用于确定极限物位和用于测量填充材料的阻抗的物位测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定填充物位和/或极限物位以及用于测量填充材料(20)的阻抗的物位测量装置(100)。物位测量装置(100)包括被配置为测量填充材料(20)的阻抗的测量探头(200)。它还包括被配置为产生具有可变频率的第一频率信号(112)的信号生成单元(110)，其中，测量探头(200)被提供第一频率信号(112)并且输出测量信号(205)。此外，还有被配置为将测量信号(205)转换为混频信号(142)的测量转换器(190)，其中，混频信号(142)与第一频率信号(112)具有相位差。此外，物位测量装置(100)包括相位差测量单元(170)，该相位差测量单元被配置为通过第一频率信号(112)和混频信号(142)之间的相位振幅差异来确定被测量探头(200)测量的填充材料(20)的振幅

【技术实现步骤摘要】
用于确定极限物位和用于测量填充材料的阻抗的物位测量装置


[0001]本专利技术涉及尤其用于确定极限物位和用于测量填充材料的阻抗的物位测量装置。本专利技术还涉及测量探头、方法和用途。

技术介绍

[0002]在过程自动化和工厂自动化中，将电子传感器用于监测和控制过程。例如，这种传感器可以适合或配置为检测介质的填充物位、极限物位且/或用于监测其它过程参数。对于过程自动化和工厂自动化中的至少一些应用，除填充物位和/或极限物位之外，可能有意义的是能够确定介质的其它特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种能够确定介质的填充物位或极限物位以及其它特性的物位测量装置。
[0004]该目的通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的改进示例由从属权利要求和以下说明中给出。
[0005]一方面涉及一种用于确定填充物位和/或极限物位以及用于测量容器中的填充材料的阻抗的物位测量装置，其包括：测量探头，其被配置为测量填充材料的阻抗；信号生成单元，其被配置为产生具有可变频率的第一频率信号，其中，测量探头被提供第一频率信号并且输出测量信号；测量转换器，其被配置为将测量信号转换为混频信号，其中，混频信号与第一频率信号具有相位差；以及相位差测量单元，其被配置为基于第一频率信号的可变频率例如通过第一频率信号和混频信号之间的相位振幅差异来确定被测量探头测量的填充材料的振幅
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相位曲线。
[0006]例如，介质或填充材料可以是包括乳化液或悬浮液的液体，或者是松散材料，特别是颗粒状或粉末状的松散材料。例如，介质或填充材料可以是包括水、果汁、牛奶、酒精、油、油漆、番茄酱的液体，或者是诸如面粉、沙子、咖啡粉、塑料颗粒和/或其它物品等松散材料。介质可以位于容器中。例如，容器可以是任何形状的器皿或计量箱、处理罐、储存罐或料仓。容器也可以是诸如溪床或河床等渠道。
[0007]将各种类型的测量装置(例如，阻抗限位开关)用于确定例如容器中的填充物位测量或极限物位确。阻抗限位开关可以包括两个以上的电极。许多这种测量装置在此仅评估电导率，即介质或填充材料的欧姆电阻。本文所述的阻抗限位开关被配置为既检测和评估介质或填充材料的阻抗的实部(欧姆电阻)还检测和评估该阻抗的虚部(容抗或感抗)。因此，可以有利地检测填充材料或介质的介电常数，例如相对介电常数。
[0008]在此，测量探头被配置为测量或检测填充材料的阻抗。测量探头被提供来自信号生成单元的第一频率信号，并且输出测量信号。在此已经证明，如果第一频率信号具有在测量期间可变的频率，则对于检测和评估是有利的。为了进一步进行评估，测量信号被发送到
将测量信号转换为混频信号的测量转换器。在转换之后，混频信号与第一频率信号具有相位差。相位差测量单元可以基于第一频率信号的可变频率通过第一频率信号和混频信号之间的相位振幅差异来确定被测量探头测量的填充材料的振幅
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[0009]因此，利用该物位测量装置，不仅可以通过单个传感器测量传感器上的填充材料覆盖情况，而且可以实现诸如电导率或相对介电常数等介质特性的分离。还有利的是，尤其可以更清楚地区分传感器被填充材料覆盖与未覆盖的状态。例如，在测量有粘性的填充材料(例如，护肤霜、番茄酱、蜂蜜等)时这可能是特别有利的，其中，在未覆盖的状态下附着物通常可以保留在测量探头上，因此附着物可能干扰对未覆盖状态的明确确定。在所述装置和测量方法的情况下，评估可以例如利用不同频率和/或信号波形通过测量阻抗来进行。通过在更大的频率范围内(例如，超过100kHz)的测量，特别是通过除了测量值还测量相位，可以实现这些参数的更精确的分离。
[0010]在一些实施例中，测量转换器包括信号生成单元，该信号生成单元还被配置为生成具有可变频率的第二频率信号。在此，第二频率信号与第一频率信号具有恒定的频率差。此外，测量转换器包括参考混频器单元和接收混频器单元。参考混频器单元被配置为将第一频率信号与第二频率信号进行混频，以产生第一参考信号。接收混频器单元被配置为将第二频率信号与测量电桥的输出进行混频，以产生混频信号。在此，测量电桥连接到测量探头。通过实施测量电桥，可以有利地实现对填充材料的阻抗的特别精确的测量，其中，更有利的是可以仅向测量探头施加非常低的电流。
[0011]在一实施例中，参考混频器单元和/或接收混频器单元被设计为双平衡混频器。双平衡混频器可以提供对来自输入信号振幅噪声的干扰的抑制，此外还可以在输入之间具有或提供良好的隔离。
[0012]在一实施例中，参考混频器单元和/或接收混频器单元被设计为正交解调器。因此，对模数转换器的需求或要求可以保持在较低水平。
[0013]在一些实施例中，测量转换器包括跨阻放大器，该跨阻放大器被配置为连接测量探头并输出混频信号。这种实现方式有利地仅具有少量部件。这可以有助于测量转换器的特别稳健和/或低成本的设计。
[0014]在一些实施例中，第一频率信号和可选的第二频率信号具有连续变化的频率，例如连续地向上和/或向下变化的频率(或更高的频率和/或更低的频率)。频率可以连续改变到更高和/或更低的频率。频率发生器例如可以通过VCO(压控振荡器)来实现。
[0015]在一些实施例中，第一频率信号和可选的第二频率信号具有可阶梯式变化的频率，例如第一频率信号和/或第二频率信号可以是在定义的频带内具有定义的、部分固定的频率的正弦信号。在此，频率在预定义的时间段内保持在一定的频率，然后“跳”到下一个更高或(根据实施方式)更低的频率。第一和/或第二频率信号可被实施为在定义的频带内具有定义的、部分固定的频率的正弦信号。在这种实施例中，混频信号142和参考信号132可以具有非常窄的频带。反之，又可以在非常窄的频带中过滤这些信号，从而大大降低噪声并增加动态范围。
[0016]在一些实施例中，物位测量装置还包括第一校准单元，其中，第一校准单元与测量探头并联地连接到切换装置，使得有选择地测量第一校准单元的阻抗，而不测量被测量探头测量的填充材料的阻抗。在此，可以通过用于模拟特定介质和/或另一测量情况(例如，短
路)的等效电路图来形成校准单元。
[0017]在一些实施例中，校准单元具有以下校准标准中的至少一者：短路标准(S)、开路标准(O)和/或负载标准(L)。负载标准可以包括一个或多个设置。例如，可以通过用于模拟一种或多种介质的电气特性的等效电路图来形成负载标准。
[0018]在一些实施例中，第一频率信号和第二频率信号具有50Hz和500kHz之间的频率，例如具有5kHz和300kHz之间的频率。该频率范围已在各种测试系列中被证明是有利的，以便获得特别有意义的介质特性的特征。
[0019]在一些实施例中，第一频率信号和第二频率信号具有10Hz和50kHz之间的恒定频率差，例如1kHz和10kHz之间的恒定频率差。在许多实施例中，频率差可以约为第一频率信号和/或第二频率信号的频率的20％至30％。这有助于特别清楚地显示相位差。
[0020]在一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定填充物位和/或极限物位以及用于测量容器(10)中的填充材料(20)的阻抗的物位测量装置(100)，其包括：测量探头(200)，其被配置为测量所述填充材料(20)的所述阻抗；信号生成单元(110)，其被配置为产生具有可变频率的第一频率信号(112)，其中，所述测量探头(200)被提供所述第一频率信号(112)并且输出测量信号(205)；测量转换器(190)，其被配置为将所述测量信号(205)转换为混频信号(142)，其中，所述混频信号(142)与所述第一频率信号(112)具有相位振幅差异；以及相位差测量单元(170)，其被配置为基于所述第一频率信号(112)的所述可变频率通过所述第一频率信号(112)与所述混频信号(142)之间的所述相位振幅差异来确定被所述测量探头(200)测量的所述填充材料(20)的振幅
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相位曲线。2.根据权利要求1所述的物位测量装置(100)，其中，所述信号生成单元(110)还被配置为产生具有可变频率的第二频率信号(114)，其中，所述第二频率信号(114)与所述第一频率信号(112)具有恒定的频率差，并且其中，所述测量转换器(190)包括：参考混频器单元(130)，其被配置为将所述第一频率信号(112)与所述第二频率信号(114)进行混频，以产生第一参考信号(132)；接收混频器单元(140)，其被配置为将所述第二频率信号(114)与所述测量电桥(120)的输出进行混频，以产生所述混频信号(142)，其中，所述测量电桥(120)连接到所述测量探头(200)。3.根据权利要求2所述的物位测量装置(100)，其中，所述参考混频器单元(130)和/或所述接收混频器单元(140)被设计为双平衡混频器或正交解调器。4.根据权利要求1所述的物位测量装置(100)，其中，所述测量转换器(190)包括跨阻放大器(150)，所述跨阻放大器被配置为连接所述测量探头(200)并且输出所述混频信号(142)。5.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，其中，所述第一频率信号(112)和可选的所述第二频率信号(114)具有连续可变的频率(610)。6.根据权利要求1至3中任一项所述的物位测量装置(100)，其中，所述第一频率信号(112)和可选的所述第二频率信号(114)具有可阶梯式变化的频率(620)。7.根据前述任一项权利要求所述的物位测量装置(100)，其还包括第一校准单元(300)，其中，所述第一校准单元(300)与所述测量探头(200)并联地连接到切换装置(250)，使得有选择地测量所述第一校准单元(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德，
申请(专利权)人：VEGA格里沙贝两合公司，
类型：发明
国别省市：