本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的物位測(cè)量設(shè)備。

背景技術(shù)：

用于確定容器中的液體材料或者粒狀材料的物位的物位測(cè)量設(shè)備和方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并且例如應(yīng)用于測(cè)定物位是否處于預(yù)定填充狀態(tài)之上或之下。這種設(shè)備常常也被稱為物位極限開(kāi)關(guān)。

物位極限開(kāi)關(guān)能夠以完全不同的物理原理為基礎(chǔ)。這些原理之一是對(duì)形成在測(cè)量電極和參考電極之間的電容進(jìn)行評(píng)估，其中填料在填充容器的過(guò)程中時(shí)填充參考電極和測(cè)量電極之間的空間并在此改變由這些電極形成的電容。存在多種不同的用于測(cè)量取決于物位的電容的方法。在一種用于確定電容的方法中，考慮形成包括受關(guān)注的電容的電諧振電路。諧振電路的諧振頻率在此由待測(cè)量的電容的大小來(lái)表征。

諧振電路例如可被配置成具有串聯(lián)連接的電感和電容的串聯(lián)振蕩電路。

物位極限開(kāi)關(guān)的另一原理使用線路諧振。被配置成細(xì)長(zhǎng)形探針的線路引起輸入交流電壓的反射，由此在探針上形成電壓駐波。在電壓輸入位置處能夠測(cè)量的電壓由于駐波的原因而表現(xiàn)出諧振特性，其中線路長(zhǎng)度決定諧振點(diǎn)。在線路探針與填料接觸時(shí)，通過(guò)電容和/或附加的反射獲得由填料引起的諧振點(diǎn)的頻率位置的改變。這能夠在物位信號(hào)方面進(jìn)行評(píng)估。

需要通過(guò)交流電壓發(fā)生器輸入交流電壓信號(hào)來(lái)激發(fā)電諧振電路?？梢酝ㄟ^(guò)改變所輸入的信號(hào)的頻率來(lái)發(fā)現(xiàn)諧振頻率。諧振頻率由過(guò)電壓或者最小電壓來(lái)表征。通過(guò)檢測(cè)交流電壓在頻率上的振幅來(lái)確定諧振點(diǎn)。

這些填料極限探測(cè)原理的一些應(yīng)用中，例如要求以從上向下穿過(guò)存在于容器蓋中的開(kāi)口的方式裝入傳感器。然而，如果與此同時(shí)極限開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)點(diǎn)沒(méi)有位于容器的上部區(qū)域，即沒(méi)有位于容器蓋附近，而是進(jìn)一步位于下方，那么進(jìn)行探測(cè)的電極或者探針就必須通過(guò)延長(zhǎng)部安裝在期望的容器高度上。在此，在傳感器電子元件能夠被安裝在容器的外部時(shí)，在這種情況下在被安裝在容器蓋的上方時(shí)是有利的。這導(dǎo)致探針必須通過(guò)延長(zhǎng)部與電子器件分離。在容器中具有非常高的溫度的應(yīng)用中也同樣要求這種分離，使得電子器件進(jìn)一步遠(yuǎn)離探針以及那里的主要溫度而能夠毫無(wú)問(wèn)題地工作。

由此導(dǎo)致的需求在于，一方面的具有交流電壓發(fā)生器和交流電壓探測(cè)器的電子器件與另一方面的具有電諧振電路的用于探測(cè)極限位置的探針之間的線路是必須的，以用于連接這兩個(gè)組件。如此插入的電線路導(dǎo)致在連接線路上形成線路諧振。產(chǎn)生的這些線路諧振附加于根據(jù)測(cè)量原理所希望的且對(duì)探針的功能來(lái)說(shuō)重要的探針諧振，并且二者會(huì)干擾性地疊加。當(dāng)這些線路諧振在處于與探針諧振相同的頻率范圍內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生特別的干擾作用。

因此，在現(xiàn)有技術(shù)中注意到，使延長(zhǎng)線路的線路長(zhǎng)度非常短，使得其最低的諧振頻率(即，例如λ/4的線路諧振)仍明顯地高于探針諧振頻率。

對(duì)于即使在探針上附著媒介的情況下的測(cè)量原理的功能可靠性方面，選擇探針在100MHz的范圍內(nèi)的盡可能高的諧振頻率也是有利的。

由此，在探針諧振頻率的選擇以及探針和電子器件間的期望延長(zhǎng)部的可能線路長(zhǎng)度之間產(chǎn)生沖突。在現(xiàn)有的設(shè)備中，這例如導(dǎo)致僅能夠提供50cm以下的短延長(zhǎng)部。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，通過(guò)本發(fā)明解決了上述問(wèn)題。本發(fā)明的目的是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)提供一種物位測(cè)量設(shè)備，尤其是物位極限開(kāi)關(guān)，以允許以盡可能大的間距在空間上布置探針和電子器件。

該目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的物位測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。

從屬權(quán)利要求的內(nèi)容提出了優(yōu)選的改進(jìn)方案。

根據(jù)本發(fā)明的物位測(cè)量設(shè)備包括電子器件以及連接件，電子器件包括用于產(chǎn)生交流電壓的信號(hào)發(fā)生器和用于檢測(cè)由諧振測(cè)量探針?lè)瓷涞碾妷旱男盘?hào)探測(cè)器，連接件將電子器件與諧振測(cè)量探針電連接，并且其特征在于，連接件包括將信號(hào)發(fā)生器連接到測(cè)量探針的第一連接線路和將測(cè)量探針連接到信號(hào)探測(cè)器的第二連接線路。

通過(guò)這種方式防止了由交流電壓發(fā)生器反射的和由探針?lè)瓷涞慕涣麟妷旱寞B加出現(xiàn)在交流電壓探測(cè)器的輸入端上并且因此防止測(cè)量探針進(jìn)行的任何諧振探測(cè)變得困難或者被阻止。

第一連接線路將交流電壓發(fā)生器與探針連接并且第二連接線路將探針與交流電壓探測(cè)器連接。在此，連接線路與交流電壓發(fā)生器或交流電壓探測(cè)器以有利的方式盡可能良好地彼此阻抗匹配。尤其是，第一連接線路的線路阻抗與交流電壓發(fā)生器的輸出端的輸入阻抗以及第二連接線路的線路阻抗與交流電壓探測(cè)器的輸入端的輸入阻抗以有利的方式彼此匹配。通過(guò)這種方式盡管不能完全防止在第一連接線路上產(chǎn)生線路諧振，但是通過(guò)第二連接線路與測(cè)量探針連接的交流電壓探測(cè)器不再探測(cè)到這些諧振了。

理想地，第一連接線路與信號(hào)發(fā)生器輸出端的輸入阻抗彼此匹配，使得信號(hào)發(fā)生器的輸出端處返回的交流電壓的反射系數(shù)最小化，尤其是零。

通過(guò)這種方式，防止了由測(cè)量探針?lè)瓷洳⑶页涣麟妷喊l(fā)生器返回的交流電壓信號(hào)的多次反射，從而能夠通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的進(jìn)一步改進(jìn)。

此外，有利地，第二連接線路與信號(hào)探測(cè)器輸入端的輸入阻抗彼此匹配，使得信號(hào)探測(cè)器的輸入端處的反射系數(shù)最小化，尤其是零。

通過(guò)這種方式防止了從測(cè)量探針上反射并且通過(guò)第二連接線路朝著交流電壓探測(cè)器引導(dǎo)的交流電壓信號(hào)在交流電壓探測(cè)器的輸入端處被再次反射。通過(guò)這種方式防止了信號(hào)疊加以及第二連接線路上的多次反射。

附圖說(shuō)明

接下來(lái)根據(jù)實(shí)施例并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖中示出：

圖1是物位極限開(kāi)關(guān)的應(yīng)用示例。

圖2是具有探針的諧振特性評(píng)估的物位極限開(kāi)關(guān)的框圖。

圖3是具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的遠(yuǎn)離的探針的根據(jù)圖2的物位極限開(kāi)關(guān)的框圖。

圖4是圖2和圖3中的物位極限開(kāi)關(guān)的示例性諧振曲線。

圖5是具有遠(yuǎn)離的探針的根據(jù)圖2的物位極限開(kāi)關(guān)的框圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅是示意性地并且非比例尺的。相同的參考標(biāo)號(hào)描述相同的或者類(lèi)似的部分。

圖1示出了作為物位極限開(kāi)關(guān)和/或物位傳感器的物位測(cè)量設(shè)備101的應(yīng)用示例，其中，物位極限開(kāi)關(guān)布置在填料表面102的上方。填料處于容器103中。如果填料表面102在測(cè)量設(shè)備101的區(qū)域中超過(guò)特定的水平(所謂的極限物位)104，那么設(shè)備發(fā)出該極限位置104已被超過(guò)的信號(hào)。為此目的，設(shè)備101通過(guò)一條或者多條線路105連接到在此沒(méi)有示出的顯示和/或控制單元，所述顯示和/或控制單元對(duì)物位傳感器101的輸出信號(hào)做出響應(yīng)。通過(guò)線路105還可以向物位傳感器101提供電能?？商鎿Q的是，在測(cè)量設(shè)備中或者在測(cè)量設(shè)備處存在電源和/或能量存儲(chǔ)器，例如蓄電池或者電池組的形式。在這種情況下，當(dāng)傳感器101將信息無(wú)線地傳輸給適當(dāng)?shù)膶?duì)應(yīng)方時(shí)，可以完全省略線路105。

物位極限開(kāi)關(guān)101通常包括測(cè)量傳感器(在此也同時(shí)地稱為探針)106以及控制和評(píng)估電子器件107。探針106處于容器103內(nèi)部，從而能夠與填料接觸。例如，探針表現(xiàn)出棒狀形狀，其垂直延伸度視實(shí)施例的情況而處于幾毫米至幾厘米的范圍內(nèi)。之后是同樣棒形的連接件108，以用于機(jī)械地和電學(xué)地將探針106連接到控制和評(píng)估電子器件107。

然而，控制和評(píng)估電子器件107有利地布置在容器103的外部，且布置在沒(méi)有詳細(xì)地示出的保護(hù)外殼中。工藝匹配裝置109處于控制和評(píng)估電子器件107和探針106之間，并將兩個(gè)部件彼此連接并且實(shí)現(xiàn)與容器蓋的適當(dāng)裝配連接。

如果在替換的容器水平110上檢測(cè)極限位置104，那么必須相應(yīng)地改變探針106的定位。這在圖1中以虛線示出。敏感的探針106因此在容器103中進(jìn)一步向下布置，由此導(dǎo)致探針106與控制和評(píng)估電子器件107之間的更大的間距，它們必須通過(guò)連接件108橋接。

圖2在電學(xué)框圖中示出了控制和評(píng)估電子器件107以及探針106?？刂坪驮u(píng)估電子器件107包括控制和評(píng)估單元201、交流電壓發(fā)生器202和交流電壓探測(cè)器203，控制和評(píng)估單元201啟動(dòng)并評(píng)估各個(gè)測(cè)量過(guò)程并將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到外部，交流電壓發(fā)生器202和交流電壓探測(cè)器203二者與控制和評(píng)估單元201連接。

為了執(zhí)行各個(gè)測(cè)量過(guò)程，控制和評(píng)估單元201控制交流電壓發(fā)生器202，使得交流電壓發(fā)生器在輸出端204處提供交流電壓信號(hào)。為了確定諧振點(diǎn)，必須改變交流電壓信號(hào)的頻率。輸出端204與探針106的輸入端205連接。交流電壓探測(cè)器203的輸入端206也與輸入端205連接。交流電壓探測(cè)器203在連接節(jié)點(diǎn)處檢測(cè)施加到輸入/輸出端204，205的交流電壓的取決于頻率的交流電壓振幅并且將其返送給控制和評(píng)估單元201。在控制和評(píng)估單元201的內(nèi)部整理交流電壓頻率與相應(yīng)的所探測(cè)的振幅之間的關(guān)系并且針對(duì)諧振點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)配置探針106來(lái)確定諧振點(diǎn)。在示出的實(shí)施例中，探針由串聯(lián)振蕩電路形成，其包括示意性地示出的電感207和電容208。電容208是通過(guò)如下方式獲得的：探針106內(nèi)部的沒(méi)有進(jìn)一步示出的電極與周?chē)h(huán)境構(gòu)成電容器。諧振點(diǎn)的頻率和/或振幅偏移表示填料對(duì)電容的影響并進(jìn)而表示極限位置104已被超過(guò)的事實(shí)。對(duì)于振蕩電路來(lái)說(shuō)可替換的是，探針線路的諧振也可以用于確定極限位置104。

圖3在很大程度上等同于圖2的框圖，但它們的區(qū)別在于，探針輸入端205更加遠(yuǎn)離交流電壓發(fā)生器202與交流電壓探測(cè)器203的輸入/輸出端204，205之間的連接節(jié)點(diǎn)。連接件108連接這些部件并且包括電線路309。電線路309例如可以被配置成同軸線纜、雙芯線纜、單芯線纜或者微帶狀線纜。線路長(zhǎng)度如已經(jīng)描述的那樣取決于在探針106與控制和評(píng)估電子器件107之間的需橋接的間距。

圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)中的到目前為止作為常規(guī)方案的實(shí)施例。該解決方案(在該解決方案中，僅在探針106與輸入/輸出端204，206之間設(shè)置一條電線路309)的缺點(diǎn)在于，在電線路309的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)取決于線路長(zhǎng)度的額外諧振。該額外諧振會(huì)與源自探針的用于探測(cè)極限位置104的諧振相干涉，使得不能進(jìn)行測(cè)量或者測(cè)量?jī)H獲得非常不可靠的結(jié)果。

圖4示出了具有如在根據(jù)圖2和3的實(shí)施例中出現(xiàn)的測(cè)量曲線的頻率-電壓圖表。點(diǎn)線曲線401是在根據(jù)圖2的布置的沒(méi)有電線路309的理想條件下獲得的。相反，連貫曲線402示出了根據(jù)圖3的布置的被探測(cè)的交流電壓振幅，該布置的電線路309具有60cm的示例性長(zhǎng)度。對(duì)于之前的諧振測(cè)量探針106的串聯(lián)諧振403，在此獲得多個(gè)諧振點(diǎn)404，405，406。這極大地使對(duì)諧振的評(píng)估變得困難，并因而使對(duì)極限位置104是否被超過(guò)的判斷變得困難。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的物位極限開(kāi)關(guān)101的框圖。連接件108包括第一線路501和第二線路502，以替代一個(gè)線路。第一線路501將交流電壓發(fā)生器202的輸出端204與探針106的輸入端205連接，而第二線路502將探針106的輸入端205與交流電壓探測(cè)器203的輸入端206連接。從輸出端204輸出并穿過(guò)第一線路501的交流電壓按照取決于頻率的方式或多或少地被探針106的輸入端205反射。探針106的輸入端205的阻抗在諧振范圍內(nèi)顯著地改變，由此導(dǎo)致第一線路501和探針106的輸入端205之間的阻抗匹配在原理上變得不可能。

一方面，反射的交流電壓經(jīng)由第一線路501返回并且由此通過(guò)前向電壓和反射電壓的疊加仍在交流電壓發(fā)生器202的輸出端204處形成額外諧振點(diǎn)。另一方面，在探針106的輸入端處反射的交流電壓通過(guò)第二線路502朝著交流電壓探測(cè)器203的輸入端206前進(jìn)。在此，不會(huì)出現(xiàn)與其它電壓的疊加，使得在那里觀察的電壓僅表現(xiàn)出探針106的諧振特性。然而，前提條件是被提供到交流電壓探測(cè)器203的輸入端206的交流電壓在那里不被反射。這是通過(guò)交流電壓探測(cè)器203的輸入端206與第二線路502的線路阻抗的阻抗匹配實(shí)現(xiàn)的。此阻抗匹配例如可以通過(guò)合適的引出線或者L結(jié)構(gòu)、T結(jié)構(gòu)或者Pi結(jié)構(gòu)的組件的匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

此外，交流電壓發(fā)生器202的輸出端204處的阻抗匹配也是必要的。為此，交流電壓發(fā)生器202的輸入阻抗必須在輸出端204處與第一線路501的線路阻抗匹配。第一和第二線路501，502與交流電壓發(fā)生器202和/或交流電壓探測(cè)器203的面向控制和評(píng)估電子器件107的端部之間的阻抗匹配確保交流電壓不會(huì)被多次地反射，并且因此防止了由反射的交流電壓的疊加造成的額外諧振。

類(lèi)似于圖4的頻率-電壓圖表，在根據(jù)圖5的實(shí)施例的頻率-電壓圖表中，諧振曲線僅包含一個(gè)類(lèi)似于諧振點(diǎn)403的由探針106的諧振導(dǎo)致的諧振點(diǎn)。

參考標(biāo)號(hào)列表

101 物位測(cè)量設(shè)備 102 填料表面

103 容器 104 物位、第一

105 線路 106 探針、測(cè)量探針、測(cè)桿

107 評(píng)估元件、控制和評(píng)估電子元件

108 連接件、連接件 109 工藝匹配裝置

110 物位、第二 201 控制和評(píng)估單元

202 交流電壓發(fā)生器、信號(hào)發(fā)生器

203 交流電壓探測(cè)器、信號(hào)探測(cè)器

204 發(fā)生器輸出端 205 探針輸入端

206 探測(cè)器輸入端 207 電感

208 電容 209 連接線路

401 曲線、第一 402 曲線、第二

403 諧振點(diǎn)、測(cè)量探針的串聯(lián)諧振

404 諧振點(diǎn) 405 諧振點(diǎn)

406 諧振點(diǎn) 501 第一連接線路

502 第二連接線路 λ 波長(zhǎng)