高频行波反射式料位开关技术领域
本申请涉及一种料位开关，尤其是涉及一种高频行波反射式料位开关，该行波反
射式料位开关采用了探杆总成反射系数作为动作判椐，排斥了电路元器件误差的影响，因
此稳定性极高。
背景技术
在生产自动化控制过程中，经常会遇到对物料位置的检测，而检测物料位置的主
要方法就是采用料位开关进行测量，料位开关对固态粉状物料检测一直是物位检测的难
点，其特点是被测物体电气特征与物理特征的参数离散性大，而且物料容易附着在传感器
探头上形成干扰导致料位开关误动作。
现有采用电测原理的料位开关均采用对物料的介电系数、导磁率、电导率构成的
复阻抗进行测量，当被测对象复阻抗在有料与无料状态下变化量相对很小时，会因电路的
时漂与温漂导致该类料位开关的误动作。
现有采用电测原理的料位开关均存在现场运行时需定期进行调整的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种运行稳定、使用方便的高频
行波反射式料位开关。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高频行波反射式料位开关，其特征在于：所
述高频行波反射式料位开关包括电气变送单元与探杆总成，在所述电气变送单元内安装有
电气测量回路中的激励信号源、射频同轴环行器和反射系数检出电路，所述探杆总成包含
有支撑探杆、探头绝缘体、测量探头、探杆内芯、探杆内芯绝缘体和安装法兰；
所述激励信号源产生射频激励信号U1，该信号通过所述射频同轴环行器的相应端
口施加在所述探杆内芯上；所述支撑探杆、探头绝缘体、测量探头、探杆内芯、探杆内芯绝缘
体共同组成同轴的测量结构；所述射频同轴环行器能将所述同轴测量结构形成的反射波U2
进行定向输出；所述反射系数检出电路能对激励信号U1与反射波U2进行运算后可得到探杆
总成所具有的反射系数；
所述射频同轴环行器的信号单向传输特性能将激励信号U1与反射波U2进行有效
分离；
所述测量探头与所述探杆内芯连接成一整体，通过所述探头绝缘体与所述探杆内
芯绝缘体和所述支撑探杆绝缘。
优选地，所述支撑探杆与所述探杆内芯为中空结构。
优选地，所述测量探头与所述探杆内芯由螺纹连接成一整体。
优选地，所述探头绝缘体外露部分长度大于5毫米。
优选地，所述测量探头外露部分长度大于10毫米。
本发明的有益效果至少有以下几点：
①利用同轴结构的探杆总成来测量反射系数作为判椐，避开了因电路时漂与温漂
带来的不利影响，极大地提高了高频行波反射式料位开关的稳定性。
②在电路模型中激励信号源可以是任何形式的振荡器电路，只要能产生射频信号
即可；射频同轴环行器可以自制，也可以购买成品，但与激励信号源在电气参数必须匹配。
③探杆总成的反射系数可以由反射波U2除以射频激励信号U1得到，射频激励信号
U1与反射波U2两者为相除的关系，产生的漂移误差可以相互抵消，故探杆总成的反射系数
不受电路时漂与温漂的影响。
④探杆总成的几何尺寸与被测物料分布状态直接影响着探杆总成的反射系数，因
此反射系数可以作为料位开关的测量判椐。
⑤高频行波反射式料位开关在测量原理上被证明了整个测量过程不受电路时漂
与温漂的影响，其动作判椐反射系数仅与探杆总成的结构尺寸及探头总成周围被测物料分
布状态相关。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的原理示意图；
图3为本发明的反射系数检出单元电路示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图，详细描实施例。应理解，本实施例仅用于
说明本发明，而不能限制本发明的范围。
除特别说明外，本实施例所采用的技术手段为本领域的常规技术手段。
参见图1、图2，本发明包括包括电气变送单元1与探杆总成B，在电气变送单元1内
安装有电气测量回路中的激励信号源11、射频同轴环行器12和反射系数检出电路13，探杆
总成B包含有支撑探杆2、探头绝缘体3、测量探头4、探杆内芯5、探杆内芯绝缘体6和在合适
地方焊上的安装法兰7；激励信号源11产生射频激励信号U1，该信号通过射频同轴环行器12
的相应端口施加在探杆内芯5上；支撑探杆2、探头绝缘体3、测量探头4、探杆内芯5、探杆内
芯绝缘体6共同组成同轴的测量结构；射频同轴环行器12能将同轴测量结构形成的反射波
U2进行定向输出；反射系数检出电路13能对激励信号U1与反射波U2进行运算后可得到探杆
总成B所具有的反射系数；射频同轴环行器12的信号单向传输特性能将激励信号U1与反射
波U2进行分离；测量探头4与所述探杆内芯5连接成一整体，通过探头绝缘体5与探杆内芯绝
缘体6和支撑探杆2绝缘；支撑探杆2与所述探杆内芯5为中空结构；测量探头4与探杆内芯5
由螺纹连接成一整体，旋转探杆内芯5可以调节探杆内芯5与测量探头4的张紧程度；探头绝
缘体3外露部分长度大于5毫米；测量探头4外露部分长度大于10毫米。
支撑探杆2、测量探头4和探杆内芯5均采用导电金属材料；支撑探杆2与探杆内芯5
两端采用探头绝缘体3与探杆内芯绝缘体6进行固定，探头绝缘体3、探杆内芯绝缘体6选用
耐高温绝缘材料；探杆内芯绝缘体6为凸形中空环，该环为探杆内芯5的固定点；探杆内芯5
固定端纵剖面为T形，防止探杆内芯5前后移动；测量探头4前段为半球体；中段为大圆柱体；
未段为小圆柱体。支撑探杆2采用不锈钢厚壁管材，一端可与电气变送单元1连接为一整体，
连接方式可以采用螺纹连接，也可以通过紧固件连接；另一端在开口处通过机加工扩内径，
并留有止推台阶，止推台阶用于防止探杆内芯5因张力过大而将探头绝缘体3拉入支撑探杆
2内。
将测量探头4未端小头压入探头绝缘体3的孔内形成探头总成A，然后将探头总成A
推入支撑探杆2中直到止推台阶处，测量探头4的半球体向外。在支撑探杆2的另一端口盖上
探杆内芯绝缘体6，然后将探杆内芯5穿过探杆内芯绝缘体6中心孔并旋入测量探头4的小头
螺孔中。
旋动探杆内芯5，用以调整探杆内芯5在支撑探杆2中的张紧程度，保证探杆内芯5
在支撑探杆2内不能随意抖动即可。利用外部压力机械将探头总成与支撑探杆2压紧形成紧
配合，防止在使用过程中发生松动。在装配过程中可以在各接合面上涂上耐高温密封胶以
提高气密特性。将装配好的探杆总成(B)与电气变送单元1相连接。将电气测量回路安装到
电气变送单元1中并将各回路接通。
电气变送单元1作为电气测量回路的安装部位，与探杆总成形成一个整体以方便
测量功能的实现，电气变送单元1可以是金属外壳也可以采用塑料外壳，本实施例采用铸铝
外壳。激励信号源11可以是任何形式的振荡器电路，本实施例采用的是常规电容三点式振
荡电路，振荡频率800MHz左右。射频同轴环行器12为常用电子器件，市场有成品出售，选用
带宽为300～1875MHz或者其它参数相近的器件。反射系数检出电路可以用常规硬件除法器
对U2与U1二路信号进行模拟运算，实现探杆总成(B)的反射系数的检出，也可以采用对U2与
U1进行模/数转换后由单片机通过计算后得到探杆总成(B)的反射系数，本实施例采用后一
种方法。
为了方便A/D采样，先对高频信号U2与U1进行检波处理，将高频交流信号转换成直
流电平信号，检波电路见图3。L1与L2为普通空芯电感，C1与C2为滤波电容，R1与R2为普通电
阻，D1与D2为检波二极管，工作频率选用2GHz以上器件。高频信号U2与U1进行检波处理后经
A/D转换送入单片机系统，由单片机经过对二路信号进行简单计算后即可得到探头部分的
反射系数，根椐探头部分的反射系数就可确定料位开关是否应该动作。