專利名稱：用于確定至少一個過程變量的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在容器中或者在管線中的介質(zhì)的至少一個過程變量的設(shè)備；該設(shè)備包括至少第一元件和第二元件，該第一元件和第二元件是用于確定該過程變量的設(shè)備的必要組件并且在被暴露于過程溫度Tp的接觸位置處接觸。該設(shè)備例如是用于確定介質(zhì)的填充水平、密度、粘度或者壓力的測量裝置。
背景技術(shù)：
在測量技術(shù)中，已知多個不同的測量裝置用于確定或者監(jiān)測介質(zhì)的一個或者多個過程變量。為了確定液體在容器中達(dá)到預(yù)定的填充水平或者為了監(jiān)測最小或者最大填充水平，除了別的以外，應(yīng)用了在所要監(jiān)測的容器中的高度處置放的電子振動測量裝置。通常，電子振動測量裝置具有兩個叉狀尖頭，它們被經(jīng)由膜被驅(qū)動單元在共振頻率下激勵至反相振蕩。類似地，沒有另外的可振蕩單元或者單個桿的、所謂的膜振蕩器是已知的。在這種情形中，驅(qū)動經(jīng)由壓電元件發(fā)生。如果振蕩系統(tǒng)被被測量介質(zhì)覆蓋，則振蕩衰減并且振蕩頻率降低，由此信號通知達(dá)到極限水平。用于液體的填充水平檢測的、具有振蕩叉的這種電子振動測量裝置由本受讓人依據(jù)商標(biāo)LIQUIPHANT研制并且可獲得并具有多種實施例。例如，在文獻(xiàn)EP1261437B1中描述了一種LIQUIPHANT測量裝置的構(gòu)造。還可以利用所述電子振動測量裝置確定被測量介質(zhì)的密度。液體的密度越高，振蕩系統(tǒng)振蕩的共振頻率越低。然而，共振頻率是依賴于溫度的，從而還必須為了密度確定而確定介質(zhì)的溫度。除了該應(yīng)用，多個另外的應(yīng)用是已知的，其中，除了填充水平，例如，為了檢測達(dá)到用于傳感器的最大可允許過程溫度，還要求過程溫度的確定和監(jiān)測。直至現(xiàn)在，例如通過經(jīng)由分開的過程連接使得另外的溫度傳感器外部地、即在填充水平或者密度測量裝置的外側(cè)與容器接觸的溫度測量已經(jīng)是可能的。對于補償了溫度的密度測量，溫度傳感器和密度測量裝置已經(jīng)被連接到評價計算機。每一個另外的過程連接均相對于過程密封和衛(wèi)生引起另外的風(fēng)險，從而期望在無論如何均需要的測量裝置中集成溫度測量，并且因此節(jié)省另外的過程連接。由于用以安裝壓電驅(qū)動/接收單元的方式，在電子振動填充水平測量裝置的傳感器外罩的近過程區(qū)域中集成溫度傳感器是困難的。這個驅(qū)動/接收單元是在傳感器外罩的、可振蕩單元從其背離的一側(cè)上在傳感器外罩中引入的。如果在傳感器的外罩壁上緊固溫度傳感器，則它在這種情形中，例如對于壓電元件的安裝形成障礙。然而，溫度傳感器越遠(yuǎn)離過程，由它確定的溫度越偏離過程溫度。文獻(xiàn)DE 102006007199 Al描述一種振動式限位開關(guān)，其中在傳輸/接收單元的元件之間引入溫度確定單元。在尚未公開的德國專利申請102009029490. 2中，在填充水平測量裝置的近過程元件中引入溫度傳感器。這些方案的缺點在于，它們使得測量裝置的制造復(fù)雜化
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于確定介質(zhì)的至少一個過程變量的設(shè)備以及一種方法，進(jìn)而，利用該設(shè)備和/或方法中的任何一種或者這兩者，以簡單的方式確定過程溫度是可能的。利用以下特征實現(xiàn)了關(guān)于設(shè)備的目的，包括第一元件包括第一材料并且具有使得第一元件與第一端區(qū)域接觸的第一連接線，第二元件包括第二材料并且具有使得第二元件與第一端區(qū)域接觸的第二連接線，第一連接線的第二端區(qū)域和第二連接線的第二端區(qū)域被引導(dǎo)到暴露于參考溫度Iref的溫度確定單元，第一材料和第二材料被以如下方式選擇和相互匹配，使得在于第一材料和第二材料之間的接觸位置處，出現(xiàn)取決于在過程溫度Tp和參考溫度Iref之間的差的熱電壓Uth，并且溫度確定單元測量熱電壓Uth并且由此確定過程溫度TpO為了溫度測量而要求的元件因此主要地是通過連接導(dǎo)線或者接觸線補充從而使得能夠測量熱電壓的、已經(jīng)存在的測量裝置的組件。測量裝置的兩個適當(dāng)?shù)慕M件的材料被以使得在它們之間引起熱電壓的方式選擇。這個熱電壓與在過程溫度和參考溫度之間的溫差成比例并且取決于材料的塞貝克系數(shù)的差。如果參考溫度和過程溫度是相同的，則熱電壓為零。因此，無任何溫度測量元件被分開地引入測量裝置中，但是，熱電偶從已經(jīng)存在的組件形成并且對于測量裝置發(fā)揮功能而言是有必要的。在本發(fā)明的第一實施例中，第二材料是不銹鋼并且第一材料基本是鎳鉻化合物。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該設(shè)備是用于確定和/或監(jiān)測在容器或者管線中的介質(zhì)的極限填充水平的填充水平測量裝置，包括基本管狀的傳感器外罩，其中傳感器外罩的兩個端部之一被實現(xiàn)為膜；被置放在膜的外側(cè)上的可振蕩元件，該可振蕩元件與膜形成可振蕩單元；驅(qū)動/接收單元；鼻部，該鼻部被布置成在驅(qū)動/接收單元和膜之間的接觸件并且在接觸位置處接觸膜；朝向膜擠壓驅(qū)動/接收單元的夾持設(shè)備；和控制/評價單元；其中驅(qū)動/接收單元激勵可振蕩單元以執(zhí)行機械振蕩，并且其中控制/評價單元評價可振蕩單元的振蕩的振幅、頻率和/或相位，并且鼻部和膜被以使得它們形成熱電偶的方式實現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)的方案相反，在驅(qū)動單元的區(qū)域中的已經(jīng)窄的空間中沒有引入任何溫度傳感器。相反，現(xiàn)有元件鼻部和膜或者傳感器外罩被賦予另一項功能。膜是傳感器外罩的一部分或者以分開組件的形式例如通過焊接而被緊固在傳感器外罩上。因為在每一種情形中，它是固定的連接并且膜和傳感器外罩的材料是相同的，熱電偶不僅單獨地由膜形成，而且還由傳感器外罩形成。僅僅將要被從鼻部通過夾持設(shè)備引導(dǎo)到位于夾持設(shè)備后面的傳感器外罩的區(qū)域中的連接線才是在傳感器外罩的面向過程側(cè)上的補充元件。相應(yīng)地為這個另外的功能選擇了鼻部和傳感器外罩或者膜的材料。為了確定介質(zhì)的溫度而需要的另外的元件，諸如用于確定參考溫度TMf的溫度傳感器以及溫度確定單元可引入到傳感器外罩的、位于夾持設(shè)備后面的、提供足夠空間的部分中。在本發(fā)明另外的進(jìn)一步的改進(jìn)中，鼻部和第一連接線由具有第一塞貝克系數(shù)al的第一材料制造，并且膜和第二連接線由具有第二塞貝克系數(shù)a2的第二材料制造，其中al不同于a2。塞貝克系數(shù)是具有電壓比溫度的單位的材料常數(shù)。能夠在兩種材料之間形成的熱電壓取決于這些值的差，即差|al_a2|越大，測量效果越好。本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)提出，溫度確定單元被布置于夾持設(shè)備背離驅(qū)動/接收單元的一側(cè)上。通常，測量裝置的電子器件位于這里。在傳感器外罩內(nèi)、特別地在背離過程的、一側(cè)上，與過程溫度所處的范圍相比，出現(xiàn)的溫度通常地處于有限的范圍內(nèi)。因此，保護(hù)溫度確定單元免受可能不利地影響它的功能能力的、非常高的過程溫度。在實施例中，溫度確定單元被集成在控制/評價單元中。例如，在這種情形中，它是具有集成溫度傳感器的微控制器。在另外的實施例中，驅(qū)動/接收單元包括壓電元件并且第一連接線與壓電元件的接觸線一起被引導(dǎo)通過夾持設(shè)備。存在已知的實施例，其中壓電元件的接觸線被應(yīng)用在柔性印刷電路板上。連接線在此情形中優(yōu)選地在同一印刷電路板上被實現(xiàn)為另外的導(dǎo)電線路。 進(jìn)而，本發(fā)明涉及一種用于使用用于確定與容器或者管線中的溫度不同的過程變量的測量裝置確定過程溫度的方法，該測量裝置包括至少一個第一元件和第二元件，該第一元件和第二元件是測量裝置用于確定過程變量的必要組件并且在暴露于過程溫度Tp的接觸位置處接觸。利用如下特征實現(xiàn)了關(guān)于方法的目的，包括第一元件由第一材料Ml制造并且第二元件由第二材料M2制造，第一元件與第一連接線接觸并且第二元件與第二連接線接觸，連接線被引導(dǎo)到暴露于參考溫度TMf的溫度確定單元，第一材料和第二材料被以如下方式選擇和相互匹配，使得在第一材料的第一元件和第二材料的第二元件之間形成熱電壓Uth，該熱電壓Uth取決于在過程溫度Tp和參考溫度TMf之間的差，在溫度確定單元中測量熱電壓Uth,并且根據(jù)熱電壓Uth確定過程溫度τρ。在本發(fā)明的方法的實施例中，第一材料和第二材料被以使得它們的塞貝克系數(shù)相互不同的方式選擇。在用于確定溫度的方法的特別有利的實施例中，使用電子振動填充水平測量裝置，該電子振動填充水平測量裝置包括基本管狀的傳感器外罩，其中傳感器外罩的兩個端部之一被實現(xiàn)為膜；被置放在膜的外側(cè)上的可振蕩元件，該可振蕩元件與膜形成可振蕩單元；驅(qū)動/接收單元；鼻部，該鼻部被布置成在驅(qū)動/接收單元和膜之間的接觸件并且在接觸位置處接觸膜；朝向膜擠壓驅(qū)動/接收單元的夾持設(shè)備；和控制/評價單元；其中驅(qū)動/接收單元激勵可振蕩單元執(zhí)行機械振蕩，并且其中控制/評價單元評價可振蕩單元的振蕩的振幅、頻率和/或相位；并且由鼻部和膜形成熱電偶。


現(xiàn)在將基于附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中的圖如下地示出圖I填充水平測量裝置的細(xì)節(jié)的截面圖示的表示；圖2測量原理的示意性表示。
具體實施例方式作為本發(fā)明的實施例的一個實例，示意性地在圖I中示出了通過具有可振蕩單元的填充水平測量裝置I的過程側(cè)端部區(qū)域的截面?？烧袷巻卧赡?和被牢固地連接到膜4的、被形成為振蕩叉的可振蕩元件3形成。膜4是傳感器外罩2的一部分并且封閉過程側(cè)端部區(qū)域。可振蕩元件3、傳感器外罩2和膜4由相同的材料、優(yōu)選地由不銹鋼制造。驅(qū)動/接收單元6被布置在傳感器外罩2的內(nèi)部中。在該實施例的實例中，驅(qū)動/接收單元6是由壓電元件構(gòu)成的堆疊驅(qū)動并且被夾持在壓力螺釘7和鼻部5之間。替代壓力螺釘7，還可設(shè)想其它緊固裝置，例如軛。經(jīng)由鼻部5，驅(qū)動/接收單元6的作用力被傳遞到膜4，膜4繼而將可振蕩元件3激勵至機械振蕩。鼻部5優(yōu)選地是半球形的并且在接觸位置12處的小區(qū)域上接觸膜4。鼻部5和膜4、分別地傳感器外罩2，由不同的材料制造并且形成熱電偶。因此，在該實施例中，鼻部5是包括第一材料Ml的第一元件并且膜4是包括第二材料M2的第二元件。熱電壓Uth在接觸位置12處形成。為了測量熱電壓，鼻部5被連接到包括與鼻部5相同的材料的第一連接線9。以相同的方式，膜4經(jīng)由傳感器外罩2而被連接到類似地包括與傳感器外罩2相同的材料的第二連接線10。連接線9、10這兩者均被引導(dǎo)到溫度確定單元
11。溫度確定單元11優(yōu)選地位于傳感器外罩的、遠(yuǎn)離過程的區(qū)域中，從而在那里支配性的參考溫度Iref與在接觸位置12處支配性的、與所要確定的過程或者介質(zhì)溫度對應(yīng)的溫度Tp不同。特別地當(dāng)可振蕩單元3被過程介質(zhì)覆蓋時，過程溫度Tp對應(yīng)于介質(zhì)的溫度。對于溫度Tref和Tp并非不同的情形，熱電壓Uth并不出現(xiàn)并且熱電壓的測量值為零。溫度確定單元 11例如是微控制器。這種電子組件對于高溫敏感從而當(dāng)溫度確定單元11被從過程熱絕緣時是有利的。優(yōu)選地，溫度確定單元11被集成到傳感器電子器件中，從而用于溫度確定單元11的、任何另外的組件都是不必要的。熱電壓越高，在鼻部5的材料的塞貝克系數(shù)al和傳感器外罩2的材料的塞貝克系數(shù)a2之間的差越大。為了能夠在過程和溫度確定單元11的場所之間存在小的溫差dT= I Tp-Tref I的情形中確定過程溫度Tp，因此當(dāng)差al-a2的幅度盡可能大時是有利的。如果膜4和傳感器外罩2由不銹鋼、例如由不銹鋼3161制造，則制造鎳鉻化合物的鼻部5是有利的。溫度確定單元11是分開的電子器件模塊或者被集成到控制/評價單元21中。有利地，溫度確定單元11是具有集成溫度傳感器的微控制器，從而在溫度確定單元11的場所處的參考溫度Tm在任何時間都是已知的，而無需分開的溫度傳感器。圖2示出用于確定過程溫度Tp的測量原理的略圖。在接觸位置處，第一材料Ml和第二材料M2經(jīng)受所要確定的過程溫度Tp。包括相同材料的連接線，在每一種情形中，均遠(yuǎn)離過程并且朝向處于參考溫度Iref的比較測量點Ila地引導(dǎo)。在比較測量點Ila中的端點經(jīng)由在該實例中包括材料Ml的連接導(dǎo)線而被引導(dǎo)到形式為微控制器的溫度確定單元11，并且確定在連接導(dǎo)線的端點之間的勢差。比較測量點Ila在這種情形中還可以位于微控制器11內(nèi)。電勢差等于熱電壓Uth。過程溫度Tp由熱電壓Uth的值得出Tp=Uth/ (a2_al)+Tref。用詞語表達(dá)，過程溫度由在溫度確定單元的場所處的參考溫度和熱電壓與兩種材料的塞貝克系數(shù)之差的商的和得出。參考字符列表I 填充水平測量裝置2 傳感器外罩3 可振蕩元件4 膜/第二元件
5鼻部/第一元件6驅(qū)動/接收單元7壓力螺釘8接觸線9第一連接線10第二連接線11溫度確定單元Ila比較測量點12接觸位置21控制/評價單元 Ml第一材料M2第二材料
權(quán)利要求
1.一種用于確定在容器中或者在管線中的介質(zhì)的至少一個過程變量的設(shè)備，包括至少第一元件(5)和第二元件(4)，所述第一元件(5)和第二元件(4)是所述設(shè)備用于確定所述過程變量的必要組件并且在暴露于過程溫度Tp的接觸位置(12)處接觸， 其特征在于， 所述第一元件(5 )包括第一材料(Ml)并且具有使得所述第一元件(5 )與第一端區(qū)域接觸的第一連接線(9)； 所述第二元件(4)包括第二材料(M2)并且具有使得所述第二元件(4)與第一端區(qū)域接觸的第二連接線(10)； 所述第一連接線(9)的第二端區(qū)域和所述第二連接線(10)的第二端區(qū)域被引導(dǎo)到暴露于參考溫度Tjref的溫度確定單兀(11)； 所述第一材料(Ml)和所述第二材料(M2)被以如下方式選擇和相互匹配，使得在于所述第一材料(Ml)和所述第二材料(M2)之間的所述接觸位置(12)處，出現(xiàn)取決于在所述過程溫度Tp和所述參考溫度TMf之間的差的熱電壓Uth ； 并且所述溫度確定單元(11)測量所述熱電壓Uth并且由此確定所述過程溫度Tp。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備， 其特征在于， 所述第二材料(M2)是不銹鋼并且所述第一材料(Ml)基本是鎳鉻化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的設(shè)備， 其特征在于， 所述設(shè)備是用于確定和/或監(jiān)測在容器或者管線中的介質(zhì)的極限填充水平的填充水平測量裝置(I)并且包括基本管狀的傳感器外罩(2)，其中所述傳感器外罩(2)的兩個端部之一被實現(xiàn)為膜(4);被置放在所述膜(4)的外側(cè)上的可振蕩元件(3)，所述可振蕩元件(3)與所述膜(4)形成可振蕩單元；驅(qū)動/接收單元(6);鼻部(5)，所述鼻部(5)作為接觸件被布置在所述驅(qū)動/接收單元(6)和所述膜(4)之間，并且在所述接觸位置(12)處接觸所述膜(4);朝向所述膜(4)擠壓所述驅(qū)動/接收單元(6)的夾持設(shè)備(7);和控制/評價單元(21);其中所述驅(qū)動/接收單元(6)激勵所述可振蕩單元以進(jìn)行機械振蕩，并且其中所述控制/評價單元(21)評價所述可振蕩單元的振蕩的振幅、頻率和/或相位； 并且所述鼻部(5)和所述膜(4)被以使得它們形成熱電偶的方式實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備， 其特征在于， 所述鼻部(5)和所述第一連接線(9)由具有第一塞貝克系數(shù)al的第一材料(Ml)制造，并且所述膜(4)和所述第二連接線(10)由具有第二塞貝克系數(shù)a2的第二材料(M2)制造,其中al不同于a2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的設(shè)備， 其特征在于， 所述溫度確定單元(11)被布置于所述夾持設(shè)備(7)背離所述驅(qū)動/接收單元(6)的一側(cè)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中的一項所述的設(shè)備， 其特征在于，所述溫度確定單元(11)被集成到所述控制/評價單元(21)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中的一項所述的設(shè)備， 其特征在于， 所述驅(qū)動/接收單元(6 )包括壓電元件，并且所述第一連接線(9 )與所述壓電元件的接觸線(8) —起被弓I導(dǎo)通過所述夾持設(shè)備(J)。
8.一種用于利用用于確定與容器或者管線中的溫度不同的過程變量的測量裝置確定過程溫度Tp的方法，所述測量裝置包括至少第一元件(5)和第二元件(4)，所述第一元件(5)和第二元件(4)是所述測量裝置用于確定所述過程變量的必要組件并且在暴露于過程溫度Tp的接觸位置(12)處接觸， 其特征在于， 所述第一元件(5)由第一材料Ml制造并且所述第二元件(4)由第二材料M2制造； 所述第一元件(5)與第一連接線(9)接觸并且所述第二元件(4)與第二連接線(10)接觸； 所述連接線(9，10)被引導(dǎo)到暴露于參考溫度Iref的溫度確定單元(11)； 所述第一材料(Ml)和所述第二材料(M2)被以如下方式選擇和相互匹配，使得在所述第一材料(Ml)的所述第一元件(5)和所述第二材料(M2)的所述第二元件(4)之間形成熱電壓Uth,所述熱電壓Uth取決于在所述過程溫度Tp和所述參考溫度TMf之間的差； 在所述溫度確定單元中測量所述熱電壓Uth ； 并且根據(jù)所述熱電壓Uth確定所述過程溫度Tp。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法， 其特征在于， 所述第一材料(Ml)和所述第二材料(M2)被以使得它們的塞貝克系數(shù)相互不同的方式選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者9的方法， 其特征在于， 電子振動填充水平測量裝置(I)被用于確定所述過程溫度Tp ;其中所述電子振動填充水平測量裝置(I)包括基本管狀的傳感器外罩(2)，其中所述傳感器外罩(2)的兩個端部之一被實現(xiàn)為膜(4);被置放在所述膜(4)的外側(cè)上的可振蕩元件(3)，所述可振蕩元件(3)與所述膜(4)形成可振蕩單元；驅(qū)動/接收單元(6);鼻部(5)，所述鼻部(5)作為接觸件被布置在所述驅(qū)動/接收單元(6)和所述膜(4)之間，并且在所述接觸位置(12)處接觸所述膜(4);朝向所述膜(4)擠壓所述驅(qū)動/接收單元(6)的夾持設(shè)備(7);和控制/評價單元(21);其中所述驅(qū)動/接收單元(6)激勵所述可振蕩單元以執(zhí)行機械振蕩，并且其中所述控制/評價單元(21)評價所述可振蕩單元的振蕩的振幅、頻率和/或相位， 并且由所述鼻部(5 )和所述膜(4 )形成熱電偶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在容器中或者在管線中的介質(zhì)的至少一個過程變量的設(shè)備，包括至少第一元件(5)和第二元件(4)，該第一元件(5)和第二元件(4)是用于確定過程變量的設(shè)備的必要組件并且在被暴露于過程溫度Tp的接觸位置(12)處接觸。本發(fā)明的特征在于，第一元件(5)包括第一材料(M1)；第二元件(4)包括第二材料(M2)；第一材料(M1)和第二材料(M2)被以如下方式選擇和相互匹配，使得在第一材料(M1)和第二材料(M2)之間的接觸位置(12)處，出現(xiàn)取決于在過程溫度Tp和參考溫度Tref之間的差的熱電壓Uth；并且溫度確定單元(11)測量熱電壓Uth并且由此確定過程溫度Tp。進(jìn)而，提出了一種相應(yīng)的方法。
文檔編號G01N9/00GK102686988SQ201080059974
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者薩沙·德安熱利科, 西蒙·滕佩爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司