填充水平测量设备制造技术

本发明专利技术涉及一种基于雷达的填充水平测量设备(1)，该填充水平测量设备(1)用于测量容器(3)中的填充材料(2)的填充水平(L)，该填充水平测量设备(1)的高频单元(12)的功能性能够被检查。高频单元(12)以冗余方式设计，并且因此包括两个可激活的高频源(121、121')和两个可激活的接收器(123、123')，两个可激活的高频源(121、121')用于生成高频信号(S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】填充水平测量设备


[0001]本专利技术涉及一种填充水平测量设备，该填充水平测量设备的功能能够被检查。

技术介绍

[0002]在自动化技术中，特别是对于过程自动化，经常使用现场设备，其用于检测各种测量变量。待确定的测量变量可以是，例如，加工厂中介质的填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电势、传导率或介电值。为了检测对应的测量值，现场设备各自包括合适的传感器或者基于合适的测量原理。Endress+Hauser集团公司生产和销售各种不同类型的现场设备。
[0003]为了测量容器中填充材料的填充水平，已经建立了基于雷达的测量方法，因为它们是可靠的和低维护的。基于雷达的测量方法的一个关键优势在于或多或少连续地测量填充水平的能力。在本专利申请的上下文中，术语“雷达”和“高频”是指频率在0.03GHz与300GHz之间的雷达信号。执行填充水平测量的典型频带是2GHz、26GHz、79GHz或120GHz。这里的两种常见测量原理是脉冲渡越时间原理(也称为术语“脉冲雷达”)和FMCW(“频率调制连续波”)原理。
[0004]在脉冲渡越时间方法的情况下，高频信号借助于高频源在填充材料的方向上以限定的时钟速度以脉冲方式发射。基于此，通过接收对应的接收信号来测量在填充材料表面处反射的高频脉冲到达之前的渡越时间。为了在电路方面基于高频接收信号更容易地确定渡越时间或距填充材料的距离，基于接收信号再次生成时间延长的评估信号。在这种情况下，由于高脉冲频率，通过对接收信号进行二次采样来生成评估信号。通过使用对应的所生成的扫描脉冲对接收高频脉冲进行采样，在接收器中进行二次采样，其中其采样速率与所传输的高频脉冲的时钟速度的偏差在千分率范围内。为了确保遵守采样速率与时钟速度之间的对应目标偏差，采样速率由控制环路根据测量实际偏差来重新调整。总之，评估信号因此以时间延长的方式再现接收信号或反射高频脉冲的信号幅度。在这种情况下，评估信号反映了根据测量设备与填充材料的距离的接收信号的信号幅度。
[0005]与脉冲渡越时间方法相反，FMCW基于下述事实：高频源连续地但以调制频率传输高频信号。在这种情况下，待传输的高频信号的频率在标准化中心频率范围中的固定频带内。默认情况下，FMCW的频率随时间的变化是线性的，并且呈锯齿或三角形的形状。然而，原则上也能够使用正弦变化。在这种情况下，在实现FMCW方法时，基于当前接收信号与当前发射的高频信号之间的瞬时频率差来确定距填充材料的距离或填充水平，因为接收器继而通过混合对应的电HF信号来生成时间延长的评估信号。在这种情况下，能够基于评估信号的频率来查明距离，因为评估信号的频率固有地与该距离成比例地变化。
[0006]基于脉冲渡越时间方法和基于FMCW方法，能够以相对低的电路复杂度和亚毫米范围内的高填充水平分辨率来实现填充水平测量设备。基于雷达的测量原理在例如“Radar Level Detection(雷达水平检测),Peter Devine,2000”中有更详细的描述。
[0007]除了经由天线发射或接收高频信号的自由辐射雷达测量之外，还存在导向雷达的
变型。在这种情况下，使用导电的测量探针(例如，同轴电缆或金属棒)代替作为传输单元的天线，该探针被降低到容器中以便引导高频信号。类似于自由辐射雷达，测量探针中的高频信号在填充材料表面的水平处被反射，并沿着测量探针被往回引导朝向填充水平测量设备。这种基于雷达的填充水平测量的变型也称为术语“TDR”(时域反射测定)。该变型的优点在于，由于被引导的信号辐射，操作填充水平测量设备需要更少的功率。类似于根据脉冲渡越时间或FMCW原理的自由辐射雷达设备，当实现TDR原理时，也生成用于查明填充水平的评估信号。
[0008]不管实施的测量原理如何，对于安全相关的填充水平测量设备，要求设备的不同功能单元能够被监测，使得每个单元的可能的运转失常能够被足够安全地检测到。例如，根据IEC61508标准系列，对应的安全规范被定义例如为“安全完整性水平x(SILx)”。如果填充水平测量设备不能或只能部分符合这样的安全规范，则它被认为是不安全的，并且可以仅以适当较短的测试循环操作，如果操作的话。然而，这种测试循环是复杂的，并且因此在正在进行的生产过程中是不期望的。然而，对于包括高频源和接收器的高频单元，检查校正功能的能力是困难的，因为模拟范围内的故障通常不能被清楚地识别为缺陷。例如，这与蠕变变化有关，蠕变变化影响测量准确度，并且因此与安全相关。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术基于提供一种填充水平测量设备的目的，该填充水平测量设备能够检查其高频单元的功能。
[0010]本专利技术通过一种用于测量容器中填充材料的填充水平的填充水平测量设备来实现此目的，该填充水平测量设备根据基于雷达的测量原理来操作，并且至少包括以下单元：
[0011]‑
传输单元，借助于该传输单元，高频信号能够向填充材料传输，并且能够在填充材料表面处反射之后作为接收信号被接收，
[0012]‑
高频单元，该高频单元具有
[0013]○
两个能够活动地切换的高频源，每个高频源被配置成生成高频信号，
[0014]○
两个能够活动地切换的接收器，借助于这两个接收器，接收信号在每种情况下都能够被时间延长，
[0015]‑
控制单元，该控制单元设计成
[0016]○
在每种情况下，活动地切换高频源中的一个，使得活动的高频源生成高频信号，以及
[0017]○
在每种情况下，活动地切换接收器中的一个，使得活动接收器将接收信号转换成时间延长的评估信号，
[0018]‑
评估单元，该评估单元设计成：
[0019]○
基于评估信号查明至少一个信号最大值的预定义的性质和信号渡越时间，以及
[0020]○
基于信号最大值的信号渡越时间确定填充水平，以及
[0021]‑
诊断单元，该诊断单元被设计成
[0022]○
控制该控制单元，使得在每种情况下活动的高频源和/或在每种情况下活动的接收器被切换为不活动，并且反之亦然，
[0023]○
控制该评估单元，使得在每种情况下在切换之前和之后查明评估曲线的所限定
的性质，以及
[0024]○
如果评估信号的所限定的性质由于切换而至少改变了限定值，则将高频单元分类为功能不正常的。
[0025]因此，本专利技术基于以冗余方式设计高频单元的所有基本组件，其中高频单元的功能通过冗余组件中至少一个的切换(即，关断在该点之前活动的组件并且激活在该点之前不活动的对应组件)来检查。在这种情况下，检查通过检验评估信号中由切换引起的评估信号的变化来执行。相应地，如果诊断单元将高频单元分类为功能不正常，则水平测量设备的诊断单元能够例如根据应用领域生成对应的错误信号。替代地或另外，还可设想只要高频单元被分类功能正常的，诊断单元也生成对应的“OK信号”。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量容器(3)中填充材料(2)的填充水平(L)的基于雷达的填充水平测量设备，包括：
‑
传输单元(13)，借助于所述传输单元，高频信号(S
HF
)能够被发送到所述填充材料(2)，并且在填充材料表面上反射之后，所述高频信号(S
HF
)能够作为接收信号(E
HF
)被接收；
‑
高频单元(12)，所述高频单元(12)包括
○
两个能够激活的高频源(121、121')，所述高频源中的每个被设计用于生成所述高频信号(S
HF
)；
○
两个能够激活的接收器(123、123')，借助于所述接收器，所述接收信号(E
HF
)能够在每种情况下被时间延长；
‑
控制单元(11)，所述控制单元(11)被设计成
○
在每种情况下激活所述高频源(121、121')中的一个，使得所激活的高频源(121、121')生成所述高频信号(S
HF
)；以及
○
激活所述接收器(123、123
′
)中的一个，使得所激活的接收器(123、123')将所述接收信号(E
HF
)转换成时间延长的评估信号(A(t))；
‑
评估单元(14)，所述评估单元(14)被设计成
○
基于所述评估信号(A(t))查明至少一个信号最大值(M
A
)的所限定的性质和信号渡越时间(t
M
)；以及
○
基于所述信号最大值(M
A
)的所述信号渡越时间(t
M
)确定所述填充水平(L)；以及
‑
诊断单元(15)，所述诊断单元(15)被设计成
○
控制所述控制单元(11)，使得在每种情况下活动的高频源(121、121')和/或在每种情况下活动的接收器(123、123')被去激活，并且反之亦然；
○
控制所述评估单元(14)，使得在每种情况下在切换之前和之后至少查明所述评估信号(A(t))的所限定的性质；
○
如果所述评估信号(A(t))的所限定的性质由于所述切换而至少改变了限定值，则将所述高频单元(12)分类为功能不正常。2.根据前述权利要求中的一项所述的填充水平测量设备，其中，所述诊断单元(15)被设计为比较所述至少一个信号最大值(M
A
)的边缘陡度、信号幅度和/或对应信号渡越时间(t
M
)作为所述评估信号(A(t))的所限定的性质。3.根据权利要求1或2所述的填充水平测量设备，其中，所述传输单元(13)被设计为导电的测量探针，所述测量探针在所述填充水平测量设备(1)的安装状态下大致垂直于容器基底延伸。4.根据权利要求3所述的填充水平测量设备，其中，所述两个高频源(121、121')中的一个以逆变方式设计，和/或其中，所述两个接收器(123、123')中的一个以逆变方式设计。5.根据权利要求4所述的填充水平测量设备，其中，所述评估单元(14)被设计成
○
如果极性由于所述切换而改变，则对所述评估信号(A(t))的极...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯恩哈德，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：