偏差，那么一方面考虑用户输入或者但是也可以考虑自动地测定。

此外可计算下部的介质的介质特性：

${\mathrm{\ϵ}}_M\·{\mathrm{\μ}}_M={\left(\frac{D_{\mathrm{BB}}-D_{\mathrm{IB}}}{d_B-\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}\·D_{\mathrm{LB}}-\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_I\·{\mathrm{\μ}}_I}}(D_{\mathrm{IB}}-D_{\mathrm{LB}})}\right)}^2$

这个特性值特别能够有利地用于底部回波的测量，但是对于本发明的核心方面不是强制需要的。

分界层介质和/或下部介质的介质特性的确定仅必须一次性地在运行时或者在介质改变时进行。因为在这些时间点容器605一般而言仅被较少地填充，所以产生了好的机会，即能够在测量方面根据回波曲线701和702确定所需要的特性值D_BA和D_BB，介质的阻尼特性由于较小的层厚度仍然保持为非常有限。可替代地，也可通过用户输入确定分界层介质的介质特性。

此外，基于所确定的特性值，可自动地确定下部介质606的密度ρ_M以及上部介质607的密度ρ_I的比：

$\mathrm{\κ}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_M}{{\mathrm{\ρ}}_I}=1-\frac{1}{1+\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}{{\mathrm{\ϵ}}_I\·{\mathrm{\μ}}_I}}\·(\frac{D_{\mathrm{IA}}-D_{\mathrm{IB}}}{D_{\mathrm{LA}}-D_{\mathrm{LB}}}-1)}$

所确定的ε_L*μ_L的值以及κ的值是面向应用的常量，所述常量由物位测量装置在开始运行时计算，并且所述常量存储在物位测量装置的存储器中。可能也可行的是，连续地确定所述值，以便因此能够自动地使测量匹配于发生改变的介质606，607。可能基本也可行的是，ε_L*μ_L的值以及κ的值能够由使用者输入。

基于所确定的、面向应用的常量，此时能够开始正常的测量周期。

图8示出在乳浊液测量期间的设备。通过搅拌器802的运行持续地阻止由下部介质606和上部介质607组成的乳浊液801反乳化并且阻止分界层形成。在测量B的竖管中，乳浊液的组分803，804由于在该处不存在涡流而完全地反乳化，并且构成整齐的分界层805以及液体表面806，所述液体表面定位测量B的物位或者总物位。

现在，根据本发明的物位测量装置同时地或者在时间上彼此相继地执行两个独立的测量A和B。借助于同轴导体601来执行的测量A的反射通过物位测量装置检测并且以数字化的回波曲线901的形式在评估单元110中进一步被分析。评估单元110根据已知的方法特别确定到待测量的介质的表面的电距离D_LA。由于存在乳浊液时不可能根据来自测量A的回波曲线901对分界层回波进行确定。此外，借助于同轴导体602来执行的测量B的反射由物位测量装置检测并且以另一个数字化的回波曲线702的形式在评估单元110中进一步被分析。评估单元110再次确定到管B中待测量的介质的表面的电距离D_LB以及到管B中分界层的电距离D_IB。一般而言并且尤其在近似完全填满的容器中，底部回波的检测由于振幅比是不可行的，但是在这个方法的范围中也是不再必要的。

基于所确定的值，能够推测容器中的可能的分界层的位置，所述分界层会在乳浊液完全反乳化后形成，并且其位置根据下述公式来确定：

$d_{\mathrm{IA}}=\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_L\·{\mathrm{\μ}}_L}}\·\left(\frac{D_{\mathrm{LA}}-\mathrm{\κ}\·D_{\mathrm{LB}}}{1-\mathrm{\κ}}\right)+\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_I\·{\mathrm{\μ}}_I}}\·(D_{\mathrm{IB}}-D_{\mathrm{LB}})$

此外能够算出其它的特性值，所述特性值在分界层测量和/或乳浊液测量的范围中是必要的。对此例如是下部介质的标位、存在于容器中的乳浊液的百分比组成、容器中介质份额的分配、容器中质量份额（利用κ）的分配或者其它更多。

所述方法此外也适合于改善传统的分界层测量。如果在容器中填充比存在为，使得在分界层和液体表面之间仅产生小的间距（参看图4），那么在使用根据本发明的设备时在确定分界层的位置时实现了精确度的显著改善，因为不需要相应的用于评估的回波。此外本发明提供了如下优点，即也能够正确地测量乳浊液的部分的反乳化。

图10A至10I示出本发明的其它实施例。有代表性的并且必要的是，总是存在与容器分隔开的腔区域或者至少一个子区域，在所述腔区域或者子区域中产生一个分界层回波位置，所述分界层回波位置不同于容器本身中的分界层回波位置。

实施例1001（图10A）通过结合根据制导微波1002的原理的物位测量装置实现了根据本发明的方法，所述物位测量装置将其来自于探针A的测量的结果经由通信线路1004传送到第二测量装置1003上。所述物位测量装置设计为，除了测量探针B1004的测量，实现所确定的特性值的计算上的关联，并且向外部提供结果。

实施例1011（图10B）由常规的雷达-物位测量装置1012、根据制导微波原理的根据本发明的物位测量装置1013以及上级的控制和评估单元1014组成，其中所述雷达-物位测量装置确定测量A的结果，所述根据本发明的物位测量装置确定测量B的结果，所述控制和评估单元根据本发明评估在测量A和测量B中所确定的特性值，并且向外部提供。

实施例1021（图10C）示出另一个变型方案。在这里测量A借助于根据制导微波原理的物位测量装置1022来实现，而测量B借助于常规的雷达装置1023来实现，所述雷达装置检测填充物表面的位置以及在根据本发明的竖管1024中的分界层的位置。上级的控制和评估单元1025再次评估这两个测量的结果，并且将其向外提供。

实施例1031（图10D）示出另一个变型方案。根据本发明的同轴-竖管1032在内部中用于检测测量B的特性值，并且此外作为杆式探针来使用，在所述杆式探针的外表面上能够执行根据制导微波的原理的测量A。这个设计方案的优点特别在于，根据本发明的物位测量装置1034仅使用容器1033中的一个工艺开口。

实施例1041（图10E）的测量探针在内部由根据本发明的同轴竖管（对照参考标记1004）组成，在所述同轴竖管中实施测量B。此外所述探针根据申请：“VorrichtungzurdoppeltenFüllstandmessungnacheinemLaufzeitverfahren（用于根据渡越时间法的双重物位测量的设备）”用外部的包套管1042加装成双重同轴探针，所述包套管以规则的间距具有孔1043。在此，测量A在外部的同轴导体中进行，所述外部的同轴导体使用竖管1004作为内部导体。

在化工的许多容器中，使用单独设置的旁通管来确定物位。实施例1051（图10F）示出这样的机构。原来的容器1052具有平行设置的旁通管1053，所述旁通管在其上端部上并且在容器底部附近具有与容器的连接部（603，604）。这样存在的机构例如能够加装有两个实施测量A和测量B的雷达-物位测量装置1054，1055以及上级的控制和评估单元1056，使得形成根据本发明的用于测量分界层和/或乳浊液的设备。

所有在上文中描述的实施例是一般性的，它们仅示出示例性的机构。可能总是可根据不同类型的原理来实施所使用的测量装置A和B。此外可使用分离的评估单元或位于这两个装置A和B的至少一个中的评估单元。此外可能总是可在单一的装置中组合两个探针或者两种测量方法。

在图10G的实施例中第一子区域602和第二子区域601仅通过设置在容器底部620附近的连接部603彼此连接。这两个子区域601，602例如具有阀621，622以用于压力补偿，所述阀设置在容器的上部。

在图10H的实施例中，这两个子区域不仅经由下部的连接部603也经由上部的连接部604彼此连接，并且第二子区域601（而非第一子区域602）具有用于压力补偿的阀621。

在图10I的实施例中，这两个子区域601，602经由下部的连接部603彼此连接。第一子区域602不构成为竖管。相反地，第一子区域与第二子区域通过平坦的分隔壁623分隔开。为了第一子区域602中的物位测量，同样能够设置一个物位雷达。

此外应注意用于乳浊液测量、分界层测量或者物位测量的设备的测量电子装置的可能的电路的设计方案的多样性。对此例如在图15中示出。相对于在上文中所介绍的不同的探针的变型，在这里介绍相应的电子器件的一些可能的设计方案。需要注意的是，到目前为止所介绍的探针的探针端口在图15的描述中通过字母A和B来表示。

可行的是，通过常规的物位测量装置101的两个完整的电子部件1512，1513的组合实施根据本发明的设备。电子部件可根据不同的原理，以匹配于端口A和B上的所使用的探针耦合输入的设计方案的方式工作。上级的评估单元1511计算由电子部件1512，1513提供的、代表物位位置和/或分界层位置的各个值（来自于测量A和B），并且在此形成至少一个在外部接口1514上提供的测量值。

图示1520示出另一个电子装置变型方案的构造。这个变型方案的功能性相应于来自于图示1510的功能性，其中高频生成单元1521、模数转换单元1523和评估单元1525能够组合以执行第一测量，并且此外高频生成单元1522、模数转换单元1524和评估单元1526能够组合以执行第二测量。由这些测量所确定的测量值通过适当的程序逻辑在输出单元1527中交互计算并且向外提供。应当指出的是，在这个结构中，测量B也能够根据替选的测量原理来实现。那么，高频单元1522必须由适合的单元（激光生成单元，超声生成单元）替代。

根据图示1530的另一个实施变型方案相应于来自于图示1520的实施变型方案，但是为了评估数字化的在端口1531和1532上提供的回波曲线，使用共同的评估单元1533。

此外也能够借助于根据机构1540的单一的模数转换单元执行将信号转变成数字表示。为此，除了模数转换单元1541，设备还具有模拟开关1542，所述模拟开关将模拟的低频信号以时分多路复用传输传送到模数转换单元1541上。

此外，机构1550有利地使用传感器的已有的高频单元1551的已有的结构，并且对这个结构加装高频转换开关1552。通过这种变型方案实现了根据本发明的设备的特别简单的构造。

此外，在石化工业的许多容器中期望的是，仅检测分界层的位置。对此例如是石油储存容器，在所述石油储存容器中应监测沉积在底部上的水-冷凝物-层。

图13示出三个根据本发明的用于容器的子区域中的分界层测量和/或乳浊液测量的设备。

根据图13的图示（A）的机构示出根据渡越时间法1301的物位测量装置，所述物位测量装置的波导1302向下打开，并且此外在所述波导的下部区域中具有孔1303。波导能够根据物位测量装置的类型设计为波导管或者也可以设计为同轴导体。所述机构实现了波导内部的分界层1304的检测，其中这个分界层的液位在波导的内部和外部是一致的。此外，上部的介质穿过孔1303流到波导中，在其中上升，但直至到达波导之外的液位，因为所述波导向上封闭，并且位于其中的气体环境1305被上升的液体压缩并且形成反压力。可能可行的是，在波导的上端部上，借助于设置在第一区域中的填充介质的上方的压力传感器检测所述这个压力，并且在此推知物位的液位。在之前所描述的值也能在乳浊液形成期间可靠地检测，并且例如能够用于操控冷凝泵1306。

根据图13的图示（B）的机构相应于来自于图示（A）的设置，此外在波导的上端部上具有另一个孔1307，所述孔保证在波导中总物位的液位1308与波导之外的液位相同。所述机构类似于图3的机构，但是不利用下述事实情况，即仅在下部的区域中测量分界层，为此单一的孔1309在波导中和波导之外满足分界层和介质的液位补偿。多个沿着波导的孔是不需要的，这能够有助于波导之内的显著更好的反射情况。孔一般而言造成接收信号中相当大的干扰。

根据图13的图示（C）的机构完整地详细说明了在波导的下部区域中的分界层的测量。因为对直至距离d_D的反射不感兴趣（仅确定容器的下部区域中的分界层），所以波导1310构造成，使得不可能发生液体在物位测量装置和距离d_D之间的区域中进入波导的内腔中。对此探针能够填充有电介质，或者也可以具有密封件。这种机构的大的优势在于，物位测量装置1311的用于测量的信号沿着直至距离d_D的传播范围不可能受到上部介质1312或者叠加气体环境1313的阻尼，或者不可能在其传播范围中受到影响。

图13相应地示出测量设备，特别是物位测量设备、分界层测量设备或者乳浊液测量设备，所述测量设备根据渡越时间法来工作。设备具有用于容纳第一液体606和/或第二液体607的容器605，所述第二液体与第一液体相比具有更小的密度。容器具有第一子区域602，第二子区域601和在这两个子区域601，602之间的用于交换这两个子区域601，602之间的液体的至少两个连接部1303，1321（对此也见图6）。

第一子区域602由波导构成，所述波导至少部分地设置在容器605中，其中所述波导在上部区域1305中是封闭的，以至于用液体606，607填充第二子区域601导致上部区域中的压力上升。

此外设置测量设备，特别是用于检测回波曲线的物位测量设备或者分界层测量设备1301，1311，所述回波曲线描述了波导之内的反射情况。

包含在测量设备中的评估单元（未示出）构造成，确定在第二子区域601中代表物位的位置和/或填充介质的两种不同的液体之间实际存在的或虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值，其中所述评估单元为此使用回波曲线。

根据另一个实施例，测量设备在上部区域1305中还具有至少一个压力测量装置或者压力测量机构1320，其中包含在测量设备中的评估单元构造为，借助于上部区域1305中的压力来确定在第二子区域601中代表总物位的位置和/或第一液体和第二液体之间的实际存在的或虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值。

根据另一个实施例，波导602是波导管。

根据另一个实施例，波导602是同轴波导。

根据另一个实施例，测量设备1301，1311是发送电磁发送信号或者声学发送信号的测量设备。

根据另一个实施例，测量设备是如下设备1301，1311，所述设备根据制导微波的原理来工作，并且具有内部导体104（见图1），所述内部导体设置在第一子区域602的内部，其中所述内部导体104和第一子区域602的壁构成同轴导体，从而借助于由内部导体和第一子区域的壁构成的同轴导体确定第一子区域602之内的物位。

根据另一个实施例，测量设备此外在上部区域1305中具有电介质1322或密封件，所述电介质或者所述密封件阻碍第一和/或第二液体进入第二区域。

此外提出一种用于乳浊液测量的方法，所述方法具有下述步骤：

-将第一液体606和/或第二液体606注入容器605的第二子区域中，所述第二液体与第一液体相比具有更小的密度，所述容器具有第一子区域602、第二子区域601和在这两个子区域601，602之间的、用于在这两个子区域601，602之间交换液体的至少两个连接部1303，1321；

其中所述第一子区域602由波导构成，所述波导至少部分地设置在容器605中；

-波导602的上部区域1305中的压力升高，因为所述波导602在上部区域1305中是封闭的；

-检测回波曲线，所述回波曲线描述了波导602之内的反射情况；

-利用回波曲线确定在第二子区域601中代表物位的位置和/或填充介质的两种不同的液体之间的实际存在的或虚拟存在的分界层的位置的特性值。

此外能够设置下述步骤：

确定波导的上部区域（1305）中的压力；

借助于上部区域（1305）中的压力确定在第二子区域（601）中的第一和/或第二液体的总物位的至少一个特性值。

图14示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。在步骤1401中，在容器的第一子区域中进行总物位的确定以及进行位于容器中的两种液体之间的分界层的位置的确定。

在步骤1402中，在容器的第二子区域中进行总物位的确定以及进行位于容器中的两种液体之间的分界层的位置的确定。在步骤1403中计算这两种液体的密度的比。在步骤1404中搅动容器的第二子区域中的液体，以至于构成乳浊液，并且在步骤1405中在容器的第二子区域中添加另外量的液体。在步骤1406中再次分别在第一子区域中和第二子区域中进行回波曲线的检测和评估。从这样获得的容器的第一子区域的两个测量值和容器的第二子区域的一个测量值（总物位）出发，现在在步骤1407中，在知道这两种液体的密度比的情况下计算可能的分界层的位置或者混合比。在这里重要的是，两个总物位位于不同的液位上。

另外应指出是，“包括”和“具有”不排除其它的元件或步骤，并且“一个”不排除多个。此外应指出的是，参考上述实施例之一描述的特征或步骤也能够在与其它在上文中描述的实施例的其它特征或步骤相结合地使用。权利要求中的参考标记不应被视为是限制性的。

Claims (15)

1.测量设备(600)，所述测量设备根据渡越时间法来工作，所述设备具有：

用于容纳第一液体和第二液体的容器(605)，所述第二液体与所述第一液体相比具有更小的密度，并且所述容器具有第一子区域(602)、第二子区域(601)和一个或多个用于在所述第一子区域(602)和所述第二子区域(601)之间进行液体交换的在所述第一子区域(602)和所述第二子区域(601)之间的连接部(603，604)；

用于检测第一回波曲线的第一测量机构(610)，所述第一回波曲线描述所述第一子区域(602)内部的反射情况；

用于检测至少一个第二回波曲线的第二测量机构(611)，所述第二回波曲线描述所述第二子区域(601)内部的反射情况；

评估单元(110)；

其中所述评估单元(110)设计为，用于利用所述第一回波曲线确定到在所述第一子区域中的所述第二液体的表面的第一电距离；

其中所述评估单元(110)设计为，用于利用所述第一回波曲线确定到在所述第一子区域中的这两种液体之间的分界层的第二电距离；

其中所述评估单元(110)设计为，用于利用所述第二回波曲线确定到在所述第二子区域中的由两种液体构成的乳浊液的表面的第三电距离；

其中所述评估单元(110)构成为，确定在第二子区域中(601)的两种不同的液体之间的虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值，或者确定由所述两种不同的液体构成的混合物的成分的至少一个特性值；

其中所述评估单元(110)为此使用所述第一电距离、所述第二电距离和所述第三电距离。

2.根据权利要求1所述的测量设备，

其中所述容器(605)的所述第一子区域(602)由竖管的内腔构成。

3.根据权利要求1所述的测量设备，

其中所述容器(605)的所述第一子区域(602)由所述容器的旁通管构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中在所述第一子区域(602)和所述第二子区域(601)之间的连接部(603，604)由在所述容器(605)的所述第一子区域(602)中的第一开口(603)和在所述容器(605)的所述第一子区域(602)中的第二开口(604)构成，所述第一开口位于所述容器底部(620)附近，所述第二开口在根据规定填充的容器(605)中位于填充介质的上方。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中所述第一子区域(602)和在所述第一子区域(602)和所述第二子区域(601)之间的所述连接部(603，604)构造为，使得在添加一定量的液体到所述第二子区域(601)中时，在所述第一子区域(602)中形成的液柱的液位与在所述第二子区域(601)中的液柱的液位不相同。

6.根据上述权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中所述第一测量机构(610)和所述第二测量机构(611)是相同的设备。

7.根据上述权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中所述第一测量机构和/或第二测量机构(611)是发送电磁发送信号或者声学发送信号的测量机构。

8.根据上述权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中所述第一测量机构(610)根据制导微波的原理来工作，并且具有内部导体(104)，所述内部导体设置在所述第一子区域(602)的内部；

其中所述内部导体(104)和所述第一子区域(602)的壁构成同轴导体，以至于在所述第一子区域(602)之内的所述回波曲线借助于由所述内部导体和所述第一子区域的所述壁构成的所述同轴导体来确定。

9.根据上述权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

所述测量设备还构造成用于检测并且输出在所述第二子区域(601)中的物位的至少一个特性值。

10.根据上述权利要求1至3中任一项所述的测量设备，

其中在不借助电容性测量的情况下进行对在所述第二子区域(601)中的填充介质的两种不同的液体之间的虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值的确定，或者进行对由两种不同的液体组成的混合物的成分的至少一个特性值的确定。

11.用于借助于根据权利要求1至10中任一项的测量设备来进行乳浊液测量和/或分界层测量的方法，所述方法具有下述步骤：

确定在容器的第一子区域中的两种不同的液体的物位的至少一个特性值，并且确定两种液体之间的分界层的位置的至少一个特性值；

确定在所述容器的第二子区域中的两种液体的物位的至少一个特性值；

利用在前两个主测量步骤中获得的特性值以及两种液体的密度比来计算在所述容器的所述第二子区域中的两种液体之间的虚拟存在的分界层的位置的至少一个特性值。

12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还具有下述步骤：

根据测量确定两种液体的密度比，在所述测量中确定在所述容器的所述第一子区域和所述第二子区域中的两种液体的物位的至少一个特性值，并且确定在所述容器的所述第一子区域和所述第二子区域中的两种液体之间的所述分界层的位置的至少一个特性值。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还具有下述步骤：

在确定所述密度比之后并且在执行两个所述主测量步骤之前，在所述第二子区域中混合两种液体。

14.根据权利要求12所述的方法，所述方法还具有下述步骤：

在确定所述密度比之后并且在执行两个所述主测量步骤之前，在所述第二子区域中混合两种液体。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的测量设备(600)的用于确定在容器的子区域中的两种不同的液体之间的实际存在的分界层的至少一个特性值的应用。