带有间隔垫片的探头支架的制作方法

本发明涉及一种用于根据雷达原理工作的填充状态(有时也称为填充高度)测量仪的探头支架，带有支架壳体、带有用于传导发送和/或接收信号的信号导体且带有间隔垫片，其中，信号导体从支架壳体的内腔穿过支架壳体的过程侧的开口被引导到支架壳体的过程侧的外腔中，其中，间隔垫片布置在支架壳体的开口中且将信号导体与支架壳体间隔地保持在开口中。

背景技术：

根据雷达原理工作的填充状态测量仪被用于测量在容器(例如储罐或贮仓)中的填充状态。在此，经常使用基于时域反射(tdr)原理的所谓的制导雷达系统；对于此类仪器而言开头所提及的探头支架是有利的。区别于所谓的自由辐射雷达系统，此处电磁信号由一种电子设备产生、被耦合入探头中且沿着探头在其填充状态应被测定的介质的方向上被引导。探头的延伸定义了填充状态测量仪的测量范围。在运行中，探头至少部分伸进到介质中。探头的与介质达到接触的端部大多数被设计成自由的端部，然而其也可被固定在容器的底部处。经由探头被引导的信号在进入到介质中的情况中由于在介质接触面处存在的在折射率或者电容率上的跳跃至少部分被介质的表面反射且在探头处返回至电子设备。由在电磁信号的发出与反射信号的接收之间的运行时间确定介质的填充状态。作为信号大多使用非常短的无线电脉冲。

因此，时域反射的原理尤其地是有利的，因为介质的特性(例如密度、导电性和介电常数)对测量不具有或者几乎不具有影响。在过程腔中的周围环境条件(例如压力和温度)也不影响测量结果；变化的环境条件(例如上升或下降的周围环境压力或上升或下降的周围环境温度)不损害tdr填充状态测量仪的测量精度。借助于tdr原理的测量同样适合用于确定分隔层且因此一方面适合用于说明介质的总填充状态而另一方面适合用于说明分隔层高度。

视应用领域而定适用不同的探头设计方案：对于液体的填充状态测量而言，棒状探头或同轴探头被证明是有利的，与之相反对于堆积物的填充状态测量而言，设立缆式探头。

取决于待测量的介质的形式或周围环境条件(即在过程腔中存在的条件)的形式，填充状态测量仪可经受极端的影响。这些极端的影响例如包括非常高的温度或高的压力。为了针对介质和/或周围环境来保护填充状态测量仪且尤其填充状态测量仪的电子设备，必要的是，将在填充状态测量仪与过程腔(即例如以介质填充的容器)之间的接口密封。同样可为必要的是，该接口须设计成防爆耐压地且/或扩散密封地。

作为用于电磁辐射的引导元件的探头原则上连接带有其部分非常粗糙的物理边界条件的过程腔与在测量仪器的壳体中存在的例如安置敏感的电子部件的区域，这些敏感的电子部件用于产生和耦合入雷达信号且其还被设置用于接收和用于评估电磁反射信号。就此而言总是提出由探头经历过的不同区域的有效的物理界限的问题，其中，与探头直接接触的探头支架特别重要。探头支架一方面所具有的目的是，尤其可靠地将探头紧固成使得经由探头被引导的电磁辐射可尽可能不受干扰地经过，尤其不带有干扰的反射，另一方面在探头支架处或在其中还须实现阻隔，以用于相对过程腔隔离壳体内腔。已知一种解决方案，其大多利用多个密封件和螺旋连接工作，部分还利用不可松开的材料配合的连接，这并不罕见地引起非常复杂的构造和装配过程，有时所带来的缺点是，接合在一起的部件为了维护或故障探测不可再拆卸，无论如何不可无损地拆卸。

技术实现要素：

本发明的目的是，说明一种以简单然而有效的方式实现相对过程腔的密封的探头支座。

先前所提及的且导出的目的首先由此来实现，即间隔垫片被如此地缩入到支架壳体中，即在缩入状态中建立在支架壳体与间隔垫片之间的密封的闭合。如此，以非常简单的方式在不使用密封元件的情况中实现在支架壳体与间隔垫片之间的密封的闭合。这所具有的优点是，因为可完全取消单独的密封元件，所以可不发生密封元件的磨损和用坏，由此可不损害密封效果。此外，该密封是免维护的，其此外取消了由于额外的部件而提高的装配成本。此外，间隔垫片和支架壳体无须备用于容纳单独的密封件，例如通过凹槽的引入。

当提到密封的闭合时，于是取决于如下所理解的过程腔条件。密封的闭合是这样的，其实现成防尘地且/或液密地和/或气密地。利用根据本发明被缩入到支架壳体中的间隔垫片可轻易地实现例如还满足根据标准的防爆要求的密封。

根据本发明的探头支架的一特别优选的设计方案的特征在于，在支架壳体与间隔垫片之间布置有至少一个密封件。该密封件尤其布置在通过缩入不被力加载和相互挤压的支架壳体和间隔垫片的相对的表面之间。这所具有的优点是，密封件在缩入的情况中不被热加载，因为其与经加热的表面无须强制处于接触。因此，这优选地还实现，由此密封件不阻碍实际的缩入、尤其通过缩入建立的密封。那么，该密封件不处在通过缩入建立的在支架壳体与间隔垫片之间的密封接触的区域中。尤其地，该密封件被安装在间隔垫片的壳体内侧的端部处，这也就是说在间隔垫片的指向支架壳体的内腔中的表面处。

当在填充状态测量仪的特别的热负荷的情况中缩入被松开或被完全消除时，那么该额外的单独的密封件的布置是尤其有利的。如果在过程腔中发生事先未预料到的状态变化(例如强烈的温度提高)且最大温度如此地处在临界温度之上，即使得支架壳体膨胀，则可能引起间隔垫片不再被理想地缩入到支架壳体中且由此先前所获得的密封性被消除。尽管如此，为了避免介质到填充状态测量仪中的侵入或过程腔条件对填充状态测量仪、尤其填充状态测量仪的电子设备的作用，设置额外的密封件。

优选地，该密封件被设计为石墨密封件，尤其地被设计成石墨密封环。同样有利的是一种被设计为金制密封件、尤其金制密封环的密封件。在另一优选的设计方案中实现多个密封件，尤其两个密封件，其中，一个密封件被设计为石墨密封环而另一密封件被设计为金制密封环。

根据本发明的探头支架的另一优选的设计方案的特征在于，支架壳体在过程腔侧具有至少一个接片，该接片至少部分包围用于容纳间隔垫片的开口且该接片成形成使得其在过程侧围住间隔垫片。

该设计方案尤其地还在如下情况中是有利的，在其中由于变化的周围环境条件、尤其过程腔条件使支架壳体加热成，使得其如此宽地膨胀，即使得间隔垫片不再处于缩入状态中。视支架壳体的膨胀的程度而定甚至可能发生如下情况，即间隔垫片不再由支架壳体保持且从支架壳体的过程侧的开口滑出。通过包围开口的接片防止间隔垫片的滑落，因为该间隔垫片通过接片被保持。对于如下情况而言，即密封件被安装在壳体内侧的端部处或者在间隔垫片的指向支架壳体的内腔中的表面处，通过接片和密封件的相互作用维持在间隔垫片与支架壳体之间的密封的闭合。

该接片可以不同的形式实现。在一设计方案中，该接片设计成，其完全包围用于容纳间隔垫片的开口且完全围住间隔垫片。同样可设想这样的设计方案，即设置有多个接片，其中，每个接片仅部分围绕开口。例如可设置两个相对的接片。在多个接片的情况中，接片优选地均匀分布地布置在开口的周缘上。

(多个)接片成形成，使得其(它们)围住间隔垫片。这可例如由此来实现，即(多个)接片在间隔垫片的缩入之后在朝向间隔垫片的方向上被弯曲。

目前，在间隔垫片与支架壳体之间的密封的闭合已被处理。在所谈及的探头支架的情况中，信号导体从支架壳体的内腔穿过支架壳体的过程侧的开口被引导到支架壳体的过程侧的外腔中，其中，间隔垫片布置在支架壳体的开口中。为了相对过程腔完全密封探头支架，根据本发明的探头支架的一特别优选的设计方案的特征在于，在缩入状态中使间隔垫片被压缩成使得信号导体在间隔垫片中被夹住，从而建立在信号导体与间隔垫片之间的密封的闭合。通过探头支架的该设计方案在完全无另外的辅助器件或者有磨损性的部件的情况中实现相对过程腔的完全密封。

备选地或附加地，在探头支架的另一设计方案中设置成，间隔垫片被热压配合到信号导体上。是否这是合理可能的(即是否温度相关的材料膨胀或者收缩足够大)取决于间隔垫片的材料。虽然如此，较小的收缩效果也可被用于支持间隔垫片的到信号导体上的造成的密封的压紧。通过两种措施的组合可引起的是，通过间隔垫片到支架壳体中的缩入径向作用到间隔垫片的周缘上的力和间隔垫片的通过间隔垫片的热处理引起的收缩共同地引起在间隔垫片与信号导体之间的密封的闭合。

当谈及，即探头支架围住信号导体时，那么该信号导体不必是实际的探头。而是信号导体可作为在产生信号的电子设备与将信号引导到过程腔中的探头之间的连接元件。那么，信号须由信号导体耦合入探头中。根据本发明的探头支架的一优选的设计方案的特征在于，适配器在过程腔侧与信号导体相连接且用于联接探头。在信号导体与适配器之间的连接可以不同的方式实现。在一优选的设计方案中由此实现在信号导体与适配器之间的连接，即信号导体具有螺纹，适配器具有对应的配合螺纹且适配器与信号导体被旋紧。如此，该连接可以非常简单的方式被建立且又可被解开。探头与适配器相连接。这可例如由此实现，即通过将探头的面向探头支架的端部设计为适配器来将适配器和探头设计成一件式。

根据本发明的探头支架的另一设计方案的特征在于，适配器与信号导体彼此连接成，使得适配器和间隔垫片构造有至少一个间接的接触面且在适配器与间隔垫片之间布置有密封件。如果信号导体与适配器彼此旋紧，则通过拧紧获得密封效果。

根据本发明的探头支架的一优选的设计方案的特征在于，支架壳体和信号导体由金属构成。在此，支架壳体和信号导体可由相同的金属材料制成。支架壳体也可由第一种金属构成而信号导体由第二种金属构成。另一设计方案的特征在于，间隔垫片由绝缘体构成。

优选地，信号导体由带有低热膨胀系数和高机械负荷能力的金属制成。为此尤其地提供钼。对于支架壳体而言优选使用带有高热膨胀系数、尤其高于被用于信号导体的金属的膨胀系数的金属。例如此处提供镍合金、钛或不锈钢的使用。对于间隔垫片而言提供陶瓷(例如氧化铝)或塑料(例如peek或ptfe)的使用。

探头支架本身可例如经由凸缘被固定在环绕过程腔的壁处。

附图说明

具体地此时存在不同的设计和改进根据本发明的探头支架的可行性方案。为此不仅参照从属于专利权利要求1的专利权利要求而且结合附图参照优选的实施例的说明。其中：

图1显示了根据本发明的探头支架的第一设计方案，

图2显示了根据本发明的探头支架的第二设计方案，以及

图3显示了根据本发明的探头支架的第三设计方案。

具体实施方式

在图1中示出了用于根据雷达原理工作的填充状态测量仪的根据本发明的探头支架1。探头支架1包括支架壳体2和信号导体3。信号导体3从支架壳体2的内腔5穿过支架壳体2的过程侧的开口6被引导到过程侧的外腔中。过程侧的外腔不以闭合的过程腔的形式示出，而是通过以p表示的箭头来说明。

信号导体3用于传导发送和/或接收信号，其中，发送信号由未示出的电子设备来产生，且在电子设备侧(通过以e表示的箭头说明)被耦合入信号导体3中。接收信号在过程腔侧被耦合入信号导体3中且被传导至实现评估单元的电子设备。为了可传导信号，信号导体3由金属构成。

支架壳体2同样由金属制成。因此，信号导体3不与支架壳体2达到接触，间隔垫片4布置在开口6中，其将信号导体3与支架壳体2间隔地保持。间隔垫片4由绝缘体构成。

在信号导体3的电子设备侧的端部处，信号导体3通过第二绝缘体13相对支架壳体2间隔地被保持。在间隔垫片4和绝缘体13的区域中，信号导体3逐渐变细。信号导体3的逐渐变细的端部通过凹口被引导穿过间隔垫片4和绝缘体13，从而使得间隔垫片4且绝缘体13环绕信号导体3且信号导体3被支承在支架壳体2中。

为了针对待测量的介质或者为了针对过程腔条件来保护电子设备，安置电子设备的壳体内腔须相对过程腔p被密封。这根据本发明由此来实现，即间隔垫片4被如此地缩入到支架壳体2中，即在缩入状态中建立在支架壳体2与间隔垫片4之间的密封的闭合7。因此根据本发明以非常简单的方式实现免维护的密封，因此免维护，因为未使用具有有限的使用寿命的易磨损的辅助器件(例如密封环等)。

在图1中示出的探头支架1进一步特征在于，在缩入状态中间隔垫片4被压缩成，使得信号导体3在间隔垫片4中被夹住，从而建立在信号导体3与间隔垫片4之间的密封的闭合10。以该方式，探头支架1完全朝向过程腔p被密封。

在图2中示出了根据本发明的探头支架1的另一设计方案。相同的附图标记表示相同的元件。在图2中示出的探头支架1与在图1中示出的探头支架1的区别在于，信号导体3在间隔垫片4的缩入状态中不被夹住到支架壳体2中。然而为了实现探头支架1相对过程腔p的密封的闭合，在信号导体3与间隔垫片4之间布置有密封件14。此外，支架壳体2在过程侧具有接片9。接片9完全包围用于容纳间隔垫片4的开口6且成形成，使得其在过程侧围住间隔垫片4。一设计方案未示出然而同样优选，在其中接片9不完全然而至少部分包围用于容纳间隔垫片4的开口6。接片9于是例如构造成鼻部，其中，可设置有多个这样的鼻部。接片9在如下情况中保持间隔垫片4，即间隔垫片4的缩入状态由于过程条件的不可预料的变化或其它干扰被消除。因为在该情况中缩入的密封效果同样被消除或被削弱，所以在支架壳体2与间隔垫片4之间在间隔垫片4的壳体内侧的端部处布置有密封件8。密封件8作为石墨密封件来实现。

图3显示了根据本发明的探头支架1的另一种设计方案。此处，相同的元件也具有相同的附图标记。在示出的探头支架1的情况中，在间隔垫片4的缩入状态中实现在支架壳体2与间隔垫片4之间的密封的闭合7。为了绝对的固定，支架壳体2在过程侧具有接片9，其完全包围用于容纳间隔垫片4的开口6且被弯曲成，使其围住间隔垫片4。密封件8在支架壳体2与间隔垫片4之间处在间隔垫片的壳体内侧的端部处。在过程腔侧，适配器11与信号导体3相连接，其用于容纳未示出的探头。信号导体3具有螺纹，适配器11具有对应的配合螺纹且适配器11与信号导体3被旋紧。在适配器11与间隔垫片4之间布置有密封件12，以便于实现密封的闭合。密封件12通过适配器13与信号导体3的拧合获得其密封效果，由此密封件12被保持在间隔垫片4与适配器11之间。