本发明专利技术涉及一种在过程中确定或监测存储于容器(8)中的填充材料(7)的填充水平的装置，包括信号生成单元(1)，其生成高频测量信号，耦合/去耦单元(2)，其将高频测量信号耦合至天线单元(3)或将所述高频测量信号与天线单元(3)去耦，其中天线单元(3)具有波导管(4)和天线元件(5)，其在朝向填充材料的方向上变宽，其中天线单元(3)沿着填充材料(7)的表面(6)的方向发射高频测量信号并且接收由填充材料(7)的表面(6)反射的回波信号，和控制/评价单元(9)，其基于测量信号的传送时间确定容器(8)中填充材料(7)的填充水平。其中在天线单元(3)中或之上，提供至少一个过程隔离装置(10)，所述过程隔离装置保护耦合/去耦单元(2)不受该过程的影响，其中第一过程隔离装置(10)至少部分地由具有特定多孔性的介电材料制成并且其中第一过程隔离装置(10)被配置为对高频测量信号至少基本上透明。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在过程中确定或监测存储于容器中的填充材料的填充水平的装置，包括：信号生成单元，其生成高频测量信号，耦合/去耦单元，其将高频测量信号耦合至天线单元或将所述高频测量信号与天线单元去耦，其中天线单元具有波导管和天线元件，其在朝向填充材料的方向上变宽，其中天线单元在填充材料表面的方向上发射高频测量信号并且接收由填充材料表面反射的回波信号，和控制/评价单元，其基于测量信号的传送时间确定容器中填充材料的填充水平，其中在天线单元中或之上，提供至少一个过程隔离装置，所述过程隔离装置保护耦合/去耦单元不受该过程的影响。
技术介绍
基于微波运行的雷达填充水平测量计的常用频率范围是在大约1GHz和100GHz之间。雷达测量计从微波测量信号的传送时间确定容器中填充材料的填充水平。传送时间方法利用下面的物理定律：微波测量信号的路径等于测量信号的传送时间与测量信号的传播速度的乘积。在填充水平测量的情况下，路径是天线与填充材料的表面之间的距离的两倍。有用的回波信号，即测量信号的被填充材料的表面反射的部分，并且它的传送时间使用所谓的回波函数或数字包络曲线确定。包络曲线将回波信号的幅度描绘为天线和填充材料表面之间的距离的函数。然后，可以从天线距容器底部的已知距离与由测量确定的从填充材料表面距天线的距离之间的差确定填充水平。雷达测量计可以被区分为根据脉冲雷达原理工作的，并且利用宽带高频脉冲的测量计，以及FMCW(频率调制的连续波)测量计，在FMCW测量计的情况下，波长为λ的连续微波的频率，使用例如锯齿电压进行周期性地、线性地加以调制。为了保证稳定的、好的测量性能，使用过程隔离元件在过程侧保护发射及接收测量信号的天线元件和测量电子元件不受环境影响。这种保护是非常重要的，因为，取决于操作的位置，填充水平测量计暴露于高温、高压和/或侵蚀性化学介质。取决于在测量位置的支配条件，对保护敏感电子器件部件的需求相对高。由WO 2006/120124 A1已知一种填充水平测量计，其中喇叭形天线至少部分地填充有温度稳定的介电材料。介电材料的尺寸使得在正常温度下，在介电填充材料的外表面与邻接天线元件的内表面之间存在确定的距离。由于这种设计，填充材料可以随着温度的增加而膨胀，因而在填充材料内不会出现机械应力。在由申请人以商标MICROPILOT售出的雷达测量计中，过程隔离装置通常由PTFE制成。PTFE的优点在于对微波几乎是透明的。此外，其对于过程自动化中的许多应用具有足够的温度、压力和/或化学稳定性。而且，PTFE的优点在于抑制沉积形成。如果在过程隔离装置上仍然成形了沉积物，则将其容易地清除也是可能的。在400℃以上，塑料不再稳定。由于这个原因，陶瓷制成的过程隔离元件被优选用于高温和高压范围。但是，与塑料相比，陶瓷具有这样的缺点，即它们具有相对高的介电常数。这显著地降低了过程隔离装置的高频兼容尺寸。过程隔离装置的尺寸越小，它们更倾向于形成冷凝物和沉积物。然而，如果过程隔离装置的尺寸适应于冷凝物和沉积物问题，越来越多的高次模被激发。如果高次模被激发，则振铃，其描述了天线区域内部不期望反射的部分，被增强。“振铃”越强烈，填充水平测量计的测量性能变得越差。从DE 102010031276 A1中，已知一种填充水平测量计，其适合于高温和高压范围。这里还有过程隔离元件，其允许微波基本上未受干扰地通过，其被插入发射高频测量信号的波导管内。为了避免前述的沉积物和/或冷凝物的形成，过程隔离元件被设计为中空件，其中面对远离过程的末端区域适于波导管的直径，并且面向过程的末端区域优选地设计为圆锥体或角锥体形状。发射区域的过程隔离元件的壁厚度约为发送和接收的测量信号的波长的一半。这种方式下，测量信号的不期望的反射被很大程度上避免。过程隔离装置由塑料材料、陶瓷材料或介电复合材料制成。优选地，使用陶瓷材料，因为它是耐高温和高压的。然而，利用已知的设计，作为外部机械力的结果，例如作为打击的结果，圆锥体或角锥体的顶点具有破裂的风险。如果过程隔离装置不被密封，则其不再能实现其保护功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于微波填充水平测量计的过程隔离装置，其对于微波测量信号来说是透明的且是高机械稳定的。该目的通过制备第一过程隔离装置实现，第一过程隔离装置至少部分地由特定多孔性的介电材料制成。另外，所述第一过程隔离装置被配置为对高频测量信号至少基本透明。如以上已经提到的，由陶瓷制成的过程隔离装置非常适合用于自动化技术(特别地，过程自动化技术)中的高温和高压。然而，陶瓷-特别是氧化铝-具有这样的缺点，其对微波的透明度低，因为它具有大约10的高介电常数。作为这种左右为难的解决方案，现有技术提出了薄壁、中空、圆锥形过程隔离元件，然而它的机械稳定性低于固体材料制成的过程隔离装置。根据本专利技术提出的避免这种左右为难局面的解决方案是通过从至少一种介电固体材料制备过程隔离装置。为了获得适于用于雷达测量计的尽可能低的介电常数和足够的尺寸，固体材料被设计为至少部分是多孔的。根据本申请，介电材料是塑料的，其适于高温和高压，或陶瓷的。另外，也可以使用具有需要的温度和压力稳定性的纤维增强复合材料。由于由至少部分发泡的固体材料制成的过程隔离装置的增强的稳定性，过程隔离装置的破裂和破坏的风险被有效地避免。过程隔离装置的高稳定性确保不需要大量的材料，并且因此没有显著的热能可以到达下游的传感器和电子部件。为了获得过程隔离装置的介电材料的需要的透明度，材料的多孔性由此得以调整。作为指导方针：过程隔离装置的材料的介电常数越高，材料的多孔性必须越高。借助于根据本专利技术的设计，过程隔离装置的尺寸可以以下述方式选择，其中沉积物和/或冷凝物问题(特别是面对过程的关键的过程隔离装置)仅起次要作用或根本不起作用。通过过程隔离装置的材料的多孔性，介电材料的特性通过下述方式被优化：即一方面，过程隔离有效和长期地阻止填充材料进入填充水平测量计的电子部件或耦合/去耦单元的过程，并且另一方面，过程隔离对于微波测量信号来说是非常透明的。过程隔离对于微波是透明的，如果当信号通过过程隔离装置时，微波测量信号的强度仅会不明显地减弱的话。特别地，与本专利技术相关的透明度表示过程隔离装置的一个或多个材料的介电常数优选地为1到5之间。多孔性限定了空隙体积(通常充满了空气)和多孔材料或材料混合物的总体积的比率。如果空隙彼此连接或连接到环境，则使用词语“材料的开放的多孔性”或“开放的多孔材料”。如果空隙不彼此连接也不连接到环境，则使用词语“材料的封闭的多孔性”或“封闭的多孔材料”。关于专利技术，大量的具有不同设计的过程隔离装置都是可能的。过程隔离装置要实现的任务对于所述设计来说是特别重要的。如果过程隔离装置被设计为封闭多孔的或至少在表面区域无孔的，没有介质可以进入填充水平测量计的区域，其被安装在过程隔离装置的相对于过程的下游。然而，通过过程隔离装置中的开放多孔结构，填充材料的气体或颗粒可以进入过程隔离后面的区域。开放多孔过程隔离装置无疑构成了至少填充材料的屏障：填充材料不能无障碍地进入过程隔离后面的区域，而是必须首先克服相当大的阻力。开放多孔过程隔离装置可以特别地用于测量计的低污染水平的应用中。如以上已经提到的，假设第一过程隔离的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在过程中确定或监测存储于容器(8)中的填充材料(7)的填充水平的装置，包括：信号生成单元(1)，所述信号生成单元(1)生成高频测量信号，耦合/去耦单元(2)，所述耦合/去耦单元(2)将所述高频测量信号耦合至天线单元(3)或将所述高频测量信号与所述天线单元(3)去耦，其中，所述天线单元(3)具有波导管(4)和天线元件(5)，所述天线元件(5)在所述填充材料的方向上变宽，其中，所述天线单元(3)在所述填充材料(7)的表面(6)的方向上发射所述高频测量信号并且接收由所述填充材料(7)的表面(6)反射的回波信号，以及控制/评价单元(9)，所述控制/评价单元(9)基于所述测量信号的传送时间确定所述容器(8)中的所述填充材料(7)的填充水平，其中，在所述天线单元(3)中或所述天线单元(3)上，提供至少一个过程隔离装置(10)，所述过程隔离装置保护所述耦合/去耦单元(2)不受所述过程的影响，其中，所述至少一个过程隔离装置(10)至少部分地由具有特定多孔性的介电材料制成，并且其中，第一过程隔离装置被配置为对所述高频测量信号至少基本上透明。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.05 DE 102014101410.31.一种在过程中确定或监测存储于容器(8)中的填充材料(7)的填充水平的装置，包括：信号生成单元(1)，所述信号生成单元(1)生成高频测量信号，耦合/去耦单元(2)，所述耦合/去耦单元(2)将所述高频测量信号耦合至天线单元(3)或将所述高频测量信号与所述天线单元(3)去耦，其中，所述天线单元(3)具有波导管(4)和天线元件(5)，所述天线元件(5)在所述填充材料的方向上变宽，其中，所述天线单元(3)在所述填充材料(7)的表面(6)的方向上发射所述高频测量信号并且接收由所述填充材料(7)的表面(6)反射的回波信号，以及控制/评价单元(9)，所述控制/评价单元(9)基于所述测量信号的传送时间确定所述容器(8)中的所述填充材料(7)的填充水平，其中，在所述天线单元(3)中或所述天线单元(3)上，提供至少一个过程隔离装置(10)，所述过程隔离装置保护所述耦合/去耦单元(2)不受所述过程的影响，其中，所述至少一个过程隔离装置(10)至少部分地由具有特定多孔性的介电材料制成，并且其中，第一过程隔离装置被配置为对所述高频测量信号至少基本上透明。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一过程隔离装置(10)的介电材料的多孔性以使得所述介电材料具有特定的介电常数的方式选择。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一过程隔离装置(10)被设置为，使得所述第一过程隔离装置(10)的与所述过程接触的表面的至少一个部...
【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·法伊斯特，埃里克·贝格曼，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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