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Hintergrund
und Zusammenfassung der Erfindung
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Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Sensorgerät für die Übertragung
elektrischer Impulse von einer Signalleitung in und aus einem Behälter zum
Messen einer Prozessgröße. Eine Oberflächenwellen-Übertragungsleitung mit einem Leiter
(Goubau-Leitung) wird verwendet als Sensor für die industrielle Prozessgrößenmessung,
insbesondere für
die Füllstandmessung.
Solche Geräte sind
unter anderem für
die Verwendung in der Prozess- und Lagerindustrie bestimmt.
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Ein über eine
Sonde nach unten gesendeter Impuls wird von jeder Änderung
der elektrischen Eigenschaften in der Umgebung der Sonde beeinflusst. So
verursacht zum Beispiel ein Stoff im Innern des Behälters eine Änderung
der elektrischen Impedanz an der Oberfläche des Stoffes. So wird mindestens ein
Teil des Impulses an der Oberfläche
reflektiert. Der Füllstand
des Stoffes im Behälter
kann bestimmt werden durch die Zeit, die der Impuls für den Weg
zur Oberfläche
und wieder zurück
zur Sonde benötigt.
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Es
können
auch andere Prozessgrößen bestimmt
werden. So ist zum Beispiel die Amplitude des reflektierten Impulses
ein Maß für die Änderung
der Impedanz im Bereich der reflektierenden Oberfläche und
kann zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten des Stoffes verwendet
werden. Außerdem
können
Stärke
und/oder Dielektrizitätskonstanten
von Schichten unterschiedlicher Stoffe in einem Behälter mit
Hilfe der Amplitude und der Flugzeit der entsprechenden Zahl reflektierter
Impulse bestimmt werden.
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Dank
der jüngsten
Entwicklungen des National Laboratory System (US-Forschungseinrichtungen) ist nun die
Erzeugung schneller Impulse mit schwacher Leistung und die zeitliche
Bestimmung ihrer Rückkehr
mit Hilfe sehr preisgünstiger
Schaltungen möglich.
Siehe zum Beispiel US-Patente Nr. 5,345,471 und Nr. 5,362,070, erteilt
dem Regenten der University of California. Die mit Hilfe dieser
neuen Technologie erzeugten Impulse sind Breitbandimpulse und zudem
keine Rechteckwellenimpulse. Außerdem
verfügen
die erzeugten Impulse über
einen sehr niedrigen Leistungspegel. Solche Impulse haben eine Taktfrequenz
von 100 MHz oder höher
und einen durchschnittlichen Leistungspegel von ungefähr 1 Nanowatt
oder weniger. Diese Faktoren führen
zu neuen Problemen, die gelöst
werden müssen,
um den Impuls nach unten und zurück
zu übertragen, und
die zurückkehrenden
Impulse zu verarbeiten und auszuwerten.
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Es
ist von wesentlicher Bedeutung, dass das Sensorgerät so aufgebaut
ist, dass eine hohe, für
industrielle Anwendungen geeignete, mechanische Stabilität gewährleistet
wird und gleichzeitig die elektrische Funktion einer Goubau-Leitung
sichergestellt ist. Dazu gehört
auch, dass ein fließender
Impedanzübergang
des Impulses von der Signalleitung und die Übertragung durch den Aufbau
zur Sonde und umgekehrt gewährleistet
sein müssen.
Sprünge
der elektrischen Impedanz müssen
im gesamten Gerät,
d. h. Signalleitung, Montagezone, und Sonde innerhalb und außerhalb
des Montagebereichs, vermieden werden. Jeder Sprung der elektrischen
Impedanz verursacht eine teilweise Reflexion der Impulsenergie und
vermindert demzufolge das Signal-Rausch-Verhältnis.
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Im
am 19. Dezember 1995 eingereichten US-Parallelpatent US-A-5 661
251 mit dem Titel SENSOR APPARATUS FOR PROCESS MEASUREMENT (Sensorgerät für Prozessmessung)
und einer damit verwandten Teilfortsetzung, dem am 23. Oktober 1996
eingereichten US-Patent US-A-5 827 985 mit demselben Titel, werden
Sensorgeräte
für die Übertragung
elektrischer Impulse von einer Signalleitung in und aus einem Behälter zur
Messung einer Prozessgröße beschrieben.
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Ein
Sensorgerät
wird beschrieben als Folgendes umfassend:
- – ein Montagebereich,
konfiguriert zum Anschluss an den Behälter
- – ein
zylindrisches Führungselement
im Innern des Montagebereichs
- – Mittel
zur Verhinderung einer Bewegung des Führungselements in Richtung
des Behälters
- – ein
im Innern des Montagebereichs installiertes, leitendes und durch
das zylindrische Führungselement
in den Behälter
reichendes Sondenelement
- – ein
Metalleinsatz im Innern des Montagebereichs und
- – ein
Elektrostecker,
– der
mit dem Sondenelement verbunden ist
– der für die Verbindung der Signalleitung
mit dem Sondenelement konfiguriert ist
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Der
Einsatz hat ein Gewinde und ist auf der dem Behälter zugewandten Seite in den
Montagebereich geschraubt. Er verhindert die Bewegung des Führungselements
in die entgegengesetzte Richtung des Behälters. Es wird außerdem beschrieben,
dass als Alternative der Einsatz eingerastet und durch ein Federelement
und einen Sicherungsring gehalten werden kann. Der Einsatz verfügt über einen
mit Luft gefüllten
konischen Hohlraum. Im Hohlraum befindet sich eine konische Stahlmutter,
die als Impedanzübergangselement
und Zwischenverbindungselement dient, und an dem dem Behälter abgewandten
Ende der Mutter ist ein hochfrequenter Elektrostecker mit einem
Stift mit vermindertem Durchmesser angeschlossen. Dieser Stift ist
innerhalb einer Öffnung des
Konus verschiebbar, um in gewissem Umfang Bewegungen des Sondenelements
zu ermöglichen. Zu
solch einer Bewegung kann es zum Beispiel kommen, wenn Zugkräfte auf
die Sonde einwirken. Dieser Aufbau ist für industrielle Anwendungen
geeignet, zum Beispiel für
die Füllstandmessung
einer Flüssigkeit
in einem Behälter,
bei denen Zugkräfte
relativ konstant sind oder sich über
längere
Zeit nur unwesentlich verändern.
Bei Anwendungen, bei denen die Sonde abrupten Änderungen der Zugkräfte ausgesetzt
ist, z. B. bei der Füllstandmessung
von Feststoffen, zeigt dieser Aufbau einige Nachteile. Wird die Position
der konischen Stahlmutter im Verhältnis zum Einsatz verändert, wird
die für
einen fließenden
Impedanzübergang
von der Signalleitung zur Sonde wesentliche Impedanzanpassung beeinträchtigt.
Außerdem
können
durch eine Bewegung des Stifts innerhalb des Steckers die elektrischen
Eigenschaften des Steckers verändert
werden, was zu einer negativen Beeinflussung der Qualität des Signalübergangs führt.
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Ein
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Sensorgeräts, das
in industriellen Anwendungen verwendet werden kann, über eine
hohe mechanische Stabilität
und hermetisch dichte Dichtungen verfügt und hohen Zugkräften widerstehen
kann, und gleichzeitig Pegel, Verteilung, Übergang und Kontrolle hochfrequenter
Impedanzen durch das Sensorgerät gewährleistet.
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Zu
diesem Zweck umfasst die Erfindung ein Sensorgerät für die Übertragung von elektrischen
Impulsen von einer Signalleitung in und aus einem Behälter zur
Messung einer Prozessgröße. Das
Sensorgerät
umfasst Folgendes:
- – ein Montagebereich, konfiguriert
zum Anschluss an den Behälter
- – ein
zylindrisches Führungselement
im Innern des Montagebereichs
- – Mittel
zur Verhinderung einer Bewegung des Führungselements in Richtung
des Behälters
- – ein
im Innern des Montagebereichs installiertes, leitendes und durch
das zylindrische Führungselement
in den Behälter
reichendes Sondenelement
- – ein
Metalleinsatz im Innern des Montagebereichs,
– der durch
ein Federelement in Richtung des Behälters in den Montagebereich
gepresst ist, und eine Kraft auf das Führungselement in dieser Richtung
ausübt
- – ein
Elektrostecker,
– der
am Metalleinsatz befestigt ist und
– der für die Verbindung der Signalleitung
mit dem Sondenelement konfiguriert ist
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Als
eine Verbesserung der Erfindung ist die Achsenlänge des Führungselements im Vergleich
zu einem Außendurchmesser
des Sondenelements groß.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht das Mittel zur Verhinderung
einer Bewegung des Führungselements
in Richtung des Behälters
in einer außenkonischen
Außenfläche des
Führungselements,
die an einer außenkonischen
Innenfläche des
Montagebereichs anliegt.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung verfügt das Sondenelement über einen
Kopfbereich, der eine dem Behälter
zugewandte außenkonische Fläche umfasst
und in eine außenkonische
Innenfläche
des Führungselements
greift, die neben einer dem Behälter
abgewandten Fläche
des Führungsstabs
liegt.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung ist im Montagebereich zwischen
dem Führungselement
und dem Metalleinsatz ein dielektrischer Einsatz angebracht.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung verfügt das Sondenelement über einen
Kopfbereich, der eine dem Behälter
abgewandte innenkonische Fläche
umfasst und in eine innenkonische Fläche des dielektrischen Einsatzes
greift.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung befindet sich im Innern
des Kopfbereichs des Sondenelements eine Aussparung, die eine Aufnahme
für einen
Stift des Elektrosteckers bildet.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung umfasst das Sondenelement
einen Hohlraumzylinder, der sich in die dem Behälter entgegengesetzte Richtung
zum Stecker hin ausdehnt, und der Steckerstift reicht durch den
Hohlraumzylinder.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung verfügt das Sondenelement über einen
verlängerten Bereich,
der bis in den Behälter
reicht.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung verfügt der verlängerte Bereich über einen
dem Behälter
zugewandten Hohlraum, wobei ein Ende einer Sondenverlängerung,
vornehmlich ein Stab oder ein Draht, im Innern des Hohlraums montiert
ist.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung ist der Metalleinsatz elektrisch
an das Erdpotential angeschlossen.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht das Führungselement
aus einem dielektrischen Material.
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Als
eine weitere Verbesserung der Erfindung befindet sich eine erste
Dichtung, vornehmlich ein O-Ring, zwischen dem Montagebereich und
dem dielektrischen Einsatz und eine zweite Dichtung, vornehmlich
ein O-Ring, zwischen dem Sondenelement und dem dielektrischen Einsatz.
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Die
Erfindung und ihre Vorteile werden unter Verwendung der Figuren
der Zeichnung, in der lediglich eine Ausführungsart gezeigt wird, näher erläutert. Gleiche
Referenznummern beziehen sich auf gleiche Elemente in den Figuren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
einen Längsschnitt
eines Sensorgeräts
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2 zeigt
ein Sondenelement von 1
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3 zeigt
einen Einsatz von 1 und
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4 zeigt
einen Stecker von 1
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Längsschnitt
eines Sensorgeräts 1 für die Übertragung
elektrischer Impulse von einer Signalleitung in und aus einem Behälter zur Messung
einer Prozessgröße. Der
Behälter
ist nicht dargestellt. Es kann sich um einen Tank oder ein Lagerbecken,
ein Lagersilo oder jede andere Behälterart handeln.
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Das
Sensorgerät 1 umfasst
einen größtenteils
zylindrischen Montagebereich 7, der für den Anschluss an den Behälter konfiguriert
ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsart
umfasst der Montagebereich 7 ein am dem Behälter zugewandten
Ende des Montagebereichs 7 angebrachtes Gewinde. Der Montagebereich
ist bestimmt zur Befestigung an einem Flansch, wie in 1 auf
der rechten Seite des Montagebereichs 7 gezeigt, oder zum
Einschrauben in eine Gewindeöffnung
am Behälter,
wie auf der linken Seite von 1 gezeigt.
Andere Methoden der Installation eines Sensorgeräts 1 an einem Behälter, z.
B. durch Anschweißen
des Montagebereichs 7 an den Behälter, sind ebenfalls möglich.
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Der
Montagebereich 7 verfügt über eine durchgehende
zentrale Öffnung.
Ein zylindrisches Führungselement 9 ist
im Innern des Montagebereichs 7 angebracht. Es besteht
aus dielektrischem Material, vorzugsweise aus Polytetraflourethylen (PTFE),
das eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit garantiert. Andere
Materialien, d. h. Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimid (PEI),
Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylenterephthalat (PET) können ebenfalls
eingesetzt werden.
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Es
steht ein Mittel zur Verfügung,
um eine Bewegung des Führungselements 9 in
Richtung des Behälters
zu vermeiden. In der in 1 gezeigten Ausführungsart
besteht dieses Mittel aus einer außenkonischen Innenfläche 7.3 des
Montagebereichs 7 in der Nähe des dem Behälter zugewandten
Endes des Montagebereichs 7. Das Führungselement 9 verfügt über eine
außenkonische
Außenfläche 9.1 der gleichen
Form, die an der außenkonischen
Innenfläche 7.3 des
Montagebereichs 7 anliegt.
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Im
Rahmen dieser Anwendung beinhaltet der Begriff „außenkonische Fläche" eine Fläche, die einen
Konus definiert, dessen eine Seite einen kleinen Durchmesser und
dessen andere Seite einen großen
Durchmesser hat, wobei die Seite mit dem großen Durchmesser vom Behälter abgewandt
ist. Entsprechend beinhaltet der Begriff „innenkonische Fläche" eine Fläche, die
einen Konus definiert, dessen eine Seite einen kleinen Durchmesser
und dessen andere Seite einen großen Durchmesser hat, wobei
die Seite mit dem großen
Durchmesser dem Behälter
zugewandt ist.
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Ein
leitendes Sondenelement 15, wie in 2 gezeigt,
ist im Innern des Montagebereichs 7 installiert. Es besteht
aus einem Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, das ihm eine hohe
mechanische Festigkeit gibt. Es umfasst einen Kopfbereich 15.1 und
einem verlängerten
leitenden Bereich, der sich in die entgegengesetzte Richtung des
Kopfbereichs 15.1 erstreckt. Der verlängerte Bereich reicht durch das
zylindrische Führungselement 9 ins
Innere des Behälters.
Der verlängerte
Bereich kann weiter in den Behälter
reichen durch Bilden eines einzelnen starren Stabelements, oder
er kann eine feste oder flexible Sondenverlängerung 21 umfassen,
vornehmlich einen Stab, ein Seil oder einen Draht. In der in 1 gezeigten
Ausführungsart
verfügt
der verlängerte
Bereich des Sondenelements 15 über einen dem Behälter zugewandten
Hohlraumbereich 15.7, und eine flexible Sondenverlängerung 21 ist
im Innern des Hohlraumbereichs 15.7 installiert. Sie ist
z. B. ins Innere des Hohlraumbereichs 15.7 eingepresst oder
darin mit einer oder mehreren Feststellschrauben befestigt. Um die
flexible Erweiterung 21 korrekt zu befestigen, damit sie
sich nicht bewegt oder durchhängt,
muss sie entweder am Boden des Behälters befestigt werden, oder
es muss ein Gewicht an das freie Ende der flexiblen Verlängerung 21 gehängt werden.
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Der
Kopfbereich 15.1 des Sondenelements 15 umfasst
einen zylindrischen Bereich, eine außenkonische Fläche 15.2 und
eine innenkonische Fläche 15.3.
Der zylindrische Bereich befindet sich zwischen den beiden konischen
Flächen 15.2, 15.3.
Die außenkonische
Fläche 15.2 befindet
sich auf einer dem Behälter
zugewandten Seite des zylindrischen Bereichs und die innenkonische
Fläche 15.3 befindet sich
auf einer dem Behälter
abgewandten Seite des zylindrischen Bereichs.
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Das
Führungselement 9 verfügt über eine außenkonische
Innenfläche 9.3 neben
einer dem Behälter
abgewandten Fläche
des Führungselements 9.
Die außenkonische
Fläche 15.2 des
Sondenelements 15 greift in die außenkonische Innenfläche 9.3 des
Führungselements 9 und
verhindert so eine Bewegung des Sondenelements 15 in Richtung
des Behälters.
In einer bevorzugten Ausführungsart
ist die Achsenlänge
des Führungselements 9 im
Vergleich zu einem Außendurchmesser
des Sondenelements 15 groß. Ein solcher Aufbau bietet
eine hohe mechanische Stabilität.
Die Sonde 15 kann nicht nur hohen Zugkräften widerstehen, sondern ist
auch gegen Seitwärtsbewegungen
geschützt.
Dies gewährleistet, dass
die anfälligeren,
an späterer
Stelle beschriebenen, elektrischen Anschlüsse nicht beschädigt werden.
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Ein
dielektrischer Einsatz ist im Innern des Montagebereichs 7 am
oberen Teil des Führungselements 9 angebracht.
Der Einsatz kann aus einem einzigen Element oder aus zwei oder mehr
Elementen bestehen. In der in 1 gezeigten
Ausführungsart
besteht der Einsatz aus zwei Elementen 19, 23. Ein
erstes Element 23 hat die Form eines Hohlraumzylinders
und umschließt
eng den zylindrischen Bereich des Kopfbereichs 15.1 des
Sondenelements 15. Es befindet sich im Innern des Montagebereichs 7 zwischen
dem Führungselement 9 und
einem zweiten, größtenteils
konisch geformten Element 19 des dielektrischen Einsatzes.
Das zweite Element 19 umfasst eine zentrale Öffnung mit
einer innenkonischen Fläche 19.1,
die in die dem Behälter
abgewandte innenkonische Fläche 15.3 des
Kopfbereichs 15.1 des Sondenelements 15 greift.
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Eine
erste Dichtung 25, vornehmlich ein O-Ring, befindet sich
zwischen dem Montagebereich 7 und dem ersten Element 23 des
dielektrischen Einsatzes. Sie ist in einer ringförmigen Nut an der äußeren zylindrischen
Fläche
des ersten Elements 23 des dielektrischen Einsatzes angebracht.
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Eine
zweite Dichtung 27, vornehmlich ein O-Ring, befindet sich
zwischen dem Sondenelement 15 und dem ersten Element 23 des
dielektrischen Einsatzes. Sie ist in einer ringförmigen Nut 15.11 an der äußeren zylindrischen
Fläche
des zylindrischen Bereichs des Kopfes 15.1 des Sondenelements 15 angebracht.
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Ein
Metalleinsatz 11 ist im Innern des Montagebereichs 7 angebracht,
der am zweiten Element 19 des dielektrischen Einsatzes
anliegt. Der Metalleinsatz 11 besteht vorzugsweise aus
Edelstahl. Er ist elektrisch an das Erdpotential angeschlossen.
In der in den Figuren gezeigten Ausführungsart ist ein an das Erdpotential
angeschlossener Draht 33 im Innern einer Öffnung 11.5 des
Metalleinsatzes 11 angebracht.
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Der
Metalleinsatz 11 wird von einem Federelement 13 in
Behälterrichtung
in den Montagebereich 7 gepresst. In der in 1 gezeigten
Ausführungsart besteht
das Federelement 13 aus zylindrisch angeordneten Tellerfedern,
die an einer dem Behälter
abgewandten Fläche
des Metalleinsatzes 11 anliegen. Ein Haltering 29 ist
in einer Nut im Montagebereich 7 angebracht. Das Federelement 13 wird
zwischen der Fläche
des Metalleinsatzes 11 und dem Haltering 29 komprimiert.
Es übt
in Behälterrichtung
eine Kraft auf den Metalleinsatz 11 aus, der wiederum gegen
den dielektrischen Einsatz gepresst wird, so dass der dielektrische
Einsatz auf das Führungselement 9 eine Kraft
in Richtung des Behälters
ausübt.
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Im
gesamten Sensorgerät
wird für
fließende Impedanzübergänge gesorgt.
Die elektrische Impedanz im Innern des Montagebereichs 7 ist
vorzugsweise nahezu konstant und identisch oder nahezu identisch
mit der elektrischen Impedanz der Signalleitung. Dies wird erreicht
durch die Wahl des für
den Metalleinsatz 11, den dielektrischen Einsatz, das Führungselement 9 und
das Sondenelement 15 verwendeten Materials und die Form
und die geometrischen Dimensionen dieser Teile. Konische Flächen zum
Beispiel gewährleisten
fließende
Impedanzübergänge. Abrupte Änderungen
der Durchmesser der Komponenten müssen soweit möglich vermieden werden.
Eine solche Optimierung ist besonders wichtig bei leistungsärmeren hochfrequenten
Impulssignalen, um sicherzustellen, dass eine maximale Energie zum
Sondenelement 15 übertragen
wird und unerwünschte
Reflexionen der Impulsenergie minimiert werden.
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Der
Metalleinsatz 11 wird in 3 gezeigt. Auf
dem Einsatz 11 befindet sich eine durchgehende zentrale Öffnung.
Er umfasst im Wesentlichen drei Bereiche. Ein erster dem Behälter zugewandter
Bereich verfügt über eine
innenkonische Innenfläche 11.1,
der eng in die innenkonische Außenfläche 19.1 des
zweiten Elements 19 des dielektrischen Einsatzes greift.
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Ein
zweiter Bereich beinhaltet eine konische Öffnung 11.2, die zumindest
einen Teil des Kopfes 15.1 des leitenden Sondenelements 15 umschließt. Die
konische Öffnung 11.2 kann
mit einem dielektrischen Material gefüllt werden, falls dies notwendig oder
gewünscht
ist, um die elektrische Übertragung der
hochfrequenten Impulse zu verbessern. Die Form und die Dimension
der Öffnung 11.2 und,
falls gewünscht,
das die Öffnung
füllende
Element werden so gewählt,
dass die gewünschten
Impedanzen erreicht werden.
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Ein
dritter dem Behälter
abgewandter Bereich ist größtenteils
zylindrisch und verfügt über eine durchgehende
zentrale Bohrung 11.3. Ein hochfrequenter Elektrostecker 17 ist
am Metalleinsatz 11 im Innern der Bohrung 11.3 befestigt.
Der Stecker 17 ist für
die Verbindung der Signalleitung mit dem Sondenelement 15 konfiguriert.
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Der
Stecker 17 wird in 4 gezeigt.
Er umfasst einen von Isolationsmaterial 17.2 umgebenen Innenleiter 17.1.
Der Innenleiter 17.1 und das Isolationsmaterial 17.2 befinden
sich in einer Metallbuchse 17.3. Eine dem Behälter abgewandte
Seite des Steckers 17 dient der Verbindung mit der Signalleitung. Da
hochfrequente Impulse übertragen
werden sollen, handelt es sich bei der Signalleitung vorzugsweise um
ein Koaxialkabel 31. Der Innenleiter 17.1 des
Steckers 17 ist an den Innenleiter des Koaxialkabels 31 angeschlossen,
und der Außenleiter
des Steckers 17 ist an die Metallbuchse 17.3 angeschlossen.
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Die
Metallbuchse 17.3 kann entweder unlösbar am Metalleinsatz 11 befestigt
sein, z. B. an den Einsatz angeschweißt, oder mit einer Schnappverbindung
befestigt sein. 3 und 4 zeigen
eine Ausführungsart
einer Schnappverbindung. Die Zentralbohrung 11.3 des Metalleinsatzes 11 umfasst
einen Bereich 11.3.1 mit leicht vergrößertem Innendurchmesser, und
der Außendurchmesser
eines dem Behälter
zugewandten Endes der Metallbuchse 17.3 kann leicht reduziert
werden. Letzteres wird zum Beispiel durch Schnitte in Achsrichtung
am Ende der Metallbuchse 17.3 erreicht.
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Für einen
leichteren Einbau des Steckers 17 umfasst der Metalleinsatz 11 eine
außenkonische
Innenfläche 11.3.3 in
der Nähe
des dem Behälter
abgewandten Endes der Metallbuchse 11. So wird der Stecker 17 zentriert
und leicht komprimiert, wenn er in den Metalleinsatz 11 gedrückt wird.
Ein Endbereich des Steckers 17 im Innern des Bereichs 11.3.1 mit vergrößertem Innendurchmesser
wird im Durchmesser leicht aufgeweitet und hält so den Stecker 17 im Innern
des Metalleinsatzes 11. Eine inkrementale Bewegung des
Metalleinsatzes 11 in axialer Richtung bewirkt eine identische
inkrementale Bewegung des Steckers 17.
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Ein
Ende des Innenleiters 17.1 des Steckers 17 bildet
einen Stift 17.4. Die Sonde 15 umfasst einen Hohlraumzylinder 15.9,
der sich neben der innenkonischen Fläche 15.3 befindet
und sich in die entgegengesetzte Richtung des Behälters zum
Stecker 17 erstreckt. Eine zylindrische Aussparung 15.5 befindet sich
im Innern des Kopfbereichs 15.1 des Sondenelements 15.
Der Stift 17.4 des Steckers 17 reicht durch den
Hohlraumzylinder 15.9, und die Aussparung 15.5 bildet
eine Aufnahme für
den Stift.
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Ein
Vorteil dieses Aufbaus liegt darin, dass die Signalleitung direkt
mit dem Sondenelement 15 verbunden ist. Es sind keine weiteren
Impedanzübergangselemente
oder Zwischenverbindungselemente, z. B. konische Muttern, notwendig.
Die an den Impedanzübergängen auftretenden
Energieverluste werden reduziert, da weniger Impedanzübergänge notwendig
sind. Außerdem
sind weniger Teile notwendig, und der Zusammenbau des Sensorgeräts ist vereinfacht.
Der elektrische Anschluss wird erreicht durch Einbau des Metalleinsatzes 11 und
den Anschluss des Steckers 17 im Metalleinsatz 11.
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Im
Fall, dass hohe Zugkräfte
auf das Sondenelement 15 ausgeübt werden, gewährleistet
das Federelement 13, dass alle Einsätze innerhalb des Montagebereichs 7,
d. h. das Führungselement 9,
die Elemente 19, 23 des dielektrischen Einsatzes,
der Metalleinsatz 11 und das Sondenelement 15,
keine oder nur eine inkrementale Bewegung in axialer Richtung aufweisen.
Findet eine inkrementale Bewegung statt, werden alle gezeigten Einsätze exakt
in demselben Abstand in axialer Richtung versetzt. Der Stecker 17 ist
am Metalleinsatz 11 befestigt. Demzufolge führt er genau
dieselbe Bewegung aus wie der Metalleinsatz 11. Aus diesem
Grund findet keine Bewegung des Steckers 17 im Verhältnis zum
Sondenelement 15 statt. Entsprechend beeinträchtigt ein
inkrementales Versetzen des Sondenelements 15 nicht den
elektrischen Anschluss zwischen dem Sondenelement 15 und
dem Elektrostecker 17. Der Anschluss wird nicht beeinträchtigt,
auch in Anwendungen, bei denen sich die Zugkräfte sehr schnell und/oder häufig ändern. Außerdem bleibt
die Impedanzabstimmung, die stark von den Formen, den Dimensionen
und der Position der maßgeblichen
Elemente im Verhältnis
zueinander abhängt,
unverändert.
Maßgeblich
in diesem Zusammenhang sind der Metalleinsatz 11, die Elemente 19, 23 des
dielektrischen Einsatzes, das Führungselement 9 und
das Sondenelement 15.
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Wie
vorher beschrieben, verhindern die Verlängerungen des zylindrischen
Führungselements 9 eine
Seitwärtsbewegung
des Sondenelements 15. Sollte eine Seitwärtsbewegung
auftreten, so ist sie nur inkremental. Da der Stift 17.4 des
Steckers 17 durch den Hohlraumzylinder 15.9 in
die Aufnahme 15.5 im Innern des Sondenelements 15 reicht
und da er vom Sondenelement 15 selbst gehalten wird, wird die
Qualität
des elektrischen Anschlusses von einer solchen inkrementalen Bewegung
nicht beeinflusst.