用于监控预定料位的装置制造方法

用于监控预定料位的装置制造方法
【专利摘要】一种用于监控容器(2)中介质(3)的预定料位的装置(1)，包括机械可振荡单元(11)、用于激励机械可振荡单元(11)以执行机械振荡并接收机械可振荡单元(11)的振荡的驱动/接收单元(13)，以及用于产生电激励信号并评估电接收信号的电子单元(14)。本发明的特征在于包括：电子单元(14)实施成借助驱动/接收单元(13)激励机械可振荡单元(11)以执行在具有离散、顺序地接续的激励频率的固定预定窄频带内的机械振荡，其中频带包含在标准条件下的振荡情况下机械可振荡单元(11)的共振频率，以及电子单元(14)实施成检测在预定频带内，其振幅超过预定阈值的机械可振荡单元(11)的振荡是否发生。
【专利说明】用于监控预定料位的装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于监控容器中介质的预定料位的装置，包括机械可振荡单元、用于激励机械可振荡单元以执行机械振荡并接收机械可振荡单元的振荡的驱动/接收单元，以及用于产生电激励信号和评估电接收信号的电子单元。预定料位是被监控的容器中流体或散装货物的最高或最低限位。

【背景技术】
[0002]电子振动测量设备频繁用于检测气体、液体及散装货物，该电子振动测量设备检测诸如例如可振荡单元的频率或振幅的振荡特征的变化。用于检测液体的是振荡叉的形式的可振荡单元最通常，其振荡频率被评估。这种测量设备通过 申请人:以很多变型以商标Liquiphant生产和销售。为了记录最高限位，记录振荡频率并与预定限制值比较。如果超过了限制值，则测量设备切换成覆盖状态。除了液体的最高或最低限位外，根据振荡特征还可确定密度或粘度。
[0003]已知用于散装货物的限位测量是具有呈杆的形式或呈叉子的形式的可振荡单元的测量设备。这种测量设备可从 申请人:以商标Soliphant购得。特别地，由于当有介质覆盖时在气体介质中振荡的可振荡单元的振幅由于机械损失衰落，在这种情况下评估可振荡单元的振荡的振幅。
[0004]一般说来，振荡激励借助振荡电子电路发生，该振荡电子电路从可振荡单元的接收信号产生激励信号。该振荡电子电路包括至少一个频率滤波器、移相器和信号放大器，和可振荡单元总是激励成共振的效果。
[0005]为了确保振荡，即使在较强阻尼的振荡系统的情况下，振荡电子电路必须呈现在很宽的频率范围内的稳定相移和高动态范围。此外，需要确定相移和振幅的精确部件，以即使在相位特征变化，例如由于非牛顿液体，的情况下确定正确的切换行为。所述需求导致复杂结构的传感器和电子器件。


【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供电子振动限位记录的有成本效益的装置。
[0007]该目的通过特征实现，特征包括:电子单元实施成借助驱动/接收单元激励机械可振荡单元以执行在具有离散、顺序地接续的激励频率的固定预定窄频带内的机械振荡，其中频带包含在标准条件下的振荡情况下机械可振荡单元的共振频率，以及电子单元实施成检测在预定频带内，其振幅超过预定阈值的机械可振荡单元的振荡是否发生。
[0008]术语，在标准条价下的共振频率，在这里及以下的意思是在标准压力及在例如20°C的室温下在空气中振荡的共振频率。在制造期间，可为可振荡单元的某一实施例计算或确定在标准条件下的共振频率。频带是窄的，激励信号的频率位于该频带内，用于激励可振荡单元以执行振荡，即，其仅包括在标准条件下的共振频率附近的狭窄区域中的频率。术语，窄频带意思是包括偏离在标准条件下的共振频率最多15%，优选地最多5%的频率的频率范围。从不利用这样的频率产生激励信号，通过该频率，固体或液体介质中的振荡在完全浸入的可振荡单元的情况下是可激励的。
[0009]根据本发明，电子单元以这样的方式实施，使得其借助最小带宽的频率扫描激励可振荡单元以执行仅在频率范围内的振荡，未完全浸入所检测的介质中的可振荡单元的共振频率位于该频率范围内。在实施例中，频率范围仅包括对应于空气和其它气体中的共振频率的频率。在另一实施例中，频率范围补充地包括频率，通过该频率，可振荡单元在仅部分地、特别是仅稍微地浸入介质或稍微覆盖有堆积的介质时振荡。如果可振荡单元至少基本上没有被所检测的介质覆盖，则可振荡单元以超过预定限制值的振幅振荡。电子单元优选地仅检测这种振荡是否发生并相应地产生开关信号，该开关信号告诉所监控的预定料位是否已达到。由于，在这种情况下，自由振荡状态对应于正常状态，因此装置特别适合作为用于监控最高允许的料位的所谓的最高开关。为了检测所监控的料位的达到，没有检测到振荡，这是具有高可靠性的可能性。然而，原则上，相反的情况也是可能的，在该情况下，当未超过预定最低料位时，检测到振荡发生。
[0010]在装置的实施例中，电子单元检测驱动/接收单元的电接收信号的振幅并将其与预定限制值比较。接收信号的振幅的限制值以这样的方式形成，使得其位于产生的信号噪声之上，并在共振振荡情况下被超过。
[0011]在实施例中，频带包括在标准条件下的共振频率的85%和105%之间，特别是在95%和102%之间的频率。在温度变化的情况下，振荡单元的共振频率也变化。频带以这样的方式选择，使得其在一方面，包括伴随来自装置指定的温度范围的温度的所有共振频率，以及，在另一方面，尽可能窄。此外，频带能以这样的方式预定，使得仅与完全未覆盖的可振荡单元相关联的共振频率位于激励的频带范围内，或频带以这样的方式选择，使得激励频带还包括在可振荡单元稍微浸入介质或稍微覆盖有堆积物的情况下发生的频率。在后一种情况下，提高了装置的可用性而没有降低安全性。
[0012]在实施例中，电子单元以这样的方式加以配置，使得每秒钟经过频带多次。为此，频带的个别激励频率之间的对应步宽预定为频带宽的函数。因此，装置可特别快速地显示所监控的料位的达到。优选地，电子单元连续产生激励信号，使得可振荡单元通过频率扫描连续激励以执行振荡。在这样的情况下，在每一种情况下，频带可沿同一方向经过，即，在每一种情况下，通过增加或降低频率经过，或者轮流沿不同方向经过。
[0013]在实施例中，电子单元实施成用在第二预定频带内的频率激励机械可振荡单元，其中，第二预定频带的频率位于第一预定频带的频率之上，并实施成检测其振幅超过预定阈值的在第二频带内的振荡。对于其中振幅超过阈值的这种情况，电子单元产生警报信号。
[0014]在第二频率范围内的频率扫描用于腐蚀检测。如果在第一频带内没有检测到振荡，则电子单元实施在第二频带内的频率扫描用于腐蚀检测。这里，电子单元还将驱动/接收信号的电接收信号与位于噪声水平之上的预定阈值比较。如果在该第二区域中也没有振荡，则所监控的最高限位已达到或测量设备出现了故障。如果电子单元在第二频带内检测到振荡，则可振荡单元的共振频率由于腐蚀而偏移，且装置发出警报信号，因为，在这种情况下，至少可振荡单元必须更换。
[0015]在优选实施例中，第二频带包括在标准条件下的共振频率的105%和107%之间的频率。
[0016]在实施例中，电子单元至少部分地实施为微控制器。在特别简单的实施例中，电子单元仅或至少基本上由微控制器组成。测量设备的其它部件包括:例如，能源供应或连接到外部布置的能源供应的装置，例如以4-20mA信号的形式输出指示料位的开关信号的信号输出，以及优选地至少一个发光二极管，该发光二极管光觉显示开关状态或测量设备的故障状态，例如，已发生腐蚀。仅具有微控制器的实施例是特别有成本效益且容易实施的，该微控制器产生驱动/接收单元的激励信号并评估用于确定达到预定料位的驱动/接收单元的接收信号。
[0017]在优选实施例的情况下，驱动/接收单元包括至少一个压电元件。例如，其是具有发送元件和接收元件的压电堆叠驱动，或双压电晶片驱动。驱动/接收单元还可磁电地或磁致伸缩地实施。
[0018]实施例提供实施为振荡叉、杆、膜片或隔膜的可振荡单元。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]本发明现将根据附图更详细地加以解释，其附图如下所示:
[0020]图1:示意性的电子振动料位测量设备；
[0021]图2:图1所示的测量设备的电子单元的框图。

【具体实施方式】
[0022]图1示出了本发明的电子振动测量设备1，在该情况下，电子振动测量设备I安装在容器2上。容器2部分地充有液体3，参照最高允许限位监控其料位。同样地，然而，测量设备I还适合监控散装货物的料位。测量设备I安装到容器2的壁中对应于所监控的料位的高度处，其中测量设备I基本上仅通过可振荡单元11向内突入到容器2中，而壳体12保留在容器2的外部。电子单元14容纳在壳体12中，该电子单元通过电发送线路15及通过电接收线路16与驱动/接收单元12相连。根据驱动/接收单元13的实施例，发送线路和接收线路还可实施为共用的发送和接收线路。驱动/接收单元13与可振荡单元11机械耦合并用于激励该可振荡单元以执行机械振荡以及用于接收机械振荡。
[0023]可振荡单元11是叉状的，其中两杆状或桨叶状叉固定到隔膜或膜片上。隔膜末端地密封至少部分管状壳体12。例如EP 985916 BI中公开了所谓振荡叉的有利实施例。在测量设备I的另一实施例(未示出)中，可振荡单元11仅由隔膜组成，或者，可替代地，可振荡单元11实施为所谓的单杆。一般说来，单杆设计包括管状外部元件和杆状内部元件，其中内部元件与外部元件耦合并用于振荡系统的机械退耦，使得基本上没有力作用在容器的固定件上。例如，公开EP 1616156 Al中描述了优选的单杆。
[0024]驱动/接收单元13优选地实施为压电变送器单元。然而，驱动/接收单元还可以是磁电或磁致伸缩驱动，或不同实施的驱动和接收单元的组合。以不同形式的实施例的电子振荡设备的压电驱动/接收单兀13从现有技术中充分已知。基本上，存在一个压电的技术和两个压电的技术之间的不同，其中两个技术同样适合本发明的测量设备I。
[0025]在一个压电的技术的情况下，同一压电元件用作激励机械可振荡单元11以执行振荡的发送元件，且用作接收机械振荡并将其转换成可被读出的电信号的接收元件。压电元件优选地是圆盘状的并例如借助粘合剂表面地固定到可振荡单元11。在有利变型中，圆盘状压电元件分成四段以形成两个发送电极和两个接收电极，这些电极基本上位于相互相对的点。EP 1281051 BI中描述了这种形式的实施例。
[0026]在两个压电的技术的情况下，分别实施发送元件和接收元件。在振荡叉的变型中，多个发送元件和接收元件在预应力下堆叠布置在壳体12中的固定装置和叉状可振荡单元11的隔膜之间。例如，EP 1261437B1公开了这种构造的示例。
[0027]电子单元14通过以频率扫描的方式供应其电交变电压信号控制驱动/接收单元13。
[0028]图2以框图的方式示出了图1所示的测量设备I的电子单元14的构造。优选地，数字地实施电子单元14，其中，补充地，某些模拟部件有利于信号调节。例如，电子单元14是微控制器。
[0029]扫描发生器41产生驱动/接收单元13的激励信号，其中激励信号的频率位于被扫描发生器41经过的固定预定频带内。从而，具有顺序地接续的离散频率的电信号供应给驱动/接收单元13。在这种情况下，频带包括在标准条件下(即，在标准压力和室温下的空气中)的可振荡单元11的共振频率，以及位于该共振频率附近的狭窄区域中的频率。
[0030]频带的上限频率对应于出现在指定温度范围和指定压力范围内的可振荡单元的最高共振频率；下限频率相应地对应于出现在这些范围内的最低共振频率。指定温度范围是测量设备I可应用在其中的温度范围，或至少是测量设备I通常应用在其中的范围。例如，指定温度范围从-50°c扩展到+150°C。优选地，对于所述温度范围，扫描发生器14产生的频率位于在标准条件下的共振频率的-5%至+5%、优选地-3.5%至+3.5%、特别地-3%至+2%的区域内。在实施例中，在覆盖有轻微的堆积物或稍微浸入介质中的可振荡单元11还应显示为“未覆盖”的情况下，下限频率位于例如在标准条件下的共振频率的-15%的较低频率。例如，频率扫描的最佳频率范围的选择依赖于可振荡单兀11的材料。
[0031]扫描发生器41的扫描带宽是可固定预定的，或根据测量设备I的应用可单独调节。这种调节通过电子单元14的数字实施例可特别简单地实施。因此，扫描带宽最佳地对于各种情况的使用是可预定的。特别对于其中测量设备I应用在仅很窄的温度范围内的情况，扫描带宽可选择成相对狭窄，使得经过频带所需的时间可最小化。
[0032]扫描发生器41产生具有离散激励频率的激励信号。扫描发生器通过其经过频带的步宽以这样的方式选择，使得在几百毫秒内经过整个频带。优选地，使用连续激励，即，每次经过直接接着频带的下一次经过。因此，在适当选择步宽的情况下，每秒至少两次、优选地三次或三次以上的经过发生。扫描发生器41经过预定频率范围越快，响应信号越快地可用，且可越快地对所监控的料位的达到作出反应。
[0033]频带可通过增加或降低频率经过。在实施例中，沿降低方向的激励紧随沿增加方向的激励。然而，沿同一方向的连续激励同样是可能的。
[0034]在现有技术中，一般说来，振荡激励通过振荡电路发生，其中接收信号被调节并反馈回到驱动/接收单元13。在这种情况下，输出信号获得相对于接收信号的预定相移。以这样的方式获得具有相应当前共振频率的受控强制激励。相反地，在这种连接中，本发明中的可振荡单元11从不通过不适宜的相位关系强制振荡。激励信号独立于接收信号产生，即，没有反馈。不主动地定位共振频率，而相反，仅检查共振频率是否位于预定频带内。
[0035]如果可振荡单元11位于空气中或某一其它气体中，则可振荡单元11的当前共振频率位于频带内，扫描发生器41通过该频带产生激励信号。将电激励信号转换成机械运动的驱动/接收单元13将可振荡单元11激励成共振振荡。这些通过它们的高振幅加以区分，高振幅在驱动/接收单元13的电接收信号中显现出。因此，振幅的评估最适于检测共振振荡。然而，对于评估，没有定位共振频率并测量在该频率下的振幅，而相反，参照振幅整体评估在扫描经过的情况下接收的接收信号。用于评估接收信号的部件实施成检测在激励频带内共振振荡的存在，其中振荡在哪一个频率下发生是不相干的。关于在激励频带内存在共振振荡的唯一信息足以能够可靠地确定可振荡单元11不接触所检测的介质。
[0036]用于评估接收信号并产生输出信号的电子单元14的部件是滤波器单元42、触发器单元43和输出级44。滤波器单元42例如将来自接收信号的信号滤波，该信号产生于容器或邻接管线中的不想要的振动。滤波器单元42提高了信噪比。例如，滤波器单元42包括整流器和平滑接收信号的至少一个部件。在实施例中，滤波器单元42通过模拟部件实施，而剩余的功能元件优选地数字地实施为微控制器的功能。通过滤波器单元42调节的接收信号送到微控制器。
[0037]触发器单元43将接收信号的振幅与预定阈值比较并产生输出信号，其值依赖于是超过还是未超过阈值。阈值以这样的方式设定，使得超过阈值意味着自由振荡的可振荡单元11。在测量设备I安装成检测最高料位的情况下，超过阈值对应于正常状态。如果可振荡单元11覆盖有所检测的介质，则由于共振频率的偏移相关的介质而导致在激励频率范围内没有更多的共振振荡且不再超过阈值，由此，触发器单元43的输出信号变化。
[0038]触发器单元43的输出信号送到输出级44作为控制信号。例如，输出级44实施为继电器。输出级44发出开关信号，这表明可振荡单元11是被所检测的介质覆盖还是没有接触所检测的介质，即所监控的液位是否已达到。该开关信号表示测量设备I的输出信号且例如可转发到控制室或下游现场设备，例如，还作为泵或阀的控制信号。
[0039]由于仅激励并评估自由振荡的共振振荡或者至少基本上自由振荡的可振荡单元11，因此所检测的介质中的共振振荡对于本发明的振荡激励和评估是不相干的。因此，通常多数地出现在电子振动测量设备I的电子部件，即，那些用于获得在如所需密度或粘度的介质中的共振振荡的电子部件可省略。这不仅节省了空间而且也节省了成本。此外，本发明的电子单元14的实施例使得能够非常快速地检测所监控的料位的达到。以这样的方式，在给定的情况下，可及时实施诸如停止进一步供应介质的所需措施。此外，测量设备I还可应用为监控最低料位的最低开关。
[0040]在实施例中，对于其中没有共振振荡出现在激励频带内，即接收信号没有超过阈值的情况，扫描发生器41产生具有在第二频带内的频率的激励信号。类似于第一频带，扫描发生器41经过具有顺序地接续的离散频率的第二频带。第二频带邻接在第一频带之上，即，其包括位于第一频带的上限频率之上的频率。第二频带还可布置成与第一频带间隔开，使得扫描发生器41不会产生的其它频率位于第一频带的上限频率和第二频带的下限频率之间。
[0041]通过用相对于第一频带较高的频率在第二频率范围内激励可振荡单元11，使得在可振荡单元11中能够检测腐蚀发生。腐蚀导致共振频率增加，使得具有增大的腐蚀的可振荡单元11的共振频率从被频率扫描覆盖的频率范围漂移开。通过激励第二频带，这种共振振荡偏移相关的腐蚀是可检测的。因此，在第一频带中消失振荡的情况下，可区分没有振荡是由覆盖有所检测的介质还是测量设备失灵引起的，或者，相反，是归因于腐蚀。在检测到第一频带中没有振荡之后，或者，在较长一段时间上第一频带中没有振荡发生的情况下，腐蚀检查借助在第二频带内的激励可以以一定的时间间隔重复地直接实施。
[0042]第二频带的优选区域从对应于在标准条件下的共振频率的105%的下限频率扩展到对应于该共振频率的170%的上限频率。
[0043]腐蚀警报可例如借助发光二极管或借助电输出信号以光信号的形式显不。在实施例中，通过输出级44输出的输出信号包含作为第一信息的限位和作为第二信息的关于腐蚀是否发生的声明。例如，测量设备I可表明没有达到限位且可振荡单元11自由振荡，但然而，腐蚀已发生。在另一实施例中，在腐蚀的情况下，产生同一输出信号，该输出信号在达到限位的情况下同样产生并通过第二信号输出输出信号，该信号指示存在腐蚀或，更一般地说，测量设备I需要维护。
[0044]附图标记列表
[0045]I测量设备
[0046]11可振荡单元
[0047]12 壳体
[0048]13驱动/接收单元
[0049]14电子单元
[0050]15发送路径
[0051]16接收路径
[0052]2 容器
[0053]3 液体
[0054]41扫描发生器
[0055]42滤波器单元
[0056]43触发器单元
[0057]44输出级
【权利要求】
1.一种用于监控容器(2)中的介质(3)的预定料位的装置(1)，包括机械可振荡单元(11)、用于激励所述机械可振荡单元(11)以执行机械振荡并接收所述机械可振荡单元(11)的振荡的驱动/接收单元(13)，以及用于产生电激励信号并评估电接收信号的电子单元(14)， 其特征在于: 所述电子单元(14)实施成借助所述驱动/接收单元(13)激励所述机械可振荡单元(11)以执行在具有离散、顺序地接续的激励频率的固定预定窄频带范围内的机械振荡，其中所述频带包含在标准条件下的振荡情况下的所述机械可振荡单元(11)的共振频率， 以及所述电子单元(14)实施成检测在所述预定频带内其振幅超过预定阈值的所述机械可振荡单元(11)的振荡是否发生。
2.如权利要求1所述的装置， 其特征在于: 所述电子单元(14)检测所述驱动/接收单元(13)的所述电接收信号的振幅并将其与预定限制值比较。
3.如权利要求1或2所述的装置， 其特征在于: 所述频带包括在标准条件下的所述共振频率的85%和105%之间，特别是在95%和102%之间的频率。
4.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述电子单元(14)以这样的方式加以配置，使得每秒钟经过所述频带多次。
5.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述电子单元(14)实施成用在第二预定频带内的频率激励所述机械可振荡单元(11)，其中，所述第二预定频带的频率位于所述第一预定频带的频率之上，并实施成检测其振幅超过预定阈值的在所述第二频带内的振荡，以及 对于其中所述振幅超过所述阈值的这种情况，所述电子单元(14)产生警报信号。
6.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述第二频带包括在标准条件下的所述共振频率的105%和107%之间的频率。
7.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述电子单元(14)至少部分地实施为微控制器。
8.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述驱动/接收单元(13)具有至少一个压电元件。
9.如前述权利要求中的任一项所述的装置， 其特征在于: 所述可振荡单元(11)实施为振荡叉、杆、膜片或隔膜。
【文档编号】G01F25/00GK104246454SQ201380016866
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月22日 优先权日:2012年3月26日
【发明者】谢尔盖·洛帕京, 萨沙·德安热利科, 亚历山大·米勒, 福尔克尔·德赖尔 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司