用于确定和/或监控过程变量的装置.pdf

本发明涉及一种用于确定和/或监控容器(2)中的介质(1)的过程变量的装置，包括：探头单元(5)，其具有传感电极(6)和保护电极(7)；和电子单元(8)，其向传感电极(6)施加起动信号(AS)并向保护电极(7)施加保护信号(GS)。根据本发明，提供放大单元(9)；在保护电极(7)和放大单元(9)的输出端之间串联设置限制元件(11)，其中放大单元(9)通过限制元件(11)向保护电极(7)施加保护信号(GS)，并且其中放大单元(9)通过限制元件(11)向传感电极(6)施加起动信号(AS)；以及提供分析单元(15)，其根据在传感电极(6)分接的电流信号(S)和起动信号(AS)和/或保护信号(GS)确定和/或监控过程变量。

1.  用于确定和/或监控容器(2)中的介质(1)的至少一个过程变量的装置，包括：
至少一个探头单元(5)，其具有至少一个传感电极(6)和保护电极(7)；和
至少一个电子单元(8)，其向传感电极(6)施加起动信号(AS)并向保护电极(7)施加保护信号(GS)；
其特征在于，
提供至少一个放大单元(9)；
提供至少一个限制元件(11)，其串联设置在所述保护电极(7)和所述放大单元(9)的输出端之间，其中所述放大单元(9)通过所述限制元件(11)向所述保护电极(7)施加所述保护信号(GS)，并且其中所述放大单元(9)通过所述限制元件(11)向所述传感电极(6)施加所述起动信号(AS)；以及
提供至少一个分析单元(15)，其根据在所述传感电极(6)分接的电流信号(S)和所述起动信号(AS)和/或所述保护信号(GS)而确定和/或监控所述过程变量。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中，放大单元(9)的放大系数具有在时间上基本恒定的值。

3.  根据权利要求1或2所述的装置，其中，提供至少一个测量电阻(16)，通过该测量电阻分接电流信号(S)。

4.  根据权利要求1～3之一所述的装置，其中，提供至少一个隔离单元(12)，其输入端与限制元件(11)电连接，其输出端与传感电极(6)电连接，其中隔离单元(12)基本上防止了与隔离单元(12)的输出端相连的电路影响与隔离单元(12)的输入端相连的电路。

5.  根据权利要求4所述的装置，其中，隔离单元(12)是放大单元。

6.  根据权利要求1～5之一所述的装置，其中，提供至少一个探头电流限制元件(13)，其设置在隔离单元(12)的输出端和传感电极(6)之间，并且约束流经传感电极(6)的电流。

7.  根据权利要求1～6之一所述的装置，其中，容器(2)至少部分实施为接地电极。

8.  根据权利要求1～7之一所述的装置，其中，限制元件(11)是欧姆电阻，并且/或者探头电流限制元件(13)是欧姆电阻。

9.  根据权利要求1～8之一所述的装置，其中，提供至少一个信号源(10)，其与第一放大单元(9)的输入端相连。

10.  根据权利要求1～9之一所述的装置，其中，保护信号(GS)和起动信号(AS)是交流电压。

11.  根据权利要求1～10之一所述的装置，其中，分析单元(15)至少将保护信号(GS)和/或起动信号(AS)数字化。

12.  根据权利要求1～11之一所述的装置，其中，分析单元(15)确定保护信号(GS)和/或起动信号(AS)与电流信号(S)和/或依赖于该电流信号的电压信号之间的至少一个幅度比，并且分析单元(15)基于该幅度比确定和/或监控过程变量。

13.  根据权利要求1～12之一所述的装置，其中，过程变量是介质(1)的料位。

用于确定和/或监控过程变量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监控容器中的介质的至少一个过程变量的装置。该装置包括：至少一个探头单元，其具有至少一个传感电极和保护电极；和至少一个电子单元，其向传感电极施加起动信号并向保护电极施加保护信号。过程变量例如是料位。
背景技术
在现有技术中，已知通过识别是否由于导电介质而在探头电极和导电容器壁或第二电极之间存在电接触，而监控介质的料位。由于在许多介质的情况中，在探头单元上能够形成沉积物，所以使用所谓的保护电极，其处于与探头电极相同的电势并且包围探头电极(例如，参见DE 32 12 434 C2)。然而，由于沉积物的特性，有可能难以合适地产生保护信号。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种测量仪表，其在较大范围内对于沉积物不敏感。
本发明通过以下特征实现该目的：提供至少一个放大单元；提供至少一个限制元件，其串联设置在保护电极和放大单元的输出端之间，其中放大单元通过限制元件向保护电极施加保护信号，并且其中放大单元通过限制元件向传感电极施加起动信号；以及提供至少一个分析单元，其根据在传感电极分接的电流信号和起动信号和/或保护信号确定和/或监控过程变量。根据本发明，产生保护信号的放大单元由约束元件约束，约束元件例如但不必是欧姆电阻。这使得例如不会有饱和效应。以这种方式而在幅度上得到约束的信号被作为激励信号提供给探头电极。随后在探头电极分接电流信号，其与起动信号或保护信号相结合，关于过程变量而得到分析。在这种情况中，可以实现传导式或电容式分析，其中根据需要，还使用两个信号之间的相位。在一个实施例中，起动信号与保护信号相同。另外，对于保护的应用情况，具有优点的是保护电极在能形成沉积物的位置围绕传感电极。于是，在一个实施例中，在探头单元朝向介质的区域中，保护电极同轴地围绕传感电极。
在一个实施例中，放大单元的放大系数具有在时间上基本恒定的值。在一个实施例中，放大率设置为等于1。
在一个实施例中，提供至少一个测量电阻，通过该测量电阻分接电流信号。
在一个实施例中，提供至少一个隔离单元，其输入端与限制元件电连接，其输出端与传感电极电连接，其中隔离单元基本上防止了与隔离单元的输出端相连的电路影响与隔离单元的输入端相连的电路。电子单元可以根据功能而划分为至少两个电路或部分电路。一方面是与保护电极相关的部分，另一方面是与传感电极相关的部分。正如上面已经描述的，基本上首先向保护部分施加保护信号，然后传感器部分接收相同的信号。通过隔离单元保证了具有传感电极的部分电路对于保护电极部分电路没有影响，即，没有反作用。
在一个实施例中，隔离单元是放大单元。在一个实施例中，该放大器的放大系数被设置为等于1。
在一个实施例中，提供至少一个探头电流限制元件，其设置在隔离单元的输出端和传感电极之间，并且约束流经传感电极的电流。
在一个实施例中，容器至少部分实施为接地电极。作为替代，提供第二电极作为反电极，其或者附加地引入容器中，或者是探头单元的一部分。
在一个实施例中，限制元件是欧姆电阻，并且/或者探头电流限制元件是欧姆电阻。
在一个实施例中，提供至少一个信号源，其与第一放大单元的输入端相连。
在一个实施例中，保护信号和起动信号是交流电压。
在一个实施例中，分析单元至少将保护信号和/或起动信号数字化。这一数字化使得能够确定例如在起动信号或保护信号与电流信号或与电流信号成比例的电压信号之间的相位。进一步，信号处理显著简化。
在一个实施例中，分析单元确定保护信号和/或起动信号与电流信号和/或依赖于该电流信号的电压信号之间的至少一个幅度比，并且分析单元基于该幅度比确定和/或监控过程变量。
在一个实施例中，过程变量是介质的料位。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是根据现有技术的测量仪表的示意图；
图2是本发明的测量仪表的示意图；和
图3是在不同介质的测量中，信号的幅度比的图表。
具体实施方式
图1显示了监控容器2内部的介质1的料位。在这种情况中，介质1优选地是导电的液体。同样可以应用于不导电的介质。测量仪表由电子单元8和探头单元5构成。在实际的实施例中，探头单元5优选安装在容器2的壁中，使得壁直接密封探头单元，从而探头5不向内突入容器2中。这个结构优选地还用于图2中以示例显示的本发明的测量仪表中。容器2可以例如是由介质1流经的管——即，术语“容器”涉及至少间歇地容纳介质的任何结构类型。这里，容器2的壁为接地电极，即，它与地电位导电地连接。作为替代，第二电极引入容器2。同样与大地相连的还有信号源10，其特别地产生交流电压信号，作为起动信号AS。这个信号AS被供应至传感电极6。如果导电的介质1达到由探头单元5的结构及其在容器2之内或之上的位置所预先给定的料位，那么在传感电极6和容器2的壁之间产生电接触，其例如导致可由传感电极6分接的电流改变。例如当介质1再次下降并且介质1作为沉积物而保持粘附于探头单元5时，产生问题。如果例如容器2的整个壁都与大地导电连接并且传感电极6的沉积物延伸至壁，那么得到错误指示，因为总是显示仍然被覆盖的状态。为了避免这个沉积物问题，提供所谓的保护电极7，其优选至少在传感电极接触介质1的范围中同轴地围绕传感电极6(这对于根据本发明实现的测量仪表也成立)。在传感电极6和保护电极7之间，通常在探头单元5中提供绝缘体。这里，通过第一放大单元9向这个保护电极7施加保护信号GS。在这种情况中，起动信号AS和保护信号GS优选具有基本相同的相位和相同的幅度。如果在探头单元5上存在沉积物，那么保护电极7驱动到反电极(这里例如是容器2的接地壁，或者是第二附加电极)的交流电流，并且将覆盖电极的沉积物提高到保护电位。于是，避免电流从探头电极6流向反电极2，并产生“自由”信号，从而指示传感电极6没有被介质覆盖。然而，在现有技术中，问题通常在于，放大单元9由于其内部电阻而仅仅能够传递有限的电流并因而在沉积物导电的情况中不能维持保护电位。于是得到从探头电极6流向反电极2(这里是壁)的电流，并产生“被覆盖”信号。
这个问题通过图2所示的本发明的测量仪表得以克服。再一次，仅显示了电子单元8的对于解释功能必不可少的部件。信号源10的信号在这里从放大单元9通过限制元件11供应至保护电极7。在这里显示的实施例中，限制元件11是欧姆电阻。作为例子，放大单元9的内部电阻为50～200Ω。选择限制元件11的电阻大于放大单元9的内部电阻。通过限制元件11，防止了放大器9进入限制状态。保护信号GS为了分析或确定料位而被馈送至分析单元15，信号GS例如在分析单元15中被模数转换器数字化，模数转换器根据需要也可以是微处理器的部件。进一步，保护信号GS被馈送至放大单元，该放大单元在这里用作用于防止反作用的隔离单元12。隔离单元12的放大率被设置为例如等于1。保护信号GS通过探头电流限制元件13而达到传感电极6，作为起动信号AS。这里，探头电流限制元件13优选也是欧姆电阻，其防止在介质导电性很强的情况中探头电流过大并从而在模数转换器的范围之外。这里，如果需要，起动信号AS也被馈送至分析单元15，从而该起动信号例如同样能够被数字化。如果例如由于隔离单元12的放大率为1并且保护信号GS没有变化，从而保护信号GS和起动信号AS没有不同，那么两个电压信号GS、AS中仅有一个被传递至分析单元15便足够。在一个实施例中，在分析中，分析在作为参考信号的保护信号GS或起动信号AS与电流信号S或与其成比例的电压之间的比，或者确定并处理探头阻抗。事实上在保护电极7上的负荷增加的情况中，传感电极6上的测量电压减小，然而可以确保检测到直至大约0Ω的极限料位或沉积物。另外，数字化还使得精确的相位确定成为可能，从而还可以执行传导式或电容式测量。于是，可以确定实部或虚部。两个值允许了确定料位或者达到或低于预定料位。
图3中显示了参考信号GS和与探头电流S成比例的电压之间的不同比率。这里，从左至右，测量结果涉及空气、被水覆盖、水沉积物而没有覆盖、被香波覆盖、香波沉积物而没有覆盖、被芥末覆盖、芥末沉积物而没有覆盖。
阈值显示为在比率2.85处的粗线。三个下部测量点(方形标记)分别显示了当传感器元件被某一沉积物覆盖时，值的比率。三个上部三角形测量点显示了介质已经达到预定料位并且覆盖传感电极的情况。如果比较彼此配属的点(即，分别关于水或关于香波)，那么可以看到，点之间的距离总是足够大，从而可以容易地给出阈值，超过该阈值导致指示达到预定料位。反过来，特别是在存在沉积物的情况中，也能够足够好地识别低于预定的料位。
附图标记
1   介质
2   容器
5   探头单元
6   传感电极
7   保护电极
8   电子单元
9   放大单元
10  信号源
11  限制元件
12  隔离单元
13  探头电流限制元件
15  分析单元
16  测量电阻
AS  起动信号
GS  保护信号
S   电流信号