[发明专利]界面检测方面的或与界面检测有关的改进

说明书

描述了一种用于工业界面检测的点式物位开关，该开关包括微波波导传感器，以替代更常见的振动叉。

技术领域

本发明涉及界面检测，并且特别地，涉及用于工业界面检测中的基于微波的开关，所述工业界面检测包括但不一定限于液体-气体(空气)、液体-液体、固体-气体(空气)和固体-固体界面检测。

背景技术

对于可以检测材料界面特别是液体/气体(空气)界面并通过启动切换功能来响应的装置存在公知且广泛的需求。示例包括公知的振动叉物位开关，例如由本申请人制造和销售的2100系列点式物位开关，其中，当存在与叉接触的介质的改变时，振动频率改变。这样的开关的构造和操作对于本领域技术人员而言是公知的，但是认识到，这些类型的装置会表现出许多局限性，包括：

i)这些类型的装置对安装条件敏感；

ii)在高于260℃的处理温度处可能难以实现可靠运行；以及

iii)叉齿易受损坏。

在公布的国际(PCT)专利申请第WO2010/064023号中描述了另一形式的界面检测装置。该装置使用时域反射法(TDR)的原理，其中发射脉冲与所得反射脉冲之间的时间间隔取决于与TDR传输线接触的介质。为了实现针对时间差的可靠的切换功能，探针通常必须从同轴波导的开口端突出至少50mm。这使得这种类型的装置不适合于其中空间有限或需要装置的齐平端部的工业应用。

如美国专利5,675,259中所描述的，已经提出了呈微波探针的形式的另外的替选形式的物位界面检测。所描述的探针包括呈同心关系且彼此电绝缘的第一电极和第二电极，探针的端部暴露于被感测的介质。将射频信号传输至探针，并且对与从与介质接触的探针的开口端反射的信号相关联的相位差和幅度差进行分析，以基于介质的复介电常数来识别介质。

大量研究已经针对用于测量介电常数时的这种类型的装置，参见例如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，然而这种类型的探针背后的设计理念要求沿传感器本体的阻抗保持在基本上恒定的水平处，例如，沿探针本体的长度约50欧姆，并且可以通过仔细选择探针的外直径与内直径之比以及仔细选择将电极分离的绝缘材料的介电常数来实现宽可用频带。

尽管现有的开放式微波探针可以提供解决传统振动叉传感器在实践中的一些缺点的可能性，但是由于通常可获得的通过其来安装液位开关的孔的直径有限，因此存在对探针的开口端的直径的限制，从而导致来自开口端的反射相对低，并且进而导致缺乏灵敏度。如从本文的图4B中可以看出，来自介电常数显著不同的介质的反射信号的幅度差仅为约4dB至6dB，并且因此在没有高性能和高成本的驱动和处理电子器件的情况下，这样的传感器将面临挑战以区分与探针接触的介质，其中不同的介质具有接近空气的介电常数(～l)的低介电常数(约2至4)。

本发明的目的是提供用于检查切换功能的方法和/或装置，所述方法和/或装置将至少在某种程度上解决上述问题，或者将至少提供新颖且有用的选择。

发明内容

因此，在第一方面，本发明提供了一种物位开关，该物位开关能够操作以在与所述开关接触的介质发生改变的情况下启动切换功能，所述开关包括：传感器，其能够操作以感测与所述开关接触的介质的改变；以及驱动和处理电子器件，其被配置并且能够操作以向所述传感器提供驱动信号，接收和处理来自所述传感器的接收信号并且根据所述接收信号的频率的幅度和/或相位差来启动切换功能，其中，所述传感器包括开放式微波波导，该开放式微波波导由外电极和保持在外电极内的内电极形成，在外电极与内电极之间具有电绝缘体，所述传感器具有用于连接至所述驱动和处理电子器件的连接端、用于与所述介质接触的远端以及长度为L，其中，所述传感器被配置成在连接端处或连接端附近产生阻抗失配。