(57)【要約】本発明は、与えられた誘電率を有する材料のリミットレベルを捕捉検出するための方法および装置であって、保持体が使用され、該保持体には２つの導電性のロッドが配置されており、該ロッドはリミットレベルに達すると監視すべき材料に入り込みかつ電気的な回路に接続されている。電気的な回路は高周波送信パルスを生成し、高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法の原理に従って線路を介してロッドに供給される。材料と空気との境界層で反射された信号がその曲線形状に基づいて評価される。
2004519661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた誘電率を有する材料（１１）のリミットレベルを捕捉検出するための方法であって、
プロセス・ブッシングとしての保持体（１）が使用され、該プロセス・ブッシングには少なくとも１つの導電性のロッド（３，４）の一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料（１１）中に入り込み、ここで
保持体（１）に着座している方の、ロッド（３，４）の端部は電気的な線路（５，１３）を介して高周波送信パルスを生成するための電気的な回路（１４）に接続されており、該電気的な回路はエコーの受信のためにエコー増幅器（１５）を有しており、
高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として線路（５，１２）を介してロッド（３，４）に供給され、
材料（１１）と空気との境界層で反射された信号は評価のためにエコー増幅器（１５）に戻しガイドされかつ該反射信号は時間伸張され、かつ
３つの時間的に相次いで現れる領域、すなわち送信パルス（区間Ｉ）、伝搬遅延時間（区間ＩＩ）および時間標本化ウィンドウ（区間ＩＩＩ）が区別され、
該時間標本化ウィンドウはスタート時点において始まる
という形式の方法において、
ａ）  捕捉検出すべき材料（１１）の２つの作動状態、すなわち被覆、短絡ないし準短絡、並びに非被覆、無負荷において、境界層ロッド−媒体ないしロッド−空気での反射信号を、該境界層ロッド−媒体またはロッド−空気において存在している特性インピーダンスの変化によって生成し、
ｂ）  前記エコー増幅器（１５）において得られる、時間伸張された反射信号の曲線形状を前記リミットレベルを突き止めるために用い、ここで時間標本化ウィンドウ内で反射信号の少なくとも３つの有意な点が数量的ないし曲線解析を用いて評価されかつ前記区間ＩＩの期間の少なくとも１つの曲線経過から参照電圧が求められ、ここで
ｃ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで非被覆、無負荷を識別する：
○  前記参照電圧とはオフセット分だけ異なっている前以て決められている第１のしきい値の下方にある１つのローポイント（ＴＰ）だけが存在している、
ｄ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第１の被覆状態を識別する：
○  前以て決められている第２のしきい値の上方にある１つのハイポイント（ＨＰ）が存在しており、ここで該第２のしきい値は同じように、前記参照電圧および前記オフセットから求められ、
ｅ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第２の異なっている被覆状態を識別する：
○  ２つのローポイント（ＴＰ１，ＴＰ２）が存在している、
○  時間的に第２のローポイント（ＴＰ２）は前以て決められている値だけ第１のローポイント（ＴＰ１）の下方にあり、
ｆ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第３の異なっている被覆状態を識別する：
○  前記参照電圧とはオフセット分だけ異なっている前以て決められている第１のしきい値の下方にある１つのローポイントが存在しており、
○  時間標本化ウィンドウのスタート時点と該ローポイント（ＴＰ）との間に、ローカルハイポイント（ＬＨＰ）およびローカルローポイント（ＬＴＰ）の間にある転換点が存在しており、ここでローカルローポイント（ＬＴＰ）およびローカルハイポイント（ＬＨＰ）は前以て決められている最小間隔を上回っている
というステップを特徴とする方法。
【請求項２】
時間標本化ウィンドウのスタート時点は、反射信号が参照値から前以て決められている値だけ相異していることによって定められるようにする
請求項１記載の方法。
【請求項３】
２つの並行して、保持体（１）に配置されているロッド（３，４）を使用し、ここで
線路として同軸線路（５，１３）が使用され、該同軸線路の選択可能な長さは、進行送信パルスと後進反射信号との間の前以て決めることができる伝搬遅延時間延長のため、ひいては送信パルスと反射信号の時間的な分離のために用いられ、同軸線路（５，１３）の内部導体は一方のロッド（３，４）に接続されておりかつ他方のロッド（３，４）は外部導体を介して前記電気回路（１４）のアースに接続されているまたはアースに容量結合されている
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
材料の誘電率がＤＫ値＞１０というように高い場合、前記構成要件ｄ）を識別し、材料の誘電率が５ないし１０のＤＫ値というように中位の場合、前記構成要件ｅ）を識別しかつ材料の誘電率ＤＫ値＜５というように低い場合、前記構成要件ｆ）を識別する
請求項１記載の方法。
【請求項５】
○  前記区間ＩＩの期間の複数の曲線経過から、参照電圧としてのベースラインを突き止め、
○  時間標本化ウィンドウのスタート時点が、反射信号が前以て決められている値だけ前記ベースラインとは偏差していることによって定められるようにし、かつ
○  反射信号から得られた時間伸張された信号が時間標本化ウィンドウ内に１つのハイポイント、第１のローポイント、第２のローポイントＴＰまたはローカルローポイントおよびローカルハイポイント、ひいては転換点を有しているかどうかを求める
請求項２記載の方法。
【請求項６】
リミットレベル捕捉検出に対してフィルタ、例えばＦＩＲフィルタ、または２つの計数器、しかも「被覆が識別される」用の１つの計数器および「非被覆が識別される」用の１つの計数器を使用しかつ識別結果を該計数器の１つに供給する
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
曲線形状の６つの有意な点（ＴＰ，ＴＰ１，ＴＰ２，ＨＰ，ＬＴＰ，ＬＨＰ）までを評価する
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
与えられた誘電率を有する材料（１１）のリミットレベルを捕捉検出するためのリミットスイッチとして使用されるタイムドメイン反射計であって、
プロセス・ブッシング（１，１２）としての保持体（１）を備え、該プロセス・ブッシングには少なくとも１つの導電性のロッド（３，４）の一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料（１１）に入り込み、ここで
保持体（１）に着座している方の、ロッド（３，４）の端部は電気的な線路（５，１３）を介して高周波送信パルスを生成するための電気的な回路（１４）に接続されており、該電気的な回路は反射信号、エコーの受信のためにエコー増幅器（１５）を有しており、
高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として前記線路（５，１２）を介してロッド（３，４）に供給されるようになっており、
材料（１１）と空気との境界層で反射された信号は評価のためにエコー増幅器（１５）に戻しガイドされかつ該反射信号は時間伸張され、かつ
ロッド（３，４）およびプロセス・ブッシング（１，１２）の特性インピーダンスは、評価において３つの時間的に相次いで現れる領域、すなわち送信パルス（区間Ｉ）、伝搬遅延時間（区間ＩＩ）および時間標本化ウィンドウ（区間ＩＩＩ）を区別することができるように選択されており、
該時間標本化ウィンドウ内で求められる、反射信号の曲線形状がリミットレベルを突き止めるために用いらる
タイムドメイン反射計。
【請求項９】
曲線形状の６つの有意な点（ＴＰ，ＴＰ１，ＴＰ２，ＨＰ，ＬＴＰ，ＬＨＰ）までが評価される
請求項８記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１０】
保持体（１）に２つの並行なロッド（３，４）が配置されておりかつ前記線路は同軸線路（５，１３）であり、該同軸線路の選択可能な長さは、進行送信パルスと後進反射信号との間の前以て決めることができる伝搬遅延時間延長のため、ひいては電子回路（１４）によりそれを区別できるようにするために用いられかつ従って前記同軸線路はプロセス・ブッシング（１，１２）における伝搬遅延時間線路を表しており、ここで
同軸線路（５，１３）の内部導体は一方のロッドに接続されておりかつ他方のロッドは外部導体を介して前記電気回路（１４）のアースに接続されている
請求項８記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１１】
同軸線路（５，１３）の特性インピーダンスはプロセス・ブッシング（１，１２）の特性インピーダンスに整合していないように選択されている
請求項１０記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１２】
プロセス・ブッシング（１，１２）は外側の金属ねじを備えている管形状のプロセス・ブッシング（１２）であり、該プロセス・ブッシング内部にロッド（３，４）に対する絶縁性の保持体としての少なくとも１つの絶縁体が並びにロッドが存在している
請求項８記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１３】
プロセス・ブッシング（１，１２）内の絶縁体は層状に、異なっている誘電率を有している異なっている材料、例えばＰＥＥＫおよびテフロンから成っており、ひいては積層誘電体であり、ここで材料は一方においてプロセス・ブッシングをシールしかつ他方において時間標本化ウィンドウのスタート点を突き止めるための反射信号を生成するために必要である最小厚さを有している
請求項８から１２までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１４】
プロセス・ブッシング（１，１２）はシリンダ形状でありかつテフロン（ＰＴＦＥ）またはＰＥＥＫのような電気的に絶縁性の材料から成っており、該材料の内側にロッド（３，４）が存在している
請求項１２記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１５】
ロッド（３，４）はテフロン、セラミックまたはＰＥＥＫのような被膜を有しており、ここでテフロンまたはＰＥＥＫが使用される場合、被膜の厚さは有利には０．１ｍｍ〜１ｍｍの間にある
請求項１２から１４までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１６】
プロセス・ブッシング（１，１２）から突出している、ロッドの長さは２〜１５ｃｍ、有利には５〜７ｃｍの間にある
請求項１２から１５までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１７】
伝搬遅延時間線路（５）の、電気回路（１４）からプロセス・ブッシング（１，１２）内に着座しているロッド（３，４）端部に対する接続部までの長さは少なくとも３０ｃｍ、有利には３０ｃｍ〜６０ｃｍである
請求項１２から１６までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１８】
ロッド（３，４）間間隔（ｄ）は１０ｍｍ〜３０ｍｍである
請求項１２から１７までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項１９】
プロセス・ブッシング（１，１２）の高さは２ｃｍ〜５ｃｍである
請求項１２から１８までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項２０】
プロセス・ブッシングは耐圧性に、有利には３０ｂａｒまでの圧力に耐性であるように実現されている
請求項１２から１９までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【請求項２１】
反射された信号は４ダイオードサンプリング回路（２２）によって標本化されかつエコー増幅器（１５）を介して並びにＡ／Ｄ変換器（２４）を介してマイクロプロセッサ（１６）に供給され、該マイクロプロセッサは反射された信号を評価しかつ結果「被覆が識別される」または「被覆されていないが識別される」を指示ユニット（２５）に出力するかまたは切換信号に変換する
請求項８から２０までのいずれか１項記載のタイムドメイン反射計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、与えられている誘電率を有する材料の前以て決められているないしリミットレベルを捕捉検出するための方法であって、プロセス・ブッシングとしての保持体が使用され、該プロセス・ブッシングに少なくとも１つの導電性のロッドの一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料に入り込み（浸かるもしくは潜り込み）、ここで保持体に着座している、ロッドの端部は電気的な線路を介して、高周波送信パルスを生成するための電気的な回路に接続されており、該電気的な回路はエコーの受信のためにエコー増幅器を有しており、高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として線路を介してロッドに供給され、材料と空気との境界層で反射された信号は評価のためにエコー増幅器に戻しガイドされかつ反射信号は時間伸張され、かつ３つの時間的に連続する領域、すなわち送信パルス（区間Ｉ）、伝搬遅延時間（区間ＩＩ）および時間標本化ウィンドウ（区間ＩＩＩ）が区別され、時間標本化ウィンドウはスタート時点において始まるという形式の方法に関する。同様に本発明は請求項１に記載の方法が使用されるタイムドメイン反射計に関する。
【０００２】
容器中の媒体のリミットレベルまたは充填レベルを突き止めるために、タイムドメイン反射測定法（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ， ＴＤＲ）に基づいた充填レベルないしリミットレベル測定のためのセンサが公知であり、これについてはＵＳ−Ａ５６０９０５９号が概要を示している。この形式のセンサは連続的なシステムとして動作しかつ、開いている導波体に沿って伝搬する電磁的な信号の伝搬遅延時間測定、すなわち導波体におけるパルスの伝搬遅延時間および反射の評価に基づいている。媒体の充填レベルに相応して、導波体は媒体内に入り込むかまたは入り込まずかつ前者の場合にはリミット値を信号報知する。導波体は例えば、Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ ｌｉｎｅ、Ｇｏｕｂａｕ ｉｎｅ、同軸ケーブル、マイクロストリップまたは２つの線路、例えば２つのプローブロッドの同軸または並行な配置である。これらが媒体に接触すると、空気と比較して媒体の誘電率が異なっていることに基づいて特性インピーダンスが変化する。媒体は外部媒体との境界面ないし媒体内に層が形成されている場合も誘電的な特性の跳躍的な変化に基づいて潜っている導波体の伝達特性に不連続性を引き起こすので、導波体に沿ったないし導波体内に伝搬するパルスがこの個所で少なくとも部分的に反射される。従って戻し反射された信号から、該戻し反射されたパルスの受信時点を送信時点と比較することによって、境界層の距離ないし高さを突き止めることができる。この場合エコーの振幅の評価を介して伝搬遅延時間測定が行われる。ＤＫ値が小さい場合、振幅の評価は可能ではない。
【０００３】
線路におけるパルスの振る舞いを、Ｗｏｆｌｇａｎｇ Ｈｉｌｂｅｒｇ は概観している：Ｉｍｐｕｌｓｅ ａｕｆ Ｌｅｉｔｕｎｇｅｎ， Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ Ｖｅｒｌａｇ １９８１。線路特性および殊に横断面が同じ状態である限りは、波は線路を変えられずに進行する。これが突然変化すると、この個所で進行波は反射された後進部分波と、屈折された進行部分波とに分割される。継ぎ目個所で反射される波は進行波と同じ形状を有している。後進波の進み方向並びに振幅だけが変化した。線路の開放線路端部に、すなわち所定の特性インピーダンスから特性インピーダンス∞への移行時に並びに入口における状態が整合されている場合にサージが供給されると、後進波の電圧は２倍になりかつ電流は反転する。線路端部の短絡の発生時には、電圧は反対の極性で反射され、電流は極性を変えずに２倍になる。
【０００４】
ＴＤＲセンサの作動中、送信トリガ信号のそれぞれの周期によって送信パルスが生成されかつ送出される。戻り反射された信号は信号標本化回路に供給されて、時間的に短い過程を時間伸張して表示かつ評価できるようにされる。これは標本化周波数のトリガ信号によってトリガされ、その際周期的な信号が標本化トリガ時点において標本化される。標本化トリガ信号の、送信トリガ信号に対する時間比例した遅延によって、標本化装置は出力信号を生成するが、この出力信号の振幅経過はプローブ信号の相応の瞬時値によって決められている。従って出力信号はプローブ信号の時間伸張されたイメージということになる。増幅およびフィルタリング後に、この出力信号ないし該出力信号の時間的な部分は反射プロフィールを形成し、該反射プロフィールから戻し反射された信号の伝搬遅延時間、ひいては境界層の距離を求めることができる。
【０００５】
この形式のセンサにおいて問題なのは、高周波の障害信号に対して障害感度が高いことである。導波体に入力結合する障害ないし干渉信号は戻し反射された信号に重畳されかつ同様に広帯域の標本化回路によって検出される。典型的な狭帯域障害信号は電磁適合性（ｅｌｅｋｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ Ｖｅｒｔｒａｅｇｌｉｃｈｋｅｉｔ＝ＥＭＶ）（一般にＥＭＣ）に対するテストの際に低周波の振幅変調（例えば１ｋＨｚ）が行われる８０ＭＨｚないし１ＧＨｚの基本周波数による搬送波信号によってシミュレートされる。搬送波周波数が標本化周波数の整数倍の近傍、すなわちいわゆる「周波数受信ウィンドウ」内にあるならば、この障害は標本化装置の後ろのローパスフィルタリングによって抑圧することができない。障害信号はバンドパスフィルタリングの形式に従って標本化周波数によって標本化されるので、反射プロフィールに障害を受けていない場合に比べて振動が重畳されており、該振動により反射プロフィールは評価が難しくなりかつ場合によっては使いものにならなくなる。広帯域の受信回路と、ロッドアンテナとして作用するセンサとを用いる測定原理に基づいて、障害の入力結合係数は非常に高い。従って障害が周波数受信ウィンドウ内にある場合には有効信号は普通、評価するのは容易ではない。
【０００６】
ＤＥ２９８１５０６９Ｕ１によって、次のようなＴＤＲリミットレベルセンサが公知になっている：材料の中に入り込んでいる導波体から成り、該導波体にサンプリング回路が接続されており、該サンプリング回路はパルス化された高周波信号を生成するための送信パルス発生器と、高周波信号を受信するための受信機と、送信されかつ受信された高周波送信パルスを分離するための送受信分離部と、受信された高周波信号を標本化するための標本化器と、標本化器を制御するための標本化パルス発生器と、受信された高周波信号を一時的に記憶するための一時メモリとを有している。サンプリング回路は２つの発振器を有しており、これらのうちの少なくとも１つは周波数が可変になっており、一方が送信パルス発生器を制御しかつ他方が標本化パルス発生器を制御する。周波数混合器は２つの周波数から差を形成し、該差が時間伸張係数を目標値に調整設定するために使用される。しかしこの形式の装置の反射される信号は評価しにくいもしくは評価が難しい。というのは、信号および反射された信号は殆ど重畳されており、高い構造費用をかけたとしても申し分なく分離するのは非常に困難である。
【０００７】
本発明の課題は、１つには高められた電磁適合性を有しておりユニバーサルに、すなわち温度、圧力または殊に媒体、流体またはばら荷の性質に無関係に使用可能であるようにしかつ小さな誘電率ＤＫ（１．８ないし５の間にあるＤＫ）を有する材料に対しても適しているようにした、材料のリミットレベルを検出しかつ材料の誘電率を突き止めるための方法およびこの方法を実施するために材料のリミットレベルを検出するためのリミットスイッチとして使用されるタイムドメイン反射計を提供することである。
【０００８】
この課題は、与えられた誘電率を有する材料のリミットレベルを捕捉検出するための方法であって、プロセス・ブッシングとしての保持体が使用され、該プロセス・ブッシングには少なくとも１つの導電性のロッドの一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料に入り込み、ここで保持体に着座している方の、ロッドの端部は電気的な線路を介して高周波送信パルスを生成するための電気的な回路に接続されており、該電気的な回路はエコーの受信のためにエコー増幅器を有しており、高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として線路を介してロッドに供給され、材料と空気との境界層で反射された信号は評価のためにエコー増幅器に戻しガイドされかつ該反射信号は時間伸張され、かつ３つの時間的に相次いで現れる領域、すなわち送信パルス（区間Ｉ）、伝搬遅延時間（区間ＩＩ）および時間標本化ウィンドウ（区間ＩＩＩ）が区別され、該時間標本化ウィンドウはスタート時点において始まるという形式の方法において、
ａ）  捕捉検出すべき材料の２つの作動状態、すなわち被覆、短絡ないし準短絡、並びに非被覆、無負荷において、境界層ロッド−媒体ないしロッド−空気での反射信号を、該境界層ロッド−媒体またはロッド−空気において存在している特性インピーダンスの変化によって生成し、
ｂ）  前記エコー増幅器において得られる、時間伸張された反射信号の曲線形状を前記リミットレベルを突き止めるために用い、ここで時間標本化ウィンドウ内で反射信号の少なくとも３つの有意な点が数量的ないし曲線解析を用いて評価されかつ前記区間ＩＩの期間の少なくとも１つの曲線経過から参照電圧が求められ、ここで
ｃ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで非被覆、無負荷を識別する：
○  前記参照電圧とはオフセット分だけ異なっている前以て決められている第１のしきい値の下方にある１つの  ローポイントだけが存在している、
ｄ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第１の被覆状態を識別する：
○  前以て決められている第２のしきい値の上方にある１つのハイポイント（ＨＰ）が存在しており、ここで該第２のしきい値は同じように、前記参照電圧および前記オフセットから求められ、
ｅ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第２の異なっている被覆状態を識別する：
○  ２つのローポイントが存在している、
○  時間的に第２のローポイントは前以て決められている値だけ第１のローポイントの下方にあり、
ｆ）  反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有していることで第３の異なっている被覆状態を識別する：
○  前記参照電圧とはオフセット分だけ異なっている前以て決められている第１のしきい値の下方にある１つの  ローポイントが存在しており、
○  時間標本化ウィンドウのスタート時点とローポイントとの間に、ローカルハイポイントおよびローカルローポイントの間にある転換点が存在しており、ここでローカルローポイントおよびローカルハイポイントは前以て決められている最小間隔を上回っている
というステップを特徴とする方法によって解決される。
【０００９】
この課題は更に、与えられた誘電率を有する材料のリミットレベルを捕捉検出するためのリミットスイッチとして使用されるタイムドメイン反射計であって、プロセス・ブッシングとしての保持体を備え、該プロセス・ブッシングには少なくとも１つの導電性のロッドの一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料に入り込み、ここで保持体に着座している方の、ロッドの端部は電気的な線路を介して高周波送信パルスを生成するための電気的な回路に接続されており、該電気的な回路は反射信号、エコーの受信のためにエコー増幅器を有しており、高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として前記線路を介してロッドに供給されるようになっており、材料と空気との境界層で反射された信号は評価のためにエコー増幅器に戻しガイドされかつ該反射信号は時間伸張され、かつロッドおよびプロセス・ブッシングの特性インピーダンスは、評価において３つの時間的に相次いで現れる領域、すなわち送信パルス（区間Ｉ）、伝搬遅延時間（区間ＩＩ）および時間標本化ウィンドウ（区間ＩＩＩ）を区別することができるように選択されており、
該時間標本化ウィンドウ内で求められる、反射信号の曲線形状がリミットレベルを突き止めるために用いらる
タイムドメイン反射計によって解決される。
【００１０】
本発明の別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明の重要な利点は、それが従来技術に比べてＤＫ値が小さい場合も信頼できる評価が可能になるという点にある。
【００１２】
与えられた誘電率を有する材料のリミットレベルを捕捉検出するためのリミットスイッチとして使用されるタイムドメイン反射計は、プロセス・ブッシングとしての保持体から成っており、該プロセス・ブッシングには少なくとも１つの導電性のロッドの一方の端部が配置されており、他方の端部はリミットレベルに達すると監視すべき材料に入り込み、ここで保持体に着座している方の、ロッドの端部は電気的な線路を介して高周波送信パルスを生成するための電気的な回路に接続されており、該高周波送信パルスはタイムドメイン反射測定法、ＴＤＲ測定の原理に従ってガイドされるマイクロ波として前記線路を介してロッドに供給されるようになっており、材料と空気との境界層で反射された信号は評価のために電気回路に戻しガイドされ、かつロッドの特性インピーダンスは、それが材料の特性インピーダンスとは区別されかつ反射信号の得られた曲線形状がリミットレベルを突き止めるために用いられ、かつ曲線形状の３つまでの有意な点が評価される。有利には材料は１．８より大きな誘電率を有している。
【００１３】
本発明は、突き合わせ個所で反射される波は進行波と同じ形状を有しているという事実から出発している。つまり、後進波の走行方向並びに振幅が変化しただけである。プロセス・ブッシングに２つの並行なロッドを使用すると、ロッド間の特性インピーダンスはその間に存在している材料によって変化される。この種の装置の特性インピーダンスは次のように計算される：
【００１４】
【数１】
2004519661.tif 000003
【００１５】
Ｚ      特性インピーダンス／Ω
εｒ    比誘電率（ＤＫ値）
ａ      ロッドの中心点間隔／ｍｍ
ｄ      ロッドの直径／ｍｍ
無負荷測定とは、無負荷の場合にロッド端部で反射される、すなわちロッド端部が材料と接触することなく反射される、送信パルスからの反射信号のことである。リミットレベルもしくはロッドが材料に接する状態では、反射の強度はＤＫ値に依存しており、このためにＤＫ値が高い場合には空気から媒体への移行部で大部分が反射されかつ材料に入り込んでいるロッド端部は信号経過に対して殆ど影響を与えないということになる。
【００１６】
本発明によれば、反射されるインパルスの形状が評価される。その理由は、特性インピーダンスが種々異なっている場合、種々異なっている高さの振幅および種々異なっている極性を有する反射が生じることになるばかりでなく、材料の誘電率、ＤＫ値に依存しておよびロッドの、材料による濡れ具合にも依存して反射信号は変形されることにもなる。ＤＫ値が１０より大きければ、ロッドの端部でインパルスの殆ど完全な反転が生じる。というのは殆ど（準）短絡状態が生じるからである。高いＤＫ値を有する典型的な媒体はεｒ≒８０を有する水またはεｒ≒４０を有するＰｒｉｌである。
【００１７】
中位のＤＫ値は５〜１０の領域にある。この場合典型的な媒体は酢、蜂蜜およびエタノールである。ここではロッドで制限されて高い反射しか形成されないが、この反射はＤＫ値が５に満たない媒体の場合よりも大幅に高い。低いＤＫ値は＞１〜５の領域にあり、ここで１は空気のＤＫ値である。この領域における典型的な媒体はコーヒーパウダー、石膏、米、塩および砂糖である。この種のＤＫ値の場合、ロッドでは小さな反射しか形成されない。というのは、ＤＫ値が空気とはさほど異なっていないので、線路が開放端部を有しているかのような状態になる。しかしＤＫ値＞１．８を有する材料の識別で既に、プロセスオートメーションの領域におけるすべての使用の材料の９５％のスペクトルをカバーする。
【００１８】
材料の誘電率がＤＫ値＞１０と高い場合には特徴ｄ）が識別され、材料の誘電率が５＞ＤＫ値＞１０という中位の場合には特徴ｅ）が識別されかつ材料の誘電率がＤＫ値＜５と低い場合には特徴ｆ）が識別される。
【００１９】
本発明によって得られる結果は、本発明が際立つ仕方において、あらゆる種類の媒体、殊にばら荷または液体または付着する性質を有している蜂蜜のような粘性の媒体を極限値に従って識別するのにまさに定められていることを示している。その理由は、本発明の方法並びにタイムドメイン反射計はある程度の範囲の付着なら歪みなく耐えることができかつ常に、ロッドに材料または媒体が存在していないことを識別することができるからである。本発明のタイムドメイン反射計は従来技術の公知のセンサより著しく多くの材料をかつまたＤＫ値が小さい場合のロッドにおける媒体の付着に対して影響を受けずかつＤＫ値が小さい場合も信頼できる評価が実現可能である。
【００２０】
プロセス・ブッシングの特性インピーダンスおよび寸法は有利には、リミットレベルの確実な評価のために６つまでの有意な点を有している反射信号が生じるように選択されている。従って有利には、曲線形状の６つまでの有意な点が評価される。反射信号の曲線形状は有利にはＡ／Ｄ変換後に電子回路を用いて標本化され、その際時間標本化ウィンドウに入る有意な点、殊に曲線形状のハイポイント、ローポイント、ローカルハイポイント、ローカルローポイントが求められかつその位置が評価部に供給される。特徴的な曲線形状の本発明に評価により有利にも、送信パルスの立上がり時間が約３００〜６００ｐｓと比較的緩慢な場合すら、長さの短いロッドを使用することができる。長さの短いロッドを使用できるということは、著しく長いロッドが使用されなければならない振幅評価に比べて別の利点が生じる。
【００２１】
プロセス・ブッシングは殊に、プロセス螺合体であってよい。本発明の有利な実施例においてプロセス・ブッシングは外側の金属ねじを備えた管形状のプロセス・ブッシングであり、その中にロッドに対する絶縁性の保持体としての少なくとも１つの絶縁体並びにロッドが存在している。
【００２２】
時間標本化ウィンドウは可変であってよくかつそのスタート時点は、反射信号が参照値から前以て決められている値だけ偏差しているかまたは殊に参照値と前以て決められている値だけ下回っていることによって定めるようにすることができる。
【００２３】
有利には、保持体に並行に配置されている２つのロッドが使用され、その際前記線路として同軸線路が使用され、該同軸線路の選択可能な長さは、進行送信パルスと後進反射信号との間の前以て決めることができる伝搬遅延時間延長のため、ひいては時間的な分離のために用いられ、その際同軸線路の内部導体は一方のロッドに接続されておりかつ他方のロッドは外部導体を介して前記電気回路のアースに接続されているまたはそれに容量結合されている。
【００２４】
電気的な回路は有利には遅延回路を有しており、該遅延回路において送信パルスに対する矩形電圧が生成され、矩形電圧は引き続いて２つの分岐に与えられかつ遅延され、その際第１の分岐の遅延は送信パルスを送出しかつ標本化パルスを送出する第２の分岐の遅延度よりも大きく、ここでシーケンシャル・サンプリング回路を用いた時間伸張が行われる。その際時間伸張係数はわかっている必要はない。
【００２５】
本発明の有利な実施例において、反射された信号は４ダイオードサンプリング回路によって標本化されかつエコー増幅器を介して並びにＡ／Ｄ変換器を介してマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータに供給され、該マイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータは反射された信号を評価しかつ結果「被覆が識別される」または「被覆されていないが識別される」を指示ユニットに出力するかまたは切換信号に変換する。
【００２６】
時間標本化ウィンドウのスタート時点は一般にいつも、遅延時間線路の、プロセス・ブッシングとの結合部にて異なっている特性インピーダンスに基づいて生じる反射に基づいて識別することができる。
【００２７】
このような手法でのスタート時点の算出では、電子回路の時間伸張係数が約±１０％ないし±２０％の精度であればよく、その結果電子回路は僅かなコストで実現することができるという利点が生じる。
【００２８】
区間ＩＩの期間の複数の曲線経過から例えば複数の曲線にわたる平均化によって、参照電圧として機能するベースラインを突き止めることができ、その際時間標本化ウィンドウのスタート時点は、反射信号が前以て決められている値だけ前記ベースラインとは偏差していることによって定められるようになっており、かつ反射信号から得られた時間伸張された信号が時間標本化ウィンドウ内にハイポイント、第１のローポイント、第２のローポイントＴＰまたはローカルローポイントおよびローカルハイポイント、ひいては転換点を有しているかどうかが求められる。
【００２９】
反射信号から得られる時間伸張された信号は１サイクルにおいて複数回Ａ／Ｄ変換しかつ評価することができ、その際複数個の値が求められかつそこから電圧平均値が形成され、該平均値がハイポイントの評価に対するベースラインとして用いられ、それに応じて時間伸張された信号の値が前以て決められている値以上にベースラインの下方にあるかどうかが確かめられ、それに従って反射のスタート時点が求められ、その後続くサイクルにおいてこの求められたスタート時点から時間伸張された信号が標本化の最大の繰り返しレートで求められかつ該時間伸張された信号に１つのハイポイント、第２のローポイントまたは１つのローカルローポイントおよび１つのローカルハイポイントが含まれているかどうかが質問される。
【００３０】
リミットレベル捕捉検出に対してフィルタ、例えばＦＩＲフィルタ、または２つの計数器、しかも「被覆が識別される」用の１つの計数器および「非被覆が識別される」用の１つの計数器を使用しかつ識別結果を該計数器の１つに供給することができる。
【００３１】
保持体には有利には２つの並行なロッドが配置されている。線路は有利には同軸線路であり、該同軸線路の選択可能な長さは、進行する送信パルスと後進する反射信号との間の前以て決めることができる伝搬遅延時間の延長のため、ひいては電子回路によりそれを区別できるようにするために用いられかつ従ってそれはプロセス・ブッシングにおける伝搬遅延時間線路を表しており、ここで同軸線路の内部導体は一方のロッドに接続されておりかつ他方のロッドは外部導体を介して前記電気回路のアースに接続されている。従って遅延時間線路はプロセス・ブッシングに結合されている。
【００３２】
同軸線路の特性インピーダンスはプロセス・ブッシングの特性インピーダンスに整合していないように選択することができる。しかし本発明の有利な実施形態において同軸線路の特性インピーダンスはプロセス・ブッシングの特性インピーダンスに整合していないように選択されている。
【００３３】
プロセス・ブッシング内の絶縁体は本発明の実施形態において層状に、異なっている誘電率を有している異なっている材料、例えばＰＥＥＫおよびテフロンから成っており、その結果それは積層誘電体であり、ここで材料は一方においてプロセス・ブッシングをシールしかつ他方において時間標本化ウィンドウのスタート点を突き止めるための反射信号を生成するために必要である最小厚さを有している。プロセス・ブッシングは有利にはシリンダ形状でありかつ有利にはテフロン（ＰＴＦＥ）またはＰＥＥＫのような電気的に絶縁性の材料から成っており、該材料の内側にロッドが存在している。この材料は同時に、化学的に攻撃性の媒体に使用する際にロッドを保護するために用いることができる。
【００３４】
本発明の有利な実施形態において、ロッドはテフロン、セラミックまたはＰＥＥＫのような被膜を有しており、ここでテフロンまたはＰＥＥＫが使用される場合、被膜の厚さは有利には０．１ｍｍ〜１ｍｍの間にある。本発明の実施形態において、プロセス・ブッシングから突出している、ロッドの長さは２〜１５ｃｍ、有利には５〜７ｃｍの間にある。
【００３５】
伝搬遅延時間線路の、電気回路からプロセス・ブッシング内に着座しているロッド端部に対する接続部までの長さは、送信パルスと反射信号との間の時間的な分離を簡単にするために、少なくとも３０ｃｍ、有利には３０ｃｍ〜６０ｃｍである。ロッド間間隔は有利には１０ｍｍ〜３０ｍｍである。特性インピーダンスはこの間隔とロッドの直径との比を介して選択される。プロセス・ブッシングの高さは有利には２ｃｍ〜５ｃｍである。本発明の実施形態においてプロセス・ブッシングは耐圧性に、有利には３０ｂａｒまでの圧力に耐性であるように実現されている。
【００３６】
図面の簡単な説明で、その際示されているのは：
図１：測定装置のブロック線図および測定装置に配置されているプロセス・ブッシング、
図２ａ，ｂ：プロセス・ブッシングの等価回路（図２ａ）と該等価回路に対応している電圧（図２ｂ）、
図３：種々の材料の測定されたエコー曲線、
図４：「識別」および「非識別」に対して２つの計数器を使用したリミットレベル検出に対する評価アルゴリズムのフローチャート、
図５：プロセス・ブッシングの横断面略図、
図６ａ〜図６ｄ：それぞれ評価のために利用される極値を有している個々のエコー曲線。
【００３７】
図１には測定回路の基本構成が示されている。測定回路は材料、媒体１１を含んでいる容器１０内に突出しているシリンダ形状のプロセス・ブッシング１２を備えている。同軸ケーブル１３はロッド３，４の後端部に接続されておりかつ伝搬遅延時間線路として用いられる。同軸ケーブル１３は、２つの分岐１８，１９を有しているＴＤＲ回路１４に終端している。
【００３８】
ＴＤＲセンサないしＴＤＲセンサ電子回路１４の作動中、トリガ発生器２３によって生成されかつ第１遅延段２０を用いて一定の時間間隔だけ遅延されかつパルス繰り返し周波数ｆＰＲＦを有している送信トリガパルスＸＴＳのそれぞれの周期によって送信パルスＸＳが生成されかつ送信される。典型的なパルス繰り返し周波数は数百ｋＨｚないし数ＭＨｚの間にある。
【００３９】
ＴＤＲ回路１４の信号標本化回路、ここでは４ダイオードサンプリング回路２２において送信段１７の送信パルスＸＳおよび反射信号ＸＳｏｎｄｅが標本化されかつ時間伸張されて、信号が例えばマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ１６において一層簡単に評価することができるようにされる。
【００４０】
周期的に反射される信号ＸＳｏｎｄｅは信号標本化回路２２に供給されて、時間的に短い過程を時間伸張して表示可能かつ評価可能にされる。これらは標本化周波数ｆＡのトリガ信号ＸＴＡによってトリガされ、その際トリガ信号ＸＴＡは第２の遅延段２１を用いて可変の時間間隔遅延されかつ周期的な信号ＸＳｏｎｄｅは標本化トリガ時点で標本化される。この場合の可変の時間間隔はマイクロプロセッサ１６によって設定することができる。標本化トリガ信号を送信トリガ信号に対して時間比例して遅延することによって、例えば標本化トリガ信号ＸＴＡの周波数を送信トリガ信号ＸＴＳの周波数に対して多少低くすることによって、または標本化トリガ信号ＸＴＡを送信トリガ信号ＸＴＳに対して位相変調することによって、信号標本化回路２２は次のような出力信号を生成する。出力信号の振幅経過がセンサ信号の相応の瞬時値によって決められている信号である。従ってこの出力信号はセンサ信号ＸＳｏｎｄｅの時間伸張されたイメージを表している。
【００４１】
エコー増幅器１５における増幅およびフィルタリングの後に、この出力信号ないし該出力信号の時間的な部分は反射プロフィールＸＶｉｄｅｏを形成する。該プロフィールから反射された信号の伝搬遅延時間、従って境界層の距離を求めることができる。反射プロフィールＸＶｉｄｅｏはＡ／Ｄ変換器２４を介してマイクロプロセッサ１６に供給される。マイクロプロセッサは反射プロフィールを本発明に従って評価しかつ結果「被覆が識別された（カバレージ・デテクテド）」または「非被覆が識別される（カバレージ・ノンデテクテド）」が例えば指示ユニット２５に出力されるかまたは切換信号に変換される。
【００４２】
反射信号の測定曲線は冒頭に説明したようにソフトウェア的に評価されかつ最大値および／または最小値および／または転換点が突き止められる。このような特徴的な曲線点から、反射された信号は誘電率ＤＫが異なっているところで変化することがわかるので、本発明により材料のＤＫ値も近似的に突き止めることができる。原理的には必ずや類似している曲線経過は測定すべき材料のＤＫ値に関して著しく相異している。曲線経過から、材料のＤＫ値が高ければ高いほど、送信パルスと反射信号との間の曲線の過度の高まりがますます高くなることがわかる。
【００４３】
材料がＤＫ値≒２．２〜３の値以下にあるという、材料のＤＫ値が低い場合にだけ困難が生じるが、オーダ２．２〜３およびそれ以下にある小さなＤＫ値を有する材料は更に正確に弁別される、殊に２つの相互に並行して延在しているロッドを使用して弁別され、その際本発明のプロセス・ブッシングによってＤＫ値の高い材料もＤＫ値の低い材料も申し分なく評価することができる。
【００４４】
図２ａ、図２ｂにはプロセス・ブッシングの等価回路（図２ａ）と該等価回路に所属の電圧（図２ｂ）とが示されている。図２ａには本発明の説明のために、プロセス・ブッシングの等価回路が示されており、左からＴＤＲ回路で始まって、これに伝搬遅延時間線路が続き、この線路はプロセス・ブッシングのロッドに案内されている。ＴＤＲ回路および伝搬遅延時間線路は例えばそれぞれ７５Ωの特性インピーダンスを有している。プロセス・ブッシングは例えば、種々異なった誘電率を有する複数の合体されている絶縁材料を備えている管形状の金属プロセス・ブッシングであり、絶縁材料中に金属性のロッドがそれぞれ１つの端部を備えたプローブとして配置されており、その際ロッドは材料のレベルが上昇するまたは下降することによって濡れるかまたはむき出しになるようになっている。絶縁材料は例えばそれぞれ、１４０Ωないし１７０Ωの特性インピーダンスを有しており、金属性のプロセス・ブッシングそれ自体は−２４５Ωの特性インピーダンスを有している。ロッドは例えば２５０Ωの特性インピーダンスを有している。材料またはロッドの端部の特性インピーダンスは既知ではない。
【００４５】
この順番に相応して図２ｂには、正の電圧の跳躍的変化で励振された際の反射信号の電圧が示されている。この場合、２つのロッドの無負荷の場合反射信号は送信パルスに比べて一方では過度の高まりを有しており、他方においてそれは送信パルスと同じ極性を有していることが重要である。短絡の場合反射信号の電圧の経過は低下を示し、それは送信パルスとは反対の極性を有している。
【００４６】
図３には、パルス３０で励振した場合に図４に示されているプロセス・ブッシングによって得られた種々様々な材料の測定されたエコー曲線が示されている。図の左には、ロッドに供給される送信パルスが示されている。その右には、種々様々な材料の種々様々な反射が無負荷曲線ＬＬｅｅｒｌａｕｆを含めて示されており、すなわち Ｐｒｉｌ（洗剤）、蜂蜜およびコーヒーの反射が示されている。送信パルスと反射信号との間に、比較的真っ直ぐな曲線部ＬＬｅｅｒｌａｕｆが示されている。これは遅延時間線路を表しておりかつ送信パルスの、反射信号からの申し分ない時間的な分離を可能にしている。
【００４７】
エコー増幅器における時間的に伸張された反射信号の得られた曲線形状はリミットレベルを突き止めるために用いられ、その際例えば前以て決められている時間標本化ウィンドウ内にある、反射信号の３つの有意味な点が数量的にまたは曲線解析を用いて評価される。
【００４８】
無負荷曲線は送信パルスと同じ極性方向を有する反射信号に相応していることがわかる。反射信号ないし時間伸張された信号の電圧値が前以て決められている値を上回ると、単数または複数のロッドの自由端は濡れていないと識別され、ロッドは無負荷状態にある。ロッドがちょうど無負荷状態に移行したのであれば、切換信号が得られる。
【００４９】
前以て決められている電圧しきい値を上回っている、送信パルスの極性方向に相応するハイポイントないしローポイントだけが識別されかつハイポイントが送信パルスとは反対の極性方向を有している（短絡にすこぶる近い状態＝準短絡、ニア・ショートサーキット）とき、材料のリミットレベルが識別されたと見なされる。この場合材料はＤＫ値＞１０を有している。送信パルスの極性方向に相応する２つのローポイントないし２つのハイポイントが識別され、これらが時間的に比較的遠く相互に離れたところに位置しておりかつ送信パルスと同じ極性方向を有しておりかつ２つのローポイント間で測定された電圧差が前以て決められているしきい値を上回っているならば、同様に５ないし１０の間のＤＫ値を有している材料のリミットレベルが識別される。
【００５０】
同じく、送信パルスと同じ極性方向を有するローポイント、もしくは送信パルスの極性方向に相応するハイポイント、およびこれに続く、送信パルスと反対の極性方向を有するハイポイントが識別され、これが時間的に相互に接近しておりかつこれにより擬似転換点を形成しかつローポイントとハイポイントとの間で測定された電圧差が前以て決められているしきい値を上回っているとき、材料のリミットレベルが識別される。ここでコーヒーに対する曲線の擬似転換点は図３に示されているように、２つの相互に接近している極値、すなわち極小値と極大値とによって定義されている。
【００５１】
ＤＫ値が１０より大きいという高い誘電率を材料が有しているとき、前以て決められている電圧しきい値より上にありかつ送信パルスとは反対の極性方向を有している（準短絡）ハイポイントだけが発生するという特徴が識別される。
【００５２】
ＤＫ値が５ないし１０にある中位の誘電率を材料が有しているとき、時間的に比較的遠く離れておりかつ送信パルスと同じ極性方向を有している２つのローポイントが発生するという特徴が識別され、その際２つのローポイント間で測定される電圧差は前以て決められているしきい値を上回っている。
【００５３】
ＤＫ値＜５という低い誘電率を材料が有しているとき、送信パルスと同じ極性方向を有しているローポイントおよびそれに続く、送信パルスとは反対の極性方向を有しているハイポイントが発生し、これらが時間的に相互に接近しており、これにより擬似転換点を形成しているという特徴が識別され、その際ローポイントとハイポイントとの間で測定される電圧差は前以て決められているしきい値を上回っている。
【００５４】
時間的に比較的遠く離れているところにある、反射信号の２つのローポイントは例えば３ないし１０ｍｓｅｃの間の時間間隔を有している。これに対して材料が１．５〜５という小さなＤＫ値を有している場合反射信号のローポイントはこれに続くハイポイントから典型的には僅か０．１ないし３ｍｓｅｃの時間間隔を有している。
【００５５】
ＴＤＲセンサの基本原理に従って、反射信号から得られる時間伸張された信号は１つのサイクルにおいて複数回Ａ／Ｄ変換されかつ評価され、その際複数の値が求められかつそこから電圧の平均値が形成され、それが時間標本化ウィンドウのスタート点のトリガおよびハイポイントの評価に対する基本線、ベースラインとして用いられ、これに従って、時間伸張された信号の値が前以て決められている値以上に基本線の下方にあるかどうかが検出され、これにより反射のスタート時点が求められ、その後続くサイクルにおいてこの求められたスタート点から、時間伸張された信号が標本化の高い繰り返しレートで求められかつ１つのハイポイント、１つの第２のローポイントまたは擬似転換点が時間伸張された信号中に含まれているかどうかが質問される。
【００５６】
リミットレベル捕捉検出のために、有利には２つの計数器が使用され、その場合１つの計数器は「識別」のためのものでありかつ１つの計数器は「非識別」のためのものであり、その際例えば図５のフローチャートの評価アルゴリズムが使用される。状態「被覆」ないし「非被覆」の検出は有利には例えばＦＩＲフィルタによってフィルタリングされかつそれからようやく出力される。繰り返し周波数は例えば、障害の受けにくさを高めるという目的のために高めることができる。
【００５７】
図４には、プロセス・ブッシングの縦断面が略示されている。例えば圧力タンクに着座しているプロセス・ブッシングは、金属ねじを備えているシリンダ形状のブッシング１であって、金属ねじ内に絶縁性の材料から実現されている保持部８，９、並びにロッド３，４が存在しており、ロッドの端部にはそれぞれ、同軸線路５の導体が案内されている。同軸線路は伝搬遅延線路を表している。同軸線路の特性インピーダンスは電気回路の特性インピーダンスに整合されていても構わないが、それはプロセス・ブッシングの特性インピーダンスに整合されていないので、特性インピーダンス間に跳躍が生じ、これによりプロセス・ブッシングにも所望の反射が生じ、この反射が反射信号の開始を一義的に突き止めるために用いられる。同軸線路および電気回路の特性インピーダンスは例えば６５Ωと８５Ω間に、有利には７５Ωにあってよい。
【００５８】
電気的に絶縁性の材料８は Ｔｅｆｌｏｎ（テフロン）から成る円板８であってよく、その際ロッド３，４の端部は付加的にＰＥＥＫ（＝Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ， ポリエーテルエーテルケトン）から成る円板９を通って案内されている。この円板はテフロンから成る円板に載着されている。シリンダ形状のプロセス・ブッシング１は約４ｃｍの高さｓを有している。ロッド３，４は円筒体１内に対称形に配置されている。これらはテフロンシリンダ１を通って突出している。ロッド３，４は２ないし１５ｃｍ、有利には５ないし７ｃｍの間の自由なロッド長を有している。
【００５９】
プロセス・ブッシングは、内部にロッドが存在している部分的に結晶性の熱可塑性樹脂であるテフロン（ＰＴＦＥ）またはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような電気的に絶縁性の材料からのみ成っていてもよい。この場合もプロセス・ブッシングの特性インピーダンスは伝搬遅延線路ないし同軸線路の特性インピーダンスに整合されていないないし正確には整合されていない。
【００６０】
本発明のタイムドメイン反射計は、殊に２つの並行して延在しているロッドに基づいて、反射されるパルスの申し分ない反射が実現され、反射されたパルスは伝搬遅延時間線路を通って送信パルスに対して十分な時間的な分離を有しているので、その結果反射特性、すなわち反射された信号の生じる曲線形状を申し分なく評価することができるという利点を有している。タイムドメイン反射計の別の変形形態において、ロッドにはテフロンまたはセラミックが被覆されており、その際テフロンが使用される場合テフロン層の厚さは有利には０．１ｍｍないし１ｍｍの間にある。本発明の別の形態においてロッド間間隔（ｄ）は１０ｍｍないし３０ｍｍの間にあり、同じくプロセス・ブッシングの高さ（ｓ）は２ｃｍと５ｃｍとの間をとることができる。
【００６１】
図６ａ〜ｄには、個々のエコー曲線がその評価のために利用される極値とともに図示されている。図６ａには無負荷エコー曲線が示されている。無負荷、すなわち非被覆が識別されるのは、反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有しているときである：前以て決められているしきい値（しきい値１）を下回っている１つのローポイントＴＰだけがある。しきい値１はベースラインと前以て決められているオフセットとから求められる。
【００６２】
図６ｂにはＰｒｉｌに対するエコー曲線が示されている。第１の被覆状態が識別されるのは、反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有しているときである：前以て決められている第２のしきい値（しきい値２）を上回っているハイポイントＨＰが存在している。しきい値２はベースラインと前以て決められているオフセットとから求められる。
【００６３】
図６ｃには、蜂蜜に対するエコー曲線が示されている。第２の被覆状態が識別されるのは、反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有しているときである：
○  送信パルスと同じ方向を有している２つのローポイントＴＰ１，ＴＰ２がある。
【００６４】
○  第２のローポイントＴＰ２は前以て決められている値ΔｓだけローポイントＴＰ１の下方にある。
【００６５】
図６ｄには、コーヒーに対するエコー曲線が示されている。第３の被覆状態が識別されるのは、反射信号が時間標本化ウィンドウ内に次の特性を有しているときである：
○  前以て決められている第１のしきい値（しきい値１）を下回っているローポイントＴＰだけがある。しきい値１はベースラインと前以て決められているオフセットとから求められる。
【００６６】
○  時間標本化ウィンドウのスタート時点とローポイントＴＰとの間には、ローカルなローポイントＬＴＰとローカルなハイポイントＬＨＰとの間にある転換点が存在している。この場合ローカルなローポイントＬＴＰおよびローカルなハイポイントＬＨＰは前以て決められている最小間隔を上回っている。
【００６７】
その際時間標本化ウィンドウのスタート時点は次のように求められる：
○  区間ＩＩにおいてベースラインが求められる。
【００６８】
○  領域ＩＩＩにおいて反射信号はベースラインを前以て決められている値だけ下回る。
【００６９】
時間標本化ウィンドウのスタート時点は一般に、遅延時間線路とプロセス・ブッシングとの結合点において種々異なっている特性インピーダンスに基づいて生じる反射に基づいていつも識別することができる。このように仕方のスタート時点の算出により次のような利点が生じる：電子回路１４の時間伸張係数は約±１０％ないし±２０％の精度であれば十分であり、その結果電子回路１４を僅かなコストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
測定装置のブロック線図および測定装置に配置されているプロセス・ブッシングの略図である。
【図２】
プロセス・ブッシングの等価回路（図２ａ）と該等価回路に対応している電圧（図２ｂ）。
【図３】
種々の材料の測定されたエコー曲線図である。
【図４】
プロセス・ブッシングの横断面略図である。
【図５】
「識別」および「非識別」に対して２つの計数器を使用したリミットレベル検出に対する評価アルゴリズムのフローチャート図である。
【図６ａ】
無負荷の場合のエコー曲線図である。
【図６ｂ】
Ｐｒｉｌに対するエコー曲線図である。
【図６ｃ】
蜂蜜に対するエコー曲線図である。
【図６ｄ】
コーヒーに対するエコー曲線図である。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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2004519661.tif 000042
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004519661.tif 000044
【国際調査報告】
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2004519661.tif 000046
2004519661.tif 000047
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