用于监视填充状态测量仪的状态的方法及填充状态测量仪

摘要

本发明涉及用于监视填充状态测量仪的状态的方法及填充状态测量仪，具体而言描述和提出了用于监视根据雷达原理工作的填充状态测量仪(1)的状态的方法。在此填充状态测量仪具有至少一个用于发送和接收电磁信号的发送/接收单元(2)和天线(3)。天线具有内腔(4)，并且天线的特征为在传递电磁信号方面的传递特性。本发明的目的为提出比在现有技术中更简单的方法。在所阐述的方法中该目的通过以下方式实现，即至少部分地在天线的内腔的壁区段(5)的方向上放射或传导电磁信号，在天线的传递特性方面评估接收的电磁信号，并且将评估的结果与至少一个被储存的比较值相比较。此外本发明涉及一种根据雷达原理工作的填充状态测量仪。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视根据雷达原理工作的填充状态测量仪的状态的方法，其中，该填充状态测量仪具有至少一个用于发送和接收电磁信号的发送/接收单元，其中，该填充状态测量仪具有至少一个用于传导、放射和接收电磁信号的天线，其中，该天线具有至少一个内腔，并且其中，该天线的特征为在传递电磁信号方面的传递特性。此外，本发明涉及一种根据雷达原理工作的填充状态测量仪，其带有至少一个用于发送和接收电磁信号的发送/接收单元，并且带有至少一个用于传导、放射和接收电磁信号的天线，其中，该天线具有至少一个内腔，并且其中，该天线的特征为在传递电磁信号方面的传递特性。

背景技术

在工业测量技术中，常常应用雷达填充状态测量仪以用于确定介质例如液体、散装材料或同样沉淀物在容器例如罐或筒中之内的填充状态。通过该测量仪实现的行进时间方法(Laufzeitverfahren)基于这样的物理规律，即例如电磁信号的行进距离等于行进时间与传播速度的乘积。在测量介质(例如流体或散装材料)在容器中的填充状态的情况中，该行进距离相应于在放射电磁信号的且再次接收电磁信号的天线与介质的表面之间的距离的两倍。有效反射信号(Nutzechosignal)(即在介质的表面处被反射的信号)及其行进时间根据所谓的反射函数或数字化的包络线确定。该包络线反映作为“天线-介质的表面”的距离的函数的反射信号的幅度。填充状态可从在天线到容器底部的已知的距离和通过测量确定的介质表面到天线的距离之间的差中计算出来。被发射的和被接收的电磁信号大多为微波辐射。

常常使用电介质的(也称为非传导性的)谐振器作为天线。这种电介质的天线可具有与空心波导管(Hohlleiter)相似的谐振特性，但是，由于其不具有金属的壁，因此其可放射电磁能并且由此用作天线。在此，从不同的技术领域中已经已知多种结构形式，在其中相应地电介质的材料例如陶瓷用于引导和放射电磁波。大多使用带有低的介电性(介电性的另一名称为电介质传导性)的低损耗的材料。例如使用聚四氟乙烯或聚丙烯。另一变型方案在于，沿着缆线或杆引导微波信号。

测量仪通常相对于过程(Prozess)确切地说相对于待测量其填充状态的介质密封。根据应用情况，需要相对于远程的控制部位或相对于远离(abgesetzt)过程的电子单元对测量仪进行附加的封装。当例如涉及侵蚀性的、对环境有害的或有爆炸危险的介质时或者当在过程中存在高的压力或高的温度时，这种第二密封或封装是尤其重要的。例如在公开文献US 2003/0151560 A1中公开了用于根据雷达原理工作的填充状态测量仪的喇叭形天线(Hornantenne)，其设有保护部并且由此封闭天线的开口。已知的检查面向介质的密封部是否密封的方法在于，在壳体中在两个密封部之间设置开口例如孔，当泄漏时介质或位于容器中的气体混合物通过该孔从壳体中漏出并且由此给出明显的信号。然而，在有危险的和/或对环境有害的物质时，这种方法是存有疑问的，或者当在食品或药理领域中的卫生应用中这种方法几乎不能接受。在公开文献DE 103 52 471 A1或DE 10 2007 052 395 A1中给出其它监视可能性。

对于根据雷达原理工作的填充状态测量仪，专利文献US 7,855,676 B2描述了一种监视方法，在其中在空心波导管中在密封的喇叭形天线和电子单元之间布置有可动的主体。如果介质应由于泄漏而渗入波导管中，则该主体可移动并且由此波导管的传递特性改变。然而，该设计方案成本高。

发明内容

因此本发明的目标为，提出一种用于监视根据雷达原理工作的填充状态测量仪的方法以及一种允许该方法的填充状态测量仪，其中，对面向介质的密封部进行的监视比在现有技术中更简单。

根据本发明，在所阐述的方法中提出的目标首先且基本上通过以下方式实现，即至少部分地在天线的内腔的壁区段的方向上放射或传导电磁信号，在天线的传递特性方面评估接收的电磁信号，并且将评估的结果与至少一个被储存的比较值(有时也称为参考值)相比较。内腔尤其地为在填充状态测量仪的天线之内在面向介质的第一密封部和例如面对环境、电子部件或远程的控制部位的第二密封部之间的内腔。如果介质尤其地由于第一密封部的泄漏渗入到内腔中，则当在介质、内腔之内的介质和壁区段的特性之间存在合适的协调时天线的传递特性改变。尤其地通过以下方式获得天线的传递特性，即在提及的壁区段的方向上放射、引导或对准(richten)作为激励信号的电磁信号。在一个设计方案中，放射或传导方向持续地指向该壁区段，也就是说该壁区段位于这样的方向上，即在该方向上也发送或引导电磁信能号以用于正常的填充状态测量。在一个备选的设计方案中，仅仅暂时地在该壁区段的方向上引导或放射信号以用于监视密封部。在另一设计方案中，壁区段为在过程介质的方向上的第一密封部的一部分。在该设计方案中利用下者，即通过壁区段例如得到在接收的电磁信号方面的特别的特征并且当密封部损坏时该特征丢失或明显改变。在一个变型方案中该特征的变化可归因于，该壁区段自身损坏和/或在其位置或定向方面变化。在另一变型方案中，通过以下方式得到改型，即来自过程的外部介质进入内腔中，或位于内腔中的介质由于密封的破裂从该内腔中漏出。在另一设计方案中，利用尤其地干燥的空气作为介质填充内腔。在一个备选的设计方案中，将内腔抽真空。本发明整体通过简单的且由此也成本适宜的结构而出众。在一个设计方案中，储存至少一个比较值以用于在初始化测量期间的监视。

此外，在本发明的另一教导中在开头提及的根据雷达原理工作的填充状态测量仪方面上文得到且提出的目标通过以下方式实现，即内腔的至少一个壁区段至少部分地由(尤其地具有低的介电性的)陶瓷制成。该填充状态测量仪尤其地适合用于实现以上描述的根据本发明的方法。然而备选地，也可应用其它方法或甚至可能的是，完全取消第二密封部。陶瓷具有的优点为，其可经受多种不同的例如侵蚀性的介质和过程条件例如高的温度。尤其地至少部分地如此设计壁区段，即其至少部分地是可导电的。在一个设计方案中，在壁区段中布置至少一个例如由金属制成的电导体。

在一个设计方案中，壁区段至少部分地由复合材料制成并且在一个有利的设计方案中，壁区段尤其地至少部分地由结合在金属的基质中的陶瓷材料制成。最后提及的复合材料为金属陶瓷(由名称陶瓷和金属组成)，其尤其地通过高的硬度和耐磨性而出众。在此，金属陶瓷通常为非导体。陶瓷的组份例如为氧化铝或二氧化锆，其中，金属的组份如有可能为铌、钼、钛、钴、锆或铬。

一个尤其有利的设计方案在于，与该壁区段相对地布置第二密封部，至少一个电导体被引导穿过内腔，并且内腔尤其同轴地围绕该电导体具有可导电的壁。内腔在一个设计方案中是真空的并且在一个备选的变型方案中填充有干燥空气。通常，内腔填充有在设计方案中用作电介质的介质。在一个备选的设计方案中，第二密封部基本上与壁区段相同地设计，也就是说尤其地由陶瓷制成。该可导电的壁例如通过金属的或利用金属涂覆的壁形成。如果内腔在故障情况中不再被密封，也就是说另一介质进入内腔中或者介质从内腔中漏出，则介电常数也变化，由此电磁波以(相对于带有未损坏的密封部的无故障的状态)不同的速度传播，确切地说由此天线的传递特性整体改变。如果在正常情况中介质在内腔中的导电性基本上等于1，则传播速度以在密封部断裂时出现在内腔中的介质或介质混合物的电介质的传导能力的平方根变慢。在此，天线的内腔在该设计方案中尤其地用于传递电磁信号。该设计方案也可如此描述，即在第一密封部之后以及由此在由陶瓷制成的壁区段之后(在备选的设计方案中该壁区段由与陶瓷不同的材料制成)存在一个空腔，电磁波在该空腔中传播并且利用第二密封部封闭。由于内腔用作电介质并且由于内腔通过损坏的密封部在壁区段的区域中与过程空间(Prozessraum)处于接触中并且由此电介质的相对介电常数变化，因此密封部的破坏导致另一传递特性，这可用作密封部的状态的指示。

在一个设计方案中，壁区段在两侧处设计成平的。在此，尤其地涉及彼此相对而置的面向介质或内腔的侧边。

在一个设计方案中，壁区段由金属层或金属环包围。如果壁区段结合有钛，则该壁区段可整体例如也与不锈钢焊接在一起。通过壁区段与凸缘或与容器或管等的一部分接触，天线的内腔也可部分地通过附加的元件形成。在以上提及的设计方案中，金属层也允许与可导电的壁的电接触，该可导电的壁在一种设计方案中至少部分地同样由金属制成。在一个设计方案中，用于传导电磁信号的电导体被引导穿过该壁区段并且例如通过金属销固定。

在一个有利的设计方案中，为了实施以上描述的用于状态监视的方法，设置相应地设计的控制单元。在一个变型方案中，该控制单元设计成用于在天线的传递特性方面评估接收的电磁信号。此外，在另一设计方案中设置至少一个储存单元以用于储存至少一个比较值。在一个变型方案中，优选地在以上提及的初始化阶段期间获得该比较值。

附图说明

将详细给出多种设计和改进根据本发明的天线和根据本发明的填充状态测量仪的可能性。为此，一方面参考从属于权利要求1和权利要求3的权利要求，另一方面参考结合图纸对实施例进行的以下描述。在图纸中：

图1以方框图在截面中显示了根据第一变型方案的填充状态测量仪的示意性的基本上表明功能性的作用关系的图示，以及

图2在截面中显示了根据第二变型方案的填充状态测量仪的示意性的基本上表明功能性的作用关系的图示，其带有其中仅仅示意性地示出的用于两种不同情况的信号曲线。

具体实施方式

在图1和图2中分别示出了穿过分别示意性地示出的根据本发明的填充状态测量仪1的截面。在图2中附加地示意性地示出了两个信号曲线。

图1显示了根据本发明的填充状态测量仪1。由发送/接收单元2产生电磁信号并且尤其地在(在此未示出的)可被获取其填充状态的介质的表面处反射之后再次接收该信号。在此，该信号为微波信号。天线3(其在所示出的变型方案中实施成喇叭形天线并且在此在其喇叭口部具有内腔4)用于传导、放射和接收该信号，该内腔4在(在此未示出的)介质的方向上由壁区段5限制。在此，该壁区段5尤其地由所谓的金属陶瓷(也就是说陶瓷和金属的复合材料)制成。在此圆形的壁区段5由金属环6包围，该金属环6用于连结到天线3处。在所显示的设计方案中，在一侧处由发送/接收单元2限制的内腔4填充有空气。控制单元7用于控制发送/接收单元2并且在此例如也在天线3的传递特性方面评估接收的信号。为此，如有可能也访问储存单元8，在该储存单元8中储存至少一个用于评估传递特性的对比值。如果液体、气体、灰尘或类似者从过程中渗入内腔4中，则天线3的传递特性变化，这在评估时是明显的且可识别的。

在图2中示出了天线3的另一形式。在此，涉及一种利用在探针10处被引导的微波信号的填充状态测量仪1。在该变型方案中，信号不是自由地在空间例如容器(介质位于该容器中)中传播，而是沿着探针10被引导。在所显示的变型方案中，天线3的在此尤其地用于传导电磁信号的内腔4位于过程封闭部(Prozessabschluss)之后，该过程封闭部通过在凸缘11中的壁区段5形成。电磁信号在该内腔4中从发送/接收单元2起通过电导体12被引导，在一个变型方案中，该电导体12通过两个销固定在由金属陶瓷制成的壁区段5中。在所示出的第二变型方案中，在所显示的设计方案中同样由金属陶瓷制成的第二密封部9与由金属陶瓷制成的壁区段5相对而置。内腔4侧向地且在此同轴地由有传导能力的壁13包围，该壁13例如由金属形成。电磁波可在该特殊的内腔4中传播，该内腔4在所显示的示例中应填充干燥的空气，从而在正常情况中内腔4的电介质具有为1的相对介电常数。控制单元7和储存单元8如在图1的变型方案中那样设计并且承担相同的任务。

在图2的布置方案的左侧示意性地示出两个与时间t相关的信号曲线。当通过壁区段5提供的第一密封部正常也就是说未损坏时给出内部的信号曲线。上部的信号为作为零标记的激励信号。在壁区段5的端部的高度上的紧接着的信号通过电磁波从内腔4中传递到探针10伸入其中的过程空间中得到。在此，(至少为了观察)壁区段5和第二密封部9的阻抗应等于在内腔4中的电介质的阻抗。如果密封部失效，则例如待监视的介质从过程腔中进入内腔4中。由此，在内腔4中的相对介电常数变化，这尤其地导致在内腔4中的电磁信号的(在此下降的)传播速度。在此，该变化取决于在密封部破裂之后填充内腔4的电介质的相对介电常数的平方根。因此，电磁信号传播的变慢可在外部的信号曲线中通过下者被识别，即与在密封部功能正常的状态中相比通过从内腔到过程腔的过渡部的信号更晚地出现。此外，在第二密封部9和内腔4之间进行传递时还得到附加的信号。由此，信号图象(Signalmuster)由于泄漏而明显变化并且天线3的传递特性变成了另外一种。如果将外部的信号曲线的该图象与被储存的内部的曲线的图象相比，则显然一定已经发生了可引起这种变化的情况，并且该情况肯定是泄漏。因此，可从该传递特性的变化推断出密封部的破裂。