專利名稱：用于電容式料位測量的測量儀表的制造側標定以及相應的測量儀表的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于介質的電容式料位測量的測量儀表的制造側標定的方法，其中測量儀表的至少一個探頭單元利用電觸發(fā)信號觸發(fā)，該觸發(fā)信號是具有可預定頻率的交流電壓。另外，本發(fā)明涉及一種相應的測量儀表。“制造側”表示標定是在測量儀表的制造或生產(chǎn)中由制造者實現(xiàn)的。
背景技術：
電容式方法允許連續(xù)測量料位。在這種情況中，探頭單元和容器壁(或者第二探頭單元)形成電容器，其電介質是容器中的介質。在這種情況中，這個電容器的電容依賴于介質的料位，從而可以從電容推導出料位。例如在本申請人的專利申請DE 101 57 762 A1或DE 10161 069 A1中描述了用于測量電容的多種可能方案。
問題在于，測量電容不僅僅依賴于料位，還依賴于介質的介電常數(shù)和導電率。由于導電率例如隨空氣溫度或濕度而改變，所以產(chǎn)生測量的不確定或應用有限制。另外，容器的幾何形狀以及例如探頭單元上的沉積物影響測量值。
考慮所關心的變量的多重依賴性，另一個困難是將從測量確定的電容值與所屬的實際感興趣的料位值相關聯(lián)。結果，通常需要所謂的標定，其中在安裝測量儀表之后，使用待測介質引入不同料位，并且記錄由這些料位得到的電容值。然而，這種標定花費很高并且阻礙了測量儀表在安裝之后直接投入使用。

發(fā)明內容
于是，本發(fā)明的目的是提供一種在制造側標定用于電容式料位測量的測量儀表的方法以及相應標定的或可標定的測量儀表。
在方法方面，本發(fā)明通過以下特征實現(xiàn)該目的依賴于觸發(fā)信號的頻率確定一電導率范圍，在該范圍內，料位測量基本獨立于介質的電導率變化；對于該電導率范圍，產(chǎn)生在可預定的第一料位值和屬于該第一料位值的第一電容值之間的至少一個第一參考匹配；以及存儲在第一料位值和第一電容值之間的第一參考匹配。
用于電容式料位測量的測量儀表通常包括探頭單元，其由控制/分析單元以電觸發(fā)信號觸發(fā)。電觸發(fā)信號是可預定頻率的交流電壓。這是在電容式測量儀表中觸發(fā)信號的常見形式。由此得到的響應信號通常是電流信號，其例如經(jīng)由電阻器轉換為可數(shù)字化的電壓信號。由探頭單元的電響應信號，即由探頭單元、容器壁(或第二探頭單元)和介質形成的電容器的依賴于電容器電容的響應信號，確定電容值。為此，需要計算算法，其分析例如響應信號的導納(Admittanz)、其幅度、以及觸發(fā)信號和響應信號之間的相位。為此，例如在控制/分析單元中提供微處理器。觸發(fā)信號通常是具有可調頻率的交流電壓。測量儀表的這些部件的制造對應于現(xiàn)有技術。
現(xiàn)在，本發(fā)明在于，在測量儀表的完成/制造/生產(chǎn)中，生產(chǎn)在第一可調料位值和與其關聯(lián)的電容值之間的至少一個參考匹配。于是，在測量儀表的完成/制造中，已經(jīng)執(zhí)行了標定。下面的實施例中討論產(chǎn)生這種參考匹配的不同可能。這種預標定可能實現(xiàn)以及可應用于以后的使用，決定性的因素是測量儀表要使用的介質的導電率應當在一預定的導電率范圍內。于是，應用范圍限于具有相應電導率的介質。這個范圍通常是沒有上限的。范圍的起點依賴于觸發(fā)信號(往往是交流電壓)的頻率。在250kHz的頻率，起點例如是大約150μS。頻率越高，這個起始值越高；而頻率越低，該起始值越低。由于這種頻率依賴性，首先必須例如通過比較測量而對于給定頻率確定合適的電導率范圍。在下面的實施例中，將解釋如果將這個范圍在較低導電性的方向上擴展。
這種限制的原因是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當電導率位于上述范圍中時，介質特性，諸如導電率以及介電常數(shù)幾乎對于測量信號沒有任何影響。于是，由于消除了介質依賴性，所以可在制造時預先進行標定。于是，可以在安裝之后直接利用這種測量儀表進行測量。
可以將本發(fā)明概況為通過將應用范圍限于具有大于特定值的電導率的介質，可以實現(xiàn)制造中的標定。或者反過來只有對于導電率落在該范圍內的那些介質，測量儀表才利用制造側預標定而得以使用。
在本發(fā)明的一個變型中，產(chǎn)生在第二可預定料位值和從屬于該第二料位值的第二電容值之間的第二參考匹配，并且存儲在第二料位值和第二電容值之間的該第二參考匹配。如果僅存儲了一個參考匹配，那么可以辨別超過還是低于與其相關的料位。然而，兩個值允許識別這兩個值并且還可以計算并確定中間值。
在本發(fā)明的方法的一個實施例中，以這種方式預定觸發(fā)信號的頻率，使得探頭單元上的沉積物對料位測量的影響最小。這個實施例基于以下事實沉積物敏感性依賴于觸發(fā)信號的頻率，較高的頻率提供較高的沉積物容許度。然而，較高的頻率與較高的能量需求相關，并且因而，電導率范圍的下極值在較高導電性的方向上漂移，其中在該電導率范圍中，導電性的改變對于確定的電容值沒有影響或僅有可忽略的影響。這意味著較高的沉積物容許度與應用范圍的減小相關聯(lián)。結果，這樣選擇頻率，使得沉積物的影響最小，但是同時，電導率范圍盡可能大。實際上，必須在這兩個相對的需求之間找到折中。
下面的實施例涉及在制造過程中產(chǎn)生參考匹配的方式。
在本發(fā)明的方法的一個實施例中，產(chǎn)生在預定料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配，使得以這樣的方式選擇或調節(jié)標定介質，令標定介質的電導率在確定的電導率范圍內，在標定容器中使用標定介質設置料位值，并且在設置的料位值，利用測量儀表確定電容值。于是，在制造期間執(zhí)行標定測量。在這種情況中，標定介質僅需有以下共同點，即，其電導率位于給定的電導率范圍中。具有優(yōu)點的，使用易于操作并且特別是安全的標定介質，例如水。利用這種標定介質，在具有盡可能優(yōu)化地選擇的幾何形狀的標定容器中，設定預定的料位值，并且確定由此得到的電容值。這種標定測量也具有以下優(yōu)點，即，測量儀表特別是探頭單元的制造容差得到考慮，因為探頭單元的幾何形狀的影響被直接一同測量。
在本發(fā)明的方法的一個實施例中，通過計算與介質的料位值匹配的電容值，產(chǎn)生在預定的料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配。在計算中，可以適當考慮探頭單元的幾何形狀和材料特性。“幾何形狀”概括地意指相關維度，諸如長度、直徑等，以及探頭單元是否絕緣以及各個單獨維度如何。探頭單元的材料特性例如是其電導率值、其介電常數(shù)等等。如果有關幾何形狀和材料特性的所有需要的數(shù)據(jù)都已知，那么可以計算與預定料位值相關聯(lián)的電容值。適當?shù)兀€考慮其中使用測量儀表的容器的幾何形狀，來計算電容值。
在排空標定(探頭單元未被介質覆蓋)的情況中，電容值在探頭棒的情況中例如由以下公式給出(這是計算公式的例子；依賴于測量儀表和容器的實施例，需要適當修改)Capacitanceempty=112·π·ϵinsul·ϵ0·Probelengthln(diameterinsuldiameterrod)+12·π·ϵ0·Probelengthln(Containerdiameterdiameterinsul)+Basecapacitance]]>
在這種情況中，必須知道探頭長度Probelength、棒直徑diameterrod、以及圍繞棒的絕緣體的直徑diameterinsul、和絕緣體的介電常數(shù)εinsul。另外，需要容器直徑Containerdiameter。關于容器，它優(yōu)選地是棱柱容器，即，其橫截面在整個高度上是恒定的，因為否則將需要相應的線性化計算?；A電容Ba sec apaci tan ce是測量儀表作為整體已經(jīng)貢獻的電容。于是，基礎電容是在控制/分析單元的探頭連接處可測量的電容之和。于是，這個值可以例如從比較測量確定(關于這一點，更多的細節(jié)在以下附圖的描述中)。
以下等式給出對于介質完全覆蓋探頭單元的第二值Capacitancefull=112·π·ϵinsul·ϵ0·Probelengthln(diameterinsuldiameterrod)+12·π·ϵmedium·ϵ0·Probelengthln(Containerdiameterdiameterinsul)+Basecapacitar]]>在這個公式的情況中，還顯示了介質的介電常數(shù)εmedium。在這種情況中，介質介電常數(shù)εmedium的改變具有可忽略的影響。如果探頭單元由本身的探頭棒和圍繞它的探頭絕緣體組成，那么這可以如下解釋由探頭單元、容器和介質形成的系統(tǒng)可以被看作兩個串聯(lián)連接的電容器。一個電容器Ci是在探頭棒和介質之間，其中探頭絕緣體形成電介質；并且另一電容器Cm在探頭絕緣體和容器壁之間，其中介質形成電介質。對于本發(fā)明關鍵的給定電導率范圍，介質的電導率遠遠大于“介質電容器”Cm的電納。于是，介質電容器幾乎被短路，并且在探頭棒和容器壁之間近似僅有“絕緣體電容器”Ci，從而對于這個電導率范圍的介質(測量儀表在該介質中使用)的介電常數(shù)εmedium的依賴性也下降。
在本發(fā)明的方法的一個實施例中，通過從料位值和與其相應的電容值之間的計算和/或確定的匹配中進行選擇，產(chǎn)生在預定的料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配。于是，計算或測量的匹配被存儲，并且從中選擇從屬于所選料位的電容，由此計算例如對于給定探頭長度的參考匹配。正如上面的計算看到的，還必須考慮容器的幾何形狀。
進一步發(fā)展在于，在產(chǎn)生了兩個參考匹配的情況，利用存儲的第一和第二參考匹配計算至少一個第三參考匹配，其例如存儲在存儲單元中。于是，基于已知的參考匹配，計算中間值。為此，便利的狀況是，料位和電容之間的關系是線性的。
另外，本發(fā)明利用用于電容式料位測量的測量儀表實現(xiàn)目的，該測量儀表根據(jù)以上至少一個實施例中的本發(fā)明的方法標定。這種測量儀表通常利用容器中的導電率確定介質的料位。它通常包括至少一個探頭單元和至少一個控制/分析單元。控制/分析單元以電觸發(fā)信號觸發(fā)探頭單元，并接收來自探頭單元的電響應信號?？刂?分析單元中存儲至少一個計算算法，通過該算法，控制/分析單元從探頭單元的響應信號確定電容值。在至少一個存儲單元中，根據(jù)本發(fā)明的方法，存儲電容值和料位值之間的至少一個參考匹配。在介質的電導率位于預定電導率范圍的情況中，測量儀表在安裝在容器中之后無需標定。于是，通過存儲單元操作測量儀表，該存儲單元中在制造中存儲電容值和料位值之間的至少一個參考匹配。于是，當待測介質的電導率位于預定電導率范圍內時，利用這個測量儀表可以在安裝在容器內之后立即進行無需標定的測量，其中在制造中已經(jīng)完成了針對所述預定電導率范圍的預標定。然而，在這種情況中，必須注意觸發(fā)信號的頻率，該觸發(fā)信號通常是交流電壓。頻率影響電導率范圍和測量儀表的沉積物容許度，待測介質的電導率值允許在所述電導率范圍內，以使測量儀表能夠使用存儲的參考匹配。最后一點下面將要討論。為了擴大允許電導率范圍，在這種情況中，期望盡可能小的頻率，但是對于沉積物容許度，期望盡可能高的頻率。于是，測量儀表的免標定意味著在已安裝狀態(tài)中不再需要執(zhí)行用于測量的標定。于是測量儀表可以在安裝之后直接使用，并且避免了在線標定的努力和花費。
在本發(fā)明的測量儀表的一個實施例中，提供至少一個控制/分析單元，其接收來自探頭單元的電響應信號，并且在控制/分析單元中存儲至少一個計算算法，控制/分析單元通過該算法，至少基于探頭單元的響應信號的幅度和相位，確定電容值?？刂?分析單元往往還利用觸發(fā)信號觸發(fā)探頭單元。通常，僅分析響應信號的幅度。然而，如果還使用響應信號相對于觸發(fā)信號的幅度和相位，則獲得更多的信息。為此，例如在控制/分析單元中提供微處理器，其直接采樣測量信號或與其成比例的變量。通常，響應信號往往是電流信號，它例如經(jīng)由電阻器而被轉換為電壓信號，并且該電壓信號被數(shù)字化并可用于分析。例如對于響應信號的幅度的這種數(shù)字化以及伴隨的分析對于以下實施例是重要的。
在本發(fā)明的測量儀表的一個實施例中，以這樣的方式優(yōu)化計算算法，以得到擴展的電導率范圍，在該范圍中，料位測量基本上獨立于介質電導率的改變。換言之，計算算法以這樣的方式優(yōu)化，使得在擴展的電導率范圍內的介質電導率對于由控制/分析單元確定的電容值的影響最小化，其中這個范圍大于已經(jīng)由測量原理和“物理”確定的范圍。這個實施例的目的是通過分析的方式令免標定的測量儀表可用的介質范圍盡可能大。為此，例如可以以這樣的方式確定多項式的系數(shù)，使得得到依賴于電導率的期望多項式分布。然而，在這種情況中，總是需要注意對于觸發(fā)信號的頻率的依賴性。
于是，例如可以從響應信號的測量幅度Amplitudemeasured和測量相位measured出發(fā)，以函數(shù)(這給出了可優(yōu)化的計算算法，在這種情況中，該算法是計算公式)，例如多項式，代表校正的幅度AmplitudecalculatedAmplitudecalculated＝f(Amplitudemeasured，max，measured)公式中要提供相應的系數(shù)，以將函數(shù)與實際情況匹配。原理上，應當是max＝π/2，因為，在電容器的情況中電壓和電流信號之間的相移基本采取這個值。然而，基于電子學，可能與這個值偏移，從而有必要保持角度max可變。通過系數(shù)可以優(yōu)化表達式，使得得到對于盡可能大范圍的導電性的獨立性。由于這個獨立性主要位于較高導電性范圍中，所以特殊的目的是盡可能地降低范圍低端的值，從而以這種方式增加測量儀表的應用帶寬?？梢灶~外提供單獨的系數(shù)，以不同地評價相位信息max和measured。
在本發(fā)明的測量儀表的一個實施例中，控制/分析單元考慮位于探頭單元的沉積物，分析響應信號的相位。這個實施例在于認識到，不僅材料經(jīng)由料位影響響應信號的相位，而且沉積物自身也同樣影響相位。結果，沉積物可以對于電容值的確定有負面影響，并且因而對于料位值的確定也有負面影響。于是，沉積物的影響應當被識別并盡可能地最小化。一種可能是提高觸發(fā)信號的頻率，該信號通常是交流電壓。以這種方式，降低沉積物敏感度。另一種可能來自觀察到，響應信號的相位由于料位的變化而僅可以位于依賴于介質特性和觸發(fā)信號頻率的相位范圍之內。如果相位在這個范圍之外，那么沉積物是占主導地位的并且在沒有特殊測量的情況，不可能有可靠的料位測量。于是，從相位可以獲得關于沉積物的信息。
在本發(fā)明的測量儀表的一個優(yōu)選實施例中，對于相位在可預定的沉積物主導的相位范圍外部的情況，控制/分析單元從探頭單元的響應信號通過計算算法使用響應信號的相位確定電容值，其中沉積物主導的相位范圍包括僅僅在沉積物存在于探頭單元上的情況是可測量的相位。這個實施例的一個思想是，當相位在由于料位而所處的范圍內時，電容值以及料位值僅通過優(yōu)化的計算算法確定?；蛘?，還可以考慮在測量相位和90°的最大相位之間的相位差。如果已經(jīng)確定了相位，其位于這個范圍之外，特別是在沉積物主導的相位范圍內部，那么它是沉積物的結果，并且使用優(yōu)化的計算算法而沒有特殊測量將不再合適，其中優(yōu)化的算法優(yōu)選利用相位用于分析。然而，“允許”的相位范圍可以被根據(jù)期望的或需要的測量可靠性而調節(jié)或預定，其中提高的可靠性需求與較小的相位范圍相關聯(lián)。
在一個實施例中，控制/分析單元通過計算算法，從探頭單元的響應信號，使用預定的相位值，對于響應信號的相位位于沉積物主導的相位范圍內的情況確定電容值。如果相位較大，即，如果相位位于沉積物主導的相位范圍內，則沉積物占主導地位，利用優(yōu)化的計算算法直接計算將不再適用。于是，需要校正。這個校正特別地在于，不使用測量相位，而是使用特殊的預定相位?；蛘撸付ǖ诙嬎闼惴?，其降低對于相位的依賴性。在一個實施例中，在這些情況中代替測量相位而使用的預定相位是最大相位差，允許其位于測量相位和90°的最大/理想相位之間。如果相位差大于對于相位的極限值，那么以這個極限值計算電容值。
進一步，本發(fā)明通過一種用于對容器中的具有導電性的介質進行電容式料位測量的測量儀表而實現(xiàn)該目的。該測量儀表包括至少一個探頭單元和至少一個控制/分析單元，后者利用電觸發(fā)信號觸發(fā)探頭單元并接收來自探頭單元的電響應信號，其中，在控制/分析單元中，存儲至少一個計算算法，控制/分析單元通過該算法從探頭單元的響應信號確定電容值。本發(fā)明的測量儀表的特征在于，以這樣的方式優(yōu)化計算算法，以得到一電導率范圍，在該范圍中，料位測量基本獨立于介質電導率的改變，并且這樣實施控制/分析單元，使得它考慮位于探頭單元上的沉積物而分析響應信號的相位。利用這種測量儀表，可以在制造期間已經(jīng)確定電容值與料位之間的至少一個匹配并且合適地將其存儲在測量儀表中。于是，涉及一種可標定測量儀表。這在于以下事實，即，測量對于介質電導率以及介質本身的依性被消除或最小化。由于計算算法被優(yōu)化，所以測量儀表的應用范圍盡可能大。由于相位的分析，還可能由于探頭單元上的沉積物的影響而出現(xiàn)測量不可靠。由于相位優(yōu)選地在用于確定電容值的優(yōu)化計算算法中得到考慮，所以必須保證相位基本不受其它過程條件影響。一個這種過程條件例如是探頭單元上的介質沉積物。由于沉積物影響相位，這優(yōu)選地被監(jiān)控以發(fā)現(xiàn)沉積物。于是，標定可以根據(jù)上述制造側的標定方法而進行，但是也可以在安裝之后在線執(zhí)行。有關上述測量儀表的其它實施例也是這樣的。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細解釋本發(fā)明，附圖中圖1是本發(fā)明的測量儀表的使用的示意圖；圖2的多條曲線用于說明測量信號對于測量介質的電導率和介電常數(shù)的依賴性；圖3是用于產(chǎn)生電容值和料位之間的匹配的幾個測量的示意性結果；圖4是說明分析算法的優(yōu)化的曲線；圖5是響應信號的相位對于料位的依賴性的示意性說明；和圖6是在制造期間的測量標定的示意性說明。
具體實施例方式
圖1顯示了測量儀表1用于測量容器11中的介質10的料位。在這種情況中，探頭單元2是棒，或者它也可以是鋼索。還有具有多個測量棒或測量鋼索的設置。探頭單元2、容器11的壁以及介質10形成電容器。為了確定電容，控制/分析單元3向探頭單元2提供電觸發(fā)信號。通常，這是交流電壓。然后從探頭單元2的響應信號(通常，響應信號是電流信號，其在控制/分析單元3中被轉換為電壓)確定電容。具有優(yōu)點地，為此在控制/分析單元3中首先提供用于將電壓信號數(shù)字化的單元(這里沒有顯示)，其還允許確定響應信號的幅度和相位。具有優(yōu)點地，在控制/分析單元中提供微處理器，其直接采樣或數(shù)字化響應信號(電流信號)或與其成比例的信號(電壓信號)。從響應信號的值，確定電容。通過在存儲單元4中存儲的電容值和料位值之間的參考匹配，獲得容器11中的介質10的料位，只要介質10的電導率σ位于預定電導率范圍中。這個范圍開始于大約150μS(當測量頻率，即交流電壓的頻率為250kHz時是這樣的)并且上限開放(關于這一點，參見圖2)。這全部是由物理得到的。然而，下限也可以更小，如下面將顯示的。
圖2給出了不同的曲線，顯示了電導率σ(x軸)和介電常數(shù)DK(對于DK＝2，10，80提供了分離的曲線)對于響應信號的測量導納(即幅度)的影響。導納在y軸上作為歸一化導納示出。導納應當實際上對于所有曲線都等于1。然而，主要由于依賴于介質的電導率σ而產(chǎn)生偏差。可以看出，導納隨電導率減小而減小。減小的程度依賴于介質的介電常數(shù)。于是，依賴于介質的兩個特性電導率和介電常數(shù)。在這種情況中，曲線的特性非常相似有兩個平穩(wěn)段，之間是過渡區(qū)域。上平穩(wěn)段對于所有介電常數(shù)都相同，而下平穩(wěn)段依賴于介電常數(shù)。于是，重要的是在特定電導率上方，存在對于電導率和介電常數(shù)的依賴。知道了這一點，就可以將測量儀表的應用范圍限制于電導率位于這個極限值之上的介質。對于這些介質，可以將在制造中將電容值和料位之間的參考匹配存儲起來以備后用。
曲線還依賴于觸發(fā)信號(這里沒有顯示)的頻率。頻率越低，過渡區(qū)域在較低電導率值的方向上向左移動得越多。通常，范圍的上端開放，而下端起始區(qū)域依賴于頻率。于是，通過降低頻率，可以獲得較寬的應用范圍。然而，與此相反，較低的頻率增加探頭單元上的沉積物的影響。沉積物涉及附著于探頭單元的介質并因而類似于將探頭與介質屏蔽。由于在許多介質情況中都形成沉積物，所以更加優(yōu)選地是選擇頻率盡可能高，從而得到較高的沉積物容許度。
圖3顯示了用于產(chǎn)生參考匹配的方法的結果。這里測量了對于空氣中的排空標定，具有已知長度(x軸)的多個探頭單元的測量電容值(y軸)，排空標定是指除了空氣以外在探頭單元和相對電極之間沒有電介質。例如由于制造公差，對于各個探頭長度得到點分散。然而，值大體位于一條直線上，從而也可以有關于探頭長度的中間量的結論。通過外推測量值，可以確定由電子及機械探頭(例如，電纜、饋線等)形成的基礎電容?；A電容是匹配零標定的電容值并且通過它可以進行上述計算。
圖4給出了三條曲線K1、K2、K3。兩條曲線K1和K2顯示了介質的導電性對于料位確定的影響。測量的料位(左邊y軸)處于100％。然而，由于介質的電導率σ(x軸)，得到不同的電容值，其各自導致另一料位值。然而，由于電導率通常不在操作中測量，并且由于同時依賴于諸如溫度和空氣濕度這樣的影響，所以產(chǎn)生測量不可靠性。曲線K1顯示了當對于介質僅分析響應信號的幅度時得到的分布。盡管料位是100％，但是從電容值確定的料位處于約63％～100％，即，料位確定中的誤差可以高達37％。如圖2中，曲線K1基本具有兩個平穩(wěn)段，之間是過渡區(qū)域?，F(xiàn)在，重要的是超過特定值的電導率對于測量施加可忽略不計的影響或者沒有影響(上平穩(wěn)段)。這意味著，在這種條件中，電容值和料位之間的參考匹配可在很大程度上獨立于介質而使用。由此，本發(fā)明的思想變得明了。因為對于介質的依賴性在特定電導率之上(這依賴于觸發(fā)信號的交流電壓的頻率)下降并且對于多數(shù)介電常數(shù)都是這樣的(參見圖2)，所以可以在制造時存儲電容值和料位之間的參考匹配。
曲線K3顯示了響應信號的相位(右側y軸)相對于觸發(fā)信號的相位，對于電導率σ的依賴性。如果從響應信號的幅度(K1)和相位(K3)確定了電容值，那么可以優(yōu)化分析算法或分析公式，使得與這兩條信息相聯(lián)系，對于電導率的依賴性對于較大的電導率范圍都是通用的。這由曲線K2顯示?？梢钥吹?，與曲線K1相比，曲線K2更多地向左偏移，即在較小電導率的方向上偏移。這里，允許電導率范圍已經(jīng)開始于約30μS(測量頻率250kHz時)。于是，通過這個附加優(yōu)化，測量儀表的應用范圍也擴展。
在圖5中，給出了屬于三種介質的三條曲線，這三種介質的介電常數(shù)(從下到上)為2、10和80。電導率是50μS。顯示的是響應信號的相位(y軸)對于介質料位(x軸，以百分比表示)的依賴性。90°是在沒有介質(0％)時獲得的相位。這是在電容器的電壓和電流之間期望的相位。依賴于測量儀表的分離元件的實施方式，會偏離這個90°，然而這可以直接確定?？梢钥吹剑憫盘柕南辔黄x這個值越多，料位上升越多，即，由探頭單元和容器壁或第二探頭單元形成的電容器的電介質增加越多。在這種情況中，曲線的分布依賴于介質的介電常數(shù)。介電常數(shù)越小，下降越明顯。然而，可以看出，相位偏離90°最大15°，即，相位從不會是小于75°的值。于是，料位對于響應信號相位的影響限于一個相位范圍。從而，為了測量儀表不再以這種方式變?yōu)橐蕾囉诮橘|的儀表，有必要盡可能對所有介質限定這個范圍，即，對于這種觸發(fā)信號頻率為250kHz的情況，相位范圍是75°～90°。作為替代的表達，測量相位measured和最大相位max之間的差僅允許在0°～15°。如果相位位于這個范圍中，則料位和探頭單元上的沉積物可以對此負責。然而，如果相位小于75°或者偏差大于15°，那么沉積物占主導地位，并且不能保證關于料位的可靠結論，特別是當使用優(yōu)化的計算算法時。于是，在這種情況中，計算算法利用固定的預定相位，例如15°進行，即，利用料位單獨能夠引起的最大相位差。或者，使用第二計算算法，其特別地考慮了對于沉積物的依賴性，或者最大程度地避免了沉積物的影響。或者，可以發(fā)出警報表示需要手動除去沉積物。
圖6示意性顯示了在測量儀表1的制造中，可調料位值和在這種情況中確定的電容值之間的參考匹配的測量。這里，探頭單元2由實際的探頭棒2.1和圍繞它的絕緣體2.2組成?？刂?分析單元3向探頭棒2.1供應交流電壓。探頭單元2位于標定容器21中。于是，標定介質20的料位被調節(jié)至至少一個預定值，并且在這種情況中確定的電容值與料位值一起存儲在存儲單元4中，存儲單元在這里是控制/分析單元3的一部分。標定介質20的特征在于，其電導率σ位于預定電導率范圍內，即，在電導率對于測量電容完全或幾乎沒有任何影響的范圍中。這幅圖中還顯示了在探頭單元2上的沉積物25。通常，沉積物25是粘附的甚至可能是部分表面干燥的介質10。依賴于介質10的特性，它可能附著于探頭單元2。于是，在料位下降之后，介質10保持粘附于探頭單元2并且例如在那里表面干燥，從而形成沉積物。這種沉積物25的作用類似于罩在探頭單元2上的金屬套管。探頭單元2因而類似被屏蔽，并且可能料位不再能夠引起電容變化。因此，沉積物25是非常重要的過程條件，其在料位改變期間主要依賴于沉積物在探頭上的溫度或時間而改變。
附圖標記1 裝置2 探頭單元2.1探頭棒2.2探頭絕緣體3 控制/分析單元4 存儲單元10 介質11 容器20 標定介質21 標定容器25 沉積物
權利要求
1.用于制造側標定用于介質(10)的電容式料位測量的測量儀表(1)的方法，其中測量儀表(1)的至少一個探頭單元(2)被利用電觸發(fā)信號觸發(fā)，該觸發(fā)信號是具有可預定頻率的交流電壓，其特征在于，根據(jù)觸發(fā)信號的頻率，確定一電導率范圍，在這個范圍中料位測量基本獨立于介質(10)電導率(σ)的改變；對于這個電導率范圍，產(chǎn)生至少一個在可預定的第一料位值和從屬于該第一料位值的第一電容值之間的第一參考匹配；以及存儲在第一料位值和第一電容值之間的第一參考匹配。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中，以這種方式預定觸發(fā)信號的頻率，使得探頭單元(2)上的沉積物(25)對料位測量的影響最小。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中，產(chǎn)生在預定料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配；以這樣的方式選擇或調節(jié)標定介質(20)，使得標定介質(20)的電導率(σ)在所述確定的電導率范圍內；在標定容器(21)中利用標定介質設置料位值；并且在設置的料位值，利用測量儀表(1)確定電容值。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中，通過計算與介質(10)的料位值匹配的電容值，產(chǎn)生在預定的料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中，通過從料位值和電容值之間的計算和/或確定的匹配中提取與料位值匹配的電容值，產(chǎn)生在預定的料位值和從屬于該料位值的電容值之間的至少一個參考匹配。
6.用于電容式料位測量的測量儀表(1)，其中測量儀表(1)根據(jù)權利要求1～5中至少之一所述的方法標定。
7.根據(jù)權利要求6的測量儀表(1)，其中，提供至少一個控制/分析單元(3)，其接收來自探頭單元(2)的電響應信號；并且在控制/分析單元(3)中存儲至少一個計算算法，通過該算法，控制/分析單元(3)至少依據(jù)探頭單元(2)的響應信號的幅度和相位確定電容值。
8.根據(jù)權利要求7的測量儀表(1)，其中，這樣優(yōu)化計算算法，使其得到擴展的電導率范圍，在該電導率范圍內，料位測量基本獨立于介質(10)電導率(σ)的改變。
9.根據(jù)權利要求7的測量儀表(1)，其中，控制/分析單元(3)考慮位于探頭單元(2)上的沉積物(25)，分析響應信號的相位。
10.根據(jù)權利要求9的測量儀表(1)，其中，在相位在可預定的沉積物主導的相位范圍外部的情況，控制/分析單元(3)通過計算算法，使用探頭單元(2)的響應信號的相位而從該響應信號中確定電容值，其中沉積物主導的相位范圍包括僅僅在沉積物存在于探頭單元(2)上的情況才可測量的相位。
11.根據(jù)權利要求10的測量儀表(1)，其中，在響應信號的相位位于沉積物主導的相位范圍內的情況，控制/分析單元(3)通過計算算法，使用預定的相位值而從探頭單元(2)的響應信號中確定電容值。
12.用于對容器(11)中的具有電導率(σ)的介質(10)進行電容式料位測量的測量儀表，其具有至少一個探頭單元(2)和至少一個控制/分析單元(3)，該控制/分析單元利用電觸發(fā)信號觸發(fā)探頭單元(2)并接收來自探頭單元(2)的電響應信號，其中，在控制/分析單元(3)中存儲至少一個計算算法，控制/分析單元(3)通過該算法從探頭單元(2)的響應信號確定電容值，其特征在于，以這樣的方式優(yōu)化計算算法，以得到一電導率范圍，在該范圍中，料位測量基本獨立于介質(10)電導率(σ)的改變，并且這樣實施控制/分析單元(3)，使得它考慮位于探頭單元(2)上的沉積物(25)而分析響應信號的相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于介質(10)的電容式料位測量的測量儀表(1)的制造側標定的方法，其中測量儀表(1)的至少一個探頭單元(2)利用電觸發(fā)信號觸發(fā)，該觸發(fā)信號是具有可預定頻率的交流電壓。本發(fā)明的方法包括根據(jù)觸發(fā)信號的頻率，確定電導率范圍，在這個范圍中料位測量基本獨立于介質(10)電導率(σ)的改變；對于這個電導率范圍，產(chǎn)生至少一個在可預定的第一料位值和從屬于該第一料位值的第一電容值之間的第一參考匹配；以及存儲在第一料位值和第一電容值之間的第一參考匹配。另外，本發(fā)明涉及一種相應的測量儀表。
文檔編號G01F23/22GK101061375SQ200580032864
公開日2007年10月24日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2004年9月28日
發(fā)明者伊戈爾·格特曼, 羅蘭德·迪特勒, 卡伊·烏彭坎普, 阿爾明·韋內特 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司