用于确定容器中的填充物质的填充水平的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在过程中确定或监测位于容器中的填充物质的填充水平的设备，包括:信号产生单元，其产生高频测量信号;接入/接出单元，其将高频测量信号接入天线单元或接出天线单元，其中天线单元具有空心导体和朝着填充物质变宽的天线元件，经由该天线单元，沿着填充物质表面方向发射高频测量信号，并且接收在填充物质表面反射的回波信号;控制/评价单元基于测量信号的行进时间确定容器中填充物质的填充水平。在天线单元中或者之上，提供过程隔离件，其对高频测量信号来说至少是大致可穿透的，并且保护接入/接出单元不受该过程的影响。
【背景技术】
[0002]雷达测量装置经由测量信号的行进时间确定容器中填充物质的填充水平。行进时间方法利用下面的物理定律:行进距离等于测量信号的行进时间与传播速度的乘积。在填充水平测量的情况下，行进距离是天线与填充物质的表面之间的间距的两倍。如果测量信号是微波的，则基于所谓的回波函数即数字包络曲线确定所要的回波信号即部分在填充物质表面反射的测量信号及其行进时间。包络曲线将回波信号的幅度描绘为“天线-填充物质表面”间距的函数。然后，可以由天线距容器底部的已知间距与从测量确定的填充物质表面距天线的间距之间的差确定填充水平。
[0003]在微波测量装置的情况下，可以区分测量装置与FMCW测量装置(频率调制连续波)，其中测量装置根据脉冲雷达方法工作，并且利用宽带高频脉冲，而在FMCW测量装置的情况下，例如通过锯齿电压周期性地、线性频率调制波长为λ的连续微波。
[0004]为了保证稳定的、较好的测量性能，将辐射及接收测量信号的天线元件和测量电子元件采用不受外部影响的过程隔离元件的密封在过程侧。取决于使用的位置，填充水平测量装置可以经受高温、高压和/或侵蚀性化学介质。作为在测量位置的支配条件的函数，对保护敏感电子器件组件的需求相对较高。
[0005]由W02006/120124A1已知一种填充水平测量装置，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，在介电填充体的外表面与邻接天线元件的内表面之间存在确定的间距。由于这种实施方式，填充体可以随着温度的增加而膨胀，因而在填充体内不会出现机械应力。
[0006]在由申请人以商标MICR0PIL0T售出的雷达测量装置的情况下，过程隔离件通常由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/或化学耐用性。而且，PTFE的优点使得堆积形成困难。如果在过程隔离件上不会出现堆积成形，则对其清除相当容易。
[0007]过程隔离件优选被均衡加压，随后通过机械处理进入最终的形状。通过高同质性区分均衡加压组件，由此可以排除由过程隔离区域中的异质性造成的传感器停工时间及测量误差。
[0008]在均衡加压过程中，利用下面的物理效应:压力沿着所有方向在液体和气体中均匀传播，并且在其所暴露的区域上产生力，该力与该区域面积成正比例。在PTFE处理的情况下，橡胶模填充有塑料粉末或颗粒塑料，特别是PTFE粉或PTFE颗粒，然后使液体紧闭进入加压设备的压力容器。该压力经由压力容器中的液体作用在橡胶模的所有侧面，均匀地压缩封闭的PTFE粉。在加压之后，从橡胶模去除PTFE模制部件，并且在烧结炉中烧结。
[0009]均衡加压的PTFE过程隔离的缺陷在于PTFE是相对昂贵的。PP粉及相应的PP颗粒材料比PTFE颗粒材料及相应的PTFE粉便宜大约10倍。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种用于填充水平测量装置的节省成本的过程隔离件。
[0011]该目的由下面的特征实现，该特征包括:过程隔离件是均衡加压的模制部件，其由具有不同的物理和/或化学特性的至少两种塑料制成，其中在过程隔离件的相应限定区域中装有至少两种塑料中的每一个。
[0012]优选地，两种塑料包括具有第一介电常数的第一塑料和具有第二介电常数的第二塑料，其中两个介电常数至少是近似相等的。本实施方式的优点在于:微波至少近似无扰动地穿过过程隔离。
[0013]将过程隔离件实施为一个单元。位于过程隔离件的不同区域中的至少两个不同的塑料以均衡加压方法彼此连接;然后将加压单元烧结并且机械加工。当然，在两个不同塑料的过渡区域中，可以找到两种塑料的颗粒。
[0014]在本发明设备的优选实施方式中，将过程隔离件实施为气密的。气密的过程隔离件防止过程的气体进入测量装置的电子设备区域中。
[0015]而且，连同本发明的解决方案一起提供:第一塑料具有比第二塑料更高的温度、压力和/或化学耐用性。特别地，将具有更高的温度、压力和/或更高的化学耐用性的第一塑料布置在过程隔离件的限定区域中，该区域面对该过程或接触该过程。在这种连接中，对于成本原因特别有利的原因在于:将布置第一塑料的限定区域实际实施为表面层。
[0016]优选地，第一塑料的表面层的厚度达到λ/4。在这种情况下，λ是高频测量信号的波长(FMCW方法)或者高频测量信号的脉冲的中心波长(脉冲雷达方法)。这种实施方式是有利的，并且消除了在两种塑料之间界面出现的相位跃变，当在其介电常数中不同时。
[0017]本发明设备的实施方式的有利形式提供:过程隔离件包括衬垫，其由第一塑料或第三塑料组成，该第三塑料与第一塑料相比具有更高的温度、压力和/或化学耐用性，其中衬垫的直径大于天线元件的最大直径。
[0018]有利地，第一塑料或第三塑料是PTFE或PEEK，而将相对节省成本的ΡΡ用作第二塑料。同样，可以使用PFA(全氟烷氧基-共聚物)。塑料、聚四氟乙烯和全氟烷氧基-共聚物具有较好的化学和物理特性，有助于其应用于过程隔离。需要提到的是可以抵抗几乎所有化学物的耐用性、非常高的耐温性、较好的微波传递系数以及较好的HF性能。
[0019]优选的是PTFE和PP的结合，其中在面向过程的、相应的介质接触区域中的过程隔离设置相对昂贵的PTFE，由于其较高的温度和压力阻抗，且由于其较高的化学耐用性，而远离过程区域的过程隔离由更加节省成本的PP组成。而且，两种塑料的结合的优点在于:在两种塑料的过渡区域中不会出现不希望有的微波反射，由于两种塑料的介电常数几乎相等。
[0020]当在更高的温度应用测量装置时，特别有利的是另一种结合由PEEK和PTFE组成。PEEK比PTFE更加温度稳定，并且比PFE更不倾向于流动。因此，在过程隔离的边缘区域，特别是衬垫区域中使用PEEK，而衬垫内的过程隔离基本上由PTFE组成。
[0021]如果用于过程隔离件的塑料的介电常数是不同的，则在过渡区域中出现相位跃变。在这种情况下，可以应用适当的测量，例如形成两种塑料中的一个的涂层厚度，使得移位实际上对应于λ/4或λ/4的整数倍，其中λ是微波的频率或微波脉冲的中心频率。由于所谓的λ/4波片的相移的影响，相移的微波相消干涉。
[0022]而且，有利地将导电颗粒引入第一塑料和/或第三塑料中，因而引入过程接触方式布置的塑料中。采用这种方式，防止了过程隔离件的充电，这对在爆炸危险区域中使用是特别重要。
[0023]可以如下地实现高频匹配的最佳方式:经由一个或多个层形成的λ/4变压器，在高介电常数的填充材料中发射从自由空间(DK=1)或空气到填充有介电材料特别是塑料的天线单元3中特别是到喇叭天线，或到喇叭天线的空心导体4中的高频转换，其中在每种情况下，各层的介电常数位于介电填充材料和空气的介电常数之间。在每种情况下，各层的厚度优选达到λ/4或者λ/4的整数倍。通过均衡加压具有相应厚度的不同塑料的多个层，可以特别简单且节省成本地制造对高频测量信号来说是透明的过程隔离10。
【附图说明】
[0024]现在基于附图更详细地解释本发明，其中:
[0025]附图1是本发明设备的实施方式的第一形式；
[0026]附图2是本发明设备的实施方式的第二形式；以及
[0027]附图3是本发明设备的实施方式的第三形式。
【具体实施方式】
[0028]附图1示出本发明设备的实施方式的示意图。填充物质7存在于容器8中。用于确定填充物质7的填充水平的是填充水平测量装置17，其安装在容器8的盖16的开口 19中。经由天线单元3，沿填充物质7的表面6方向福射信号产生单元1所产生且经由接入/接出单元2连接的测量信号。发送的信号在表面6上部分反射作为回波信号。回波信号由天线单元3接收，再经由接入/接出单元2接出，并且在控制/评价单元9中评价。与控制/评价单元9相结合的是延迟电路，例如，如在DE3107444A1中描述的。经由发射-接收