專利名稱:測量容器內(nèi)液面標(biāo)高的容性測量裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于測量裝有強粘附力介質(zhì)流體的容器內(nèi)液面標(biāo)高的容性測量裝置，該裝置包括一個參考電極和一個測量探頭一后者被供有一個視情況而定的高頻測量電壓源的測量電極或測量電流源的測量電極，測量和參考兩電極之間的電容量是依據(jù)介質(zhì)流體的液面而變化的，因而可檢測由這種電容量變化所引起的流過測量電極的電流的變化。
介質(zhì)，一方面是導(dǎo)電的，并由于粘性而附著在探頭表面，另一方面，影響著基于電容作用的限定液面標(biāo)高的指示器的工作方式。對一個已同相應(yīng)介質(zhì)接觸過的探頭來說，即使在介質(zhì)液面標(biāo)高降到探頭以下后，也會在其上留下一層導(dǎo)電層(參考電極的基本部分所通過的導(dǎo)電層)。由于與介質(zhì)流體導(dǎo)電性、探頭的大小和導(dǎo)電層厚度有關(guān)，這部分電流可能變得比流過由測量電極和參考電極構(gòu)成的電容器的那部分電流還大，以致對應(yīng)于液面標(biāo)高部分的變化不能再被檢測或只能以很大的代價來檢測。液面標(biāo)高傳感器就不再適于測定由此情況所限定的液面標(biāo)高了。
使用一個對應(yīng)于最高可能頻率的測量電壓或測量電流可構(gòu)成這樣一種可能性-減小同導(dǎo)電附著層有關(guān)的種種困難的可能性。在甚高頻率下，流過導(dǎo)電附著層的歐姆律電阻的這部分電流和流過測量電極到參考電極的那部分電流一樣是急劇下降的。但頻率不能任意增高。這種頻率的極限一方面是通過易處置的電子結(jié)構(gòu)元件或適于達(dá)到經(jīng)濟效益的結(jié)構(gòu)元件來給定，另一方面是由在甚高頻率下沿測量電極的電流分布的結(jié)果(這時，電流波節(jié)以波長距離而形成)來給定的。
本發(fā)明是基于這個問題，即為以這樣的方式改進本文開頭所描述的裝置，以致對液面標(biāo)高的容性檢測，特別是對導(dǎo)電的富有粘性的介質(zhì)流體的液面標(biāo)高極限，人們也能在甚高頻下毫無困難地對其進行檢測。
按照本發(fā)明，該問題是通過以下方法解決的除了將測量電極連到測量電壓或測量電流源的一個極(視情況而定)之外，還提供一個屏蔽電極，在該電極的上面擴散有一層擴散在測量電極和參考電極之間的介質(zhì)的附著層，而且該電極，視情況而定，被連到測量電壓源或測量電流源的第二極;并通過測量變換器在第二極和參考電極之間進行轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的原理在于從測量裝置中的被檢測電流中排除從測量電極流過導(dǎo)電附著層的電流。因此，不應(yīng)被排除的通過導(dǎo)電附著層的電流是不會被液面標(biāo)高控制所檢測的。測量電極依賴視情況而定的測量電壓源或測量電流源的一個極的高電位。為此，大部分電抗電流流過測量電極到達(dá)參考電極。與附著層厚度、容器內(nèi)介質(zhì)的導(dǎo)電率以及屏蔽電極的長度有關(guān)的那部分流向屏蔽電極的電流也可能是大的，但這部分電流并不到達(dá)測量變換器。由于屏蔽電極具有跟(視情況而定)測量電壓源或測量電流源的第二極幾乎相同的電位，因此，從屏蔽電極流到參考電極，又經(jīng)測量變換器返回的電流同基于測量電極和參考電極間電容量的電流相比是很小的。這就是之所以由流經(jīng)屏蔽電極到參考電極的電流對測量所產(chǎn)生的影響會如此之小，以致它的不足以成為影響精度的要素的原因。這樣，呈現(xiàn)強粘性的導(dǎo)電介質(zhì)的液面標(biāo)高可借助上述結(jié)構(gòu)簡單的裝置而被準(zhǔn)確地測定。又不必隨著頻率的提高而付出昂貴代價。所以能經(jīng)濟地制造該裝置。
在一個有利的實施例中，容器壁即是參考電極。利用導(dǎo)電的容器壁作為一個參考電極時就產(chǎn)生一個大的電容量，由于不同液面標(biāo)高而引起電容量的變化相當(dāng)大，這一電容變化又導(dǎo)致相應(yīng)地大電流變化，而我們可容易地測定這種電流變化。對于流過導(dǎo)電附著層的電流來說，測量探頭的長度是重要的。通過屏蔽電極和上述的電路連接，可使流過附著層的電流對測量的影響是如此地急劇減小，以致連能在附著層中產(chǎn)生大電流的短探頭也可被使用。
最好，將測量電極和屏蔽電極涂敷一層電的絕緣層。所述裝置特別適用于監(jiān)控具有導(dǎo)電率很高的介質(zhì)流體的液面標(biāo)高。此外，該裝置顯著地減小了從測量電極通過導(dǎo)電附著層流到參考電極的電流。所述電流(強度)不僅取決于導(dǎo)電附著層的歐姆律電阻，而且取決于測量電極和導(dǎo)電附著層之間的電容量。
在一個有利的實施例中，測量電極被置于伸入容器內(nèi)部的屏蔽電極的端部附近，而且與此相比，測量電極較短。借助所述裝置可準(zhǔn)確地監(jiān)控各限定的液面標(biāo)高。每個限定的液面標(biāo)高是由屏蔽電極的高度確定的。
在另一個有利的實施例中，測量和屏蔽電極被加工成具有同一直徑的中空圓筒，而由測量和屏蔽電極組成的圓柱形測量探頭，其屏蔽電極的一端被用螺紋擰入容器壁。所述裝置在結(jié)構(gòu)上顯示了一種簡單的構(gòu)成。因此，可經(jīng)濟地制造該探頭。
測量電壓源或測量電流源的第一和第二極，視情況而定，最好是一個變送器的次級繞組的兩端，該變送器的初級繞組由一個振蕩器饋給信號。借助于所述變換器，在包含測量電極的線路內(nèi)的電壓或電流強度分別可被調(diào)整到隨測量變送器而定的阻抗和狀態(tài)。
測量變換器最好是一個電流變換器。通過該電流變換器可以一種簡單的方式精確地測定出對應(yīng)于液面標(biāo)高的電流變化。此處，電流變換器的內(nèi)阻是很小的。
從下面接著要對本發(fā)明的實施例所作的圖解說明中可獲得進一步的細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點。
圖1表示用于測量容器內(nèi)液面標(biāo)高的容性測量裝置，該裝置包括一個探頭(縱向剖面)和該探頭的電氣連接。
圖2表示圖1所示裝置，其特定元部件之間電氣耦合是通過電阻和電容器符號來解釋。
圖3在不考慮探頭機械細(xì)節(jié)的情況下以簡潔形式表示圖1和圖2所示裝置的線路圖，該圖具有根據(jù)圖2表示的符號。
用于測量容器內(nèi)液面標(biāo)高的容性測量裝置包括一個測量探頭10，該探頭被插入容器壁。該測量探頭10由測量電極14和屏蔽電極16組成。該測量和屏蔽電極是具有相同直徑的圓筒。測量探頭10固定在緊靠屏蔽電極16一端的容器壁12上。測量電極14被置于屏蔽電極16避開容器壁12的那端的前面，其前表面通過一層電氣絕緣層，將其與屏蔽電極16的前表面隔開，而且并沒規(guī)定這兩個電極的前表面要靠得更近。電極14和16的外表面均被電氣絕緣層18所覆蓋。
測量電極14經(jīng)導(dǎo)線20被連到一個高頻測量電壓源或測量電流源(視情況而定)的一極22。導(dǎo)線20沿屏蔽電極16的縱軸延伸。視情況而定的測量電壓或測量電流源的第二極24經(jīng)導(dǎo)線26被連到屏蔽電極16。測量變換器28的一個輸入端也連到極24，其另一輸入端被連到參考電極。容器壁12用作參考電極，并呈現(xiàn)導(dǎo)電性。屏蔽電極16的圓筒一端被螺旋30所環(huán)繞，螺旋30可由金屬制成。螺旋30通過絕緣層18與屏蔽電極16隔開。螺旋30被插入容器壁12的一個排出孔。測量變換器28構(gòu)成一個具有很小內(nèi)阻的電流變換器，即，視情況而定，產(chǎn)生一個直流電流或一個直流電壓，該電流或電壓與加到其輸入端的交流電流的幅度成正比。電流變換器28的輸出直流電壓的大小指示容器(僅以部分圖示)內(nèi)的液面標(biāo)高。
在包含測量電極14、屏蔽電極16、測量變換器28和容器壁12的線路中，一個變送器的次級繞組32，視情況而定，被用作一個測量電壓源或測量電流源，其初級繞組34由振蕩器36饋入信號，根據(jù)情況產(chǎn)生高頻電流或電壓。
圖1所示裝置可用來監(jiān)視容器內(nèi)(圖中未詳示)的導(dǎo)電介質(zhì)超過極限的情況。該介質(zhì)具有如此之強的附著力，以致在容器內(nèi)容物降到較低高度以后，該介質(zhì)附著層被留下并附著到曾被該介質(zhì)覆蓋過的部分。在測量探頭10上的這種附著層已用40標(biāo)出。不過，當(dāng)打算用探頭10去監(jiān)視液面標(biāo)高極限時，測量電極14的長度較小?？墒?，屏蔽電極16又比測量電極14要長。
導(dǎo)電介質(zhì)的附著層40同時覆蓋了測量電極14和屏蔽電極16，并延伸到螺旋30和容器壁12。對于從測量電極14起流過附著層40到容器壁12的電流來說，附著層是一個電阻，該電阻在圖2中通過串聯(lián)的轉(zhuǎn)換歐姆律電阻42象征性地示出。由于絕緣層18不存在電流，而是測量和屏蔽電極14和16與附著層40之間的電容耦合。該電容耦合在圖2中用一連串電容器44象征性地示出。所述電容器44的每一個均被連到電極14，16和電阻42上。
測量電極14與容器壁12一起形成一個由46標(biāo)出的電容器，其電容量隨液面標(biāo)高的可變，也是可變的。此外，屏蔽電極和容器壁12之間存在的電容耦合由電容器48表示。導(dǎo)線20與屏蔽電極16之間的合成電容由電容器50表示。
離開次級繞組32的電流流過導(dǎo)線20到測量電極14或通過電容器50到屏蔽電極。由電容器50所確定的這部分電流來自屏蔽電極16通過電極24返回繞組32。所述這部分電流不影響測量。流過測量電極14的這部分電流就進行分流。其主要部分電流經(jīng)由電容器46到達(dá)參考電極一容器壁12。該部分電流通過容器壁12和測量變換器28再回到極24和繞組32。容器內(nèi)的液面標(biāo)高影響流過電容器46的那部分電流的大小。當(dāng)介質(zhì)接觸到測量電極14或其絕緣層時，電容器46的電容量就會相應(yīng)地產(chǎn)生一個非常顯著的變化。借助一個結(jié)構(gòu)簡單的測量變換器28即可檢測該顯著變化并可用作某種警告。
極24通過測量變換器28，作為一個低電阻被連到容器壁12。在測量變換器28上，只有一個很低的電壓降。因此，被連到極24的屏蔽電極16幾乎與容器壁12等電位。所以，至于通過電容器44和48以及電阻42在屏蔽電極16和容器壁12之間流動的電流所引起的測量誤差對測量的影響，那是微不足道的。
在經(jīng)由屏蔽電極16流到容器壁12的電流由于呈現(xiàn)低電位差和高的阻抗而小到可忽略的同時，存在于測量和屏蔽電極14和16間的電位差導(dǎo)致一個相應(yīng)的較大電流經(jīng)由容器44和電阻42流到屏蔽電極16。該電流從屏蔽電極16通過導(dǎo)線26流到電極24和繞組32。在此特別重要的是從測量電極14流到屏蔽電極16并通過導(dǎo)線26通到電極24的電流由于電流變換器28之故，對測量不產(chǎn)生任何影響。
所以，流過電流變換器28的測量電流幾乎全部取道于電容器46并易受液面標(biāo)高對電容量的影響。由此可見，本發(fā)明的基本原理在于盡最大的可能程度，不讓流過導(dǎo)電附著層40電流在電流變換器28內(nèi)檢測。雖然不能避免通過導(dǎo)電附著層的電流，但上述裝置由于消除了所述電流對測量的影響而獲得了高精度。
圖3示出一幅簡潔的線路圖，由此圖可見可能被各部分電流所取的各自的通道。圖3未將圖2的全部電阻42和電容44都顯示出來。然而，由于圖3已刪去了探頭10的某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而使其比圖2更清楚可將導(dǎo)電層40的電阻看作由依次轉(zhuǎn)換的電阻構(gòu)成的分壓器，屏蔽電極16和附著層40之間的電容是由連到這些電阻的連接點的電容器44構(gòu)成的。來自測量電極14的部分電流這樣的流過這些電阻42和電容器44至屏蔽電極16和極24，以致于洽洽在螺旋部件30處，幾乎不存在對容器壁12的電壓，所以也就不存在流向容器壁12的誤差電流。
權(quán)利要求
1.對含有強附著力介質(zhì)流體的容器內(nèi)的液面標(biāo)高進行容性測量的裝置，該裝置包括一個參考電極和一個測量探頭，該探頭有一個測量電極一視情況而定，由高頻測量電壓源或測量電流源饋入信號，其測量電極和參考電極之間的電容量被該介質(zhì)流體的液面標(biāo)高所改變，從而檢測隨著電容量的這種變化而引起的流過測量電極的電流變化，其特征在于一除了連到視情況而定的測量電壓源或測量電流(32)的電極(22)的測量電極(14)外，還有一屏蔽電極(16)，電極(16)為填充在測量電極(14)和參考電極(12)之間的介質(zhì)的附著層(40)所覆蓋，并被連到測量電壓源或測量電流源(32)(視情況而定)的第二極(24)，以及一測量變換器(28)在第二極(24)和參考電極(12)之間進行轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，特征在于參考電極(12)是容器壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的裝置，特征在于測量電極(14)和屏蔽電極(16)均為電氣絕緣層(18)所覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3的任一項的裝置，特征在于除屏蔽電極(16)以外，還配有測量電極(14)一伸入容器的內(nèi)部，并且比較起來其體積又比較小。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4的任一項的裝置，特征在于-測量和屏蔽電極(14，16)為相同直徑的圓筒;-由測量和屏蔽電極構(gòu)成的圓柱形測量探頭(10)，在屏蔽電極的一端可被擰入容器壁(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至4的任一項的裝置，特征在于-測量和屏蔽電極(14，16)被加工成相同直徑的粗大中空圓筒;-由該測量和屏蔽電極構(gòu)成的測量探頭(10)，在屏蔽電極的一端可被擰入容器壁(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1至6的任一項的裝置，特征在于視情況而定的測量電壓源或測量電流源的第一和第二極(22，24)是一個變送器的次級繞組(32)的兩端，該變送器的初級線圈(36)由振蕩器(38)饋入信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1至7的任一項的裝置，特征在于測量變換器(28)是一個電流變換器。
專利摘要
一種對含有強附著性介質(zhì)流體的容器內(nèi)的液面標(biāo)高，進行容性測量的裝置，其中，除了連到測量電壓源或測量電流源(32)(視情況而定)的極(22)的測量電極(14)外，還有一屏蔽電極(16)—它為填充在測量電極(14)和參考電極(12)之間的介質(zhì)的附著層(40)所覆蓋，并被連到測量電壓源或測量電流源(32)(視情況而定)的第二極(24)；同時測量變換器(28)在第二極(24)和參考電極(12)之間進行轉(zhuǎn)換。
文檔編號G01F23/22GK86105575SQ86105575
公開日1988年2月10日 申請日期1986年7月26日
發(fā)明者岡特·凱克 申請人:維加·格里沙伯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan