[发明专利]用于确定介电常数的测量设备

说明书

本发明涉及一种用于确定介质(2)的介电常数(DK)的测量设备(1)。测量设备(1)基于两个波导(11，12)，每个波导在一端具有信号端口(113，122)。在这种情况下，波导(11，12)被布置成使得信号端口(113，122)彼此相对。在它们之间形成用于介质(2)的样本空间，使得被输入耦合到第一波导(11)中的高频信号(S_HF)在通过介质(2)之后经由第二信号门(122)被传输到第二波导(12)中。由于高频信号(S_HF)的透射分量(T_HF)和反射分量(R_HF)强烈地依赖于介电常数(DK)，因此取决于在大的值范围内的波导(11，12)的频带和尺寸的选择，后者可以以高灵敏度加以捕获。

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设备以及一种用于操作该测量设备的相应方法。

背景技术

在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，通常应用现场设备，其用于记录和/或影响过程变量。为了记录过程变量，采用传感器，其例如用在料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等。这些传感器记录相应的过程变量、料位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位、电导率或介电值。大量这些现场设备由Endress+Hauser公司生产和销售。

在固体的情况下以及在液体，填充物质诸如燃料、废水或化学品的情况下，确定容器中填充物质的介电值(也称为“介电常数”或“相对电容率”)都是非常感兴趣的，因为该值可以是杂质、水分含量或物质组成的可靠指标。在这种情况下，在本发明的范围内被理解为“容器”也是开放的容器，诸如桶、湖泊或海洋或流动的水体。

已知的是，首先，在液体填充物质的情况下，使用电容测量原理来确定介电值。在这种情况下，利用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的效果。在这种测量原理的情况下，介电值的测量发生在一些kHz至MHz范围内的相当小的频率处。

可替代地，在介质的基于雷达的料位测量的情况下，还可以虚拟寄生地共同确定容器内部中的(液体)介质的介电值。在经由导电波导在介质中引导微波的情况下，这需要引导雷达的测量原理。在专利公开DE 10 2015 117 205A1中描述了该组合的料位和介电测量。

在公开EP 0622 628A2中描述了基于引导雷达原理的另一种方法。根据该测量原理工作的测量设备由公司IMKO Mikromodultechnik GmbH以多种形式的实施例出售。

使用上述方法的测量设备通常旨在执行校准。这意味着在生产中或在现场启动时需要额外的努力。此外，这些测量方法通常需要电路方面的复杂硬件，以便可以以高分辨率或在宽测量范围内确定介电值。另外，随着操作时间的增加，循环重新校准可能是必要的。此外，测量总系统的准确度的恶化可能会加重上述测量方法的负担。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服这些缺点的测量设备。

本发明通过一种用于确定介质的介电值的测量设备来实现该目的，该测量设备包括如下组件：

-信号产生单元，其被设计为产生具有在频带内变化的频率的电高频信号，

-第一波导，其具有：

输入耦合元件，所述输入耦合元件被设计为将所产生的高频信号耦合到所述第一波导中，以及

第一端部区域，所述第一端部区域被设计为用于反射所述高频信号，

第一信号门，所述第一信号门被布置成与所述第一端部区域相对，所述高频信号经由所述第一信号门能够被输出耦合到所述介质中，

-第二波导，其具有：

第二端部区域，所述第二端部区域被设计为用于反射所述高频信号，