專利名稱：用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控容器中的介質(zhì)的至少一個過 程變量的裝置。該裝置包括至少一個探頭單元，其具有至少一個傳 感電極和保護(hù)電極；和至少一個電子單元，其向傳感電極施加起動信 號并向保護(hù)電極施加保護(hù)信號。過程變量例如是料位。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知通過識別是否由于導(dǎo)電介質(zhì)而在探頭電極和 導(dǎo)電容器壁或第二電極之間存在電接觸，而監(jiān)控介質(zhì)的料位。由于在 許多介質(zhì)的情況中，在探頭單元上能夠形成沉積物，所以使用所謂的 保護(hù)電極，其處于與探頭電極相同的電勢并且包圍探頭電極(例如，
參見DE 32 12 434 C2)。然而，由于沉積物的特性，有可能難以合適 地產(chǎn)生保護(hù)信號。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的是提供一種測量儀表，其在較大范圍內(nèi)對于 沉積物不敏感。
本發(fā)明通過以下特征實(shí)現(xiàn)該目的提供至少一個放大單元；提供 至少一個限制元件，其串聯(lián)設(shè)置在保護(hù)電極和放大單元的輸出端之間， 其中放大單元通過限制元件向保護(hù)電極施加保護(hù)信號，并且其中放大
單元通過限制元件向傳感電極施加起動信號；以及提供至少一個分析 單元，其根據(jù)在傳感電極分接的電流信號和起動信號和/或保護(hù)信號確 定和/或監(jiān)控過程變量。根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生保護(hù)信號的放大單元由約束 元件約束，約束元件例如但不必是歐姆電阻。這使得例如不會有飽和 效應(yīng)。以這種方式而在幅度上得到約束的信號被作為激勵信號提供給探頭電極。隨后在探頭電極分接電流信號，其與起動信號或保護(hù)信號 相結(jié)合，關(guān)于過程變量而得到分析。在這種情況中，可以實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)式 或電容式分析，其中根據(jù)需要，還使用兩個信號之間的相位。在一個 實(shí)施例中，起動信號與保護(hù)信號相同。另外，對于保護(hù)的應(yīng)用情況， 具有優(yōu)點(diǎn)的是保護(hù)電極在能形成沉積物的位置圍繞傳感電極。于是， 在一個實(shí)施例中，在探頭單元朝向介質(zhì)的區(qū)域中，保護(hù)電極同軸地圍 繞傳感電極。
在一個實(shí)施例中，放大單元的放大系數(shù)具有在時間上基本恒定的 值。在一個實(shí)施例中，放大率設(shè)置為等于l。
在一個實(shí)施例中，提供至少一個測量電阻，通過該測量電阻分接 電流信號。
在一個實(shí)施例中，提供至少一個隔離單元，其輸入端與限制元件 電連接，其輸出端與傳感電極電連接，其中隔離單元基本上防止了與 隔離單元的輸出端相連的電路影響與隔離單元的輸入端相連的電路。 電子單元可以根據(jù)功能而劃分為至少兩個電路或部分電路。 一方面是
與保護(hù)電極相關(guān)的部分，另一方面是與傳感電極相關(guān)的部分。正如上 面已經(jīng)描述的，基本上首先向保護(hù)部分施加保護(hù)信號，然后傳感器部 分接收相同的信號。通過隔離單元保證了具有傳感電極的部分電路對 于保護(hù)電極部分電路沒有影響，即，沒有反作用。
在一個實(shí)施例中，隔離單元是放大單元。在一個實(shí)施例中，該放 大器的放大系數(shù)被設(shè)置為等于1。
在一個實(shí)施例中，提供至少一個探頭電流限制元件，其設(shè)置在隔 離單元的輸出端和傳感電極之間，并且約束流經(jīng)傳感電極的電流。
在一個實(shí)施例中，容器至少部分實(shí)施為接地電極。作為替代，提供第二電極作為反電極，其或者附加地引入容器中，或者是探頭單元 的一部分。在一個實(shí)施例中，限制元件是歐姆電阻，并且/或者探頭電流限制 元件是歐姆電阻。在一個實(shí)施例中，提供至少一個信號源，其與第一放大單元的輸 入端相連。在一個實(shí)施例中，保護(hù)信號和起動信號是交流電壓。在一個實(shí)施例中，分析單元至少將保護(hù)信號和/或起動信號數(shù)字 化。這一數(shù)字化使得能夠確定例如在起動信號或保護(hù)信號與電流信號 或與電流信號成比例的電壓信號之間的相位。進(jìn)一步，信號處理顯著 簡化。在一個實(shí)施例中，分析單元確定保護(hù)信號和/或起動信號與電流信 號和/或依賴于該電流信號的電壓信號之間的至少一個幅度比，并且分 析單元基于該幅度比確定和/或監(jiān)控過程變量。在一個實(shí)施例中，過程變量是介質(zhì)的料位。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的測量儀表的示意圖； 圖2是本發(fā)明的測量儀表的示意圖；和 圖3是在不同介質(zhì)的測量中，信號的幅度比的圖表。
具體實(shí)施方式
圖1顯示了監(jiān)控容器2內(nèi)部的介質(zhì)1的料位。在這種情況中，介質(zhì)1優(yōu)選地是導(dǎo)電的液體。同樣可以應(yīng)用于不導(dǎo)電的介質(zhì)。測量儀表由電子單元8和探頭單元5構(gòu)成。在實(shí)際的實(shí)施例中，探頭單元5優(yōu) 選安裝在容器2的壁中，使得壁直接密封探頭單元，從而探頭5不向 內(nèi)突入容器2中。這個結(jié)構(gòu)優(yōu)選地還用于圖2中以示例顯示的本發(fā)明 的測量儀表中。容器2可以例如是由介質(zhì)1流經(jīng)的管一一即，術(shù)語"容 器"涉及至少間歇地容納介質(zhì)的任何結(jié)構(gòu)類型。這里，容器2的壁為 接地電極，即，它與地電位導(dǎo)電地連接。作為替代，第二電極引入容 器2。同樣與大地相連的還有信號源10，其特別地產(chǎn)生交流電壓信號， 作為起動信號AS。這個信號AS被供應(yīng)至傳感電極6。如果導(dǎo)電的介 質(zhì)1達(dá)到由探頭單元5的結(jié)構(gòu)及其在容器2之內(nèi)或之上的位置所預(yù)先 給定的料位，那么在傳感電極6和容器2的壁之間產(chǎn)生電接觸，其例 如導(dǎo)致可由傳感電極6分接的電流改變。例如當(dāng)介質(zhì)1再次下降并且 介質(zhì)1作為沉積物而保持粘附于探頭單元5時，產(chǎn)生問題。如果例如 容器2的整個壁都與大地導(dǎo)電連接并且傳感電極6的沉積物延伸至壁， 那么得到錯誤指示，因?yàn)榭偸秋@示仍然被覆蓋的狀態(tài)。為了避免這個 沉積物問題，提供所謂的保護(hù)電極7，其優(yōu)選至少在傳感電極接觸介質(zhì) 1的范圍中同軸地圍繞傳感電極6(這對于根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的測量儀表 也成立)。在傳感電極6和保護(hù)電極7之間，通常在探頭單元5中提 供絕緣體。這里，通過第一放大單元9向這個保護(hù)電極7施加保護(hù)信 號GS。在這種情況中，起動信號AS和保護(hù)信號GS優(yōu)選具有基本相 同的相位和相同的幅度。如果在探頭單元5上存在沉積物，那么保護(hù) 電極7驅(qū)動到反電極(這里例如是容器2的接地壁，或者是第二附加 電極)的交流電流，并且將覆蓋電極的沉積物提高到保護(hù)電位。于是， 避免電流從探頭電極6流向反電極2，并產(chǎn)生"自由"信號，從而指示 傳感電極6沒有被介質(zhì)覆蓋。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，問題通常在于， 放大單元9由于其內(nèi)部電阻而僅僅能夠傳遞有限的電流并因而在沉積 物導(dǎo)電的情況中不能維持保護(hù)電位。于是得到從探頭電極6流向反電 極2 (這里是壁)的電流，并產(chǎn)生"被覆蓋"信號。這個問題通過圖2所示的本發(fā)明的測量儀表得以克服。再一次，對于解釋功能必不可少的部件。信號源10的信 號在這里從放大單元9通過限制元件11供應(yīng)至保護(hù)電極7。在這里顯 示的實(shí)施例中，限制元件ll是歐姆電阻。作為例子，放大單元9的內(nèi) 部電阻為50 200n。選擇限制元件11的電阻大于放大單元9的內(nèi)部電 阻。通過限制元件11，防止了放大器9進(jìn)入限制狀態(tài)。保護(hù)信號GS 為了分析或確定料位而被饋送至分析單元15，信號GS例如在分析單 元15中被模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)需要也可以是微處理器 的部件。進(jìn)一步，保護(hù)信號GS被饋送至放大單元，該放大單元在這里 用作用于防止反作用的隔離單元12。隔離單元12的放大率被設(shè)置為例 如等于1。保護(hù)信號GS通過探頭電流限制元件13而達(dá)到傳感電極6， 作為起動信號AS。這里，探頭電流限制元件13優(yōu)選也是歐姆電阻， 其防止在介質(zhì)導(dǎo)電性很強(qiáng)的情況中探頭電流過大并從而在模數(shù)轉(zhuǎn)換器 的范圍之外。這里，如果需要，起動信號AS也被饋送至分析單元15， 從而該起動信號例如同樣能夠被數(shù)字化。如果例如由于隔離單元12的 放大率為1并且保護(hù)信號GS沒有變化，從而保護(hù)信號GS和起動信號 AS沒有不同，那么兩個電壓信號GS、 AS中僅有一個被傳遞至分析單 元15便足夠。在一個實(shí)施例中，在分析中，分析在作為參考信號的保 護(hù)信號GS或起動信號AS與電流信號S或與其成比例的電壓之間的比， 或者確定并處理探頭阻抗。事實(shí)上在保護(hù)電極7上的負(fù)荷增加的情況 中，傳感電極6上的測量電壓減小，然而可以確保檢測到直至大約OQ 的極限料位或沉積物。另外，數(shù)字化還使得精確的相位確定成為可能， 從而還可以執(zhí)行傳導(dǎo)式或電容式測量。于是，可以確定實(shí)部或虛部。 兩個值允許了確定料位或者達(dá)到或低于預(yù)定料位。圖3中顯示了參考信號GS和與探頭電流S成比例的電壓之間的 不同比率。這里，從左至右，測量結(jié)果涉及空氣、被水覆蓋、水沉積 物而沒有覆蓋、被香波覆蓋、香波沉積物而沒有覆蓋、被芥末覆蓋、 芥末沉積物而沒有覆蓋。閾值顯示為在比率2.85處的粗線。三個下部測量點(diǎn)(方形標(biāo)記)分別顯示了當(dāng)傳感器元件被某一沉積物覆蓋時，值的比率。三個上部三角形測量點(diǎn)顯示了介質(zhì)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定料位并且覆蓋傳感電極的情況。如果比較彼此配屬的點(diǎn)(即，分別關(guān)于水或關(guān)于香波)，那么可以看到，點(diǎn)之間的距離總是足夠大，從而可以容易地給出閾值，超過該閾值導(dǎo)致指示達(dá)到預(yù)定料位。反過來，特別是在存在沉積物的情況中，也能夠足夠好地識別低于預(yù)定的料位。附圖標(biāo)記
1 介質(zhì)
2 容器
5 探頭單元
6 傳感電極
7 保護(hù)電極
8 電子單元
9 放大單元10信號源11限制元件12隔離單元
13探頭電流限制元件
15分析單元
16測量電阻
AS起動信號
GS保護(hù)信號
S 電流信號
10
權(quán)利要求
1. 用于確定和/或監(jiān)控容器(2)中的介質(zhì)(1)的至少一個過程變量的裝置，包括至少一個探頭單元(5)，其具有至少一個傳感電極(6)和保護(hù)電極(7)；和至少一個電子單元(8)，其向傳感電極(6)施加起動信號(AS)并向保護(hù)電極(7)施加保護(hù)信號(GS)；其特征在于，提供至少一個放大單元(9)；提供至少一個限制元件(11)，其串聯(lián)設(shè)置在所述保護(hù)電極(7)和所述放大單元(9)的輸出端之間，其中所述放大單元(9)通過所述限制元件(11)向所述保護(hù)電極(7)施加所述保護(hù)信號(GS)，并且其中所述放大單元(9)通過所述限制元件(11)向所述傳感電極(6)施加所述起動信號(AS)；以及提供至少一個分析單元(15)，其根據(jù)在所述傳感電極(6)分接的電流信號(S)和所述起動信號(AS)和/或所述保護(hù)信號(GS)而確定和/或監(jiān)控所述過程變量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，放大單元(9)的放大系 數(shù)具有在時間上基本恒定的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，提供至少一個測量電 阻(16)，通過該測量電阻分接電流信號(S)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的裝置，其中，提供至少一個隔離 單元(12)，其輸入端與限制元件(11)電連接，其輸出端與傳感電 極(6)電連接，其中隔離單元(12)基本上防止了與隔離單元(12) 的輸出端相連的電路影響與隔離單元(12)的輸入端相連的電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，隔離單元(12)是放大單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5之一所述的裝置，其中，提供至少一個探頭 電流限制元件(13)，其設(shè)置在隔離單元(12)的輸出端和傳感電極(6)之間，并且約束流經(jīng)傳感電極(6)的電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6之一所述的裝置，其中，容器(2)至少部 分實(shí)施為接地電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7之一所述的裝置，其中，限制元件(11)是 歐姆電阻，并且/或者探頭電流限制元件(13)是歐姆電阻。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8之一所述的裝置，其中，提供至少一個信號 源(io)，其與第一放大單元(9)的輸入端相連。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-9之一所述的裝置，其中，保護(hù)信號(GS) 和起動信號(AS)是交流電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10之一所述的裝置，其中，分析單元(15) 至少將保護(hù)信號(GS)禾P/或起動信號(AS)數(shù)字化。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~11之一所述的裝置，其中，分析單元(15) 確定保護(hù)信號(GS)和/或起動信號(AS)與電流信號(S)和/或依賴 于該電流信號的電壓信號之間的至少一個幅度比，并且分析單元(15) 基于該幅度比確定和/或監(jiān)控過程變量。13. 根據(jù)權(quán)利要求1 12之一所述的裝置，其中，過程變量是介質(zhì) (1)的料位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控容器(2)中的介質(zhì)(1)的過程變量的裝置，包括探頭單元(5)，其具有傳感電極(6)和保護(hù)電極(7)；和電子單元(8)，其向傳感電極(6)施加起動信號(AS)并向保護(hù)電極(7)施加保護(hù)信號(GS)。根據(jù)本發(fā)明，提供放大單元(9)；在保護(hù)電極(7)和放大單元(9)的輸出端之間串聯(lián)設(shè)置限制元件(11)，其中放大單元(9)通過限制元件(11)向保護(hù)電極(7)施加保護(hù)信號(GS)，并且其中放大單元(9)通過限制元件(11)向傳感電極(6)施加起動信號(AS)；以及提供分析單元(15)，其根據(jù)在傳感電極(6)分接的電流信號(S)和起動信號(AS)和/或保護(hù)信號(GS)確定和/或監(jiān)控過程變量。
文檔編號G01F23/24GK101523166SQ200780037343
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月6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