專利名稱：用于電容性確定和/或監(jiān)控料位的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于電容性確定和/或監(jiān)控容器中的介質(zhì)的料位 的裝置。包括至少一個探針單元，其與介質(zhì)電絕緣；和至少一個電 子器件單元，其向探針單元施加至少一個電子觸發(fā)信號，從探針單元接收電子測量信號，并關(guān)于料位分析測量信號，其中觸發(fā)信號是交流 電壓信號。
背景技術(shù)：
在電容式料位測量或監(jiān)控的情況中，探針單元(例如探針棒和探 針電纜)和容器(介質(zhì)位于其中)壁或第二探針單元形成電容的兩個 電極。在這種情況中，介質(zhì)用作電介質(zhì)。由于電容器的電容隨料位高 度改變，可以從電容推導出料位。在這種情況中，為了測量電容，將 觸發(fā)信號饋送至探針單元。這往往是具有預定頻率的交流電壓。從"測 量電容"分接出測量信號。這通常是電流信號，其往往例如被電阻元 件轉(zhuǎn)換為電壓信號，用于進一步處理。然后由此確定或監(jiān)控電容和料 位。由于導電介質(zhì)可以導致短路或至少導致測量值惡化，實踐中使用 完全絕緣的探針。在這種情況中例如使用塑料絕緣體(PP、PTFE、PFA)。 以這種方式，在導電介質(zhì)的情況中獲得獨立于介電常數(shù)的測量結(jié)果， 其中僅有被介質(zhì)覆蓋的絕緣電容仍然相關(guān)。實踐中，例如在測量熱水的情況中，可能會發(fā)生介質(zhì)在探針絕緣 體的擴散，并且以這種方式，在過程連接中形成導電的過渡或界面電 阻。在擴散的情況中，可能例如通過介質(zhì)發(fā)生與容器壁或大地的電連 接，特別是在通常接地的外殼的區(qū)域中。另一可能是，通過絕緣的破壞，介質(zhì)可能滲透到探針單元并以這種方式同樣形成與測量電容并聯(lián) 的導電電阻。這種附加電阻的效果導致測量值惡化并甚至導致測量儀 表整體故障。發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明的目的是提供一種具有絕緣探針單元的電容式測量 儀表，從而可以可靠地識別介質(zhì)滲透絕緣體。本發(fā)明通過以下特征實現(xiàn)該目的，其中電子器件單元在測量階段 向探針單元施加觸發(fā)信號，在測試階段向探針單元施加測試信號，在 測試階段從探針單元接收測試測量信號，其中選擇測試信號使得它包 含具有基本恒定電壓值的至少一個部分。本發(fā)明在于以下特征以兩 個不同信號觸發(fā)探針單元。在一種情況中，觸發(fā)信號用于測量階段。 這個信號是交流電壓，諸如在現(xiàn)有技術(shù)中用于測量料位的交流電壓。 第二信號，即測試信號在測試階段中被饋送至探針單元。這個信號是 直流電壓信號。從由此得到的測試測量信號，可以得到絕緣是否仍然 完整或者介質(zhì)是否已經(jīng)滲入其中的結(jié)論。對于成功的測試，g卩，對于 識別到絕緣已經(jīng)受到威脅，應當?shù)玫教结槅卧唤橘|(zhì)接觸，即，應當 得到破壞的或受擴散威脅的絕緣層惡化測量值的狀態(tài)。于是，本發(fā)明 允許可靠地識別絕緣的破壞或絕緣中的擴散，它們例如可以導致測量 值惡化。以這種方式，還可以早期識別(預防性維護)僅僅非常輕微 的破壞的探針。這顯著增加了測量儀表的功能安全。電容性測量儀表中的電容確定通常是使用連續(xù)施加的交流電壓而 實現(xiàn)的，其中測量流經(jīng)測量電容的交流電流，該測量電容是由探針單 元、容器壁和介質(zhì)形成的。在本發(fā)明中，連續(xù)的交流電流測量優(yōu)選規(guī) 則地被測試階段打斷。在這種情況中發(fā)生的暫停時間中，直流電壓電 平被施加至探針。直流電壓信號例如被處理器的輸出端口或其它電子開關(guān)通過優(yōu)選阻值較高(例如200kOhm)的電阻或者例如被相對于大 地接通的分壓器施加至測量探針。在電子器件單元使用微處理器的情況中，通過測試信號作為直流電壓在探針單元得到的測試測量信號被 通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器讀回到電子器件單元中，以在那里得到分析。如果探 針單元未被破壞，那么得到已知的直流電壓值，其與測試信號的特性 相關(guān)。如果圍繞探針或者探針單元的絕緣受到破壞，那么被讀回的直 流電壓值依賴于破壞的類型以及介質(zhì)的導電率而向著OV的方向下降。 通過在交流電流(即，觸發(fā)信號)和直流電流信號(即，測試信號) 之間"來回切換"，電容測量的精度沒有降低，而確定地檢測在直至100 Kohm范圍中的絕緣故障。在一個實施例中，測試信號基本是直流電壓信號。測試階段應盡 可能短，以不干擾測量并不需要太多能量。由于測試信號必須至少在 一個時間周期中具有基本恒定的電壓電平，所以這導致測試信號完全 是直流電壓信號。在本發(fā)明的一個實施例中，電子器件單元將從測試測量信號得到 的電壓值與依賴于測試信號的電壓額定值比較。如果在介質(zhì)中沒有發(fā) 生電連接，那么測試信號基本上僅僅施加于探針單元的電容(即，內(nèi) 部導體和絕緣層)。于是，可以分接出一定的電壓值。然而，這個值 依賴于測試信號和其它存在的元件。如果得到這個值，那么絕緣狀況 良好，或者沒有介質(zhì)擴散進入、至少不足于產(chǎn)生負面影響。如果由于 探針單元或電子器件單元所處的外殼中的介質(zhì)，而產(chǎn)生了電連接，那么測試信號的電壓在這個連接上下降。與此相關(guān)聯(lián)，"可讀出的"電 壓值低于期望值。對于相應發(fā)出警報或信號可以指定不同的公差范圍。 如果電壓值落入第一公差范圍，即，由滲透的介質(zhì)得到的電阻在可能 仍可容許的范圍內(nèi)，那么可以產(chǎn)生警報，其可以例如被解釋為存在細 裂紋。如果電壓值進一步下降，那么發(fā)出明顯報警，因為已經(jīng)滲透了 太多介質(zhì)。可以對于特定的測量情況適當調(diào)節(jié)這些界限。本發(fā)明的一個實施例中，在由測試測量信號得到的電壓值與依賴 于測試信號的電壓額定值之間的差異大于可預定的公差范圍的情況中，電子器件單元產(chǎn)生錯誤報告。當絕緣不再完整或者當介質(zhì)通過擴 散而滲透絕緣體時，可從測試測量信號確定的電壓值改變。如果電壓 值對應于額定值，那么在介質(zhì)中沒有額外的電連接。然而如果電壓值 與額定值不同，那么介質(zhì)己經(jīng)滲透并且或者需要立即干涉或者至少應 當對不久的將來計劃合適的措施。本發(fā)明的一個實施例中，測試信號這樣實現(xiàn)，使得至少對于一個 可預定的測試時間周期，基本恒定的電壓值施加于探針單元。依賴于 使用的元件，可以不立即在探針單元上產(chǎn)生恒定電壓。結(jié)果，至少對 于需要元件或元件組合的時間，施加恒定電壓。這個時間長度可以例 如由測量儀表上的探頭測量而確定。本發(fā)明的一個實施例中，在電子器件單元中提供至少一個微處理 器。微處理器簡化測量儀表的操作并且還提供了直接數(shù)字化測量信號 的可能。另外，可以更容易地實現(xiàn)不同的測量或測試步驟。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細解釋本發(fā)明，附圖中 圖1是本發(fā)明的測量儀表的示意圖；圖2是本發(fā)明中施加于探針單元的信號的示意圖；和 圖3是本發(fā)明的測量儀表的示意性等效電路。
具體實施方式
圖1示意性顯示了本發(fā)明的測量儀表的應用，其用于確定和/或監(jiān) 控容器2中的介質(zhì)1的料位。介質(zhì)1是液體；然而它也可以是松散材 料。探針單元5 (在這個實例中，是所謂的探針棒或探針電纜)和容器 2的壁與介質(zhì)1形成測量電容。其電容依賴于介質(zhì)1的料位，從而可以 從測量的電容值回推出料位。為了測量電容，探針單元5被電子器件 單元7施加觸發(fā)信號AS。這通常是具有可預定頻率的交流電壓信號。 在探針單元5上作為測量信號測量的交流電流信號通常被經(jīng)由電阻(未顯示)轉(zhuǎn)換為電壓信號并且隨后被適當分析。電子器件單元7向探針單元5施加觸發(fā)信號AS，接收測量信號，并由此確定或監(jiān)控料位。如 果介質(zhì)1導電，那么實際的探針單元被絕緣層6包圍。如果由于老化 或負載過重，絕緣層6變得不密封，或者如果介質(zhì)1在絕緣層6中擴 散，那么在測量儀表中形成電連接，其能夠使測量信號退化或者可能 甚至導致測量儀表故障。為了監(jiān)控這種情況，根據(jù)本發(fā)明裝備測量儀 表。在電子器件單元7中存在用于控制和測量的微處理器8。微處理 器8在測量階段向探針單元5施加觸發(fā)信號AS并接收測量信號。在測 試階段，探針單元5被施加測試信號TS，并且接收測試測量信號。優(yōu) 選地，當介質(zhì)1覆蓋探針單元5時，發(fā)生測試階段，因為以這種方式， 在絕緣體6受到破壞的情況中，獲得最大的測量效果。如果觸發(fā)信號 AS是交流電壓，那么根據(jù)本發(fā)明，測試信號TS是直流電壓。在這種 情況中，必須這樣選擇測試信號TS，使得它至少在一個可調(diào)的時間中 保持恒定電壓值，如果在觸發(fā)信號AS的情況中施加的電壓改變，那么 在測試信號TS的情況中電壓必須至少在可預定的時間長度中保持恒 定。時間長度特別地依賴于參與的元件的特性。測試信號TS允許讀出 測試測量信號。在所示的情況中，測試測量信號被通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器9 數(shù)字化，以隨后可由微處理器8分析。從這個數(shù)字化的測試測量信號 確定電壓值，其與依賴于測試信號TS的電壓額定值比較。如果絕緣6 不再完整或者如果由于其它原因而介質(zhì)1被滲透，那么測試測量信號 的電壓值向零移動或者與電壓額定值不同。于是，可以由電子器件單 元7發(fā)出警報信號。微處理器8對于執(zhí)行本發(fā)明不是關(guān)鍵的；然而它 可以更為簡單且更易于更改地實現(xiàn)測量儀表。用于在觸發(fā)信號和測試 信號之間進行切換的開關(guān)是具有優(yōu)點的。另外，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器9僅僅是 將由測試測量信號得到的電壓與額定電壓值進行比較的一種可能實施 方式。作為替代，它可以通過使用運算放大器作為比較器而實現(xiàn)。圖2示意性顯示了信號序列，其根據(jù)本發(fā)明被施加至本發(fā)明的測量儀表的探針單元5。電壓信號在觸發(fā)信號AS的交流電壓和測試信號 TS的直流電壓之間切換。測試階段中可以規(guī)則地插入任何可預定的重復時間。如果絕緣層6受到威脅或者介質(zhì)1在絕緣層6中擴散的可能性較小，那么可以相應地較為不頻繁地執(zhí)行測試。然而，可以將測試 階段保持地非常短，因為已經(jīng)能夠足夠讀出電壓值。于是，通常的測 量不受影響。于是，具有優(yōu)點的是在每一測量階段之后都有測試階段。圖3顯示了測量儀表的等效電路。左部涉及測量階段，右部涉及 測試階段。交流電壓源11通過耦合電容12與探針單元相連，耦合電容從觸發(fā)信號中濾出直流部分。探針單元在這里由兩個電容代表在這種情況中涉及由介質(zhì)引起的電容14和由絕緣層引起的電容13。從通 過相應測量儀表IO得到的電流測量，確定探針單元的總電容并由此確定料位。后側(cè)代表以下情況由于絕緣破壞，導電材料滲透入測量儀表。這導致導電連接或者說導致電阻15。這產(chǎn)生了與介質(zhì)的導電連接 并且將測量儀表與測量電阻16相連。在測試階段中，通過開關(guān)19,由 相應的直流電壓源20通過電阻17向探針單元施加直流電壓信號。開 關(guān)19可以例如是通過合適地切換微處理器的輸出端而實現(xiàn)的。現(xiàn)在， 如果絕緣完全封閉，那么直流電壓信號將僅施加于電容13、 14。于是， 將在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器18出現(xiàn)依賴于測試信號特性的電壓值。在所示的情況 中，電壓被施加于兩個電阻15、 16， gP，調(diào)整的電壓值小于期望的值。 以這種方式，有可能從監(jiān)控電壓值推導出絕緣層的狀況。附圖標記1 介質(zhì)2 容器5 探針單元6 絕緣體7 電子器件單元8 微處理器9 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 10電流測量儀表 11交流電壓發(fā)生器 12耦合電容13隔直電容14介質(zhì)電容15絕緣擊穿電阻16介質(zhì)電阻17電阻18模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19開關(guān)20直流電壓源
權(quán)利要求
1.用于電容性確定和/或監(jiān)控容器(2)中的介質(zhì)(1)的料位的裝置，包括至少一個探針單元(5)，其與介質(zhì)(1)電絕緣；和至少一個電子器件單元(7)，其向探針單元(5)施加至少一個電子觸發(fā)信號(AS)，從探針單元(5)接收電子測量信號，并關(guān)于料位分析測量信號，其中觸發(fā)信號(AS)是交流電壓信號，其特征在于，電子器件單元(7)在測量階段向探針單元(5)施加觸發(fā)信號(AS)，在測試階段向探針單元(5)施加測試信號(TS)，在測試階段從探針單元(5)接收測試測量信號，其中測試信號(TS)包含具有基本恒定電壓值的至少一個部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中測試信號(TS)基本是直流 電壓信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電子器件單元(7)將由測 試測量信號得到的電壓值與依賴于測試信號(TS)的電壓額定值比較。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中在由測試測量信號得到的電 壓值與依賴于測試信號(TS)的電壓額定值之間的差異大于可預定的 公差范圍的情況中，電子器件單元(7)產(chǎn)生錯誤報告。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中測試信號(TS)如下實現(xiàn)， 使得至少對于一個可預定的測試時間周期，基本恒定的電壓值施加于 探針單元(5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在電子器件單元(7)中提 供至少一個微處理器(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電容性確定和/或監(jiān)控容器(2)中的介質(zhì)(1)的料位的裝置。包括至少一個探針單元(5)，其與介質(zhì)(1)電絕緣；和至少一個電子器件單元(7)，其向探針單元(5)施加至少一個電子觸發(fā)信號(AS)，從探針單元(5)接收電子測量信號，并關(guān)于料位分析測量信號，其中觸發(fā)信號(AS)是交流電壓信號。根據(jù)本發(fā)明，電子器件單元(7)在測量階段向探針單元(5)施加觸發(fā)信號(AS)，在測試階段向探針單元(5)施加測試信號(TS)，在測試階段從探針單元(5)接收測試測量信號，其中選擇測試信號(TS)使得它包含具有基本恒定電壓值的至少一個部分。
文檔編號G01F23/22GK101218488SQ200680024671
公開日2008年7月9日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者卡伊·烏彭坎普, 羅蘭德·迪特勒, 阿爾明·韋內(nèi)特 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司