CN105283739A - 用于测定水分含量的物位测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物位测量。对回波曲线进行分析，并且根据该回波曲线来测定存储材料的物位和水分含量。物位测量仪以节能方式工作使得通过4...20mA两线式导体回路就足可以向所述仪器供电，该两线式导体回路也用于传输至少一些测量值。

Description

用于测定水分含量的物位测量仪

技术领域

本发明涉及物位测量(levelmeasurement)。具体地，本发明涉及用于测定存储材料的物位的物位测量仪，且还涉及程序和机器可读介质。

背景技术

目前市场上存在多种用于检测容器中的物位或库存物位的传感器。使用受引导雷达波或空间自由辐射雷达波来检测物位的传感器尤其重要。

这些物位测量仪可按照脉冲通行时间(pulsetransit-time)技术的原理工作。在这种情况下，电磁脉冲朝向存储材料的表面通行。接着，物位测量仪接收测量信号的在存储材料的表面处以及适用的其它反射器处被反射的信号分量，由此产生回波曲线，可以分析该回波曲线以测定物位。

同样已知的是按照调频连续波(FrequencyModulatedContinuousWave，FMCW)原理工作的物位测量仪。这些物位测量仪也可以使用受引导信号或空间自由辐射信号。

特别对于粮食加工行业的使用者，而且也对于碎石/混凝土行业的使用者，测量仪额外地需要连续检测存储在容器中的材料的水分或库存的水分(水分含量)。

如果想要对存储在容器中的材料或库存(存储材料)的水分含量进行测量，那么，例如如图3所示，针对此目的可以使用水分仪。

水分仪使用直接测时技术来测定测量信号沿着位于存储材料中的测量探针的通行时间。测量信号沿着存储材料中的测量探针传播的相对短的时间段可能导致不准确测量。可以通过多个测量的取平均来提高测量准确度，但这将大大增加水分仪的功耗。这样，该功耗对于两线式装置来说过高。

发明内容

本发明的目的在于限定一种用于测定材料的水分含量的测量仪，该仪器具有低功耗。

本发明的另一个目的在于限定一种用于测定材料的水分含量的测量仪，该仪器更准确地提供存储材料的水分含量的测量值。

该目的由独立权利要求的特征实现。本发明的改进存在于从属权利要求和以下说明中。

根据本发明的第一方面，一种用于测定存储材料的物位的物位测量仪被限定为包括射频单元和信号处理单元。射频单元用于产生测量信号，随后测量信号通过空间自由辐射或借助引导器件而朝向存储材料表面发射。

接着，测量信号在存储材料表面处或在一个或多个额外反射器(诸如容器基部、探针端部或其它间断部等)处完全地或部分地反射。反射的测量信号接着馈送至物位测量仪的信号处理单元，该信号处理单元根据所述信号来获得回波曲线，并接着根据该回波曲线测定物位。

此外，物位测量仪能够另外根据该回波曲线来测定存储材料的水分含量或至少水分含量的特征值(即，与水分含量相关联的值)。

与已知方法和装置相比，这可以节约电能，这是因为可以从单次测量中对物位和水分含量均进行测定。

虽然没有使用额外探针进行直接通行时间测量，但是对在测定物位的过程中已经执行的测量进行分析。

根据本发明的一个实施例，一种用于测定存储材料的物位的物位测量仪被限定成根据回波曲线中的两个回波的两个幅值并根据相同回波曲线中的两个回波的间隔来测定当前物位的测量值以及存储材料的水分含量的测量值。使用幅值和间隔信息可以准确地提供介质的水分含量。特别有利地，将信息处理成使得物位的测量值和水分含量的测量值均可以以非常正确的方式测定和提供，该方式带来低电路成本和/或电力成本。

根据本发明的一个实施例，物位测量仪被设计成连接至两线式导体回路，例如，4…20mA两线式导体回路。为此目的，物位测量仪包括两线式接口，例如4…20mA两线式接口。可以经由该两线式导体回路提供仪器操作所需的电力。两线式导体回路可以用于向外部位置传送与物位和/或水分含量相关联的测量值的全部或子集。

可选地或额外地，可进行如下设置：一些测量值(例如水分含量测量值或物位测量值)可以经由第二数据接口传送，例如，该第二数据接口可以是第二两线式接口的形式或可以作为数据总线接口。

根据本发明的另一个实施例，测量信号为FMCW信号。换言之，物位测量仪是按照FMCW原理工作并发射作为测量信号的调频连续波的测量仪。

根据本发明的另一个实施例，测量信号为电磁脉冲。在这种情况下，物位测量仪是按照脉冲通行时间技术的原理操作的雷达物位指示器。

根据本发明的另一个实施例，物位测量仪包括两线式接口，其中，物位测量仪被设计成经由两线式接口被供电并经由两线式接口从物位测量仪输出所有测量值。

根据本发明的另一个实施例，除两线式接口之外，物位测量仪还包括额外数据接口，其中，物位测量仪被设计成经由两线式接口被供电并经由两线式接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的第一测量值，并且物位测量仪被设计成经由数据接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的第二测量值。

例如，数据接口可以是第二两线式接口或者数据总线接口。

根据本发明的另一个实施例，测量仪设被计成将空间自由辐射电磁波用作测量信号。

根据本发明的另一个实施例，物位测量仪被设计成将受引导电磁波用作测量信号的测量仪。在这种情况下，物位测量仪具有至少部分地延伸至存储材料(至少如果物位适当的高时)的测量探针(波导设备)。

根据本发明的另一个实施例，物位测量仪具有波导设备，波导设备包括沿着波导设备的纵向延伸方向彼此间隔开的多个反射器。在这种情况下，物位测量仪被设计成基于回波曲线来测定水分分布，该分布沿着波导设备的纵向延伸。为了建立水分分布，需要沿着波导设备布置各种反射器，这是因为这种反射器会反射一些测量信号，且接着可以在所记录的回波曲线中检测这些反射。

这样，本发明的一个方面涉及一种用于对容器中的材料或库存的物位和水分含量的进行组合测量的现场装置，仅经由一个导体来实现供电和测量值输出。

具体地，可以根据脉冲电磁波的反射并利用顺序采样技术测定反射波分量的幅值和时间来测量两个特征值(物位和水分含量)。

也可以进行如下设置：经由仅两个导体对来实现供电和测量值输出，一个导体对是用于向现场装置供电并输出一个测量值的4…20mA导体回路，另一个导体对是用于输出另一个测量值的4…20mA导体回路(无源)。

针对两个测量(物位和水分含量)均使用相同的测量信号，使得与仅用于两个测量中的一者的已知传感器相比，功耗的增加可忽略不计。这说明两线式装置适用于组合传感器。

根据脉冲电磁波的反射并通过利用顺序采样技术测定反射波分量的幅值和时间来测量两个特征值的优点在于可以使用相同的测量信号。

此外，限定了一种用于测定存储材料的物位的方法，其中，产生测量信号，根据测量信号的回波曲线测定物位，并根据该相同回波曲线测定存储材料的水分含量。

根据本发明的另一个实施例，经由两线式导体回路(例如，4...20mA电流回路)将电力提供至用于执行该方法的仪器。

也可以经由该两线式导体回路输出测量值。正如上文已经描述，可以进行如下设置：经由另一个接口输出一些测量值。

两线式导体回路可以规定现场装置(例如，物位测量仪、水分仪等)的安装布置，其中，仅经由单个导体对向装置提供所需的电力，并且经由该导体对同时输出至少一个测量值。

两线式接口可以为现场装置(例如，物位测量仪、水分仪等)的接口，经由该接口装置可以在两线式导体回路内进行操作。两线式接口可以选自如下标准接口的群组：4...20mA电流回路、具有HART的4...20mA电流回路、Profibus、PA以及基金会现场总线(FoundationFieldbus)。

两线式装置可以是具有至少一个两线式接口的现场装置(例如，物位测量仪、水分仪等)。

根据本发明的另一个方面，限定了一种程序，当在处理器上执行时，该成像命令处理器进行上文和下文说明的步骤。

根据本发明的另一个方面，限定了一种存储程序的机器可读介质，当在处理器上执行该程序时，该程序命令处理器进行上文和下文说明的步骤。

应当指出，上文和下文说明的物位测量仪可以被设计成执行这里和下文说明的所有方法步骤。

程序可以为存储于测量仪的处理器上的一段软件的一部分。在这种情况下，该处理器依然为本发明的主题。本发明还涉及通过更新使现有程序能够使用本发明的程序。

下面将参照附图对本发明的实施例进行说明。

附图说明

图1示出了物位测量雷达仪。

图2示出了按照受受引导微波的原理操作的物位测量仪。

图3示出了水分仪。

图4示出了根据本发明的一个实施例的物位测量仪。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的物位测量仪。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的物位测量仪。

图7示出了据本发明的其它实施例的三个物位测量仪。

图8示出了方法的流程图。

具体实施方式

附图中的描绘是示意性的并且不是按比例的。

在附图的以下说明中，在不同的附图使用相同的附图标记的情况下，这些附图标记表示相同或相似元件。然而，也可以使用不同的附图标记表示相同或相似元件。

图1示出了根据现有技术的雷达物位测量仪105。雷达物位测量仪使用射频单元101来产生射频测量信号102，并经由合适的天线103将该信号向存储材料表面104发射。信号102在该表面处被反射并在相关的通行时间之后返回至物位测量仪105，其中，该信号被射频单元101以已知的方式处理，并且被传送至分析单元106。分析单元基于通行时间计算至存储材料104的距离。

由4…20mA电流回路109供电的物位测量仪105特别具有重要商业价值。在这种情况下，物位测量仪105包括合适的电源107，电源107具体地包括能量存储单元和能量控制单元，并且以合适的方式控制传感器中的其它部件，以保证稳定的测量操作。可以经由4…20mA接口106以模拟形式向外提供由传感器测量的物位值。

例如，也能够通过使用HART、Profibus、FF或Modbus来提供数字形式的测量值。

此外，还能够使用受引导微波来测量物位。图2示出了相应的仪器。与向空间自由辐射的雷达仪105不同的是，基于受引导微波原理的仪器包括合适的波导202，该波导将测量信号203引导至存储材料表面并又将其引导回测量仪201。以与雷达仪105类似的方式对测量值进行测量。同样地，该仪器可以经由4…20mA接口或数字现场总线向外部提供测定的测量值。

另一方面，可以使用专用水分仪来测定待测量的介质108的水分含量。图3示出了这种测量仪。测量仪301可以包括探针单元303，该探针单元包括一个或多个独立探针306。使用受引导微波来测量信号沿完全位于介质中的探针的通行时间，并且该通行时间被传送至测量转换器单元302，其中测量转换器单元302为探针单元303提供控制并供电。

测量转换器单元302根据信号沿探针306的通行时间来计算相对介电常数ε_R'，通过考虑必须提前设定的介质特性，可以将该介电常数转换为水分值F。为达到良好的近似，这里可以将比例特性假定为：

F＝c·ε_R′

其中，c是取决于介质(以及可能地，温度)的常量，并且对于所存储介质来说是提前已知的。

可以在合适的数字接口304(例如，RS-232)处向外部提供所计算的水分值。

此外，水分仪302通常包括另一接口305，该接口向传感器单元301供电。

这些传感器不旨在用于同时测量物位和水分含量。另外，水分仪利用直接测时技术来测量沿测量探针306的通行时间，这种测量由于非常短的时间周期而会导致较大的测量误差。虽然通过对多个测量进行平均可以提高准确性，但这反过来又大大增加了水分仪301的功耗，并因此妨碍了作为4..20mA两线式装置的实施。

图4示出了物位测量仪的第一实施例，该物位测量仪在连接至4…20mA两线式导体回路的两线式测量仪中组合了对物位和水分含量的测量。

测量仪401具有射频单元101、信号处理单元106和改进的电源单元402。此外，测量仪401还具有水分计算单元403。

测量仪401向待测量的介质108发送射频信号102。微波能量的一部分在介质108的表面104处被反射，并且在适当的通行时间之后返回至测量仪401。

微波能量404的另一部分穿透介质108并且直至到达介质的下限405时才被反射。该下限通常由容器基部提供。射频单元101处理所接收的信号，并且可以使用已知技术来提供数字或模拟形式的回波曲线406。除了由天线内部的直接反射(immediatereflection)引起的天线回波407之外，回波曲线还包含源自表面104处的反射的物位回波408，并还包含由容器基部405处的反射引起的基部回波409。

基于回波曲线406，信号处理单元106可以使用已知方法来计算至存储材料表面的距离d。所计算的距离可以在4…20mA接口109处以模拟形式提供。可选地或额外地，该值可以经由数字接口提供。

在计算至存储材料表面的距离d之后，水分计算单元403使用回波曲线406和至存储材料表面的距离d来计算介质108的水分含量。为此目的，可将材料特征值预设为水分计算单元403中的参数。这里应注意，水分计算单元403可设置成信号处理单元的一部分或设置成单独的部件。

可以使用各种方法来计算材料水分含量F自身。一个选择是分析存储材料回波408的幅值A_L，当材料特征值已知时，可以基于该幅值推导水分含量。为了达到良好的近似，下式成立：

$F=c\·{\left(\frac{A_E-A_L}{A_E+A_L}\right)}^2$

其中，c是取决于介质(且可能地，温度)的常量，并且是提前已知的，A_E是由物位测量仪发射的信号的最大幅值，A_L是存储材料回波的幅值。

另一个选择是分析微波信号102在材料108中的衰减，可根据存储材料回波408的幅值并根据基部回波409的幅值来计算该衰减。可通过使用具体材料特征值以已知的方式从衰减中推导出介质的水分含量。

衰减系数α如下限定：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_0}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}{2}}\·\sqrt{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′\′}}{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}\right)}^2}-1}$

其中，

λ₀为用于测量的信号的波长，

ε_R'为复相对介电常数的实部，

ε_R”为复相对介电常数的虚部。

可以通过使用以下方程式根据测量来计算介质中的衰减D_M：

$D_M=\frac{A_B}{{(\sqrt{A_H}-\sqrt{\frac{A_L^2}{A_H}})}^2}$

其中，

A_B为基部回波的幅值，

A_H为由物位测量仪发射的信号的最大幅值，

A_L为存储材料回波的幅值。

可以使用已知的至容器基部的距离d_B以及至存储材料的当前距离d来计算衰减系数α，该计算使用下式：

$\mathrm{\α}=\frac{D_M}{d_B-d}$

考虑到对于相对介电常数的虚部来说已知材料特定的或可忽略不计的小的特性值，相对介电常数的实部可以通过转换来确定，并可以用于直接推导介质的水分含量。可以具体地使用数值逼近技术在仪器中转换并求解这些非线性关系。

在第三变形例中，也可通过使用容器高度d_B412和材料相关特征值并根据基部回波409与存储材料回波408的间隔量ΔD_M411来计算水分。

相位系数β定义如下：

$\mathrm{\β}=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_0}\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}{2}}\·\sqrt{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′\′}}{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}\right)}^2}-1}$

其中，

λ₀为用于测量的信号的波长，

ε_R'为复相对介电常数的实部，

εR”为复相对介电常数的虚部。

基于存储材料回波和基部回波之间的间隔量ΔD_M(411)的增加，可以根据测量来评估介质中的相位转动(phaserotation)。下式成立：

$\frac{{\mathrm{\ΔD}}_M}{d_B-d}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}{2}}\·\sqrt{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′\′}}{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}\right)}^2}+1}$

其中，

d_B为从测量仪到容器基部的物理距离，

d为从测量仪到存储材料表面的物理距离。

考虑到对于相对介电常数的虚部来说已知材料特定的或可忽略不计的小的特性值，相对介电常数的实部可以通过转化来确定，并可以用于直接推导介质的水分含量。具体地使用数值逼近技术可以在仪器中转换并求解这些非线性关系。

也能够组合上面提到的方法中的至少两者。例如，特别有利地，在单次测量中，对介质内信号的衰减和表现为间隔量ΔD_M的增加的相位转动均进行评估，并且接着通过使用数值技术并根据上述方程式对相对介电常数的实部和虚部的准确值进行计算。由此，能够更准确地测量材料中的水分。

所计算的水分值可以传送至通信单元402，该通信单元将所述值向外提供。为此目的，传感器可以具有第二模拟4…20mA接口410。然而，也能够在现有接口109处提供模拟和/或数字形式的特征值。

在这点应当注意，在本发明的内容中，水分含量或水分值或水分物位可以是选自包括水分重量含量、水分质量百分比、干物质量百分比、水分体积含量以及水分体积百分比的测量值群组中的至少一个值。

改进的电源单元402确保实际测量数据采集步骤稳定。与单纯用于物位测量的现有仪器相比，仅需要提供最小量的额外电力，这是因为，如在传统的物位测量仪中，射频单元101中的回波曲线采集的实际耗能处理必须在每个测量周期均进行一次。可以结合现有处理器中软件算法形式的信号处理106来在单元403中计算水分特征值，并且仅需要最小量的额外电力。

测量仪的特定特征也可以体现为：可以借助顺序采样技术以特定节能方式在射频单元101中获取回波曲线。与诸如可在纯粹的水分仪中使用的那些技术等直接测时技术相比，这带来了显著的节能，使得组合传感器可以被设计成两线式测量仪。顺序采样技术的其它优点也包括增大的动态响应，这允许检测非常小的回波，并且允许更高的测量速率。

图5示出了测量设备的另一个实施例。测量仪501按照受引导微波的原理工作，并且沿着波导设备202向待测量的介质108传送射频测量信号。波导设备可以借助线缆、杆、同轴导体或多个杆或线缆的布置实施为电绝缘或非绝缘形式。在使用电缆的设计的情况下，也能够沿着待测量的路径通过拉紧重物204来固定波导设备。此外，也可以存在至容器基部205的锚定处(未示出)。

测量仪501可以由射频单元502(其也存在于其它物位测量仪中)、信号处理单元504和至更高级别控制器的接口506构成，该接口通常实施为4…20mA接口。另外，测量仪501具有水分计算单元503和电源及通信单元505。

也可以设置温度测量装置520。例如，温度测量装置520(在下文中也称为温度传感器)可以位于拉紧重物204中或其上。可选地或额外地，如图7所示，温度测量装置706、707可以布置在测量仪501内部。

可以通过使用出厂测量的特征值并考虑到探针202的长度L，将在传感器内部测量的温度转换为介质108的温度的估计，例如，该长度可以为出厂规定的长度。特别有利地，温度测量可以紧靠在测量仪501中探针202的出口点。该结构性设计允许使用金属探针202的热导率来间接地测量介质108的温度。在有关的测量周期中在探针202内部建立恒定的热流。根据从介质到测量仪的距离(相当于当前物位值)和金属的热导率并结合在探测出口处测量的温度变化，可以直接推导出介质的温度。

当考虑到探针202至传感器501的连接的冷却效果时，获得进一步的改进。如果将此连接视为冷却体，则可在出厂时提前确定其冷却能力。如果通过位于传感器的外壁501上的第二温度传感器(这里未示出)对当前环境温度进行测量，则在计算时可以考虑通过冷却体耗散的热量的任何有效变化。通过测量实际存在于最终冷却体上的温差，能够对热流进行计算，同样，考虑到热导率，可以根据热流计算来直接地推导介质的温度(傅里叶定律)。

温度测量装置测量温度值，以可用于改善水分含量的测定准确性。

基于由物位测量仪获取的回波曲线，所测量的温度值可以显著改善水分值的测定。

例如，当生产仪器时，可以将作为温度函数的用于校正所存储产品的水分含量的规则硬编码至物位测量仪中，使得在测量仪的操作期间，可以直接存取相关的温度补偿曲线。

可选地或额外地，可以在测量仪或拉紧重物上设置用于外部温度传感器(例如PT100)的接口。

温度传感器可以被设计成经由布置在(例如，电缆形式的)波导202中的数据传输和电源线组件将所获取的数据传送至测量仪的电子器件502-505。

可以进行如下设置：测量仪可以通过分析回波曲线的不同段来测定测量探针的包括拉紧重物202、204在内的两个以上区域中的水分含量。这样，可以测定两级或多级阶梯函数形式的水分曲线。

例如，可以将回波曲线的如下区域用作第一水分测量区域，该区域归属于位于存储材料中的测量探针的区域521。可以将回波曲线的如下区域用作第二水分测量区域，该区域归属于拉紧重物204或另一个参照体的长度522。

对于进行非接触测量的物位测量仪，也可以以类似的方式测定水分曲线。立管中的孔或制作于容器中的参考测量点可以用作能够在回波曲线中被识别的反射器。

测量仪501首先检测回波曲线507，其中回波曲线再现沿波导202的反射条件。最初，回波曲线507包含来自波导202的连接点处的回波508以及由存储材料表面104产生的存储材料回波509。在本示例中，波导设备202具有拉紧重物204，该拉紧重物由回波曲线中的两个回波510、511来描绘，第一回波识别拉紧重物的起始端，且第二回波识别拉紧重物的末尾端。

测量仪501中的测量周期可以以与上述雷达仪401中相同的方式进行。也可以使用相同的技术和方法来实际测定材料水分含量。

另外，还存在用于测定材料108的水分含量的额外选择。

理论上，根据材料性质(相对介电常数、粒度、致密性)并根据材料的水分含量，微波信号512、102在介质108中的传播速度降低。就测量而言，可以在回波曲线中通过介质内的两个反射点之间的间隔来识别该速度降低，其中，该间隔在回波曲线中变大。在图5示出的示例中，拉紧重物204的上端部和下端部之间的物理距离Δd_S513在回波曲线507(ΔD_S，514)中显著变大。

根据所测量的这两个回波的间隔的增加，能够使用提前已知的相关反射点的物理间隔l_S来推导介质的当前相对介电常数，当相关材料特征值是已知的时，可以将该相对介电常数直接转换为水分值。

下式成立：

$\frac{{\mathrm{\ΔD}}_S}{l_S}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}{2}}\·\sqrt{\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′\′}}{{\mathrm{\ϵ}}_R^{\′}}\right)}^2}-1}$

其中，

ΔD_S为回波曲线中拉紧重物的两个回波的间隔，

l_S为拉紧重物的物理长度。

考虑到对于相对介电常数的虚部来说已知材料特定的或可忽略不计的小的特性值，相对介电常数的实部可以通过转化来确定，并可以用于根据已经披露的关系来直接推导介质的水分含量。

测量仪501的特定特征也可体现为：可以借助顺序采样技术以特定节能方式在射频单元502中获取回波曲线。与诸如可以在纯粹的水分仪中使用的那些技术等直接测时技术相比，这带来了显著的节能，使得组合传感器可以被设计成两线式测量仪。顺序采样技术的其它优点也包括增大的动态响应，这允许检测非常小的回波，并且允许更高的测量速率。

由于存储材料距离的范围为几厘米至数米，并且电磁波即使在介质中的传播速度也接近于光速，因此射频信号通行时间的范围为几纳秒。为了能够非常准确地测量这些信号，合适的方法是将所接收的电信号的电压曲线的幅值扩大几级，该幅值表示沿电磁波的传播方向的反射条件。

这可以通过如下顺序采样技术来完成：对所传播/接收的信号在时间上等距间隔地进行周期取样。如果采样时间相对于传输时间连续地偏移，在组合时，独立样品重建了原始信号的图像，尽管是时间扩展图像。采样时间相对于传输时间的所限定的偏移对于获得均匀常量、无差错时间扩展是很重要的。该技术的结果为回波曲线(406、507)，该回波曲线有利地在几毫秒的时间段内进行采样，并存储在处理器的存储器中。

到目前为止所提出的测量仪的实施例能够测定平均水分值，同样也可以使用其它测量仪来测定平均水分值。

图6示出了根据本发明的实施例的测量设备的另一个实施例。与测量仪501不同的是，测量仪600可以具有包括至少两个线路601、602的波导设备。也能够将其它探针用作波导设备，例如，杆探针、同轴探针或包括线缆的探针。

两个线路可以通过规则排列间隔件603以限定距离彼此定位。间隔件可以有任意绝缘材料形式。例如，可以使用具有高机械强度的塑料材料。

如在以上提到的示例中，测量仪以已知方式获取回波曲线611。独立间隔件均单独地反射一些微波能量，这些微波能量由回波曲线中的相应地规则排列中的回波607表示。

回波曲线中的各个回波的间隔k1、k2等(直到实际的存储材料回波617)对应于提前已知的间隔件603的物理存在间隔。在存储材料物位下方，即，在距离大于至存储材料表面的距离处，微波经历传播速度降低，这特别取决于微波穿过的段中的介质的水分含量。被存储材料108覆盖的间隔件603、604、605、606之间的物理恒定间隔k在回波曲线中由不同的测量距离Ku、Kv、Kw608、609、610描绘。

水分计算单元616可根据这些距离(它们被描绘为具有增加的长度)的各者来测定在距测量仪的相应距离处的材料的各个水分值F(d)(612、613、614)。用于评估独立间隔Ki的步骤对应于上述用于分析来自拉紧重物的两个回波的步骤。那里所述的方程式也模拟地适用于探针上两个相邻布置的间断的情况。在各个情况下所计算的水分值F可以指定到有关间隔件之间的中心处的距离。

也可以使用差值技术根据所计算的特征值612、613、614来测定容器中介质的完整水分分布615，并且可以以模拟和/或数字形式提供至传感器的接口506。

也可以通过沿着同轴导体或空心导体间隔地设置间断将该原理应用至单体导体、同轴导体或空心导体。

通过考虑到介质的温度可进一步改善使用电磁波对介质的水分含量的测定。

图7示出了相应的实施例。为此目的，测量仪701包括安装在传感器中并连接至水分计算单元704的温度传感器706。在传感器中测量的温度值提供容器中介质104的实际温度的第一近似值，并且基于由传感器获取的回波曲线406可以显著改善水分值的测定。

不同媒介的相对介电常数的与温度相关的变化是预先已知的，并且可以根据微波测量技术的相应的标准参考来获得该变化。在制造期间，这些相关性可以被硬编码至仪器中，使得在操作期间可以直接存取温度补偿曲线。

测量仪701可以设计为雷达物位指示器，其可以测定三维或至少两维水分分布。为此，雷达物位指示器扫描存储材料(块状固体)的表面，并由此获取一系列回波曲线，回波曲线各者对应于雷达物位指示器天线的不同主发射方向。根据各回波曲线，能够在所存储产品的具体区域(其中贯穿各个主发射方向)中测定存储产品的水分含量。因此，基于以这种方法测定的不同水分含量可以获得水分分布，即，所存储产品的2D或3D水分分布。

当使用如用于另一个设备702中的非接触式温度测量单元707时会得到进一步的改善。例如，作为红外测温仪生产的温度测量单元707以非接触方式测定待测量介质的表面709处的温度，并将该温度传送至水分计算单元704，该水分计算单元现在可以甚至更准确地计算介质104的水分含量。

当使用受引导微波时，对介质104的温度进行的直接接触测量存在其它选择。为此目的，设备703使用安装在波导设备710的整个长度上的一个或多个温度传感器708(它们可以是图5的测量设备202或图6的测量设备601-606)，例如，这些传感器经由总线系统相互连接，水分计算单元705可以经由总线系统直接读取介质104内的温度或多个温度，并且可以使用读取的温度非常准确地计算介质的水分含量。图7示出了图5的测量设备的演化。当然，如已经提到，其也可以用来进一步改进根据图6的测量设备。

例如，在相应的电缆710的制造期间或在连接相应的拉紧重物204时，独立温度传感器可以直接安装在波导设备710中。具体地，温度测量装置可以直接地连接在拉紧重物204中或其上。也能够放置以与波导设备202、710平行的方式布置的温度测量装置，该温度测量装置允许对介质104的至少一个温度进行测量。

图8示出了方法的流程图。在步骤801中，产生测量信号。在步骤802中，接着基于测量信号的回波曲线测定物位。在步骤803中，基于回波曲线测定存储产品的水分含量，该步骤可以在步骤802之前、之后进行或与步骤802同时进行。在实施该方法期间，经由两线式接口(例如4…20mA)向测量仪供电。在步骤804中，经由两线式接口输出选自所测量的物位和所测量的水分含量值组中的至少一个测量值。

此外，应当注意，术语“包括”或“具有”不排除任何其它元件或布置，并且“一”或“一个”不排除多个。也应当指出，参照一个以上实施例进行说明的特征或步骤而言可以与上述其它实施例的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应当被视为具有限制作用。

Claims (13)

1.一种用于测定存储材料的物位的物位测量仪，其包括：

射频单元(101、502)，其用于产生测量信号(102、512)；

信号处理单元(106、504)，其用于根据所述测量信号的回波曲线(406、507)来测定所述存储材料的物位；及

温度测量装置(706、707)，其用于测量温度值以便测定温度；

其中，所述物位测量仪被额外地设计成根据所述回波曲线来测定所述存储材料的水分含量，并且

其中，所述物位测量仪被设计成使用所测量的温度值来改善所述水分含量的测定准确性。

2.根据权利要求1所述的物位测量仪，其还包括：

两线式接口(109、506)，

其中，所述物位测量仪被设计成经由所述两线式接口被供电并经由所述两线式接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的至少一个测量值。

3.根据权利要求1或2所述的物位测量仪，

其中，所述测量信号为FMCW信号。

4.根据权利要求1或2所述的物位测量仪，

其中，所述测量信号为电磁脉冲。

5.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量仪，其还包括：

数据接口(410)，

其中，所述物位测量仪被设计成经由所述两线式接口被供电并经由所述两线式接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的第一测量值；并且

其中，所述物位测量仪被设计成经由所述数据接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的第二测量值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量仪，其被设计为将空间自由辐射电磁波用作所述测量信号的测量仪。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的物位测量仪，其被设计为将受引导微波用作所述测量信号的测量仪。

8.根据权利要求7所述的物位测量仪，其包括：

波导设备(202、601、602)，其包括沿着所述波导设备的纵向延伸方向彼此间隔开的多个反射器(603)，

其中，所述物位测量仪被设计成根据所述回波曲线并沿着所述波导设备来测定水分分布。

9.一种用于测定存储材料的物位的方法，其包括如下步骤：

产生测量信号(102、512)；

根据所述测量信号的回波曲线(406、507)来测定所述存储材料的物位；

测量温度值以便测定温度；及

根据所述回波曲线，使用所述温度值来测定所述存储材料的水分含量。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括如下步骤：

经由4...20mA两线式接口向用于执行所述方法的仪器供电。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其还包括如下步骤：

经由所述两线式接口输出从由所测量的物位和所测量的水分含量值组成的群组中选择的至少一个测量值。

12.一种程序，当在处理器上执行上，所述程序命令所述处理器执行如下步骤：

根据测量信号的回波曲线(406、507)来测定存储材料的物位；及

根据所述回波曲线，使用温度值来测定所述存储材料的水分含量。

13.一种存储有程序的机器可读介质，当在处理器上执行时，所述程序命令所述处理器执行如下步骤：

根据测量信号的回波曲线(406、507)来测定存储材料的物位；及

根据所述回波曲线，使用温度值来测定所述存储材料的水分含量。