CN1447909A - 测定容器中物料料位的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定容器中物料的料位的装置，带有产生电磁测量信号的信号发生单元，带有发射/接收单元(2)，它通过天线(1)向物料的表面方向发射测量信号，并接收物料表面上反射的反射信号，其中，天线(1)由波导管(3)构成，波导管在反射方向上在一确定形状的空腔(4)内扩径，此外带有计值单元，它借助测量信号的传播时间测出容器中的料位。本发明的目的在于，提供一种用于料位测量的稳定的装置，其中，几乎无法形成附着物。这一目的由此得以实现，即至少具有一种电介质填料(5)，它至少部分地填充波导管(3)，并几乎完全填充天线(1)的扩径空腔(4)。

Description

测定容器中物料料位的装置
本发明涉及一种用于测定容器中物料的料位的装置，带有产生电磁测量信号的信号发生单元，带有发射-/接收单元，它通过天线向物料的表面方向发射测量信号，并接收物料表面上反射的反射信号，其中，天线由波导管构成，波导管在反射方向上在一确定形状的空腔内扩径，此外带有计值单元，它借助测量信号的传播时间测出容器中的料位。优选上述类型的装置在微波范围内工作，并一般以微波-料位测量仪的名称公知。当然，依据本发明的装置原则上也可以利用超声波-测量信号工作。
在通过测量信号的传播时间测定容器中物料料位的所有测量装置中，危险的是在天线区域内形成沉积，即所谓的附着物形成。如果附着物，也就是冷凝物和/或者潮气以及任何类型的污染沉积在天线的内腔，那么，就会直接影响测量信号的传输和反射特性：出现干扰信号，它们与真正的测量信号重叠并可能如此之强，以至于最后测量到的料位不可能准确。
从现有技术中公知，天线通过所谓的Radom(天线罩)可有效地防止附着物形成。天线罩是一种很薄的薄膜类防护层，它加装在天线外边的区域内，并可阻止冷凝物和/或者潮气侵入天线的内腔。天线罩的缺点是，由于其脆弱的造型，很难抗住很高的压力。因此，它在过程测量技术领域中的应用十分有限。
本发明的目的在于，提供一种用于料位测量的稳定的装置，其中，天线的特别危险的区域内，例如像天线的内腔中绝不可能有附着物形成。
这一目的由此得以实现，即至少具有一种电介质填料，它至少要部分地填充波导管，并几乎完全填充天线的扩径空腔。通过使用由电介质材料构成的填料-如果要求的话-可以同时消除现有技术的天线中可能出现的多个问题：
-天线具有非常稳定的结构。
-天线有效地防止附着物形成。
-通过使用电介质材料，天线取得很高的耐压性。
-选择装入天线内腔中的电介质材料这样的设计，有助于电磁测量信号的聚焦。
此外，扩径空腔优选喇叭筒形状。相应造型的天线通常称为喇叭形天线。在喇叭形天线中，内表面或者是光滑的，或者它可以具有波纹结构。带有波纹结构内表面的喇叭形天线一般称为‘波纹喇叭天线’。天线的波纹结构内表面的意义和目的在于，给测量信号留下相移痕迹，相移这样测量，使天线输出端上反射一基本上平面的波面。
然而，天线的扩径空腔并不局限于喇叭形天线中通常采用的喇叭筒形。例如，扩径空腔也可以具有抛物面镜的形状或者圆柱形。
填料基本上可以使用任意的电介质材料。例如作为填料，可以使用泰氟隆、蓝宝石、陶瓷或者石英玻璃。
依据本发明装置的一个优选的造型，填料的外表面为透镜形状。因此，填料的外表面为凸起造型。同样，填料的外表面也可以具有菲涅尔-透镜的形状。
为了避免在天线的运输期间，安装和拆卸时或者存放时受到损坏，依据本发明装置具有优点的进一步构成，填料外表面的顶点处于天线扩径空腔外边的下面。
依据本发明装置的一个具有优点的造型，具有一附加的防护层，它设置在填料前面的反射方向上。优选该附加防护层在填料的外表面为波纹结构情况下使用-其中必须考虑到，波纹结构的外表面容易形成附着物。该防护层或者可以是平面造型，然而，它也可以例如具有内翻或外翻的圆锥的形状。
高频电磁测量信号的频率优选大于30GHz。如果频率处于该数量级中，天线造型可以相当小。恰恰是在小型天线中，附着物形成在很高程度上成为问题，因为波导管的内部尺寸与构成附着物的冷凝物滴或者尘埃颗粒的尺寸相比大多很小。这意味着，常常单个的小滴或者单个的尘埃颗粒就足以堵塞波导管并造成强大的干扰反射。如果天线空腔依据本发明采用电介质填充，带有很小内部尺寸的波导管以及所有天线区域可有效防止冷凝物和其他污染物。在电介质的相当大的外表面上，附着物形成危险很小，因为单个小滴或者颗粒不能覆盖整个直径并很容易滴落。
正如前面已经提及的那样，通过填料的表面形状和表面结构，此外可以达到聚焦效果：测量信号在物料表面出现的区域是准确确定的，因此干扰信号，也就是没有在物料的表面，而是在容器中某些部件上或者容器壁上反射的测量信号出现的可能性很小。
依据本发明装置的一个具有优点的进一步构成，发射-/接收单元将电磁测量信号通过波导管的后壁或者通过侧壁导入天线或从天线导出。
由于成本低廉，一个特别的优点是，电介质填料仅填充波导管的部分区域，其中，所说的部分区域连接在天线的扩径空腔上。在此以一天线为例，其中出于料位传感器和过程/过程-介质之间温度脱节的原因，波导管的长度相当长。
如果填料仅部分填充天线的空腔，那么，如果伸入波导管中的电介质填料的端区这样造型，使电磁测量信号的输入在空气-填料过渡时最佳化，是特别有益的。
下面借助附图对本发明作详细说明。其中：
图1示出依据本发明装置的第一个造型的示意图，
图2示出依据本发明装置的第二个造型的示意图，
图3示出依据本发明装置的第三个造型的示意图和
图4示出依据本发明装置的第四个造型的示意图。
图1示出依据本发明装置的第一个造型的示意图。天线1由波导管3构成，其上在电磁测量信号的反射方向上连接扩径空腔4。此外，在所示的情况中，天线1为带有圆形横截面的喇叭形天线。
电磁测量信号通过发射-/接收单元2侧向输入到天线1中或侧向从天线1中输出。信号发生单元和调节-/计值单元在图中没有分别标示。
波导管3和扩径空腔4的内腔采用电介质填料5填充。这种电介质填料5防止天线1有附着物形成和损坏。然而根据造型，电介质填料5也可以满足其他功能：使天线1具有很高的稳定性；为天线1提供一耐压的保护层，和/或者用于测量信号聚焦的最佳化。
出于测量信号聚焦的目的，电介质填料5的外表面6在所示的情况中为凸起造型。不言而喻，外表面也可以是其他造型。这里再一次提及菲涅尔-透镜状的外表面作为例子。
图2中示出依据本发明装置的第二个造型的示意图。天线1再次由波导管3和扩径空腔4构成，后者直接连接在波导管3上。测量信号的输入和输出通过穿过天线1的后壁9的发射-/接收单元2完成。
波导管3和扩径空腔4几乎完全用电介质填料填充。电介质填料5的外表面6在所示情况中具有凸起的形状，其中，电介质填料5的顶点处于扩径空腔4外边7的下面。通过这种造型，电介质填料5的外表面6非常有效地防止天线1在运输时、安装和拆卸时和存放时受到损坏。
如果电介质填料5的外表面6具有某种造型-例如菲涅尔-透镜的形状-那么-在电磁测量信号的反射方向上-在外表面6的前面如果还具有一附加的防护层8a；8b的话，就会非常有好处。防护层8a为一平面圆盘，它作为单独部件固定在天线1的外边7的区域内。相反，防护层8b具有锥形外翻，它再次非常有效地防止附着物形成。当然，也可以是具有例如锥形内凹的防护层。
不言而喻，天线1另外也可以既具有圆形横截面又具有棱角横截面。
图3和图4示出依据本发明装置的第三个及第四个造型的示意图。在图3示出的实施方式中，发射-/接收单元2将测量信号通过侧壁9导入波导管3或导出波导管3，而在图4示出的造型中，测量信号的输入和输出是通过后壁9完成的。
两种造型(图3，图4)的共同点是，波导管3的尺寸相当长。如果使用高频测量信号的话，这样的造型具有某种优点。高频在此方面意味着，频率大于约30GHz。
特别是在这样造型的天线1中，不要求电介质填料5完全填充波导管3和扩径空腔4。只要电介质填料5填充扩径空腔4和波导管3连接在扩径空腔4上的区域就足够了。在测量信号从波导管3的无填料区域向其中设置填料5的波导管3的区域过渡时的最佳匹配由此实现，即电介质填料5的相应端区11具有一特别的形状。此外，与此相关，锥形或者棱锥体形的过渡区域是最有效的。
附图标记表
1   天线
2   发射-/接收单元
3   波导管
4   扩径空腔
5   电介质填料
6   外表面
7   外边
8a  附加防护层
8b  附加防护层
9   后壁
10  侧壁
11  电介质填料的端区

Claims (10)

1.一种用于测定容器中物料的料位的装置，带有产生电磁测量信号的信号发生单元；带有发射-/接收单元，它通过天线向物料的表面方向发射测量信号，并接收物料表面上反射的反射信号，其中，天线由波导管构成，波导管在反射方向上在一确定形状的空腔内扩径；此外带有计值单元，它借助测量信号的传播时间测出容器中的料位，其特征在于，至少具有一种电介质填料(5)，它至少部分地填充波导管(3)并几乎完全填充天线(1)的扩径空腔(4)。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，电介质填料(5)的外表面(6)为透镜造型。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，电介质填料(5)的外表面(6)为凸起造型。
4.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，电介质填料(5)的外表面(6)具有菲涅尔-透镜的形状。
5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于，电介质填料(5)的外表面(6)的顶点设置在扩径空腔(4)的外边(7)下面。
6.按权利要求3，4或5所述的装置，其特征在于，具有附加防护层(8a；8b)，设置在电介质填料(5)之前的反射方向上。
7.按前述权利要求中的一个或多个所述的装置，其特征在于，高频电磁测量信号的频率大于30GHz。
8.按权利要求1所述的装置，其特征在于，发射-/接收单元(2)将电磁测量信号通过波导管(3)的后壁(9)或者侧壁(10)导入或导出天线(1)。
9.按权利要求1至5中的一个或多个所述的装置，其特征在于，电介质填料(5)仅填充波导管(3)的部分区域，其中，该部分区域连接在天线(1)的扩径空腔(4)上。
10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，伸入波导管(3)的电介质填料(5)的端区(11)这样形成，使电磁测量信号能最佳地输入到电介质填料(5)上。
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