CN105026899B - 用于监视容器中的介质的设定料位的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用料位测量探头(1)来监视容器中的介质的设定料位的方法和设备，所述料位测量探头(1)被设计成在导电操作模式中作为导电料位测量探头(1)操作，且在电容操作模式中作为电容料位测量探头(1)操作，其中控制/评估/输出单元(2)被设计成交替地触发导电操作模式和电容操作模式，且其中控制/评估/输出单元(2)基于来自所述两种操作模式的测量值来确定是否已达到所述容器中的所述介质的所述设定料位，且在超过和/或低于所述设定料位时产生消息。

Description

用于监视容器中的介质的设定料位的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于监视容器中的介质的设定料位的方法和设备。
背景技术
DE 32 12 434 C2公开通过检测导电介质是否在传感器电极与导电容器的壁或第二电极之间产生电接触而监视介质的料位。因为取决于待监视的介质在测量探头上存在频繁的累积，所以使用保护电极。该电极同轴地围绕传感器电极，且具有与传感器电极相同的电位。取决于累积的性质，该实施例引起产生适当保护信号的问题。
DE 10 2006 047 780 A1描述在大测量范围上对累积不敏感的料位测量探头。根据已知解决方案，提供放大单元和限制元件，其中限制元件布置在放大单元的输出与保护电极之间。保护电极经由放大单元和限制元件而被供应保护信号，该限制元件可为(例如)欧姆电阻。类似地，传感器电极被供应触发信号。评估单元从在传感器电极处可获得的电流信号以及触发信号和/或保护信号开始监视料位。产生保护信号的放大单元由限制元件限制。具有有限振幅的信号作为激励信号而被传递到传感器电极。接着，传感器电极截取电流信号，该电流信号与触发信号或保护信号一起用于监视料位。
在DE 10 2008 043 412 A1中，描述具有存储器单元的料位开关，其中存储器单元保存用于存储在容器中的各种介质的阈值。当超过或低于介质的阈值时，产生开关信号。可以以这样的方式关于容器中的介质针对测量值特别规定阈值水平，以使得累积不影响可靠的开关。因为累积使测量信号失真，且因此呈现不正确的过程变量，所以优选以这样的方式设置阈值(该阈值确定开关点)以使得阈值处于可因累积而达到的测量信号的范围外。在此情况下，设备可被设计为电容料位计或导电料位计。因为设备可通过从介质的所检测的特性确定和/或计算理想开关点而针对容器中的各种介质(例如，在例如CIP和SIP过程等清洁循环的上下文中)来自动地调整，所以不需要通常因介质的改变而需要的复杂比较过程。
如果待监视的介质几乎不具有电导率(<0.5μS/cm)，或具有极低电导率，则通过导电测量过程的料位的检测达到其极限。与空气的电导率相比的介质的电导率的任何改变因而过小而不能被测量电子器件可靠地检测到。难以使用导电测量方法来监视的介质包含(例如)蒸馏水、糖蜜或醇类。其它有问题的介质是具有小于1μS/cm的电导率和小于20的相对介电常数的那些介质。油脂尤其在此范围中。
发明内容
本发明的目的是提出可靠地监视容器中的介质、甚至是具有极低电导率的介质的料位的方法和设备。
关于该方法，该目的通过以下方式来实现：在导电操作模式中将料位测量探头作为导电料位测量探头来操作，且在电容操作模式中将料位测量探头作为电容料位测量探头来操作，以使得导电操作模式和电容操作模式被交替激活，两种操作模式中的测量值用于确定是否已达到容器中的介质的设定料位，且当超过和/或低于设定料位时产生消息。
针对这个目的，导电测量方法用于导电介质，而电容测量方法用于不导电或低导电介质。根据本发明，组合导电测量方法的优点和电容测量方法的优点。允许针对介质的扩展范围的可靠的基础水平检测。继而，显著增大料位检测器的应用范围。本发明的一个优点在于临界范围中的导电测量方法和电容测量方法的所有优点和缺点彼此相反且因此彼此大幅补偿。使用根据本发明的方法尤其使具有大于1.5的介电常数的介质的料位得以检测，而无关于其电特性。
如果待监视的介质具有>5μS/cm的电导率，则导电测量方法优选用于监视介质。导电测量方法的优点在于传感器电极可具有到介质的直接链接。不必将传感器电极绝缘。
电容测量方法的一个缺点在于对于大于100μS/cm的任何电导率，在传感器电极与介质之间需要绝缘体。绝缘体的阻抗被证实一发生累积，就具有负面效果。
在根据本发明的方法的有利实施例中，料位测量探头被分配有建立来自料位探头的测量值或从料位探头的测量值导出的变量与介质的至少一个介质特定特性之间的函数关系的信息。函数关系限定对应于超过和/或低于设定料位的开关点。
为了自动地且在不存在来自操作人员的干预的情况下进行测量操作，过程优选始于在导电操作模式中确定介质特定特性。接着，基于所确定的介质特性和函数关系来确定相关联的开关点。优选使用的介质特定特性是电导率L＝1/R，其中R是介质的欧姆电阻，或使用介电常数。
在根据本发明的方法的有利实施例中，取决于导电操作模式和/或电容操作模式中的所确定的介质特定特性，提供用于监视设定料位的料位测量探头的测量值和相关联的开关点。
取决于电导率或介电常数的介质范围可明确地划分为三个子范围：
-针对不导电或具有低电导率(尤其低于5μS/cm)的待监视的介质，在电容操作模式中确定测量值。
-针对具有高电导率(尤其高于100μS/cm)的待监视的介质，在导电操作模式中确定测量值。
-针对导电率处于中间范围中(尤其高于5μS/cm且低于100μS/cm)的待监视的介质，使用在导电操作模式中和在电容操作模式中确定的两个测量值。取决于待监视的介质的电导率测量值分配有适当加权因子。加权因子处于0％到100％的范围中且彼此相反：
-电导率越高，在导电操作模式中确定的测量值的加权因子越大，且在电容操作模式中确定的测量值的加权因子越小。
-电导率越低，在电容操作模式中确定的测量值的加权因子越大，且在导电操作模式中确定的测量值的加权因子越小。
根据本发明的方法的另一有利发展的优点，在中间范围中，将在电容操作模式中确定的测量值与在导电操作模式中确定的测量值进行比较。基于比较而执行似真性检查。在此上下文中，应注意，针对高导电介质，不需要电容测量，这是因为不存在通过电容测量提供的额外信息。实际上，电容测量因而始终显示全标度偏转。继而，针对低电导率，不需要导电测量，这是因为在这情况下，通过该测量没有获得额外信息。
根据本发明，该设备在导电操作模式中作为导电料位测量探头而操作，且在电容操作模式中，作为电容料位测量探头而操作。出于这个目的，根据本发明的设备具有控件，该控件被设计成交替地触发导电操作模式和电容操作模式。此外，提供评估/输出单元，该评估/输出单元基于两种操作模式的测量值，而确定是否达到容器中的介质的设定料位，且如果超过和/或低于设定料位则产生消息。
料位测量探头优选具有所分配的存储器单元，在该存储器单元中，保存了提供介质的至少一个介质特定特性与料位测量探头的测量值或从料位测量探头的测量值导出的变量之间的函数关系的信息，其中该函数关系确定用于评估/输出单元的开关点。
根据本发明的设备的有利实施例，料位测量探头具有传感器电极和保护电极。此外，提供第一电子单元和第二电子单元，该第一电子单元和该第二电子单元被设计成使得第一电子单元在导电操作模式中操作料位测量探头，而第二电子单元在电容操作模式中操作料位测量探头。随后，由控件激活的开关单元接着交替地启动导电操作模式和电容操作模式。
料位测量探头优选具有保护电极，且取决于所触发的操作模式，第一电子单元或第二电子单元向传感器电极提供控制信号，且向保护电极提供保护信号。
基于可在传感器电极处分接的所得信号以及控制信号和/或保护信号，评估单元确定是否超过和/或低于设定料位。明确地说，提供至少一个测量电阻器，通过测量电阻器，保护电流到传感器电极电流的比率被分接。根据本发明的设备的有利实施例，评估单元从控制信号和/或保护信号以及电流信号和/或取决于电流信号的电压信号确定至少一个增益。随后，基于其来确定超过和/或低于容器中的介质的料位。
附图说明
参照附图来进一步解释本发明。其中：
图1示出根据本发明的设备的实施例的示意图。
图2a是料位测量探头的纵向截面的部分视图，
图2b是图2a所示的料位测量探头的横截面，
图3是示出来自食品领域的各种介质的取决于导电率的介电常数的图示。
图4是料位测量探头的开关曲线的示意图，
图5是各种操作模式的示意图，
图6是用于进行根据本发明的方法的第一实施例的流程图，以及
图7是用于进行根据本发明的方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的设备的优选实施例的示意图，该设备用于监视容器中的介质的设定料位。根据本发明的设备包括料位测量探头1，料位测量探头1被设计成使得料位测量探头1可在导电操作模式中用作导电料位测量探头1，且可在电容操作模式I中用作电容料位测量探头1。通过控制单元2，在被示出为被设计为控制/评估/输出单元2的整体组件的情况下，料位测量探头1被交替地触发以在导电操作模式II中且在电容操作模式I中操作。不言而喻，控制/评估/显示单元2的个别组件还可被设计为分开的部分组件。
料位测量探头1具有用于导电操作模式和电容操作模式中的相同的传感器电极7、保护电极8和测量电极11。料位测量探头1优选在待监视的料位的高度处前齐平或几乎前齐平地安装到容器的壁中。容器在图1中被提供以附图标记11。用于阈值水平的检测的对应料位测量探头1由本申请人以名称FTW33提供和经销。如果容器由导电材料制成(如图1所示)，则测量电极11可由容器壁形成。当然，测量电极11还可被设计为具有不导电材料的壁的容器中的料位测量探头1的整体部分。相应实施例示出在图1中(壁是接地电极11)且示出在图2a、图2b中(接地电极11是料位测量探头1的整体组件)。还可提供分开的电极作为接地电极。
第一电子单元3在导电操作模式中操作料位测量探头1；第二电子单元4激活料位测量探头1的电容操作模式I。
导电操作模式(在图5中，范围II)和电容操作模式(在图5中，范围I)的优选的交替地触发由开关单元6执行，该优选的交替地触发至少在初始阶段中用于在操作模式中确定介质的介电常数或用于似真性检查。开关单元6被设计为模拟开关单元或数字开关单元。料位测量探头1针对传感器电极7由控制信号AS控制，且针对保护电极8由保护信号GS控制。
用于导电料位测量探头1的电子单元3的实施例的一个示例(例如)由本申请人以上述料位测量探头FTW33实现，其中料位测量探头FTW33尤其被设计成用于食品领域中。此外，已在DE 10 2006 047 780 A1和DE 10 2008 043 412 A1中公开适当电子单元3。在DE10 2006 047 780 A1的图2和图3中描述了导电操作模式中的料位测量探头1的功能。该描述明确包含在本发明中公开的主题中。
电子器件(如用于本申请人以名称LIQUICAP、Nivector或Multicap提供且经销的电容料位探头之一的电子器件)可针对电容操作模式而用作电子单元4。
基于在电容操作模式中且在导电操作模式中确定的测量值，控制/评估/输出单元2确定是否已达到容器中的介质的设定料位。如果超过和/或低于设定料位，则产生相应消息，且在需要时，触发开关过程。开关点是取决于介质的电导率和/或相对介电常数来确定的。至少一个开关曲线保存在存储器单元5中。如果介质的电导率是已知的，则可基于所保存的开关曲线来确定相应的理想开关点。图4示出开关曲线的示意图。在上文引用的DE 102006 047 780 A1中示出了结合根据本发明的解决方案而适用的开关曲线的另一示例。
根据用于监视料位的根据本发明的方法和/或根据本发明的设备的有利实施例，可区分三个范围I、II和III：
-针对不导电介质或具有低电导率的介质，使用已在电容操作模式(范围I)中确定的测量值。范围I优选处于介于300kΩ与无穷大之间的电阻范围中。
-针对具有高电导率的待监视的介质，使用在导电操作模式(范围II)中获得的测量值。范围II优选处于介于0Ω与1MΩ之间的电阻范围中。
-针对具有处于中间范围(III)中的电导率的待监视的介质，使用在电容操作模式和在导电操作模式中确定的那些测量值。取决于电导率，测量值具备适当加权因子。在所描绘的情况下，这些加权因子针对电容操作模式I与导电操作模式II两者处于0％与100％之间，但这些加权因子彼此相反。范围III优选处于介于300kΩ与1MΩ之间的电阻范围中。
基于在电容操作模式和导电操作模式中确定的测量值，在根据本发明的方法的优选实施例中，可执行似真性检查。
结合本发明，过程是使得独立于介质而首先在导电操作模式中测量保护电压。保护电压描述介质的电导率或电阻。在图3中，针对电导率而绘制各种食品的相对介电常数。如果知晓介质的电阻，则通过使用图5，还知晓在范围I、II或III中的哪一个中，进行后续测量：
-在范围I中，范围I专用于在电容操作模式中确定测量值，
-在范围II中，范围II专用于在导电操作模式中确定测量值，或
-在中间范围III中，中间范围III用于通过对电容操作模式I和导电操作模式II中的测量值适当地加权来形成料位监视的测量值。
当在导电操作模式中测量时，测量值始终取决于传感器电压(在传感器电极9处测量的电压)与保护电压(在保护电极10处测量的电压)之间的关系。再一次，在此上下文中，参考DE 10 2006 047 780 A1中所公开的主题。
在不导电介质的情况下，仅使用电容操作模式中的测量。该测量值取决于介质的介电常数。在导电操作模式与电容操作模式之间是中间范围III，其中在导电/电容操作模式中获得的测量值相对于彼此偏移和/或加权。为了使加权是渐进性的而不是跳跃性的，按比例分别以100％到0％和0％到100％来对电容操作模式和导电操作模式中所确定的测量值进行加权。
图6示出用于进行根据本发明的方法的第一实施例的流程图。一旦开始程序，程序阶段20就激活导电操作模式II。接着，确定介质的电导率或电阻(程序阶段21)。随后，在程序阶段22中，在导电操作模式中确定测量值。
针对程序阶段23，激活电容操作模式I，且程序阶段24确定相应测量值。此外，基于如(例如)图4所描绘的所保存的开关曲线来确定开关点。基于图5中所保存的依赖性，确定监视设定料位所需的范围I、II或III。如果中间范围III适用，则确定导电操作模式II和电容操作模式I的适当加权因子。
在阶段25中，对所确定的测量值对应地进行加权，且计算测量值，该测量值在程序阶段26中与介质的对应开关点进行比较。作为与所保存的开关曲线的比较结果(程序阶段27)，开关输出被设置为“传感器空闲”或“传感器被覆盖”。程序接着跳回到程序阶段20且继续重复程序循环20到27。
图7示出用于进行根据本发明的方法的第二有利实施例的流程图。根据本发明的方法的该实施例涵盖导电操作模式中的电导率的确定显露仅在导电操作模式中确定料位测量探头1的测量值就足够的情况。在此情况下，电容操作模式不呈现可用的测量值。因此，可跳过可至少将用于提供测量值的时间加倍的程序阶段34到36。只要导电操作模式中的测量一显示电导率已改变，就在阶段33中决定是否必须激活电容操作模式。
附图标记的列表
1 料位测量探头
2 控件
3 第一电子单元
4 第二电子单元
5 存储器单元
6 开关单元
7 传感器电极
8 保护电极
9 绝缘体
10 绝缘体
11 测量电极

Claims (15)

1.一种用于监视容器中的介质的设定料位的方法，其中料位测量探头(1)在导电操作模式中作为导电料位测量探头(1)来操作，且在电容操作模式(I)中作为电容料位测量探头(1)来操作，其中所述导电操作模式和所述电容操作模式被交替地触发，且来自两种操作模式的测量值被用于确定是否已达到所述容器中的所述介质的所述设定料位，且其中当超过和/或低于所述设定料位时产生消息，
其中，所述料位测量探头(1)用于在所述导电操作模式和所述电容操作模式中使用的传感器电极(7)、保护电极(8)和测量电极(11)是相同的。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述料位测量探头(1)被分配有建立所述料位测量探头(1)的所述测量值或从所述料位测量探头(1)的所述测量值导出的变量与所述介质的至少一个介质特定特性之间的函数关系的信息，且其中对应于超过和/或低于所述设定料位的开关点由所述函数关系限定。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中所述介质特定特性是在导电操作模式(II)中确定的，且其中相关联的开关点是基于所确定的介质特定特性和所述函数关系来确定的。
4.根据权利要求2所述的方法，
其中电导率或介电常数用作所述介质特定特性。
5.根据权利要求3所述的方法，
其中用于监视所述设定料位的所述料位测量探头(1)的所述测量值和相关联的开关点是取决于导电操作模式和/或电容操作模式中的所确定的介质特定特性来提供的。
6.根据权利要求4所述的方法，
其中用于监视所述设定料位的所述料位测量探头(1)的所述测量值和相关联的开关点是取决于导电操作模式和/或电容操作模式中的所确定的介质特定特性来提供的。
7.根据权利要求4至6中的一项所述的方法，
其中在电容操作模式中已确定的所述测量值被用于不导电的待监视的介质或具有低电导率的介质，
其中在导电操作模式中获得的所述测量值被用于具有电导率的待监视的介质，且在电容操作模式中和在导电操作模式中确定的测量值被用于具有处于中间范围(III)中的电导率的待监视的介质，其中所述测量值取决于所述介质的所述电导率被分配有适当加权因子。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中针对所述中间范围(III)，在电容操作模式中获得的所述测量值与在导电操作模式中获得的所述测量值进行比较，且其中通过该比较来执行似真性检查。
9.一种用于使用料位测量探头(1)来监视容器中的介质的设定料位的设备，所述料位测量探头(1)被设计成在导电操作模式中作为导电料位测量探头(1)来操作，且在电容操作模式中作为电容料位测量探头(1)来操作，其中控制/评估/输出单元(2)被设计成交替地触发导电操作模式和电容操作模式，且其中控制/评估/输出单元(2)基于来自两种操作模式的测量值来确定是否已达到所述容器中的所述介质的所述设定料位，且在超过和/或低于所述设定料位时产生消息，
其中，所述料位测量探头(1)用于在所述导电操作模式和所述电容操作模式中使用的传感器电极(7)、保护电极(8)和测量电极(11)是相同的。
10.根据权利要求9所述的设备，
其中所述料位测量探头(1)被分配有存储器单元(5)，在所述存储器单元(5)中，保存提供所述介质的至少一个介质特定特性与所述料位测量探头(1)的所述测量值或从所述料位测量探头的所述测量值导出的变量之间的函数关系的信息，其中所述函数关系确定用于所述控制/评估/输出单元(2)的开关点。
11.根据权利要求9或10所述的设备，
其中第一电子单元(3)被提供，所述第一电子单元(3)被设计成在导电操作模式中操作所述料位测量探头(1)，
其中第二电子单元(4)被提供，所述第二电子单元(4)被设计成在电容操作模式中操作所述料位测量探头(1)，
其中开关单元(6)被提供，所述开关单元(6)由所述控制/评估/输出单元(2)使用以交替地激活所述料位测量探头(1)的导电操作模式和电容操作模式。
12.根据权利要求11所述的设备，
其中所述第一电子单元(3)或所述第二电子单元(4)取决于所触发的操作模式(I、II)而向所述传感器电极(7)供应控制信号或向所述保护电极(8)供应保护信号。
13.根据权利要求12所述的设备，
其中所述控制/评估/输出单元(2)基于由所述传感器电极(7)产生的分接信号以及所述控制信号和/或所述保护信号而确定是否超过和/或低于所述设定料位。
14.根据权利要求13所述的设备，
其中至少一个测量电阻器被提供，所述至少一个测量电阻器用于分接保护电流与传感器电极电流的比率。
15.根据权利要求13或14所述的设备，
其中所述控制/评估/输出单元(2)从所述保护信号和/或所述控制信号以及电流信号和/或取决于所述电流信号的电压信号来确定至少一个增益，且基于所述增益来确定超过还是低于所述容器中的所述介质的所述料位。
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