本發明涉及料位計領域，特別涉及一種分體電極連續料位計及其測量方法。

背景技術：

電容(射頻)料位計自從被發明以來已經被廣泛運用于各種工業場合，分為開關量和連續量兩種形式。作為連續測量物料的的連續式電容(射頻)形式與雷達、超聲波、導播雷達、壓力式料位計一樣是目前主要的連續測量料位方式。但是，在實際使用中由于測量對象介電特性的不斷變化，無論是電容原理還是在此基礎上增加一個電極利用射頻導納原理連續式料位計都存在嚴重的測量準確性差和可靠性差問題，嚴重影響到此類原理產品在工業現場的實際使用。在單個主電極的連續式電容(射頻)料位計基礎上，開發了多電極式電容(射頻)料位計，使用多個測量電極，實現在不同測量范圍內或測量點位置使用測量電極，通過多個測量電極的數據比較，實現了對于測量對象介電特征量變化帶來的識別與修正，一定程度上提高了電容(射頻)連續料位計測量的準確性。

由于擁有多個測量電極，通過依次獨立測量測量電極與配合電極之間的空間(物料)電容特征量，由于有料和無料電極之間測量數據差異顯著，通過多個電極的數據比較與綜合計算，可以準確獲取物料的料位數據。由于在實際產品設計中，在同樣測量長度范圍內，測量電極數量越多，測量精度越高。對于需要高精度的應用場合，需要很多測量電極。各個測量電極的依次運行，需要切換部件，進行電極間的切換，同時每個測量電極與分析運算部件之間都有一個電纜進行電連接；如有測量電極數據越多，電纜數量相應增加，切換部件的結構也越復雜，這些要求給產品設計與實際生產、使用帶來了無法逾越的困難。

為了解決測量電極多，產品實際設計與生產困難的問題，后來出現了使用較少測量電極做標定電極，輔助一個主測量電極的設計方案。如已經失效的申請號：97245511.6的專利公開的連續電容傳感器這種類型的多電極連續電容料位計，利用多個測量電極做定標電極，優化主測量電極數據，實現主電極連續測量過程對于物料介電特性變化帶來的修正與優化。此類實際利用少數測量電極作為輔助標定電極，對主測量電極進行修正，一定程度上較少了測量電極的數量。但是各個標定電極之間距離大，此區間測量的精度很難保證，整體測量精度差。

而在專利CN02110211.2公開的一個設計方法中，通過類似總線結構將切換部件分散和前置，新增了一種前置可以編碼的切換模塊，在一定程度上減少了測量電極與分析運算部件之間的電纜的數量，優化了電纜結構。但是，這種內置編碼器的切換模塊的前置設計，設計困難，結構復雜。并且前端切換模塊內部的電子芯片等部件很難在高溫、震動等惡劣環境中長期工作，運行中可靠性不高，成本卻增加不少，使用維護也更加困難。尤其電子部件的工作溫度受限制比較大。這個切換部件前置的機構線路設計，還存在嚴重的不足。同時，此種方案在小測量范圍，需要眾多測量電極確保精度的運行環境要求中，應用更加困難，前置切換部件本身就增加了設備的體積，設備結構困難。當測量電極數量大于10個以上時候，電極部分的布線以及切換部件的結構設計就異常困難，甚至難以實施了！

技術實現要素：

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種分體電極連續料位計與測量方法，以解決現有技術中測量精度不高或測量設備復雜的問題。

技術方案：本發明提供一種分體電極連續料位計，包括電極測量部件、運算處理部件、至少一個分體測量電極與至少一個配對電極，所述電極測量部件與所述分體測量電極、所述配對電極和所述運算處理部件分別連接，所述分體測量電極至少擁有相互電連接的兩個分體部分，所述運算處理部件用于根據所述電極測量部件的測量數據，經過運算判斷物料料位。

優選的，所述分體測量電極的各個所述分體部分通過電纜和/或金屬條和/或與所述分體部分相同材料的連接體電連接。

優選的，所述分體部分沿所述被測量物料的料位變化方向排列。

優選的，所述分體電極連續料位計包括至少兩個分體測量電極，不同所述分體測量電極的至少部分分體部分交錯排列。

優選的，所述分體電極連續料位計包括切換部件和至少兩個分體測量電極；所述切換部件與所述電極測量部件相連，用于對與所述電極測量部件相連的分體測量電極進行切換，不同所述分體測量電極的至少部分分體部分交錯排列。

優選的，至少一個所述一體電極與所述分體測量電極的至少部分分體部分交錯排列，所述運算處理部件用于根據所述電極測量部件測量的結果判斷料位所對應的分體測量電極并進一步判斷料位對應的分體部分。

優選的，所述一體電極為N個，且所述分體部分共N組，每組M個，每個一體電極與每組分體部分交錯排列。

優選的，所述配對電極由容器的金屬殼體充當。

優選的，所述分體電極連續料位計還包括至少一個大量程測量電極，所述電極測量部件用于對大量程測量電極和所述分體測量電極進行測量獲得第一測量結果和第二測量結果，所述運算處理部件用于根據所述第二測量結果對所述第一測量結果進行修正。

本發明另一方面還提供了一種料位測量方法，應用在上述的分體電極連續料位計中，所述電極測量部件測量所述分體測量電極與對應所述配對電極之間的電信號，所述運算處理部件根據所述電信號的變化確定物料的料位對應的分體部分。該電信號比如可以是電容和或電感和或電阻和或導納等物理量。

優選的，所述電信號為電容值；所述運算處理部件根據所述電信號的變化確定物料的料位對應的分體部分包括：

當ΔC/ΔT的值的≥預設值A時，所述運算處理部件判斷料位到達下一個分體部分對應的分段；當ΔC/ΔT的值≤預設值B時，所述運算處理部件判斷料位在當前分體部分與下一分體部分對應的分段之間或停留在當前分體部分對應的分段；

所述ΔT為時間變化，ΔC為電容變化量。

優選的，所述分體電極連續料位計還包括切換部件和至少一個一體電極；所述料位測量方法還包括：

所述切換部件控制在不同時刻所述電極測量部件分別與每個所述一體電極、每個分體測量電極相連；

所述電極測量部件分別針對每個所述一體電極、每個分體測量電極的電信號進行測量；

所述運算處理部件根據針對每個所述一體電極測量的電信號判斷料位與一體電極的位置關系并根據針對每個所述分體測量電極測量的電信號判斷料位與所述分體部分的位置關系。

優選的，所述分體電極連續料位計還包括至少一個大量程測量電極，所述料位測量方法包括：

所述電極測量部件對所述大量程測量電極和所述分體測量電極的對應的電信號進行測量獲得第一測量結果和第二測量結果；

所述運算處理部件根據所述第二測量結果對所述第一測量結果進行修正。

有益效果：本發明通過單個電極的分體設計，使得分體測量電極的每個分體部分只能測量一個受限范圍內的數據，運算處理部件通過對于單個分體測量電極的整體連續數據分析，可以判斷和區分料位在分體測量電極的那個具體分體部分；并且可以通過數據分析與運算，優化具體的生成的具體料位。

進一步的，通過對于多個分體測量電極在測量空間中各個分體部分的交叉布置，和或者通過分體測量電極與一體電極的混合布置可以更容易實現對于料位位置的精準判斷。

本發明，通過測量電極的分體結構設計、通過相互之間的有序排列、與一體電極的組合布置和預設數學模型的對測量數據的綜合分析能力，實現以往需要復雜切換部件與通過大量復雜布線才能完成的功能；結構簡潔高效，極大提升了連續料位計的測量的精度、準確性和可靠性，并且可以適應高溫等惡劣使用環境。尤其是在較小測量范圍內，也可極大提高測量精度。擴展了此類產品應用的領域與適用范圍。

附圖說明

圖1A-1C為分體電極連續料位計及其分體測量電極不同連接結構示意圖；

圖2為分體電極連續料位計實施方案1示意圖；

圖3為分體電極連續料位計實施方案2示意圖；

圖4為分體電極連續料位計實施方案3示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細的介紹。

實施方式1：

本實施方式提供了一種最基本的分體電極連續料位計，該分體電極連續料位計主要由測量電容形式的電極檢測部件51、運算處理部件52、一個配對電極53(可以金屬容器的殼體充當)、一個分體測量電極54組成。其中，運算處理部件與電容形式的電極檢測部件相連接，電容形式的電極檢測部件與所述配對電極、所述分體測量電極連接，電極檢測部件、分體測量電極、配對電極以及被測量物料之間組成一測量回路。所述電容形式的電極測量部件，實時測量所述配對電極與分體測量電極之間物料的電容相關物理量，如電容值。圖2所示，所述分體測量電極由四個分體4、5、6、7組成，分體之間電連接，用于形成電連接的可以是對測量結果影響盡量小的電纜和/或者是金屬條等(圖1A、1B所示的并聯、串聯)，也可以是與分體部分材料相同的一些連接體(圖1C)。所述4個分體沿物料料位變化方向布置，相互之間有設定的間隔距離。當物料淹沒所述分體7部分時，所述運算處理部件可以獲得顯著的電容值，如AF，當物料繼續增加，在6與7分段之間時，所述運算處理部件獲取的電容值，基本還是等于7分段時獲取的值，或者增加量很少。這主要是因為在有效的電極測量面積里，物料相當于沒有增加,物料雖然到達了這個測量部分，但是這個部分電極的實際新增的有效測量面積基本等于零或者非常小的增加。當物料繼續增加到淹沒6分段時，所述運算處理部件獲取的電容值，增加到2AF，依次在物料增加過程中，所獲得電容值分別為AF、2AF、3AF、4AF。而當物料介電特性發生變化時，所述運算處理部件測量到的電容值可能又會分別為XAF、X2AF、X3AF、X4AF。在本實施方案中，利用料位上升過程中，測量到的分體測量電極與配對測量電極之間的電容值隨時間變化過程中，明顯的差異規律性，所述運算處理部件可以按照預設的數學模型結合分體測量電極測量的特點，進行物位料位的判斷。如：時間變化為ΔT，電容變化量ΔC，當ΔC/ΔT的值大于等于預設值A時，運算處理部件判斷料位到達一個分段，并記錄料位；當ΔC/ΔT的值小于等于預設值B時，判斷料位在分段之間或者還停留在記錄的分段位置。當ΔC/ΔT的值再次大于等于預設值A時，運算處理部件判斷料位到達第2個分段，并記錄料位。如此依次依據ΔC/ΔT與預設值的關系，判斷料位變化過程。因為測量過程中分體測量電極的分體部分ΔC1/ΔT遠大于分體測量電極各個分體部分連接部分之間的ΔC2/ΔT，所以此實施方案中即使當物料的介電特性發生變化時，也是能夠判斷物料的料位。當然也可以引入ΔC1/ΔT除以ΔC2/ΔT的值進一步消除物料特性變化可能帶來的影響。但是要是僅僅通過一個分體測量電極完成各廣泛的應用測量狀況，很難，本實施案例僅僅適合物料變化緩慢，料位變化過程規律性強的情況下。

運算處理部件與所述電極測量部件集成在一個殼體內或以電連接的方式分離設置在不同殼體內。

實施方式2：

本實施方式為實施方式1的改進，本實施方案通過多個分體測量電極、多個一體電極之間的相互配合，實現分體電極連續料位計在絕大數工況下的高度可靠與精準測量。所述的分體電極連續料位計由1’、運算處理部件，2’、電極測量部件，3’、配對電極，4’、切換部件，5’、分體測量電極1的1-1分體，6’、分體測量電極1的1-2分體，7’、分體測量電極1的1-3分體，8’、分體測量電極1的1-4分體，9’、分體測量電極2的2-1分體，10’、分體測量電極2的2-2分體，11’、分體測量電極2的2-3分體，12’、分體測量電極2的2-4分體，13’、分體測量電極3的3-1分體，14’、分體測量電極3的3-2分體，15’、分體測量電極4的4-1分體，16’、分體測量電極4的4-2分體，17’、一體電極1，18’、一體電極2,，19’、一體電極3，20’、一體電極4。所述運算處理部件1’與所述電極測量部件2’相連，所述電極測量部件2’與配對測量電極3’相連、與切換部件4’相連，所述切換部件與分體測量電極1、分體測量電極2、分體測量電極3、分體測量電極4以及一體電極1、一體電極2、一體電極3、一體電極4相連，所述切換部件與所述運算處理部件相連接，切換部件在所述運算處理部件控制下，控制分體測量電極、一體電極分別與配對電極構成測量回路。所述分體測量電極的測量值分別表示為C1n、C2n、C3n、C4n，一體電極的測量值分別為C1、C2、C3、C4。本實施案例中，分體測量電極1的4個分體可分別排列于一體電極1、一體電極2、一體電極3、一體電極4之間、分體測量電極2的分體也排列于一體電極1、一體電極2、一體電極3、一體電極4之間，并都依次排列于分體測量電極1的分體之上、分體測量電極3的分體排列于一體電極1之下與一體電極2、一體電極3之間、分體測量電極4的分體排列于一體電極1、一體電極2和一體電極3、一體電極4之間，分體測量電極3、4的分體均位于分體測量電極1、2之上。所述運算處理部件1每次均測量獲得C1n、C2n、C3n、C4n、C1、C2、C3、C4值。首先通過判斷C1、C2、C3、C4值，判斷料位在那個一體電極附件(料位可能在該一體電極的上面或者下面)，如C1、C2、C3、C4大于預設值或者|Cn-1-Cn|大于預設值。所述運算處理部件1再依據C1—C2是否大于預設值和或C3—C4是否大于預設值，判斷料位在具體哪個分體測量電極的分體部分上。

當然，一體電極、分體測量電極的排列可以根據需要進行變換，比如圖3所示的按照紙面由上到下的順序依次為：一體電極4、分體測量電極4的4-2分體、分體測量電極2的2-4分體、分體測量電極1的1-4分體、一體電極3、分體測量電極3的3-2分體、分體測量電極2的2-3分體、分體測量電極1的1-3分體、一體電極2、分體測量電極4的4-1分體、分體測量電極2的2-2分體、分體測量電極1的1-2分體、一體電極1、分體測量電極3的3-1分體、分體測量電極2的2-1分體、分體測量電極1的1-1分體。

本實施方法也可以不需要一體電極，而是通過多個分體測量電極的合理排列實現，其中優選的方式中，不同分體測量電極的分體交錯排列。

實施方式3：

本實施方式為實施方式1的進一步改進，主要改進之處在于在實施案例1的基礎上增加一個長的一體電極即大量程測量電極8"(圖4中的主測量電極)。本實施方式通過分體測量電極實現分體部分料位的識別，并用其結果修正長的一體電極的相關參數，使得一體電極的全量程測量數據更加準確。本實施案例利用的是分體測量電極可以在測量物料的介電特征發生變化時，仍然可靠測量分體部分料位的特點用其數據修正長一體電極的測量數據。

除此之外，本實施方式與實施方式1完全相同，此處不做贅述。

本發明中，所述電極測量部件如果是電容測量部件即按照電容測量方式測量時，所述分體測量電極料位計至少需要一個配對測量電極；若所述電極測量部件未射頻導納測量部件即按照射頻導納原理測量時，所述分體測量電極料位計至少需要兩個配對測量電極。

在本發明的優選實施例中，所述分體測量電極料位計還可以具有輸出部件，用于輸出模擬量和/或數字量和/或開關量和或脈沖信號。

本發明對應上述料位計，還公開了一種基于該料位計的料位測量方法，包括：

所述電極測量部件測量所述分體測量電極與對應所述配對電極之間的電信號，所述運算處理部件根據所述電信號的變化確定物料的料位對應的分體部分。

優選的，上述電信號為電容值；所述運算處理部件根據所述電信號的變化確定物料的料位對應的分體部分包括：

當ΔC/ΔT的值的≥預設值A時，所述運算處理部件判斷料位到達下一個分體部分對應的分段；當ΔC/ΔT的值≤預設值B時，所述運算處理部件判斷料位在當前分體部分與下一分體部分對應的分段之間或停留在當前分體部分對應的分段；

所述ΔT為時間變化，ΔC為電容變化量。

在一實施例中，所述分體電極連續料位計還包括切換部件和至少一個一體電極；所述料位測量方法還包括：

所述切換部件控制在不同時刻所述電極測量部件分別與每個所述一體電極、每個分體測量電極相連；

所述電極測量部件分別針對每個所述一體電極、每個分體測量電極的電信號進行測量；

所述運算處理部件根據針對每個所述一體電極測量的電信號判斷料位與一體電極的位置關系并根據針對每個所述分體測量電極測量的電信號判斷料位與所述分體部分的位置關系。

另一實施例中，所述分體電極連續料位計還包括至少一個大量程測量電極，所述料位測量方法包括：

所述電極測量部件對所述大量程測量電極和所述分體測量電極的對應的電信號進行測量獲得第一測量結果和第二測量結果；

所述運算處理部件根據所述第二測量結果對所述第一測量結果進行修正。

需要強調的是，本發明上述實施例中，電極測量部件以電容測量方式為例，但在其他實施例中，電極測量部件還可以電容測量方式和/或射頻導納方式。

上述各實施方式只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。