確定或監(jiān)測(cè)容器中介質(zhì)的料位的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種確定或監(jiān)測(cè)容器中介質(zhì)的料位或者預(yù)定限位的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]申請(qǐng)人制造和銷售了大量的用于工業(yè)自動(dòng)化的料位測(cè)量裝置。
[0003]各種測(cè)量原理被應(yīng)用于確定容器中介質(zhì)的料位。例如，超聲波或者雷達(dá)測(cè)量裝置通過(guò)超聲波或者微波信號(hào)的行進(jìn)時(shí)間而確定容器中的填料的料位。在這些所謂的行進(jìn)時(shí)間方法的情況下，采用行進(jìn)距離等于行進(jìn)時(shí)間乘以波的傳播速度的乘積的物理定律。在料位測(cè)量的情況下，行進(jìn)距離相應(yīng)于天線和填料的表面之間的間距的兩倍。然后，能夠從天線與容器底部的已知間距和通過(guò)測(cè)量確定的填料的表面與天線的間距之間的差確定料位。
[0004]當(dāng)雷達(dá)料位測(cè)量裝置被應(yīng)用于小容器，尤其是小于Im的容器時(shí)，雷達(dá)料位測(cè)量裝置的缺點(diǎn)變得明顯。位置分辨率、測(cè)量的精度相對(duì)地小，并且空白距離大。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)“空白距離”的意思是離天線的最小距離，之后一一考慮到天線的輻射特性一一開(kāi)始可能可靠地測(cè)量。能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)節(jié)，例如通過(guò)使用重現(xiàn)性導(dǎo)波傳播而部分地補(bǔ)償空白距離的影響。相應(yīng)的料位測(cè)量裝置為TDR(時(shí)域反射技術(shù))裝置。
[0005]激光測(cè)量裝置也能夠被應(yīng)用于測(cè)量小距離，但是其實(shí)現(xiàn)昂貴。
[0006]還有被應(yīng)用于料位測(cè)量的是電容式測(cè)量探頭和流體靜力學(xué)壓力探頭。在電容式測(cè)量探頭的情況下，探頭上的沉積物能夠降低測(cè)量的精確性。流體靜力學(xué)壓力探頭受尤其是在填充小型容器的情況下發(fā)生的壓力變化的影響相對(duì)地強(qiáng)。此外，存在用于確定料位的間接方法。在這一點(diǎn)上，值得一提的例如為置于輸液袋上的計(jì)滴器。
[0007]—種用于料位測(cè)量的成本有效系統(tǒng)由響應(yīng)于容器的相應(yīng)限定高度范圍的多個(gè)互相互連的限位開(kāi)關(guān)組成。如果在容器的高度上分布有固定數(shù)目的限位開(kāi)關(guān)，則容器越大，測(cè)量不精確性越大。在應(yīng)用11個(gè)限位開(kāi)關(guān)的情況下，系統(tǒng)能夠以10%的步驟求解。另外，依賴于測(cè)量方法，多個(gè)限位測(cè)量點(diǎn)能夠昂貴；同樣地，依賴于原理，多個(gè)限位測(cè)量點(diǎn)能夠彼此影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于確定容器尤其是小型容器中的介質(zhì)的料位或者限位的設(shè)備。
[0009]通過(guò)一種確定或監(jiān)測(cè)容器中介質(zhì)的料位或者預(yù)定限位的設(shè)備實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，該設(shè)備包括:
[0010]自激發(fā)系統(tǒng)，該自激發(fā)系統(tǒng)由下列組件組成:
[0011]-用于產(chǎn)生預(yù)定頻段內(nèi)的電磁波的振蕩產(chǎn)生單元，
[0012]-具有電極的至少一個(gè)傳感器，其中傳感器被布置成關(guān)于容器的縱軸成預(yù)定角度，其中電極被供以電磁波，其中該至少一個(gè)傳感器被相對(duì)于介質(zhì)布置使得在介質(zhì)的界面處反射的電磁波的相位在介質(zhì)的影響下改變，和
[0013]-反饋回路，該反饋回路將電磁波反饋給至少一個(gè)傳感器，由此確定自激發(fā)系統(tǒng)的頻率，
[0014]頻率檢測(cè)器，該頻率檢測(cè)器記錄電磁波的頻率，和
[001 5]評(píng)價(jià)單元，該評(píng)價(jià)單元基于所記錄的頻率確定介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)(DKmeas )或者滲透率，并且基于介質(zhì)的所確定的相對(duì)介電常數(shù)(DKmeas)和/或滲透率而確定容器中的介質(zhì)的料位或預(yù)定限位的到達(dá)。
[0016]折射率是電磁波在真空中的光速與在介質(zhì)中的傳播速度的比率。復(fù)折射率涉及電容率和滲透率。在這種情況下，電容率(permittivity)是材料在電場(chǎng)中的滲透率的測(cè)量值，并且滲透率是材料在磁場(chǎng)中的電容率的測(cè)量值。電容率和介質(zhì)電導(dǎo)為同義詞。相對(duì)電容率也被稱為電容率，或稱介電常數(shù)描述了相對(duì)于真空電容率的介質(zhì)電容率。通過(guò)滲透率而將磁性材料分為反磁性、順磁性或者鐵磁材料。
[0017]雖然在下文中，幾乎排它性地涉及測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)，但是也能夠類似地采用本發(fā)明的設(shè)備，以便在相應(yīng)介質(zhì)的情況下通過(guò)滲透率測(cè)量而檢測(cè)料位。
[0018]優(yōu)選地，傳感器由布置在絕緣材料上的電極組成；電極和絕緣材料形成測(cè)量元件。
[0019]本發(fā)明的解決方案的有利實(shí)施例提供了傳感器或者測(cè)量元件被布置在容器的內(nèi)壁上、容器的外壁上或者介質(zhì)內(nèi)。同樣地，傳感器或測(cè)量元件能夠?yàn)槿萜鞅谡w的部分。由于微波穿透例如塑料囊袋，所以傳感器或測(cè)量元件能夠附在由塑料制成的容器的外壁上。當(dāng)然，本發(fā)明的設(shè)備被實(shí)施成該設(shè)備在容器的整個(gè)料位上延伸，或者該設(shè)備較短，并且僅覆蓋最大料位的一部分，例如O % -50 %或者60..100%。此外，本發(fā)明的設(shè)備也能夠被用作限位開(kāi)關(guān)。
[0020]本發(fā)明的設(shè)備也能夠被稱為微波諧振器。根據(jù)在與介質(zhì)的界面處起主導(dǎo)作用的條件，本發(fā)明的設(shè)備能夠提供關(guān)于介質(zhì)的電或者磁特性，或是變化的電或者磁特性的信息。
[0021]自激發(fā)系統(tǒng)以處于微波區(qū)內(nèi)的限定振蕩頻率按穩(wěn)定狀態(tài)振蕩。例如微波諧振器的自激發(fā)系統(tǒng)的振蕩頻率依賴于介質(zhì)界面處的折射率，其中微波諧振器必須相對(duì)于界面被布置成使得振蕩頻率受介質(zhì)的特性影響。因而，微波振蕩器必須被布置成緊鄰介質(zhì)或者在介質(zhì)內(nèi)。在這種情況下，當(dāng)介質(zhì)具有高介電常數(shù)時(shí)，壁體的厚度能夠更大。本發(fā)明相關(guān)的測(cè)量的是振蕩頻率或是受介質(zhì)影響而導(dǎo)致的頻率變化。為此，優(yōu)選地，頻率計(jì)數(shù)器也被應(yīng)用為頻率檢測(cè)器。
[0022]本發(fā)明的設(shè)備的有利實(shí)施例提供了自激發(fā)系統(tǒng)可在其中振蕩的頻段處于傳感器的本征頻率之外。通過(guò)傳感器的幾何尺寸或在傳感器內(nèi)反射的電磁波的行進(jìn)時(shí)間而確定傳感器的本征頻率。這樣，自激發(fā)系統(tǒng)具有低品質(zhì)因數(shù):這對(duì)于自激發(fā)系統(tǒng)非常有利。此外，源自本征頻率的頻率防止傳感器起天線作用以及接收或者輻射大能量部分。因而降低了干擾。優(yōu)選地，在本發(fā)明的設(shè)備中應(yīng)用下列操作或振蕩頻率:2.4GHZ、433MHZ、866MHZ或者5.8GHz。非常一般地，能夠應(yīng)用300MHz至至少30GHz的頻率范圍內(nèi)的至少每個(gè)頻率。
[0023]然而，本發(fā)明的設(shè)備能夠優(yōu)選地但是不排他地用于確定小型容器中的料位。術(shù)語(yǔ)“小型容器”的意思尤其是具有縱向延伸為小于或明顯小于Im的容器。確定小料位在許多應(yīng)用領(lǐng)域非常重要。重要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)療技術(shù)和制藥工業(yè)。在制藥工業(yè)中，日益存在藥物的生產(chǎn)通過(guò)生物工藝方法以小批量發(fā)生的趨勢(shì)。能夠非常成本有效地實(shí)施本發(fā)明的解決方案，所以也優(yōu)選地可應(yīng)用于一次性容器，尤其是一次性袋子如輸液袋、廢物袋或者過(guò)程容器。通過(guò)對(duì)一次使用后的容器的處理，能夠避免為了另外使用而消毒。由于本發(fā)明的設(shè)備或如上文所述的測(cè)量元件或者傳感器也能夠安裝如外部粘附在容器上，所以在不同容器上重復(fù)地使用也變得可能。同樣地，可易于實(shí)施再循環(huán)。
[0024]其它應(yīng)用用于其中通過(guò)應(yīng)用化學(xué)、物理或者生物程序而由原材料或者開(kāi)始材料制成產(chǎn)品的化學(xué)過(guò)程，以及用于食品工業(yè)。從2012年5月9日的DE 10 2012 104 075A1已知一種如此敏感以致能夠結(jié)合本發(fā)明應(yīng)用的傳感器。DE 10 2012 104 075A1的相應(yīng)公開(kāi)(未預(yù)公開(kāi))將被添加至本發(fā)明的公開(kāi)。
[0025]本發(fā)明的設(shè)備的有利實(shí)施例提供評(píng)價(jià)單元根據(jù)下列公式計(jì)算絕對(duì)的或者相對(duì)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表不傳感器測(cè)量的相對(duì)介電常數(shù)，DKatm表不介質(zhì)表面之上的區(qū)域中的氣相的相對(duì)介電常數(shù)，DKm表示介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，h表示料位的確定高度，并且H表示容器內(nèi)的料位的最大高度。
[0029]在本發(fā)明的設(shè)備的有利進(jìn)一步發(fā)展中，假設(shè)預(yù)先確定介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。這在許多應(yīng)用中是可能的，不存在問(wèn)題，因?yàn)榻橘|(zhì)的組分是眾所周知的并且恒定?？商孢x地，一種選項(xiàng)在于提供第一參考傳感器。優(yōu)選地，第一參考傳感器被實(shí)施成為類似于本發(fā)明的用于料位測(cè)量的傳感器。第一參考傳感器被至少臨時(shí)布置成與容器中的電極的整個(gè)縱