料位测量设备的制作方法

背景技术：
和

技术实现要素：

本发明涉及一种用于测量产品，特别是容纳在容器中的产品的料位的料位测量设备，包括：安装装置，该安装装置用于将所述测量设备安装在测量位置；天线，该天线包括用于向产品发送微波信号和/或用于接收由所发送的微波信号的反射产生的回波信号的电介质天线元件；以及测量电子器件，该测量电子器件用于基于微波信号行进到产品的表面以及其回波信号返回到设备所需的渡越时间确定产品的料位。

这种类型的料位测量设备是例如在工业应用中例如用于测量容器中的产品的填充水平。

微波料位测量设备向产品的表面发送微波并接收所发送的微波的回波信号。在每次测量期间，基于所接收的回波信号确定作为距离或时间的函数的表示回波振幅的回波函数。基于回波函数确定微波信号从设备行进到产品的表面以及其回波返回到设备所需的渡越时间。接着基于渡越时间确定设备与表面之间的距离。

允许通过反射波测量短距离的各种微波料位测量技术在本领域中是已知的。最常用的系统是脉冲雷达系统和调频连续波雷达系统(fmcw-雷达)。脉冲雷达料位测量设备周期性地发送短微波脉冲。测量微波脉冲的发送与其回波的接收之间的渡越时间，并且基于该渡越时间确定料位。fmcw雷达料位测量设备发送周期性地线性调频的连续微波信号。接收的回波信号的频率与发送信号的频率相差一定量，该量取决于发送与相应回波信号的接收之间的渡越时间。

微波信号通过天线发送和接收。就此而言，设备可以包括发送天线和单独的接收天线，或者它们可以包括用于发送和接收微波信号的单一天线。不同类型的天线在本领域中是已知的，例如，喇叭天线或杆状天线。

de102013114240a1描述了一种用于测量产品，特别是容纳在容器中的产品的料位的料位测量设备，包括：

-安装装置，所述安装装置用于将所述测量设备安装在测量位置，

-天线，所述天线包括用于向产品发送微波信号和/或用于接收由所发送的微波信号的反射产生的回波信号的电介质天线元件，以及

测量电子器件，所述测量电子器件用于基于微波信号行进到产品的表面以及其回波信号返回到设备所需的渡越时间确定产品的料位。

所述设备的天线包括用于发送和接收微波信号的大致球形的天线元件。天线通过波导连接到测量电子器件，并且天线元件被安装到波导的端部上。就此而言，可预知在天线元件上有延伸部，并且该延伸部被固定在面向产品的波导的端部内。

在许多应用中，测量设备的天线将暴露于气体，特别是暴露于可能含有颗粒、特别是灰尘的空气。如果颗粒沉积在天线上，则这将改变天线的传输特性。传输特性受沉积物影响的程度取决于沉积物的厚度和介电特性。影响天线的传输特性的沉积物将进而影响设备的测量特性，并且因此导致测量精度降低。

为了克服这个问题，测量设备可以配备有用于去除沉积物的冲洗系统。例如，在wo2006/063930a1中描述了用于冲洗喇叭天线的内表面的冲洗系统。该系统包括冲洗设备，其被设计成通过喷嘴发送加压冲洗介质横穿天线的表面。冲洗介质例如是例如压缩空气的加压气体或冲洗液体。

冲洗系统需要安装冲洗设备以及冲洗介质的储存器，该冲洗介质的储存器将需要定期重新填充。由于系统在压力下运行，因此需要采取措施防止泄漏。因此，冲洗系统的安装和维护成本相对较高。

关于喇叭天线，在本领域中已知的是，如果使用振动清洁机构而不是冲洗系统，则可以避免在加压冲洗系统的应用中涉及的安装和维护成本，该振动清洁机构启动时致使喇叭振动。在us6,917,326b1中描述了用于清洁喇叭天线的振动清洁机构。该清洁机构包括压电换能器，所述压电换能器包括两个压电环。压电环被夹在连接到喇叭的波导的中空外导体的两个部分之间。当启动时，换能器产生声波，该声波沿基本上平行于波导和喇叭的纵向轴线的方向上传播通过喇叭天线，从而致使喇叭振动。由于振动，沉积物将至少部分地从喇叭天线的内表面移除或去除。描述了将振动的频率调谐到喇叭的固有共振频率，或者调节或调谐振动的频率和/或振幅以允许待从天线去除的材料的最佳性能。

正如喇叭天线的喇叭一样，包括用于发送和/或接收微波信号的电介质天线元件的天线的电介质天线元件可能暴露于含有可能沉积在电介质天线元件上的颗粒的气体。天线元件上的沉积物将改变天线的传输特性。因此，在工业中需要保护包括用于发送和/或接收微波信号的电介质天线元件的天线免受损害信号的发送和/或接收的沉积物的损坏。

本发明的目的是提供一种料位测量设备，其包括天线，所述天线包括用于发送和/或接收微波信号的电介质天线元件，从而允许防止可能最终损害信号的发送和/或接收的沉积物堆积。

就此而言，本发明包括一种用于测量产品，特别是容纳在容器中的产品的料位的料位测量设备，包括：

-安装装置，所述安装装置用于将所述测量设备安装在测量位置，

-天线，所述天线包括用于向产品发送微波信号和/或用于接收由所发送的微波信号的反射产生的回波信号的电介质天线元件，以及

-测量电子器件，所述测量电子器件用于基于微波信号行进到产品的表面以及其回波信号返回到设备所需的渡越时间而确定产品的料位，

其中，根据本发明

-所述设备进一步包括盖，所述盖覆盖所述电介质天线元件，以及

-清洁装置，该清洁装置预知用于清洁所述盖，当清洁装置启动时，其致使所述盖振动。

根据另一优选实施例，所述电介质天线元件是包括指向产品的球形前表面的大致球形元件，微波信号将通过该前表面发送和/或接收。

根据另一优选实施例，

-所述天线通过波导连接到所述测量电子器件，

-延伸部预知在所述天线元件上，并且

-当所述设备被安装在所述测量位置时，所述延伸部被固定在面向产品的所述波导的端部内。

根据另一优选实施例，所述盖由对将通过天线发送和/或接收的微波信号透明的材料制成，特别是由与所述天线元件相同的电介质材料制成，特别是由聚四氟乙烯(ptfe)制成，

根据本发明的第一改进，所述盖与所述天线元件的前表面间隔开一定距离，所述微波信号将通过所述前表面发送和/或接收，所述间隔开的距离小但同时足够大以允许所述盖自由地振动，特别是间隔开振动所述盖的振动的振幅大小的量级的距离。

根据第二改进，

-当所述设备被安装在所述测量位置时，所述天线元件被安装在面向产品的波导的端部上，

-安装装置，特别是夹紧装置，预知用于将所述盖的圆柱形端部安装到所述波导的所述端部的外导体上。

根据第二改进的改进，

-加强件预知在外导体上，并且

-所述盖的所述端部被安装在所述加强件上，特别是夹紧到所述加强件上。

根据第三改进，

-当所述设备通过隔离元件，特别是连接到所述安装装置或形成所述安装装置的整体部分的隔离元件，特别是由凸缘的盘形中心部分提供的隔离元件被安装在测量位置时，所述测量电子器件位于与所述天线元件暴露于的所述测量位置隔离开的位置，

-所述天线通过延伸穿过所述隔离元件的波导连接到所述测量电子器件，并且

-当所述设备被安装在所述测量位置时，所述盖被安装在面向所述测量位置的所述隔离元件的下侧上。

根据第三改进的改进，

-所述盖的端部包括在其外侧上的延伸部，并且

所述延伸部平行于所述隔离元件的表面延伸，并且通过接合所述延伸部的保持器压靠该表面，所述保持器被安装到所述隔离元件的下侧上。

根据第四改进，所述清洁装置包括与所述盖的侧壁部分相互作用的驱动器，所述侧壁部分与信号传输路径间隔开，所述微波信号将通过面向产品的所述天线元件的前表面沿所述信号传输路径发送和/接收，使得当所述清洁装置启动时，所述驱动器致使所述侧壁部分以及因此使所述盖振动。

根据第四改进的改进，所述驱动器或者是电磁驱动器，包括：

-磁性元件，特别是软磁性板，所述磁性元件集成在所述盖的所述侧壁部分中或被安装在所述盖的所述侧壁部分上，

-面向所述磁性元件的驱动单元，所述驱动单元预知在所述盖的所述侧壁部分的外侧上并且包括线圈系统，所述线圈系统包括至少一个线圈，以及

-驱动电子器件，所述驱动电子器件连接到所述驱动单元，用于在要启动所述驱动器时产生将通过所述线圈系统发送的交变电流，

或者是压电驱动器，所述压电驱动器包括：

-压电驱动单元，所述压电驱动单元搁置在所述盖的所述侧壁部分的外表面上并且包括至少一个压电元件，以及

-驱动电子器件，所述驱动电子器件连接到所述驱动单元，用于在要启动所述驱动器时产生待施加到所述驱动单元的至少一个压电元件的交变电压。

根据最后提到的改进的第一替代实施例的改进，

-当所述设备被安装在所述测量位置时，隔离元件，特别是连接到所述安装装置或形成所述安装装置的整体部分的隔离元件，特别是由凸缘的盘形中心部分提供的隔离元件预知提供所述测量位置与其周围之间的隔离，并且

-所述驱动单元被安装在机械支撑件上，所述机械支撑件延伸穿过所述隔离元件处于与所述侧壁部分相对的位置上，使得所述驱动单元面向所述磁性元件。

根据第五改进，

-所述清洁装置包括驱动单元，特别是电磁驱动单元或压电驱动单元，以及连接所述驱动单元的驱动电子器件，

-能量存储装置，特别是包括预知连接到所述测量电子器件和所述驱动电子器件的可再充电电池或至少一个可再充电电容器的存储装置，

-当比此时测量电子器件所需的更多的能量可用于测量电子器件时，所述能量存储装置在这一期间将通过由所述测量电子器件提供给它们的剩余能量来充电，并且

-存储在所述能量存储装置中的能量提供为所述清洁装置供电的唯一或附加的能量源。

根据第五改进的优选实施例，

-所述测量设备是待由连接到外部电源的两线控制回路供电的两线式测量设备，并且

-输入/输出单元预知用于通过将流经控制回路的电流控制成与所述测量结果成比例来传输在测量操作期间由所述测量设备获得的测量结果。

根据第六改进，

-所述清洁装置由待与其连接的外部电源供电，或者

-连接到所述测量电子器件的维护端口预知允许维护工具连接到所述测量设备并在维护时间间隔期间由所述测量设备供电，并且当没有维护工具连接到所述维护端口时，所述清洁装置在所述设备的操作期间连接到所述维护端口并由所述测量电子器件供电。

使用附图的诸图更详细地解释本发明及其优点，在附图中示出了两个示例性实施例。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

附图说明

图1示出了：根据本发明的包括料位测量设备的实施例的微波料位测量布置；以及

图2示出了：根据本发明的料位测量设备的替代实施例。

具体实施方式

图1示出了包括用于测量产品1的料位l的根据本发明的料位测量设备的料位测量布置。料位测量设备包括用于将设备安装在测量位置的安装装置3。在所示的实施例中，产品1容纳在容器5中，并且安装装置3包括待安装到围绕容器5的开口的相应的反向凸缘7上的凸缘。显然，可以使用本领域中已知的用于安装测量设备的安装装置的替代类型。

在料位测量操作期间，料位测量设备向产品1的表面发送微波信号s，并接收由产品1的表面上的所发送的微波信号s的反射产生的回波信号r。就此而言，该设备可以包括用于向产品1发送微波信号的发送天线和用于接收由所发送的微波信号的反射产生的回波信号的单独接收天线或者包括用于向产品1发送微波信号并用于接收所发送的微波信号s的回波信号r的单一天线9。图1中示出后者的替代实施例。

本发明涉及料位测量设备，包括至少一个天线9，所述至少一个天线9包括用于发送和/或接收微波信号的天线元件11。天线元件11由例如聚四氟乙烯(ptfe)的介电材料构成，并且包括指向产品1的表面的前表面13，微波信号通过该表面13发送和/或接收。在所示的实施例中，电介质天线元件11是包括球形前表面13的大致球形的元件。

测量设备包括测量电子器件15，所述测量电子器件15用于基于微波信号s行进到产品1的表面以及其回波信号r返回到该设备所需的渡越时间确定产品1的料位l。就此而言，测量电子器件15包括用于产生将通过天线9发送的微波信号的装置和用于基于其回波信号返回所需的渡越时间确定料位l的装置。测量设备是例如脉冲雷达或fmcv雷达料位测量设备。相应的测量电子器件在本领域中是已知的，因此这里不再详细描述。

天线9通过波导17连接到测量电子器件15，波导17将由测量电子器件15产生的信号发送到天线9，并且将由天线9接收的回波信号发送到测量电子器件15。当所述设备被安装在测量位置时，天线元件11优选地被安装到面向产品1的波导17的端部上。在所示的实施例中，天线元件11通过预知在天线元件11上的延伸部19被安装到波导17上，延伸部19被固定在波导17的端部内。

测量设备优选地包括隔离元件21，例如隔离壁，当设备被安装在测量位置时，隔离元件21提供在测量位置与其周围之间的隔离。隔离元件21可以例如连接到安装装置3或形成其整体部分。在图1所示的实施例中，隔离元件21由封闭容器5的开口的凸缘的盘形中心部分提供。天线元件11位于隔离元件21的面向测量位置的一侧上，而测量电子器件15优选地位于壳体23中，该壳体23预知在隔离元件21的面向周围的一侧上。在这种情况下，将测量电子器件15连接到天线9的波导17延伸穿过隔离元件21。

根据本发明，天线元件11被盖25覆盖，并且清洁装置27预知用于清洁盖25，当清洁装置27启动时其致使盖25振动。

由于天线元件11被盖25保护，因此没有测量位置的大多数颗粒能与天线元件11接触。灰尘或其它颗粒只能附着或堆积在盖25的外侧，盖25的外侧可以由清洁装置27清洁。当清洁装置27启动时，盖25的振动将松动并且抖落附着到盖25的外侧的颗粒。取决于在测量位置运行的过程的类型以及沉积物可能堆积在盖25的外侧上的相应速率，清洁装置27可以例如定期启动，例如以预定时间间隔或根据需要启动。如果料位测量必须始终以非常高的精度进行，则当清洁装置27启动时，测量优选地在清洁时间期间中断。

盖25由对将通过天线元件11发送和/或接收的微波信号透明的材料制成。就此而言，盖25优选地由介电材料制成，例如由与电介质天线元件11相同的介电材料制成，例如由聚四氟乙烯(ptfe)制成。

盖25优选地与天线元件11的前表面13间隔开一定距离，信号通过该前表面13发送和/或接收，该距离优选地小但同时足够大以允许盖25自由地振动，特别是振动盖25的振动的振幅大小的量级的距离。由于盖25不连接到天线元件11的前表面，因此前表面13与盖25之间的距离可以根据最适合于去除附着到盖25的外侧的颗粒的振动振幅而自由地选择。

在图1所示的实施例中，天线元件11被安装在延伸穿过隔离元件21的波导17的端部上，并且盖25被安装到波导17的面向产品1的外导体29的端部上。就此而言，安装装置31，例如夹紧装置预知用于将盖25的圆柱形端部33安装到外导体29的端部上。

在该实施例中，外导体29优选地配备有加强件35，并且盖25的端部33被安装在加强件35上，例如夹紧到加强件35上。加强件35不仅减小波导17以及与其连接的天线元件11对由清洁装置27引起的振动的敏感性，而且如果外导体29的外径小于端部33的内径，而端部33的内径又必须大于天线元件11的最大外径，则还可以用于桥接外导体29与端部33之间的间隙，以允许盖25放置到位。

作为替代实施例，当设备被安装在测量位置时，盖25可以例如被安装到隔离元件21的面向产品1的下侧上。图2中示出该替代实施例。在该实施例中，盖25的端部33优选地包括在其外侧上的延伸部37，该延伸部37平行于隔离元件21的表面延伸，并且通过与延伸部37接合的保持器39压靠该表面，保持器39被安装到隔离元件21的下侧上，例如拧紧到其上。

清洁装置27包括与盖25的侧壁部分41相互作用的驱动器，使得当其启动时，驱动器致使侧壁部分41以及因此致使整个盖25振动。侧壁部分41与信号传输路径间隔开，微波信号将通过天线元件11的面向产品1的前表面13沿该信号传输路径发送和/或接收。传输路径在图1中通过用虚线示意性表示的发送线圈而可视化。

驱动器可以例如是如图1所示的电磁驱动器。在这种情况下，驱动器包括集成盖25的侧壁部分41中或安装在盖25的侧壁部分41上的磁性元件43，例如软磁性板，以及面向磁性元件43的驱动单元45预知在与磁性元件43相对的侧壁部分41的外侧上。驱动单元45包括线圈系统，该线圈系统包括连接到驱动电子器件47的至少一个线圈，当驱动器启动时，该驱动电子器件47产生待通过线圈系统发送的交变电流。

驱动单元45优选地被安装在机械支撑件49上，机械支撑件延伸49穿过在位于与包括磁性元件43的侧壁部分41相对的位置上的隔离元件21，使得驱动单元45面向磁性元件43。

作为替代实施例，可以使用如图2所示的实施例中所示的压电驱动器。该驱动器与图1所示的驱动器不同之处在于，该驱动器包括搁置在盖25的侧壁部分41的外表面上的压电驱动单元51。压电驱动单元51包括至少一个压电元件，并且优选地被安装在延伸穿过设备的隔离元件21的机械支撑件49上，使得驱动单元51搁置在与信号传输路径间隔开的侧壁部分41的外表面上。驱动单元51连接到驱动电子器件53，当要启动驱动器时，驱动电子器件53产生待施加到压电元件的交变电压。在这种情况下，施加到压电元件的交变电压致使搁置在盖25的侧壁部分41上的压电驱动单元51的厚度振荡，这又致使盖25振动。

启动清洁装置27所需的功率可以例如由分别连接到驱动电子器件47或53的测量电子器件15提供，该驱动电子器件47或53又由图中未示出的外部电源供电。如果操作包括清洁装置27的料位测量设备的足够功率始终可用，则不需要采取进一步的措施。

如果足够的功率可能不总是可用，则测量设备优选地包括能量存储装置55，能量存储装置55连接到测量电子器件15和驱动电子器件47，如图1所示。当比当时测量电子器件15所需的更多的能量可用于测量电子器件15时，能量存储装置55在这一期间通过由测量电子器件15提供给它们的剩余能量来充电。存储在能量存储装置55中的能量随后每当需要清洁盖25时则提供为清洁装置27供电的唯一或附加的能量源。能量存储装置55可以例如是包括可再充电电池或由测量电子器件15充电并且在清洁装置27的启动期间将放电的至少一个可再充电电容器的装置。

如果测量设备是所谓的两线式测量设备，则能量存储装置55是特别有利的。两线式测量设备通过连接到外部电源的两线供电回路供电，并通过控制流过两线供电回路的回路电流与测量结果成比例来传输其测量结果。

在这种情况下，测量电子器件15优选地包括配备有用于将料位测量设备连接到两线供电回路的两个连接器57的输入/输出单元i/o，如图1所示。输入/输出单元i/o给测量电子器件15供电。测量电子器件15将其测量结果提供给输入/输出单元i/o，输入/输出单元i/o又控制从外部电源(图1中未示出)汲取的环路电流与测量结果成比例。已经开发了工业标准，根据该工业标准，测量设备由24伏dc电源供电，并且表示测量结果的回路电流在四毫安至二十毫安之间变化。产品1的最小料位可以例如用四毫安的电流表示，而最大料位用二十毫安的电流表示。因此，可用功率根据测量结果变化。在环路电流高到足以提供比当时测量电子器件15所需的更多的功率的时间期间，剩余能量用于对能量存储装置55再充电。在环路电流低的时间期间，如果需要清洁，则该功率可用于为清洁装置27供电。

可替代地，清洁装置27可以由连接到驱动电子器件53的单独的外部电源59供电。该替代实施例在图2中示出为一个选择。

作为在图2中示出为另一选项的另一替代实施例，料位测量设备可以配备有允许维护工具st连接到测量设备的维护端口61。维护工具在本领域中是已知的，并且因此文本不再详细描述。维护工具st可以例如被用来对设备进行维护，例如以进行诊断、数据传输或软件更新。维护端口61连接到测量电子器件15并且允许维护工具st连接到设备并且通过由测量电子器件15提供的能量来供电。然而，当实际需要维护时，维护工具st将仅在相对短的维护时间间隔期间连接到维护端口61。在正常操作期间，没有维护工具连接到维护端口61。在包括维护端口61的根据本发明的测量设备中，维护端口61优选地用于在设备的操作期间通过将清洁装置27连接到维护端口61来为清洁装置27供电。然而，在这种情况下，当需要维护端口61将维护工具连接到设备时，清洁装置27必须与维护端口61断开。

1产品

3安装装置

5容器

7反向凸缘

9天线

11电介质天线元件

13天线元件的前表面

15测量电子器件

17波导

19延伸部

21隔离元件

23壳体

25盖

27清洁装置

29波导的外导体

31安装装置

33盖的端部

35外导体的加强件

37延伸部

39保持器

41侧壁部分

43磁性元件

45驱动单元

47驱动电子器件

49机械支撑件

51压电驱动单元

53驱动电子器件

55能量存储装置

57连接器

59外部电源

61维护端口