CN115144051A - 料位测量器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种料位测量器(10)，其中多个电容性部段能够与参考电容器(30)相连，其中，作为料位(L0、L1、L2)的趋于正常的电压水平是能够分析利用并且能够发出的。

Description

料位测量器
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序部分所述的料位测量器以及一种用于测量料位的方法。
背景技术
在工业中，对料位的测量向来是一项重要任务。为此需要可靠并且精准的技术，原因在于，不准确的测量或者有错误的测量可导致严重后果。
已知类型的装置例如有磁性的浮标传感器或者多种电容性料位传感器。传统的电容性料位传感器具有的缺点在于，它们对来自环境中的干扰影响不耐受。介质自身的区别或者介质或环境中的温度波动也属于干扰影响。此外可视作问题的是，现有技术中的电容性料位传感器必须经常与容器电连接。
发明内容
本发明的任务在于提供一种新型的料位测量器以及一种用于测量料位的新型方法。
根据本发明，所述任务通过具有权利要求1中给出的特征的料位测量器以及具有权利要求14中给出的特征的方法来解决。
本发明可能的设计方案和变型方案是从属权利要求的对象。
料位测量器具有用于容纳至少一个探测单元的传感器壳体，所述探测单元用于探测料位。在此，传感器壳体构造为长形和/或管状并且沿对称轴延伸。例如，所述对称轴在料位测量器的可能的应用中垂直地指向料位。传感器壳体用于浸入介质、尤其浸入流体或者固体中，并且保护内置的探测单元免受介质自身影响。探测单元具有至少两个相叠地设置的探测部段。所述各探测部段构造用于探测处于外部的且施加于传感器壳体上的电容，所述电容模拟于料位地构造。一般情况下尤其适用的是，电容按比例地相对于料位上升/随料位上升。此外设有具有参考电容器的电子电路。该参考电容器能够交替地循环性地与探测部段相连。
根据本发明，每个探测部段能够相对于参考电容器相反极性(gegenpolig)地充电。参考电容器以此能够作为电子电路的固定组成部分首先带正电，而探测部段的至少一个部分带负电。探测部段可包括一个或者多个电极对或者电容器。探测部段此外可普遍定义为至少一个具有相应的对应电极的电极，而优选地定义为具有相应对应电极对的电极对。通过电极的双倍的数量可实现测量的改善的准确度。
各电压水平在参考电容器与每个单独的探测部段相连时得到调整，所述电压水平与料位相符，所述料位处于外部且位于传感器壳体上或传感器壳体的相应的部段上。在该连接中，参考电容器和探测部段最终依次连接，并且电压值得到测量、记录和存储。
尤其按照顺序以其它探测部段实施本方法，例如借助于所谓的多路复用器来实施。在每个连接中，得出作为结果的电压值并将其记录或者存储在存储器中。接着将该电压值计算成为外部的料位值。这例如同样可计算成为相对探测单元的长度的百分比并且作为百分数发出。此外可在输出端备好这样的呈各常用的工业规格的信号、例如在4mA至20mA和/或0至5V的范围内的信号。
本料位测量器使同时借助简单且能够普适应用的结构的、用于精准的料位测量的成本低廉的解决方案成为可能。
在料位测量器的一种可能的设计方案中规定，在探测单元的下方的末端上设置有至少一个其它的特殊的探测部段或者至少一个其它的电极，以便探测特殊的环境变量。因此例如可能的是，当存在至少两个探测部段时，其中的一个来构造特殊的探测部段。此处，在料位最小时先与填充介质接触的那个探测部段被称作最下方的探测部段。
对此可规定特殊的探测部段用于得出第一(最小的)料位。另一可想到的功能在于，通过将特殊的探测部段投入使用，能够确定环境影响、例如温度或者介质种类，以及确定环境影响的需考虑的关于电容性基础特征和其它基础特征的基础值。如果在料位测量时未充分考虑环境影响，那么会产生有时严重的后果。通过将特殊的探测部段与电子电路相连，来近乎完全地抵消这些干扰性的环境影响或者至少使其最小化。对此，例如能够得出并分析探测到的测量值中的电容波动和/或偏差，所述电容波动和/或偏差通过温度影响而产生。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，相反极性地进行探测部段和/或特殊的探测部段与电子电路的连接。这尤其能够始终在每次查询电极对或者电容器时进行。对此同样可使用已提到的多路复用器，所述多路复用器用于以编程设计出的顺序或者以预设的顺序来为探测部段或者参考电容器循环充电，并且随后实施补偿测量。因此可一方面对探测部段充电，而反之同样可对参考电容器充电。在此，参考电容器和探测部段之间的电压水平趋于平稳，所述电压水平与处于外部的且位于保护管上的料位相符。因此形成电压水平，所述电压水平随后由分析单元转换为料位值。多路复用器在此不仅整体上控制探测部段，而且还控制各探测部段的每个单独的输入端。具体而言，可规定控制每个构成电容器的探测部段的正极和负极。但相反的测量同样是可能的，借此以更简单且同时更有利的方式提高测量的准确度。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中，传感器壳体内的多个探测单元能够相互连接和/或耦合。为了保证多个探测单元之间的通信，每个单独的探测单元都具有至少一个部段分析单元。部段分析单元尤其是电子电路的组成部分。在此，各最上方的部段可同样构造向外和/或向上的接口，所述接口发出测量值。
在得出电压水平时，探测部段尤其与参照电容器相连，并且数值在部段分析单元上/在部段分析单元中被处理。此外，如果应用的探测单元多于一个，那么部段分析单元的数值能够转发给上级的部段分析单元。上级的部段分析单元在此构造主机，而下级的部段分析单元分别构造从机。在主机中计算部段的所有详尽的数据，并且向外发出符合整个料位的数值。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，探测部段分别成对地和/或对置地构造。例如，多个可能的探测部段中的一个探测部段包括各一个电极对和附属于此的对应电极对。例如所述一个电极对作为电容器的正极，对应电极对作为电容器的负极。电极对自身又包括两个电极，这两个电极随后构造在探测单元上并且尤其在探测部段中对置地构造。例如，各电极对、尤其各电极，都尽可能近地设置在传感器壳体上。这为尽可能准确的测量提供了优势。电极对的两个电极之间的距离例如大于电极对到对应电极对的距离。使电极对和对应电极对之间的距离尽可能小，尤其可以是有利的。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，探测部段作为可导电的部段，接触地构造于电路板的正上面或者贴靠地构造于电路板上。这例如以安装在印刷电路板上的可导电的迹线(Bahn)的形式构造。这些可导电的迹线例如设置在印刷电路板的边棱上或者电路板的边棱上。迹线同样能够越过印刷电路板的边棱而构造于第二维。印刷电路板同样可由多个层构成。
电极例如能够尽可能近地引到传感器壳体壁上，或者可选地同样借助连接物而与传感器壁耦合。这可以是例如电连接，或者机械上柔性的、例如橡胶式的连接物。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，具有探测部段的探测单元设置在机械上柔性地、尤其可弯曲的印刷电路板上。这为柔性的、适配于复杂壳体几何形状的应用提供了优势。在此，例如可将柔性的印刷电路板弯曲作圆形或者环形弯曲，并且将其设置于同样圆形的传感器壳体中。管状的传感器壳体自身同样在此还能弯曲。能够以成形件、泡沫或者弹簧元件来填充传感器壳体的内部，或者以合适的原料浇注。这提高了料位测量器的机械负荷能力。柔性的探测单元此外同样可包括用于其它额外的探测单元的接头或者接口，以便延长整个单元。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，探测部段和/或电极与传感器壳体至少部段地、固定地、导电地连接。电极和传感器壳体之间的距离和气态夹杂可对测量准确度造成负面影响。电极和传感器壳体之间的导电的连接可克服该缺陷。能够以多样的方式实现电极和壳体之间的连接。例如最小化的气隙、直接的贴靠或者同样导电的连接物以此同样能够造成接触。这例如同样可以是填充物或者浇注物，将电极借助支撑物压紧地贴靠在壁上，同样可对此提供支持，所述支撑物例如是弹簧弹性的构件。浇注物的另一效应在于管状的传感器壳体的改善的机械稳定性。浇注物例如能够由两个部件构造。为此例如同样提供透明的聚氯酯(PU)的应用。透明的浇注物同样使安装在电路板上的、例如发光二极管的状态指示灯的透射成为可能。这例如同样可向上地、通过透明的接头或者透明的传感器壳体来实现。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，传感器壳体由聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或者聚醚醚酮(PEEK)构造。聚偏氟乙烯(PVDF)是工业中多用的塑料，并且提供相较于其它塑料而言的一系列的优势，例如直至大约140摄氏度的相对高的耐热性。通过添加例如白垩或者玻璃纤维等填料，能够明显改善机械特性。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，传感器壳体的直径为6mm和30mm之间，尤其为10mm和20mm之间。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，至少一个探测单元构造成，在其长度上至少可部段地分离和/或可缩短。多个探测部段由此在探测单元的整个长度上均匀分布。探测单元的印刷电路板的内部连接和设计方案例如构造为，印刷电路板可部段地缩短。借此可实现探测单元的非常个体化的长度，并借此实现整个料位测量器的非常个体化的长度。这同样可通过多个探测单元的连接来实现，其中，可对一个或多个探测单元在其长度上作适应性调整。在此，尤其在每两个探测部段之间的各探测单元是可分离的。因此可使探测单元的长度适配于尤其具有不同尺寸的不同应用，从而为了生产料位测量器而能够大量制造由一种模块系统构成的探测单元，所述模块系统具有不同数量的探测单元和不同的长度。尤其至少一个带有电子部件的印刷电路板是能够部段地分离的，即是能够分割的，借助于所述印刷电路板实现探测单元。在下方的区域中例如以如下方式缩短探测单元，即现有至少所述特殊的探测部段和一个探测部段，和/或至少所述特殊的探测部段和一个探测部段是可安装的。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，特殊的探测部段的电极或者电极对设计为十字形和/或具有至少两个电极对。在此尤其应准备双倍数量的电极对。因为通过达到第二探测部段、尤其通过达到电极对(特殊的探测部段上方的第一电极对)才可能实现对料位的第一次精确测量，应使测量中的死区尽可能小地保持。这例如通过使电极对数量翻一番来实现，因为在测量质量保持不变时，电极对同时可更短地实施。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，特殊的探测部段与至少一个其它的探测部段相比、尤其与跟随的探测部段相比更短地实施。这使得测量的死区缩小，并且同样在与特殊的探测部段的十字形的实施方式的结合中特别有利。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，料位测量器或者电子电路构造成，使得自我学习、例如机器学习是可能的。在此可识别特殊的量，例如介质种类和附属的温度特性。学习同样可通过更长的时间段来进行，其中，准确度逐步改善。通过将电极对与至少一个电容器以及特殊的探测部段相连，可确定并计算不同的电容。此外借助越来越多的测量值的数量使测量变得更加准确。此外可能的是，能够存储介质的特征的其它数据。存储的数值可随时手动调取或者编辑，并且随后引入与料位相符的整个的输出测量值的构成中。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，可随时手动校正料位测量器和/或对料位测量器进行手动教授。以此例如可能的是，调节固定且已知的料位并随后校正料位测量器。可选地能够在相同的壳体中、例如在相同的容器中冗余地构建例如浮标的另一料位测量系统，随后与电容性料位测量器交换料位的测量值或者将其校准。由此，两个系统或测量器可相互控制并且可减少错误。如果上述两个系统组合为统一的测量系统，则尤其可同样达到所谓的SIL等级或者安全等级。浮标测量系统可同样直接设置在传感器壳体上或者集成在传感器壳体上，从而两个测量系统(电容式测量系统和浮标测量系统)能够在唯一的装置中实施并且例如借助电路板实现。
在料位测量器的另一种可能的设计方案中规定，探测单元和/或部段分析单元包括至少一个温度传感器。该温度传感器可设置用于测量介质中的或者介质外的、即介质的环境中的温度。借此可进一步抵消干扰性的环境影响并且提升测量的准确度。在该情形中，同样可特别有利地应用多个温度传感器，例如在每个部段分析单元上应用至少一个温度传感器。
在根据本发明的、尤其对根据权利要求1或其变型方案的料位所实施的测量方法流程中，一种可能的设计方案中的探测过程描述如下。对探测单元的每个探测部段分别进行双重控制和/或双重查询。在此，每个探测部段与参考电容器相连。参考电容器在此是各部段分析单元的组成部分。在探测过程中，仅仅为参考电容器和各探测部段进行相反极性的充电。
例如，首先在第一步中以+5V对探测部段进行充电，而电子电路中的参考电容器同时未充电。在接下来的放电过程中，第一电压水平得到调整，所述电压水平与处于外部且位于传感器壳体上的料位相符。在第二步中，为探测部段放电并且为参考电容器充电。在此之后相应地再次进行放电过程，其中，第二电压水平得到调整。将该第二电压水平与第一过程中的第一电压水平纳入计算，尤其构成两者的差值。
存在多个探测部段、并借此存在多个电极/电极对时，例如借助多路复用器实施对探测部段的控制。在此，例如按照顺序来查询所有探测部段的电压值/电压水平，并且在第一、最下方的电极对或者特殊的探测部段上开始。同样可借助多路复用器对各电极或者电极对的各正极和负极分别进行单独的控制。由此，电极对和参考电容器之间的不同的连接组合是可能的。在此尤其同样可能的是相反的连接。
通过常规连接与相反连接的组合能够使测量结果的数量翻一番。通过应用从各结果中得出的中间值，可借此提高测量准确度。通过对测量值进行所谓的“过度采样”能够实现准确度的额外提高。
传感器结构可同样由多个探测部段组装而成。可随后在各自的部段分析单元中计算各个探测部段的已测量的电压水平。当存在至少两个探测单元时，本方法例如可作如下适应性调整：下方的具有特殊的探测部段的探测单元首先得出介质的特殊测量值，或者始终得出介质的特殊测量值。最上方的部段分析单元能够与跟随的下方的部段分析单元结构相同。然而，应在功能方面将最上方的部段分析单元例如始终视作功能上的上级主机单元。下方的探测单元的位于下方的所谓从机部段分析单元计算其电极的各个已测量的电压水平，并且将其算出的值转发给位于上方的探测单元的主机部段分析单元。
当存在至少三个探测单元时，例如相应地首先在各个部段分析单元中得出下方的部段的算出的测量值，并且随后提供给最上方的探测单元(主机分析单元)。下方的探测单元将其算出的测量值例如直接转发给最上方的探测单元的部段分析单元。具有特殊的探测部段的最下方的探测单元额外地始终分别提供介质特定的测量数据。对此，最下方的单元始终具有特殊的电极。由此，例如可通过在特殊的探测部段上测量的电容推断出介质的种类。在最上方的部段分析单元中，例如随后再次将所有收到的算出的测量值彼此纳入计算，并且发出与料位相符的数值。通过其它的部段将各测量值转发给主机，优选地以电子形式进行或者通过例如I2C的总线协议。
附图说明
在后文借助于附图进一步阐述本发明的实施例。
其中：
图1示意性示出安装状态的料位测量器，
图2a示意性示出料位测量器的电连接的电路图，
图2b示意性示出分析单元上的电压走势，
图3a示意性示出具有探测单元的料位测量器的可能的第一实施方案，
图3b示意性示出根据图3a的料位测量器的最下方的探测部段的截面图，
图3c示意性示出具有两个探测单元的料位测量器的可能的第二实施方案，
图3d示意性示出料位测量器的各组成部分和结构，
图3e示意性示出料位测量器的柔性的实施方案，以及
图4示意性示出料位测量器的探测单元的横截面。
彼此相同的部件在所有附图中配以相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出根据本发明的处于安装状态的料位测量器10的一个可能的实施方案。
所述料位测量器10的传感器壳体11至少几乎完全设置在容器12内。所述容器12中示有流体的料位L1、可选地示有流体的料位L2。所述流体例如是液体。所述传感器壳体11的下方的末端14在此例如够到所述容器12的底部13。
如果容器12如图所示呈弯曲形状，那么通常存有直至所述底部13的无法定义的间隙。所述传感器壳体11距所述底部13越远，那么最小的料位便越不好测量。至所述容器底部13的最小距离是无法预设的。此处可选地至少预设非常减小的距离。
根据所述容器12的大小和尺寸，所述料位测量器10能够以其大小相适应。由此，在图1中示有所述传感器壳体11内部的三个探测单元15a、15b、15c，它们构造探测单元15。
探测单元15a、15b、15c分别具有例如图2中进一步示出的印刷电路板26，或者构造成印刷电路板26，其中，所述印刷电路板26例如能够被部段地缩短。如在示出的实施例中那样，多个、例如至少三个探测单元15a、15b、15c能够相互连接并且组合。各所述探测单元15a、15b、15c在此可由多个层构成。由此例如将多个印制导线实施在不同的平面上，其引导电流和/或信号。
每个探测单元15a、15b、15c具有例如部段分析单元16a、16b、16c以及至少两个探测部段17。所述部段分析单元16a、16b、16c例如分别是集成的微控制器。所述探测部段17例如分别由电极对24和附属于此的对应电极构成。所述对应电极以未示出的方式例如作为对应电极对而设置在另一侧上，换而言之与相应的电极对24对置地设置。
运行例如作为主机的最上方的部段分析单元16a，其接收作为从机来运行的跟随的下方的分析单元16b、16c的测量值和/或数据。
最下方的探测单元15c是离所述容器12的底部13最近的探测单元。在最下方的所述探测单元15a上设有特殊的探测部段18。所述特殊的探测部段18构造得例如短于其余探测部段17。
在所述传感器壳体11的上方的末端上设有壳体19，所述壳体包含显示器20和/或用于有线的输出端和/或无线的输出端22的接口21。
此外设有浮标23，其相对于所述料位测量器10视作冗余。例如可额外地以磁性方式对该浮标进行探测。例如可同样将借助于所述浮标23冗余地得出的所述料位L1、L2的数值转发给作为主机而运行的部段分析单元16a，借此能够改善料位测量的准确度。
图2a示意性示出料位测量器10的电连接。
在此，所述料位测量器10包括两个探测单元15a、15b。如图4示例性示出的那样，所述探测单元15a、15b可与具有多个层/具有多个分层的印刷电路板26相符。所述探测单元15a、15b同样可包括这样的印刷电路板26。
每个探测单元15a、15b具有呈微控制器形式的部段分析单元16a、16b。在此，上方的部段分析单元16a例如作为主机单元来运行，而下方的部段分析单元16b作为从机单元运行。其它的从机单元可以跟在下面，这示意性地借助电源+-和数据线I2C、例如通过I2C总线的虚线，在下方的探测单元15b处示出。
此外，每个探测单元15a、15b具有两个电极对24。所述电极对示意性地设置在同样示意性绘出的印刷电路板26的边缘上。此外设有两个参考电容器30，其中，为了更好的总览效果，在绘出的部段分析单元16a、16b的外部示出所述参考电容器。然而，所述参考电容器尤其是所述部段分析单元16a、16b的组成部分。在位于最上方且尤其作为主机而运行的部段分析单元16a(主机)上设有通向输出设备或者通向所述显示器20的接口21。
在图2b中示出测量期间施加在部段分析单元16a、16b、16c的输入端上或者分析单元16的输入端上的电压U在时间t上的示意性走势，所述测量含相应的双重测量并且通过探测部段17上的极性反转来进行。
为此，基本上一直进行参考电容器30或者探测部段17的充电，随后通过两个搭配对象的连接来放电。在此产生的电压水平视作测量值。对电极的扫描，或者由充电、连接和测量构成的循环，例如耗时约1μs或者例如0.2μs至1.8μs。在此特别有利的是尽可能短的时间间隔，以便使结构对干扰的非耐受性保持较小。
所述参考电容器例如设计如下：电容例如达到2pF和35pF之间，尤其在15pF和25pF之间，或者尤其为18pF。所述参考电容器30处于外部地设置在所述测量电路上，或者可选地集成在集成的开关电路中或者芯片中。在所述探测部段17上得到调节的电容是可变的并且取决于确定的料位L1、L2和所述介质自身的特性。
在测量开始前，所述参考电容器30尤其是未充电的，并且在那里未施加电压U(0V)。同时，相应地由多路复用器控制的探测部段17以例如5V的正的参考电压充电。测量准确性能够可选的同样通过更高的电压U来达到。为此，在将所述参考电容器30和探测部段17相互电连接之前，例如可将用于一切测量的电压U总是分别提高到10V。
测量的顺序在此可按如下进行：
1.(通过时段A1示出的)测量：
只要所述参考电容器30和探测部段17连接在一起，用于探测常规测量MN中的第一测量值MWN的阶段便开始。在此，调整中的电压U的曲线开始上升到例如约1V的平衡水平。这在此通过电压走势UN示出。
现在由此得到第一常规测量的第一测量值MWN，即常规测量电压。接下来实施该电压值的AD转换，并且将该值作为第一测量值MWN存储。
现在跟着进行参考电容器30的充电。因此所述电压U上升到例如5V的参考电压。所述探测部段17的电压U在该时间点、即在所述时段A1的结尾达到几乎0V。
2.测量(比较测量)
在时段A2中示出第二测量。在那里，实施如前文所述的相同的测量，然而是反过来的。为了所述第二测量，将所述参考电容器30和相应的探测部段17相连。在此趋于平稳的补偿电压与第二测量值MWV相符。所述补偿电压例如落至约4V的电压大小。对通过电压走势UV示出的、又是大约1V的电压降被测量。此后实施对第二测量值MWV的AD转换。
在两次测量之后，所述两个电容器，换而言之所述参考电容器30和通过相应的探测部段17、即通过所述电极对24构造的电容器，重新放电，并分别具有0V的电压，这通过时段E示出。
现在存在所述电压水平的在时段A1和A2的两个数值。如已描述的那样，将它们转换为与可能的料位L1、L2相符的数码数值。用于一个且相同的探测部段17的两次测量的优点在于，可形成两个电压水平的中间值，借此可削弱或抵消可能已出现的测量错误。
在图3a中示出料位测量器10的另一可能的实施方案。在此，探测单元15设置在管状的传感器壳体11中。所述传感器壳体11例如由塑料、比如聚丙烯(PP)构成。在所述探测单元15上，连同所述特殊的探测部段18，共设有四个探测部段17、18。最下方的所述探测部段18在此作为所述特殊的探测部段18。每个探测部段17包括由两个电连接的电极构成的电极对24。
每个电极对24和所述特殊的探测部段18与分析单元16相连。
通过所述接口21，所述分析单元16的测量数据可输出给未示出的显示器或者同样未示出的无线电单元。
在首次填充过程中、以及在此实施的测量过程中，所述特殊的探测单元18是先由所述介质或者流体包围的探测部段，并且由此受到影响。
为了首次料位测量，必须获取所述特殊的探测部段18的最大电容。该特殊的探测部段18为此必须完全由所述流体包围。此外，为了提供保证，跟随所述特殊的探测部段18的所述探测部段17被所述流体包围至少10％，以便保证所述特殊的探测部段18为了流体的参考测量而全面由流体包围(料位L1)。所述特殊的探测部段18的首次的已测量的最大电容作为用于所有其它测量的修正值/参考值，所述其它的测量在沿着所述探测单元15的其它探测部段17上进行。由于在首次测量中无法对所述料位L1进行准确测量，此处会涉及起始的死区或者学习区域。在后续的走势中，传感设备、即所述料位测量器10，自我学习地或者通过所述“座谈(teach-in)”同样可掌握较小的料位L1、L2。
在图3b中示出根据图3a的料位测量器10的截面。
点划线在此确定截面平面S1(见图3a)。
为了使前文所述的死区尽可能小地保持，所述特殊的探测部段18相应地比其它的所述探测部段17更短地构造。
而为了在所述特殊的探测部段18上得到能够与其它所述探测部段17相比较的测量结果，该探测部段例如构造为十字形。因此不是构造有一个电极对24，而是一共两个或者四个电极对24。在此，电极对24a始终作为一个电极相连，并且电极对24b始终作为一个电极相连。
在图3c中示出具有两个探测单元15a、15b的组合的料位测量器10的可能的实施方案。在此，下方的探测单元15b构造得比上方的探测单元15a更短。这应当阐明所述探测单元15a、15b的个体化的长度设计方案。带有电子部件的印刷电路板26例如能够部段地分离，即能够分割，借助所述印刷电路板实现所述探测单元15a、15b。在此尤其如下所述进行缩短，即现有至少所述特殊的探测部段18和一个探测部段，和/或至少所述特殊的探测部段18和一个探测部段是可安装的。
在上方的探测单元15a上的另一特殊的探测部段18并不是必需的且没有设置。所述探测单元15a、15b分别具有呈微控制器形式的部段分析单元16a、16b。在此，上方的所述部段分析单元16a作为主机工作，下方的所述部段分析单元16b作为从机工作。所述主机将指示发给从机，并且接收下方的所述探测单元15b的探测部段17的已测量的值。如前文已述，所述探测部段17由具有相应的、未进一步示出的对应电极的电极对24构成。
借助图3c，同样可对填充容器12时的方法流程作直观说明。
例如，对所述探测部段17的扫描按照顺序由下向上进行。该方法流程循环性地进行，并且一旦已扫描最后的、即最上方的所述探测部段17，便始终在此从新的一轮开始该方法流程。
以如下方式定义输出状态，即所述料位测量器10已安装在所述容器12中，并且最小程度地与此处未示出的容器底部13相隔。所述容器12填充到最小的料位L0或者甚至是空的。在所有情形中，所述料位L0都不与所述料位测量器10的传感器壳体11发生接触。
如果现在连续的填充过程中自动地对填充进行探测，那么智能的分析单元16和/或部段分析单元16a、16b同样可自行校正。
在进行填充期间，所述料位例如由料位L0上升到料位L1。在此，达到所述料位L1的所述流体完全地包围所述传感器壳体11的下方的部段，在所述传感器壳体的下方的部段上设有所述特殊的探测部段18。在此，已测量的电容或者电压水平，相关于所述特殊的探测部段而最大化。而且借此同样知晓所述分析单元16和/或部段分析单元16a、16b、16c的介质特定的特性。数值能够存储，或者在完整的测量过程之后、即对所有的探测部段17进行控制和查询之后重新得出数值。
在达到所述填充状态L1时，所述分析单元16和/或部段分析单元16a、16b、16c识别所述第一探测部段17上的约10％，并且现在能够安全可靠地测量并存储所述特殊的探测部段18的已探测的值。所述探测部段17或者所述电极24接下来被覆盖。从该时间点起可获取关于所述容器12中流体的料位L1、L2的质量上高品质的报告。这仅是可能的，因为已知所述特殊的探测部段18的最大电容。
沿向上方向跟随的所述探测部段17尚未由所述流体覆盖。因此没有电容变化或者电压水平变化可测量。如果所述料位继续上升至所述料位L2或者更加向上，那么越来越多的探测部段17处于所述流体的影响下，并且所述分析单元16和/或部段分析单元16a、16b、16c可为此探测各自的数值并且确定内部的特征曲线。
伴随着自我学习的初始识别过程的容器12连续填充过程中、例如涉及球形箱罐时，可同样探测不同的容器几何形状，并将其作为特征曲线确定且随后以百分数来分析利用、或者根据容积来分析利用。
尤其当料位L1、L2较大、例如达2m时，所述流体中的温度差异可影响测量准确度。为了将其抵消，相互比较已完全由所述流体覆盖的各探测部段17的各最大值。可选地同样能够由温度传感器支持该抵消。
图3d示出料位测量器10的一种可能的实施方案。用于和未进一步示出的其它的探测单元15、15a、15b、15c连接的接口21设置在所述传感器壳体11的下方的末端14上、或者设置在所述探测单元15的末端上。所述特殊的探测部段18优选地短于所述探测部段17但构造为十字形，并且因此与所述印刷电路板26上的探测部段17相比，可选地具有双倍数量的电极或者电极对24。以匀称且恒定的距离沿所述探测单元15设置所述探测部段17及其电极对24。
探测单元15的中央的组成部分是分析单元16。当存在多个探测单元15时，可相应地涉及例如上级的部段分析单元16a、16b、16c或者下级的部段分析单元16a、16b、16c。此处例如设有主机-从机通信。在所述分析单元16上连有所述探测部段17的所有的输入端和输出端。同样可设置另一额外的数据处理单元或者总线通信单元25，这尤其是为了如下情况，即应借助多个不同的单独的电子结构组来实现测量值的测量、处理和转发。
在此，所述参考电容器30是其它方面能够完全集成地实施的分析单元16的外置组成部分。通过未示出的、同样是所述分析单元16的组成部分的多路复用器，将所述探测部段17的各个输入端、输出端和所述参考电容器30控制并且彼此相连。
图3e示出料位测量器10的另一可能的实施方案。
所述探测单元15同样可构造在柔性的印刷电路板(FPC)上。例如所述分析单元16或部段分析单元16a、16b、16c和所述探测部段17等其它的组成部分仍然保留，并且能够柔性地接在所述传感器壳体11的壁上。
在所述探测单元15的下方的末端上同样构造有用于为可能的跟随的探测单元15、15a、15b、15c进行数据传输和能量传输的接口21。同样在上方的末端设有接口21。借此得到如下选择，即如前文所述那样接上显示器20或者无线电模块。柔性的所述探测单元15是可弯曲的，并且能够接纳如同所述传感器壳体11那样的圆形轮廓。
图4示出探测部段17的根据图3c的沿截面平面S2的截面。所述探测单元15构造为具有三个层的印刷电路板26。而所述层的数量不必须限制为三个，而是可根据应用情形作出变化。
所述印刷电路板26设置在所述传感器壳体11内。在此，所述探测部段17构造为电极对24的形式。在电极对24a的对面构造有电极对24b，所述电极对24b构造为对应电极对。电极对24、24a、24b的这两个电极相互电连接，并且具有在所述部段分析单元16b上的共同的接头。在该具体实施例中，通过布置参考电容器30和总线通信器，所述部段分析单元16b例如是集成的微控制器。整个的探测单元15设置在管状的传感器壳体11中。
图4此外示意性示出自行形成的、围绕所述电极对24a、24b的电场27。所述电场27通过所述电极24a、24b在所述印刷电路板26的较短一侧上或者边棱上的设置来构造。
本发明不局限于前述详细的实施例。可在权利要求的范围内对其作出修改。从属权利要求中的各个方面同样可以相互组合。
附图标记列表
10 料位测量器
11 传感器壳体
12 容器
13 底部
14 下方的末端
15、15a、15b、15c 探测单元
16 分析单元
16a、16b、16c 部段分析单元
17 探测部段
18 特殊的探测部段
19 壳体
20 显示器
21 接口
22 输出端
23 浮标
24、24a、24b 电极对
25 总线通信单元
26 印刷电路板
27 电场
30 参考电容器
A1、A2 时段
E 时段
I2C 数据线
L0、L1、L2 料位
MN 常规测量
Mv 比较测量
MWN、MWV 测量值
S1、S2 截面平面
U 电压
UN、UV 电压走势
t 时间
+- 电源

Claims (20)

1.一种料位测量器(10)，其具有用于容纳至少一个探测单元(15、15a、15b、15c)的传感器壳体(11)，所述探测单元用于探测料位(L0、L1、L2)，其中
-所述传感器壳体(11)构造为长形和/或管状，沿对称轴延伸并且设置用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少两个相叠地设置的探测部段(17、18)，所述探测部段构造用于探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，以及
-电子电路具有参考电容器(30)，所述参考电容器能够交替地循环性地与所述探测部段(17、18)相连，
其特征在于，
-每个探测部段(17、18)能够相对于所述参考电容器(30)相反极性地充电，并且
-电压水平在各个探测部段(17、18)与所述参考电容器(30)相连时得到调整，所述电压水平与料位(L0、L1、L2)相符，所述料位处于外部且位于所述传感器壳体(11)上和/或探测部段(17、18)上。
2.根据权利要求1所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
在所述探测单元(15、15a、15b、15c)的下方的末端上设置有至少一个其它的特殊的探测部段(18)或者至少一个其它的电极，以便探测特殊的环境变量。
3.根据权利要求2所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
相反极性地并且循环性地构造所述探测部段(17)和/或所述特殊的探测部段(18)与所述电子电路的连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
-在所述传感器壳体(11)中，多个探测单元(15、15a、15b、15c)能够相互连接和/或耦合，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)分别具有分析单元(16)或者部段分析单元(16a、16b、16c)，并且
-所述分析单元(16)和/或部段分析单元(16a、16b、16c)构造为，将其测量值(MWN、MWV)传送给主机。
5.根据前述权利要求中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述探测部段(17、18)分别成对地和/或对置地构造。
6.根据前述权利要求中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
-所述探测部段(17、18)作为可导电的部段，接触地构造于电路板的正上面或者贴靠地构造于电路板上，和/或
-所述探测部段(17、18)分别构造于作为电极的电路板的边棱上，和/或分别至少局部地构造于作为电极的电路板的侧面上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
-所述参考电容器(30)集成于集成的开关电路中或者芯片中，和/或
-所述参考电容器(30)的电容为2pF和35pF之间，尤其为15pF和25pF之间，或者尤其为18pF，和/或
-具有所述探测部段(17、18)的所述探测单元(15、15a、15b、15c)设置在机械上柔性地、尤其可弯曲地构造的印刷电路板(26)上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述探测部段(17、18)和/或电极与所述传感器壳体(11)至少部段地、导电地连接。
9.根据权利要求2至权利要求8中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述特殊的探测部段(18)的电极或者电极对(24)设计为十字形和/或具有至少两个电极对(24)。
10.根据权利要求2至权利要求9中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述特殊的探测部段(18)构造为，相较于所述至少一个其它的探测部段(17)更短。
11.根据权利要求5至权利要求10中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述分析单元(16)和/或部段分析单元(16a、16b、16c)具有至少一个微控制器、或者构造为微控制器，所述微控制器与所述特殊的探测部段(18)相连，和/或其中，借助于所述特殊的探测部段(18)、尤其借助于所述特殊的探测部段的电极来探测并确定最小的料位(L0、L1、L2)。
12.根据权利要求5至权利要求11中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述分析单元(16)和/或部段分析单元(16a、16b、16c)构造为，在学习程序的框架中，自我学习地探测针对安装情形、针对介质温度和/或针对其它的环境影响的参数，并且将参数作为参考值存储在电子电路中。
13.根据权利要求5至权利要求12中任一项所述的料位测量器(10)，
其特征在于，
所述探测单元(15、15a、15b、15c)和/或分析单元(16)和/或所述部段分析单元(16a、16b、16c)包括温度传感器。
14.一种借助料位测量器(10)测量料位(L0、L1、L2)的方法，所述料位测量器具有传感器壳体(11)和至少一个探测单元(15、15a、15b、15c)，其中，
-规定所述传感器壳体(11)用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少一个探测部段(17、18)，借助于所述探测部段来探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，并且
-将电子电路的参考电容器(30)交替地循环性地与所述至少一个探测部段(17、18)相连，
-在通过测量电路进行的探测过程中，每个探测部段(17、18)交替地与所述参考电容器(30)相连，
-探测处于外部的且施加于所述传感器壳体(11)上的电容，
-将所述探测过程的测量值(MWN、MWV)与测量的存储的值并且与所述特殊的探测部段(18)的测量值(MWN、MWV)纳入计算，以及
-将纳入计算的所述测量值(MWN、MWV)作为料位值，在接口处发出。
15.根据权利要求14所述的方法，
其特征在于，
对在所述探测部段(18)的电极上分别得出的测量值(MWN、MWV)、电容和电压(U)进行双重的查询，和/或进行相反极性的查询。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，
其特征在于，
在外部施加的电容的大小
-模拟于所述探测部段(17、18)上的和/或所述传感器壳体(11)上的料位(L0、L1、L2)
-至少在各部段分析单元(16a、16b、16c)中和/或在分析单元(16)中得到计算，并且
-直接地或者通过上级的主机单元来通过接口向外输出。
17.一种具有用于容纳至少一个探测单元(15、15a、15b、15c)的传感器壳体(11)的料位测量器(10)，所述探测单元用于探测料位(L0、L1、L2)，其中
-所述传感器壳体(11)用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少一个探测部段(17、18)，所述探测部段构造用于探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，并且
-电子电路具有参考电容器(30)，所述参考电容器可交替地循环性地与所述至少一个探测部段(17、18)相连，
其特征在于，
-所述至少一个探测部段(17、18)能够相对于所述参考电容器(30)相反极性地充电，并且
-电压水平在所述探测部段(17、18)与所述参考电容器(30)相连时得到调整，所述电压水平与料位(L0、L1、L2)相关，所述料位处于外部且位于所述传感器壳体(11)上和/或探测部段(17、18)上。
18.一种具有用于容纳至少一个探测单元(15、15a、15b、15c)的传感器壳体(11)的料位测量器(10)，所述探测单元用于探测料位(L0、L1、L2)，其中，
-所述传感器壳体(11)用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少一个探测部段(17、18)，所述探测部段构造用于探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，并且
-电子电路具有参考电容器(30)，所述参考电容器可交替地循环性地与所述至少一个探测部段(17、18)相连，
其特征在于，
-所述至少一个探测部段(17、18)能够相对于所述参考电容器(30)相反极性地充电，并且
-电压水平在所述探测部段(17、18)与所述参考电容器(30)相连时得到调整，
-其中，所述电压水平被处理成为料位信号，并且
-所述料位信号发出。
19.一种以料位测量器(10)来测量料位(L0、L1、L2)的方法，所述料位测量器具有传感器壳体(11)和至少一个探测单元(15，15a，15b，15c)，其中，
-规定所述传感器壳体(11)用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少一个探测部段(17、18)，借助于所述探测部段来探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，并且
-将电子电路的参考电容器(30)交替地循环性地与所述至少一个探测部段(17、18)相连，
其特征在于，
-在通过测量电路进行的探测过程中，将所述至少一个探测部段(17、18)交替地与所述参考电容器(30)相连，
-对在所述探测部段(17、18)与所述参考电容器(30)相连时得到调整的、与处于外部且位于所述传感器壳体(11)上和/或探测部段(17、18)上的料位(L0、L1、L2)相关的电压水平进行探测。
20.一种以料位测量器(10)来测量料位(L0、L1、L2)的方法，所述料位测量器具有传感器壳体(11)和至少一个探测单元(15，15a，15b，15c)，其中，
-规定所述传感器壳体(11)用于浸入介质，
-所述探测单元(15、15a、15b、15c)具有至少一个探测部段(17、18)，借助于所述探测部段来探测电容，所述电容至少部段地施加并且模拟于料位(L0、L1、L2)地构造，并且
-将电子电路的参考电容器(30)交替地循环性地与所述至少一个探测部段(17、18)相连，
其特征在于，
-在通过测量电路进行的探测过程中，将所述至少一个探测部段(17、18)交替地与所述参考电容器(30)相连，
-借助于设置在所述探测单元(15、15a、15b、15c)的下方的末端上的至少一个特殊的探测部段(18)来探测至少一个特殊的环境变量，
-将所述探测过程的测量值(MWN、MWV)至少与所述特殊的探测部段(18)的测量值(MWN、MWV)纳入计算，并且
-将纳入计算的所述测量值(MWN、MWV)作为料位值发出。
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