物料的介电系数的量测方法与流程

本发明涉及一种介电系数的量测方法，特别涉及一种物料的介电系数的量测方法。

背景技术：

目前，料位感测器，例如时域反射雷达感测器，被广泛地运用于料位量测；因此，料位感测器非常地重要。

然而，有很多因素会影响料位感测器的精确度，例如物料的介电系数。这是因为物料的介电系数会影响在物料中的量测信号的往返时间，使得料位感测器的精确度被影响。

然而，目前在料位感测器，例如时域反射雷达感测器，安装好之后，物料的介电系数并没有被准确且方便地测量，使得料位感测器的精确度降低。

技术实现要素：

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种物料的介电系数的量测方法。

为达成本发明的上述目的，本发明的物料的介电系数的量测方法应用于一料位感测器、一桶槽及一物料，该料位感测器包含一料位感测电路及一探棒，该桶槽由上至下具有一未填充区以及充满该物料的一填充区，该物料的介电系数的量测方法包含：将该料位感测器的该探棒插入该桶槽内，使得该料位感测器的该探棒的一部分设置位于该桶槽的该未填充区内，且该料位感测器的该探棒的另一部分设置于该桶槽的该填充区内，且该料位感测器位于一第一位置；在该料位感测器位于该第一位置之后，该料位感测器进行该物料的料位量测以得到一第一特征值；在得到该第一特征值之后，将该料位感测器垂直移动一垂直距离，使得该料位感测器的该探棒未完全地离开该桶槽的该填充区，且该料位感测器系位于一第二位置；在该料位感测器位于该第二位置之后， 该料位感测器进行该物料的料位量测以得到一第二特征值；该料位感测电路将该第一特征值减去该第二特征值以得到一特征值变化量；及该料位感测电路计算该特征值变化量以得到该物料的介电系数。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该料位感测器可为例如但本发明不限定为一时域反射雷达感测器。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该第一特征值为一第一走时差值。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该第二特征值为一第二走时差值。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中当该料位感测器位于该第一位置时，该料位感测器的该探棒的一部分设置位于该桶槽的该未填充区内的长度为一第一长度，且该料位感测器的该探棒的另一部分设置于该桶槽的该填充区内的长度为一第二长度。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该第一走时差值等于一第一时间加上一第二时间；该第一时间等于两倍的该第一长度除以一空气波速；该第二时间等于两倍的该第二长度除以一物料波速。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中一第三长度等于该第一长度加上该垂直距离；一第四长度等于该第二长度减掉该垂直距离。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该第二走时差值等于一第三时间加上一第四时间；该第三时间等于两倍的该第三长度除以该空气波速；该第四时间等于两倍的该第四长度除以该物料波速。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该空气波速系为一常数；该介电系数的平方根为一平方根值；该物料波速等于该常数除以该平方根值。

再者，在一具体实施例，如上所述的物料的介电系数的量测方法，其中该料位感测器更包含一扩时电路；该扩时电路将该特征值变化量乘以一增益值，使得该特征值变化量的单位从微秒放大至毫秒。

本发明的功效在于量测并计算物料的介电系数以提高料位感测器的精确度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的物料的介电系数的量测方法流程图；

图2a为该料位感测器位于该第一位置的示意图；

图2b为该料位感测器位于该第二位置的示意图；

图3为该第一走时差值及该第二走时差值的一具体实施例波形图；

图4a为物料的深度的量测方法的一部分示意图；

图4b为物料的深度的量测方法的另一部分示意图。

其中，附图标记

料位感测器10

料位感测电路12

探棒14

桶槽20

未填充区22

填充区24

物料30

常数c

第三长度d3

第四长度d4

第一长度dair

第二长度dm

垂直距离Hair

垂直距离Hm

探棒长度Lt

深度Lm

步骤S02

步骤S04

步骤S06

步骤S08

步骤S10

步骤S12

第一时间t01

第二时间t02

第三时间t03

第四时间t04

第一走时差值t1

第二走时差值t2

第三走时差值t3

第四走时差值t4

空气波速Vair

物料波速Vm

介电系数ε

平方根值√ε

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，请参阅以下的详细说明和附图说明如下，而附图与详细说明仅作为说明之用，并非用于限制本发明。

请参考图1，其为本发明的物料的介电系数的量测方法流程图；并请同时参考图2a，其为该料位感测器位于该第一位置的示意图；并请同时参考图2b，其为该料位感测器位于该第二位置的示意图。

本发明的物料的介电系数的量测方法系应用于一料位感测器10、一桶槽20及一物料30；该料位感测器10包含一料位感测电路12及一探棒14；该桶槽20由上至下具有一未填充区22以及充满该物料30的一填充区24；该料位感测器10可为例如但本发明不限定为一时域反射雷达感测器。该物料30的介电系数ε的量测方法包含下列步骤。

首先，请参考图1及图2a。

步骤S02：将该料位感测器10的该探棒14插入该桶槽20内，使得该料位感测器10的该探棒14的一部分设置位于该桶槽20的该未填充区22内，且 该料位感测器10的该探棒14的另一部分设置于该桶槽20的该填充区24内，且该料位感测器10位于一第一位置(即如图2a所示)。

步骤S04：在该料位感测器10位于该第一位置的后，该料位感测器10进行该物料30的料位量测以得到一第一特征值(容后详述)。

接着，请参考图1及图2b。

步骤S06：在得到该第一特征值之后，将该料位感测器10垂直移动一垂直距离Hair(或一垂直距离Hm)，使得该料位感测器10的该探棒14未完全地离开该桶槽20的该填充区24，且该料位感测器10位于一第二位置(即如图2b所示)。其中，该垂直距离Hair即等于该垂直距离Hm。

步骤S08：在该料位感测器10位于该第二位置之后，该料位感测器10进行该物料30的料位量测以得到一第二特征值(容后详述)。

步骤S10：该料位感测电路12将该第一特征值减去该第二特征值以得到一特征值变化量(容后详述)。

步骤S12：该料位感测电路12计算该特征值变化量以得到该物料30的介电系数ε(容后详述)。

以下内容将详细叙述上述的步骤S02及步骤S04；请再次参考图1及图2a。

当该料位感测器10位于该第一位置(即如图2a所示)时，该料位感测器10的该探棒14的一部分设置位于该桶槽20的该未填充区22内的长度为一第一长度dair，且该料位感测器10的该探棒14的另一部分设置于该桶槽20的该填充区24内的长度为一第二长度dm。

该第一特征值为一第一走时差值t1；该第一走时差值t1等于一第一时间t01加上一第二时间t02；该第一时间t01等于两倍的该第一长度dair除以一空气波速Vair；该第二时间t02等于两倍的该第二长度dm除以一物料波速Vm。

上述内容可以以下列公式表达：

t1＝t01+t02＝(2*dair/Vair)+(2*dm/Vm)

以下内容将详细叙述上述的步骤S06及步骤S08；请再次参考图1及图2b。一第三长度d3等于该第一长度dair加上该垂直距离Hair；一第四长度d4等于该第二长度dm减掉该垂直距离Hm(亦即，该第二长度dm等于该第四长度d4加上该垂直距离Hm)。

该第二特征值为一第二走时差值t2；该第二走时差值t2等于一第三时间 t03加上一第四时间t04；该第三时间t03等于两倍的该第三长度d3除以该空气波速Vair；该第四时间t04等于两倍的该第四长度d4除以该物料波速Vm。

上述内容可以以下列公式表达：

t2＝t03+t04＝(2*d3/Vair)+(2*d4/Vm)＝[2*(dair+Hair)/Vair]+[2*(dm-Hm)/Vm]

其中，该垂直距离Hair即等于该垂直距离Hm。

以下内容将详细叙述上述的步骤S10；该第一特征值(即该第一走时差值t1)减去该第二特征值(即该第二走时差值t2)等于该特征值变化量；依据上述该些公式，该特征值变化量等于负的两倍的该垂直距离Hair除以该空气波速Vair，再加上两倍的该垂直距离Hm除以该物料波速Vm。

上述内容可以以下列公式表达：

该特征值变化量＝t1-t2＝(-2*Hair/Vair)+(2*Hm/Vm)

请参考图3，其为该第一走时差值及该第二走时差值的一具体实施例波形图；并请图时参考图2a及图2b。如图3所示，在一具体实施例，因为该空气波速Vair会大于该物料波速Vm，所以该第二走时差值t2将会短于该第一走时差值t1；亦即，该第一走时差值t1长于该第二走时差值t2。

以下内容将详细叙述上述的步骤S12；计算该特征值变化量以得到该物料30的介电系数ε。其中，该空气波速Vair系为一常数c；该介电系数ε的平方根为一平方根值√ε；该物料波速Vm等于该常数c除以该平方根值√ε。

上述内容可以以下列公式表达：

Vm＝c/√ε

因此，该特征值变化量＝t1-t2＝(-2*Hair/Vair)+(2*Hm/Vm)＝(-2*Hair/c)+[2*Hm/(c/√ε)]＝(-2*Hair/c)+(√ε*2*Hm/c)＝(-2*Hair/c)+(√ε*2*Hair/c)＝2*Hair*(√ε–1)/c

因此，该特征值变化量*c/(2*Hair)＝√ε–1

[该特征值变化量*c/(2*Hair)]+1＝√ε

{[该特征值变化量*c/(2*Hair)]+1}2＝ε

如前所述，该第一特征值(即该第一走时差值t1)减去该第二特征值(即该第二走时差值t2)等于该特征值变化量，而该第一走时差值t1与该第二走时差值t2可由该料位感测器10得知，因此可得知该特征值变化量。该常数c 及该垂直距离Hair为已知；因此，藉由上述公式可得到该介电系数ε。

藉由本发明的该物料30的该介电系数ε的量测方法得到该介电系数ε之后，即可利用该介电系数ε得到该物料30的深度；兹详述如下。

请参考图4a，其为物料的深度的量测方法的一部分示意图；并请同时参考图4b，其为物料的深度的量测方法的另一部分示意图。Lm表示该物料30的深度；Lt表示该探棒14的探棒长度(亦即，该桶槽20的深度)；t3表示第三走时差值；t4表示第四走时差值；因此，可得到下列公式。

t3＝[2*(Lt-Lm)/Vair]+(2*Lm/Vm)

t4＝2*Lt/Vair

Vair＝c

Vm＝c/√ε

t3–t4＝(-2*Lm/c)+[2*Lm/(c/√ε)]＝(-2*Lm/c)+(2*Lm*√ε/c)＝2*Lm*(√ε–1)/c

由于该第三走时差值t3、该第四走时差值t4、该介电系数ε及该常数c为已知；因此，藉由上述公式可得到该物料30的深度Lm。

再者，为增加该料位感测器10的可用性，该料位感测器10更包含一扩时电路(未显示于图2a、图2b、图4a及图4b，且设置于该料位感测电路12之内)；该扩时电路将上述的该特征值变化量(即，t1-t2，或是t3–t4)乘以一增益值，使得该特征值变化量的单位从微秒放大至毫秒；藉此，增加该料位感测器10的可用性。

本发明的功效在于量测并计算该物料30的介电系数ε以提高该料位感测器10的精确度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。