CN1721826A - 具有一个波导管和一个波匹配体的料位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种料位测量装置，它具有一个用于传导电磁波的波导管(1、10、18)，其中该波导管由空心波导体构成并且具有一个前侧的端部区段(12－15)；具有一个由一种介电材料制成的波匹配体(2、20－24)，其中该波匹配体具有一个外周并且以该外周部分地伸入到波导管(1)的端部区段(13、14)的一个开孔(16)中并且部分地从这个端部区段(14、15)伸出来并且该波匹配体的尺寸设计成用于对从波导管(1)的端部区段(14、15)出来或者进入其中的波的一个波过渡进行匹配；还具有一种在波匹配体(2)与波导管(1)之间的一个区域内的金属过渡材料(23)，其中所述过渡材料(23)作为金属化层(23)在多于一个的直接接触区域(19)上在波匹配体(2)的外周与波导管(1)之间延伸。

Description

具有一个波导管和一个波匹配体的料位测量装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分的特征所述的具有一个波导管和一个波匹配体的料位测量装置，还涉及一种用于这种料位测量装置的波匹配体。
背景技术
为了测量容器中的料位已知一些料位测量装置，它们产生一个微波信号或者一个雷达信号并向着容器中的介质表面的方向发射。一个由表面反射的波被料位测量装置接收，其中确定波在发射与接收之间的传播时间。由该传播时间可以确定料位测量装置与介质表面之间的距离并由此确定容器中的料位。
一个典型的料位测量装置包括一个用于传导电磁波的波导管，其中该波导管由空心波导体构成并且具有一个端部区段，从该端部区段使波通过一个天线放射出去。一个波匹配体或波适配体对在波导管与自由空间或天线之间的过渡进行匹配，该波匹配体具有一个匹配的外周并且该波匹配体由一种介电材料制成，其中波匹配体部分地伸入到波导管的端部区段中并且部分地从其中穿出，用于对从波导管的端部区段出来或者进入其中的波的一个波过渡进行匹配。此外已知，使波匹配体通过一个钎焊环固定在波导管里面或上面，其中钎焊点在锥形的波匹配体上的区域事先金属化，用于将钎焊环钎焊到波匹配体上。尤其是这种金属的钎焊环与石墨密封环相结合主要在针对容器内部空间的工艺过程以及压力支持的密封方面用于补偿金属部件在料位测量装置与容器内部空间之间高温差下的膨胀。
为了固定波匹配体，一般使用一个金属的固定夹紧螺栓或压力螺栓，用于将波匹配体固定在外壳中或空心导体上。由于总是存在误差，通常在波匹配体的外周与外壳或空心导体内圆周之间存在一个气隙。因此穿过空心导体传播到波匹配体的波不仅在波匹配体与空心导体或外壳之间具有直接接触的接触位置上进入波匹配体，而且附加地穿过气隙，因此产生双重的波过渡。这导致干扰的信号成分。
发明内容
本发明的目的是，建议一种料位测量装置，其中减少或避免了在波匹配体与波导管之间的气隙的干扰作用。
这个目的通过一种具有权利要求1的特征的料位测量装置得以实现以及通过一种具有权利要求12特征的波匹配体得以实现。
因此优选一个料位测量装置，它具有一个用于传导电磁波的波导管，其中该波导管由空心波导体构成并且具有一个前侧的端部区段；还具有一个由一种介电材料制成的波匹配体，其中该波匹配体具有一个外周并且以该外周部分地伸入到波导管的端部区段的一个开孔中并且部分地从这个端部区段中伸出来并且该波匹配体的尺寸设计成用于对从波导管的端部区段出来或者进入其中的波的一个波过渡进行匹配；还在波匹配体与波导管之间的一个区域具有一种金属的过渡材料，其中该过渡材料作为金属化层在多于一个的直接接触区域上在波匹配体的外周与波导管之间延伸。
非常重要的是，一个波匹配体尤其是用于一种这样的料位测量装置的波匹配体，它由一种介电材料制成，用于对一个在一个波导管与一个邻接的空间和/或邻接的物体之间的过渡区域内的波进行匹配，其中特别强调的是，一个金属化层超出一个从一个直接接触区域到波导管的区域。
有利的扩展结构由从属权利要求得出。
特别优选一种料位测量装置，其中所述金属化层在波匹配体的外周上伸入到波导管的区域内一段距离。
特别优选一种料位测量装置，其中所述金属化层在波匹配体的外周上一直到一个从金属化层露出的波匹配体端部区段都伸入到波导管内。
特别优选一种料位测量装置，其中所述进入到波导管内的波匹配体具有一种锥形形状。
特别优选一种料位测量装置，其中所述波匹配体的一个从波导管的端部区段伸出来的区段伸入到一个天线尤其是喇叭形天线中。
特别优选一种料位测量装置，其中所述金属化层在波传播方向上这样远地在波匹配体上延伸，使得从波导管或从波匹配体出来的电磁波不能进入到波匹配体与波导管之间的一个缝隙内，不能进入到接触区域或与其相邻的区域内。
特别优选一种料位测量装置，其中在接触区域内在金属化的波匹配体与波导管之间设置一个导电磁的接触环，其中该接触环尤其钎焊在金属化层上。
特别优选一种料位测量装置，其中在所述金属化层的端部区域内在金属化的波匹配体与波导管之间设置一个导电磁的接触环。
特别优选一种料位测量装置，其中所述接触环由一种含有金属或石墨的材料制成。
特别优选一种料位测量装置，其中所述波匹配体在接触环以下的区域内具有一个圆柱形的外圆周。
特别优选一种料位测量装置，其中所述波导管包括一个空心导体和一个安置在空心导体前面的外壳，该外壳用于连接一个天线和/或用于将装置固定在一个容器壁孔中，其中所述波匹配体在两端至少部分地从外壳的区域伸出来。
附图说明
下面借助于附图详细描述一个实施例。附图中：
图1一个按照优选实施例的料位测量装置的截面图，
图2图1中的一个波匹配体的放大图，
图3一种此类型的波匹配体的一种可选择的实施形式。
具体实施方式
图1简示出一个示例性的料位测量装置的各部件。从着重的角度看，该料位测量装置主要由一个用于传导电磁波的波导管1和一个波匹配体2组成，所述波匹配体从前侧装在波导管1中，用于对从波导管到一个相邻的物体或空间内的波的一个过渡进行匹配。
所述波导管1尤其由空心波导体11构成，它具有一个在中心沿轴向透穿该导管的开孔16。该开孔16按照一个特别优选的实施方式不填充固体的介质，但是原则上也可以填充固体介质。所述波导管1在后面具有一个安装体，用于安装常见的部件、尤其用于安装一个用于产生电磁波的电子装置10。电磁波输入到空心导体11中并且穿过这个空心导体朝前侧的方向传播。此外，通过电子装置10接收和处理从空心导体11导引过来的电磁波，以便最终根据发射波和接收波之间的传播时间差推断出一个容器的料位，在该容器中安装料位测量装置。在此，波尤其是微波或雷达波。
所述波导管1在前侧具有一个带有一个端面15的端部区段14，其中轴向开孔16从后侧的电子装置10一直延伸到前侧的端面15。在所示实施例中，所述波导管1的前侧的区段12包括两个部件13、14，它们构成一个外壳用于容纳在其中的不同的其它部件。这些不同的部件12-18以本身公知的方式和方法构成和设置并且可以更换成不同形式的等同部件。
具有部件13、14的前侧的端部区段12具有一个扩展的开孔16，在其中安装波匹配体2。该波匹配体2由一种介电的尤其是陶瓷的材料构成并用于使从空心导体11中导引过来的电磁波的波过渡与在直径和壁厚方面扩展的端部区段12-15和/或一个天线5进行匹配，该天线装配在前侧的端面15上。该天线5例如由喇叭形天线或抛物面形天线构成。也可以选择在前侧的端面15上安装另一个在波导方面与该波导管具有不同物理尺寸的波导管，因此需要一种对波过渡的匹配。
在图2中和按照选择方案在图3中放大示出的波匹配体2具有一个中间区段20，它具有一个基本上圆柱形的形状。该圆柱形段20朝后侧的和前侧的方向分别过渡到一个锥形的后侧或前侧的区段22、21。根据要匹配的渡过渡还已知一些波匹配体或波适配体的其它结构。
为了将波匹配体2固定在波导管1的前侧的端部区段14、15中，所述波匹配体2以其后侧的端部区段22装入到波导管1的前侧的端部的后侧的端部区段的开孔16中。接着将端部区段14的前侧安装在波匹配体2的前侧的端部区段21上方并且固定尤其是旋紧在端部区段13的后侧上。通过使在端部区段14的前侧中的前侧的通孔具有一个小于波匹配体2的圆柱形区段20的直径，使该波匹配体2固定在由前侧的端部区段14、15构成的外壳12中并且夹紧到波导管1中的开孔16里，其中该开孔16具有一个略小于波匹配体2的圆柱形区段20的直径。在所示实施例中，许多附加的部件用于改善波匹配体2在波导管1中的固定和夹紧。在此所述波匹配体2通过其后侧的区段22穿过另两个部件17、18，它们设置在外壳12或前侧的端部区段13、14的开孔16′中。在此所述开孔16作为一个孔透穿所述另两个部件17、18延伸。如同由示意图可以看到的那样，在此所述开孔16在部件17的后侧的内壁与波匹配体2的后侧的且锥形延伸的区段22的外壁之间的区域内隔开距离，由此在其间构成一个缝隙6。一个从后侧的方向导引过来的波从空心导体11出来引入到波匹配体的后侧的区段22内并且穿过这个后侧的区段。此外，所述来自空心导体11的波可以穿过外壳12区域继续沿着缝隙6以一个相应双重的波过渡进入到该波匹配体内。这将导致公知的放射波的干扰。
为了避免波从侧面方向通过缝隙6进入波匹配体2，所述波匹配体2具有一个外侧的金属层或金属化层23。也可以选择例如使用一个紧密安置的金属套作为金属化层。该金属化层23防止波从波匹配体2在侧面方向上通过缝隙6过渡到波导管1的部件12-14、18并且由此防止在缝隙6区域内的双重波过渡。同样防止波从波导管1通过缝隙6过渡到波匹配体2内。
这一点尤其如由图2和3可以看出的那样，所述波匹配体2的金属化层23从波匹配体的中间区段开始朝后侧的方向构成。在此该金属化层23朝后侧的方向这样远地构成，使得具有缝隙6的区域直到一个所期望的接触点能够实现可靠的接触和良好的桥接。
为了改善波匹配体2在波导管1或在波导管前侧的端部区段12-14中的机械的和/或电磁的耦联，在波匹配体2上在其中心的圆柱形区段20处安置一个接触环40。这个接触环40可以简单的方式和方法钎焊在金属化层23上。按照一个特别优选的实施例，另一接触环41在金属化层23的后侧的端部的区域内以相应的方式和方法固定在波匹配体上。接触环40的前侧用作为波导管1的端部区段14的前侧的支座。后侧的接触环41用作为使波匹配体2压靠到一个后侧的止挡上的后侧的支座，该后侧的止挡构成在波导管1上，其中所述后侧的止挡通过一个所示出的部件17构成。但是也可以省去所述接触环40、41。
图3示出一个实施例，其中所述波匹配体12在其后侧的区段22上具有一个构成用于接触的圆柱形区段24。尤其是一个后侧的接触环41可以特别好地固定和接触在这样的圆柱形区段24上。
通过金属化层使电磁波保持在波匹配体2的陶瓷材料中并且在波匹配体装进波导管1的开孔16中之后不能过渡到气隙6内。由此能够实现一个改进的具有一个空心导体11的料位测量装置，在空心导体中一个空心导体波通过金属的空心导体传播，用于通过波匹配体、尤其是通过一个作为波匹配体的陶瓷锥过渡到料位测量装置前侧的一个相邻物体或者自由场中。在此所述波匹配体在圆周的一个较长部分上覆金属化层，用于使空心导体波在这个区域给定一个确定限定的几何形状。所述金属化层不仅在构成波匹配体的陶瓷锥圆周上的圆柱形区域而且在锥形区域都应该保证在波匹配体的陶瓷部件与波导管或波导管外壳的金属壁之间不构成具有干扰作用的缝隙6。通过这个结构防止或减少微波信号在其传播过程中由于不确定的缝隙、也称为阻塞引起的干扰。通过减少或防止在缝隙6的区域内的波过渡，发出一个无干扰的波或者接收一个不受缝隙6干扰的接收的反射波，因此能够实现一个改善的料位测量。为了继续改善从空气-空心导体11到波匹配体2陶瓷锥的过渡或者相反方向的过渡，在从金属空心导体到陶瓷导体的过渡区域可以设置一个接触环、尤其是接触环41或40。作为接触环的材料尤其优选使用石墨。后侧的接触环41能够在金属、尤其是波导管1的特种钢与波匹配体2上的金属化层23之间实现一个特别好的电接触。一个石墨环作为接触环41最好也可以承受在运行期间由于温度差引起的长度膨胀。前侧的接触环最好由金属、尤其是特种钢制成，因此能够在波匹配体2的金属化层23上实现一个特别简单的钎焊。这一点尤其在高温和/或高压和/或在化学侵蚀环境中也能够使用在料位测量装置的前侧。
一种本身公知的在接触区域至钎焊环的金属化层对应于优选的实施例超出这个接触区域在波匹配体的圆周上扩展，因此通过扩展的区域获得一个确定的空心导体外壁。这一点尤其能够实现简单地加工所使用的金属部件，因为金属部件在锥形区域不必以非常微小的误差加工。另一优点是，在尤其由陶瓷制成的波匹配体与金属制成的波导管之间不构成干扰的缝隙6，这种缝隙作为阻塞可能干扰微波信号的传播。另一优点是在具有金属化层23的波匹配体与金属的空心导体11之间的电接触通过一个石墨环可以构成另一接触环41。
可以实现许多可选择的结构。例如所述波匹配体2可以在其形状和尺寸上匹配于相应的情况。所述金属化层23也可以对应于相应的环境条件或多或少地在波匹配体2上延伸。除了优选的具有一个前侧的和非金属的波匹配体锥形区段21的实施例以外也能够实现其它实施例，其中规定这个区段的部分或全部金属化。所述波匹配体2的后侧的区段22对应于料位测量装置的各种尺寸和使用目的或多或少地金属化。在此关于金属化理解为不只是直接涂覆到波匹配体2的材料、尤其是陶瓷上的金属层，而是也可以是独立的金属体，它相应紧密地贴靠在波匹配体2的本身材料上。关于横截面形状不必局限于波导管1和波匹配体2的圆形横截面。

Claims (12)

1.一种料位测量装置，具有
-一个用于传导电磁波的波导管(1、10、18)，其中该波导管由空心波导体构成并且具有一个前侧的端部区段(12-15)，
-一个由一种介电材料制成的波匹配体(2、20-24)，其中该波匹配体具有一个外周并且以该外周部分地伸入到波导管(1)的端部区段(13、14)的一个开孔(16)中并且部分地从这个端部区段(14、15)伸出来，并且该波匹配体的尺寸设计成用于对从波导管(1)的端部区段(14、15)出来或者进入其中的波的一个波过渡进行匹配，和
-一种在波匹配体(2)与波导管(1)之间的一个区域内的金属过渡材料(23)，其特征在于，
-所述过渡材料(23)作为金属化层(23)在多于一个的直接接触区域(19)上在波匹配体(2)的外周与波导管(1)之间延伸。
2.如权利要求1所述的料位测量装置，其特征在于，所述金属化层(23)在波匹配体(2)的外周上伸入到波导管(1)的区域内一段距离。
3.如权利要求1或2所述的料位测量装置，其特征在于，所述金属化层(23)在波匹配体(2)的外周上一直到一个从金属化层露出的波匹配体端部区段(22)都伸入到波导管内。
4.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，所述进入到波导管(1)内的波匹配体(2)具有一种锥形形状。
5.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，所述波匹配体(2)的一个从波导管(1)的端部区段(15)伸出来的区段(21)伸入到一个天线尤其是喇叭形天线(5)中。
6.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，所述金属化层(23)在波传播方向(X)上这样远地在波匹配体(2)上延伸，使得从波导管(1)或从波匹配体(2)出来的电磁波不能进入到波匹配体(2)与波导管(1)之间的一个缝隙(6)内，不能进入到接触区域(19)或与其相邻的区域内。
7.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，在接触区域(19)内在金属化的波匹配体(2)与波导管(1)之间设置一个导电磁的接触环(40)，其中该接触环(40)尤其钎焊在金属化层(23)上。
8.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，在所述金属化层(23)的端部区域内在金属化的波匹配体(2)与波导管(1)之间设置一个导电磁的接触环(41)。
9.如权利要求7或8所述的料位测量装置，其特征在于，所述接触环(40、41)由一种含有金属或石墨的材料构成。
10.如权利要求7至9之一所述的料位测量装置，其特征在于，所述波匹配体(2)在接触环(40、41)以下的区域内具有一个圆柱形的外圆周(24)。
11.如上述权利要求之一所述的料位测量装置，其特征在于，所述波导管(1)包括一个空心导体(11)和一个安置在空心导体前面的外壳(12-14)，该外壳用于连接一个天线(5)和/或用于将装置固定在一个容器壁孔中，其中所述波匹配体(2)在两侧至少部分地从外壳(12-14)的区域伸出来。
12.一种波匹配体(2)，尤其是用于一个如上述权利要求之一所述的料位测量装置的波匹配体，它由一种介电材料制成，用于对一个在一个波导管(1)与一个邻接的空间和/或邻接的物体(15、5)之间的过渡区域内的波进行匹配，其特征在于，
具有一个金属化层，它超出一个至波导管(18、16、1)的一个直接接触区域(19)的区域。
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