[發明專利]界面檢測方面的或與界面檢測有關的改進

有效

• 申請號: 201880081544.1
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN111512125B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張敬東
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙特儲罐雷達股份公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;H01H29/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;侯艷超

描述了一種用于工業界面檢測的點式物位開關，該開關包括微波波導傳感器，以替代更常見的振動叉。

技術領域

本發明涉及界面檢測，并且特別地，涉及用于工業界面檢測中的基于微波的開關，所述工業界面檢測包括但不一定限于液體-氣體(空氣)、液體-液體、固體-氣體(空氣)和固體-固體界面檢測。

背景技術

對于可以檢測材料界面特別是液體/氣體(空氣)界面并通過啟動切換功能來響應的裝置存在公知且廣泛的需求。示例包括公知的振動叉物位開關，例如由本申請人制造和銷售的2100系列點式物位開關，其中，當存在與叉接觸的介質的改變時，振動頻率改變。這樣的開關的構造和操作對于本領域技術人員而言是公知的，但是認識到，這些類型的裝置會表現出許多局限性，包括：

i)這些類型的裝置對安裝條件敏感；

ii)在高于260℃的處理溫度處可能難以實現可靠運行；以及

iii)叉齒易受損壞。

在公布的國際(PCT)專利申請第WO2010/064023號中描述了另一形式的界面檢測裝置。該裝置使用時域反射法(TDR)的原理，其中發射脈沖與所得反射脈沖之間的時間間隔取決于與TDR傳輸線接觸的介質。為了實現針對時間差的可靠的切換功能，探針通常必須從同軸波導的開口端突出至少50mm。這使得這種類型的裝置不適合于其中空間有限或需要裝置的齊平端部的工業應用。

如美國專利5,675,259中所描述的，已經提出了呈微波探針的形式的另外的替選形式的物位界面檢測。所描述的探針包括呈同心關系且彼此電絕緣的第一電極和第二電極，探針的端部暴露于被感測的介質。將射頻信號傳輸至探針，并且對與從與介質接觸的探針的開口端反射的信號相關聯的相位差和幅度差進行分析，以基于介質的復介電常數來識別介質。

大量研究已經針對用于測量介電常數時的這種類型的裝置，參見例如J Baker-Jarvis等人，Analysis of an open-ended coaxial probe with lift-off fornondestructive testing，IEEE transactions on Instrumentation and Measurement，第43卷，第5期，1994年10月，然而這種類型的探針背后的設計理念要求沿傳感器本體的阻抗保持在基本上恒定的水平處，例如，沿探針本體的長度約50歐姆，并且可以通過仔細選擇探針的外直徑與內直徑之比以及仔細選擇將電極分離的絕緣材料的介電常數來實現寬可用頻帶。

盡管現有的開放式微波探針可以提供解決傳統振動叉傳感器在實踐中的一些缺點的可能性，但是由于通常可獲得的通過其來安裝液位開關的孔的直徑有限，因此存在對探針的開口端的直徑的限制，從而導致來自開口端的反射相對低，并且進而導致缺乏靈敏度。如從本文的圖4B中可以看出，來自介電常數顯著不同的介質的反射信號的幅度差僅為約4dB至6dB，并且因此在沒有高性能和高成本的驅動和處理電子器件的情況下，這樣的傳感器將面臨挑戰以區分與探針接觸的介質，其中不同的介質具有接近空氣的介電常數(～l)的低介電常數(約2至4)。

本發明的目的是提供用于檢查切換功能的方法和/或裝置，所述方法和/或裝置將至少在某種程度上解決上述問題，或者將至少提供新穎且有用的選擇。

發明內容

因此，在第一方面，本發明提供了一種物位開關，該物位開關能夠操作以在與所述開關接觸的介質發生改變的情況下啟動切換功能，所述開關包括：傳感器，其能夠操作以感測與所述開關接觸的介質的改變；以及驅動和處理電子器件，其被配置并且能夠操作以向所述傳感器提供驅動信號，接收和處理來自所述傳感器的接收信號并且根據所述接收信號的頻率的幅度和/或相位差來啟動切換功能，其中，所述傳感器包括開放式微波波導，該開放式微波波導由外電極和保持在外電極內的內電極形成，在外電極與內電極之間具有電絕緣體，所述傳感器具有用于連接至所述驅動和處理電子器件的連接端、用于與所述介質接觸的遠端以及長度為L，其中，所述傳感器被配置成在連接端處或連接端附近產生阻抗失配。