JP3429482B2 - 充填レベル測定装置 - Google Patents
充填レベル測定装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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- H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
- H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
- H01P5/026—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between coaxial lines
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
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- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンテナ内の充填
物のレベルを測定する充填レベル測定装置に関する。こ
の装置では電子回路により電磁信号が形成され、この電
磁信号はカップリング部材を介してコンテナ内に突出す
る導波体へ伝送される。この導波体は信号をコンテナ内
へ導通し、さらに充填物表面で反射した信号をコンテナ
外へ導通する。反射した信号は受信評価回路へ供給さ
れ、この回路により信号から充填レベルが求められる。
物のレベルを測定する充填レベル測定装置に関する。こ
の装置では電子回路により電磁信号が形成され、この電
磁信号はカップリング部材を介してコンテナ内に突出す
る導波体へ伝送される。この導波体は信号をコンテナ内
へ導通し、さらに充填物表面で反射した信号をコンテナ
外へ導通する。反射した信号は受信評価回路へ供給さ
れ、この回路により信号から充填レベルが求められる。
【０００２】
【従来の技術】導波体としてここでは唯一の導波体また
は相互に並列に配置された２つ以上の導波体が用いられ
る。これらの導波体は測定すべき最も高い充填レベルの
上方の所定のポイントから下方へ向かってコンテナ内へ
延長されている。導波体として例えばベアメタルワイヤ
（Sommerfeld導波体と称される）か、またはアイソレー
ション部材の設けられたメタルワイヤが適している。後
者のメタルワイヤはGoubau導波体として知られている。
は相互に並列に配置された２つ以上の導波体が用いられ
る。これらの導波体は測定すべき最も高い充填レベルの
上方の所定のポイントから下方へ向かってコンテナ内へ
延長されている。導波体として例えばベアメタルワイヤ
（Sommerfeld導波体と称される）か、またはアイソレー
ション部材の設けられたメタルワイヤが適している。後
者のメタルワイヤはGoubau導波体として知られている。
【０００３】電磁信号で動作する充填レベル測定装置は
複数の適用分野、すなわち貯蔵工業および処理工業で使
用可能である。例えば化学、食品工業、および石油工業
などが挙げられる。
複数の適用分野、すなわち貯蔵工業および処理工業で使
用可能である。例えば化学、食品工業、および石油工業
などが挙げられる。
【０００４】ドイツ連邦共和国実用新案第９４２１８７
０号明細書にコンテナ内の充填物の充填レベルを測定す
る充填レベル測定装置が記載されている。この充填レベ
ル測定装置は電磁信号を形成する電子回路とコンテナ内
に突出する導波体とカップリング部材とを有しており、
導波体により電磁信号がコンテナ内へ導通され、さらに
充填物表面で反射した信号がコンテナ外へ導通され、カ
ップリング部材により電磁信号が電子回路から導波体へ
伝送され、このカップリング部材は内部導体を有してい
る。
０号明細書にコンテナ内の充填物の充填レベルを測定す
る充填レベル測定装置が記載されている。この充填レベ
ル測定装置は電磁信号を形成する電子回路とコンテナ内
に突出する導波体とカップリング部材とを有しており、
導波体により電磁信号がコンテナ内へ導通され、さらに
充填物表面で反射した信号がコンテナ外へ導通され、カ
ップリング部材により電磁信号が電子回路から導波体へ
伝送され、このカップリング部材は内部導体を有してい
る。
【０００５】電磁信号を形成する電子回路および受信評
価回路はヨーロッパ特許出願公開第７８０６６５号明細
書に記載されている。
価回路はヨーロッパ特許出願公開第７８０６６５号明細
書に記載されている。
【０００６】ドイツ連邦共和国実用新案第９４２１８７
０号明細書に記載の充填レベル測定装置では信号は短い
電磁パルスであり、このパルスは充填物表面で反射す
る。カップリング部材は内部導体および外部導体を備え
た同軸のブシュである。このブシュの第１の側は同軸線
路を介して電子回路に接続されている。カップリング部
材の対向する第２の側では内部導体と導波体とが接続し
ている。
０号明細書に記載の充填レベル測定装置では信号は短い
電磁パルスであり、このパルスは充填物表面で反射す
る。カップリング部材は内部導体および外部導体を備え
た同軸のブシュである。このブシュの第１の側は同軸線
路を介して電子回路に接続されている。カップリング部
材の対向する第２の側では内部導体と導波体とが接続し
ている。
【０００７】同軸線路の特性インピーダンスは通常５０
Ωであり、導波体の特性インピーダンスは周波数に依存
して例えば数１００Ωである。
Ωであり、導波体の特性インピーダンスは周波数に依存
して例えば数１００Ωである。
【０００８】したがって純粋な同軸導体と導波体との移
行部には、ドイツ連邦共和国実用新案第９４２１８７０
号明細書に記載の充填レベル測定装置の場合、ブシュの
外部導体の個所で導波体を同軸に把持するファンネルが
成形されている。このファンネルは移行部の領域でのイ
ンピーダンスの跳躍的変化および反射を回避するために
用いられる。
行部には、ドイツ連邦共和国実用新案第９４２１８７０
号明細書に記載の充填レベル測定装置の場合、ブシュの
外部導体の個所で導波体を同軸に把持するファンネルが
成形されている。このファンネルは移行部の領域でのイ
ンピーダンスの跳躍的変化および反射を回避するために
用いられる。
【０００９】ファンネルはインピーダンス適合のためだ
けでなく、伝搬モードの適合を改善するためにも用いら
れる。
けでなく、伝搬モードの適合を改善するためにも用いら
れる。
【００１０】ファンネルの寸法は電磁信号の波長に依存
して選択される。波長が大きくなればなるほどファンネ
ルも大きく構成され、所望のインピーダンス適合および
／またはモード適合が達成される。しかも短い電磁パル
スは一般に所定の周波数だけでなく所定の帯域幅の周波
数スペクトルをも有する。スペクトルは下方では例えば
０Ｈｚの直流成分により制限される。上方の限界値はパ
ルス形成の形式に依存している。例えば０Ｈｚ〜１．５
ＧＨｚまでの周波数スペクトルで発生する最短の波長は
約０．２ｍである。発生する波長の上方の限界は存在し
ない。ファンネルは発生する周波数のうち１つに対して
しか構成できない。パルスのきわめて大きなエネルギ成
分が低周波数の信号成分に含まれているので、少なくと
もこの成分に対して充分なインピーダンス適合を達成す
るにはファンネルをきわめて大きくしなければならな
い。低周波数に対するファンネルが充分な大きさであれ
ば、高周波数にも適することになる。
して選択される。波長が大きくなればなるほどファンネ
ルも大きく構成され、所望のインピーダンス適合および
／またはモード適合が達成される。しかも短い電磁パル
スは一般に所定の周波数だけでなく所定の帯域幅の周波
数スペクトルをも有する。スペクトルは下方では例えば
０Ｈｚの直流成分により制限される。上方の限界値はパ
ルス形成の形式に依存している。例えば０Ｈｚ〜１．５
ＧＨｚまでの周波数スペクトルで発生する最短の波長は
約０．２ｍである。発生する波長の上方の限界は存在し
ない。ファンネルは発生する周波数のうち１つに対して
しか構成できない。パルスのきわめて大きなエネルギ成
分が低周波数の信号成分に含まれているので、少なくと
もこの成分に対して充分なインピーダンス適合を達成す
るにはファンネルをきわめて大きくしなければならな
い。低周波数に対するファンネルが充分な大きさであれ
ば、高周波数にも適することになる。
【００１１】大きなファンネルを用いても最適な適合が
行えるというわけではなく、しかもこれは多大なスペー
スを必要とする。こうしたスペースは例えば充填レベル
測定装置がコンテナ内の小さな開口部に存在する場合に
は使用できないことも多い。したがってこのような充填
レベル測定装置は通常ファンネルなしに構成される。
行えるというわけではなく、しかもこれは多大なスペー
スを必要とする。こうしたスペースは例えば充填レベル
測定装置がコンテナ内の小さな開口部に存在する場合に
は使用できないことも多い。したがってこのような充填
レベル測定装置は通常ファンネルなしに構成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、回路
で形成された電磁信号を導波体を介してコンテナ内へ導
通し、充填物表面で反射した信号をコンテナ外へ導通す
るコンテナ内の充填物のレベルを測定する充填レベル測
定装置を提供し、所定の帯域幅の周波数領域で有効なイ
ンピーダンス適合装置を導波体に前置接続できるように
することである。
で形成された電磁信号を導波体を介してコンテナ内へ導
通し、充填物表面で反射した信号をコンテナ外へ導通す
るコンテナ内の充填物のレベルを測定する充填レベル測
定装置を提供し、所定の帯域幅の周波数領域で有効なイ
ンピーダンス適合装置を導波体に前置接続できるように
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題は、電磁信号を
形成する電子回路と、コンテナ内に突出する導波体と、
カップリング部材とを有しており、導波体により電磁信
号がコンテナ内へ導通され、かつ充填物表面で反射した
信号がコンテナ外へ導通され、カップリング部材により
電磁信号は電子回路から導波体へ伝送され、カップリン
グ部材は内部導体を有しており、この内部導体は特性イ
ンピーダンスを高めるためにシリンダ形状とは異なるジ
オメトリの導体セクションを有する、コンテナ内の充填
物のレベルを測定する充填レベル測定装置により解決さ
れる。
形成する電子回路と、コンテナ内に突出する導波体と、
カップリング部材とを有しており、導波体により電磁信
号がコンテナ内へ導通され、かつ充填物表面で反射した
信号がコンテナ外へ導通され、カップリング部材により
電磁信号は電子回路から導波体へ伝送され、カップリン
グ部材は内部導体を有しており、この内部導体は特性イ
ンピーダンスを高めるためにシリンダ形状とは異なるジ
オメトリの導体セクションを有する、コンテナ内の充填
物のレベルを測定する充填レベル測定装置により解決さ
れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態によれば、導体
セクションは螺旋形導体である。
セクションは螺旋形導体である。
【００１５】本発明の別の実施形態によれば、螺旋形導
体の長さの単位当たりの巻線数は導波体に向かう方向で
増大する。
体の長さの単位当たりの巻線数は導波体に向かう方向で
増大する。
【００１６】本発明の別の実施形態によれば、導波体は
長さの単位当たり平均的な数の巻線を有しており、この
数はカップリング部材の特性インピーダンスが導体セク
ションの領域で電子回路の出力特性インピーダンスと導
波体の特性インピーダンスとの積の平方根にほぼ等しく
なるように選定されている。
長さの単位当たり平均的な数の巻線を有しており、この
数はカップリング部材の特性インピーダンスが導体セク
ションの領域で電子回路の出力特性インピーダンスと導
波体の特性インピーダンスとの積の平方根にほぼ等しく
なるように選定されている。
【００１７】本発明の別の実施形態によれば、カップリ
ング部材は内部導体および外部導体を備えた同軸のブシ
ュであり、このカップリング部材は同軸線路を介して電
子回路に接続された第１の側を有しており、かつ内部導
体から導波体へ移行して接続している第２の側を有して
いる。
ング部材は内部導体および外部導体を備えた同軸のブシ
ュであり、このカップリング部材は同軸線路を介して電
子回路に接続された第１の側を有しており、かつ内部導
体から導波体へ移行して接続している第２の側を有して
いる。
【００１８】本発明の別の実施形態によれば、カップリ
ング部材は充填レベル測定装置を測定個所で機械的に固
定し、かつ導波体を固定するために用いられる。
ング部材は充填レベル測定装置を測定個所で機械的に固
定し、かつ導波体を固定するために用いられる。
【００１９】本発明の別の実施形態によれば、受信評価
回路が設けられており、この回路により反射信号が受信
され、ここから充填レベルが求められる。
回路が設けられており、この回路により反射信号が受信
され、ここから充填レベルが求められる。
【００２０】
【実施例】本発明およびその利点を以下に２つの実施例
を示した図に即して詳細に説明する。図中同じ素子には
同じ参照番号が付されている。
を示した図に即して詳細に説明する。図中同じ素子には
同じ参照番号が付されている。
【００２１】図１には充填レベル測定装置の概略図が示
されている。この充填レベル測定装置はコンテナ３内の
充填物１の充填レベルを測定するために用いられ、電磁
信号Ｓを形成する電子回路５を有している。電子回路５
は図示の実施例では送信クロック発生器７と送信パルス
発生器９とを有している。送信クロック発生器７の送信
クロックは送信パルス発生器９へ供給される。有利には
低エネルギかつ高周波数の短いパルスの形式の電磁信号
を形成する送信パルス発生器９が使用される。この種の
送信パルス発生器やこれに関連して使用される電子回
路、および受信評価回路は例えば米国特許第５３４５４
７１号明細書および米国特許第５３６１０７０号明細書
に記載されている。これらの回路は１μＷよりも小さい
ピークパワー、１ｎＷ以下の有効パワー、１００ＭＨｚ
以上の周波数のパルスを形成可能である。送信クロック
レートは例えば数ＭＨｚである。
されている。この充填レベル測定装置はコンテナ３内の
充填物１の充填レベルを測定するために用いられ、電磁
信号Ｓを形成する電子回路５を有している。電子回路５
は図示の実施例では送信クロック発生器７と送信パルス
発生器９とを有している。送信クロック発生器７の送信
クロックは送信パルス発生器９へ供給される。有利には
低エネルギかつ高周波数の短いパルスの形式の電磁信号
を形成する送信パルス発生器９が使用される。この種の
送信パルス発生器やこれに関連して使用される電子回
路、および受信評価回路は例えば米国特許第５３４５４
７１号明細書および米国特許第５３６１０７０号明細書
に記載されている。これらの回路は１μＷよりも小さい
ピークパワー、１ｎＷ以下の有効パワー、１００ＭＨｚ
以上の周波数のパルスを形成可能である。送信クロック
レートは例えば数ＭＨｚである。
【００２２】電磁信号Ｓは動作中、方向性結合器１１と
同軸線路１３とを介してカップリング部材１５へ供給さ
れる。
同軸線路１３とを介してカップリング部材１５へ供給さ
れる。
【００２３】カップリング部材１５は電磁信号Ｓをコン
テナ３内に突出する導波体１７へ伝送する。この導波体
は信号Ｓをコンテナ３内へ導通し、充填物表面で反射し
た信号Ｒを再びコンテナ外へ導通する。
テナ３内に突出する導波体１７へ伝送する。この導波体
は信号Ｓをコンテナ３内へ導通し、充填物表面で反射し
た信号Ｒを再びコンテナ外へ導通する。
【００２４】導波体１７は例えば機械的に剛性のスタブ
または機械的に剛性のワイヤである。ただし同様に張力
のかかったケーブルを使用することもできる。スタブな
いしワイヤの一方の端部はカップリング部材１５に固定
され、他方の端部はコンテナ３の底部に固定されてい
る。他方の端部をコンテナの底部に固定する代わりにこ
こに重りを固定して、これによりケーブルに張力をかけ
てもよい。ベアスタブ、ベアワイヤまたはベアメタルケ
ーブルないしアイソレーション部材の設けられたメタル
ワイヤ、メタルスタブ、メタルケーブルなどを使用可能
であり、金属は例えば貴金属から成る。アイソレーショ
ン部材として例えばポリテトラフルオロエチレンＰＴＦ
Ｅが適している。カップリング部材１５は図１には概略
的にしか示されていないが、コンテナ３の開口部に取り
付けられている。
または機械的に剛性のワイヤである。ただし同様に張力
のかかったケーブルを使用することもできる。スタブな
いしワイヤの一方の端部はカップリング部材１５に固定
され、他方の端部はコンテナ３の底部に固定されてい
る。他方の端部をコンテナの底部に固定する代わりにこ
こに重りを固定して、これによりケーブルに張力をかけ
てもよい。ベアスタブ、ベアワイヤまたはベアメタルケ
ーブルないしアイソレーション部材の設けられたメタル
ワイヤ、メタルスタブ、メタルケーブルなどを使用可能
であり、金属は例えば貴金属から成る。アイソレーショ
ン部材として例えばポリテトラフルオロエチレンＰＴＦ
Ｅが適している。カップリング部材１５は図１には概略
的にしか示されていないが、コンテナ３の開口部に取り
付けられている。
【００２５】図２にはカップリング部材１５の実施例が
示されている。カップリング部材１５は内部導体１９お
よび外部導体２１を備えた同軸のブシュである。内部導
体１９と外部導体２１との間に残る中空スペースは誘電
体から成る挿入部材２３によって充填される。
示されている。カップリング部材１５は内部導体１９お
よび外部導体２１を備えた同軸のブシュである。内部導
体１９と外部導体２１との間に残る中空スペースは誘電
体から成る挿入部材２３によって充填される。
【００２６】外部導体２１は外側要素を有しており、こ
の外側要素は２つのシリンダ形の中空部分２５、２７か
ら成る。これらの中空部分は円錐形の管状部材２９によ
り相互に接続されている。小さな直径を有するシリンダ
形の中空部分２５は組み込まれた状態でコンテナの内部
スペースに配向されている。
の外側要素は２つのシリンダ形の中空部分２５、２７か
ら成る。これらの中空部分は円錐形の管状部材２９によ
り相互に接続されている。小さな直径を有するシリンダ
形の中空部分２５は組み込まれた状態でコンテナの内部
スペースに配向されている。
【００２７】図示の実施例では、カップリング部材１５
は充填レベル測定装置を測定個所で機械的に固定するた
めに用いられる。このためにシリンダ形の中空部分２５
には外ねじ３１が成形されており、この外ねじによりカ
ップリング部材１５はコンテナ３の開口部に設けられた
内ねじにはめ込まれている。これに代えてカップリング
部材１にフランジを設け、このフランジを開口部を包囲
する対向フランジに固定するように構成してもよい。当
業者に知られている他の固定形式も同様に使用可能であ
る。
は充填レベル測定装置を測定個所で機械的に固定するた
めに用いられる。このためにシリンダ形の中空部分２５
には外ねじ３１が成形されており、この外ねじによりカ
ップリング部材１５はコンテナ３の開口部に設けられた
内ねじにはめ込まれている。これに代えてカップリング
部材１にフランジを設け、このフランジを開口部を包囲
する対向フランジに固定するように構成してもよい。当
業者に知られている他の固定形式も同様に使用可能であ
る。
【００２８】挿入部材２３は第１のセグメント３３を有
しており、この第１のセグメント３３はシリンダ形の中
空部分２５と円錐形の管状部材２９との内部スペースを
充填している。第１のセグメント３３は内部導体１９を
収容するために貫通孔を有している。この貫通孔はコン
テナとは反対側に、コンテナの反対方向へ向かって直径
が増大する部分を有しており、これにより一方側が円錐
形の外套内面３５が生じる。内部導体１９は同じ形状の
円錐形の外套外面を有しており、これは挿入部材２３の
円錐形の外套内面３５に接している。
しており、この第１のセグメント３３はシリンダ形の中
空部分２５と円錐形の管状部材２９との内部スペースを
充填している。第１のセグメント３３は内部導体１９を
収容するために貫通孔を有している。この貫通孔はコン
テナとは反対側に、コンテナの反対方向へ向かって直径
が増大する部分を有しており、これにより一方側が円錐
形の外套内面３５が生じる。内部導体１９は同じ形状の
円錐形の外套外面を有しており、これは挿入部材２３の
円錐形の外套内面３５に接している。
【００２９】内部導体１９の直径がコンテナの反対方向
へ向かって増大する部分は、コンテナの反対方向へ向か
って直径が低下する部分に接続されている。後者の部分
には挿入部材２３の第２のセグメント３７が接してい
る。第２のセグメント３７は切頭円錐形状であり、貫通
孔を有している。この孔の直径はコンテナと反対方向で
低下しているので、第２のセグメント３７はこの中に含
まれている内部導体１９の部分と密に接している。
へ向かって増大する部分は、コンテナの反対方向へ向か
って直径が低下する部分に接続されている。後者の部分
には挿入部材２３の第２のセグメント３７が接してい
る。第２のセグメント３７は切頭円錐形状であり、貫通
孔を有している。この孔の直径はコンテナと反対方向で
低下しているので、第２のセグメント３７はこの中に含
まれている内部導体１９の部分と密に接している。
【００３０】外部導体２１は内部要素３９を有してお
り、この内部要素は成形された外ねじにより外部要素の
シリンダ形の部分２７にねじ止めされている。これは軸
線方向の孔を有しており、この孔にはコンテナに向かう
方向で挿入部材２３の切頭円錐形状のセグメント３７を
収容する切欠が続いている。
り、この内部要素は成形された外ねじにより外部要素の
シリンダ形の部分２７にねじ止めされている。これは軸
線方向の孔を有しており、この孔にはコンテナに向かう
方向で挿入部材２３の切頭円錐形状のセグメント３７を
収容する切欠が続いている。
【００３１】内部導体１９はコンテナとは反対側の端部
に軸線方向のブラインドホール４１を有しており、端部
側を誘電体から成る環状シリンダ４３によって包囲され
ている。環状シリンダ４３は挿入部材２３に接してい
る。環状シリンダ４３と外部導体２１の内部要素３９と
の間に環状シリンダギャップが存在している。こうした
形状により同軸線路１３を（習慣上図２に示されていな
い）差込部を用いてカップリング部材１５の第１の側に
接続することができる。カップリング部材１５の対向す
る第２の側では内部導体１９と導波体１７とが接続され
ている。内部導体１９および導波体１７は唯一の構成要
素として形成することもできる。
に軸線方向のブラインドホール４１を有しており、端部
側を誘電体から成る環状シリンダ４３によって包囲され
ている。環状シリンダ４３は挿入部材２３に接してい
る。環状シリンダ４３と外部導体２１の内部要素３９と
の間に環状シリンダギャップが存在している。こうした
形状により同軸線路１３を（習慣上図２に示されていな
い）差込部を用いてカップリング部材１５の第１の側に
接続することができる。カップリング部材１５の対向す
る第２の側では内部導体１９と導波体１７とが接続され
ている。内部導体１９および導波体１７は唯一の構成要
素として形成することもできる。
【００３２】内部導体１９の円錐形の２つの外套内面は
内部導体１９を挿入部材２３においてクランプしてい
る。同様に挿入部材２３の円錐形の２つの外套外面は挿
入部材２３を外部導体２１においてクランプしている。
導波体１７は内部導体１７に固定に接続されているの
で、カップリング部材１５は導波体１７の機械的固定に
も用いられている。
内部導体１９を挿入部材２３においてクランプしてい
る。同様に挿入部材２３の円錐形の２つの外套外面は挿
入部材２３を外部導体２１においてクランプしている。
導波体１７は内部導体１７に固定に接続されているの
で、カップリング部材１５は導波体１７の機械的固定に
も用いられている。
【００３３】同軸線路１３は通常５０Ωの特性インピー
ダンスを有しており、電子回路５の出力特性インピーダ
ンスを形成する。導波体１７の特性インピーダンスはこ
れに対して数１００Ωの値を有する。適切なインピーダ
ンス適合が行われないと移行部で信号の大部分が反射さ
れ、信号エネルギの僅かな成分しか充填レベル測定に利
用できない。インピーダンス適合に対しては、カップリ
ング部材１５の領域の特性インピーダンスが電子回路５
の出力特性インピーダンスよりも大きく、かつ導波体１
７の特性インピーダンスよりも小さくなければならな
い。
ダンスを有しており、電子回路５の出力特性インピーダ
ンスを形成する。導波体１７の特性インピーダンスはこ
れに対して数１００Ωの値を有する。適切なインピーダ
ンス適合が行われないと移行部で信号の大部分が反射さ
れ、信号エネルギの僅かな成分しか充填レベル測定に利
用できない。インピーダンス適合に対しては、カップリ
ング部材１５の領域の特性インピーダンスが電子回路５
の出力特性インピーダンスよりも大きく、かつ導波体１
７の特性インピーダンスよりも小さくなければならな
い。
【００３４】また特性インピーダンスは直径を増大する
ことにより高めることができる。ただしこれは大抵の適
用分野では測定個所として使用できるスペースが制限さ
れているので不適切である。内部導体１９の直径の低減
は一般に機械的な安定性の理由から行われない。外部導
体の直径が数ｃｍである場合、内部導体１９は１ｍｍよ
りもはるかに小さくなり、このため特性インピーダンス
は１５０Ωのオーダーとなる。
ことにより高めることができる。ただしこれは大抵の適
用分野では測定個所として使用できるスペースが制限さ
れているので不適切である。内部導体１９の直径の低減
は一般に機械的な安定性の理由から行われない。外部導
体の直径が数ｃｍである場合、内部導体１９は１ｍｍよ
りもはるかに小さくなり、このため特性インピーダンス
は１５０Ωのオーダーとなる。
【００３５】本発明によれば、インピーダンス適合は内
部導体１９がカップリング部材１５の内部に配置された
導体セクション４５を有しており、この導体セクション
が特性インピーダンスを高めるためにシリンダ形状とは
異なるジオメトリを有することにより達成される。基本
的にはそれぞれシリンダ形状と異なる形状により特性イ
ンピーダンスが高められる。したがって例えば刻み部ま
たは環状に延在する溝を備えた導体セクション４５を形
成することができる。これらの切欠は容量値を低減させ
る。こうした形状により特性インピーダンスが高めら
れ、しかもこれによってもカップリング部材１５の外形
は拡大されない。また内部導体１９の機械的安定性もほ
ぼ変わらない。
部導体１９がカップリング部材１５の内部に配置された
導体セクション４５を有しており、この導体セクション
が特性インピーダンスを高めるためにシリンダ形状とは
異なるジオメトリを有することにより達成される。基本
的にはそれぞれシリンダ形状と異なる形状により特性イ
ンピーダンスが高められる。したがって例えば刻み部ま
たは環状に延在する溝を備えた導体セクション４５を形
成することができる。これらの切欠は容量値を低減させ
る。こうした形状により特性インピーダンスが高めら
れ、しかもこれによってもカップリング部材１５の外形
は拡大されない。また内部導体１９の機械的安定性もほ
ぼ変わらない。
【００３６】有利には導体セクション４５は図２に示さ
れているように螺旋形導体である。螺旋形導体では信号
の伝搬はほとんど妨害されないが、容量素子を挿入する
とジオメトリに起因する寄生効果が発生することがあ
る。高いモードの発生をできる限り完全に回避するため
に、相互に連続する２つの巻線の間隔は有利には所望の
モードの波長よりも小さい。
れているように螺旋形導体である。螺旋形導体では信号
の伝搬はほとんど妨害されないが、容量素子を挿入する
とジオメトリに起因する寄生効果が発生することがあ
る。高いモードの発生をできる限り完全に回避するため
に、相互に連続する２つの巻線の間隔は有利には所望の
モードの波長よりも小さい。
【００３７】螺旋形導体の別の利点は実質的に分散が発
生しないことである。入力信号はその形式を維持する。
生しないことである。入力信号はその形式を維持する。
【００３８】内部導体が導波体である同軸導体の特性イ
ンピーダンスＺは次の式により定められる。
ンピーダンスＺは次の式により定められる。
【００３９】
【数１】
【００４０】ここでＤは同軸導体の外部導体の内径であ
り、ｄは螺旋形導体の外径であり、ｎは長さの単位当た
りの巻線数である。
り、ｄは螺旋形導体の外径であり、ｎは長さの単位当た
りの巻線数である。
【００４１】同軸導体の外部導体の内径Ｄおよび螺旋形
導体の外径ｄは一般に、コンテナの開口部の直径と、内
部導体１９の張力および圧力に対する最小負荷耐性の設
定値とによりきわめて限定された範囲内でしか選択でき
ない。これに対して長さの単位当たりの巻線数ｎについ
ては、特性インピーダンスＺを適合するために自由に選
択可能な調整量を使用可能である。
導体の外径ｄは一般に、コンテナの開口部の直径と、内
部導体１９の張力および圧力に対する最小負荷耐性の設
定値とによりきわめて限定された範囲内でしか選択でき
ない。これに対して長さの単位当たりの巻線数ｎについ
ては、特性インピーダンスＺを適合するために自由に選
択可能な調整量を使用可能である。
【００４２】図３には別のカップリング部材１５’が示
されており、このカップリング部材は図２に示されたも
のとは螺旋形導体の構成の点のみ異なっている。
されており、このカップリング部材は図２に示されたも
のとは螺旋形導体の構成の点のみ異なっている。
【００４３】図２に示された実施例では、導波体の長さ
の単位当たりの巻線数ｎは導体セクション４５の長さ全
体にわたって一定である。図３に示された実施例では導
体セクション４５’の長さの単位当たりの巻線数ｎ’は
導波体に向かう方向で増大する。これにより特性インピ
ーダンスを同軸線路１３から導波体１７の方へ連続的に
増大させることができる。
の単位当たりの巻線数ｎは導体セクション４５の長さ全
体にわたって一定である。図３に示された実施例では導
体セクション４５’の長さの単位当たりの巻線数ｎ’は
導波体に向かう方向で増大する。これにより特性インピ
ーダンスを同軸線路１３から導波体１７の方へ連続的に
増大させることができる。
【００４４】２つの実施例では長さの単位当たりの平均
的な巻線数は有利には次のように選択されている。すな
わちカップリング部材１５、１５’の特性インピーダン
スが導体セクション４５、４５’の領域で電子回路５の
出力特性インピーダンスと導波体１７の特性インピーダ
ンスとの積の平方根にほぼ等しくなるように選定されて
いる。電子回路５の出力インピーダンスは図示の実施例
ではそれぞれ同軸線路１３の特性インピーダンスに相応
する。
的な巻線数は有利には次のように選択されている。すな
わちカップリング部材１５、１５’の特性インピーダン
スが導体セクション４５、４５’の領域で電子回路５の
出力特性インピーダンスと導波体１７の特性インピーダ
ンスとの積の平方根にほぼ等しくなるように選定されて
いる。電子回路５の出力インピーダンスは図示の実施例
ではそれぞれ同軸線路１３の特性インピーダンスに相応
する。
【００４５】導体セクション４５、４５’がシリンダ形
状とは異なるジオメトリを有することによりインピーダ
ンス適合が実現され、同軸線路１３から導波体１７への
移行部における入力反射は著しく小さくなり、その際に
カップリング部材１５、１５’の直径は拡大されない
し、また内部導体１９の直径も低減されない。これによ
りきわめて安定したコンパクトな充填レベル測定装置を
実現することができる。
状とは異なるジオメトリを有することによりインピーダ
ンス適合が実現され、同軸線路１３から導波体１７への
移行部における入力反射は著しく小さくなり、その際に
カップリング部材１５、１５’の直径は拡大されない
し、また内部導体１９の直径も低減されない。これによ
りきわめて安定したコンパクトな充填レベル測定装置を
実現することができる。
【００４６】入力反射の低減は信号Ｓの入力時にも充填
物表面で反射した信号Ｒの受信時にもポジティブに作用
する。実験により、充填物表面で反射した信号Ｒの振幅
は本発明の内部導体１９の導体セクションの構成により
ほぼ２倍となることが判明した。これにより媒体の充填
レベルをきわめて小さな誘電定数で検出することがで
き、および／または比較的長い導波体１７を使用するこ
とができる。
物表面で反射した信号Ｒの受信時にもポジティブに作用
する。実験により、充填物表面で反射した信号Ｒの振幅
は本発明の内部導体１９の導体セクションの構成により
ほぼ２倍となることが判明した。これにより媒体の充填
レベルをきわめて小さな誘電定数で検出することがで
き、および／または比較的長い導波体１７を使用するこ
とができる。
【００４７】本発明のインピーダンス適合により、カッ
プリング部材に起因する反射の振幅がきわめて小さくな
るだけでなく、カップリング部材の領域での反射による
信号が受信評価回路４９へ達することにより時間領域も
小さくなる。なぜなら特に多重反射はきわめてまれにし
か発生しなくなるからである。前述の時間領域では充填
レベル測定を行うことはできない。これは充填物表面で
生じる反射がカップリング部材１５、１５’内部での反
射と区別されないからである。このような時間領域の短
縮は測定領域の拡大につながる。
プリング部材に起因する反射の振幅がきわめて小さくな
るだけでなく、カップリング部材の領域での反射による
信号が受信評価回路４９へ達することにより時間領域も
小さくなる。なぜなら特に多重反射はきわめてまれにし
か発生しなくなるからである。前述の時間領域では充填
レベル測定を行うことはできない。これは充填物表面で
生じる反射がカップリング部材１５、１５’内部での反
射と区別されないからである。このような時間領域の短
縮は測定領域の拡大につながる。
【００４８】充填物表面で反射した信号Ｒは導波体１
７、カップリング部材１５、方向性結合器１１、ハイパ
ス４７を介して受信評価回路４９へ供給され、この回路
により反射信号が受信される。電磁信号Ｓが電子回路５
から充填物表面まで走行する伝搬時間と反射信号Ｒが充
填物表面から受信評価回路４９まで走行する伝搬時間と
が検出され、ここから充填レベルが求められる。
７、カップリング部材１５、方向性結合器１１、ハイパ
ス４７を介して受信評価回路４９へ供給され、この回路
により反射信号が受信される。電磁信号Ｓが電子回路５
から充填物表面まで走行する伝搬時間と反射信号Ｒが充
填物表面から受信評価回路４９まで走行する伝搬時間と
が検出され、ここから充填レベルが求められる。
【００４９】電磁信号の伝搬速度、および電子回路５と
コンテナ底部との間の距離ないし受信評価回路４９とコ
ンテナ底部との間の距離は既知であるか、または簡単な
基準測定によって得ることができる。これらのデータに
より測定された伝搬時間から充填レベルが得られる。
コンテナ底部との間の距離ないし受信評価回路４９とコ
ンテナ底部との間の距離は既知であるか、または簡単な
基準測定によって得ることができる。これらのデータに
より測定された伝搬時間から充填レベルが得られる。
【００５０】図１には受信評価回路４９の実施例のブロ
ック回路図が示されている。電子回路５および受信評価
回路４９は有利には図１には示されていないケーシング
に収容されており、このケーシングはカップリング部材
９に接続されている。
ック回路図が示されている。電子回路５および受信評価
回路４９は有利には図１には示されていないケーシング
に収容されており、このケーシングはカップリング部材
９に接続されている。
【００５１】電磁信号Ｓはカップリング部材１５、１
５’を介して導波体１７に供給される。反射信号Ｒは導
波体１７に沿った逆方向で導波体１７、カップリング部
材１５、１５’、方向性結合器１１、およびこの方向性
結合器に後置接続されたハイパス４７を介して受信評価
回路４９へ達する。
５’を介して導波体１７に供給される。反射信号Ｒは導
波体１７に沿った逆方向で導波体１７、カップリング部
材１５、１５’、方向性結合器１１、およびこの方向性
結合器に後置接続されたハイパス４７を介して受信評価
回路４９へ達する。
【００５２】受信評価回路４９は時間遅延ユニット５１
を有しており、この時間遅延ユニットの入力側に送信ク
ロック発生器７の送信クロックが印加され、ここでサン
プリングクロックが形成される。このサンプリングクロ
ックは可変の遅延時間だけ遅延された送信クロックに相
応する。可変の遅延時間は例えば鋸歯発生器を用いて調
製される。サンプリングクロックはサンプリングパルス
発生器５３へ供給され、このパルス発生器はサンプリン
グクロックに依存してサンプリングパルスを形成し、サ
ンプルアンドホールド回路５５の第１の入力側へ供給す
る。サンプリングパルス発生器５３と送信パルス発生器
９とは有利には同じものであり、このためこれらの発生
器で形成される電磁信号は単に可変の遅延時間だけ異な
るものとなる。
を有しており、この時間遅延ユニットの入力側に送信ク
ロック発生器７の送信クロックが印加され、ここでサン
プリングクロックが形成される。このサンプリングクロ
ックは可変の遅延時間だけ遅延された送信クロックに相
応する。可変の遅延時間は例えば鋸歯発生器を用いて調
製される。サンプリングクロックはサンプリングパルス
発生器５３へ供給され、このパルス発生器はサンプリン
グクロックに依存してサンプリングパルスを形成し、サ
ンプルアンドホールド回路５５の第１の入力側へ供給す
る。サンプリングパルス発生器５３と送信パルス発生器
９とは有利には同じものであり、このためこれらの発生
器で形成される電磁信号は単に可変の遅延時間だけ異な
るものとなる。
【００５３】反射信号Ｒは方向性結合器１１およびハイ
パス４７を介してサンプルアンドホールド回路５５の第
２の入力側へ印加される。
パス４７を介してサンプルアンドホールド回路５５の第
２の入力側へ印加される。
【００５４】動作中有利には、送信クロック周波数によ
り周期的に短い送信パルスが形成され、反射したエコー
信号はサンプルアンドホールド回路５５に供給される。
そこで各エコー信号にサンプリングパルスが重畳され、
ここから得られた全信号が取り入れられる。この信号は
後置接続された増幅器５７により増幅され、この増幅器
５７に直列に配置されたアナログ／ディジタル変換器５
９によりディジタル化され、マイクロプロセッサ６１へ
サンプリング値として印加される。
り周期的に短い送信パルスが形成され、反射したエコー
信号はサンプルアンドホールド回路５５に供給される。
そこで各エコー信号にサンプリングパルスが重畳され、
ここから得られた全信号が取り入れられる。この信号は
後置接続された増幅器５７により増幅され、この増幅器
５７に直列に配置されたアナログ／ディジタル変換器５
９によりディジタル化され、マイクロプロセッサ６１へ
サンプリング値として印加される。
【００５５】前述の全信号はエコー信号とサンプリング
パルスとの一致の尺度である。エコー信号は周期的に到
来し、相互に連続するサンプリングパルスは鋸歯関数に
したがって延長される時間遅延により区別される。連続
するエコー信号がほとんど相違しないという前提のもと
で、サンプルアンドホールド回路５５はエコー信号のス
トロボスコープ記録を行う。この前提は典型的には、充
填レベルが２つの送信パルス間の時間範囲中に実際には
変化しないので、つねに満足される。
パルスとの一致の尺度である。エコー信号は周期的に到
来し、相互に連続するサンプリングパルスは鋸歯関数に
したがって延長される時間遅延により区別される。連続
するエコー信号がほとんど相違しないという前提のもと
で、サンプルアンドホールド回路５５はエコー信号のス
トロボスコープ記録を行う。この前提は典型的には、充
填レベルが２つの送信パルス間の時間範囲中に実際には
変化しないので、つねに満足される。
【００５６】マイクロプロセッサ６１は第１の線路６３
を介して送信クロック発生器７に接続されており、第２
の線路６５を介してサンプリングパルスを形成する分岐
に接続されている。動作中マイクロプロセッサ６１は規
則的に測定サイクルをスタートする。測定サイクル中電
磁信号は前述のように周期的に形成され、反射信号Ｒが
サンプリングされる。測定サイクルは鋸歯関数に応じて
設けられている全ての時間遅延が経過すると終了する。
個々のサンプリング値はそれぞれ割り当てられたその時
点での遅延に関連して記録される。これにより測定信号
特性が得られ、この測定信号特性から伝搬時間を求める
ことができる。
を介して送信クロック発生器７に接続されており、第２
の線路６５を介してサンプリングパルスを形成する分岐
に接続されている。動作中マイクロプロセッサ６１は規
則的に測定サイクルをスタートする。測定サイクル中電
磁信号は前述のように周期的に形成され、反射信号Ｒが
サンプリングされる。測定サイクルは鋸歯関数に応じて
設けられている全ての時間遅延が経過すると終了する。
個々のサンプリング値はそれぞれ割り当てられたその時
点での遅延に関連して記録される。これにより測定信号
特性が得られ、この測定信号特性から伝搬時間を求める
ことができる。
【図１】レベル測定装置、電磁信号を形成する回路、お
よび受信評価回路の概略図である。
よび受信評価回路の概略図である。
【図２】長さの単位当たり所定数の巻線を有する螺旋形
導体を備えたカップリング部材の概略図である。
導体を備えたカップリング部材の概略図である。
【図３】長さの単位当たり別の所定数の巻線を有する螺
旋形導体を備えたカップリング部材の概略図である。
旋形導体を備えたカップリング部材の概略図である。
１ 充填物
３ コンテナ
５ 電子回路
７ 送信クロック発生器
９ 送信パルス発生器
１１ 方向性結合器
１３ 同軸線路
１５、１５’ カップリング部材
１７ 導波体
４７ ハイパス
４９ 受信評価回路
５１ 時間遅延ユニット
５３ サンプリングパルス発生器
５５ サンプルアンドホールド回路
５７ 増幅器
５９ アナログ／ディジタル変換器
６１ マイクロプロセッサ
フロントページの続き
(56)参考文献 欧州特許出願公開928955（ＥＰ，Ａ
１)
米国特許3824503（ＵＳ，Ａ)
特許2992027（ＪＰ，Ｂ２)
特許2911843（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 23/284
Claims (7)
- 【請求項１】 電磁信号（Ｓ）を形成する電子回路
（５）と、 コンテナ（３）内に突出する導波体（１７）と、 カップリング部材（１５、１５’）とを有しており、 前記導波体により前記電磁信号（Ｓ）がコンテナ（３）
内へ導通され、かつ充填物表面で反射した信号（Ｒ）が
コンテナ外へ導通され、 前記カップリング部材により前記電磁信号（Ｓ）は前記
電子回路（５）から導波体（１７）へ伝送され、 前記カップリング部材は内部導体（１９）を有してお
り、 該内部導体（１９）は特性インピーダンスを高めるため
にシリンダ形状とは異なるジオメトリの導体セクション
（４５、４５’）を有する、ことを特徴とするコンテナ
（３）内の充填物（１）のレベルを測定する充填レベル
測定装置。 - 【請求項２】 前記導体セクション（４５、４５’）は
螺旋形導体である、請求項１記載の充填レベル測定装
置。 - 【請求項３】 前記螺旋形導体の長さの単位当たりの巻
線数（ｎ’）は導波体に向かう方向で増大する、請求項
２記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項４】 前記導波体は長さの単位当たりで平均的
な数の巻線を有しており、該数はカップリング部材（１
５、１５’）の特性インピーダンスが前記導体セクショ
ン（４５、４５’）の領域で前記電子回路（５）の出力
特性インピーダンスと前記導波体（１７）の特性インピ
ーダンスとの積の平方根にほぼ等しくなるように選定さ
れている、請求項２または３記載の充填レベル測定装
置。 - 【請求項５】 前記カップリング部材（１５、１５’）
は内部導体（１９）および外部導体（２１）を備えた同
軸のブシュであり、該カップリング部材は同軸線路（１
３）を介して前記電子回路（５）に接続された第１の側
を有しており、かつ内部導体（１９）と導波体（１７）
とが接続している第２の側を有している、請求項１記載
の充填レベル測定装置。 - 【請求項６】 前記カップリング部材（１５、１５’）
は充填レベル測定装置を測定個所で機械的に固定し、か
つ前記導波体（１７）を固定するために用いられる、請
求項５記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項７】 受信評価回路（４９）を有しており、該
回路により反射信号（Ｒ）が受信され、ここから充填レ
ベルが求められる、請求項１記載の充填レベル測定装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99118150.4 | 1999-09-11 | ||
| EP99118150A EP1083414A1 (de) | 1999-09-11 | 1999-09-11 | Füllstandsmessgerät |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091337A JP2001091337A (ja) | 2001-04-06 |
| JP3429482B2 true JP3429482B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=8238985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000273769A Expired - Fee Related JP3429482B2 (ja) | 1999-09-11 | 2000-09-08 | 充填レベル測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1083414A1 (ja) |
| JP (1) | JP3429482B2 (ja) |
| CA (1) | CA2317794C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE10058026A1 (de) * | 2000-11-23 | 2002-05-29 | Grieshaber Vega Kg | Durchführung für ein elektrisches Hochfrequenzsignal und Füllstandmeßeinrichtung mit einer solchen Durchführung |
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| US6834546B2 (en) | 2003-03-04 | 2004-12-28 | Saab Rosemount Tank Radar Ab | Device and method in a level gauging system |
| DE10357041A1 (de) * | 2003-12-04 | 2005-07-07 | Vega Grieshaber Kg | Messwertaufnehmer |
| DE102004034251A1 (de) * | 2004-07-14 | 2006-02-09 | Vega Grieshaber Kg | Füllstands-Messvorrichtung mit einem Wellenreiter und einem Wellenanpasser |
| US7345623B2 (en) * | 2006-02-24 | 2008-03-18 | Mcewan Technologies, Llc | Reflection free launcher for electromagnetic guide wire |
| WO2010105654A1 (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-23 | Kfa Sarl | Coaxial feedthrough, high-frequency level sensing system with such a feedthrough and method for manufacturing such a feedthrough |
| EP2527803B1 (de) * | 2011-05-26 | 2020-10-21 | VEGA Grieshaber KG | Messsystem mit einer druckfesten Durchführung |
| DE102013101872A1 (de) * | 2013-02-26 | 2014-08-28 | boden & grundwasser GmbH Dr. Rainer Klein | Messverfahren |
| HUE039082T2 (hu) * | 2013-04-24 | 2018-12-28 | Grieshaber Vega Kg | Üzemmód-átalakító szintradarhoz |
| US9506796B2 (en) * | 2014-10-10 | 2016-11-29 | Rosemount Tank Radar Ab | FMCW based guided wave radar level gauge |
| US10234321B2 (en) * | 2016-07-07 | 2019-03-19 | Rosemount Tank Radar Ab | Radar level gauge system with single propagation mode feed-through |
| GB2583361A (en) * | 2019-04-25 | 2020-10-28 | Rosemount Measurement Ltd | Microwave-based method and apparatus for monitoring a process variable |
| DE102019124825B4 (de) * | 2019-09-16 | 2024-03-07 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Messgerät zur Bestimmung eines Dielelektrizitätswertes |
| EP3929572A1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-12-29 | Rosemount Tank Radar AB | Apparatus for detecting permittivity change |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3824503A (en) * | 1973-06-04 | 1974-07-16 | Us Army | Coupling device and method for simultaneous impedance balancing |
| DE3214487A1 (de) * | 1982-04-20 | 1983-10-27 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Leitungsdurchfuehrung fuer hf-energie |
| US5361070B1 (en) | 1993-04-12 | 2000-05-16 | Univ California | Ultra-wideband radar motion sensor |
| US5345471A (en) | 1993-04-12 | 1994-09-06 | The Regents Of The University Of California | Ultra-wideband receiver |
| DE9421870U1 (de) | 1994-02-15 | 1997-02-06 | Grieshaber Vega Kg | Füllstandmeßvorrichtung und deren Verwendung |
| US5827985A (en) * | 1995-12-19 | 1998-10-27 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Sensor apparatus for process measurement |
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