ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ НАПОЛНЕНИЯ
INSTRUMENTATION DEVICE, CONTROL UNIT AND INSTRUMENT FOR FILLING LEVEL MEASUREMENT

Область изобретения
Настоящее изобретение касается области измерительной техники и, в частности, изобретение касается измерительного устройства, устройства управления, измерительного прибора, способа эксплуатации измерительного устройства, компьютерочитаемого носителя информации, применения измерительного устройства для измерения эмульсии и применения измерительного устройства для определения свойств среды.
Уровень техники
У датчиков уровня наполнения, работающих по методу FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, непрерывная частотная модуляция сигнала) или по время-импульсному методу, электромагнитные или акустические волны эмитируются в направлении поверхности наполняющего материала. Вслед за этим датчик регистрирует эхосигналы, отраженные от наполняющего материала, встроенных элементов контейнера и от самого контейнера, и выводит на основании этого соответствующий уровень наполнения.
Книга «Radar level measurement - The users guide», ISBN 0-9538920-0-X, Peter Devine, VEGA Controls, 2000, описывает принципиальную конструкцию радиолокационных датчиков уровня наполнения.
Публикация DE 102007061574 А1 описывает способ измерения уровня наполнения, при котором измеряется отраженная составляющая сигнала и емкость между емкостным зондом и электродом сравнения.
Существует потребность в обеспечении возможности эффективного измерения, в частности, уровней наполнения и предельных уровней, а также свойств наполняющего материала.
Краткое изложение изобретения
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения описывается измерительное устройство, в частности, измерительное устройство для измерения уровней наполнения и/или предельных уровней, устройство управления, измерительный прибор, способ эксплуатации измерительного устройства, компьютерочитаемый носитель информации, применение измерительного устройства для измерения эмульсии и применение измерительного устройства для определения свойств среды.
Согласно одному из аспектов изобретение описывается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие аспекты указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Например, по одному из аспектов настоящего изобретения раскрывается измерительное устройство, которое имеет первое волноводное устройство, снабженное первым устройством ввода, и замеряющее устройство. Первое волноводное устройство может быть выполнено для осуществления первого измерения, а замеряющее устройство для осуществления второго измерения. Первое волноводное устройство может быть, кроме того, выполнено для разделения внутреннего пространства контейнера на по меньшей мере одну первую область пространства и одну вторую область пространства. Кроме того, первое волноводное устройство может быть выполнено для направления в первой области пространства первой электромагнитной волны, например, направленного микроволнового излучения, которое через первое устройство ввода может быть введено в первое волноводное устройство. С помощью первого измерения в одном из примеров может определяться уровень наполнения в первой области пространства.
Замеряющее устройство может быть выполнено для выполнения второго измерения на первом волноводном устройстве или по меньшей мере на одной части первого волноводного устройства. Второе измерение может осуществляться во второй области пространства. В частности, замеряющее устройство может быть выполнено для измерения уровня наполнения.
Для замера первого волноводного устройства, второй области пространства или уровня наполнения во второй области пространства замеряющее устройство в одном из примеров тоже может использовать электромагнитную волну или в целом любой способ, основанный на измерении времени распространения. В другом примере осуществления замеряющее устройство может использовать альтернативный способ измерения, например, акустический, кондуктивный, емкостной или индуктивный способ измерения. Сигнал измерения, который может использоваться в способе измерения замеряющего устройства, может вводиться в замеряющее устройство через дополнительное устройство ввода.
Первое волноводное устройство может быть выполнено для дистанционирования первого устройства ввода первого волноводного устройства и замеряющего устройства, так чтобы первая электромагнитная волна в первой области пространства могла распространяться на задаваемом расстоянии от второй области пространства, предусмотренной для выполнения второго измерения с помощью замеряющего устройства. Первая область пространства может отличаться от второй области пространства. Так, уровень наполнения в различных местах может определяться различными способами измерения уровня наполнения с помощью одного общего измерительного устройства. В одном из примеров области пространства могут быть разделены. В другом примере эти две области пространства могут проходить по существу параллельно друг другу. Области пространства могут быть расположены в разных местах вдоль одного направления по существу перпендикулярно продольной оси первого волноводного устройства или перпендикулярно направлению распространения первой электромагнитной волны. Первое волноводное устройство может быть, таким образом, выполнено как для дистанционирования областей пространства, так и для дистанционирования устройств ввода или, соответственно, волноводных устройств и/или замеряющего устройства.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения измерительное устройство может иметь дистанционирующее устройство, причем это дистанционирующее устройство выполнено для дистанционирования первого устройства ввода первого волноводного устройства и замеряющего устройства. Дистанционирующее устройство может быть выполнено для дистанционирования первого волноводного устройства и замеряющего устройства, так чтобы первая электромагнитная волна могла распространяться на задаваемом дистанционирующим устройством расстоянии от замеряющего устройства. Другими словами, расположение первого волноводного устройства и замеряющего устройства в измерительном устройстве может позволять измерять уровень наполнения внутри контейнера в различных местах. Дистанционирующее устройство может дополнительно или отдельно служить для разделения областей пространства, так чтобы могло обеспечиваться осуществление первого измерения по существу в первой области пространства, а второго измерения по существу во второй области пространства.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения заявляется устройство управления. Устройство управления может иметь устройство аналитической обработки, первое устройство измерения, снабженное первым устройством подключения, и второе устройство измерения, снабженное вторым устройством подключения. Кроме того, устройство управления может иметь дистанционирующее устройство подключения и сборный интерфейс. Первое устройство измерения и второе устройство измерения могут быть соединены с устройством аналитической обработки и выполнены для предоставления первой электромагнитной волны через первое устройство подключения или, соответственно, для предоставления сигнала измерения для замера по меньшей мереб одной части первого волноводного устройства через второе устройство подключения. Сигнал измерения может предоставляться замеряющему устройству.
Первое устройство подключения может быть посредством дистанционирующего устройства подключения дистанционировано от второго устройства подключения, так чтобы первая электромагнитная волна могла предоставляться на задаваемом дистанционирующим устройством подключения расстоянии от сигнала измерения. Первое устройство измерения может для определения и предоставления первого значения измерения с помощью электромагнитной волны быть выполнено в первой области пространства, при этом может происходить предоставление первого значения измерения устройству аналитической обработки. Первая электромагнитная волна может предоставляться для первой области пространства.
Второе устройство измерения может быть выполнено для определения и для предоставления второго значения измерения. Второе значение измерения может представлять собой результат измерения с помощью сигнала измерения во второй области пространства, при этом второе значение измерения тоже может предоставляться устройству аналитической обработки. Устройство аналитической обработки, после приема первого значения измерения и второго значения измерения, может быть выполнено для преобразования первого значения измерения и второго значения измерения в одно общее значение измерения и для предоставления этого общего значения измерения на сборном интерфейсе. Другими словами, в устройстве аналитической обработки может осуществляться обработка первого значения первого измерения и второго значения второго измерения, причем эта аналитическая обработка может происходить по задаваемым критериям.
В качестве первого значения измерения или, соответственно, в качестве второго значения измерения может также предоставляться эхо-кривая или сигнал отражения. На основании сигнала отражения может генерироваться эхо-кривая, и на основании эхо-кривой может определяться значение измерения или показатель для соответствующей области пространства. Эхо-кривая может отображать коэффициент отражения в области пространства.
Для аналитической обработки первого значения измерения и/или второго значения измерения положенный в основу метод измерения может определяться соответствующим устройством измерения. Устройство измерения или устройство управления может распознавать тип подключенного устройства измерения.
Вид аналитической обработки, в частности метод расчета, может также устанавливаться посредством регулирующего устройства на устройстве управления.
В соответствии с другим аспектом изобретения заявляется измерительный прибор для измерения уровня наполнения и/или для измерения предельного уровня или измерения предельного значения. Этот измерительный прибор может иметь предлагаемое изобретением измерительное устройство и предлагаемое изобретением устройство управления, при этом измерительное устройство может быть электрически и/или механически соединено или подключено к устройству управления. Механическое подключение может, например, создаваться посредством винтовой резьбы и/или байонетного разъема.
Измерительное устройство и/или устройство управления может быть, таким образом, пригодно для измерения уровня наполнения или для измерения предельного уровня.
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения раскрывается способ, служащий для эксплуатации предлагаемого изобретением измерительного устройства. Способ может включать в себя предоставление электромагнитной волны в первом волноводном устройстве через первое устройство подключения. Первая электромагнитная волна может предоставляться в первой области пространства первого волноводного устройства. Кроме того, способ может включать в себя замер по меньшей мере, одной части первого волноводного устройства с помощью сигнала измерения, который подается через второе устройство подключения. Замер первого волноводного устройства с помощью замеряющего устройства может осуществляться во второй области пространства. В одном из примеров первое устройство подключения может быть дистанционировано от второго устройства подключения с помощью дистанционирующего устройства подключения.
Первая электромагнитная волна и сигнал измерения могут предоставляться для измерения локально разделенными.
По существу после выполнения измерений первое значение измерения с помощью электромагнитной волны может предоставляться устройству аналитической обработки, и второе значение измерения с помощью сигнала измерения может тоже предоставляться устройству аналитической обработки. Первое значение измерения и/или второе значение измерения может также представлять собой определенную эхо-кривую в аналоговой или цифровой форме. Полученные первые и вторые значения измерения могут преобразовываться или объединяться в устройстве аналитической обработки в одно общее значение измерения, и это общее значение измерения может предоставляться на сборном интерфейсе устройства аналитической обработки. Сборный интерфейс в одном из примеров может представлять собой внешний интерфейс. В одном из примеров устройство аналитической обработки может также являться частью блока вывода.
Согласно еще одному другому примеру осуществления заявляется компьютерочитаемый носитель информации, на котором может быть сохранен в памяти программный код, который, когда он выполняется процессором, может подавать процессору команду выполнения предлагаемого изобретением способа.
Согласно другому аспекту описывается программный элемент, который, когда он выполняется процессором, может подавать процессору команду выполнения предлагаемого изобретением способа.
Устройство управления может быть реализовано как одна единственная интегральная переключательная схема (ИС, интегральная схема).
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения описывается применение измерительного устройства и/или устройства управления для измерения эмульсии.
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения описывается применение измерительного устройства и/или устройства управления для определения свойств среды, в частности, свойств среды жидкости или содержимого контейнера.
Одним из аспектов настоящего изобретения может считаться, что посредством по меньшей мере, двух измерений, выполняемых по существу на задаваемом расстоянии, могут предоставляться результаты измерений, уровни наполнения или эхо-кривые, которые по существу могут воспроизводить одно и то же содержание. Вследствие различных способов аналитической обработки результатов измерений, полученных различными способами измерения, могут определяться параметры, с помощью которых может делаться заключение, отличающееся от уровня наполнения. Например, такое заключение может касаться содержимого или соотношения компонентов смеси содержимого среды в контейнере. Также может определяться положение разделительного слоя. Кроме того, может быть определен показатель для покрывающей среды, которая находится над поверхностью наполняющего материала и/или поверхностью разделительного слоя. Покрывающая среда может представлять собой более легкую вторую жидкость, которая находится над первой жидкостью, пар, газ или смесь газов. Показатель может представлять собой магнитную проницаемость, диэлектрическую проницаемость, давление, температуру или степень насыщения покрывающей среды.
По меньшей мере, два измерения могут представлять собой измерения, осуществляемым по разным принципам измерения. Например, может выполняться измерение времени распространения или отражения. В другом примере может выполняться измерение уровня наполнения на основе ультразвука, лазера или электромагнитной волны. Но, кроме того, может также применяться измерение уровня наполнения с помощью кондуктивного, индуктивного или емкостного замера. В частности, уровень наполнения в трубке может определяться с помощью кондуктивного или емкостного способа измерения. В одном из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения распространение двух электромагнитных волн в различных физических местах может использоваться для определения интересующих параметров. В другом примере осуществления настоящего изобретения может осуществляться двойное измерение уровня наполнения способом, основанным на измерении времени распространения. Другими словами, для замера по меньшей мере, один способ измерения времени распространения, или способ измерения отражения может комбинироваться с любым другим способом измерения. Но в одном из наглядных примеров осуществления способ, основанный на измерении времени распространения, может комбинироваться с другим способом измерения времени распространения. Различие между способами измерения заключается в месте, в котором может выполняться соответствующий способ. Эти различные места могут представлять собой различные области пространства или различные каналы. Каналы могут быть выполнены внутри одного общего корпуса измерительного устройства.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения измерительное устройство может иметь замеряющее устройство, которое может быть выбрано из группы замеряющих устройств, причем эта группа может состоять из кондуктивного замеряющего устройства, емкостного замеряющего устройства, индуктивного замеряющего устройства и акустического замеряющего устройства. Группа может также содержать второе волноводное устройство, снабженное вторым устройством ввода, причем это второе волноводное устройство может быть выполнено для направления второй электромагнитной волны, которая через второе устройство ввода может быть введена во второе волноводное устройство.
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения первое волноводное устройство и/или второе волноводное устройство может быть выбрано из группы различных волноводных устройств. Группа волноводных устройств может состоять из коаксиального провода, полого провода, снабженного по меньшей мере, одним боковым отверстием полого провода, направляющего устройства для микроволнового излучения, направляющей трубки, проволоки, металлического стержня и троса.
Первое волноводное устройство и замеряющее устройство, в частности второе волноводное устройство, могут быть объединены в одном общем корпусе. Например, первое волноводное устройство может быть также интегрировано в замеряющее устройство или замеряющее устройство в первое волноводное устройство. Соответственно внешнее устройство может служить корпусом для всего измерительного устройства. Благодаря этому может быть реализована компактная конструкция зонда, так чтобы зонд мог располагаться только в одном единственном технологическом разъеме контейнера. Технологический разъем может представлять собой отверстие контейнера. Это отверстие может быть также снабжено фланцем для монтажа измерительного устройства и/или устройства управления.
Общий корпус может обеспечивать возможность простой транспортировки измерительного устройства. В одном из примеров измерительное устройство может представлять собой зонд. Объединение компонентов зонда в одном общем корпусе может также облегчать монтаж зонда на устройстве управления. Расстояние между каналами по существу не могут подвергаться влиянию при транспортировке.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения дистанционирующее устройство может представлять собой по меньшей мере одно дистанционирующее устройство, выбранное из группы дистанционирующих устройств. Группа дистанционирующих устройств может состоять из скобы, фланца, стенки контейнера, стенок полого провода и изолятора.
Дистанционирующее устройство может удерживать первое волноводное устройство и замеряющее устройство по существу на постоянном расстоянии. Таким образом, одна и та же измеряемая величина, например, уровень жидкости в контейнере, может определяться в разных местах. Положение этих мест может быть по существу известно благодаря дистанционирующему устройству. Путем особых приспособлений, таких как боковые отверстия в направляющей трубке, можно добиться того, чтобы в отдельных каналах мог быть обеспечен по существу одинаковый уровень жидкости.
Согласно еще одному наглядному примеру осуществления настоящего изобретения первое волноводное устройство и замеряющее устройство, в частности второе волноводное устройство, могут быть расположены коаксиально.
С помощью коаксиального расположения волноводного устройства и замеряющего устройства, в частности первого волноводного устройства и второго волноводного устройства, может реализовываться интеграция первого волноводного устройства в замеряющее устройство и наоборот. Например, первое волноводное устройство может представлять собой металлический стержень, а замеряющее устройство наружную стенку полого провода. Металлический стержень может иметь первую продольную ось, а полый провод может иметь вторую продольную ось, причем при коаксиальном расположении продольные оси волноводных устройств или замеряющего устройства по существу накладываются друг на друга.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения первое волноводное устройство и/или второе волноводное устройство может иметь конец, причем через этот конец проходит опорной линия по существу перпендикулярно направлению распространения электромагнитной волны, при этом первое устройство ввода и второе устройство ввода расположены по существу на одинаковом расстоянии относительно этой опорной линии. Опорная линия может представлять собой воображаемую опорную линию.
Таким образом, устройства ввода могут находиться по существу на одинаковом расстоянии от конца трубки или конца зонда.
Согласно еще одному примеру осуществления настоящего изобретения первое устройство ввода и/или второе устройство ввода может представлять собой по меньшей мере одно устройство ввода, выбранное из группы устройств ввода. Группа устройств ввода может состоять из полоскового провода, громкоговорителя, оптического устройства ввода, лазера, индуктивного устройства ввода, емкостного устройства ввода, связи посредством шлейфа, связи посредством штифта и связи посредством отверстия.
Устройство ввода может быть выполнено для возбуждения сигнала измерения, в частности, электромагнитной волны, акустической волны или оптической волны в первом устройстве ввода и/или замеряющем устройстве, так чтобы соответствующий сигнал мог распространяться в замеряющем устройстве или, соответственно, волноводном устройстве.
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения первое устройство ввода и/или второе устройство ввода может иметь устройство подключения, в частности, первое устройство подключения или, соответственно, второе устройство подключения. Каждое из устройств подключения может представлять собой по меньшей мере одно устройство подключения, которое может быть выбрано из группы устройств подключения, состоящей из высокочастотного штекера, высокочастотной гнездовой части, высокочастотного адаптера, циркулятора и направленного ответвителя.
Согласно еще одному другому аспекту настоящего изобретения измерительное устройство может быть выполнено в виде зонда для прибора измерения уровня наполнения и/или для прибора измерения предельного уровня.
Зонд может, например, иметь винтовой разъем или байонетный разъем, с помощью которого может подключаться надлежащее устройство управления для получения измерительного прибора или полевого прибора, в частности, полевого прибора для измерения уровня наполнения или для измерения предельного уровня.
Согласно одному из аспектов сигнал измерения может представлять собой ток, который может регулироваться в зависимости от емкости или индуктивности.
Согласно еще одному аспекту сигнал измерения может представлять собой вторую электромагнитную волну.
Замер первого волноводного устройства может, таким образом, по существу осуществляться не только посредством емкостного или индуктивного способа, но и посредством свободно распространяющейся или направленной электромагнитной волны. В качестве альтернативы может также применяться акустическая волна, например, в ультразвуковом диапазоне.
Таким образом, замеряющее устройство может использовать другой способ измерения времени распространения, или способ измерения коэффициента отражения.
Согласно еще одному другому примеру осуществления настоящего изобретения устройство управления может иметь один общий генератор для создания электромагнитной волны и сигнала измерения и, в частности, первой электромагнитной волны и второй электромагнитной волны. Кроме того, устройство управления может иметь распределительное устройство, причем распределительное устройство может быть выполнено для распределения первой электромагнитной волны первому устройству подключения и второй электромагнитной волны второму устройству подключения. В случае индуктивного и/или емкостного измерения сигнал измерения может представлять собой ток, который может подвергаться влиянию в соответствии с имеющимся уровнем наполнения.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ эксплуатации измерительного устройства может включать в себя предоставление второй электромагнитной волны как сигнала измерения. Вторая электромагнитная волна может предоставляться через второе устройство подключения. Затем второе значение измерения с помощью второй электромагнитной волны может предоставляться в устройство аналитической обработки.
Следует заметить, что различные аспекты изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые аспекты описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся устройств, в отличие от чего другие аспекты описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся способа. Однако специалисту в области техники из предыдущего описания и последующего описания понятно, что, если не предусматривается иного, то дополнительно к каждой комбинации признаков, раскрываемой в отношении одной категории объектов, предусматривается любая комбинация признаков, раскрываемая в отношении различных категорий объектов. В частности, раскрываются комбинации признаков пунктов формулы изобретения, касающихся устройств, и пунктов формулы изобретения, касающихся способа.
Краткое описание фигур
Ниже описываются наглядные примеры осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фигуры, на которых показано:
Фиг.1 - измерительная система для измерения уровня наполнения, включающая в себя направляющую трубку и измерительный стержень, способом направленного микроволнового излучения для лучшего понимания настоящего изобретения.
Фиг.2 - три кривые аналитической обработки эхо-сигнала для лучшего понимания настоящего изобретения.
Фиг.3 - измерительная система, включающая в себя измерительный стержень по принципу направленного микроволнового излучения для лучшего понимания настоящего изобретения.
Фиг.4 - система, включающая в себя направляющую трубку для измерения уровня наполнения по принципу свободно излучающего радара для лучшего понимания настоящего изобретения.
Фиг.5 - измерительная система для измерения уровня наполнения посредством свободно излучаемой электромагнитной волны и направленного микроволнового излучения согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - измерительная система для измерения уровня наполнения с помощью двух электромагнитных волн по принципу направленного микроволнового излучения согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7- дополнительная измерительная система для измерения уровня наполнения с помощью двух электромагнитных волн по принципу направленного микроволнового излучения согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - измерительная система для измерения эмульсии согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - измерительная система для определения свойств среды при измерении уровня наполнения согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10A - простая схема устройства управления согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10B - детальная блок-схема устройства управления с раздельными путями сигнала согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10C - детальная схема устройства управления с одним общим блоком аналитической обработки и одним общим блоком вывода согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10D - детальная схема устройства управления с аналоговым выключателем согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10E - детальная схема устройства управления с высокочастотным выключателем согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 - вид сверху измерительного устройства из фиг.6 согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 - блок-схема способа эксплуатации измерительного устройства согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения.
Детальное описание примеров осуществления
Изображения на фигурах являются схематичными без соблюдения масштаба.
Измерительное устройство может, например, иметь первое волноводное устройство и замеряющее устройство или первое волноводное устройство и второе волноводное устройство, которые реализованы в виде двух приборов. Эти приборы могут использовать различные принципы измерения. С помощью направляющей трубки может направляться микроволновое излучение, но возможно также измерение емкости направляющей трубки.
При применении акустических или оптических волн сигнал, генерируемый прибором измерения уровня наполнения или устройством управления, в общем, свободно распространяется в направлении подлежащей замеру поверхности наполняющего материала. В случае устройства или прибора, который использует радарные волны для замера поверхности наполняющего материала, учитывается как свободное распространение в направлении подлежащей замеру среды, которая может образовывать поверхность наполняющего материала, так и распространение по направляющему устройству, такому как, например, внутренняя область полого провода, которое направляет радарные волны от прибора для измерения уровня наполнения, в частности, от устройства управления или устройства ввода, к среде. В случае приборов, функционирующих по принципу направленного микроволнового излучения, высокочастотные сигналы направляются внутри или вдоль поверхности волновода в направлении среды.
На поверхности подлежащей замеру среды часть поступающих сигналов отражается, и по прохождении соответствующего времени распространения снова поступает обратно на прибор измерения уровня наполнения, в частности, на устройство управления прибора измерения уровня наполнения или полевого прибора. Не отраженные составляющие сигналов проникают в среду, и распространяются в ней в соответствии с физическими свойствами этой среды дальше в направлении дна контейнера. На дне контейнера эти сигналы отражаются, и после прохождения среды и покрывающей атмосферы или покрывающей среды снова поступают обратно на прибор измерения уровня наполнения, в частности, на первое измерительное устройство или на второе измерительное устройство.
Измерительное устройство получает отраженные в разных местах сигналы и на основании этого методом измерения времени распространения определяет расстояние до наполняющего материала.
2
Определенное расстояние до наполняющего материала предоставляется вовне через внешний интерфейс. Предоставление может осуществляться в аналоговой форме, например, в виде сигнала 4…30 мА на интерфейсе 4…20 мА, или же в цифровой форме, например, на полевой шине. Полевая шина может быть шиной HART, шиной Profibus или полевой шиной Fieldbus Foudation™. Другим примером интерфейса может быть интерфейс IC (Inter-Integrated Circuit, взаимно-интегрированная схема) или компьютерный интерфейс, такой как RS232, RS485, USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина), Ethernet, FireWire или WLAN (Wireless Local Area Network, беспроводная локальная сеть).
Измерение уровня наполнения, измерение разделительного слоя и/или измерение эмульсии может осуществляться различным образом. Например, система для измерения уровня наполнения, измерения разделительного слоя и/или измерения эмульсии может иметь по меньшей мере одно измерительное устройство и/или одно устройство управления, которое определяет уровень наполнения по принципу направленного микроволнового излучения. В другом наглядном примере осуществления, однако, возможна также реализация устройства, которое в качестве принципа измерения в дополнение к направленному микроволновому излучению или альтернативно этому использует по меньшей мере, один акустический принцип измерения, оптический принцип измерения, индуктивный принцип измерения, емкостной принцип измерения или по существу принцип измерения посредством свободного излучения, в частности, с применением свободно излучаемых радарных волн.
Одним из аспектов изобретения может быть создание устройства или зонда, которое позволяет использовать по существу одновременно по меньшей мере два одинаковых или различных принципа измерения только с помощью одного единственного устройства.
B
L
На фиг.1 показана система для измерения уровня наполнения по принципу направленного микроволнового излучения. Система с фиг.1 использует коаксиальную направляющую трубку 104 с внутренним проводом для измерения уровня наполнения. Контейнер 100 до высоты d-d наполнения наполнен средой M106 или жидкостью 106. Высота наполнения рассчитывается из разности двух расстояний, начиная от опорной высоты, например, места ввода микроволнового излучения. Пространство над жидкостью 107 сначала, допустим, наполнено другой средой, например воздухом L.
Подлежащая измерению жидкость 106 и покрывающая атмосфера 107 находятся по существу во внутреннем пространстве контейнера.
Прибор 101 измерения уровня наполнения, работающий по принципу направленного микроволнового излучения, генерирует в устройстве 130 управления с помощью высокочастотного блока 102 электромагнитный импульс 103 и вводит его в зонд 104, который в конструкции, изображенной на фиг.1, выполнен в виде волновода 104, после чего этот импульс приблизительно со скоростью света распространяется в направлении подлежащей замеру поверхности 104 наполняющего материала внутри волновода 104.
Изображенный волновод 104 в настоящем примере выполнен в виде коаксиального провода. В качестве зонда возможно использование, однако, любого вида волновода, то есть, в частности, однопроводные или многопроводные линии.
Применяемый для измерения уровня наполнения коаксиальный провод 104 имеет трубку, которая на равных расстояниях снабжена отверстиями 115 в стенке трубки, обеспечивающими возможность проникновения подлежащей измерению жидкости 106 в область между наружным проводом, например, стенками трубки, и внутренним проводом 120.
medium
Поверхность 105 наполняющего материала отражает часть энергии поступающих сигналов, после чего отраженная составляющая сигналов по волноводу 104 снова распространяется обратно к прибору 101 для измерения уровня наполнения и, в частности, к устройству аналитической обработки прибора для измерения уровня наполнения. Не отраженная составляющая сигналов проникает в жидкость 106, и распространяется в ней с сильно уменьшенной скоростью по волноводу 104. Скорость C электромагнитной волны 103 внутри жидкости 106 определяется свойствами материала жидкости 106:
0
R
R
B
L
где c описывает скорость света в вакууме, ε - коэффициент диэлектрической проницаемости жидкости, а µ - коэффициент магнитной проницаемости жидкости. На нижнем конце 108 волновода 104 в области дна контейнера 100 оставшаяся составляющая сигнала тоже отражается, и попадает по прохождении соответствующего времени снова обратно в прибор 101 для измерения уровня наполнения, в частности, на устройство 130 управления. В приборе 101 для измерения уровня наполнения, в частности, в устройстве 130 управления, поступающие сигналы обрабатываются с помощью высокочастотного блока 102, и, например, трансформируются в диапазон промежуточных частот (диапазон ПЧ) с более низкими частотами. С помощью блока 109 аналого-цифрового преобразователя (А/Ц-преобразователя) аналоговые эхо-кривые, которые предоставляются высокочастотным блоком 102, оцифровываются и предоставляются блоку 110 аналитической обработки. Блок 110 аналитической обработки анализирует оцифрованную эхо-кривую, определяет на основании содержащегося в ней эха в соответствии с задаваемыми способами то эхо, которое было создано отражением на поверхности 105 наполняющего материала. Кроме того, блок 110 аналитической обработки определяет по существу точное расстояние до этого эхо. Кроме того, по существу точное расстояние до эха корректируется таким образом, чтобы компенсировались влияния наложенной газовой атмосферы 107 на распространение электромагнитных волн. Рассчитанное таким образом, скомпенсированное расстояние до наполняющего материала 113 передается в блок 111 вывода, который дополнительно обрабатывает определенное значение в соответствии с заданными значениями пользователя, например, путем линеаризации, коррекции смещения, пересчета в высоту d-d наполнения. Обработанное значение измерения предоставляется на внешнем интерфейсе 112 связи вовне. Для предоставления может применяться любой интерфейс, в частности токовый интерфейс 4…20 мА, промышленная полевая шина, такая как HART, Profibus, Fieldbus Foundation™ (FF), или же компьютерный интерфейс, такой как RS232, RS485, USB (Universal Serial Bus), Ethernet или FireWire.
На Фиг.2 пояснены этапы, которые применяются в рамках обработки эхо-сигналов в блоке 110 аналитической обработки для компенсации влияний разных сред. Части этих этапов используются при аналитической обработке эхо-сигналов.
0
L
B
Ветвь 201 кривой показывает, прежде всего, эхо-кривую 204, зарегистрированную блоком 109 аналого-цифрового преобразователя в течение времени и полученную на основании сигналов отражения. Эхо-кривая содержит, прежде всего, передаваемый импульс 205. Через короткое время в момент времени t регистрируется первое отражение 206, обусловленное вводом высокочастотного сигнала в волновод 104, например, с помощью устройства ввода. Другое отражение 207 происходит от поверхности 105 наполняющего материала и регистрируется в момент времени t. Эхо 208, сгенерированное нижним концом 108 волновода 104, регистрируется, наконец, в момент времени t.
На первом этапе обработки кривая 204 зависимости от времени трансформируется в кривую 211 зависимости от расстояния. Во время этой трансформации исходят из того, что зарегистрированная кривая 204 образовалась исключительно при распространении в вакууме. Ордината первого изображения 201 пересчитывается путем умножения на скорость света в вакууме в ось расстояния второго изображения 202. Эта ось расстояния показывает электрическое расстояние. Кроме того, путем перерасчета смещения достигается, что эхо 206, обусловленное вводом высокочастотного сигнала, получает значение расстояния 0 м.
На втором изображении 202 показана эхо-кривая 211 как функция электрического расстояния D. Электрическое расстояние соответствует тому расстоянию, которое проходит электромагнитная волна в вакууме за определенное время. Электрическое расстояние по существу не учитывает влияний среды, которые возможно приводят к более медленному распространению электромагнитных волн. Поэтому ветвь 211 кривой представляет собой некомпенсированную, но соотнесенную с местами эхо-кривую.
L
B
В настоящем описании изобретения электрические расстояния обозначаются большими буквами D, в отличие от чего физические расстояния, которые могут быть измерены непосредственно на контейнере, обозначаются маленькими буквами d. Физическое расстояние d, d, 113, 114 может быть измерено на контейнере.
L
L
Кроме того, имеется возможность по существу полностью компенсировать эхо-кривую 211, то есть по существу полностью соотнести эхо-кривую с физическим расстоянием. На третьем изображении 203 на фиг.2 показана такая полностью скомпенсированная эхо-кривая 212 эхо-кривой 211. Для получения изображения эхо на физическом расстоянии в настоящем случае учитывается влияние покрывающей среды 107 в области между местами 0 и D ветви 211 кривой. Данные электрического расстояния абсциссы между 0 и D пересчитываются в данные физического расстояния в соответствии со следующей зависимостью:
L
luft
luft
L
B
при этом i представляет собой текущий индекс для значений расстояния между местами 0 и D. Так как ε и µ в хорошем приближении по существу примерно соответствуют значению 1, то для этого участка в настоящем примере по существу не должна осуществляться корректировка. Данные электрического расстояния абсциссы между D и D, которые соответствуют области контейнера, наполненной отличной от воздуха средой, пересчитываются, однако, в данные физического расстояния в соответствии со следующей зависимостью:
B
при этом i представляет собой текущий индекс для значений расстояния между местами 0 и D.
L
B
L
B
На третьем изображении 203 эхо-кривой показан скорректированный ход или скомпенсированный ход зарегистрированной эхо-кривой 204. Как расстояние d до эхо 209 поверхности 105 наполняющего материала, так и расстояние d до эхо 210, созданного нижним концом 108 волновода 104, по существу совпадают с измеряемыми на контейнере 100 расстояниями d, d.
Преобразование зарегистрированной ветви 204 кривой в ветвь 211 кривой, то есть определение электрических расстояний разных эхо, в рамках обработки сигналов 102, 109, 110, 111 в приборе 102, в частности, в его устройстве 130 управления, выполняется по существу для всех зарегистрированных эхо 205, 206, 207, 208. Преобразование эхо-кривой 211 в скомпенсированную эхо-кривую 212, в общем, не выполняется, ведь достаточно корректировки одного единственного значения уровня наполнения. Другими словами, в некомпенсированной кривой 211 может компенсироваться только эхо поверхности 105 наполняющего материала или эхо, созданное на нижнем конце волновода.
На фиг.3 показана другая система 301 для измерения уровня наполнения по принципу направленного микроволнового излучения. Измерение уровня наполнения происходит в этой системе с помощью отдельного провода 302. Устройство отличается измененным прибором 301 измерения уровня наполнения, который вместо коаксиального провода 104 в качестве зонда 302 использует металлический стержень 302 для направления высокочастотного сигнала 103, сгенерированного высокочастотным блоком 303 устройства 330 управления. Другими словами, прибор 301 измерения уровня наполнения может иметь устройство 330 управления и зонд 302.
Вследствие физических закономерностей высокочастотный сигнал 103 по существу не может распространяться внутри массивного металлического стержня 302, а движется по наружной поверхности стержня, в частности, между стержнем и стенкой контейнера. Эхо-сигналы 204, 211, 212, сгенерированные с помощью этой системы, соответствуют в грубом приближении сигналам согласно фиг.2, поэтому аналитическая обработка этих сигналов и вместе с тем устройство 330 управления по существу не отличается от изображенного на фиг.1 устройства 130 управления.
На фиг.4 показано другое устройство 401 для измерения уровня наполнения, которое выполнено по принципу свободно излучающего радара. Для измерения уровня наполнения по принципу свободно излучающего радара может использоваться направляющая трубка 404 для обеспечения направления радарных лучей или в общем электромагнитной волны. Прибор 401 измерения уровня наполнения, который предусмотрен для измерения уровня наполнения по принципу свободно излучающего радара, может иметь устройство 430 управления для создания и аналитической обработки радарного сигнала и зонд 404 или направляющую трубку 404. Прибор 401 измерения уровня наполнения излучает радарный сигнал 402 через устройство 403 ввода или антенну 403 внутрь направляющей трубки, после чего этот радарный сигнал в соответствии с физическими закономерностями распространяется внутри направляющей трубки 404. Эксплуатация без направляющей трубки также возможна, причем тогда свободно излучаемая радарная волна по существу направляется внутренней стенкой контейнера. Сигналы, отраженные от наполняющего материала 105, в частности, его поверхности, служат, в свою очередь, для определения непосредственного уровня 113 наполнения в контейнере 100. Система в соответствии с фиг.4 может также использоваться для того, чтобы регистрировать уровень наполнения с помощью акустических сигналов или оптических сигналов в направляющей трубке.
В изображенных на фиг.1, фиг.3 и фиг.4 системах применяется соответственно только одно измерение или один единственный принцип измерения для замера уровня наполнения с применением направляющей трубки. Эти измерения только по одному единственному принципу измерения представляют собой одноканальное измерение. Многоканальное измерение в области технологии измерения уровня наполнения может, однако, обеспечивать эффективную аналитическую обработку эхо-кривых. При многоканальном измерении может использоваться многоканальный измерительный прибор. Многоканальный измерительный прибор может использовать многоканальный зонд, многоканальное измерительное устройство и/или многоканальное устройство управления. В комбинации с соответственно согласованным устройством управления вместо или дополнительно к значению измерения, определяющий уровень наполнения, может указываться другой параметр, такой как, например, свойство материала или соотношение компонентов смеси среды. Значение измерения и/или параметр может подаваться на сборном интерфейсе.
Измерительное устройство, в частности, многоканальное измерительное устройство или многоканальный зонд, может использоваться для измерения уровня наполнения и/или измерения разделительного слоя и/или измерения эмульсии.
На фиг.5 показан один из вариантов осуществления многоканального измерительного прибора 501, снабженного многоканальным измерительным устройством 505 и многоканальным устройством 530 управления согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения. Многоканальное измерительное устройство 505 имеет первый канал 509, 510, 531 и второй канал 502, 504, 532. Посредством направляющей трубки 505 может, таким образом, выполняться многоканальное измерение.
Прибор 501 измерения уровня наполнения выполнен, чтобы с помощью измерительного устройства 509 или с помощью высокочастотного блока 509 генерировать электромагнитный импульс 511 и вводить его с помощью соответствующего ввода 510 или первого устройства 510 вода в первом волноводном устройстве 531, например, наружной стороне 531 направляющей трубки 505. Для ввода первое устройство 510 ввода направляет электромагнитный импульс 511 или электромагнитную волну 511 на наружную сторону направляющей трубки 505. Электромагнитный импульс 511 перемещается после ввода по поверхности 531 направляющей трубки 505 и отражается на поверхности 506 подлежащей замеру среды. Первый высокочастотный блок 509 обрабатывает отраженные сигналы с получением эхо-кривой, которая оцифровывается в блоке 507 аналого-цифрового преобразователя и передается на устройство 508 аналитической обработки или блок 508 аналитической обработки. Блок 507 аналого-цифрового преобразователя делят между собой первое измерительное устройство 509 и второе измерительное устройство 502, то есть первое измерительное устройство 509 и второе измерительное устройство 502 используют один общий блок 507 А/Ц-преобразователя. Блок 508 аналитической обработки на основании этой оцифрованной первой эхо-кривой определяет по меньшей мере один показатель для уровня поверхности 506 наполняющего материала.
Прибор 501 измерения уровня наполнения излучает, кроме того, через второе устройство 504 ввода или антенну внутрь направляющей трубки 505 радарную волну 503, сгенерированную во втором измерительном устройстве 502, во втором канале 502 или во втором высокочастотном блоке 502. Направляющая трубка 505, в частности, внутренняя стенка направляющей трубки 505, служит в качестве отделенного по местоположению замеряющего устройства 532 и может быть выполнена как второе волноводное устройство 532 для радарной волны 503 или для электромагнитной волны 503. Вследствие отражения на поверхности 506 наполняющего материала прибор 501 измерения уровня наполнения в состоянии сформировать вторую эхо-кривую и оцифровать ее с помощью блока 507 аналого-цифрового преобразователя и в виде цифровой эхо-кривой 204 передать дальше в устройство 508 аналитической обработки или блок 508 аналитической обработки. Блок 508 аналитической обработки на основании этой оцифрованной эхо-кривой определяет по меньшей мере один дополнительный показатель уровня поверхности 506 наполняющего материала.
В дополнение следует указать на то, что это определение уровня наполнения с помощью замеряющего устройства, например, во внутренней области 532 направляющей трубки 505, может реализовываться с помощью разных принципов измерения. Примерами принципов измерения, на которых может основываться замеряющее устройство, являются измерения уровня наполнения на основе ультразвука или лазера, или же также измерения уровня наполнения с помощью кондуктивного, индуктивного или емкостного замера внутреннего пространства направляющей трубки.
Первое волноводное устройство 531 отделяет по местоположению замеряющее устройство 532, так что первое измерительное устройство 509 регистрирует поверхность 506 наполняющего материала в другом местоположении, чем замеряющее устройство 532. Первое волноводное устройство 531 отделяет, таким образом, две области 531, 532 пространства друг от друга. В частности, один зонд 505 может предоставлять две области 531, 532 пространства, в которых могут выполняться измерения.
Кроме того, блок 508 аналитической обработки в состоянии с учетом по меньшей мере одного из показателей уровня внутри и/или снаружи направляющей трубки 505, определенных ранее на основании первого измерения и/или второго измерения, определять по меньшей мере один общий показатель уровня поверхности 506 наполняющего материала, который после дополнительного перерасчета предоставляется устройством 512 вывода на один из общих сборных интерфейсов 513. Предоставление может осуществляться в аналоговой форме, например, в виде сигнала 4…20мА на интерфейс 4…20 А, или же в цифровой форме, например, по полевой шине. Полевая шина может быть шиной HART, шиной Profibus или полевой шиной Fieldbus Foudation™.
Возможно также, чтобы блок 508 аналитической обработки определял расширенные информационные данные на основе указанных по меньшей мере двух измерений, то есть информационные данные, которые по существу не являются уровнями наполнения. Другими словами, посредством двухканального измерения или многоканального измерения может определяться не только уровень наполнения, но и другой результат. При этом речь может идти, например, об информационных данных ASSET, которые обеспечивают заблаговременную идентификацию возникающих нарушений функционирования датчика, или же о данных, касающихся надежности измерения или загрязнения направляющей трубки.
Изображенная на фиг.5 направляющая трубка 505 имеет множество боковых отверстий 533 в боковой поверхности направляющей трубки 533, которые позволяют жидкости попадать во внутреннюю область 532 направляющей трубки. В одном из примеров осуществления направляющая трубка имеет одно единственное боковое отверстие или точно два боковых отверстия. В одном из примеров по меньшей мере одно боковое отверстие расположено на направляющей трубке 505 так, чтобы оно во встроенном состоянии в контейнере 100 было расположено как можно ближе к дну 534 контейнера и/или как можно дальше от дна 534 контейнера. Дном 534 контейнера может называться та область в контейнере 100, в которой по существу скапливается жидкость, когда на жидкость 506 действует сила тяжести. Отверстия 533 могут быть выполнены в виде сверлений, щелевидных прорезей или шлица. Отверстия 533 могут быть распределены по существу по упорядоченному растру, по одной линии или же неупорядоченно по длине трубки 505. По другому примеру трубка 505, кроме отверстий на обеих торцевых сторонах трубки 505, по существу не имеет никаких других отверстий. В общем случае трубка может иметь отверстия на торцевых сторонах. Крышка на одной торцевой стороне трубки может использоваться в качестве дистанционирующего устройства. Дистанционирующее устройство может быть расположено в любом произвольном положении по длине трубки.
Измерительное устройство 505 выполнено в виде многоканального измерительного зонда 505. Оно имеет дистанционирующее устройство 535, которое служит по существу для того, чтобы замеряющее устройство 532 и первое волноводное устройство 531 находились по существу на постоянном расстоянии вдоль задаваемой длины. Дистанционирующее устройство 535 может быть, таким образом, выполнено так, чтобы оно могло обеспечивать возможность по существу параллельного измерения в обоих каналах 511, 532. В случае, когда наряду с первым волноводным устройством 532 также замеряющее устройство 531 использует распространение электромагнитной волны, дистанционирующее устройство может по существу служить для того, чтобы обе волны независимо друг от друга распространялись в одном параллельном направлении. Таким образом, измерение уровня 506 наполнения может осуществляться в двух различных местах, расстояние между которыми по существу известно. Дистанционирующее устройство 535 может быть согласовано с дистанционирующим устройством 535' подключения устройства 530 управления.
Для того, чтобы расположить на устройстве 530 управления измерительный зонда 505, на устройстве 530 управления может быть предусмотрено первое устройство 536' подключения и второе устройство 537' подключения. На измерительном зонде предусмотрено первое устройство 510 ввода, снабженное устройством 536 подключения, и второе устройство 504 ввода, снабженное устройством 537 подключения. Первое устройство 536' подключения может быть предусмотрено для электрического соединения с устройством 536 подключения первого устройства 510 ввода, например, в виде комбинации штекера/гнездовой части. Второе устройство 537' подключения может быть предусмотрено для электрического соединения с устройством 537 подключения второго устройства 504 ввода, например, в виде комбинации штекера/гнездовой части. Для механического соединения измерительного устройства 505 с устройством 530 управления может быть предусмотрена взаимно соответствующая винтовая резьба и/или соответствующий байонетный замок. Механическое соединение может также осуществляться посредством дистанционирующего устройства 535 или дистанционирующего устройства 535' подключения. Дистанционирующее устройство 535' подключения может служить для того, чтобы удерживать сигнал измерения или электромагнитную волну устройства 530 управления на расстоянии, соответствующем расстоянию замеряющего устройства и первого волноводного устройства. Поэтому при механическом соединении может легко создаваться электрическое соединение, так как посредством дистанционирующего устройства 535 и дистанционирующего устройства 535' подключения устройства 536, 537 подключения устройств 510, 504 ввода и измерительных устройств 509, 502 могут согласовываться друг с другом. Так может быстро изготавливаться измерительный прибор 501 для многоканального измерения.
На фиг.6 показана другая система 601 для многоканального измерения уровня наполнения. В этом наглядном примере осуществления настоящего изобретения в соответствии с фиг.6 коаксиальный провод 605 используется в качестве многоканального зонда. В этом варианте направляющая трубка 605, 505 снабжена внутренним проводом 603 и образует коаксиальный провод 605, который при установке на устройстве 630 управления является частью прибора 601 измерения уровня наполнения. Уровень 506 жидкости внутри этого провода 605 определяется с помощью второго электромагнитного импульса 639, который генерируется вторым измерительным устройством 602, выполненном в виде третьего высокочастотного блока 602. Этот третий высокочастотный блок 602 выполнен так, чтобы он мог возбуждать электромагнитную волну в коаксиальном проводе 605. Первое измерительное устройство 509 выполнено в виде первого высокочастотного блока 509 и соответствует первому высокочастотному блоку 509 согласно фиг.5. Первое измерительное устройство 509 используется для того, чтобы измерять уровень 506 жидкости в соответствии с изображенным на фиг.5 способом замера уровня наполнения в первом канале 531 вдоль наружной поверхности направляющей трубки 605. Также этот изображенный на фиг.6 вариант осуществления двухканального замера 531, 632 посредством двухканального измерительного зонда 605 применяется, чтобы выполнять два независимых друг от друга измерения по принципу направленного микроволнового излучения для определения уровня наполнения, или выполнять двойное измерение уровня наполнения способом, основанным на измерении времени распространения.
В случае направленного микроволнового излучения направленная волна распространяется по существу между потенциалом и опорным потенциалом. В случае применения стержня в качестве волновода этот стержень может нести потенциал, а опорный потенциал может находиться по существу в бесконечно далеко удаленной точке. При распространении электромагнитной волны по поверхности, такой как поверхность 531 трубки, потенциал может находиться на наружной стороне 531 трубки или боковой поверхности трубки, а опорный потенциал может находиться на внутренней стоне стенки 538 контейнера. Таким образом, может измеряться среда, которая находится между стенкой 538 контейнера и боковой поверхностью 531 трубки 505, 506. В случае применения коаксиального провода 605 потенциал может находиться на внутреннем проводе 603, а опорный потенциал на наружном проводе, например, боковой поверхности трубки 605, в частности, внутренней поверхности стенки трубки.
Устройства 510, 504, 631 ввода могут быть выполнены, чтобы сигнал 511, 503, 603, который они принимают через устройства 536, 537, 636, 637 подключения устройств ввода или, соответственно, через устройства 536', 537', 636', 637' подключения измерительных устройств 509, 502, 602, вводить в соответствующие каналы 531, 532, 632. В частности, устройство 510, 504, 631 ввода может служить для того, чтобы волны 511, 639 могли распространяться в желаемых областях, областях 531, 532, 632 пространства или каналах. Так, первая электромагнитная волна 511 может распространяться в первом канале 531, а вторая электромагнитная волна 639 во втором канале 632. Для распространения устройство 510, 504, 631 ввода может служить для присваивания потенциала и опорного потенциала. Для этого присваивания устройство ввода может иметь развязку потенциалов.
Устройства 510, 631 ввода имеют устройства 636, 637 подключения, которые служат для электрического подсоединения зонда 605 к устройству 630 управления к соответствующим устройствам 636', 637' подключения. Дистанционирующее устройство 635 или, соответственно, дистанционирующее устройство 635' подключения могут, наряду с локальной развязкой устройств 510, 631 ввода или, соответственно, устройств 636, 637 подключения, также служить для присваивания потенциалов.
Оба канала 531, 632 образуются внутри и снаружи коаксиального провода 605, то есть по существу между направляющей трубкой 605 и стенкой 538 контейнера или, соответственно, между внутренним проводом 631 и наружным проводом 605.
На фиг.7 показан другой зонд 733 в соответствии с одним из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения. Прибор 701 измерения уровня наполнения имеет, в свою очередь, два независимых друг от друга измерительных устройства 702, 703 или высокочастотных блока 702, 703, которые используются, чтобы по принципу направленного микроволнового излучения измерять уровень наполнения на двух разных путях 731, 732 или в двух различных каналах 731, 732, или в отдельных местах. Локальное разделение происходит в радиальном направлении коаксиально расположенных полых проводов, то есть по существу перпендикулярно направлению распространения направленной волны. Два канала образуются двойным коаксиальным проводом, у которого коаксиальный провод 708, имеющий направляющую трубку 705 в качестве наружного провода 705 и стержень 704 в качестве внутреннего провода 704, охватывается полым проводом 706, так что коаксиальный провод и полый провод по продольной оси расположены по существу коаксиально друг другу. Зонд 733 имеет, таким образом, по существу две коаксиально расположенные трубки 705, 706.
Первое измерение 731 использует наружный коаксиальный провод 709 для определения значения уровня наполнения или высоты уровня наполнения, при этом наружный коаксиальный провод 709 имеет трубку-оболочку 706 или направляющую трубку 706 в качестве наружного провода и трубку 705 в качестве внутреннего провода. Второе измерение 732 использует внутренний коаксиальный провод 708 для определения значения уровня наполнения. Трубка 706 наружного коаксиального провода образует общий корпус зонда 733. Таким образом, первый канал 731 и второй канал 732 делят между собой средний провод 705 в качестве наружного провода 705 или, соответственно, внутреннего провода 705. Будет ли средний провод 705 использоваться как внутренний провод 705 для наружной трубки 706 или как наружный провод 705 для внутреннего провода 704, зависит от монтажа устройства 734 ввода наружного провода и от монтажа устройства 735 ввода внутреннего провода. Средний провод 705 может иметь многослойную конструкцию. Например, средний провод может иметь проводящий наружный провод и проводящий внутренний провод, которые по существу изолированы друг от друга диэлектриком, чтобы обеспечивать как локальную развязку, так и электрическую развязку. Наружный провод или наружная сторона среднего провода 705 может быть внутренним проводом первого канала 731, а внутренний провод или внутренняя сторона среднего провода 705 может быть также наружным проводом второго канала 732. Внутренний коаксиальный провод 708 и наружный коаксиальный провод 709 могут в зависимости от применения зонда, иметь упорядоченные сверления 707 или отверстия 707, которые позволяют проникать подлежащей измерению жидкости 106. Для изображения внутреннего коаксиального провода 708, обычно скрытого наружным коаксиальным проводом 709, часть стенок трубки-оболочки 706 на фиг.7 изображена штриховой линией. Кроме того, на фиг.7 показаны открытые нижние торцевые стороны трубок 705 и 708 напротив устройств 734, 735 ввода. Две области, которые отделяет зонд 733, соответствуют обоим каналам 731, 732, соответственно между внутренним проводом 704, 705 или, соответственно, наружным проводом 706, 705.
На фиг.8 показан измерительный прибор 801 для замера разделительных слоев и/или эмульсий с помощью направляющей трубки. Измерительный прибор 801 имеет устройство 830 управления и зонд 831. Зонд 831 выполнен, чтобы во втором канале 832 устанавливался уровень жидкости, отличающийся от уровня жидкости в первом канале 531. Конструктивное исполнение зонда 831, снабженного по существу только двумя боковыми отверстиями 834, 835, может препятствовать тому, что, например, разделительный слой жидкости 833, образовавшийся во внутренней области 832 зонда, перемешивался посредством мешалки. Выполненный таким образом зонд 831 может обеспечивать возможность применения этого зонда 831 для измерения эмульсии в направляющей трубке. Для этого на основании по меньшей мере двух измерений в двух каналах 531, 832 могут определяться показатели, которые требуются в рамках измерения разделительного слоя и/или измерения эмульсии. Другими словами, зонд для измерения эмульсии выполнен таким образом, что внутри контейнера он может отделять две области 531, 831 или канала 531, 831, при этом в одной области может измеряться смешанная эмульсия нескольких жидкостей, а в другой области может измеряться образовавшийся при деэмульгировании разделительный слой между жидкостями. Соответствующее устройство 830 управления через сборный интерфейс 836 может выводить показатель для эмульсии.
На фиг.9 показан измерительный прибор 901 для замера или определения свойств среды покрывающей атмосферы. Измерительный прибор имеет зонд 933 и устройство 930 управления. Зонд 933 или измерительное устройство 933 представляет собой волновод 902, который внутри по меньшей мере частично заполнен диэлектриком 903. Диэлектрик 903 расположен в верхней области полого провода 902, волновода 902, коаксиального провода 902 или направляющей трубки 902. При этом верхняя область находится по существу напротив дна 534 контейнера вблизи второго устройства 631 ввода второго канала 632, B. Посредством первого канала 531 A, может замеряться наружная сторона волновода 902. На основании различных измерений в двух каналах A, B может определяться свойство среды покрывающей атмосферы 906 или накладывающейся жидкости 906. Диэлектрик 903 замедляет распространение волны, используемой для измерения, внутри зонда 933. Таким образом, возможно, чтобы оба сигнала в обоих каналах 631, 632 имели различные значения времени прохождения, хотя физическое расстояние, которое они проходят до наполняющего материала 106, по существу одно и то же. С помощью получающихся при этом в этих двух каналах A, B различных эхо-кривых могут, в частности, определяться коэффициент диэлектрической проницаемости и/или коэффициент магнитной проницаемости покрывающей атмосферы 906 или покрывающей жидкости 906, образовавшейся над наполняющим материалом 106 или над жидкостью 106. Соответствующее устройство 930 управления может через сборный интерфейс 936 выводить показатель покрывающей атмосферы 906 или покрывающей жидкости 906.
Так как показатель может выводиться через общий сборный интерфейс 513, 836, 936, измерительный прибор 501, 601, 701,801, 901 занимает только один единственный разъем на приборе для аналитической обработки.
Объединение по меньшей мере двух каналов или нескольких каналов в одном единственном зонде 733, 505, 605, 831, 902, в частности, объединение нескольких каналов в одном общем корпусе, например, с помощью дистанционирующего устройства 535, 535', 635, 635', может обеспечить возможность установки зонда только в одно единственное технологическое отверстие контейнера 100. Таким образом, возможно компактное расположение двух измерительных каналов.
На фиг.10A показана простая блок-схема устройства 1010 управления или устройства 1010 для измерения уровня наполнения. Для согласования со множеством каналов A, B, 531, 532, 632, 731, 732 или по меньшей мере двумя каналами, которые предоставляет измерительное устройство 505, 605, 933, 733, может осуществляться соответствующее исполнение приборной электроники, которое обеспечивает возможность эксплуатации по меньшей мере двух каналов одного зонда. Устройства подключения к устройствам 504, 510, 734, 735 ввода зонда или разъемы зонда в общем случае могут быть обозначены буквами A и B, чтобы пояснить, что речь идет о двух каналах, однако без указания типа разъема или устройства ввода. Каналы A, B могут удерживаться дистанционирующим устройством на расстоянии, которое может соответствовать расстоянию соответствующих разъемов устройств ввода.
На фиг.10A показано, что можно комбинировать две комплектные электронные вставки 1012, 1013 двух отдельных соответствующих устройств управления двух любых приборов измерения уровня наполнения посредством устройства 1011 аналитической обработки, чтобы прийти к одному общему показателю на сборном интерфейсе 1014. При этом устройство аналитической обработки служит для аналитической обработки двух результатов измерений двух различных измерительных приборов 101, 301, 401, которые работают по одноканальному принципу. Отдельные измерительные приборы, в частности, соответствующие устройства управления, которые работают по одноканальному принципу, могут также использоваться для эксплуатации отдельных каналов одного многоканального зонда. Измерительный прибор или, соответственно, соответствующий зонд, который работает по одноканальному принципу, позволяет по существу только выполнять одно единственное измерение, так как, например, для дополнительного измерения не может быть предусмотрено другое устройство ввода. Электронные вставки могут, таким образом, работать по разным принципам, подходящим к конфигурации применяемых вводов зонда на разъемах A и B. Вышестоящий блок 1011 аналитической обработки пересчитывает предоставленные электронными вставками 1012, 1013 отдельные показатели, которые, например, могут определяться из параллельно или последовательно выполненных измерений A и B, и образует на основе этого по меньшей мере одно общее значение измерения, которое подается на общий внешний сборный интерфейсе 1014. Это общее значение измерения может представлять собой показатель, который по существу может определяться только путем выполнения по меньшей мере двух измерений, в частности, показатель, который по существу может определяться только путем выполнения по меньшей мере двух измерений в различных местах. Другими словами, этот показатель может быть определен по существу только путем выполнения двух отдельных измерений для измерения уровня наполнения и/или измерения предельного уровня.
На фиг.10B показана схема устройства 1020 управления, в котором обработка значения измерения обоих каналов, в частности, первое измерительное устройство 1012b и второе измерительное устройство 1013b, и устройство 1027 аналитической обработки интегрированы в одном общем корпусе. Измерительные устройства 1012b, 1013b могут представлять собой отдельные приборы измерения уровня наполнения, в частности их устройство управления или электронику для аналитической обработки. Принцип действия устройства 1020 управления, показанного на фиг. 10B, соответствует по существу принципу действия устройства 1010 управления, показанного на фиг. 10A, при этом конструкция или электроника измерительного устройства 1012, 1013 изображена более детально. Первое измерительное устройство 1012b имеет блок 1021 генерации высокой частоты, блок 1023 аналого-цифрового преобразователя и блок 1025 аналитической обработки, которые выполнены для взаимодействия таким образом, чтобы они в комбинации могли выполнять первое измерение в первом измерительном канале A и формировать первое значение измерения, например, значение измерения уровня наполнения. Кроме того, второе измерительное устройство 1013b имеет блок 1022 генерации высокой частоты, блок 1024 аналого-цифрового преобразователя и блок 1026 аналитической обработки, которые выполнены для взаимодействия таким образом, чтобы они в комбинации могли выполнять второе измерение во втором измерительном канале B и формировать второе значение измерения, например, значение измерения уровня наполнения. Для выполнения измерений устройство управления на первое устройство 1001 подключения может подавать электромагнитную волну, а на второе устройство 1002 подключения - сигнал измерения, например, вторую электромагнитную волну. Устройство 1020 управления может иметь по меньшей мере, три внешних интерфейса. В одном из примеров устройство 1020 управления может иметь только 3 внешних интерфейса. Два из этих внешних интерфейсов 1001, 1002 могут служить для предоставления сигнала измерения и/или приема эхо-сигнала, а третий может служить в качестве сборного интерфейса 1014 для предоставления одного общего значения измерения. Значения измерений в обоих каналах A, B посредством соответствующей программной логики в блоке 1027 аналитической обработки совместно пересчитываются и предоставляются вовне через сборный интерфейс 1014. Блок 1027 вывода, первое устройство 1025 аналитической обработки и второе устройство 1026 аналитической обработки могут образовывать один общий блок аналитической обработки или общее устройство аналитической обработки. Измерение с помощью второго измерительного устройства B может также осуществляться по альтернативному принципу измерения, который отличается от направленной или свободно распространяющейся электромагнитной волны. Высокочастотный блок 1022 имеет тогда соответствующий блок для генерации сигнала измерения, например, блок генерации лазера, источник оптического сигнала, блок генерации ультразвука, источник акустического сигнала, источник сигнала для выполнения емкостного измерения и/или источник сигнала для выполнения индуктивного измерения. Сигнал измерения предоставляется также через устройство 1002 подключения, соответствующее сигналу измерения.
На фиг.10C показан другой вариант реализации устройства 1030 управления. В устройстве 1030 управления первое измерительное устройство 1012c и второе измерительное устройство 1013c с блоком 1037 вывода размещены в одном общем корпусе. Устройство 1030 управления использует для аналитической обработки оцифрованных эхо-кривых или значений измерений каналов A и B, которые предоставляются на разъемах 1031 и 1032, один общий блок 1033 аналитической обработки. Следовательно, блок 1033 аналитической обработки имеет точно три разъема. С помощью одного разъема блок 1033 аналитической обработки подключен к блоку 1037 вывода, с помощью второго разъема блок 1033 аналитической обработки соединен с первым каналом A 1012c, а с помощью третьего разъема блок 1033 аналитической обработки соединен со вторым каналом B 1013c. Другими словами, первое измерительное устройство 1012c и второе измерительное устройство 1013c делят между собой один общий блок 1033 аналитической обработки или устройство 1033 аналитической обработки.
Как изображено на блок-схеме фиг.10D, может быть также предусмотрено, чтобы первое измерительное устройство 1012d и второе измерительное устройство 1013d делили между собой один А/Ц преобразователь. Перевод сигналов обоих каналов A, B в цифровое представление может выполняться с помощью одного единственного блока 1041 аналого-цифрового преобразователя внутри устройства 1040 управления. Для использования одного общего блока 1041 аналого-цифрового преобразователя устройство 1040 управления имеет аналоговый переключатель 1042, который передает аналоговые и низкочастотные сигналы каналов A, B по методу временного уплотнения на блок 1041 аналого-цифрового преобразователя. Измерения в обоих каналах A, B, вследствие совместного использования блока 1041 А/Ц преобразователя, происходят последовательно во времени. Поэтому блок 1034 аналитической обработки снабжен по существу только двумя разъемами. Через один разъем блок 1043 аналитической обработки получает сигнал временного уплотнения от А/Ц преобразователя 1041. Через другой разъем он передает обработанный сигнал, который он получил из сигналов измерения каналов A, B, на блок 1037 вывода.
На блок-схеме устройства 1050 управления, датчика или измерительного прибора в соответствии с фиг.10E показано расположение элементов схемы, при котором два измерительных устройства 1012e, 1013e делят между собой один имеющийся высокочастотный блок 1051. Для использования этого деления высокочастотного блока 1051 предусмотрен высокочастотный переключатель 1052. С помощью этого расположения элементов схемы возможно общее использование многих компонентов устройства управления для обоих каналов A, B или для обоих измерительных устройств 1012e, 1013e, благодаря чему обеспечивается возможность осуществления простой конструкции устройства 1050 управления. Путем целенаправленного применения совместно используемых устройств затраты на изготовление прибора измерения уровня наполнения могут быть снижены.
На фиг.10A-10E общий корпус устройства управления может иметь дистанционирующее устройство 1003 подключения, которое удерживает на определенном расстоянии друг от друга устройства 1001, 1002 подключения и, в частности, каналы A, B. Это расстояние может соответствовать зонду, который должен эксплуатироваться с соответствующим устройством управления. Благодаря предусмотрению различных расстояний может осуществляться кодирование корпуса, с помощью которого может быть предусмотрено, чтобы с одним устройством управления использовались только надлежащие зонды. Расположения элементов схемы фиг.10A-10E могут реализовываться в виде интегрированной переключающей схемы.
В качестве устройства 1001, 1002 подключения устройства управления или в качестве устройства подключения устройства ввода может быть предусмотрен коаксиальный кабель 50 Ом.
На фиг.11 показан вид сверху измерительного устройства 605 с фиг.6, которое работает по двухканальному принципу. Измерительное устройство имеет направляющую трубку 605, на которой посредством дистанционирующего устройства 35 и/или перегородки 1100 образуются два измерительных канала 531, 632. Измерительные каналы 531, 632 находятся внутри и снаружи направляющей трубки 605. В эти измерительные каналы 531, 632 посредством устройств 636, 637 подключения устройств ввода, не показанных на фиг.12, может вводиться сигнал измерения, например, электромагнитная волна. Распространение сигнала измерения в каналах 531, 632 происходит независимо друг от друга, так что независимо друг от друга может измеряться уровень наполнения в определенных местоположениях. Из локально различных результатов измерений могут, наряду с уровнем наполнения, выводиться другие параметры. Местоположение измерений по существу определяется расположением дистанционирующего устройства 635. Устройства 636, 637 подключения фиг.12 выполнены в виде коаксиальных гнезд.
На фиг.12 показана блок-схема способа эксплуатации измерительного устройства, которое работает по двухканальному принципу согласно одному из наглядных примеров осуществления настоящего изобретения. Исходя из нерабочего состояния S1, на этапе S2 происходит подача первой электромагнитной волны на первое волноводное устройство 1100 через первое устройство 636 подключения.
На этапе S3 предусматривается замер по меньшей мере, одной части первого волноводного устройства 1100 с помощью замеряющего устройства 632 или второго волноводного устройства 632, которое имеет второе устройство 637' подключения, при этом первое устройство 636' подключения дистанционируется от второго устройства 637' подключения с помощью дистанционирующего устройства 635' подключения. Дистанционирующее устройство 635' подключения может быть выполнено как дистанционирующее устройство 635 зонда. Дистанционирующее устройство может быть также образовано одним общим корпусом, в котором размещено устройство управления.
На следующем этапе S4 первое значение измерения с помощью первой электромагнитной волны подается на устройство аналитической обработки. Это значение измерения получается из аналитической обработки эхо-кривой первой электромагнитной волны.
По существу одновременно на этапе S4 или параллельно этапу S4 на этапе S5 происходит предоставление второго значения измерения с помощью замеряющего устройства 632 устройству аналитической обработки. В другом наглядном примере осуществления предоставление первого значения измерения происходит по времени раньше предоставления второго значения измерения. В еще одном другом примере осуществления предоставление первого значения измерения происходит по времени после предоставления второго значения измерения. В соответствующей последовательности может осуществляться предоставление первой электромагнитной волны и сигнала измерения замеряющего устройства 632 на этапе S2 или, соответственно, S3.
На этапе S6 результаты измерений объединяются и/или аналитически обрабатываются. Например, первое значение измерения и второе значение измерения преобразуются в одно общее значение измерения, и это общее значение измерения подается на сборном интерфейс устройства аналитической обработки. Через сборный интерфейс может также предоставляться параметр наполняющего материала или содержимого контейнера, который отличается от уровня наполнения и, например, отражает свойство среды или соотношение компонентов смеси.
В другом наглядном примере осуществления настоящего изобретения в соответствии с первым аспектом предлагается устройство 501, 601, 701, 801, 901 для измерения уровня наполнения, разделительного слоя или эмульсии способом, основанным на времени распространения, причем это устройство имеет направляющую трубку 505, 605, 733, контактирующую со средой, и первый блок 1025 аналитической обработки. Первый блок 1025 аналитической обработки выполнен таким образом, что он может определять по меньшей мере один показатель первого уровня наполнения, первого разделительного слоя и/или первой эмульсии внутри направляющей трубки 505, 605, 733, 831, 933, контактирующей со средой.
Устройство 501, 601, 701, 801, 901 имеет также другой блок аналитической обработки, причем этот другой блок 1026 аналитической обработки выполнен так, что он определяет по меньшей мере, один показатель другого уровня наполнения, другого разделительного слоя и/или другой эмульсии, который определяется вне направляющей трубки 505, 605, 733, 831, 933, контактирующей со средой. Для определения по меньшей мере одного показателя другого уровня наполнения, другого разделительного слоя и/или другой эмульсии микроволновое излучение направляется по наружной поверхности направляющей трубки, контактирующей со средой.
Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается устройство по первому аспекту, при этом первый блок 1025 аналитической обработки и другой блок 1026 аналитической обработки частично или полностью по существу идентичны 1033.
В третьем аспекте настоящего изобретения предлагается устройство по первому аспекту или по второму аспекту, при этом расстояние первой высоты уровня наполнения и расстояние другой высоты уровня наполнения от устройства управления идентичны. Расстояние первой высоты уровня наполнения и расстояние другой высоты уровня наполнения от устройства управления может измеряться вдоль направления распространения электромагнитной волны при излучении.
В четвертом аспекте настоящего изобретения описывается устройство по одному из первого - третьего аспектов, которое также имеет блок 1011, 1027, 1033 для определения по меньшей мере, одного показателя уровня наполнения и/или положения разделительного слоя и/или состава эмульсии, причем для этого применяются по меньшей мере одно значение и по меньшей мере одно другое значение.
В пятом аспекте настоящего изобретения описывается устройство по четвертому аспекту, при этом первый блок аналитической обработки, другой блок аналитической обработки и/или блок для определения по меньшей мере, одного показателя уровня наполнения частично или полностью идентичны.
В шестом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство по одному из аспектов от первого до пятого, которое также имеет внутренний провод 603, 704, проведенный внутри направляющей трубки 605, 708, контактирующей со средой, причем этот внутренний провод и направляющая трубка, контактирующая со средой, образуют коаксиальный провод.
В седьмом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство по шестому аспекту, при этом первый блок 1025 аналитической обработки выполнен, чтобы определять по меньшей мере, один показатель первого уровня наполнения в направляющей трубке, контактирующей со средой, по принципу направленного микроволнового излучения.
В восьмом аспекте настоящего изобретения предлагается устройство по одному из аспектов от первого до седьмого, которое имеет также по меньшей мере одну трубку-оболочку 706, окружающую направляющую трубку, причем эта по меньшей мере одна трубка-оболочка 706 образует наружный провод по меньшей мере одного другого коаксиального провода 708, причем другой блок аналитической обработки выполнен, чтобы определять по меньшей мере один показатель уровня наполнения, разделительного слоя или эмульсии с применением по меньшей мере, одного другого коаксиального провода.
Первое измерительное устройство 703 может иметь два соединительных элемента, при этом один соединен с наружной трубкой 706, а другой - с внутренней трубкой 705. Второе измерительное устройство 702 может иметь два разъема, при этом один соединен с внутренней трубкой 705, а другой - со стержнем 704. Соединительный элемент может представлять собой соединительный кабель.
В дополнение следует указать, что «включающий в себя» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Кроме того, следует указать на то, что признаки или этапы, которые описаны со ссылкой на один из приведенных выше примеров осуществления, могут применяться также в комбинации с другими признаками или этапами других описанных выше примеров осуществления. Ссылочные обозначения в пунктах формулы изобретения не должны считаться ограничением.