CN110160599A - 具有附着物检测器的物位雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于连续物位测量的物位雷达，所述物位雷达具有雷达装置和阻抗谱装置，所述阻抗谱装置集成在所述雷达装置中并且用于检测雷达装置上的附着物或者检测填充物料的气相。

Description

具有附着物检测器的物位雷达

技术领域

本发明涉及物位测量技术。本发明尤其涉及用于连续物位测量的物位雷达、用于连续物位测量的方法、程序元件和计算机可读介质。

背景技术

连续物位测量(kontinuierliche)可以借助物位雷达进行，物位雷达产生雷达信号并且自由地朝向填充物料表面发射雷达信号，或者具有例如杆、绳或管的形式的细长探头，雷达信号能够沿着细长探头或者在细长探头中朝向填充物料表面传导。

在后一种情况下，探头通常浸入填充物料中，从而在填充物料和容器环境之间的界面处产生阻抗突变，能够在来自物位雷达的评估电子装置的反射信号中检测到该阻抗突变。在自由辐射的物位雷达的情况下，设置有朝向填充物料表面发射雷达信号的天线。

天线或探头上的污染物可导致测量信号失真并且在某些情况下输出错误的物位。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种改进的物位测量装置。

通过独立权利要求的特征实现本目的。通过从属权利要求和如下的实施例的描述得到本发明的改进。

本发明的第一方面涉及一种用于连续物位测量的物位雷达，尤其涉及自由辐射物位雷达或使用引导雷达信号的物位雷达。物位雷达具有用于产生雷达信号并朝向填充物料表面发射雷达信号的雷达装置。

还提供一种阻抗谱(Impedanzspektroskopie)装置，借助该装置能够检测雷达装置上的附着物，特别是探头(在引导雷达信号的情况下)或天线(在自由辐射雷达装置的情况下)上的附着物。

阻抗谱装置也可以通过阻抗谱来检测填充物料的气相。

阻抗谱装置集成在雷达装置中。通常，阻抗谱装置的探头安装在雷达装置中或雷达装置上的可能出现污染物并且污染物可能产生干扰作用的位置处。

例如，如果存在多个来自填充材料的污染物对测量结果产生负面影响的位置，则物位雷达也可以具有多个这种阻抗谱装置。

通过阻抗谱装置能够可靠地检测附着物。特别地，测量装置能够确定其是附着物还是填充状态，即，能够确定天线/探头的安装有阻抗谱装置的相应位置是被填充物料覆盖还是仅被填充材料污染。

阻抗谱装置也可用于确定是否存在源自于填充材料的蒸汽环境或者在填充物料表面上是否仅存在“正常”空气。

通过阻抗谱装置能够确定装置附近的交流电阻。根据施加的交流电流的频率来测量这种交流电阻(也称为阻抗)。为此，在定义的频率范围(谱)内的多个频率处确定阻抗。“阻抗峰值”或者阻抗的频率依赖性随阻抗谱装置所处位置处的介质而变化。如果天线/探头浸入介质中，则与在天线/探头未被填充物料包围的情况相比，阻抗曲线具有不同的形状并且通常具有偏移的峰值。附着物的情况也类似。

根据本发明的实施例，雷达装置具有杆、绳或管的形式的用于将雷达信号引导至填充物料表面的探头。

根据本发明的另一实施例，阻抗谱装置具有集成在探头的密封件中的传感器。

通过将传感器集成到例如探头的密封锥中，能够有效地保护传感器不受容器环境影响。例如，密封锥由诸如PEEK、PPS、PTFE或陶瓷等绝缘材料制成。

根据本发明的另一实施例，传感器被设计成环形。

根据本发明的另一实施例，物位雷达具有用于朝向填充物料表面发射雷达信号的天线。在这种情况下，传感器能够集成在天线中。

特别地，传感器可以被设计成条带形或十字形。

特别地，天线可以用于偏振地发射雷达信号，其中，雷达信号的偏振平面相对于传感成非0度的角度，即，没有定向成平行于条带或者十字形的臂，而是相对于条带或者十字形的臂倾斜，使得雷达信号能够尽可能无阻碍地或仅受轻微阻碍地通过传感器。

根据本发明的另一实施例，填充物位雷达具有评估电子装置，评估电子装置用于评估被填充物料表面反射的雷达信号以由此计算物位，并且用于评估由阻抗谱装置执行的测量(即，阻抗谱)，以确定在雷达装置上是否存在附着物。

特别地，填充物位雷达或评估电子装置用于借助阻抗谱确定探头的连接区域中的附着物。

在检测附着物或蒸汽环境的情况下，评估装置也可以用于执行对由物位雷达检测的物位进行测量值校正。通过这种方式能够改进测量结果。

本发明的另一方面涉及一种用于连续物位测量的方法，其中，借助阻抗谱来检测物位雷达的雷达装置上的附着物。

本发明的另一方面涉及一种程序元件，程序元件当在物位雷达的评估电子装置上被执行时指示评估电子装置借助阻抗谱来检测填充物位雷达的雷达装置上的附着物。

本发明的另一方面涉及一种计算机介质，在计算机介质上存储有上述程序元件。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。附图中的视图是示意性的而不是成比例的。如果在如下附图说明中使用了相同的附图标记，则这些相同的附图标记描述相同或相似的元件。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的物位雷达。

图2示出根据本发明的另一实施例的物位雷达。

图3示出根据本发明的另一实施例的物位雷达。

图4示出根据本发明的实施例的物位雷达的构造的示意图。

图5示出根据本发明的另一实施例的物位雷达的构造的示意图。

图6示出根据本发明的实施例的方法的流程图。

图7示出根据本发明的另一实施例的物位雷达的三条阻抗测量曲线。

图8示出根据本发明的实施例的填充物位雷达的两条阻抗测量曲线。

具体实施方式

图1示出了物位雷达100，物位雷达100具有包括杆形式的探头104的雷达装置101和包括传感器106的阻抗谱装置。绝缘的密封锥位于探头104的连接位置(连接区域)111处，传感器106集成在密封锥中，以保护传感器106免受容器环境影响。例如，传感器环形地布置成在探头104周围并用于执行阻抗谱技术。

图2示出物位雷达100的另一实施例，其中，物位雷达100的形式是具有包括绝缘元件的天线105的自由辐射雷达装置，绝缘元件例如是PTFE透镜的形式，阻抗谱装置的传感器107集成在绝缘元件中。

在图2的情况下，传感器也可以设计成环形，并且具有例如以与天线罩或者透镜的表面平行的方式布置的表面。透镜或天线罩材料的至少一个薄层位于传感器107和容器环境或填充物料之间，使得传感器相对于容器环境电绝缘。

如图2中的自由辐射雷达装置的形式，图3示出了物位雷达100的另一实施例，然而，其中，传感器108被设计成十字形。图3的左侧区域示出天线的俯视图，其中可以看到十字形实施例。发射的雷达信号的偏振平面由箭头120表示。

在图3的右侧区域示出天线105的剖视图。此处，应当理解的是，传感器108基本遵循天线罩或透镜的形状，但布置在透镜内，从而通过透镜材料使传感器在容器环境的方向上绝缘。

通过将阻抗谱装置集成到物位雷达中，能够确保可靠的溢出识别。也能够识别探头/天线的连接区域中的附着物，并且能够允许物位雷达在各个应用(具有和不具有叠覆的气相的分离层)之间切换。“具有叠覆的气相的分离层”意味着(物料)蒸汽环境位于流体填充物料上方。“不具有叠覆的气相的分离层”意味着在物料上方不存在蒸汽环境，而是存在较轻的介质，例如，油。

不管在引导雷达装置还是在自由辐射雷达装置中，通过具有集成的阻抗谱装置的物位雷达都能够改进连续物位测量，从而最终提高设备利用率以及测量可信度。

特别地，能够可靠地识别连接区域中的附着物。这种识别可以用于调整天线附近的灵敏度且/或更新干扰信号抑制以避免测量值突变。

也可以通过识别附着物来进行雷达的预先维护，并且可以及时向客户提供可能影响测量的信息。

通过阻抗谱装置检测的情况(探头具有附着物/容器中的蒸汽环境/探头不具有附着物但被填充物料覆盖)也可以用于校正测量值。例如，在蒸汽环境的情况下能够进行传播时间校正。这在附着物的情况下也是可行的，因为传播时间可以取决于附着物的层厚度。

通过阻抗谱能够确保在所有介质情况下的可靠的溢出识别，而不依赖于填充物料的DK值或者容器中的环境并且不依赖于填充物料是否是流体或散装物料。因为阻抗谱装置集成在物位雷达中，所以在过程中不需要附加的机械组件。最终，它也是一种用于溢出识别的冗余方法。

通过组合物位测量和阻抗谱测量，阻抗谱的测量值能够用于优化物位测量，并且通过冗余结构(即，使用两种测量原理(雷达信号/阻抗谱))提供用于识别溢出情形的额外的可能性。

图4示出根据本发明的实施例的物位雷达100的示意图。设置有共用的评估电子装置103，其不仅关联于雷达装置101还关联于阻抗谱装置102，并且处理两种测量值。在这种共用的评估电子装置中可以特别地布置有雷达装置和阻抗谱装置二者的控制装置和信号产生装置。

通过切换所产生的测量信号的频率，能够通过相同的评估电子装置(硬件)实现两种测量物理组件。

图5示出了填充雷达100的另一示例，其中，两个测量物理组件109、110，分离地构造，以实现冗余结构。然而，此处，也通过共同的评估电子装置103进行测量值评估。

图6是根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤601中，通过连续物位雷达装置的电子装置产生雷达信号。在步骤602中，朝向填充物料表面发射该雷达信号，在步骤603中，雷达信号在填充物料表面处受到反射，并且在步骤604中，再次通过电子装置检测雷达信号。在步骤605中，执行阻抗谱，以借助阻抗谱来验证所获得的测量值的正确性，并且在必要时校正所获得的测量值，或者确定在测量探头或天线上是否存在附着物/污染物，或者确定测量探头/天线是否在连接位置处被填充物料覆盖或者浸入填充物料中。

也能够检测蒸汽环境。在检测蒸汽环境或者检测污染物的情况下能够相应地校正物位测量的测量值。

图7示例性地示出了阻抗谱装置的针对番茄酱介质的阻抗特性。其中，阻抗(Z)被示出为频率(f)的函数。曲线600描述了洁净的测量探头的共振特性。曲线601示出了被番茄酱污染的测量探头的特性。如果测量探头完全被番茄酱覆盖，则导致曲线602的共振特性。如图7所示，两条测量曲线602和600的最小值在频率上相差Δf。测量曲线602和600的两个最小值的阻抗相差ΔZ。如果谐振曲线的最小值位于区域I中，则评估电子装置输出切换命令“空”。如果最小值位于区域II中，则检测并输出切换命令“满”。两个限定的切换范围可以在出厂时永久性地编程到传感器中，或者通过用户目标校准(Kundenabgleich)进行调整和改变。理想的情况下，因为(耗时的)用户目标校准是不期望的，所以这些范围应当被定义成使得缺省设置对于尽可能多的介质是充分的。基本上，在每次测量的评估中始终遍历并分析整个频率范围。

图8示例性地描述了存在叠覆环境(例如，通过蒸汽)时的特性。曲线700示出了不具有叠覆环境的情况下的共振特性，曲线701示出了具有叠覆环境的情况下的共振特性。类似于图7，图8示出了作为频率(f)的函数的阻抗(Z)。由于叠覆环境，共振点的位置根据DK值偏移了频率702的量。在蒸汽的情况下，DK值主要通过压力和温度这些因素来确定，其中，在这两者间存在固定关系。

相关申请交叉参考

本申请要求于2018年2月14日提交的欧洲专利申请18 156 673.8的权益，该申请通过引用整体并入本文。

Claims (14)

1.一种用于连续物位测量的物位雷达(100)，其具有：

雷达装置(101)，其用于产生雷达信号并且向填充物料的表面发射所述雷达信号；

阻抗谱装置(102)，其用于借助阻抗谱来检测所述雷达装置上的附着物或者检测所述填充物料的气相，

其中，所述阻抗谱装置集成在所述雷达装置中。

2.根据权利要求1所述的物位雷达(100)，

其中，所述雷达装置(101)具有探头(104)，所述探头用于将所述雷达信号引导到所述填充物料的表面。

3.根据权利要求2所述的物位雷达(100)，

其中，所述阻抗谱装置(102)具有传感器(106)，所述传感器集成在所述探头(104)的密封件(109)中。

4.根据权利要求1所述的物位雷达(100)，

其中，所述雷达装置(101)具有天线(105)，所述天线(105)用于向所述填充物料的表面发射所述雷达信号。

5.根据权利要求4所述的物位雷达(100)，

其中，所述阻抗谱装置(102)具有传感器(107、108)，所述传感器集成在所述天线(105)中。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的物位雷达(100)，

其中，所述传感器(107、108)为环形。

7.根据权利要求5所述的物位雷达(100)，

其中，所述传感器(107、108)为条带形或十字形。

8.根据权利要求4到7中任一项所述的物位雷达(100)，

其中，所述天线(105)用于偏振地发射所述雷达信号，

其中，所述雷达信号的偏振平面相对于所述传感器(107、108)成一定角度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的物位雷达(100)，其还具有：

评估电子装置(103)，其用于评估被所述填充物料的表面反射的所述雷达信号，以据此计算物位，并用于评估通过所述阻抗谱装置(102)执行的测量，以确定在所述雷达装置(101)上是否存在附着物。

10.根据权利要求2和9所述的物位雷达(100)，

其中，所述评估电子装置(103)用于借助阻抗谱来识别所述探头(104)的连接区域(111)中的附着物。

11.一种用于连续物位测量的方法，其包括如下步骤：

借助阻抗谱来检测物位雷达(100)的雷达装置(101)上的附着物。

12.一种程序元件，其当在物位雷达(100)的评估电子装置(103)上被执行时指示所述评估电子装置执行如下步骤：

借助阻抗谱来检测物位雷达(100)的雷达装置(101)上的附着物。

13.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有根据权利要求12所述的程序元件。

14.一种用于物位测量的方法，其包括如下步骤：

利用物位测量装置来检测物位，其中，借助阻抗谱来验证获得的测量值。