填充高度测量 |
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| 申请号 | CN201380035872.5 | 申请日 | 2013-06-26 | 公开(公告)号 | CN104685326A | 公开(公告)日 | 2015-06-03 |
| 申请人 | KSB股份公司; | 发明人 | F.G.博斯巴赫; S.劳厄; G.林德纳; F.奥伯迈尔; J.舒勒雷尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于确定在容器(4)中的液体的填充高度的装置和方法。装置包括至少一个元件(1,2)，其发送和/或接收声的 信号 。声的信号沿着固体(3)的表面传播。固体(3)如此布置，即使得固体(3)的表面的至少一部分可由液体湿润。固体(3)在不同的容器高度上具有区域(5)，其反射声的信号。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于确定在容器(4)中的液体的填充高度的装置，该装置带有至少一个元件(1,2)，该元件发送和/或接收声的信号， |
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| 说明书全文 | 填充高度测量技术领域背景技术[0002] 这样的装置例如应用在废水提升设施中。提升设施引出在倒流层(Rückstauebene)下面积聚的废水以防倒流(rückstausicher)。其使用于输送积聚在住宅楼的地下室中的含有粪便的废水。 [0004] 文件DE 10 2007 008 692 A1说明了一种提升设施的容器，在其中在不同的容器高度中在壁部的外侧处安装用于检测液体高度的传感器。该测量设备牢固地与容器连接。因此排除了这种装置灵活地使用于许多容器。在这种系统中传感器的较大数量是不利的。 [0005] 在文件DE 199 13 530 A1中说明了一种带有由塑料制成的收集容器的提升设施。液体以不规律的间隔流向收集容器。通过泵将液体从容器输送到管道网中。为了测量在容器中的液体高度使用布置在容器的上侧处的元件。元件发出雷达波，其由液体的表面反射。 反射的波继而由元件接收。从波的行进时间中确定填充高度。泵取决于填充高度接通或者切断。用于利用雷达波进行填充高度探测的方法是昂贵的。 [0006] 此外已知这样的用于填充高度测量的装置，即在其中发送超声信号的元件安装在容器的上侧处。声的信号由液体表面反射并且由元件检测。超声填充高度测量为不接触的方法，其根据行进时间原理工作。在此由于反射超声波的悬浮的泡沫也存在错误测量液体高度的危险。 发明内容[0007] 本发明的目的是，说明一种用于填充高度测量的装置，其针对污染物是不敏感的并且即使在泡沫形成的情况下也提供可靠的测量值。此外该装置应该可便宜地制造并且通过可靠性和长的使用寿命而突出。 [0008] 该目的根据本发明通过以下方式解决，即声的信号沿着固体的表面传播，该固体这样布置，即使得固体的表面的至少一部分可由液体湿润并且固体在不同的容器高度中具有反射声的信号的区域。 [0009] 根据本发明使用声的表面波(缩写为AOW(英语SAW为 surface acoustic waves表面声波))以用于确定填充高度。在此声的信号在固体的表面上传播。 [0011] 固体可具有不同的几何的形状，例如方形的或柱形的。本发明的优选的实施方案为空心体，其中尤其空心柱体(也就是说管)证明为有利的。 [0012] 在本发明的一种方案中，空心体利用底部封闭。因此防止液体侵入到空心体中。产生和/或检测声的表面波的元件安装在内侧上。因此声的信号在管的内部的、干燥的表面上传播并且由这样的区域反射，即管在其内侧上具有该区域。测量管浸入到液体中，其中仅仅外侧湿润。令人惊讶地发现，在液位下面强烈地减弱声的表面波，尽管其在管的干燥的内侧上传播。对此前提是，管的壁厚不是太大。 [0013] 根据本发明这样布置固体，即使得表面的至少一部分可由液体湿润。在此可为固体的表面(AOW在该表面上传播)和/或是与该表面相对的另一表面。 [0014] 固体具有反射表面波的区域。为此固体具有合适的(尤其尖棱角的)几何形状变化。优选地该区域为引入到表面中的凹陷部。在此特别是稍长的凹陷部为适合的，其近似水平地伸延。在一种尤其有利的方案中凹口被铣削和/或冲压到表面中，其中尤其切口证明为有利的。也可将槽口作为凹陷部引入到固体中。区域可同样构造为固体表面的隆起部。 [0015] 原则上也可实现，固体由一块容器壁形成。然而当固体构造为布置在容器中的独立的构件时证明为尤其有利的。固体至少部分地浸入到液体中并且在不同的容器高度中具有起反射作用的区域。就固体的没有浸入到液体中的部分而言，声的信号在切口处不减弱地反射。反射的信号由检测器探测，检测器或者由产生AOW的相同的元件形成或者构造为独立的元件。 [0016] 就固体的浸入到液体中的部分而言，声的信号通过液体强烈地减弱。在此也称为信号的“脱耦”。因此由在液位下面的区域反射的信号强烈地衰落。 [0017] 由单元分析或者评估反射的信号。该单元这样装备，即其从反射的信号的波形图中获取填充高度。关于波形图理解为取决于行进时间探测所有反射的声的信号的强度。由在容器底部附近中的反射部位反射的声的信号相比于较上方的声的信号具有更长的行进时间。在区域处反射的声的信号也称为回声。 [0018] 在液体高度下面回声强烈地衰落。借助于与例如利用完全地空的容器实施的参照测量进行比较，单元可获取填充高度，因为在液位之下的反射区域的信号相对参照值强烈地衰落。 [0019] 在根据本发明的方法中实施下面的步骤。 [0020] - 产生声的信号，- 沿着固体表面传播声的信号， - 在固体的区域处至少部分地反射信号，该区域布置在不同的容器高度上，- 检测反射的信号， - 获取反射的信号的行进时间， - 获取反射的信号的信号强度， - 与参照值比较， - 确定填充高度。 [0021] 在此为在有规律的时间间隔中重复地经历的流程。 [0022] 优选地固体具有纵向延伸并且垂直地布置在容器中。反射区域的位置也是对于评估的质量起决定作用的。反射区域可在声的信号的传播方向上布置成一上一下互相平行。然而反射的信号在这样的布置中重叠。波形图的评估由此变得更困难。在本发明一种尤其有利的实施方案中起反射作用的区域关于声的信号的传播方向布置成侧向上互相偏移。由此降低反射的信号的重叠。反射的信号的至少一部分到达检测器，而没有出现多次反射。由此获得波形图，在其中可良好地区别单个的回声。 [0023] 用于产生声的表面波的元件优选地包括压电的基层，在该基层上施加梳形电极(Kammelektrode)作为发送器。这形成交叉指形转换器(IDT = interdigital transducer叉指式转换器)、所谓的发送器交叉指形转换器(Sender IDT发送器叉指式转换器)，其在压电的基层上产生表面波。 [0024] 这样选择激励频率，即优选地产生拉姆波或在拉姆波(Lamb-welle)和瑞利波之间(Rayleigh-Wellen)的过渡区域中的表面波。 [0026] 回声由用作为检测器的元件探测。该检测器同样包括带有梳形电极的压电的基层。检测器起作用为接收器交叉指形转换器(Empfänger-IDT)并且接收的声的表面波转换成电的信号。在本发明的一种方案中检测器同样直接地固定在固体上，例如借助于粘合剂。 [0027] 在本发明一种备选的实施方案中至少一个元件布置在头部件(Kopfteil)的表面上。该头部件可与固体声耦合。耦合可通过涂有油的或涂有粘合剂的磨削承座(Schlifffassung)实现。头部件在此可联接在不同的固体处。所以例如多个带有不同的长度的测量管可以与头部件耦合，从而仅仅一次发送或者接收电子设备是必需的。因此利用头部件可实现不同的测量长度。在一种尤其有利的方案中，单元装备成通过回声的波形图以条码的形式识别出联接的测量管的类型。 [0029] 本发明另外的特征和优点从图纸本身和从借助于图纸对实施例进行的描述中得到。 [0030] 其中：图1显示了穿过用于填充高度测量的测量管的截面图， 图2显示了测量的波形图， 图3显示了带有填充高度测量装置的提升设施， 图4显示了起反射作用的区域的布置。 具体实施方式[0031] 在图1中示出了一种用于确定液体的填充高度的装置。第一元件1用作为发送器并且产生声的信号。第二元件2用作为检测器并且接收反射的声的信号。两个元件1,2包括压电的基层，梳形电极分别插入到该基层中。其形成交叉指形转换器(IDT = interdigital transducer叉指式转换器)用于就发送器而言将电的信号转换成声的信号或者用于就接收器而言将声的信号转换成电的信号。 [0033] 区域5布置在测量管的内侧上，该区域5反射声的信号。区域5为切口，其被铣削到测量管中。区域5布置成一上一下地互相平行，从而在图1中示出的方案中导致多次反射，其互相干涉。 [0034] 在图1中示例性地示出了五个起反射作用的区域5，在其中两个位于液位之上并且三个位于液位之下。上侧的两个区域的回声显示了高的信号强度。下面的三个区域的回声仅仅还显示小的信号强度，因为声的波通过在管的外侧处的液体减弱。尽管AOW在测量管的内侧处传播并且液体湿润测量管的外侧，但是减弱是如此明显的，从而其可用于确定填充高度。 [0036] 在波形图中分别取决于信号的行进时间描绘信号强度。由在固体3处较下部的区域反射的波组具有较长的行进时间并且所以在图表中位于较右边。由在固体3处较上部的区域反射的波组具有较短的行进时间并且所在图表中位于较左边。 [0037] 信号强度在该实施例中以mVpp说明，因为检测器将接收的声的信号转换成电的信号，其从一个峰值到另一峰值以毫伏探测。 [0038] 使用在填充高度为0cm的情况下的上方的波形图作为参照，因为没有反射的波组由液体减弱。在液体高度为1cm的情况下波组在最右边减弱，从而其信号强度降低。在填充高度为2cm的情况下两个右边的波组减弱，在填充高度为4cm的情况下三个右边的波组减弱。 [0039] 通过将获取的波形图与参照值比较单元6确定填充高度。单元6在图3中示意性地示出。在此单元6可为计算机、调节设备或控制设备。单元6装备成取决于行进时间探测反射的信号的信号强度并且通过与参照值比较获取填充高度。反射的波组减弱地越多，填充高度越高。通过未减弱的和/或减弱的波组的数量可计算填充高度。 [0040] 在本发明一种尤其有利的方案中单元6也用于控制和/或调节填充高度。图3显示了，单元6与位于容器4的内部区域中的泵的马达7连接。在该实施例中在此使用驱动离心泵的电马达。单元6接通和断开马达7。 [0041] 止回阀8位于泵的下游。进入管9联接在提升设施的容器4处，通过该进入管9液体流动到容器4中。 [0042] 实施为测量管的固体3根据上文说明的原理探测填充高度。在液体高度下极限值的情况下单元6停止马达7。在液体高度上极限值的情况下单元6启动马达7，从而再次泵抽液体。 [0043] 图4显示了这样的方案，即在其中偏移地布置起反射作用的区域。代替分离的AOW发送器和接收器在此应用共同的电声的转换器作为元件1,2，其在多路的运行中交替地作为发送器和接收器切换。固体3为带有1mm厚度的由铝制成的板材。该板材可卷成管。元件1,2在这情况中布置在管的内侧上。IDT粘接在固体上并且具有瓣形的(keulenförmig)辐射特征，其示出为虚线并且具有大约30°的角度。区域5关于声的信号的传播方向布置成侧向互相偏移，从而发出的波组直接地到达每个区域5。因此确保，回声再次直接地行进回到IDT而没有导致多次反射。 |
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