确定或监测容器中介质的料位的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定或监测容器中介质的料位或者预定限位的设备。
【背景技术】
[0002]申请人制造和销售了大量的用于工业自动化的料位测量装置。
[0003]各种测量原理被应用于确定容器中介质的料位。例如，超声波或者雷达测量装置通过超声波或者微波信号的行进时间而确定容器中的填料的料位。在这些所谓的行进时间方法的情况下，采用行进距离等于行进时间乘以波的传播速度的乘积的物理定律。在料位测量的情况下，行进距离相应于天线和填料的表面之间的间距的两倍。然后，能够从天线与容器底部的已知间距和通过测量确定的填料的表面与天线的间距之间的差确定料位。
[0004]当雷达料位测量装置被应用于小容器，尤其是小于Im的容器时，雷达料位测量装置的缺点变得明显。位置分辨率、测量的精度相对地小，并且空白距离大。在这种情况下，术语“空白距离”的意思是离天线的最小距离，之后一一考虑到天线的辐射特性一一开始可能可靠地测量。能够通过适当的信号调节，例如通过使用重现性导波传播而部分地补偿空白距离的影响。相应的料位测量装置为TDR(时域反射技术)装置。
[0005]激光测量装置也能够被应用于测量小距离，但是其实现昂贵。
[0006]还有被应用于料位测量的是电容式测量探头和流体静力学压力探头。在电容式测量探头的情况下，探头上的沉积物能够降低测量的精确性。流体静力学压力探头受尤其是在填充小型容器的情况下发生的压力变化的影响相对地强。此外，存在用于确定料位的间接方法。在这一点上，值得一提的例如为置于输液袋上的计滴器。
[0007]—种用于料位测量的成本有效系统由响应于容器的相应限定高度范围的多个互相互连的限位开关组成。如果在容器的高度上分布有固定数目的限位开关，则容器越大，测量不精确性越大。在应用11个限位开关的情况下，系统能够以10%的步骤求解。另外，依赖于测量方法，多个限位测量点能够昂贵；同样地，依赖于原理，多个限位测量点能够彼此影响。
【发明内容】
[0008]本发明的目标在于提供一种用于确定容器尤其是小型容器中的介质的料位或者限位的设备。
[0009]通过一种确定或监测容器中介质的料位或者预定限位的设备实现该目标，该设备包括:
[0010]自激发系统，该自激发系统由下列组件组成:
[0011]-用于产生预定频段内的电磁波的振荡产生单元，
[0012]-具有电极的至少一个传感器，其中传感器被布置成关于容器的纵轴成预定角度，其中电极被供以电磁波，其中该至少一个传感器被相对于介质布置使得在介质的界面处反射的电磁波的相位在介质的影响下改变，和
[0013]-反馈回路，该反馈回路将电磁波反馈给至少一个传感器，由此确定自激发系统的频率，
[0014]频率检测器，该频率检测器记录电磁波的频率，和
[001 5]评价单元，该评价单元基于所记录的频率确定介质的相对介电常数(DKmeas )或者渗透率，并且基于介质的所确定的相对介电常数(DKmeas)和/或渗透率而确定容器中的介质的料位或预定限位的到达。
[0016]折射率是电磁波在真空中的光速与在介质中的传播速度的比率。复折射率涉及电容率和渗透率。在这种情况下，电容率(permittivity)是材料在电场中的渗透率的测量值，并且渗透率是材料在磁场中的电容率的测量值。电容率和介质电导为同义词。相对电容率也被称为电容率，或称介电常数描述了相对于真空电容率的介质电容率。通过渗透率而将磁性材料分为反磁性、顺磁性或者铁磁材料。
[0017]虽然在下文中，几乎排它性地涉及测量相对介电常数，但是也能够类似地采用本发明的设备，以便在相应介质的情况下通过渗透率测量而检测料位。
[0018]优选地，传感器由布置在绝缘材料上的电极组成；电极和绝缘材料形成测量元件。
[0019]本发明的解决方案的有利实施例提供了传感器或者测量元件被布置在容器的内壁上、容器的外壁上或者介质内。同样地，传感器或测量元件能够为容器壁整体的部分。由于微波穿透例如塑料囊袋，所以传感器或测量元件能够附在由塑料制成的容器的外壁上。当然，本发明的设备被实施成该设备在容器的整个料位上延伸，或者该设备较短，并且仅覆盖最大料位的一部分，例如O % -50 %或者60..100%。此外，本发明的设备也能够被用作限位开关。
[0020]本发明的设备也能够被称为微波谐振器。根据在与介质的界面处起主导作用的条件，本发明的设备能够提供关于介质的电或者磁特性，或是变化的电或者磁特性的信息。
[0021]自激发系统以处于微波区内的限定振荡频率按稳定状态振荡。例如微波谐振器的自激发系统的振荡频率依赖于介质界面处的折射率，其中微波谐振器必须相对于界面被布置成使得振荡频率受介质的特性影响。因而，微波振荡器必须被布置成紧邻介质或者在介质内。在这种情况下，当介质具有高介电常数时，壁体的厚度能够更大。本发明相关的测量的是振荡频率或是受介质影响而导致的频率变化。为此，优选地，频率计数器也被应用为频率检测器。
[0022]本发明的设备的有利实施例提供了自激发系统可在其中振荡的频段处于传感器的本征频率之外。通过传感器的几何尺寸或在传感器内反射的电磁波的行进时间而确定传感器的本征频率。这样，自激发系统具有低品质因数:这对于自激发系统非常有利。此外，源自本征频率的频率防止传感器起天线作用以及接收或者辐射大能量部分。因而降低了干扰。优选地，在本发明的设备中应用下列操作或振荡频率:2.4GHZ、433MHZ、866MHZ或者5.8GHz。非常一般地，能够应用300MHz至至少30GHz的频率范围内的至少每个频率。
[0023]然而，本发明的设备能够优选地但是不排他地用于确定小型容器中的料位。术语“小型容器”的意思尤其是具有纵向延伸为小于或明显小于Im的容器。确定小料位在许多应用领域非常重要。重要的应用领域为医疗技术和制药工业。在制药工业中，日益存在药物的生产通过生物工艺方法以小批量发生的趋势。能够非常成本有效地实施本发明的解决方案，所以也优选地可应用于一次性容器，尤其是一次性袋子如输液袋、废物袋或者过程容器。通过对一次使用后的容器的处理，能够避免为了另外使用而消毒。由于本发明的设备或如上文所述的测量元件或者传感器也能够安装如外部粘附在容器上，所以在不同容器上重复地使用也变得可能。同样地，可易于实施再循环。
[0024]其它应用用于其中通过应用化学、物理或者生物程序而由原材料或者开始材料制成产品的化学过程，以及用于食品工业。从2012年5月9日的DE 10 2012 104 075A1已知一种如此敏感以致能够结合本发明应用的传感器。DE 10 2012 104 075A1的相应公开(未预公开)将被添加至本发明的公开。
[0025]本发明的设备的有利实施例提供评价单元根据下列公式计算绝对的或者相对于容器的料位最大高度的料位:
[0026]h=[DKmeas-DKATM]/[DKM-DKATM]，或
[0027]H= [DK meas —
[0028]其中，DKmeas表不传感器测量的相对介电常数，DKatm表不介质表面之上的区域中的气相的相对介电常数，DKm表示介质的相对介电常数，h表示料位的确定高度，并且H表示容器内的料位的最大高度。
[0029]在本发明的设备的有利进一步发展中，假设预先确定介质的相对介电常数。这在许多应用中是可能的，不存在问题，因为介质的组分是众所周知的并且恒定。可替选地，一种选项在于提供第一参考传感器。优选地，第一参考传感器被实施成为类似于本发明的用于料位测量的传感器。第一参考传感器被至少临时布置成与容器中的电极的整个纵