填充水平测量装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量容器中的液体材料的填充水平的填充水平测量装置，包括至少两个柔性丝探头(flexiblewireprobe)，其延伸到容器中，并且用于引导填充水平测量装置中的信号发生器产生的电磁测量信号，还包括端部配重，所述端部配重与所述至少两个柔性丝探头相连，并且被实现为使得其用于向材料界面或从材料界面向所述至少两个柔性丝探头的每一个的长度的至少一部分上施加轴向拉力，所述材料界面的距离待确定。

背景技术：

本发明意义上的测量装置不应被理解为仅限于硬件部件的一体集合，而也可以是在空间上分离的单元的系统。测量装置可以被视为包括变换器(transducer)和变送器(transmitter)，其中变换器用于将过程变量(诸如一个罐中的材料的填充水平)转换为电信号，并且其中变送器用于采样和处理这个电信号，以产生与要被测量的物理状态对应的过程变量的值。如情况需要，变送器可能进一步用于发送和/或记录所确定的过程值，以便进一步使用。变换器一般包括微处理器和/或微控制器以及各种其它电气和电子电路。变换器和变送器可被集中于单个一体装置上，或它们可能在空间上分离。当它们在空间上分离时，提供用于在变换器和变送器之间传输数据和/或能量的一些类型的通信路径，诸如例如电缆或无线通信链路。由于在某些情况下变换器用于预处理测量信号且有时甚至包括微处理器，所以并不总是很严格地应用变送器和变换器之间的区别。

在其中集中所发送的微波能量是有利的，使得可以避免信号损失且能获得改进的对填充水平的灵敏度的应用中，具有柔性丝探头的填充水平测量装置用于测量容器中液体材料的填充水平。也可以使用柔性丝探头进行容性填充水平测量。本申请人提供能使用这两种测量原理的填充水平测量装置。

一般来讲，包括有柔性丝探头的填充水平测量装置将包括用于柔性丝探头的端部配重，其用于在容器中定位丝探头。探头因此处于预订量的拉力下，并垂直取向。施加在柔性丝探头上的拉力用于基本消除丝探头上的任何不满意的弯曲或曲线。

当填充水平测量装置包含多于一个柔性丝探头时，探头通常附接到单个端部配重，以形成由柔性丝探头覆盖的测量范围的限定的端部。

然而，为了确保每个探头受到端部配重预定的轴向拉力，探头必须制成使其长度基本相等。这需要非常高的制造精度。

例如，也可以如在德国专利公开de000010009067a1中公开的那样在安装后缩短探头之一，其中，指定了具有电缆探头的测量装置，并且给出了由此可以由最终用户以简单的方式缩短电缆探头的方法，其中这种调整可以在现场进行，而不使用任何特殊工具或其它制造商特定的工具。

当两个或更多个柔性丝探头连接到同一个端部配重时，可能出现的另一个问题是，柔性丝探头可能被扭曲，因而使得当它们连接到端部配重上时，包含了不期望的旋转拉力。这种扭曲在某些情况下可能会影响丝探头的长度。当多于一个柔性丝探头附接到端部配重时，无法释放该旋转拉力，并且在某些情况下，其可能会抑制端部配重在容器内定位该柔性丝探头时的有效性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于在填充水平测量装置中配重柔性丝探头的布置，其中柔性丝探头以预定的取向定位。

本发明的目的是使用一种用于测量容器中的液体材料的填充水平的填充水平测量装置来实现的，其包括至少两个柔性丝探头，其延伸到容器中，并且用于引导和/或提供有由填充水平测量装置的信号发生器发生的电磁测量信号；还包括端部配重，所述端部配重与所述至少两个柔性丝探头相连，并且被实施为使得其用于向至少两个柔性丝探头的每一个上的至少一部分长度施加轴向拉力，其中该所述至少两个柔性丝探头中的每一个连接到相应端部配重，其中该相应端部配重连结在一起，使得它们可以相对于彼此旋转和/或可以相对于彼此在轴向方向上移动，所述轴向方向基本上平行于和/或反向平行于由轴向拉力限定的方向。

因此，可以通过施加预定的轴向拉力来定位柔性丝探头，而与柔性丝探头的相对长度和/或柔性丝探头的任何内部旋转拉力无关。这种端部配重的布置允许柔性丝探头自身配准，使得例如由于制造公差而导致的柔性丝探头长度和/或旋转拉力的任何差异被自动自我纠正。具有这种类型的柔性丝探头的填充水平测量装置可以基于容性测量原理进行操作，其中柔性丝探头被提供有电磁信号，和/或作为基于导向雷达飞行时间的测量装置。柔性丝探头通常由金属构成，特别是根据工业标准通常由金属线编织或编结而成。例如柔性丝探头可以是钢丝绳(wirerope)，包括几组缠绕在一个轴芯周围的均匀螺旋形的绳。钢丝绳的结构很多，但最常见的是6×19和6×37级钢丝绳，分别具有6组19绳或6组37绳。然而，柔性丝探头也可以由导电的合成材料构成。与本发明相关的术语柔性指示丝可以弯曲至少一圈而不损坏其结构。

在本发明的有利实施例中，相应端部配重包括导电材料，并且端部配重彼此连结在一起，使得它们彼此电连接。特别地，端部配重连结在一起，使得柔性丝探头彼此电接触。这具有以下益处，柔性丝探头在端部配重处位于限定的电连接状态，使得当由柔性丝探头引导的发送的电磁信号遇到由端部配重引起的阻抗变化时，产生正极化反射信号。然后可以将填充水平测量装置的电子和/或搜索算法设定为识别该反射信号，并且可以提取有关端部配重的位置的相应信息。

在本发明的替选实施例中，相应端部配重被连结在一起，使得它们彼此电隔离。通过电隔离端部配重，柔性丝探头同样被彼此隔离。因此，探头处于限定的状态，即未电连接的状态。当端部配重彼此电隔离时，由端部配重反射的电磁信号具有负极性。可以调整用于搜索填充水平测量装置的反射电磁信号的电子和/或搜索算法来对此负责。

在本发明的进一步发展中，相应端部配重中至少有一个是由非导电材料构成。通过使用非导电材料，确保柔性丝探头的电隔离。这样，也可以降低制造成本。

在本发明的有利实施例中，所述至少两个端部配重中的第一相应端部配重包括用于接收所述至少两个端部配重中的第二相应端部配重的孔，所述孔在端部配重面向柔性丝探头的一侧开口，所述孔沿基本上平行于由端部配重施加的轴向拉力的方向从该开口延伸到端部配重中。通过以这种方式布置端部配重，端部配重可以在至少一个方向上彼此相对滑动。当柔性丝探头之一短于其它探头时，则最短的柔性丝探头可以连接到第二相应端部配重上。

在该有利实施例的进一步发展中，所述孔具有与所述第二端部配重的外部几何形状对应的内部几何形状，使得第一和第二端部配重可以在保持彼此电连接的同时在轴向方向上相对于彼此移动。

在本发明的有利实施例中，所述孔是通孔。当所述孔是通孔而不是盲孔时，在两个端部配重之间在轴向方向上具有完全的移动自由度。

在本发明的有利实施例中，所述孔的内部几何形状是圆柱形，并且所述第二端部配重的外部几何形状也是圆柱形，使得第二端部配重在被插入到所述孔时在保持与第一端部配重的电连接的同时可以相对于第一端部配重旋转。以这种方式，所述至少两个端部配重可以相对于彼此自由旋转。

在本发明的实施例中，第一端部配重包括凹部，所述凹部用于接收第二端部配重，其中，在第二端部配重位于凹部中的情况下，在径向方向上部分地暴露所述第二端部配重。在第二端配重和凹部本身形成为使得第二端部配重可以在凹部内旋转的情况下，暴露第二端部配重的一部分是非常有益的，以减小两个端部配重之间的摩擦阻力，从而增加了第二端部配重的移动的旋转自由度。

在本发明的另一个实施例中，第一端部配重包括一突出部，用于至少部分地包围第二端部配重。突出部可以有多种形式。例如，突出部可以简单地包括夹持机构和带状物，其中带状物至少部分地包围所述第二端部配重并且被夹持和/或附接到所述第一端部配重。

在本发明的有利实施例中，所述至少两个柔性丝探头中的至少一个定位在设置在相应端部配重之一中的钻孔中，并且其中至少一个固定螺钉设置在相应端部配重中，所述固定螺钉用于将柔性丝探头固定在该位置，从而将端部配重连接到柔性丝探头。

在本发明的有利实施例中，所述至少两个柔性丝探头中的至少一个定位在设置在相应端部配重之一中的钻通孔中，通过曲附(crimp)到柔性丝探头上的卷曲套管防止所述柔性丝探头通过所述端部配重滑动，从而将端部配重连接到柔性丝探头。以这种方式，端部配重可以相对于柔性丝探头旋转。以这种方式实现的端部配重和探头之间的连接可以提供更多的移动的旋转自由度。

在本发明的有利实施例中，用于接收柔性丝探头的钻孔设置为基本平行于且紧邻于限定端部配重的质量中心的轴线，使得定位在端部配重中的柔性丝探头的部分沿所述轴向方向取向。换句话说，端部配重不会倾斜悬挂。

附图说明

接下来将参考以下附图更详细地描述本发明。图中示出：

图1是根据现有技术的导波式填充水平测量装置的示意图；

图2是两个柔性丝探头的示例性端部配重结构透视图；以及

图3是四个示例性端部配重结构的横截面。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的导波式填充水平测量装置1的示意图。填充水平测量装置1安装在容器4中，并且具有两个柔性丝探头5、6，它们负重有端部配重8。这里的端部配重8包括布置成层叠成形的两部分，使得两个柔性丝探头5、6作为整体均连接到层叠的配重8上。例如，美国专利us7,827,862公开了这种结构。

具有多于一个的柔性丝探头5、6的填充水平测量装置1通常用于测量容器4中的液体材料3的填充水平2。柔性丝探头5、6用于引导诸如微波电磁信号的测量信号tx、rx，或者被提供有用于容性测量的电磁测量信号。当填充水平测量装置基于飞行时间雷达原理操作时，第一探头5被称为中心导体5。测量信号tx从填充水平测量装置1的电子单元(诸如信号发生器7)耦合到该中心导体，并沿该导体5传播。当测量信号tx遇到阻抗的变化时，至少一部分信号rx被反射并在相反的方向上沿着探头5传播。例如，可以由丝探头5的几何形状改变引起阻抗的改变，或者由包围丝探头5的材料3的介电常数的改变(诸如在容器4中容纳的材料3的上表面2处)引起阻抗的改变。如果存在两种或更多种材料3时，阻抗也可能发生在容器中含有的第一和第二材料3之间的边界处。例如，当油和水都存在于容器4中时，它们将分离开，并且油将在水上形成所谓的分离层。

连接到柔性丝探头的端部配重8体现在测量信号tx的传播路径中的几何形状的改变。因此，当测量信号tx到达端部配重8时，发生所谓的探头端反射。探头端反射的极性取决于端部配重(8)是否电接地。不是中心导体的至少一个柔性丝探头6用作测量信号tx、rx的屏蔽丝6。屏蔽丝6通常连接到电接地(例如，如果容器4由导电材料构成，通过电连接到容器4)。

在柔性丝探头5、6中的每个都连接到相应端部配重8a、8b的情况下，并且如果端部配重8a、8b被布置成使它们电接触，则探头端反射的极性相对于由生成的测量信号tx限定的极性是正的，且如果端部配重8a、8b被布置为彼此电隔离，则探头端反射将具有负极性。通常，有利的是将端部配重8a、8b布置和/或连结为使得它们处于限定的状态，也就是说，使得它们要么彼此电连接，要么彼此电隔离。当端部配重8a、8b处于限定状态时，由端部配重8a、8b引起的反射可以用于应用于反射测量信号rx的信号处理方法中。

屏蔽丝6用于影响传播的测量信号tx、rx的波形，以便减少信号tx、rx的损耗。一般来说，沿着柔性丝探头5、6传播的测量信号tx、rx的波形集中在由屏蔽丝6定界的区域中。例如，当屏蔽丝6被体现为同轴形成的管时，所有测量信号tx、rx被包含在管内。当屏蔽丝6为单个柔性丝探头6时，测量信号tx、rx的强度在中心导体5和屏蔽丝6之间的空间处最大。

图2a-c示出两个柔性丝探头5、6的示例性端部配重结构的透视图。如图2a所示，圆柱形端部配重8a连接到中心导体5。可以借助一个或多个固定螺钉14实现该连接，该固定螺钉14从端部配重8a的外部拧入以将丝探头5固定在钻盲孔13中，柔性丝探头5定位在此。替选地，可以将柔性丝探头5馈送通过钻通孔13，并且可以将卷曲套管15曲附在位于端部配重8a远侧的丝探头5上，使得丝探头5不能通过钻通孔13返回。在这种情况下，可以加宽在端部配重8a靠近卷曲套管15侧的钻通孔13的部分，使得卷曲套管15能够隐藏在端部配重8a内。例如，这可以通过在面向卷曲套管15的背侧对钻通孔13部分再钻孔来实现，使其沿预定长度具有比钻通孔13的更大的直径，所述长度至少与卷曲套管15的轴向长度一样。可以将这些用于将柔性丝探头5、6连接到端部配重8a、8b的方法中的任何一个用于在柔性丝探头5、6和端部配重8a、8b之间的任何连接。

因此，图2a所示的第二端部配重8b可以根据上述可能的任何一种连接方式连接到第二柔性丝探头6(即屏蔽丝6)。使用卷曲套管15将端部配重8a、8b连接到柔性丝探头5、6的优点在于，端部配重8a、8b保持相对于柔性丝探头5、6的移动的旋转自由度。第二端部配重8b位于设置在第一端部配重8a中的通孔9中。圆柱形形成的第二端部配重8b的外径与第一端部配重8a的通孔9的内径对应，使得第二端部配重8b可以在保持与第一端部配重8a电接触的同时在第一端部配重8a内自由旋转和滑动。图2b示出了在一位置的第一端部配重8a，其中第二柔性丝探头6比第一柔性丝探头5短。当柔性丝探头5、6自由地悬挂在容器4中时，第一和第二端部配重8a、8b在保持电接触的同时相对于彼此移动。如果端部配重8a、8b是现有技术中的已知类型，则在这种情况下，第一柔性丝探头5将相对松弛，因为端部配重8a将不能施加轴向拉力。图2c示出了相反的情况，其中第二柔性丝探头6制造得使得其比第一柔性丝探头5长。

图2a-c示出的端部配重的结构还允许独立的端部配重8a、8b相对于彼此旋转。在制造具有柔性丝探头5、6的填充水平测量装置1期间，用于探头的丝通常从丝卷轴展开。如情况需要，当其脱离卷轴时，可以对从卷轴展开的柔性丝进行扭曲，使得柔性丝包含有内部旋转拉力。如这里所示的端部配重结构提供了使柔性丝探头5、6解扭曲或散开的可能性，以在安装之后释放这种旋转拉力。

也可以用电绝缘材料覆盖独立的端部配重8a、8b，或者根据情况，其可以完全由非导电材料形成，使得端部配重8a、8b处于彼此电隔离的限定的状态。在这种情况下，探头端反射将具有负极性。

图3a-d示出四个示例性端部配重结构的横截面。图3a中，第一端部配重8a通常为圆柱形，并且包括具有多边形内部几何形状的孔9。在本例中内部几何形状具体地是五边形。孔9用于接收第二端部配重8b，其外部几何形状与孔9的内部几何形状对应，即也是五边形的形状。端部配重8a、8b两者均包括用于插入柔性丝探头5、6的钻孔13。图3b中，第一端部配重8a是具有矩形横截面的棱柱体。这里，为连接到两个单独的屏蔽丝6的端部配重8b、8c设置有两个孔9。图3c再次示出了具有大致圆形横截面的第一圆柱形配重8a的横截面。第一端部配重8a包括用于接收第二端部配重8b的凹部11。在本例中第二端部配重8b以防止横向移动的方式连结到第一端部配重8a。当第二端部配重8b位于凹部11中时，其在径向方向上暴露于容器4中的介质或材料3中，因为它不完全被第一端部配重8a包围。替选于图3c所示实施例，在图3d中，示出了第一端部配重8a的横截面，其中第一端部配重8a包括用于包围第二端部配重8b的突出部12。为了实现端部配重8a、8b、8c的连结以防止横向移动的功能性要求，并且使得在所述至少两个端部配重8a、8b之间保持旋转和/或轴向移动自由度，不需要突出部12沿着第一端部配重8a的整个高度延伸。实际上，突出部12可以仅是从第一端部配重8a的圆柱形主体环形突出的同种材料的带状物。

参考标记列表

1填充水平测量装置

2填充水平

3液体材料

4容器

5第一柔性丝探头

6第二柔性丝探头

7信号发生器

8a，8b，8c端部配重

9孔/通孔

10开口

11凹部

12突出部

13钻孔/钻通孔

14固定螺钉

15卷曲套管

f轴向拉力的方向