本发明专利技术涉及一种TDR测量装置，该TDR测量装置用于确定流经管道(1)的介质(2)的介电常数和可能根据介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率，该TDR测量装置具有：信号产生电子器件(3)，该信号产生电子器件(3)产生TDR测量信号；发送和/或接收电子器件(4)，该发送和/或接收电子器件(4)发射和/或接收TDR测量信号；耦入/耦出装置(5)，该耦入/耦出装置(5)将TDR测量信号耦合到预定长度(L)的导电测量探头(6)中或将所述信号从测量探头(6)耦出；以及控制/评估电子器件(7)，该控制/评估电子器件(7)使用TDR测量信号在测量探头(6)上的传播时间来确定介电常数和可能根据所述介电常数推导的材料性质，尤其是含水量和/或电导率，其中测量探头(6)以电绝缘方式被布置在介质(2)所流经的管道(1)的内部(8)之外，或者其中测量探头(6)被放置在管道(1)中，使得测量探头(6)的面对介质(2)的外表面以与管道(1)的面对介质(2)的内表面齐平的方式终止，并且测量探头(6)被配置为使得测量信号在测量探头(6)上的传播时间和/或振幅取决于流经管道(1)的介质(2)的介电常数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定介电常数的TDR测量装置
本专利技术涉及一种TDR测量设备，该TDR测量设备用于确定穿过管道的介质的介电常数和/或根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率。不言而喻，管道可以是适合于携载介质的任何线。因此，它可以是闭合线或通道形线。
技术介绍
已在许多工业应用中使用介电TDR测量原理来确定介质的含水量。经由射频电磁场，射频电磁场穿透待测量的材料来测量材料的介电常数(DC)。水在20℃时的介电常数的值为80，并且因此与固体的介电常数差异很大，其取决于材料，固体具有3至30的DC值。在这种强的介电对比度下，介电常数因此可以用作水含量或材料含水量的参数。在过去的20年中，用于DC测量的TDR测量原理(时域反射法，也称为电缆雷达)作为一种用于工业中苛刻应用的精确的测量方法已经变得越来越流行。在相应的TDR测量的情况下，通常使用两线或三线平行波导。波导布置对应于实际的传感器或测量探头。将波导布置以棒或板的形式引入待检查的介质中。对于DC测量，优选地产生电压跳变或信号边沿，该电压跳变或信号边沿沿着连接到波导的同轴电缆传播。如果将电压跳变施加到波导，则发生部分反射。测量信号的进一步传播部分在探头端被完全反射。可以在时域上测量波导的阶跃响应，从而反射时间表示水含量或全部介电性质的量度。TDR技术用于含水量测量的应用的基础是以下物理关系：因此，电磁波在真空中的传播速度c等于光速c0。在真空之外，传播速度c仅取决于波在其中传播的材料的介电常数εr和磁导率μr。在非磁性材料中，磁导率可以被设置为等于1，因此传播速度仅取决于介电常数(DK)。TDR测量面临的挑战在于电磁波在探头上的传播时间非常短。因此，必须使用短时而陡峭的脉冲(上升时间<300皮秒)进行测量。从EP0478815A1中已知一种使用TDR方法来确定产品/介质的湿度的方法以及设备。在已知的方法中，借助于测量信号发送器将矩形信号施加到测量线。在这种情况下，信号的脉冲持续时间经选择为信号在测量线上的传送时间的两倍。信号被测量线反射，即，在测量线的端部处被反射。因此，通过叠加馈入到测量线中的测量信号的幅度和被测量线的端部反射或在测量线的端部处被反射的测量信号的幅度，在测量线的输入处或在测量信号发送器的输出处形成和信号。优选将测量线设计为探头。在TDR方法中，必须确保电脉冲可以沿测量线/探头传播并且在测量线/探头的端部处被反射。介质的含水量由脉冲的传送时间确定。在已知的解决方案中，由信号处理电子器件触发的脉冲传播(run)经过电缆到达第一测量线，从第一测量线的端部到达第二测量线的起点，在第二测量线的端部被反射，然后传播返回到信号处理电子器件。脉冲的传送时间用于计算含水量值，并且经由标准模拟信号输出，该标准模拟信号例如基于0至20mA或4mA至20mA标准。但是，含水量也可以经由诸如RS485的数字接口并行输出。申请人基于TDR测量原理开发和销售多种测量设备。特别地，以Sono-Vario、Sono-Silo、Trime-Pico的名称提供测量设备。每个测量设备都由传感器或测量探头以及TDR测量电子器件组成，传感器或测量探头以及TDR测量电子器件各自被容纳在探头壳体内的电路板上或探头壳体外部的电路板上。TDR测量电子器件始终经由射频电缆/同轴电缆(在探头壳体内部或外部)连接到传感器或测量探头。不同的探头设计针对不同的工业应用进行了优化设计。特别地，提供了在长度上变化，特别是在0.05m和0.5m之间变化的传感器。已知的解决方案主要经由杆布置或也经由平面传感器来实现；这些杆布置或平面传感器为涂层的，或者无涂层。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TDR测量设备，该TDR测量设备以非侵入方式测量流经管道的介质的参数，和/或检测管道的状态变化。与本专利技术相关的术语“非侵入”应被理解为是指经过测量设备的介质的流动不受到阻碍或干扰。本专利技术通过一种TDR测量设备来实现，该TDR测量设备用于确定流经管道的介质的介电常数和根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率。根据本专利技术的进一步发展，根据本专利技术的解决方案还更适合于检测介质所流经的管道的状态变化，或者更适合于检测穿过管道的介质的属性。TDR测量设备包括：信号产生电子器件，该信号产生电子器件产生TDR测量信号，优选地为跳跃信号，如EP0478815A1中所描述；发送和/或接收电子器件，该发送和/或接收电子器件发送和/或接收TDR测量信号；耦合/去耦合设备，该耦合/去耦合设备将TDR测量信号耦合到预定长度的导电测量探头或将TDR测量信号从测量探头去耦合；以及，控制/评估电子器件，该控制/评估电子器件基于TDR测量信号的传送时间来确定介质的介电常数和根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率。电子器件优选地经由RF电缆连接到传感器。电子器件被安装在传感器上，或被布置成部分与传感器分离，距离通常在1m至2m之间。优选地，测量探头被布置成在介质所流经的管道内部的方向上电绝缘，并且被设计成使得测量信号在测量探头上的传播时间取决于穿过管道的介质的介电常数。替代地，测量探头被布置成使得该测量探头与管道的面对可流动介质的内表面齐平。不言而喻，在这种情况下，必须设置至少两个携载测量信号的电极，这些电极彼此电绝缘。如果要在介电常数非常高的可流动介质，例如，软饮料的糖溶液上进行浓度测量，则测量探头的这种替代定位特别有用。在这些应用中，将测量探头与可流动介质隔离将导致测量精度显著降低。相应介质的介电常数高于50，通常在60至80之间。如果介质的电导率大于25ms/cm，则取决于探头几何结构，电短路将测量信号衰减到无法再被接收的程度。顺便提及，用于测量信号的频率优选在500MHz至2GHz的范围内。可以使用的介质可以是液态的或粘性的。但是，介质也可以是块状材料或粉状物质。根据本专利技术的TDR测量设备使得能够在穿过管道的同时以非侵入方式在线测量液体/粘性介质或块状材料的各种物理性质。由于测量探头被布置在介质的流路方向，因此介质可以以不受经过管道的测量探头的阻碍和影响的方式流动。此外，TDR测量设备可以检测介质所流经的管道壁中的变化。该信息随后可以用于补偿目的或用于故障状态检测。例如，结垢可以触发管道区域中的状态变化。TDR测量设备用于以非侵入方式确定流经管道的介质的介电常数、电容率和/或电导率。特别地，根据本专利技术的TDR测量设备在确定含水量或电导率方面允许提高的精度。根据本专利技术的TDR测量设备的有利实施例，测量探头由至少两个电极组成，该至少两个电极优选地被设计为导体迹线，其中第一电极携载TDR测量信号，其中至少一个另外的电极被设计为保护电极或接地电极。使用TDR技术记录测量值的传感器优先由一个或两个处于接地电位的导电电极和与高频测量信号耦合的导电电极组成。电极被并行引导，并且每个电极在端部区域处电接触。高频信号在“开放的”非电接触端被反射。测量探头经由同轴电缆连接到TDR测量电子器件(TDR测量电子器件通常被布置在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TDR测量设备，所述TDR测量设备用于确定流经管道(1)的介质(2)的至少介电常数和在必要时根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率，所述TDR测量设备具有：信号产生电子器件(3)，所述信号产生电子器件(3)产生TDR测量信号；发送和/或接收电子器件(4)，所述发送和/或接收电子器件(4)发送和/或接收所述TDR测量信号；耦合/去耦合设备(5)，所述耦合/去耦合设备(5)将所述TDR测量信号耦合到具有预定长度(L)的导电测量探头(6)或将所述TDR测量信号从所述测量探头(6)去耦合；以及控制/评估电子器件(7)，所述控制/评估电子器件(7)基于所述TDR测量信号在所述测量探头(6)上的传播时间和/或阻尼来至少确定所述介电常数和在必要时根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率，其中所述测量探头(6)被布置在所述介质(2)所流经的所述管道(1)的内部(8)之外，或者其中所述测量探头(6)被放置在所述管道(1)中，使得所述测量探头(6)的面对所述介质(2)的外表面与所述管道(1)的面对所述介质(2)的内表面齐平，并且所述测量探头(6)被配置为使得所述测量信号在所述测量探头(6)上的传播时间取决于流经所述管道(1)的所述介质(2)的所述介电常数。/n...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180509 DE 102018111152.51.一种TDR测量设备，所述TDR测量设备用于确定流经管道(1)的介质(2)的至少介电常数和在必要时根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率，所述TDR测量设备具有：信号产生电子器件(3)，所述信号产生电子器件(3)产生TDR测量信号；发送和/或接收电子器件(4)，所述发送和/或接收电子器件(4)发送和/或接收所述TDR测量信号；耦合/去耦合设备(5)，所述耦合/去耦合设备(5)将所述TDR测量信号耦合到具有预定长度(L)的导电测量探头(6)或将所述TDR测量信号从所述测量探头(6)去耦合；以及控制/评估电子器件(7)，所述控制/评估电子器件(7)基于所述TDR测量信号在所述测量探头(6)上的传播时间和/或阻尼来至少确定所述介电常数和在必要时根据所述介电常数推导的材料性质，特别是含水量和/或电导率，其中所述测量探头(6)被布置在所述介质(2)所流经的所述管道(1)的内部(8)之外，或者其中所述测量探头(6)被放置在所述管道(1)中，使得所述测量探头(6)的面对所述介质(2)的外表面与所述管道(1)的面对所述介质(2)的内表面齐平，并且所述测量探头(6)被配置为使得所述测量信号在所述测量探头(6)上的传播时间取决于流经所述管道(1)的所述介质(2)的所述介电常数。
2.根据权利要求1所述的TDR测量设备，
其中，所述测量探头(6)由至少两个电极(9、10、11)组成，所述测量探头(6)优选被配置为导体迹线，其中第一电极(9)携载所述TDR测量信号，并且其中所述至少一个其它电极(10；11)被配置为保护电极或接地电极。
3.根据权利要求2所述的TDR测量设备，
其中，第一电极(9)和保护电极或接地电极(10、11)基本上被布置在所述管道(1)的彼此相对的表面区域之上或之中。
4.根据权利要求1或2所述的TDR测量设备，
其中，所述测量探头(6)由优选被设计为导体迹线的三个电极(9、10、11)组成，其中一个所述电极(9)携载TDR测量信号，并且相对于被设计为保护电极或接地电极的两个电极(10、11)基本上居中地布置。
5.根据权利要求1至4中的一项或多项所...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫·卡梅克，格德·格里奇，斯蒂芬·罗尔夫，
申请(专利权)人：艾姆克微型模块技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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