CN103675367B - 包括终端电阻器的同轴探针 - Google Patents

Abstract

一种用于TDR填充水平测量仪器的同轴探针，在该探针中，内部导体通过终端电阻器连接至外部导体。终端电阻器安装在内部导体中的圆筒形凹部中并且相对于测量环境密封。以此方式，能够提高对探针端部附近的填充水平的测量。

Description

包括终端电阻器的同轴探针

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月25日提交的欧洲专利申请No.12185873.2的优先权，其公开内容因此通过参引合并到本文中，并且本申请要求于2012年9月25日提交的美国临时专利申请No.61/705,323的优先权，其公开内容因此通过参引合并到本文中。

技术领域

本发明涉及填充水平测量。特别地，本发明涉及用于时域反射测量法填充水平测量仪器的同轴探针以及涉及包括这种同轴探针的时域反射测量法填充水平测量仪器。

背景技术

时域反射测量法或者TDR（Time Domain Reflectometer/时域反射测量法）是用于确定和分析电磁波和信号的运行长度和反射特性的方法。

在以TDR为基础的填充水平测量仪器中，低能量电磁脉冲通过传感器的联接至导体（也被称为探针）的电子设备产生并且沿着该探针进行导向。探针通常是同轴波导管、金属杆或者钢缆线。

如果该微波脉冲之后碰撞待测量的介质的表面，部分的脉冲在所述表面处被反射并且沿着探针返回至电子设备，电子设备则根据所传输的脉冲与所接收的脉冲之间的时差计算填充水平（在纳秒的范围内）。

该传感器能够将所计算的填充水平作为持续的模拟信号或者开关信号进行输出。本方法的优点是测量结果几乎不会受待测量的介质的特性例如密度、导电性、和介电常数的影响、或者受环境条件例如压力和温度的影响，并且不需要易受干涉的移动部件。

TDR传感器的探针确保信号未受干扰地到达填充材料。液体、散装物料和液体中的分界面使用该测量方法来测量。

然而，尤其是出于几何原因，填充水平测量仪器的测量精度在探针端部的朝向填充材料的区域可能受到损害。

发明内容

本发明的目的是提高时域反射测量法填充水平测量仪器的测量精度。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的变型在从属权利要求中提供。

根据本发明的第一方面，详细说明了用于时域反射测量法填充水平测量仪器的同轴探针。该探针包括内部导体和外部导体。此外，终端电阻器设置在内部导体中并且与内部导体成一体，并且终端电阻器使内部导体和外部导体相互电连接。

终端电阻器具有例如50Ohm的电阻并且允许以相对较高的精度测量达到探针端部的填充水平，或者甚至完全测量。

终端电阻器安装在同轴探针的内部导体中并且能够相对于测量环境完全地密封。

出于此目的，根据本发明的一个实施方式，同轴探针包括拟用于防止在探针的测量环境与终端电阻器之间的流体交换的密封装置。

密封装置包括例如主体，终端电阻器嵌入该主体中并且该主体位于内部导体的朝向待测量的填充材料的端部中的凹部中。

此处以及在下文中，内部导体的“端部”和同轴探针的“端部”应理解为意味内部导体的“下”端、或者外部导体的“下”端、或者同轴探针的“下”端。该下端是当填充水平测量仪器安装在容器中时指向填充材料或者位于填充材料表面下方的端部。一般说来，探针指向下方并且因此该端部是探针的“下”端。

根据本发明的另外的实施方式，密封装置包括密封环，该密封环至少部分地嵌入主体中并且用于在主体与内部导体之间进行密封。出于此目的，密封装置的主体包括例如外周凹槽，密封环（例如呈O形环形式）能够被压入该外周凹槽中。

密封装置和特别是主体还能够由可模制的塑料材料组成或者包括可模制的塑料材料。特别地，在密封装置配合在内部导体中之后，终端电阻器能够通过可模制的塑料材料进行封装。在该情况下，不必设置附加的密封环。

该可模制的塑料材料例如是全氟烷氧基聚合物（PFA）。

根据本发明的另外的实施方式，同轴探针包括弹簧元件，该弹簧元件设置在终端电阻器与内部导体之间并且将终端电阻器连接至内部导体。

该接触还能够以另外的方式实现。例如，线绕电阻器的连接线能够夹持或者压在另外的浅孔中。在没有弹簧元件或者导电粘合剂的情况下，该接触还可以仅仅借助树脂或者导电的液体实现。

弹簧元件在电阻器装设之前例如已经刚性地配合在终端电阻器上并且之后与电阻器一起插入内部导体中直到弹簧元件抵靠内部导体并且稍微受到压缩为止。终端电阻器则固定在内部导体中使得终端电阻器不再能够移动并且弹簧元件保持承受压力。

弹簧元件的远离终端电阻器的端部能够通过弹簧力而压靠内部导体。该弹簧力可以是足以建立弹簧元件与内部导体之间的电接触的。例如，能够将导电的液体或者导电的树脂注入终端电阻器与内部导体的形成内部导体中的凹部的基部的面之间——其中终端电阻器一体地形成在该该内部导体中，使得能够以简单并且可靠的方式保证弹簧元件与内部导体之间的电接触。

在插入终端电阻器后，该树脂能够固化，因此能够保护电接触。

根据本发明的另外的实施方式，该内部导体包括用于接纳终端电阻器的圆筒形凹部。

圆筒形凹部（圆筒状壳体）的表面能够包括凹槽，当密封装置插入该凹部中时密封环接合至该凹槽中。该凹槽也能够防止密封环从凹部意外地滑出。

根据本发明的另外的实施方式，密封装置注入（inject）至内部导体中使得终端电阻器因此在其装设后一体地铸造在内部导体中。

在该情况下不需要附加的密封环。

根据本发明的另外的实施方式，盖设置在探针的下端处并且使终端电阻和外部导体相互电连接。

为了清楚起见，在这一点上应注意，终端电阻器可以是通常被称为电阻器的电器元件。该终端电阻器与弹簧元件和盖一起形成内部导体与外部导体之间的电连接。

弹簧元件、终端电阻器、盖和密封装置能够在密封装置插入内部导体的圆筒形凹部中之前组装。随后，能够将盖粘接至外部导体、或者焊接至外部导体、或者以另外的方式传导性地连接至外部导体。

根据本发明的另外的实施方式，盖是星形的。盖还能够呈带孔板或者设置有孔的金属板的形式。

根据本发明的另外的实施方式，内部导体包括主体和前端件，前端件位于内部导体的主体上并且因此延伸内部导体，以及，终端电阻器与内部导体的前端件成一体。

因此，在该实施方式中，由此设置有附接件，该附接件例如包括可以在外部导体上滑动的外边缘。现有的同轴探针能够以此方式翻新。

根据本发明的另外的实施方式，同轴探针包括设置在内部导体的纵向轴线上的单个终端电阻器。没有设置另外的电阻器元件。

根据本发明的另外的实施方式，同轴探针包括开关装置，借助该开关装置，终端电阻器能够在内部导体与外部导体之间连接，并且借助该开关装置，内部导体与外部导体之间的导电连接能够通过终端电阻器而被中断。

还能够设置可控制的电阻器使得内部导体与外部导体之间的导电连接的欧姆电阻值能够例如在40Ohm与60Ohm的范围之间或者在30Ohm与70Ohm的范围之间进行调整。

根据本发明的另外的实施方式，密封装置的主体由弹性体例如氟橡胶（FKM）或者可模制的热塑弹性体（TPE）组成。

主体因此能够具有专门的密封区域使得能够省略另外的密封元件例如O形环。用于接触盖的内部销也能够同时被密封。

根据本发明的另外的方面，提供了一种包括在上文以及下文进行描述的同轴探针的时域反射测量法填充水平测量仪器。

在下面，参照附图描述本发明的实施方式。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的同轴探针的立体图。

图2是根据本发明的一个实施方式的同轴探针的立体截面图。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的位于容器中的填充水平测量仪器。

图4是根据本发明的另外的实施方式的同轴探针的截面图。

图5示出了根据本发明的一个实施方式的盖。

图6示出了根据本发明的另外的实施方式的盖。

具体实施方式

附图中的视图是示意性的而没有按实际比例绘制。

在下面的附图的描述中，当相同的附图标记在不同的附图中使用时，其指示相同或者相似的元件。然而，相同或者相似的元件也可以由不同的附图标记指示。

图1是用于TDR填充水平测量仪器的同轴探针的立体图。同轴探针100包括位于外部导体102的上端111处的凸缘110，以便将探针紧固至填充材料容器。在探针的上端111处设置有用于连接至填充水平测量仪器的电子设备的接口。

图2是穿过探针100的下端114（参照图1）的立体截面图。图2示出该探针包括内部导体101和同轴设置的外部导体102。

在内部导体的下端处设置有凹部，该凹部例如是圆筒形的并且也是同轴地设置。嵌入密封材料104中的终端电阻器103插入该凹部中。该材料例如是PFA或者是其他绝缘的塑料材料。

终端电阻器103在其上端处通过弹簧元件107传导性地连接至内部导体中的凹部的基部108。

在凹部的基部108、电阻器103与密封件104之间设置有腔，该腔例如能够以树脂填充，该树脂在将电阻器元件103装设在内部导体101之后固化。

在终端电阻器103的上端处设置有将终端电阻器103连接至星形盖106的馈线（feed line）109。该馈线109中能够一体结合有开关元件112，该开关元件112能够选择性地中断或者闭合电阻器103与盖装置106之间的连接。该开关元件还能够设计成控制终端电阻器103，即，改变电阻器103的电阻值。例如，开关元件连接至控制装置（未示出）。

终端电阻器103相对于同轴探针的环境完全地密封使得终端电阻器103不能与探针的填充介质或者测量环境接触。此外，能够设置进一步提高主体104与内部导体101之间密封的O形环105。

借助于终端电阻器，能够避免例如可能在测量期间发生的在探针端处的振铃效应（ringing）。因此能够获得对于探针端部附近的填充水平的良好测量结果。

由于星形盖106——该盖例如包括呈星形设置的六个臂或者八个臂，故而能够实现电磁场的对称分布。星形盖传导性地连接至终端电阻器103和外部导体102。该连接能够例如通过粘接或者焊接实现。也能够通过夹持实现。

图3示出容器304，TDR填充水平测量仪器300配合在该容器304上。测量仪器的同轴探针浸在填充材料302中使得同轴探针的下端位于填充材料表面303之下。

图4是根据本发明的另外的实施方式的同轴探针100的下端的截面图。在该实施方式中，同轴探针100的下端分为两个部分。第二下部部分能够位于上部部分上。因此其是包括终端电阻器103的类型的模块化探针延伸部。

终端电阻器103没有与主内部导体101成一体，而是通过将延伸部放置在原始的同轴探针的端部上而与连接至主内部导体101的连接件402成一体。

例如，附接件的外部导体401设计成使得外部导体401具有两个不同的内径。在下部区域中，附接件的内径与原始的外部导体102的内径匹配。然而，在上部区域中，附接件的内径与原始的内部导体101的外径匹配，使得在该区域中附接件能够在外部导体102上滑动或旋到外部导体102上。

在滑上（或者旋上）位置中，则在最简单的情况下，附接件能够通过管夹紧固。如果通过旋转运动而旋上，则外部导体102的外表面包括外螺纹并且附接件的上部区域的内表面包括对应的内螺纹。替代性地，探针和附接件也可以粘接或者焊接。

终端电阻器103以如以上描述的相同方式嵌入至内部导体附接件402中。

图4中的实施方式示出了不需要在终端电阻器103与凹部的基部108之间设置腔。例如当电阻器在装设后一体地铸造在凹部中时，能够省略这种腔。

外部导体102与外部导体附接件401之间的连接能够是密封的。特别地，图4中示出的附接能够在现有的同轴探针上翻新。

总之，已发现在同轴探针的中心中（在横向的方向上）并且在探针的下端处（在纵向方向上）的单个中心电阻器103能够起到在探针的端部处并联连接的多个电阻器的作用。能够借助至外部导体的星形连接或者相对应的导电连接来确保电磁场的对称分布。

通过将这种“电阻器单元”安装在TDR探针的内部导体中，能够使所述单元相对于待测量的介质密封。

图5示出图2中的星形盖106的替代性方案。在图5的实施方式中，盖呈包括多个孔的金属板的形式，其中，填充流体能够经由该多个孔通过。例如，设置了两组孔，第一组孔具有比第二组孔小的直径并且两个组中的每一组均设置在两个同中心地设置的圆环中的一个上。

图6示出盖106的另外的实施方式，该盖106包括位于两个同中心的圆环上的多个槽形的凹部。

出于完备性，应注意，“包括”（“comprising”）和“具有”（“having”）不排除其他元件或者步骤的可能性，以及“一种”（“an”）或“一”（“a”）不排除多个的可能性。还应该注意，已经参照以上实施方式中的一个实施方式描述的特征或者步骤还可能与其他以上描述的实施方式中的其他特征或者步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应认为是限制性的。

Claims (15)

1.一种用于时域反射测量法填充水平测量仪器的同轴探针，所述探针包括：

内部导体；

外部导体；以及

终端电阻器，所述终端电阻器与所述内部导体成一体并且所述内部导体通过所述终端电阻器电连接至所述外部导体，

其中，所述内部导体包括主内部导体和前端件，所述前端件位于所述内部导体的所述主内部导体上并且因此延伸所述内部导体，并且

其中，所述终端电阻器与所述内部导体的所述前端件成一体。

2.根据权利要求1所述的同轴探针，还包括：

密封装置，所述密封装置用于防止所述探针的环境与所述终端电阻器之间的流体交换。

3.根据权利要求1或2所述的同轴探针，还包括：

弹簧元件，所述弹簧元件设置在所述终端电阻器与所述内部导体之间并且将所述终端电阻器电连接至所述内部导体。

4.根据权利要求2所述的同轴探针，

其中，所述密封装置包括主体，所述终端电阻器嵌入所述主体中，并且所述主体位于在所述内部导体的朝向待测量的填充材料的端部中的凹部中。

5.根据权利要求4所述的同轴探针，

其中，所述密封装置包括密封环，所述密封环至少部分地嵌入所述主体中并且所述密封环用于在所述主体与所述内部导体之间进行密封。

6.根据权利要求2或5所述的同轴探针，

其中，所述密封装置的主体由能够模制的塑料材料组成。

7.根据权利要求5所述的同轴探针，

其中，所述内部导体包括用于接纳所述终端电阻器的圆筒形凹部。

8.根据权利要求7所述的同轴探针，

其中，所述圆筒形凹部的表面包括凹槽，当所述密封装置插入所述圆筒形凹部中时，所述密封环接合在所述凹槽中。

9.根据权利要求2所述的同轴探针，

其中，所述密封装置注入至所述内部导体中。

10.根据权利要求1或2所述的同轴探针，还包括：

盖，所述盖位于所述探针的朝向待测量的填充材料的端部处，所述盖使所述终端电阻器和所述外部导体相互电连接。

11.根据权利要求10所述的同轴探针，

其中，所述盖是星形的。

12.根据权利要求1或2所述的同轴探针，

其中，设置有单个终端电阻器，并且所述单个终端电阻器布置在所述内部导体的纵向轴线上。

13.根据权利要求1或2所述的同轴探针，还包括：

开关装置，所述开关装置用于选择性地接通位于所述内部导体与所述外部导体之间的终端电阻器。

14.根据权利要求5所述的同轴探针，

其中，所述密封装置的所述主体由弹性体组成。

15.一种时域反射测量法填充水平测量仪器，包括根据前述权利要求中的任一项所述的同轴探针。