CN110044440A - 料位计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及料位计。描述和示出了具有至少一个发送和接收单元（2）的料位计（1），发送和接收单元包括：测量天线（3），其中测量天线（3）具有用于发出并且用于接收电磁测量信号（5）的第一馈电元件（4）和至少一个用于测量信号（5）的波传导和/或波成形的介电体（6）；和通信天线（7），其中通信天线（7）具有至少一个用于无线地发出并且用于接收电磁通信信号（9）的第二馈电元件（8）。说明可特别灵活地使用的料位计的任务通过如下方式来解决：第一馈电元件（4）和第二馈电元件（8）布置在介电体（6）之内，使得介电体（6）被设计用于引导测量信号（5）和通信信号（9）和/或用于使测量信号（5）和通信信号（9）成形。

Description

料位计

技术领域

本发明的出发点是一种具有至少一个发送和接收单元的料位计，该发送和接收单元包括：测量天线，其中该测量天线具有用于发出并且用于接收电磁测量信号的第一馈电元件和至少一个用于测量信号的波传导和/或波成形的介电体；和通信天线，其中该通信天线具有至少一个用于发出并且用于接收电磁通信信号的第二馈电元件。

背景技术

从现有技术公知基于雷达方法的料位计，所述料位计通过无线连接例如与中央控制单元进行通信。

从出版文献DE 10 2007 057 211 A1公知一种用于检测能用密封部来密封的容器的料位，其中料位传感器、电源、分析单元和发送单元浇注在该密封部中。发送单元优选地构造为无线电发送器、IR发送器、GSM发送器和/或WLAN发送器。

从出版文献DE 29 25 063公知一种具有集成的IFF天线的雷达天线。

DE 10 2010 027 962 A1涉及进行无线通信的料位计，该料位计包括通信天线和单独的要对准所要测量的填料的测量天线。

从出版文献EP 2 824 433 A1公知一种用于基于雷达方法来确定介质的流动速度和料位高度的方法，其中天线装置具有：第一天线，用于朝第一方向辐射FMCW发送信号；和第二天线，用于朝第二方向辐射CW发送信号。

在从现有技术公知的料位计方面有问题的是：为了实现与料位计的无线通信，通信信号必须通过适合于此的传输单元来耦合输出。然而，这种传输单元也始终是料位计的另一弱点，因为与该料位计的任何机械连接也都造成其它密封面。就这方面来说，相对应的料位计常常并不满足关于防水设计方面的较高的IP等级的要求。

发明内容

从之前阐述的现有技术出发，本发明所基于的任务在于：说明一种料位计，该料位计设计得特别简单并且同时可以灵活地来使用。

按照第一教导，之前提到的任务由开头描述的料位计通过如下方式来解决：第一馈电元件和第二馈电元件布置在介电体之内，使得该介电体被设计用于引导测量信号和通信信号和/或使测量信号和通信信号成形。

按照本发明已经看出：用于测量天线的波引导和/或波成形的介电体同样可以用于引导其它电磁通信信号，使得结果是可以使用唯一的介电体来对两个不同的电磁信号进行波传导。这样，有利地，一方面可以与料位计无线地进行通信，而另一方面可以省去设置其它传输元件来将无线通信信号耦合输出，所述其它传输元件又引起其它密封面。

借此，按照本发明的料位计设计得特别简单并且此外也满足关于防水设计方面的较高的IP等级的要求，因为该料位计在测量天线与电子仪器外壳之间仅仅具有一个密封面，使得该料位计同样特别适合于确定液态介质。

按照一个有利的设计方案，第二馈电元件的几何形状和辐射方向与介电体的材料并且与介电体的形状适配，使得不仅测量信号而且通信信号都可以从该介电体中最优地耦合输出。

例如，测量天线可以设计为水滴型天线，其中第一馈电元件和第二馈电元件布置在水滴形的介电体之内。然而，该介电体也可以具有任何其它适当的形状。例如，该介电体可以圆形地或者半椭圆形地来设计。

该介电体还可以一体化地或者由多部分组成地来设计。由多部分组成的设计例如具有至少两个几何形状不同的部分，然而该介电体整体上由一个构件制成。按照一个设计方案，该介电体的第一部分被设计用于通信信号的耦合输出，而该介电体的第二部分被设计为透镜体，用来引导和耦合输出测量信号。

该介电体优选地由塑料组成，例如由PP、PTFE或PEEK组成。

按照一个设计方案，测量天线的第一馈电元件设计为波导管。替选地，第一馈电元件同样可以设计为喇叭形微波发射天线或者设计为贴片元件。

按照另一设计方案，第一馈电元件构造为金属波导管或者构造为金属喇叭形微波发射天线，其中波导管或喇叭形微波发射天线的长度优选地基本上对应于介电体的长度或者至少对应于第二馈电元件的长度的二倍值或三倍值。该设计方案具有如下优点：由于波导管或喇叭形微波发射天线的长度及其材料设计，确保了在第一馈电元件与第二馈电元件之间的屏蔽效果，所述屏蔽效果稍后更详细地予以描述。

按照另一设计方案，第二馈电元件设计为棒，优选地设计为钢销，或者设计为可粘贴的天线体或者设计为薄膜天线体。在此，第二馈电元件、即天线体的形状与相应的应用适配。例如，第二馈电元件可以直地、弯曲地或者分岔地来构造。

按照另一设计方案，第二馈电元件优选地构造得是第一馈电元件的至多二分之一长。

按照接下来的设计方案，第一馈电元件和第二馈电元件布置为使得测量信号和通信信号朝不同的方向来辐射。特别有利的是：测量信号的传播方向与通信信号的传播方向之间的角度约为90°。

测量信号的传播方向与通信信号的传播方向之间的角度按照另一设计方案为大于90°而按照一个替选于此的设计方案为小于90°。

按照另一设计方案，第一馈电元件和第二馈电元件布置为使得测量信号和通信信号至少部分地朝同一方向辐射。尤其是当该料位计被用于测量没有布置在封闭的并且导电的容器中的介质时，该设计方案是有利的。

按照接下来的设计方案，通信天线包括电子仪器单元，而且该通信天线的电子仪器单元和第二馈电元件为了发出通信信号而根据如下标准之一来构造：蓝牙、GPS、GSM、LTE、Zigbee、Z-Wave、IOT标准、无线HART、无线现场总线标准、WLAN、5G、UMTS、CDMA。

按照一个设计方案，通信天线被设计为在点对点连接中或者在网格网络中的网络节点。

按照接下来的设计方案，该料位计被构造用于测量在容器之内的料位，其中存在至少一个安装元件，其中该安装元件造成：第二馈电元件在安装状态下至少部分地布置在容器的外部。以这种方式可以确保在容器之外的通信信号能被察觉到。这一点尤其是当容器不仅封闭而且导电时是重要的。如果该容器没有完全封闭和/或该容器不是由导电材料组成，则同样可能的是：将通信信号至少部分地辐射到该容器中并且为了检测而将通信信号至少部分地耦合输出。

优选地，该安装元件设计为螺丝和/或设计为法兰和/或设计为管状限位器。该螺丝例如可以构造在该介电体中，其中该螺丝为了连接到容器上而例如可以被拧进法兰中或者直接被拧进容器壁中。替选地或附加地，法兰例如可以由介电体来构造或者布置在该介电体上，其中通过法兰来使发送和接收单元连接到容器上，使得该通信天线至少部分地布置在该容器的外部。替选地或附加地，该安装元件也可以设计为管状限位器，其中该限位器在安装状态下布置在容器壁与该料位计的例如电子仪器外壳之间。按照一个优选的设计方案，该管状限位器与该介电体形状配合地和/或力配合地和/或材料配合地连接。特别优选地，该管状限位器由塑料组成而且对于通信信号来说能透过。

按照接下来的设计方案，存在屏蔽，其中该屏蔽布置并且设计为使得该屏蔽在该料位计运行时使由第一馈电元件发出的测量信号与由第二馈电元件发出的通信信号在空间上分开。该设计方案具有如下优点：基本上可以排除两个信号的相互间的影响。

按照一个特别优选的设计方案，该屏蔽设计为金属屏蔽元件，其中该金属屏蔽元件布置在该介电体之内。该金属屏蔽元件例如可以设计为金属片或者设计为薄膜，该薄膜至少部分地布置在通信信号的传播方向与测量信号的传播方向之间。替选地或附加地，该屏蔽也可以通过第一馈电元件的长度和/或几何形状设计来实现。如果例如第一馈电元件设计为金属喇叭形微波发射天线，其长度基本上对应于该介电体的长度，则喇叭形微波发射天线的主体关于通信信号起屏蔽作用。

按照接下来的设计方案，存在至少一个第二通信天线，其中优选地两个通信天线中的至少一个通信天线构造为具有不同的结构或中继技术的两个网络的连接。

按照一个设计方案，第二通信天线具有第三馈电元件，其中该第三馈电元件与第二馈电元件相同地来构造或者与第二馈电元件不同地来构造。

附图说明

现在，详细地存在多种设计和扩展按照本发明的料位计的可能性。为此，不仅参阅专利独立权利要求的专利从属权利要求，而且参阅随后结合附图对优选的实施例的描述。在附图中：

图1示出了料位计的第一实施例的示意图；

图2示出了具有安装元件的料位计的第二实施例；

图3示出了具有由两部分组成的介电体的料位计的第三实施例；

图4示出了在安装位置具有限位器的料位计的第四实施例；

图5示出了同样在安装位置具有限位器的料位计的第五实施例；

图6示出了具有屏蔽的料位计的第六实施例；

图7示出了特别适合于敞开的应用的料位计的第七实施例；

图8示出了具有球形介电体的料位计的第八实施例；

图9示出了具有半椭圆形的介电体的料位计的第九实施例；

图10示出了具有喇叭形微波发射天线作为馈电元件的料位计的第十实施例；而

图11示出了具有馈电元件的特别地被调整的几何形状的料位计的第十一实施例。

具体实施方式

在图1中示出了具有发送和接收单元2的料位计1，其中该发送和接收单元2包括测量天线3，其中该测量天线3具有用于发出并且用于接收电磁测量信号5的第一馈电元件4以及介电体6，而且其中存在通信天线7，其中该通信天线7具有用于无线地发出并且用于接收电磁通信信号9的第二馈电元件8。在此，第一馈电元件4和第二馈电元件8布置在介电体6之内，使得介电体6被设计用于引导测量信号5和通信信号9和/或用于使测量信号5和通信信号9成形。

有利地，可以实现与料位计1的无线通信，而对于通信信号9的耦合输入以及耦合输出来说没有将其它密封引入到料位计1中。

在所示出的实施例中，第一馈电元件4和第二馈电元件8设计并且布置为使得测量信号5的传播方向和通信信号9的传播方向围成大约90°的角度。

在当前情况下，第一馈电元件4设计为简单的圆柱形波导管。通信天线7被设计为具有棒状天线体的销钉天线，其中通信天线7不仅在几何形状上而且在电子方面都被设计用于发出具有大约2.4GHz的频率的蓝牙信号。

为了容纳通信天线7的电子仪器单元和测量天线3的电子仪器单元，存在外壳16，该外壳与第一馈电元件4、第二馈电元件8和介电体6机械连接。

在图2中示出了料位计1的另一实施例，该料位计被设计用于测量在封闭的容器10中的介质的料位。为了确保在料位计1运行时能检测到通信信号9，所示出的料位计1具有以布置在介电体6上的法兰12的形式的安装元件11，该法兰造成第二馈电元件8在安装状态下布置在容器10之外。

与具有介电测量天线的料位计1的从现有技术公知的使用相比，介电体6关于上方的容器壁10向上偏移地来布置。因为测量信号基本上朝填料的方向垂直地来辐射，所以该垂直的偏移并不影响料位的测量。

尤其是当容器10不仅封闭而且导电时，该设计方案是有利的。

料位计1的在图3中示出的实施例同样具有以引入到介电体6中的螺丝13的形式的安装元件11，该螺丝可以在安装状态下被拧进法兰中或者被拧进容器壁10中。以这种方式同样可以保证第二馈电元件8在安装状态下布置在容器10之外。

此外，在图3中示出的介电体6由两部分组成地来设计，其中第一馈电元件4和第二馈电元件8布置在介电体6的第一、上方的部分中。第一上方的部分圆柱形地来设计。通过该第一部分来将由第二馈电元件8发出的通信信号9耦合输出。第一馈电元件4将测量信号5辐射到介电体6的第二、下方的部分中，其中该下方的部分被设计为透镜体，用于测量信号5的成形和引导。

虽然介电体6在所示出的实施例中由两部分组成地来设计，但是该介电体整体上由一个构件制成。

在图4中示出了另一料位计1，该另一料位计具有以管状限位器14的形式的安装元件11，其中该管状限位器14在安装状态下布置在容器壁10与外壳16之间。就这方面来说保证了第二馈电元件8在安装状态下布置在容器10之外。优选地，管状限位器14由对于电磁通信信号9来说能透过的材料组成，其中该管状限位器与介电体力配合并且形状配合地连接。

在料位计1的在图5中示出的实施例中，第一馈电元件4和第二馈电元件8以不同的高度布置在介电体6之内。第二馈电元件布置在容器10之外，使得通信信号9只被辐射到容器的外部。用于发出测量信号5的第一馈电元件4沿料位计1的纵向看布置得更深。

此外，在第一馈电元件4与第二馈电元件8之间存在以金属片的形式的屏蔽15，其中该屏蔽15在运行时使通信信号9与测量信号5在空间上彼此分开。详细地，这样一方面可以防止测量信号5在运行时离开容器10，而另一方面通信信号9在运行时进入到容器10中。此外，该金属片与第一馈电元件4机械连接，该第一馈电元件在当前情况下构造为波导管。

在图6中示出了屏蔽15的一个替选的设计方案。按照该实施例，屏蔽15构造为金属片，该金属片环绕着波导管截锥形地来布置而且与该波导管一体化地来设计或者材料配合地连接。

不同于之前示出的实施例，在图7中示出的料位计1中，第一馈电元件4和第二馈电元件8布置为使得测量信号5和通信信号9基本上朝同一方向来辐射。所示出的实施例尤其适合于在敞开的容器中或者在无容器的环境下应用。

在图8中示出了料位计1的另一实施例，其中测量信号5和通信信号9在运行时以彼此间大约90°的角度来辐射。第二馈电元件8的长度远小于被设计为波导管的第一馈电元件4的长度，也就是说是被设计为波导管的第一馈电元件4的长度的至多二分之一。以这种方式可以使两个信号5和9的相互间的影响最小化。此外，介电体6球形地来设计。

图9示出了料位计的下一个实施例，其中介电体6具有半椭圆形的形状。

料位计1的在图10中示出的实施例包括设计为喇叭形微波发射天线的第一馈电元件4。

图11示出了料位计1的另一实施例，其中第一馈电元件4设计为喇叭形微波发射天线，而且其中喇叭形微波发射天线的长度基本上对应于介电体6的长度。该设计方案具有如下附加的优点：由第二馈电元件8发出的通信信号9尤其是由于喇叭形微波发射天线的长度和几何形状设计而被该喇叭形微波发射天线屏蔽，由此可以使两个信号5和9的相互间的影响最小化。

附图标记

1 料位计

2 发送和接收单元

3 测量天线

4 第一馈电元件

5 测量信号

6 介电体

7 通信天线

8 第二馈电元件

9 通信信号

10 容器

11 安装元件

12 法兰

13 螺丝

14 管状限位器

15 屏蔽

16 外壳

Claims (9)

1.一种料位计（1），所述料位计具有至少一个发送和接收单元（2），所述发送和接收单元包括：测量天线（3），其中所述测量天线（3）具有用于发出并且用于接收电磁测量信号（5）的第一馈电元件（4）和至少一个用于测量信号（5）的波传导和/或波成形的介电体（6）；和通信天线（7），其中所述通信天线（7）具有至少一个用于无线地发出并且用于接收电磁通信信号（9）的第二馈电元件（8），

其特征在于，

所述第一馈电元件（4）和所述第二馈电元件（8）布置在所述介电体（6）之内，使得所述介电体（6）被设计用于引导测量信号（5）和通信信号（9）和/或用于使所述测量信号（5）和所述通信信号（9）成形。

2.根据权利要求1所述的料位计（1），其特征在于，所述第二馈电元件（8）设计为棒或者设计为可粘贴的天线体或者设计为薄膜天线体。

3.根据权利要求1或2之一所述的料位计（1），其特征在于，所述第一馈电元件（4）和所述第二馈电元件（8）布置为使得所述测量信号（5）和所述通信信号（9）朝不同的方向来辐射。

4.根据权利要求1至3之一所述的料位计（1），其特征在于，所述通信天线（7）包括电子仪器单元，而且所述通信天线（7）的电子仪器单元和第二馈电元件（8）为了发出通信信号（9）而根据如下标准之一来构造：蓝牙、GPS、GSM、LTE、Zigbee、Z-Wave、无线HART、无线现场总线标准、WLAN、5G、UMTS、CDMA。

5.根据权利要求1至4之一所述的料位计（1），其特征在于，所述料位计（1）被构造用于测量在容器（10）之内的料位，而且存在至少一个安装元件（11），其中所述安装元件（11）造成：所述第二馈电元件（8）在安装状态下至少部分地布置在所述容器的外部。

6.根据权利要求5所述的料位计（1），其特征在于，所述安装元件（11）设计为螺丝（13）和/或设计为法兰（12）和/或设计为管状限位器（14）。

7.根据权利要求1至6之一所述的料位计（1），其特征在于，存在屏蔽（15），其中所述屏蔽（15）布置并且设计为使得所述屏蔽在所述料位计（1）运行时使由所述第一馈电元件（4）发出的测量信号（5）与由所述第二馈电元件（8）发出的通信信号（9）在空间上分开。

8.根据权利要求7所述的料位计（1），其特征在于，所述屏蔽（15）被设计为金属屏蔽元件，其中所述金属屏蔽元件布置在所述介电体（6）之内。

9.根据权利要求1至8之一所述的料位计（1），其特征在于，存在至少一个第二通信天线，其中优选地至少一个通信天线构造为具有不同的结构或中继技术的两个网络的连接。