[发明专利]用于确定介电常数的测量装置

说明书

本发明涉及一种用于测量填充物质(3)的介电值(DK)的测量装置(1)和对应方法。该测量装置包括以下部件：信号产生单元(11)，该信号产生单元用于通过高频电信号(s_HF)控制发射单元(12)，以使得雷达信号(S_HF)朝向填充物质(3)发射；接收单元(13)，该接收单元用于随后接收该雷达信号(S_HF)；以及评估单元(14)，该评估单元基于接收信号(e_HF)确定接收信号(e_HF)的幅值、雷达信号(S_HF)的相移和/或信号传播时间。使用所确定的信号传播时间、相移和/或所确定的幅值，能够确定介电值(DK)。根据本发明，该发射单元(12)和/或接收单元(13)分别包括至少两个辐射元件(100)，该至少两个辐射元件相对于彼此以对应数量的行(201、202、203)布置。由于按照行(201、202、203)增大相位延迟，能够确定介电值(DK)的测量范围得以增大。

技术领域

本发明涉及一种用于确定填充物质的介电值的测量装置以及一种用于操作该测量装置的方法。

背景技术

在自动化技术、尤其是过程自动化技术中，通常会采用现场装置，这些现场装置用于记录和/或影响过程变量。为了记录过程变量，采用传感器，这些传感器例如用在料位测量装置、极限液位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、pH测量装置、电导率测量装置或介电值测量装置中。这些传感器记录对应的过程变量、料位、极限液位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位、电导率或介电值。在这种情况下，在本发明范围内的“容器”还指代开口的容器，例如大桶、湖泊或海洋或流动的水体。大量这些现场装置由Endress+Hauser公司生产和销售。

介电值(也称为“介电常数”、“介电数”或“相对介电常数”)的确定在固体情况下以及还在液体填充物质(例如，燃料、废水或化学品)的情况下都非常重要，这是因为该值可以是用于杂质、水分含量或物质成分的可靠指标。为了根据现有技术、尤其是在液体填充物质的情况下确定介电值，可以使用电容测量原理。在这种情况下，利用这样的效果，电容器的电容与位于电容器的两个电极之间的介质的介电值成比例地变化。

替代地，还可以在(液体)介质的料位测量期间几乎寄生地共同确定该介质在容器内部中的介电值。这要求制导雷达的测量原理，在这种情况下，微波经由导电波导在介质中引导。在公开文献DE 10 2015117 205A1中描述了这种组合的料位和介电测量。

电容式或基于微波的介电值测量的替代方案是电感式测量。这种测量原理基于这样的事实，即线圈的阻抗不仅取决于其匝数、绕组材料和线圈芯的材料，还取决于填充物质，该填充物质与线圈交界并且由此由该线圈的磁场穿透。在这种情况下，可以通过测量复线圈阻抗来确定介电值。

基于上述测量原理，在给定情况下，可以非常精确地确定介电值。然而，通常，电介质可确定的值范围减小程度越大，就能够越精确地测量该值。因此，本发明的目的是提供一种测量装置，利用该测量装置可以在尽可能大的值范围内确定该介电值。

发明内容

本发明通过一种用于测量填充物质的介电值的测量装置来实现该目的，该测量装置包括：

-信号产生单元，该信号产生单元被设计成驱动：

-发射单元，以使得通过电高频信号，该发射单元沿填充物质的方向发射雷达信号，

-接收单元，该接收单元能够布置在容器中，使得该接收单元接收通过填充物质之后的雷达信号作为接收信号，以及

-评估单元，该评估单元被设计为至少基于该接收信号，

o确定接收信号的幅值、接收信号相对于高频信号的相移和/或雷达信号在发射单元和接收单元之间的信号传播时间，以及

o基于所确定的信号传播时间、相移和/或所确定的幅值来确定介电值。