专利名称：用于确定介质特征和容器特征的设备及方法
技术领域：
本发明涉及物位测量。特别地，本发明涉及一种用于确定容器内物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置以在测量任何类型的物位时确定介质特征和容器特征的物位测量设备，并且还涉及相应的方法、程序元件以及计算机可读介质。
背景技术：
在根据调频连续波(FMCW)或脉冲渡越时间(transit time)法的物位传感器中， 电磁波或声波朝向物料表面方向发射。在此之后，传感器记录由物料反射的、由构建在容器中的对象反射的以及由容器本身反射的回波信号，并据此得到容置在容器内的至少一种物料的表面的位置。关于声波或光波的使用，由物位测量设备产生的信号通常朝向待测物料的表面方向自由地传播。在使用雷达波来测量物料表面的设备中，会既考虑朝向待测介质方向的自由传播又考虑在将雷达波从物位测量设备导向介质的波导装置内部的传播。在根据导向微波原理进行操作的设备中，高频信号沿着波导装置导向介质。在待测的介质表面或物位处，一些到达的信号被反射并在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备。未被反射的信号分量进入介质并在介质中对应于介质的物理特性朝向容器底部方向继续传播。这些信号还在容器的底部被反射，并在通过介质和覆盖气氛之后返回到物位测量设备。物位测量设备接收从不同的位置反射的信号，并根据这些信号根据已知的方法确定到物料的距离。能够在外部获得所确定的到物料的距离。这样的设置可以以模拟形式(4. . . 20mA接口)或数字形式(现场总线)实施。所有的这些方法都具有一个共同特点在从物位测量设备到物料表面的通路上，用于进行测量的信号通常会位于另外的介质(以下称为覆盖介质)的影响区域中。该覆盖介质位于物位测量设备与待测介质表面之间，并且通常表现液体或气态气氛。在主要的大多数应用中，在待测介质上方有空气。因为电磁波在空气中的传播与在真空中的传播相差甚微，所以不需要对由物料、构建在容器内的对象以及容器本身所反射的穿过空气回到物位测量设备的反射信号进行任何特殊修正。然而，在化工行业的工艺容器中，许多类型的化学气体和气体混合物会作为覆盖介质存在。与在真空或空气中的传播相比，电磁波的传播特性会根据这些气体或气体混合物的物理特性而发生改变。
确定介质特征和容器特征的已知尝试通常有显著的缺点。
发明内容
期望的是有用于一种用于确定介质特征和容器特征的健壮性方法和设备。此外，期望的是有一种用于在进行界面测量时自动地确定参数的方法和设备。所提出的是用于确定可能例如容置在容器内的物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的物位测量设备；用于确定物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的方法；以及根据独立权利要求的特征的程序元件和计算机可读介质。在从属权利要求和下面的描述中陈述了本发明的展开。根据本发明的第一方面，提出了一种用于确定(例如在容器内的)物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的物位测量设备。物位测量设备包括回波曲线获取设备，用于获取至少一条回波曲线；回波识别设备，用于在一条或若干条所获取的回波曲线 中识别至少两个回波；以及速度确定设备，用于确定所述至少两个回波的速度值。此外，提出了一种能够具有“自学”能力的设备，出于该原因该设备还被称为“自学设备”，该自学设备被设计成用于自动地确定关于容器的圆顶通道(其可以位于容器的顶部区域)的长度、容器的容器高度、物料的渗透率值和/或物料的介电常数值的特征值。此外，自学设备被设计成使用所确定的回波速度值中的至少一个速度值来确定特征值。换句话说，通过使用回波或多个回波的一个或若干个速度值，自学设备可以计算圆顶通道的长度、容器高度、物料或物料之一的渗透率值和/或物料或物料之一的介电常数值。根据本发明的另一个方面，多重回波检测设备可以将回波曲线中的来自于物料的物料表面的、来自于故障位置和/或来自于容器的容器底部的多次反射的至少一个回波分类为多重回波(multiple echo)。为此，自学设备被设计成使用由多重回波检测设备分类的多重回波的至少一个速度值来确定特征值。根据本发明的另一个方面，底部回波检测设备可以被设计成用于将回波曲线中的来自于故障位置和/或来自于容器底部的反射中的至少一个回波分类为底部回波，其中，自学设备被设计成用于使用由底部回波检测设备分类的底部回波的至少一个速度值或界面回波的至少一个速度值来确定特征值。此外，根据本发明的另一个方面，自学设备可以通过应用如下方程来确定物料的渗透率值与物料的介电常数值的乘积fl+ ^)2其中，e M表示物料的介电常数值，q表示覆盖气氛的介电常数值，表示物料的渗透率值，表示覆盖气氛的渗透率值，Vb表示底部回波的速度，'表示物料回波的速度。根据本发明的另一个方面，自学设备还可以被设计成用于根据物料回波的速度矢量与底部回波的速度矢量的交点来确定容器的容器高度。根据本发明的另一个方面，自学设备可以被设计成用于根据至少两个多重回波的速度矢量的至少一个交点来确定容器的圆顶通道的长度。
根据本发明的另一个方面，自学设备可以被设计成用于借助于所述至少两个回波的速度值来确定容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值。例如，可以将自学设备设计成借助于所述至少两个回波的位置来确定容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值。根据本发明的另一个方面，物位测量设备可以被设计成用于借助于单个渡越时间测量值来确定容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值和渗透率值。根据本发明的另一个方面，提出了一种用于确定例如在容器内的物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的方法，在该方法中，首先获取至少一条回波曲线，随后在一条或若干条所获取的回波曲线中识别一个或若干个回波。接着，确定所述至少两个回波的速度值。此外，确定一个或若干个特征值，所述特征值涉及圆顶通道的长度、容器高度、物料的渗透率值或物料的介电常数值。使用所确定的 回波速度值中的至少一个速度值来用于这样的确定。 根据本发明的另一个方面，提出了一种程序元件，当在物位测量设备的处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件指示处理器执行上文和/或下文描述的步骤。根据本发明的另一个方面，提出了一种用于存储程序元件的计算机可读介质，当在物位测量设备的处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件指示处理器执行上文和/或下文描述的步骤。在这一点上，应当指出，以上及以下描述的关于物位测量设备的特征还可以实施为根据本发明的方法中的方法相关步骤，反之亦然。程序元件(以下称为“计算机程序元件”)可以形成存储在物位测量设备的处理器上的软件的一部分。在这种布置中，处理器也可以是本发明的主题。此外，本发明的该方面包括从一开始就使用本发明的计算机程序元件以及通过更新使得现有程序使用本发明的计算机程序元件。下面，将借助于附图来描述本发明的示例性实施方式。
图I示出了根据渡越时间方法进行操作的物位测量设备。图2示出了根据渡越时间方法来确定物位的方法相关步骤。图3示出了用于物位测量的设备。图4示出了使用多重回波的物位测量示例。图5示出了在圆顶通道中的物位测量示例。图6示出了无容器盖的物位测量示例。图7示出了根据本发明的示例性实施例的物位测量设备。图8示出了根据本发明的示例性实施例的物位测量设备的测量周期。图9示出了根据本发明的示例性实施例的用于确定圆顶通道的长度的方法。图10示出了根据本发明的示例性实施例的用于确定容器高度的方法。图11示出了根据本发明的示例性实施例的用于界面测量的物位测量设备。图12示出了根据本发明的示例性实施例的在与界面具有恒定距离的情况下的界面测量。
图13示出了根据本发明的示例性实施例的在与物料表面具有恒定距离的情况下的界面测量。图14示出了根据本发明的示例性实施例的在上方介质具有恒定厚度的情况下的界面测量。
具体实施例方式图中的图示是概略的而非按比例的。如果在附图的以下描述中在不同的附图中使用了相同的附图标记，则它们表示相同或相似的元件。然而，也可以以不同的附图标记来表示相同或相似的元件。应当指出的是，术语“物料回波”等同于物料反射的零阶多重回波。此外，应当指出的是，术语“底部回波”等同于容器底部反射的零阶多重回波。下面的解释集中于考虑常见的容器中的单种待测介质或物料的应用情况。下文所描述的技术教导可以转换到容器中的两个或若干个不同的介质或物料的应用情况。在界面测量的上下文中，特别地，物料表面位置还可以是两种不同介质或物料之间的界面的位置，该位置等同于在容器内的用于界面测量的所述两种物料或介质中下部的物料或介质的物料表面位置。在用于物位测量的设备中，可以使用能够确定容器内的物料表面位置的各种方法。图I示出了用于物位测量的布置。容器100容置填充高度达到dB-4的液体106。液体上方的空间107包含例如空气。在当前示例中，液体由作为覆盖介质的空气覆盖。借助于高频设备102，物位测量设备101产生电磁脉冲103并将电磁脉冲103耦合
到合适的天线104中，由此，该脉冲以几乎光速朝向待测物料表面105的方向传播。在覆盖
介质内的精确速度由下式产生
权利要求
1.一种用于确定容器内的物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的物位测量设备，所述物位测量设备朝向物料表面的方向发射电磁波或声波，所述物位测量设备(701)包括 回波曲线获取设备(104)，用于获取至少一条回波曲线； 回波识别设备(7021)，用于在所述至少一条回波曲线中识别至少两个回波；以及 速度确定设备(7023)，用于确定所述至少两个回波的速度值； 其中，所述物位测量设备还包括用于自动地确定特征值的设备(7027)，所述特征值选自包括与布置在所述容器的顶部区域中的圆顶的圆顶通道长度、所述容器的容器高度、物料的渗透率值以及物料的介电常数值相关的特征值的组中； 其中，所述设备(7027)被设计成使用所确定的所述回波的速度值中的至少一个速度值来确定所述特征值。
2.根据权利要求I所述的物位测量设备，还包括 多重回波检测设备(7024)，用于将在所述回波曲线中的来自于物料表面、来自于故障位置和/或来自于容器底部的多次反射的至少一个回波分类为多重回波； 其中，所述设备(7027)被设计成使用由所述多重回波检测设备分类的多重回波的至少一个速度值来自动地确定所述特征值，以用于确定所述特征值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备，包括 底部回波检测设备(7024)，用于将在所述回波曲线中的来自于故障位置和/或容器底部的反射的至少一个回波分类为底部回波； 其中，所述设备(7027)被设计成使用由所述底部回波检测设备分类的底部回波的至少一个速度值或使用界面回波的至少一个速度值来自动地确定所述特征值，以用于确定所述特征值。
4.根据权利要求3所述的物位测量设备， 其中，所述用于自动地确定特征值的设备(7027)通过应用如下方程来确定所述物料的渗透率值与所述物料的介电常数值的乘积 sM · sL, ' β.. . ^^ 其中，ε M表示所述物料的介电常数值，q表示覆盖气氛的介电常数值，μΜ表示所述物料的渗透率值，μ ^表示所述覆盖气氛的渗透率值，Vb表示底部回波的速度，'表示物料回波的速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 其中，所述用于自动地确定特征值的设备(7027)被设计成用于根据物料回波的速度矢量与底部回波的速度矢量的交点来确定所述容器的容器高度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 其中，所述用于自动地确定特征值的设备(7027)被设计成用于根据至少两个多重回波的速度矢量的至少一个交点来确定所述容器的圆顶通道的长度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 其中，所述用于自动地确定特征值的设备(7027)被设计成借助于所述至少两个回波的所述速度值来确定所述容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值。
8.根据权利要求7所述的物位测量设备， 其中，所述用于自动地确定特征值的设备(7027)被设计成借助于所述至少两个回波的位置来确定所述容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的物位测量设备， 所述物位测量设备被设计成借助于单个渡越时间测量值来确定所述容器内的物料和/或另一种介质的介电常数值和渗透率值。
10.一种用于确定物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的方法，所述方法包括如下步骤 朝向物料表面的方向发射电磁波或声波； 获取至少一条回波曲线； 在所述至少一条回波曲线中识别至少两个回波； 确定所述至少两个回波的速度值； 自动地确定特征值，所述特征值选自包括与布置在容器的顶部区域中的圆顶的圆顶通道长度、所述容器的容器高度、物料的渗透率值以及物料的介电常数值相关的特征值的组中； 其中，使用所确定的所述回波的速度值中的至少一个速度值来确定所述特征值。
11.一种程序元件，所述程序元件当在物位测量设备的处理器上执行时指示所述处理器执行如下步骤 朝向物料表面的方向发射电磁波或声波； 获取至少一条回波曲线； 在所述至少一条回波曲线中识别至少两个回波； 确定所述至少两个回波的速度值； 自动地确定特征值，所述特征值选自包括与布置在容器的顶部区域中的圆顶的圆顶通道长度、容器的容器高度、物料的渗透率值以及物料的介电常数值相关的特征值的组中；其中，使用所确定的所述回波的速度值中的至少一个速度值来确定所述特征值。
12.一种用于存储程序元件的计算机可读介质，所述程序元件当在物位测量设备的处理器上执行时指示所述处理器执行如下步骤 朝向物料表面的方向发射电磁波或声波； 获取至少一条回波曲线； 在所述至少一条回波曲线中识别至少两个回波； 确定所述至少两个回波的速度值； 自动地确定特征值，所述特征值选自包括与布置在容器的顶部区域中的圆顶的圆顶通道长度、容器的容器高度、物料的渗透率值以及物料的介电常数值相关的特征值的组中；其中，使用所确定的所述回波的速度值中的至少一个速度值来确定所述特征值。
全文摘要
根据本发明的示例性实施方式，物位测量设备包括自学设备，所述自学设备能够计算圆顶通道的长度、容器高度、物料的渗透率值或物料的介电常数值。这通过使用所测量的回波曲线的回波的一个或若干个所确定的速度值来进行。以此方式，可以提高物位确定的精确度。
文档编号G01F23/28GK102798435SQ201210172419
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月27日
发明者卡尔·格里斯鲍姆, 罗兰·韦勒 申请人:Vega格里沙贝两合公司