устройство для определения и/или контроля уровня среды в резервуаре

Формула изобретения

1. Устройство для определения и/или контроля уровня среды (5) в резервуаре (2) для области высоких температур и/или высоких давлений, на основе емкостных измерений или измерения времени прохождения измерительных сигналов уровня заполнения емкости (2) средой (5) с блоком регулировки/обработки, вырабатывающим измерительные сигналы, и через вводной блок (7) передает их к волноводу (4), причем вводной блок (7) состоит, по меньшей мере, из одного первого проводящего элемента (8), одного второго проводящего элемента (9) и одной уплотнительной керамической детали (10), причем уплотнительная керамическая деталь (10) размещена в качестве в высокой степени химически устойчивого, температуроустойчивого и/или устойчивого к давлению отделения от процесса в области между обоими проводящими элементами (8, 9) вместе с первым уплотнением (12), расположенным между первым проводящим элементом (8) и керамической уплотнительной деталью (10), вместе со вторым уплотнением (11), установленным между керамической уплотнительной деталью (10) и вторым проводящим элементом (9), причем первое уплотнение (11) и/или второе уплотнение (12) выполнено в виде графитовой сальниковой набивки, при этом предусмотрен стеклянный ввод (29) в качестве газонепроницаемого отделения от процесса в области между керамической уплотнительной деталью (10) и регулирующим/обрабатывающим блоком (13), причем пространство вокруг внутреннего проводящего элемента 8 и внешнего проводящего элемента 9, которое находится между керамической уплотнительной деталью (10) и стеклянным вводом (29), почти полностью наполнено диэлектрическим материалом, и также предусмотрена керамическая опорная деталь (25) для предотвращения проворачивания или сдвига под влиянием осевых растягивающих или давящих усилий, а также радиальных усилий, воздействующих на внутренний проводящий элемент (8).

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первый проводящий элемент (8), второй проводящий элемент (9) и уплотнительная керамическая деталь (10) расположены, в основном, коаксиально друг другу.

3. Устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что первый проводящий элемент (8) выполнен в виде внутреннего проводника, а второй проводящий элемент - в виде наружного проводника TDR-уровнемера (1).

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что первое (11) и/или второе (12) уплотнение выполнены в виде графитовой сальниковой набивки, состоящей, по меньшей мере, из одного кольцеобразного элемента (39).

5. Устройство по п.1 или 2, характеризующееся тем, что в уплотнительной керамической детали (10) выполнена, по меньшей мере, одна выемка (14).

6. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что выемка (14) проходит приблизительно коаксиально.

7. Устройство по п.5, характеризующееся тем, что в зоне выемки (14) выполнены проходящие, в основном, радиально ребра (15).

8. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что предусмотрены фиксирующие элементы (22, 24, 25), препятствующие движению первого проводящего элемента (8) относительно второго проводящего элемента (9) в осевом направлении.

9. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, один блок (27) снижения температуры, который расположен в осевом направлении в зоне между уплотнительной керамической деталью (10) и блоком (13) регулирования/обработки.

10. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что стеклянный ввод (29) расположен между блоком (27) снижения температуры и блоком (13) регулирования/обработки.

11. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что перед стеклянным вводом (29) расположен дополнительный уплотнительный элемент (41).

12. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что диэлектрический материал находится в форме керамических дисков с центральным отверстием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для определения и/или контроля уровня среды в резервуаре.

Для определения уровня среды в резервуаре используют измерительные системы, измеряющие различные физические параметры. С помощью этих параметров получают затем нужную информацию об уровне. Помимо механических щупов используют емкостные, кондукционные или гидростатические измерительные зонды, как и детекторы, работающие на основе ультразвука, микроволн или радиоактивного излучения.

При множестве областей применения, например в нефтяной, химической и пищевой промышленности, требуются высокоточные измерения уровня жидкостей или сыпучих продуктов в резервуарах (цистернах, силосах и т.д.). Поэтому здесь во все большей степени находят применение сенсоры, у которых короткие электромагнитные высокочастотные импульсы (TDR-метод (импульсно-временной метод) или импульсный радарный метод) или непрерывные частотно-модулированные микроволны (например, FMCW-радарный метод) направляют на проводящий элемент или волновод и посредством волновода вводят в резервуар, в котором находится продукт. В качестве волноводов рассматриваются известные варианты: ПАВ-волноводы по Sommerfeld или Goubau или лехеровские волноводы.

Поскольку, согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления, решение, согласно изобретению, согласовано с TDR-уровнемером, ниже более подробно описан принцип работы соответствующего измерительного прибора. С физической точки зрения у TDR-уровнемеров используется тот эффект, что на поверхности раздела двух различных сред, например воздуха и нефти или воздуха и воды, вследствие резкого изменения (прерывность) значений диэлектрической проницаемости обеих сред часть введенных высокочастотных импульсов или введенных микроволн отражается и через проводящий элемент возвращается в приемное устройство. Отраженная доля (полезный эхо-сигнал) при этом тем больше, чем больше разность значений диэлектрической проницаемости обеих сред. На основе времени прохождения отраженной доли высокочастотных импульсов или непрерывно излученных сигналов (эхо-сигналов) можно определить удаление до поверхности продукта. Зная свободное расстояние в резервуаре, можно вычислить уровень продукта в нем. Если должно осуществляться определение поверхности раздела, то на основе результатов измерений можно определить положение поверхности раздела.

В основе изобретения лежит задача создания устройства для измерения уровня, пригодного для применения в области высоких температур и/или высоких давлений. Область высоких температур означает в связи с настоящим решением, согласно изобретению, что устройство может быть без проблем использовано до температуры процесса около 400°С. Область высоких давлений означает, что устройство, согласно изобретению, надежно работает при давлениях до примерно 1000 бар.

Эта задача решается посредством устройства, содержащего следующие компоненты:

- первый проводящий элемент, второй проводящий элемент и уплотнительную керамическую деталь, причем в целях отделения от процесса уплотнительная керамическая деталь расположена в зоне между обоими проводящими элементами;

- первое уплотнение, расположенное между первым проводящим элементом и уплотнительной керамической деталью;

- второе уплотнение, расположенное между уплотнительной керамической деталью и вторым проводящим элементом;

- блок регулирования/обработки, который определяет уровень среды в резервуаре на основе емкостного измерения или измерения времени прохождения измерительных сигналов.

В случае TDR-уровнемера у первого проводящего элемента говорят о внутреннем проводнике, а у второго проводящего элемента - о наружном проводнике.

Остается упомянуть, что принципиальная конструкция измерительных приборов, определяющих уровень за счет емкостного измерения или измерения времени прохождения высокочастотных измерительных сигналов, достаточно известна. Соответствующие приборы предлагаются и распространяются заявителем, например, под названием "Multicap" или "Levelflex". Согласно изобретению известные приборы модифицируют так, чтобы они были пригодны для применения в области высоких температур и/или высоких давлений.

Согласно одному предпочтительному усовершенствованию устройства, согласно изобретению, первый и второй проводящие элементы и уплотнительная керамическая деталь расположены, в основном, коаксиально друг другу. Такая конструкция типична для многих TDR-уровнемеров, а также для емкостных измерительных приборов. Понятно, что решение, согласно изобретению, не ограничено радиально-симметричной конструкцией. Так, в емкостном измерительном приборе или в TDR-уровнемере оба проводящих элемента могут быть расположены также параллельно друг другу.

Согласно одному предпочтительному выполнению устройства, согласно изобретению, первое и/или второе уплотнение представляет собой паяное уплотнение или сальниковую набивку. В случае сальниковой набивки используется предпочтительно набивка, состоящая из нескольких кольцеобразных элементов из графита. Благоприятные свойства этого выполнения подробно описаны ниже.

Одно усовершенствование устройства, согласно изобретению, дающее, в частности, в связи с TDR-уровнемером значительные преимущества, предусматривает в уплотнительной керамической детали, по меньшей мере, одну выемку. Предпочтительно выемка проходит приблизительно коаксиально. За счет этого, о чем более подробно также говорится ниже, можно значительно увеличить волновое сопротивление ввода в зоне уплотнительной керамической детали. Для того чтобы, несмотря на выемку, придать уплотнительной керамической детали требуемую радиальную стабильность, согласно другому предпочтительному выполнению, в зоне выемки предусмотрены, в основном, радиально проходящие ребра.

Во избежание того, чтобы первый проводящий элемент или волновод под действием силы смещался в осевом направлении или чтобы на первый проводящий элемент действовали изгибающие моменты, предусмотрены фиксаторы, обеспечивающие надежное и стабильное удержание первого проводящего элемента.

Кроме того, для функционирования уровнемера без проблем большое значение имеет то, что господствующие в процессе высокие температуры вследствие теплопереноса не попадают к электронике - здесь блоку регулирования/обработки. Господствующие в процессе высокие температуры очень быстро привели бы иначе к разрушению и тем самым к выходу электроники из строя. Согласно одному предпочтительному усовершенствованию устройства, согласно изобретению, предусмотрен поэтому блок снижения температуры, расположенный в осевом направлении в зоне между уплотнительной керамической деталью и блоком регулирования/обработки.

Как уже сказано, сальниковые набивки, в частности графитовые сальниковые набивки, используются предпочтительно в сочетании с решением, согласно изобретению, поскольку эти набивки отличаются превосходными упругими свойствами, а также свойствами стойкости к температурам и давлению. Правда, например, по сравнению с паяным соединением они имеют тот недостаток, что не являются газоплотными. Для того чтобы, тем не менее, газоплотно герметизировать измерительный прибор от электроники, в зоне между блоком снижения температуры и блоком регулирования/обработки предусмотрен стеклянный ввод. Стеклянные вводы как таковые хорошо известны в технике измерения процессов и предлагаются и распространяются заявителем в связи с множеством измерительных приборов.

Изобретение более подробно поясняется с помощью нижеследующих чертежей, на которых изображают:

- фиг.1: схематично TDR-уровнемер;

- фиг.2: схематично в перспективе одно предпочтительное выполнение устройства, согласно изобретению;

- фиг.3: продольный разрез изображенного на фиг.2 выполнения устройства, согласно изобретению;

- фиг.4: в перспективе уплотнительную керамическую деталь;

- фиг.4а: вид сверху на изображенную на фиг.4 уплотнительную керамическую деталь;

- фиг.4b: разрез по линии В-В на фиг.4;

- фиг.5: продольный разрез другой предпочтительной формы выполнения устройства, согласно изобретению.

На фиг.1 изображен TDR-уровнемер 1, установленный на крышке 3 резервуара 2 и служащий для определения или контроля уровня находящейся в резервуаре 2 среды 5. Для этого с помощью встроенного в блок 13 регулирования/обработки передающего блока вырабатывают измерительные сигналы S, которые через вводной блок 7 направляют на волновод 4. Один измерительный сигнал S изображен на фиг.1 в виде импульса. Для того чтобы можно было сделать выводы об уровне среды 5 в резервуаре 2, волновод 4 доходит до дна резервуара 2. Понятно, что TDR-уровнемер может быть размещен также в другом подходящем положении в/на резервуаре.

При измерении уровня посредством направленных высокочастотных измерительных сигналов используется то физическое обстоятельство, что определенная доля Е направленного на волновод 4 высокочастотного измерительного сигнала S попадает на поверхность раздела двух сред с разными значениями диэлектрической проницаемостью. Отраженная доля Е при этом тем выше, чем сильнее разнятся значения диэлектрической проницаемости обеих сред. В этой связи говорят также о скачке импеданса. Скачок импеданса происходит в данном случае тогда, когда измерительный сигнал S попадает на поверхность 6 среды 5. Отраженная доля Е измерительного сигнала проявляется на эхо-кривой как выраженный пик или так называемый полезный эхо-сигнал. Сама эхо-кривая представляет амплитуды измерительного сигнала в зависимости от времени прохождения или от пройденного пути. Блок 13 регулирования/обработки определяет время прохождения этого полезного эхо-сигнала и вычисляет на этой основе при известной высоте резервуара 2 уровень среды 5 в нем.

Исходя из вышесказанного, становится ясно, что скачки импеданса происходят не только там, где они имеют решающее значение для предполагаемого измерения уровня посредством времени прохождения измерительного сигнала, т.е. здесь на переходе "воздух или атмосфера резервуара - среда 5". Скачки импеданса проявляются также при различных переходах в зоне вводного блока 7. Поскольку каждый скачок импеданса приводит к отражениям, которые снижают интенсивность измерительного сигнала S и тем самым точность измерения/измерительную способность, вводной блок 7 выполнен так, что импеданс или волновое сопротивление минимально изменяется в зоне от вводного блока 7 до волновода 4. Переходы как таковые обычно неизбежны, поскольку измерительные сигналы должны быть направлены от тонкого внутреннего и наружного проводников коаксиального кабеля 30 на стабильный волновод 4 TDR-уровнемера 1. Достаточная стабильность и тем самым также расчет волновода 4 необходимы, поскольку он а) имеет обычно многометровую длину и б) вступает в непосредственный контакт с более или менее турбулентными и агрессивными средами процесса.

Кроме того, TDR-уровнемер 1, согласно изобретению, выполнен с возможностью его применения в области высоких температур и/или высоких давлений.

На фиг.2 схематично в перспективе изображено предпочтительное выполнение вводного блока 7, наилучшим образом подходящего для применения в области высоких температур и/или высоких давлений. На фиг.3 вводной блок 7 изображен в продольном разрезе. Область высоких температур означает в связи с решением, согласно изобретению, что уровнемер 1 может быть без проблем использован до температуры процесса около 400°С; область высоких давлений означает, что уровнемер 1 надежно работает при давлениях до примерно 1000 бар.

Как уже сказано, вводной блок 7 служит для того, чтобы подаваемые блоком 13 регулирования/обработки и направленные через состоящий из внутреннего и наружного проводников коаксиальный кабель 30 высокочастотные измерительные сигналы с как можно меньшими потерями вводить в волновод 4 и выводить из него. Волновод 4 соответствует при этом непосредственному продолжению внутреннего проводника 8 вводного блока 7 и коаксиального кабеля 30. Само собой, может быть реализован также так называемый прямой ввод, обходящийся без коаксиального кабеля.

Вращательная симметрия коаксиального кабеля 30 отражается также и во вводном блоке 7. Внутренний проводник 8 расположен по центру относительно наружного проводника 9 вводного блока 7. Наружный проводник 9 соответствует в данном случае комбинации стеклянного ввода 29, блока 27 снижения температуры, чашеобразного корпуса 17 и ввинчиваемой части 18. Контактная поверхность 36 чашеобразного корпуса 17 и контактная поверхность 35 блока 27 снижения температуры предпочтительно сварены между собой.

В чашке 17 корпуса предусмотрена уплотнительная керамическая деталь 10 с расположенным по центру вводом для размещения внутреннего проводника 8. Основной задачей уплотнительной керамической детали 10, первого уплотнения 11, герметизирующего уплотнительную керамическую деталь 10 от внешней стенки чашеобразного корпуса 17, и второго уплотнения 12, герметизирующего внутренний проводник 8 от чашеобразного корпуса 17, является герметизация обоих проводящих элементов 8, 9 вводного блока 7 от процесса, а именно даже тогда, когда в процессе, т.е. в резервуаре 2, господствуют упомянутые предельные температуры и/или давления.

Уплотнительная керамическая деталь 10 изготовлена предпочтительно из оксида алюминия или циркония. Само собой, в качестве уплотнительной керамической детали 10 может применяться любая другая керамика, стойкая к температуре, давлению и химически стойкая. Уплотнения 11, 12 представляют собой предпочтительно так называемые сальниковые набивки, предлагаемые и распространяемые различными изготовителями в самых разных выполнениях и для самых разных целей. Оказалось, что графитовые сальниковые набивки особенно подходят для высокотемпературного применения, поскольку они выдерживают температуры до 550°С и давления до 1000 бар (или 3000 бар в инертной атмосфере). Понятно, что оба уплотнения 11, 12 могут представляют собой также паяные уплотнения, причем припой должен быть согласован с соответствующими условиями применения. Далее одно из уплотнений может быть выполнено в виде паяного уплотнения, а другое - в виде сальниковой набивки, в частности графитовой сальниковой набивки.

Герметизация, согласно изобретению, вводного блока 7 от процесса отличается, в частности, следующими преимуществами:

- оно является в высокой степени химически стойким;

- оно является в высокой степени жаростойким;

- оно является в высокой степени стойким к давлению.

Предпочтительно в сочетании с решением, согласно изобретению, применяются сальниковые набивки 11, 12, состоящие из отдельных кольцевых элементов 39. Сальниковые набивки 11, 12 из нескольких кольцевых элементов 39 обладают по сравнению с сальниковыми набивками 11, 12, имеющими только один кольцеобразный элемент 39 соответственно большой высоты, то преимущество, что они могут быть подвергнуты натяжению последовательно по отдельности. Благодаря этому по всей герметизируемой поверхности достигается в высокой степени постоянное радиальное натяжение. Напротив, один кольцеобразный элемент 39, соответствующий нескольким кольцевым элементам 39, может быть подвергнут натяжению лишь неравномерно, что проявляется в неравномерном радиальном натяжении и тем самым в неравномерной герметизации.

Натяжение сальниковой набивки 12, расположенной между внутренним проводником 8 и уплотнительной керамической деталью 10, достигается посредством нажимного кольца 20. Натяжению сальниковой набивки 11 служат нажимное 19 и стяжное 21 кольца. Сальниковая набивка 11 между чашеобразным корпусом 17 или наружным проводником 9 и уплотнительной керамической деталью 10 аксиально фиксирована, кроме того, нажимным 19 и стяжным 21 кольцами; сальниковая набивка 12 между внутренним проводником 8 и уплотнительной керамической деталью 10 аксиально фиксирована гайкой 22 и контргайкой 24 через опорную керамическую деталь 25.

Как уже сказано, уплотнения 11, 12 служат для надежной герметизации от процесса внутреннего 8 и наружного 9 проводников TDR-уровнемера 1 даже в экстремальных условиях. Уплотнительная керамическая деталь 10 наилучшим образом подходит для отделения от процесса; правда, она имеет тот значительный недостаток, что представляет собой диэлектрический барьер для высокочастотных измерительных сигналов.

В первом приближении скачков импеданса внутри вводного блока 7 можно избежать, если диаметр наружного проводника 9 имеет 14-кратное значение диаметра внутреннего проводника 8. Поскольку по названным причинам внутренний проводник 8 должен иметь определенную стабильность и тем самым соответственно большой диаметр, наружный проводник 9 и тем самым вводной блок должны были бы иметь значительные размеры. Подобные приборы вообще пригодны только для особых применений; к тому же из-за необходимых, соответственно больших количеств материала они очень дороги и тем самым непригодны для массового производства. Далее подключение к процессу, т.е. ввинчиваемая часть 18, должно отвечать определенным нормам. И это еще не все. Правда, за счет соответственно больших размеров уплотнительной керамической детали 10 достигается то, что волновое сопротивление при возникновении диэлектрического барьера не изменяется, однако тогда возникает опасность возбуждения измерительных сигналов более высоких мод, не способных распространяться по волноводу 4. Таким образом, снижаются интенсивность измерительных сигналов и точность измерений.

Одно выполнение уплотнительной керамической детали 10, предпочтительно применяемой в сочетании с решением, согласно изобретению, подробно изображено на фиг.4, 4а и 4b. В то время как на фиг.4 уплотнительная керамическая деталь 10 изображена в перспективе, на фиг.4а представлен вид сверху на нее, а на фиг.4b - продольный разрез по линии В-В на фиг.4.

Оказалось, что волновое сопротивление уплотнительной керамической детали 10 может быть значительно повышено, если в уплотнительной керамической детали 10 выполнена, по меньшей мере, одна выемка 14. Эта выемка 14 или воздушный зазор расположены в уплотнительной керамической детали 10 аксиально и направлены в уплотнительную керамическую деталь 10 на глубину максимум Т. Поскольку уплотнительная керамическая деталь 10 должна осуществлять отделение от процесса, конечно, нецелесообразно выполнять выемку 14 сквозной, хотя это было бы оптимально с точки зрения распространения волн. В направлении процесса, следовательно, на пути измерительных сигналов, начиная с глубины Т, также возникает диэлектрический барьер. Это барьерное действие можно уменьшить за счет того, что аксиально в зоне центрального отверстия 34 выполнено его расширение. Предпочтительно расширение выполнено коническим, причем коническое расширение в направлении к процессу. В основном, расширение начинается на глубине Т, на которой находится также нижняя ограничительная поверхность выемки 14.

Коническое расширение не является, однако, обязательным требованием. В принципе, расширение может иметь любую произвольную форму. Так, оно может быть выполнено в сечении цилиндрическим или прямоугольным. В качестве альтернативы расширению также внутренний проводник 8 может иметь сужение предпочтительно в названной зоне. Этим достигается сопоставимый эффект, как и с расширением отверстия 34. В обоих случаях, кроме того, при необходимости предусмотрена опора, защищающая внутренний проводник 8 от изгибающих нагрузок. Предпочтительно опора предусмотрена в зоне отверстия 34, сужения или на обращенной к процессу стороне вводного блока 7.

Вследствие герметизации за счет сальниковых набивок 11, 12 уплотнительная керамическая деталь 10 находится под радиальным натяжением. Выемка 14 снижает, конечно, стабильность уплотнительной керамической детали 10. Для повышения стабильности уплотнительной керамической детали 10 в радиальном направлении по поверхности выемки 14 распределено несколько радиально проходящих ребер 15.

Выше уже говорилось о том, что вследствие непосредственного контакта волновода 4 со средой 4 на волновод 4 и, наконец, на внутренний проводник 8 нередко действуют значительные усилия. Эти усилия могут представлять собой осевые растягивающие или сжимающие усилия или радиально действующие усилия. Последние могут оказывать на внутренний проводник 8 изгибающий момент, что в худшем случае может привести к изгибанию внутреннего проводника 8 и потере уплотняющего действия сальниковых набивок 11, 12. Таким образом, желаемое отделение от процесса отсутствует. Для уменьшения опасности проворачивания/смещения внутреннего проводника 8 в нижней, обращенной к процессу части блока 27 снижения температуры, предусмотрен опорный элемент 25. Опорный элемент 25 представляет собой предпочтительно опорную керамическую деталь 25. В зависимости от температурных условий в месте монтажа опорного элемента 25 он может быть изготовлен также из некерамического диэлектрического материала. Кроме того, опорная керамическая деталь 25 предотвращает смещение внутреннего проводника 8 аксиально вверх, т.е. в обращенном от процесса направлении. К тому же нажимное кольцо 20, которое прочно соединено резьбой с внутренним проводником 8 и опирается заплечиком 40 на уплотнительную керамическую деталь 10, предотвращает смещение внутреннего проводника 8 в обращенном к процессу направлении.

Для устранения термической связи между восприимчивой к температуре электроникой, т.е. блоком 13 регулирования/обработки, и процессом предусмотрен блок 27 снижения температуры. Блок 27 снижения температуры выполнен так, что он эффективным образом заботится о том, чтобы господствующие в процессе высокие температуры в несколько сот градусов по Цельсию не повредили электронные детали. В качестве диэлектрического материала между внутренним 8 и наружным 9 проводниками внутри блока 27 снижения температуры служит воздух.

Снижение температуры происходит в блоке 27 разными путями:

- из-за волнообразной наружной поверхности блока 27 снижения температуры задерживается тепловой поток от стороны уровнемера 1, обращенной к процессу, к его стороне, обращенной от процесса;

- из-за волнообразной и тем самым увеличенной наружной поверхности блока 27 снижения температуры тепло эффективно отдается в окружающее пространство;

- теплоперенос в окружающее пространство улучшается за счет конвекции.

Далее уменьшается теплоперенос от внутреннего проводника 8 на электронику 13 через контактные штыри 31, 32. Предпочтительно штырь 31 выполнен в виде бананового штыря, за счет чего до минимума уменьшена поверхность контактирования между штырем 31 и выемкой 32.

Для газоплотного отделения электроники 13 от вводного блока 7 предусмотрен стеклянный ввод 29. Стеклянные вводы как таковые хорошо известны из техники измерения процессов и предлагаются и распространяются также заявителем.

На фиг.5 изображен продольный разрез второй предпочтительной формы выполнения устройства, согласно изобретению. В частности, речь идет о вводном блоке 7 для TDR-уровнемера. TDR-уровнемеры предлагаются и распространяются заявителем под названием "Levelflex". Изображенный вариант также представляет собой вводной блок, применяемый при высоких давлениях и высоких температурах. Принципиальная механическая конструкция вводного блока 7 в значительной степени идентична изображенной на фиг.3 конструкции. Также здесь уплотнительная керамическая деталь 10 служит для отделения от процесса, т.е. она представляет собой эффективный барьер в направлении среды процесса, который сам при высоких температурах и давлениях отделяет от процесса внутреннее пространство вводного блока 7. Для обеспечения такого надежного отделения от процесса между внутренним проводником 8 и уплотнительной керамической деталью 10 предусмотрено первое уплотнение 12; второе уплотнение 11 находится между уплотнительной керамической деталью 10 и наружным проводником 9. Предпочтительно уплотнения 11, 12 представляют собой графитовые сальниковые набивки. Понятно, что уплотнения 11, 12 могут быть реализованы также в соответствии с известными из уровня техники решениями.

Сомнения в отношении химической стойкости уплотнительной керамической детали также удалось устранить. Оказалось, что химическая стойкость керамики значительно зависит от степени ее чистоты. Так, высокочистая керамика со степенью чистоты более или равной 99,7% является гидролизно-стойкой.

Описанное выше отделение от процесса имеет тот недостаток, что оно не является газоплотным. Эту задачу решает, однако, стеклянный ввод 29, который газоплотно отделяет обращенную к процессу зону вводного блока 7 от обращенной от процесса зоны. Стеклянный ввод 29 имеет, следовательно, то значительное преимущество, что является газоплотным. Недостаток стеклянного ввода 29 состоит в том, что стекло не обладает химической стойкостью уплотнительной керамической детали 10. Согласно изобретению оба преимущества уплотнительной керамической детали 10 и стеклянного ввода 29 комбинируют, в результате чего один элемент может компенсировать недостатки другого, тогда как преимущества обоих уплотнений 10, 29 суммируются.

Как уже сказано, стеклянный ввод 29 является химически мало инертным к агрессивным средам процесса. Поскольку нельзя исключать того, что, несмотря на уплотнительную керамическую деталь 10, со временем среда процесса проникнет в зону между уплотнительной керамической деталью 10 и стеклянным вводом 29, а затем повредит последний, перед стеклянным вводом 29 в направлении процесса предусмотрено дополнительное уплотнение 51, в частности пластиковое уплотнение. Предпочтительным материалом для уплотнения 51 является, кстати, полиэфирэфиркетон. Герметизация уплотнения 51 от внутреннего 8 и наружного 9 проводников происходит посредством колец 44, 45 круглого сечения. Уплотнение 51 является опциональным и выполняет в некоторой степени избыточную уплотняющую функцию. Если же со временем среда процесса проникнет через уплотнительную керамическую деталь 10 внутрь вводного блока 7, то уплотнение 51 защитит стеклянный ввод 29. Для защиты стеклянного ввода 29 от усилий, действующих за счет давления процесса на уплотнение 51 или уплотнительный элемент 41, служит металлическое кольцо 47. Это металлическое кольцо 47 служит контропорой для уплотнительного элемента 41, так что даже при обусловленной технологически, неполностью плоской торцевой поверхности стеклянного ввода на стекло не могут воздействовать никакие локализованные напряжения.

У изображенного на фиг.3 выполнения устройства, согласно изобретению, волновое сопротивление уплотнительной керамической детали 10 было увеличено за счет того, что в уплотнительной керамической детали 10 были выполнены выемки. У этого выполнения внимание было, следовательно, обращено на то, чтобы поддерживать волновое сопротивление на пути высокочастотных измерительных сигналов за счет вводного блока 7, как можно более постоянным и избегать скачков импеданса. Однако дело обстоит так, что в полости внутри вводного блока 7 в течение длительного времени может проникнуть среда процесса и отложиться там. Эти отложения или скопления также вызывают совершенно неконтролируемое к тому же изменение волнового сопротивления на пути распространения высокочастотных измерительных сигналов и тем самым ошибки измерения при определении уровня.

Поэтому в представленном на фиг.5 выполнении устройства, согласно изобретению, зона, лежащая между уплотнительной керамической деталью 10 и стеклянным вводом 29 или уплотнением 51, почти полностью заполнена диэлектрическим материалом. За счет заполнения всех полостей диэлектрическим материалом внутри вводного блока 7 создается определенное состояние. Поскольку больше нет никакого соответствующего пустого пространства, отложения какого-либо рода больше не смогут впоследствии изменить это определенное состояние. Предпочтительно диэлектрический заполнитель представляет собой керамику. В данном случае речь идет о керамических шайбах 42 с центральным отверстием, которое очень точно согласовано с диаметром внутреннего проводника 8. Единственный скачок импеданса, возникающий внутри вводного блока 7, лежит в зоне уплотнительной керамической детали 10 в месте, в котором диаметр внутреннего проводника 8 для достижения требуемой механической прочности делает скачок. У представленного на фиг.5 выполнения это является некритическим потому, что остальную часть вводного блока 7, а также путь сигналов через коаксиальный кабель 30 к блоку 13 регулирования/обработки можно рассчитать без крупных скачков импеданса, так что, правда, из-за одноразового отражения от скачка импеданса небольшая часть полезного сигнала пропадает, однако не возникает многократных отражений, которые могли бы ухудшить измерительную способность в близкой зоне вследствие так называемого микрофонного эффекта.

Для обеспечения высокого постоянства волнового сопротивления во вводном блоке 7, следовательно, в частности, зоны, в которых возникает высокая напряженность электрического поля, должны быть заполнены диэлектрическим материалом. Так, например, обе полости 49, 52 очень мало мешают распространению измерительных сигналов, поскольку в этих относительно далеко удаленных от внутреннего проводника 8 зонах напряженность электрического поля уже относительно мала. Полезными эти полости 49, 52 являются, кстати, для компенсации и снижения напряжений, возникающих, например, вследствие давления процесса. Так, кольцеобразная полость 49 служит для разгрузки сварного шва 50 при возникновении механических напряжений. Сами напряжения передаются на резьбовое соединение 53.

Перечень ссылочных позиций

1 - уровнемер;

2 - резервуар;

3 - крышка;

4 - волновод;

5 - среда;

6 - поверхность среды;

7 - вводной блок;

8 - первый проводящий элемент/внутренний проводник/стержень;

9 - второй проводящий элемент/наружный проводник;

10 - диэлектрический элемент/уплотнительная керамическая деталь;

11 - первое уплотнение/сальниковая набивка;

12 - второе уплотнение/сальниковая набивка;

13 - блок регулирования/обработки;

14 - выемка в материале;

15 - ребро;

16 - выемка в материале;

17 - чашеобразный корпус;

18 - ввинчиваемая часть;

19 - первое нажимное кольцо;

20 - второе нажимное кольцо;

21 - первое стяжное кольцо;

22 - гайка;

23 - заплечик;

24 - контргайка;

25 - фиксирующий блок/опорная керамическая деталь;

26 - заплечик;

27 - блок снижения температуры;

28 - полость;

29 - стеклянный ввод;

30 - коаксиальный кабель;

31 - контактный штырь;

32 - выемка;

33 - гайка;

34 - отверстие;

35 - контактная поверхность;

36 - контактная поверхность;

38 - заплечик;

39 - кольцеобразный уплотнительный элемент;

40 - заплечик;

41 - уплотнительный элемент;

42 - керамическая шайба;

43 - уплотнительное кольцо;

44 - кольцо круглого сечения;

45 - кольцо круглого сечения;

46 - подкладная шайба/графитовое плоское уплотнение;

47 - металлическое кольцо;

48 - керамическая шайба;

49 - полость;

50 - сварной шов;

51 - уплотнение;

52 - полость;

53 - резьбовое соединение.