Устройство для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре

005706 Изобретение относится к устройству для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре. Для определения уровня загружаемого материала в резервуаре используют измерительные системы,измеряющие различные физические величины. Затем на основании этих величин получают желаемую информацию об уровне. Наряду с механическим ощупыванием применяют емкостные, проводящие или гидростатические измерительные зонды, а также детекторы, которые работают на основе ультразвука,микроволн или радиоактивного излучения. При емкостном способе для определения уровня загружаемого материала в резервуаре, емкостной зонд и стенка резервуара образуют электроды конденсатора. Если стенка резервуара является не проводящей, то необходимо предусмотреть отдельный второй электрод внутри и снаружи резервуара. Между обоими электродами находится - в зависимости от уровня среды в резервуаре - воздух или среда, что проявляется на основе разных диэлектрических постоянных обоих веществ в изменении измеряемой емкости. Кроме того, измеряемая емкость зависит, естественно, от соответствующего уровня среды в резервуаре, поскольку обе величины уровень и измеряемая емкость функционально зависят друг от друга. Поэтому емкостные зонды можно использовать как при определении предельного уровня, так и при непрерывном определении уровня заполнения. Емкостной зонд уровня заполнения известен из DE 195 36 199 С 2. В способах, основанных на времени распространения, с контролируемыми электромагнитными высокочастотными импульсами (способ измерения отраженного сигнала или способ импульсной радиолокации) или же с непрерывными частотно-модулированными микроволнами (например, способ радиолокации с помощью частотно-модулированного непрерывного излучения) измерительные сигналы подают в проводящий элемент, соответственно, волновод и с помощью волновода в резервуар, в котором находится заполняющий материал. В качестве волновода можно использовать известные варианты: поверхностный волновод Зоммерфельда или Гоубау или двухпроводный (лехеров) волновод. С точки зрения физики в этом методе измерения используется эффект, заключающийся в том, что на границе двух разных сред, например, воды и нефти или воды и воздуха, вследствие скачкообразного изменения (прерывистости) диэлектрических постоянных обеих сред часть контролируемых высокочастотных импульсов, соответственно, контролируемых микроволн отражается и через проводящий элемент направляется обратно в приемное устройство. При этом отраженная часть (полезный отраженный сигнал) тем больше, чем больше разница диэлектрических постоянных обеих сред. На основании времени прохождения отраженной части высокочастотных импульсов, соответственно, непрерывных сигналов(эхо-сигналов) можно определить расстояние до поверхности загружаемого материала. При непосредственном сравнении между емкостной системой измерения и системой измерения с контролируемыми электромагнитными сигналами проявляются определенные преимущества, но и недостатки по отношению к соответствующему другому методу, а именно, измерения с помощью емкостного чувствительного элемента почти нечувствительны к подвижности поверхности загружаемого материала. Кроме того, на результаты измерения почти не влияет вспенивание загружаемого материала, а также образование отложений на емкостном чувствительном элементе. Однако для осуществления точного измерения уровня необходимо обеспечить возможность выполнения калибровки, а именно необходима калибровка емкостной системы измерения при по меньшей мере двух уровнях заполнения, что в зависимости от величины резервуара и загружаемого материала может требовать очень много времени или же в экстремальном случае исключает возможность применения емкостного чувствительного элемента. Другой недостаток емкостных измерительных систем состоит в том, что измерение при непроводящем заполняющем материале зависит от соответствующей диэлектрической проницаемости. В системе измерения с контролируемыми высокочастотными измерительными сигналами критическим является то, что измерения уровня в зоне так называемого расстояния блокирования являются невозможными, поскольку в этом случае полезные отраженные сигналы исчезают в помеховых сигналах. Помеховые сигналы возникают, например, за счет отражений измерительных сигналов в зоне ввода измерительных сигналов в проводящий элемент, или же они возникают вследствие взаимодействия измерительных сигналов с опорами, на которых закреплена система измерения (верхнее расстояние блокирования). Другой помеховый сигнал, ограничивающий возможный диапазон измерения, возникает на свободном конце проводящего элемента (нижнее расстояние блокирования). Однако в системах измерения с контролируемыми высокочастотными измерительными сигналами очень предпочтительным является то, что они обеспечивают очень точные результаты измерения и что обычно нет необходимости в калибровке, в частности, двухточечной калибровке, как в емкостных системах измерения. Дополнительно к этому, измерение с помощью контролируемых измерительных сигналов в широких пределах не зависит от соответствующих диэлектрических постоянных загружаемого материала; кроме того, измерительные системы с контролируемыми высокочастотными сигналами работают достаточно хорошо даже при относительно малых диэлектрических постоянных. В основу изобретения положена задача создания устройства, которое обеспечивает оптимальное определение и/или контролирование уровня заполнения в резервуаре. Задача решается с помощью устройства, содержащего чувствительный элемент и блок регулирования/оценки, при этом чувствительный элемент выполнен так, что его можно использовать в соединении с-1 005706 по меньшей мере двумя различными способами измерения, соответственно, что чувствительный элемент работает в по меньшей мере двух различных рабочих режимах, при этом блок регулирования/оценки использует чувствительный элемент в соответствии с одним из двух способов измерения, соответственно, в одном из двух рабочих режимах, и при этом блок регулирования/оценки на основании данных измерения чувствительного элемента, полученных с помощью по меньшей мере одного способа измерения,соответственно, во время по меньшей мере одного рабочего режима, определяет уровень загружаемого материала в резервуаре. Решение, согласно изобретению, предусматривает, что измерительные величины получают с помощью емкостного способа измерения, соответственно, с помощью способа с контролируемыми высокочастотными измерительными сигналами попеременно, с любым сдвигом во времени или одновременно, т.е. квази-параллельно. За счет этого обеспечивается, например, оптимальное приспособление измерительной системы к свойствам соответствующего подлежащего измерению загружаемого материала; кроме того, можно привлекать к получению измерительных величин систему измерения, которая при данных условиях обеспечивает наилучшие результаты измерения. Если имеются величины измерения, которые получены с помощью емкостной измерительной системы и измерительной системы с контролируемыми высокочастотными сигналами с небольшой разницей во времени, то можно выполнять дополнительно даже проверку на непротиворечивость. Устройство, согласно изобретению, характеризуется, в частности, тем, что можно выполнять с высокой точностью измерения уровня заполнения по всей высоте резервуара, при этом на используемые величины измерения почти не влияют свойства и тип соответствующего подлежащего измерению загружаемого материала. Высокоточные измерения по всей высоте резервуара возможны за счет того, что один способ всегда заменяется или может быть заменен соответствующим другим способом, когда проявляются недостатки другой системы. Кроме того, можно корригировать величины измерения, которые поставляет одна система, на основе величин измерения, которые поставляет другая измерительная система. Кроме того, имеется возможность выполнять, например, калибровку емкостной измерительной системы с помощью результатов измерения, которые поставляет измерительная система с контролируемыми измерительными сигналами. В соответствии с одной предпочтительной модификацией устройства, согласно изобретению, чувствительный элемент является по меньшей мере проводящим элементом, который входит в резервуар. Проводящий элемент может быть, например, по меньшей мере стержнем или по меньшей мере тросом. В предпочтительном варианте выполнения устройства, согласно изобретению, предусмотрено, что по меньшей мере один проводящий элемент используется по выбору для выполнения емкостного измерительного метода или же способа на основе измерения времени прохождения, при этом в случае емкостного способа измерения по меньшей мере один проводящий элемент образует электрод, а в случае способа на основе измерения времени прохождения высокочастотные измерительные сигналы направляют вдоль по меньшей мере одного проводящего элемента. В соответствии с предпочтительной модификацией устройства, согласно изобретению, предусмотрен блок ввода/вывода данных, через который задается соответствующий желаемый рабочий режим чувствительного элемента. Таким образом, обслуживающий персонал может выбирать оптимальную измерительную систему в соответствии с подлежащим измерению или контролированию загружаемым материалом. В качестве альтернативного решения предусмотрен переключающий блок, через который можно переключать чувствительный элемент в другой рабочий режим. Переключающий блок может быть, в частности, электронным переключателем, предпочтительно МОП-транзистором. Как указывалось выше,можно с помощью переключателя попеременно активировать одну или другую измерительную систему,так что можно использовать результаты измерения одной или другой измерительной системы для определения/контролирования уровня заполнения. В предпочтительном варианте выполнения устройства, согласно изобретению, предусмотрен ввод в блок регулирования/оценки программы управления чувствительным элементом, с помощью которой чувствительный элемент переключается попеременно или по заданной схеме в по меньшей мере два разных рабочих режима. В частности, предусмотрено, что блокрегулирования/оценки на основе значений уровня заполнения, которые получены в соответствии с по меньшей мере двумя разными способами измерения, выполняет проверку на непротиворечивость. Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения устройства, согласно изобретению, управление чувствительным элементом выполняется так, что данные измерения, полученные с помощью по меньшей мере двух способов измерения, измеряются, соответственно, предоставляются одновременно или почти одновременно. Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на чертеже. На чертеже схематично показано устройство 1, согласно изобретению. Загружаемый материал 12 находится в резервуаре 11. Этот загружаемый материал может быть жидкостью или твердым материалом. В резервуар 11 проходит чувствительный элемент 2, который закреплен в отверстии 13, например, в патрубке, в крышке 14 резервуара 11. Существенной частью чувствительного элемента 2 является прово-2 005706 дящий элемент 3. Проводящий элемент 3 выполнен в виде стержня или в виде троса. Проводящий элемент 3 предпочтительно проходит по всей высоте резервуара 11. Чувствительный элемент 2 выполнен так, что он попеременно или параллельно поставляет результаты измерения уровня заполнения, полученные как посредством измерения емкости, так и посредством измерения времени прохождения высокочастотных измерительных сигналов. Если чувствительный элемент 2 работает в режиме способ измерения времени прохождения, то по проводящему элементу 3 в резервуар 11 и из резервуара 11 проходят высокочастотные измерительные сигналы. В показанном на чертеже примере выполнения устройства, согласно изобретению, получение результатов измерения уровня заполнения происходит по выбору с помощью обоих возможных способов измерения. Попеременное управление осуществляется через блок 4 регулирования/оценки и переключающий блок 7. В показанном случае управляющая схема 5 соединена через переключающий блок 7 с чувствительным элементом 2 для измерения емкости, т.е. результаты измерения уровня заполнения получают с помощью измерения емкости. После заданного промежутка времени, например, под управлением блока 4 регулирования/оценки, схема 6 управления через переключающий блок 7 соединяется с чувствительным элементом 2 с контролируемыми измерительными сигналами. В этом случае определение уровня загружаемого материала 12 в резервуаре 11 осуществляется посредством измерения времени прохождения контролируемых высокочастотных измерительных сигналов. Если оба способа измерения используются попеременно или же одновременно, то можно выполнять проверку на непротиворечивость. Если разница между обоими результатами измерения выходит за пределы заданного допуска, то, например, через блок 10 ввода/вывода данных обслуживающий персонал получает соответствующее сообщение. Дополнительно может включаться сигнал тревоги. Дополнительно к этому, предусмотрено такое использование обеих измерительных систем, что одна система компенсирует недостатки соответствующей другой системы. Так например, можно выполнять настройку емкостной измерительной системы с помощью измерительной системы с контролируемыми сигналами. Кроме того, предусмотрено, что значения уровня заполнения, которые соответствуют диапазону расстояния блокирования измерительной системы с контролируемыми сигналами, определяются с помощью емкостной измерительной системы. Естественно, что чувствительный элемент 2 можно также использовать в качестве квази-универсального чувствительного элемента. Поскольку оба способа измерения, а именно емкостной способ измерения и способ измерения с контролируемыми высокочастотными сигналами, отлично дополняют друг друга, то в соответствии с условиями применения один или другой способ предоставляет лучшие результаты измерения. Так например, в зависимости от подлежащего измерению загружаемого материала 12, чувствительный элемент 2 может целенаправленно работать только в соответствии с одним из обоих возможных способов измерения. Желаемый режим работы чувствительного элемента 2 может устанавливаться обслуживающим персоналом через блок 10 ввода/вывода данных. Перечень позиций 1 - Устройство, согласно изобретению; 2 - чувствительный элемент; 3 - проводящий элемент; 4 - блок регулирования/оценки; 5 - схема управления для емкостного чувствительного элемента; 6 - схема управления для чувствительного элемента с контролируемыми измерительными сигналами; 7 - переключающий блок; 8 - соединительный проводник; 9 - ввод; 10 - блок ввода/вывода данных; 11 - резервуар; 12 - загружаемый материал; 13 - отверстие; 14 - крышка. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре, содержащее чувствительный элемент, входящий в резервуар, и блок регулирования и оценки, при этом чувствительный элемент (2) выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух различных режимах, в первом из которых обеспечивается измерение времени прохождения высокочастотного импульсного или частотномодулированного непрерывного электромагнитного сигнала, а во втором - измерение электрической емкости, причем блок регулирования и оценки обеспечивает возможность определения уровня загружаемого материала в резервуаре на основании данных измерений, полученных с помощью чувствительного элемента (2), при работе чувствительного элемента по меньшей мере в одном из режимов, отличающееся-3 005706 тем, что чувствительный элемент (2) представляет собой токопроводящий элемент, при этом при реализации первого режима токопроводящий элемент служит в качестве элемента для передачи и приема электромагнитного сигнала, а при реализации второго режима токопроводящий элемент служит в качестве электрода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токопроводящий элемент (3) представляет собой по меньшей мере один стержень или по меньшей мере один трос. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен блок (10) ввода данных, через который задается соответствующий желаемый рабочий режим чувствительного элемента (2). 4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что предусмотрен переключающий блок (7), с помощью которого чувствительный элемент может переключаться из одного на другой режим работы. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что переключающий блок (7) является электронным переключателем, предпочтительно МОП-транзистором. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блоке (4) регулирования и оценки предусмотрена программа управления чувствительным элементом (2), с помощью которой чувствительный элемент (2) включается непрерывно или попеременно по меньшей мере в два различных рабочих режима. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок (4) регулирования и оценки на основании значений уровня заполнения, которые определяются по меньшей мере двумя различными способами измерения, выполняет проверку на непротиворечивость. 8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что блок (4) регулирования и оценки управляет чувствительным элементом (2) таким образом, что данные измерения, полученные по меньшей мере двумя способами измерения, измеряются одновременно или почти одновременно.