本发明专利技术涉及一种用于精确测量容器中的液位的测量装置以及使用该测量装置的系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上属于液位测量领域，并涉及一种用于精确测量容器中的液位的测量装置及使用该测量装置的系统。
技术介绍
流体或液体液位监控对于多种应用场合是关键的。总的来说，液位应用场合包括需要在选定点处检测液体存在与否的应用场合，以及需要测量容器中的实际液位(深度或高度)的应用场合。这些技术基于使用液位传感器来指示罐或容器内的液位。液位传感器利用各种类型的机构，尤其包括声学、光学、光电、电阻、电容机构。光学、光电以及声学类型的传感器对于某些应用场合来说过于昂贵。最常用的液位传感器为可变电阻器传感器(利用浮标产生可变电阻器的电阻变化)和电容液位传感器(其包括适于完全浸入液体中的参考电容器，以及测量电容器)。然而，这些传感器对于环境变化过于敏感。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够利用相对简单且廉价的设备精确测量容器中的液位的新技术，该设备可容易地用于各种类型的容器和环境条件。本专利技术基于电容传感器的一般原理，即电容的变化由电容器极板附近的介质中的变化引起。液体液位的变化改变电容器附近的介质，由此引起电容的变化。然而，与电容传感器的传统方式相反，不是测量电容的直接变化，而是采用两个或多个功能电容器，其中每一个功能电容器受液位变化的不同影响，并且随后通过测定两个或多个电容器之间电容的差别变化来测定液位。本专利技术的测量装置由此包括本专利技术新的基于电容的液位传感器，所述液位传感器具有预定数目的基本块(一个或多个基本块)，每一个所述基本块限定至少一对电容器，且在所述至少一对电容器之间具有预定的电容关系。这种关系可为沿着所述基本块的电容之间比值的预定分布曲线(即差别变化的分布曲线)。在该情形中，使用一个基本块可能足够。可替换地或另外地，这种关系可为相邻块之间的电容的差值(变化)，在该情形中，优选使用至少两个基本块。如果本专利技术的这种基于电容的传感器投入运行、即被暴露于液体介质中，(例如位于包含液体的环境附近)，则影响所述关系的变化的唯一因素为基本块附近的液位变化。本专利技术的液位测量系统包括测量装置和控制单元。所述控制单元实际上为电子电路(芯片)，所述电子电路尤其具有用于存储特定参考数据(校准数据)的存储器工具，以及被预编程以用于(利用校准数据)分析来自测量装置的测量数据和用于提供指示容器中的液体状况的输出数据的处理器工具。通常，要被测定的液体状况可以仅是在测量装置的特定基本块附近有无液体。然而优选地，测量装置被构造成测定指示容器中实际液位的液体状况。本专利技术的测量装置被构造成用于紧紧附接到或放置到容器的外部表面，且装置的电输出端根据可能的情况经由导线或无线信号传输(IR，RF，声学等等)可连接到控制单元。测量装置实际上可以实施为附着/附接到容器壁的外部表面上的柔性或刚性标签。优选地，测量装置和控制单元实施为整体结构。本专利技术的基于电容的传感器、以及优选整个测量装置包括或被构造成具有纵向轴线的细长尺状结构，以使得当传感器被放置在容器壁上时，纵向轴线沿着容器中液位的总体变化的轴线延伸。尺结构载有电极布置，所述电极布置沿着所述轴线延伸并由至少一个电极单元和附加电极形成。电极单元的电极与附加电极一起限定形成测量装置的基本块的至少一对电容器。优选地，提供基本块的阵列，所述阵列沿着所述轴线设置。通常说来，可以通过提供基本块阵列来实现沿着测量装置(细长结构)排列位置。该构造使得电极单元(电容单元)和附加电极(或者对所有单元来说共用的附加电极的各个段，如将在下面进一步描述) 之间的关系对于所有基本块是相等的。更具体地，基本块具有相同的构造，例如具有与附加电极等距的的相同电极对。在下文的描述中，该至少一对电极有时被称作“电容单元”。然而应当理解的是，电容器实际上由这种单元的其中一个电极和相应的附加电极或附加电极相应的段/部分所形成，如从下文的描述中显而易见的。在一些实施例中，附加电极沿着电容单元延伸，例如限定在单元的相对侧延伸的两个部分。在电容单元阵列的情形中，附加电极对所有单元共用。该附加电极可被构造成围绕电容单元阵列的闭环框架、或者被构造成包封在两个条带之间的单元阵列的两条带元件。由此，通过提供单元阵列和/或将附加电极分成段来实现沿着测量装置排列位置。在一些其他实施例中，基本块包括电容单元及其自身的附加电极。由此，在基本块阵列的情形中，所述基本块沿着容器中液位变化的方向布置，且单元内所述预定关系的变化指示所述单元位置处的液体状况的变化，而相邻单元的关系值的差指示实际的液位。由此，总的来说，根据本专利技术，每个基本块包括至少一对第一和第二电容器，所述至少一对第一和第二电容器由第一和第二电极/板以及共用附加电极形成。如上所示，附加电极也可对所有块共用。在该情形中，基本块的第一和第二板与所述附加电极的第一和第二段分别形成第一和第二电容器，所述板与所述附加电极对齐。而且，单元的第一和第二电极板具有不同的几何形状，以使得在沿着尺的所述轴线的方向上， 第一板的表面积增加而第二板的表面积减少。例如，单元的第一和第二板可以为长方形的位于长方形对角线的相对端部处的两个三角形或梯形部分。单元的第一和第二板的表面积之间的比值根据特定已知的分布曲线变化。利用单元的第一和第二板的这种非对称几何形状，对于横跨单元的给定平面(构成容器中的液面)来说，第一板与附加电极的相应段之间的第一重叠面积和第二板与其附加电极的相应段之间的第二重叠面积不同。当以沿着尺的轴线的方向穿过单元移动所述平面(即对应于液位的变化)时，第一和第二面积分别正向及负向变化，反之亦然，由此产生由于单元的第一和第二板的不同几何形状而沿着所述轴线变化的电容值之间的比值的分布曲线。已知有描述在沿着单元的这种移动期间第一和第二面积之间比值变化的参考分布曲线(即当尺从容器中的液体介质屏蔽时)。考虑到相同基本块的阵列的使用，参考分布曲线从块到块重复，且所有的块被暴露于容器外部的相同环境状况。也如上所述，相同基本块中的每一个都可具有其自身的附加电极，所述附加电极对于第一和第二电容器为共用电极。当各个基本块从周围环境屏蔽/防护时，第一和第二电容器具有它们之间已知差值的不同电容值。该差值对所有基本块共用。因此，当这种基本块阵列沿着液位变化的方向对齐时，相邻基本块的“电容差值”之间的差相应于容器中的液位。当测量装置投入运行时、即被放置在容器壁上时，能够影响基本块内或阵列基本块之间电容的预定关系的变化的唯一因素是与容器中的液位的变化相关联的因素，即电容器板之间介质的介电常数发生变化。由此，本专利技术的技术有利地允许消除对于根据电容值的实际测量结果(其本身除对液位的变化敏感外，还对环境状况的变化敏感)测定液位的需要，相反地，本专利技术的技术允许利用基本块的第一和第二电容器和/或相邻块的第一和第二电容器的电容值之间的关系(例如，比值分布曲线或差值)变化，而所述关系仅仅对于液位的变化敏感。根据本专利技术的一个广泛方面，提供一种用于测量装置附近的液位的测量装置，该测量装置包括基于电容的液位传感器，所述液位传感器具有预定数目的预定几何形状的基本块，所述基本块包括至少一对电容器，且所述至少一对电容器在其电容之间具有预定的关系，沿着该装置的所述关系的差别变化指示装置附近的液位状况。根据本专利技术的另一个广泛方面，提供一种用于测量装置附近的液位的测量装置， 该本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·威尔德，
申请(专利权)人：施特劳斯净水有限公司，
类型：发明
国别省市：
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