CN1242246C - 测量灌注物在容器里的灌注位置的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量灌注物(7)在容器(6)里的灌注位置(F)的装置，带有信号发生单元(3a)、耦合单元(4)、传导元件(2)和接收/计算单元(3b)。传导元件(2)在离灌注物(7)给定的距离(a)处设置，并且其距离(a)这样来确定，使由测量信号产生的电磁场(5)与灌注物(7)产生交替作用并在与灌注物(7)的表面(8)相遇时被部分地反射，接收/计算单元(3b)获取并计算被反射并在传导元件(2)上传导的测量信号随时间的信号变化。

Description

测量灌注物在容器里的灌注位置的装置
技术领域
本发明涉及用于测量灌注物在容器里的灌注位置的装置，带有信号发生单元、耦合单元、传导元件和接收/计算单元。
背景技术
为了测量灌注物在容器里的灌注位置使用测量不同物理量的测量系统。然后根据这些量推导出所需要的灌注位置信息。除了机械式探针以外还使用电容式、电导式或静压式测量探针，同样也使用以超声波、微波或放射性辐射为工作基理的检测器。
对于许多应用领域，如石油化工、化工和食品工业都要求非常精确地测量液体或散装物品在容器(贮罐、筒仓)里的灌注位置。因此在这里大量使用传感器，其中短电磁高频脉冲或连续微波耦合到导电绳索探针并通过绳索探针插入盛有灌注物的容器。对于绳索探针涉及任意的导电元件。
从物理角度来看，这种测量方法利用这种效应，即在两种不同介质，如空气和油或空气和水之间的临界面上由于两种介质的介电常数的阶跃变化(不连续地)被传导的高频脉冲或被传导的微波部分地被反射并通过传导元件回传给接收装置。在此两种介质的介电常数的区别越大被反射的分量就越大。根据高频脉冲或微波的反射分量的传播时间能够确定临界面的距离。通过了解容器空置距离可以计算出灌注物在容器里的灌注位置。
传导高频信号(脉冲或波)的传感器相对于自由反射高频脉冲或波(自由场微波系统(FMR)或真正的雷达系统)的传感器来说其特征是小得多的阻尼。其依据在于，能量流动完全沿着绳索探针或传导元件实现。此外传导高频信号的传感器在近距范围里比自由反射传感器具有更高的测量质量。
此外传导高频信号的传感器的优点在于具有很高的灌注位置测量安全性和可靠性。这是因为传导测量信号的测量完全不依赖于灌注物品的性质(液体、介电常数、灌注物交变)、容器结构(材料、几何形状)或其它的工作条件(灰尘、沉积物和松散物料角)。
发明内容
本发明的任务在于，推荐一种装置，其中传感器的传导元件与被灌注物没有直接的接触。
按照本发明这个任务通过下列特征而解决：信号发生单元产生高频测量信号；耦合单元将这个测量信号耦合到传导元件上；传导元件具有至少对应于容器内最大灌注位置的长度；传导元件设置在相对于灌注物给定的距离处；其距离这样来确定，使由测量信号产生的电磁场与灌注物产生交替作用并在与灌注物表面相遇时被部分地反射；接收/计算单元获取并计算被反射并在传导元件上被传导的回波信号随时间的变化，传导元件设置在容器外部。
按本发明，容器本身至少在传导元件一定的作用范围内由非导电材料组成。常用的材料为塑料或玻璃。
设置在容器外部的灌注位置测量装置当然具有一系列明显的优点。除了易于装配以外，通过将测量装置设置在要被测量的灌注物的外部可以防止对传导元件的污染或者在侵蚀性灌注物情况下可以避免对传导元件的腐蚀。因此可以采用价廉材料制造传导元件。测量装置电器部分的昂贵的密封在很大程度上是多余的。
按照本发明装置具有优点的结构而建议，容器或容器部件至少在电磁场的作用范围内做成视孔玻璃。当灌注位置测量直接在做成视孔玻璃的容器上进行时，按照本发明装置的另一有利结构，设有一传导板作为附加元件。这个传导板相对于传导元件的设置来说设置在视孔玻璃后面，并保证有效地屏蔽来自相应空间的干扰辐射。
按照本发明装置的具有优点的结构，传导元件通过尽可能简单的连接直接固定在容器上或视孔玻璃上。优选在连接时采用粘贴连接：传导元件粘接在容器或视孔玻璃的外壁上。
另外与上述结构组合或也可以单独采用由导电材料制成的保护板。这样安置保护板，使传导元件设置在容器与保护板之间。保护板与传导元件在空间上是相互分开的。优选在保护板与传导元件之间设置介电材料。最简单的情况是介电材料为空气。此外保护板可以这样构成，使保护板在背向容器的一侧几乎全部包围传导元件。保护板的任务是屏蔽来自位于传导元件后面空间里的干扰辐射，这种干扰辐射可能对灌注位置值的测量精度施加不利影响。
传导元件本身可以具有任意的形状：从横截面上看，它可以是例如圆、半圆或多边形。特别具有优点的是传导元件由至少两个导体组成，其中两个导体中至少有一个接地。尤其是在传导元件装配在容器外部并附加的通过保护板从外部屏蔽干扰辐射的情况下，能够得到更好的测量结果。原因在于，对于多部分构成的传导元件，延伸进容器的电磁场通过保护板其影响减弱。
上述按照本发明装置的结构偏向于将传导元件设置在容器外部，而下述的第二种实施形式涉及到将传导元件安装在容器里面的结构。尤其是传导元件由介电外壳至少包围直至最大灌注位置的区域。此外传导元件与待检测灌注物的距离这样来确定，使测量信号与灌注物产生相互作用并在遇到灌注物时被部分地反射。
传导元件与灌注物之间所期望的距离或者可以通过选择介电材料的厚度来实现和/或通过位于介电材料内部的传导元件的材料的距离来实现。此外传导元件可以设置在由非导电材料制成的套管里。这个套管安置在容器的内部，然后将传导元件插入套管。同样可以将传导元件与套管构成一个单元并装进容器。例如传导元件可以直接由非传导材料包围。
附图说明
下面根据图例来详细描述本发明。图示为：
图1：按照本发明装置的第一种实施例简图(截面图)；
图2：按照本发明装置的第二种实施例简图(截面图)；
图3：按照本发明装置的第三种实施例简图(截面图)；
图4：选择不同类型的传导元件的简图(截面图)，这些类型的传导元件能够被应用于按照本发明的解决方案；
图5：按照本发明装置的第四种实施例的纵向截面图；和
图6：信号发生单元和接收/计算单元的方框图。
具体实施方式
图1给出了按照本发明装置的第一种实施例简图。灌注位置测量装置1由信号发生单元3a、耦合单元4、传导元件2和接收/计算单元3b所组成。在信号发生单元3a里产生的测量信号通过耦合单元4被耦合并沿着传导元件2传导。传导元件通过一个任意的、在图例中没有特别画出的连接固定在容器6外部。容器6与传导元件2之间的直接连接不是必须的，因为测量信号沿其路径传导的电磁场5能够覆盖相当大的空间。容器6至少在电磁场5的主要作用范围里由非导电材料(例如玻璃、塑料等)构成。
如同已经简要说过的那样，沿着传导元件2传导的测量信号在周围空间产生电磁场5。电磁场5是同心指向并与传导元件纵轴平行移动的。由于例如从空气过渡到灌注物7时介电常数的阶跃变化，只要磁场与灌注物7的表面8接触，电磁场5就被部分地反射。在传导元件2上回传的回波信号在接收/计算单元3b上被接收。通过测量信号/反射信号的传播时间确定传播路程并通过了解耦合单元4一容器底部的距离来确定灌注物7在容器6里的灌注位置。
在图2中可以看到按照本发明装置的第二种实施例的简图(截面图)。要被测量灌注位置的灌注物7位于视孔玻璃9里。传导元件2设置在视孔玻璃9外部。为了减少干扰辐射对测量结果的影响在传导元件2与视孔玻璃9的范围里设置由传导材料构成的弯曲传导板10。
传导板10接地并有效屏蔽干扰辐射。
图3画出了按照本发明装置的第三种实施例的简图(截面图)。传导元件2设置在容器6的侧面。为了屏蔽来自周围的干扰辐射设有一弯曲的保护板11。这个保护板11具有半圆形的横截面并以其侧棱边直接伸展到容器6附近。在保护板11内表面与传导元件2之间设有介电材料12。
传导元件2在图示情况中由两个导体29，30构成，在此导体30位于外部。如同在上面已经叙述过的，分成两件或多件的传导元件2对电磁测量场起有利的作用，因为尤其在利用保护板11屏蔽周围干扰辐射的时候电磁场在容器内部的衰减显得不是那么明显。
图4画出了不同类型的传导元件的选择，这些类型的传导元件能够被应用于按照本发明的解决方案。传导元件2在横截面上为圆形、半圆形或多边形(如矩形)。此外在图4中画出了传导元件2在容器6上的固定形式。矩形传导元件2通过粘贴连接14粘接在容器外壁上。
图5为按照本发明装置的第四种实施例的纵向截面。图1至图4所示结构中的传导元件2设置在容器外部，而图5传导元件2设置在容器6内部。传导元件2安置在介电套管15里面。套管15例如由玻璃制成。在图示情况下空气作为附加的介电质位于传导元件2与套管15之间。但是也可以是传导元件由介电材料包围并同样与灌注物7隔离。此外传导元件2和套管15可以构成相互分开的部件或构成一个单元。
图6画出了信号发生单元3a和接收/计算单元3b的方框图。信号发生单元3a具有发射节拍器17和发射脉冲发生器18。发射节拍器17的发射节拍传到发射脉冲发生器18。优选采用产生电磁信号的发射脉冲发生器18，电磁信号的形式为小功率高频短脉冲。这种形式的发射脉冲发生器以及与其相连的可应用的电子电路和接收与计算电路例如在US-PS 5,609,059里描述过。
电磁测量信号通过耦合单元4传到传导元件2。与此相反，被反射的反射信号通过传导元件2、耦合单元4、定向偶合器19和连接在定向偶合器19后面的高通滤波器20传到接收/计算单元3b。
接收/计算单元3b包括延时器21，其输入端连接发射节拍器17的发射节拍并产生探测节拍，探测节拍对应于延迟不同延迟时间的发射节拍。不同延迟时间例如通过锯齿波发生器实现。探测节拍被引到探测脉冲发生器22，探测脉冲发生器根据探测节拍产生脉冲并传到探测和保持电路23的第一输入端。发射脉冲发生器18和探测脉冲发生器22最好是相同的，使得由其所产生的电磁信号的不同仅仅在于不同的延迟时间。反射信号通过定向偶合器19和高通滤波器20连接到探测和保持电路23的第二输入端。此外最适合于本发明的接收/计算单元在EP 0 875 772里作了详细描述。
在运行中优选用发射节拍频率周期地产生短发射脉冲；被反射的反射信号引到探测和保持电路23。在那里探测脉冲被叠加到各反射信号上并接收由此产生的合成信号。合成信号通过后连的放大器24放大，通过与放大器24串联的模-数转换器25数字化并作为探测值引到微处理器26。
合成信号是反映反射信号和探测脉冲一致性的量。反射信号周期地出现，在此前后衔接的探测脉冲通过时间延迟而相互区分，时间延迟通过锯齿波函数来确定。在前后衔接的反射信号没有明显区别的前提下，探测和保持电路23提供一个频闪式的反射信号标志。这种前提一般来讲总能够满足，因为在两个发射脉冲之间的时间间隔里灌注位置在实际上是不变的。
微处理器26通过第一导线27与发射节拍器17和发射脉冲发生器18连接并通过第二导线28与延时器21和探测脉冲发生器22连接。在运行中微处理器26有规律地开始测量循环。如同已经阐述过的，在测量循环中电磁测量信号周期地产生，而被反射的反射信号被探测。当所有的根据锯齿波函数出现的时间延迟被执行后，一个测量循环结束。各探测值分别与各从属瞬时延迟相关地被记录。然后根据测量信号变化确定传播时间。

Claims (11)

1.用于测量灌注物(7)在容器(6)里的灌注位置(F)的装置，带有信号发生单元(3a)、耦合单元(4)、传导元件(2)和接收/计算单元(3b)，其中信号发生单元(3a)产生高频测量信号，耦合单元(4)将测量信号耦合到传导元件(2)上，传导元件(2)具有至少对应于容器(6)内最大灌注位置测量范围的长度，传导元件(2)在相对于灌注物(7)给定距离(a)处设置，并且其距离(a)这样来确定，使由测量信号产生的电磁场(5)产生与灌注物(7)的交替作用并在与灌注物(7)的表面(8)上相遇时被部分地反射，接收/计算单元(3b)获取并计算被反射并在传导元件(2)上传导的测量信号随时间的信号变化，传导元件(2)设置在容器(6)外部。
2.如权利要求1的装置，其中容器(6)至少在传导元件(2)的作用范围内由非导电材料制成。
3.如权利要求1的装置，其中容器(6)或容器壁至少在传导元件(2)作用范围内由视孔玻璃(9)构成。
4.如上述权利要求3的装置，其中设有传导板(10)，传导板至少部分地遮盖视孔玻璃(9)，从传导元件(2)的位置看过去，传导板设置在视孔玻璃(9)的后面。
5.如权利要求1至4之一的装置，其中设有连接装置，通过这个连接装置传导元件(2)固定在容器(6)或视孔玻璃(9)上。
6.如权利要求5的装置，其中连接方式涉及粘贴连接(14)。
7.如权利要求1至4之一的装置，其中设有由导电材料构成的保护板(11)，保护板设置在传导元件(2)的背向容器(6)的空间范围内。
8.如上述权利要求7的装置，其中保护板(11)与传导元件(2)在空间上隔开并且在传导元件(2)与保护板(11)之间设有介电材料(12)。
9.如上述权利要求1的装置，其中传导元件(2)至少在直至灌注物(7)在容器(6)里的最大灌注位置(F)的范围内被由介电材料构成的套管(15)包围，传导元件(2)设置在容器(6)内部，传导元件(2)与灌注物(7)之间的距离(a)这样确定，使由测量信号产生的电磁场(5)与灌注物(7)产生交替作用并在与灌注物(7)的表面(8)上相遇时被部分地反射。
10.如权利要求9的装置，其中在由介电材料构成的套管(15)的内表面(16)与传导元件(2)之间设有无物质的中间空间。
11.如权利要求1至4之一款的装置，其中传导元件(2)由至少两个导体(29，30)所组成并且两个导体(29，30)中的至少一个接地。
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