物位测量设备的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的物位测量设备。

背景技术：

用于确定容器中的液体材料或者粒状材料的物位的物位测量设备和方法在现有技术中是已知的，并且例如应用于测定物位是否处于预定填充状态之上或之下。这种设备常常也被称为物位极限开关。

物位极限开关能够以完全不同的物理原理为基础。这些原理之一是对形成在测量电极和参考电极之间的电容进行评估，其中填料在填充容器的过程中时填充参考电极和测量电极之间的空间并在此改变由这些电极形成的电容。存在多种不同的用于测量取决于物位的电容的方法。在一种用于确定电容的方法中，考虑形成包括受关注的电容的电谐振电路。谐振电路的谐振频率在此由待测量的电容的大小来表征。

谐振电路例如可被配置成具有串联连接的电感和电容的串联振荡电路。

物位极限开关的另一原理使用线路谐振。被配置成细长形探针的线路引起输入交流电压的反射，由此在探针上形成电压驻波。在电压输入位置处能够测量的电压由于驻波的原因而表现出谐振特性，其中线路长度决定谐振点。在线路探针与填料接触时，通过电容和/或附加的反射获得由填料引起的谐振点的频率位置的改变。这能够在物位信号方面进行评估。

需要通过交流电压发生器输入交流电压信号来激发电谐振电路。可以通过改变所输入的信号的频率来发现谐振频率。谐振频率由过电压或者最小电压来表征。通过检测交流电压在频率上的振幅来确定谐振点。

这些填料极限探测原理的一些应用中，例如要求以从上向下穿过存在于容器盖中的开口的方式装入传感器。然而，如果与此同时极限开关的开关点没有位于容器的上部区域，即没有位于容器盖附近，而是进一步位于下方，那么进行探测的电极或者探针就必须通过延长部安装在期望的容器高度上。在此，在传感器电子元件能够被安装在容器的外部时，在这种情况下在被安装在容器盖的上方时是有利的。这导致探针必须通过延长部与电子器件分离。在容器中具有非常高的温度的应用中也同样要求这种分离，使得电子器件进一步远离探针以及那里的主要温度而能够毫无问题地工作。

由此导致的需求在于，一方面的具有交流电压发生器和交流电压探测器的电子器件与另一方面的具有电谐振电路的用于探测极限位置的探针之间的线路是必须的，以用于连接这两个组件。如此插入的电线路导致在连接线路上形成线路谐振。产生的这些线路谐振附加于根据测量原理所希望的且对探针的功能来说重要的探针谐振，并且二者会干扰性地叠加。当这些线路谐振在处于与探针谐振相同的频率范围内时会产生特别的干扰作用。

因此，在现有技术中注意到，使延长线路的线路长度非常短，使得其最低的谐振频率(即，例如λ/4的线路谐振)仍明显地高于探针谐振频率。

对于即使在探针上附着媒介的情况下的测量原理的功能可靠性方面，选择探针在100MHz的范围内的尽可能高的谐振频率也是有利的。

由此，在探针谐振频率的选择以及探针和电子器件间的期望延长部的可能线路长度之间产生冲突。在现有的设备中，这例如导致仅能够提供50cm以下的短延长部。

技术实现要素：

因此，通过本发明解决了上述问题。本发明的目的是根据现有技术提供一种物位测量设备，尤其是物位极限开关，以允许以尽可能大的间距在空间上布置探针和电子器件。

该目的是通过根据权利要求1的物位测量设备实现的。

从属权利要求的内容提出了优选的改进方案。

根据本发明的物位测量设备包括电子器件以及连接件，电子器件包括用于产生交流电压的信号发生器和用于检测由谐振测量探针反射的电压的信号探测器，连接件将电子器件与谐振测量探针电连接，并且其特征在于，连接件包括将信号发生器连接到测量探针的第一连接线路和将测量探针连接到信号探测器的第二连接线路。

通过这种方式防止了由交流电压发生器反射的和由探针反射的交流电压的叠加出现在交流电压探测器的输入端上并且因此防止测量探针进行的任何谐振探测变得困难或者被阻止。

第一连接线路将交流电压发生器与探针连接并且第二连接线路将探针与交流电压探测器连接。在此，连接线路与交流电压发生器或交流电压探测器以有利的方式尽可能良好地彼此阻抗匹配。尤其是，第一连接线路的线路阻抗与交流电压发生器的输出端的输入阻抗以及第二连接线路的线路阻抗与交流电压探测器的输入端的输入阻抗以有利的方式彼此匹配。通过这种方式尽管不能完全防止在第一连接线路上产生线路谐振，但是通过第二连接线路与测量探针连接的交流电压探测器不再探测到这些谐振了。

理想地，第一连接线路与信号发生器输出端的输入阻抗彼此匹配，使得信号发生器的输出端处返回的交流电压的反射系数最小化，尤其是零。

通过这种方式，防止了由测量探针反射并且朝着交流电压发生器返回的交流电压信号的多次反射，从而能够通过这种方式实现测量结果的进一步改进。

此外，有利地，第二连接线路与信号探测器输入端的输入阻抗彼此匹配，使得信号探测器的输入端处的反射系数最小化，尤其是零。

通过这种方式防止了从测量探针上反射并且通过第二连接线路朝着交流电压探测器引导的交流电压信号在交流电压探测器的输入端处被再次反射。通过这种方式防止了信号叠加以及第二连接线路上的多次反射。

附图说明

接下来根据实施例并参考附图对本发明进行详细描述。图中示出：

图1是物位极限开关的应用示例。

图2是具有探针的谐振特性评估的物位极限开关的框图。

图3是具有根据现有技术的远离的探针的根据图2的物位极限开关的框图。

图4是图2和图3中的物位极限开关的示例性谐振曲线。

图5是具有远离的探针的根据图2的物位极限开关的框图。

具体实施方式

附图仅是示意性地并且非比例尺的。相同的参考标号描述相同的或者类似的部分。

图1示出了作为物位极限开关和/或物位传感器的物位测量设备101的应用示例，其中，物位极限开关布置在填料表面102的上方。填料处于容器103中。如果填料表面102在测量设备101的区域中超过特定的水平(所谓的极限物位)104，那么设备发出该极限位置104已被超过的信号。为此目的，设备101通过一条或者多条线路105连接到在此没有示出的显示和/或控制单元，所述显示和/或控制单元对物位传感器101的输出信号做出响应。通过线路105还可以向物位传感器101提供电能。可替换的是，在测量设备中或者在测量设备处存在电源和/或能量存储器，例如蓄电池或者电池组的形式。在这种情况下，当传感器101将信息无线地传输给适当的对应方时，可以完全省略线路105。

物位极限开关101通常包括测量传感器(在此也同时地称为探针)106以及控制和评估电子器件107。探针106处于容器103内部，从而能够与填料接触。例如，探针表现出棒状形状，其垂直延伸度视实施例的情况而处于几毫米至几厘米的范围内。之后是同样棒形的连接件108，以用于机械地和电学地将探针106连接到控制和评估电子器件107。

然而，控制和评估电子器件107有利地布置在容器103的外部，且布置在没有详细地示出的保护外壳中。工艺匹配装置109处于控制和评估电子器件107和探针106之间，并将两个部件彼此连接并且实现与容器盖的适当装配连接。

如果在替换的容器水平110上检测极限位置104，那么必须相应地改变探针106的定位。这在图1中以虚线示出。敏感的探针106因此在容器103中进一步向下布置，由此导致探针106与控制和评估电子器件107之间的更大的间距，它们必须通过连接件108桥接。

图2在电学框图中示出了控制和评估电子器件107以及探针106。控制和评估电子器件107包括控制和评估单元201、交流电压发生器202和交流电压探测器203，控制和评估单元201启动并评估各个测量过程并将测量结果发送到外部，交流电压发生器202和交流电压探测器203二者与控制和评估单元201连接。

为了执行各个测量过程，控制和评估单元201控制交流电压发生器202，使得交流电压发生器在输出端204处提供交流电压信号。为了确定谐振点，必须改变交流电压信号的频率。输出端204与探针106的输入端205连接。交流电压探测器203的输入端206也与输入端205连接。交流电压探测器203在连接节点处检测施加到输入/输出端204，205的交流电压的取决于频率的交流电压振幅并且将其返送给控制和评估单元201。在控制和评估单元201的内部整理交流电压频率与相应的所探测的振幅之间的关系并且针对谐振点进行评估。通过配置探针106来确定谐振点。在示出的实施例中，探针由串联振荡电路形成，其包括示意性地示出的电感207和电容208。电容208是通过如下方式获得的：探针106内部的没有进一步示出的电极与周围环境构成电容器。谐振点的频率和/或振幅偏移表示填料对电容的影响并进而表示极限位置104已被超过的事实。对于振荡电路来说可替换的是，探针线路的谐振也可以用于确定极限位置104。

图3在很大程度上等同于图2的框图，但它们的区别在于，探针输入端205更加远离交流电压发生器202与交流电压探测器203的输入/输出端204，205之间的连接节点。连接件108连接这些部件并且包括电线路309。电线路309例如可以被配置成同轴线缆、双芯线缆、单芯线缆或者微带状线缆。线路长度如已经描述的那样取决于在探针106与控制和评估电子器件107之间的需桥接的间距。

图3示出了现有技术中的到目前为止作为常规方案的实施例。该解决方案(在该解决方案中，仅在探针106与输入/输出端204，206之间设置一条电线路309)的缺点在于，在电线路309的内部会出现取决于线路长度的额外谐振。该额外谐振会与源自探针的用于探测极限位置104的谐振相干涉，使得不能进行测量或者测量仅获得非常不可靠的结果。

图4示出了具有如在根据图2和3的实施例中出现的测量曲线的频率-电压图表。点线曲线401是在根据图2的布置的没有电线路309的理想条件下获得的。相反，连贯曲线402示出了根据图3的布置的被探测的交流电压振幅，该布置的电线路309具有60cm的示例性长度。对于之前的谐振测量探针106的串联谐振403，在此获得多个谐振点404，405，406。这极大地使对谐振的评估变得困难，并因而使对极限位置104是否被超过的判断变得困难。

图5示出了根据本发明的实施例的物位极限开关101的框图。连接件108包括第一线路501和第二线路502，以替代一个线路。第一线路501将交流电压发生器202的输出端204与探针106的输入端205连接，而第二线路502将探针106的输入端205与交流电压探测器203的输入端206连接。从输出端204输出并穿过第一线路501的交流电压按照取决于频率的方式或多或少地被探针106的输入端205反射。探针106的输入端205的阻抗在谐振范围内显著地改变，由此导致第一线路501和探针106的输入端205之间的阻抗匹配在原理上变得不可能。

一方面，反射的交流电压经由第一线路501返回并且由此通过前向电压和反射电压的叠加仍在交流电压发生器202的输出端204处形成额外谐振点。另一方面，在探针106的输入端处反射的交流电压通过第二线路502朝着交流电压探测器203的输入端206前进。在此，不会出现与其它电压的叠加，使得在那里观察的电压仅表现出探针106的谐振特性。然而，前提条件是被提供到交流电压探测器203的输入端206的交流电压在那里不被反射。这是通过交流电压探测器203的输入端206与第二线路502的线路阻抗的阻抗匹配实现的。此阻抗匹配例如可以通过合适的引出线或者L结构、T结构或者Pi结构的组件的匹配网络实现。

此外，交流电压发生器202的输出端204处的阻抗匹配也是必要的。为此，交流电压发生器202的输入阻抗必须在输出端204处与第一线路501的线路阻抗匹配。第一和第二线路501，502与交流电压发生器202和/或交流电压探测器203的面向控制和评估电子器件107的端部之间的阻抗匹配确保交流电压不会被多次地反射，并且因此防止了由反射的交流电压的叠加造成的额外谐振。

类似于图4的频率-电压图表，在根据图5的实施例的频率-电压图表中，谐振曲线仅包含一个类似于谐振点403的由探针106的谐振导致的谐振点。

参考标号列表

101 物位测量设备 102 填料表面

103 容器 104 物位、第一

105 线路 106 探针、测量探针、测杆

107 评估元件、控制和评估电子元件

108 连接件、连接件 109 工艺匹配装置

110 物位、第二 201 控制和评估单元

202 交流电压发生器、信号发生器

203 交流电压探测器、信号探测器

204 发生器输出端 205 探针输入端

206 探测器输入端 207 电感

208 电容 209 连接线路

401 曲线、第一 402 曲线、第二

403 谐振点、测量探针的串联谐振

404 谐振点 405 谐振点

406 谐振点 501 第一连接线路

502 第二连接线路 λ 波长