用於雷達料位計的分段式探頭的製作方法
2023-07-26 02:14:46
用於雷達料位計的分段式探頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種導波雷達料位計，包括收發器、處理電路以及包括至少兩個細長探頭段的單個導體探頭，其中，永久地附接至探頭段的第一端部並從第一端部伸出的連接部包括：鄰接部，其直徑小於探頭段的直徑；中間部，其布置在探頭段與鄰接部之間，其直徑小於鄰接部；以及外螺紋部。探頭段的第二端部包括套管，套管包括：帶有內螺紋的接納部，接納部構造成接納連接部；穿過套管側壁的通道，通道相對於探頭段的縱向中心軸線偏心地定位，使得當連接部配裝到套管中時，通道位於中間部的徑向外側和鄰接部的徑向內側。探頭還包括鎖定銷，其設置在通道中從而通過限制鄰接部在縱向方向上的移動而鎖緊兩個組裝的探頭段。
【專利說明】用於雷達料位計的分段式探頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種料位計系統，其使用電磁波來確定到容納在箱體中的產品的表面的距離。
【背景技術】
[0002]微波料位計或者雷達料位計(RLG)系統廣泛地應用於確定容納在箱體中的產品的填充高度。雷達料位測量通常或通過非接觸測量裝置或通過常稱為導波雷達(GWR)的接觸測量裝置進行，通過非接觸測量裝置，朝容納在箱體中的產品發射電磁信號，通過接觸測量裝置，由用作導波傳輸線的探頭將電磁信號導向並導入到產品中。
[0003]在GWR系統中，探頭通常布置成從箱體的頂部朝向箱體的底部豎直延伸。用於GWR料位計系統的探頭通常以纜式探頭或者剛性探頭的形式設置。纜式探頭可以包括直徑在幾毫米至幾十毫米之間的金屬線纜。剛性探頭通常具有較大直徑。
[0004]在用於大型箱體一例如可以是約30m高的用於液化天然氣(LNG)的箱體——中的料位計系統中，出於易於安裝的原因，通常使用纜式探頭。纜式探頭的安裝可以包括將配重附接至探頭的底部並且簡單地將探頭降低到箱體中。
[0005]但是，對於某些應用而言，可能需要或者甚至必須使用剛性探頭。剛性探頭通常更堅硬並且由此更能適應於機械磨損和撕扯以及化學品接觸。正如容易認識到，用於在一體地形成的大型箱體中使用的傳統剛性探頭會很難運輸和安裝。
[0006]另外，用於不同應用的可變箱體尺寸意味著料位計系統必須設置有或者長度是為特定箱體定製的或者長度在安裝過程中可調的探頭。
[0007]為了克服與在大型箱體中使用剛性探頭相關聯的問題，US7012437公開了一種填充料位測量裝置，其中，信號沿表面波導被引導，並且其中，表面波導包括布置成伸縮進出彼此的多個段。因此，提供一種具有可調長度的探頭。
[0008]但是，因為由US7012437公開的探頭包括伸縮段，在從一段至下一段的每個過渡處探頭的直徑有變化。這種直徑過渡可能干擾沿探頭被引導的信號並且在探頭上引入虛假回波信號。
[0009]另外，探頭的長度由調節器控制單元進行控制，由此增加部件和系統的複雜性，這又增大測量裝置的總成本。
實用新型內容
[0010]考慮到上述問題，本實用新型的主要目的是提供一種用於導波雷達料位計系統的改進的探頭、一種包括這種探頭的料位計系統、以及布置在導波雷達料位計系統中的這種探頭。
[0011]因此，根據本實用新型的第一方面，提供了一種導波雷達料位計，用於確定容納在箱體中的產品的填充高度，所述料位計包括:收發器，所述收發器用於發送電磁傳輸信號並且接收從所述產品的表面反射的反射電磁信號；處理電路，所述處理電路連接至所述收發器並且構造成基於所接收的所述反射電磁信號確定所述填充高度；單個導體探頭，所述單個導體探頭構造成將所述電磁傳輸信號朝所述表面引導並且將所述反射電磁信號引導回至所述收發器，所述探頭包括至少兩個細長的探頭段，每個探頭段都是導電的並且都具有圓形截面；其中，連接部永久地附接至探頭段的第一端部並且從所述第一端部伸出，所述連接部包括:鄰接部，所述鄰接部具有比所述探頭段的直徑小的直徑；中間部，所述中間部布置在所述探頭段與所述鄰接部之間，所述中間部的直徑小於所述鄰接部；以及外螺紋部；其中，所述探頭段的第二端部包括:套管，所述套管永久地附接至所述探頭段並且包括接納部，所述接納部帶有內螺紋並且構造成接納所述連接部的所述外螺紋部；通道，所述通道穿過所述套管的側壁，所述通道相對於所述探頭段的縱向中心軸線偏心地定位，使得當第一探頭段的連接部配裝在第二探頭段的套管中時，所述通道位於所述中間部的徑向外側且位於所述鄰接部的徑向內側；並且其中，所述探頭還包括鎖定銷，所述鎖定銷構造成布置在所述通道中從而通過限制所述鄰接部在縱向方向上的移動而將所述第一探頭段鎖定至所述第二探頭段。
[0012]箱體可以是能夠容納產品的任意容器或者器皿，並且可以是金屬的或者部分或完全是非金屬的、開口的、半開的、或者封閉的。
[0013]布置成穿過套管側壁的通道偏心地定位並且位於連接部的中間部的徑向外側，這具有在連接部中不需要相應通道的效果。通道應當理解成側壁中的開口形式的穿過套管側壁的通道。因此，鎖定銷可以在不與連接部的中間部相干擾的情況下布置在通道中。由此，當連接探頭段時，不需要考慮連接部的旋轉對準。另外，因為套管中的開口定位使得通道布置在連接部的鄰接部的徑向延伸範圍的徑向內側，所以鎖定銷通過防止鄰接部移出套管而防止探頭段的分離。
[0014]本實用新型基於下述認識:用於料位計的剛性探頭可以有利地包括分開的單個探頭段，這些分開的單個探頭段可以通過用於防止探頭段彼此分離的螺紋連接和布置在穿過其中一個探頭段的側壁的通道中的鎖定銷的使用而彼此連接並且固定在一起。兩個探頭段之間的螺紋連接提供了機械穩定性和抵抗探頭的意外斷開連接的保護。但是，如果僅使用螺紋連接而不使用鎖定銷，探頭上的振動可能使該連接鬆開。此振動例如可以例如是探頭所處的箱體中的產品的運動的結果。因此，鎖定銷用於確保能夠阻止探頭段意外分離。
[0015]通過使用由分開的探頭段組成的探頭，簡化了探頭的運輸和安裝。使用包括分開的探頭段的模塊化探頭有利於例如在於狹窄的空間中進行安裝的布置中的探頭的安裝。
[0016]除了易於安裝之外，還易於通過選擇所使用的探頭段的數量調整探頭的總長度。另外，這使得能夠針對各種不同的應用和在不同尺寸的箱體或者容器中使用相同類型的探頭，這減小了必須由製造商制出來可用的不同探頭類型的數量。
[0017]另外，鎖定銷能夠製成足夠小或者由適當材料製成，使得任何源於沿探頭傳播的電磁信號的從鎖定銷的反射的回波信號不幹擾高度測量。
[0018]另外，由通過鎖定銷連接的不同的探頭段組成的探頭還易於拆卸，使得探頭例如可以再次用於不同應用中。
[0019]在本實用新型的一個實施方式中，外螺紋部可以有利地布置在所述中間部與所述探頭段之間。
[0020]根據本實用新型的一個實施方式，通道可以有利地延伸穿過套管的兩個側壁。通道可以延伸穿過套管的一個或者兩個側壁。是使用一個通道還是兩個通道可以例如通過所使用的鎖定銷的類型確定。提供穿過套管的兩個側壁的通道有利於多個類型的鎖定銷的使用，這將在下文中更具體地進行描述。
[0021]在本實用新型的多個實施方式中，鎖定銷可以有利地是穿過所述通道布置的開口銷。開口銷是包括兩個尖頭的銷，當安裝銷時，使兩個尖頭彎曲使得銷被固定在通道中。有利地使用開口銷，因為其複雜，易於安裝和移除並且能夠低成本製造。
[0022]在本實用新型的多個實施方式中，鎖定銷可以有利地逐漸變細以當插入到通道中時與套管接合。錐形銷、即有點呈圓錐形的銷能夠插入到通道中並且簡單地通過憑藉在銷上施加一定的力將銷插入到通道中而固定至套管。對於錐形銷而言，在兩個側壁中具有開口的通道可以用於簡化錐形銷的移除。
[0023]在本實用新型的多個實施方式中，穿過側壁的通道可以有利地帶有內螺紋，於是鎖定銷可以帶有外螺紋並且構造成螺旋連接到通道中。螺紋銷、或者螺釘能夠螺旋連接到穿過套管的一個或者兩個側壁的開口的對應內螺紋中。
[0024]根據本實用新型的一個實施方式，鄰接部可以有利地包括外螺紋，外螺紋構造成螺紋連接到所述接納部的內螺紋中。通過還為鄰接部設置螺紋，能夠實現連接具有進一步的機械穩定性。另外，當使用帶螺紋的鄰接部時，連接部的多種幾何構型是可能的，比如例如連接部的鄰接部和螺紋部的長度上的變化。
[0025]在本實用新型的一個實施方式中，探頭段可以有利地基本上是實心的。基本上實心的探頭為充當單個導體電磁導波提供了有利的電學特性。另外，實心探頭是機械穩定的並且對機械磨損和拉扯相對不敏感。
[0026]根據本實用新型的一個實施方式，連接部和探頭段可以有利地由金屬圓柱體製成一體式。如上所述的探頭段可以例如通過機加工金屬的細長圓柱形來製造，這提供了簡單的製造過程，其中，不需要分開的元件的附接。
[0027]另外，套管也可以以相同方式製成。由此，整個探頭段可以由一塊材料並在一道工序中製造。
[0028]根據本實用新型的一個實施方式，探頭段可以大致呈管狀。在一些應用中，可能需要使用管狀探頭段。這種應用可以例如是在需要減小探頭重量的情形中。
[0029]在本實用新型的一個實施方式中，料位計還可以包括用於將探頭連接至收發器的收發器連接部。在一些應用中，可以將探頭段的連接部或者套管直接連接至收發器或者經由箱體進出口連接至收發器。但是，例如如果收發器的接口與探頭段的連接部或者套管不對應，那麼必須使用布置在探頭與收發器之間的轉接器形式的收發器連接部。例如，收發器連接部可以是箱體進出口的一部分。
[0030]在本實用新型的多個實施方式中，探頭段還可以包括工具接合部，工具接合部與所述探頭段的第一端部和第二端部中的至少一者相鄰地布置。為了確保螺紋連接足夠緊，可能需要使用用於探頭段的組裝的工具。為了便利於工具的使用，工具接合部可以設置在探頭段的端部處，與連接部和套管相鄰但互不幹擾。工具接合部例如可以是允許接合扳手——例如固定扳手——的探頭的平坦部。
[0031]根據本實用新型的第二方面，提供了一種用於導波雷達料位計的探頭段，所述探頭段是導電的、細長的並且具有圓形橫截面和基本上一致的直徑；所述探頭段的第一端部包括:鄰接部，所述鄰接部具有比所述探頭段的直徑小的直徑；中間部，所述中間部布置在所述探頭段與所述鄰接部之間，所述中間部具有比所述鄰接部的直徑小的直徑；以及外螺紋部；其中，所述探頭段的第二端部包括:套管，所述套管永久地附接至所述探頭段並且包括接納部，所述接納部帶有內螺紋並且構造成接納探頭段的第一端部的外螺紋部；以及通道，所述通道穿過所述套管的側壁，所述通道相對於所述探頭的縱向中心軸線偏心地定位，使得當連接部配裝在所述套管中時，所述通道位於所述中間部的徑向外側且位於所述鄰接部的徑向內側。
[0032]還提供了一種用於導波雷達料位計的模塊化探頭，其包括根據本實用新型的第二方面的多個探頭段，其中，第一探頭段的第一端部連接至第二探頭段的第二端部以形成模塊化探頭。
[0033]此外，上文描述的模塊化探頭可以有利地用作導波雷達料位計中的單個導體探頭。
[0034]本實用新型的此第二方面的其它效果和特徵在很大程度上類似於上文結合本實用新型的第一方面所描述的效果和特徵。
[0035]當研究隨附權利要求和下列描述時，本實用新型的其它特徵和優勢將變得清楚。本領域技術人員了解，本實用新型的不同特徵可以進行組合以產生不同於下文中所描述的這些實施方式的實施方式而不脫離本實用新型的範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]現將參照示出本實用新型的示例性實施方式的附圖，對本實用新型的這些方面和其它方面進行更具體地描述，在附圖中:
[0037]圖1示意性地示出了根據本實用新型的實施方式的料位計系統；
[0038]圖2a至2b為用於根據本實用新型實施方式的雷達料位計系統的探頭的連接部的示意圖；
[0039]圖3a至3d為用於根據本實用新型實施方式的雷達料位計系統中的探頭的鎖定銷的不意圖；
[0040]圖4示意性地示出了根據本實用新型的實施方式探頭段。
[0041]圖5a至5e示出了本實用新型的實施方式。
【具體實施方式】
[0042]在本【具體實施方式】部分中，參照使用包括多個探頭段的探頭的雷達料位計系統，對根據本實用新型的系統的多個實施方式進行主要描述。
[0043]圖1為導波雷達料位計系統100的示意圖，導波雷達料位計100包括料位計102，料位計102布置在箱體104中，箱體104填充有需測量的產品106。測量單元108布置在箱體104的頂部上並且通過箱體進出口(throughput) 112連接至探頭110。測量單元108包括收發器和處理電路(未示出)，收發器和處理電路用於產生發射和接收電磁信號並且用於基於接收的反射信號確定填充高度。通常，填充高度能夠通過發射電磁信號而電磁信號沿探頭110傳播並且在產品的表面114至少部分地反射來確定。
[0044]圖2a和2b示出了用於連接料位計中的探頭的兩個探頭段的連接部和相應的接納套管的多個實施方式。
[0045]在圖2a中示出了第一探頭段202和第二探頭段206，第一探頭段202包括從第一探頭段202的端部延伸的連接部204，第二探頭段206包括構造成接納連接部204的套管208。連接部204包括外螺紋部222並且套管224包括對應的內螺紋226。連接部還包括:從端部探頭202延伸的中間部210，中間部210具有比探頭202的直徑小的直徑；和鄰接部212，鄰接部212具有比中間部210的直徑大的直徑，鄰接部212布置在連接部204的端部處與中間部210相鄰。另外，在套管208中布置有開口以形成穿過套管208的至少一個側壁的通道214。
[0046]通過連接螺紋部222和226，以機械的方式使兩個探頭段相對於彼此穩固。
[0047]圖2b示意性地示出了連接部，其中，鄰接部232也帶有外螺紋以便與套管208的內螺紋226接合。由此，能提供附加的穩定性。應當指出，圖2a和2b中示出的實施方式的多種變形是可能的。例如，可以改變外螺紋部222和鄰接部212、232的長度。
[0048]連接部204、230和探頭段202可以例如通過機加工細長圓柱體的端部由同一塊材料製成。該圓柱體優選地由適合於引導電磁波的材料例如不鏽鋼或者其它金屬合金製成。期望提供耐腐蝕的材料——例如不鏽鋼——的探頭。但是，也能夠分開地製造連接部和探頭段並且之後例如通過焊接將兩個零部件永久地附接在一起。相同的原理適用於套管208和第二探頭段，套管208和第二探頭段也可以由一個零件製成或者製成為永久地附接到彼此的單獨的零件。
[0049]另外，探頭段202、206優選地具有基本上一致的直徑。探頭段的直徑可以在IOmm至20mm的範圍內，比如例如為13mm,約等於0.5英寸。通過使用具有統一直徑的探頭,探頭能夠提供在探頭的整個長度上一致的傳播性能，這是精確的填充高度確定所需要的，因為變化的直徑特別是階梯變化的直徑可以產生虛假回波信號。
[0050]圖3a至3d示意性地示出了用於連接料位計中的探頭的兩個探頭段的各種鎖定銷。
[0051]圖3a示出了開口銷(split pin) 302，開口銷302在插入通過通道214之後彎曲從而防止其意外地從通道214脫離。開口銷以及其它類型的鎖定銷優選由耐腐蝕的材料——例如不鏽鋼——或者具有類似特性的其它合金或者金屬形成。通道214相對於探頭的縱向軸線偏心定位使得鎖定銷可以不受阻礙地穿過套管。一旦鎖定銷已經插入，連接部204、216、220、228的鄰接部212將不能移出套管，因為移動被鎖定銷阻擋。
[0052]在圖3b中示出了錐形鎖定銷304，圖3c示出了螺紋鎖定銷306，即螺釘，並且圖3d示出了 u形鎖定銷308，該銷的端部能夠彎曲以將鎖定銷308固定至套管。
[0053]應當注意，圖3a至3d中示出的每一種鎖定銷都可以與圖2a至2b中示出的任意連接部-套管的結合一起使用。另外，本領域技術人員容易認識到，基於圖示示例的變型可以等同地使用。
[0054]圖4示意性地示出了包括工具接合部402、404、406的探頭段202、206。工具接合部例如可以是探頭的允許使探頭與扳手接合的平坦部402、404。工具接合部還可以是穿過探頭的孔406，在這種情況下，可以插入用作槓桿的工具以在組裝探頭段時實現增大的扭矩。
[0055]圖5a至5e示意性地示出了將導波雷達料位計布置在箱體中。在圖5a中示出的第一步驟中，第一探頭段202的連接部216插入到第二探頭段206的接納套管208中。如圖5b中所示，隨後將兩個探頭段螺旋連接在一起使得連接部204的外螺紋部222與套管208的內螺紋部226接合。該連接可以由操作者用手或者如果需要通過使用工具手動地進行。接下來，在圖5c中，將在此以開口銷302的形式示出的鎖定銷插入到通道214中並且穿過套管208。在圖5d中，示出了開口銷的腿如何彎曲從而防止銷意外地從通道脫離。最後，在圖5e中，將探頭110布置在箱體104中並且電連接至收發器。當探頭在封閉箱體中使用時，電連接和機械連接可以通過使用箱體進出口 112結構得以實現。
[0056]即使已經參照本實用新型的特定示例實施方式對本實用新型進行了描述，但是很多不同的變型、改型等對於本領域那些技術人員而言將變得顯而易見的。例如，連接部的精確幾何構型可以改變，同時仍能夠提供足夠的機械穩定性並且允許為了附加安全性而是用鎖定銷。另外，應當注意，可以省略、互換或者以不同的方式布置系統的零件，料位計仍能夠執行本實用新型的功能。
[0057]另外，本領域技術人員在根據對附圖、說明書、以及所附權利要求的研究實施請求保護的實用新型時能夠理解和實現所公開實施方式的變型。在權利要求中，術語「包括」不排除其它元件或者步驟，並且不定冠詞「一」不排除多個。在彼此不同的從屬權利要求中對特定方案進行限定的事實不表示這些方案的結合不能被加以利用。
【權利要求】
1.一種導波雷達料位計，用於確定容納在箱體中的產品的填充高度，所述料位計包括: 收發器，所述收發器用於發送電磁傳輸信號並且接收從所述產品的表面反射的反射電磁信號； 處理電路，所述處理電路連接至所述收發器並且構造成基於所接收的所述反射電磁信號確定所述填充高度； 單個導體探頭，所述單個導體探頭構造成將所述電磁傳輸信號朝所述表面引導並且將所述反射電磁信號引導回至所述收發器，所述探頭包括至少兩個細長的探頭段，每個探頭段都是導電的並且都具有圓形截面； 其中，連接部永久地附接至每個探頭段的第一端部並且從所述第一端部伸出，所述連接部包括: 鄰接部，所述鄰接部具有比所述探頭段的直徑小的直徑； 中間部，所述中間部布置在所述探頭段與所述鄰接部之間，所述中間部的直徑小於所述鄰接部；以及 外螺紋部； 其中，所述探頭段的第二端部包括: 套管，所述套管永久地附接至所述探頭段並且包括接納部，所述接納部帶有內螺紋並且構造成接納所述連接部的所述外螺紋部； 通道，所述通道穿過所述套管的側壁，所述通道相對於所述探頭段的縱向中心軸線偏心地定位，使得當第一探頭段的連接部配裝在第二探頭段的套管中時，所述通道位於所述中間部的徑向外側且位於所述鄰接部的徑向內側；並且 其中，所述探頭還包括鎖定銷，所述鎖定銷構造成布置在所述通道中從而通過限制所述鄰接部在縱向方向上的移動而將所述第一探頭段鎖定至所述第二探頭段。
2.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述外螺紋部布置在所述中間部與所述探頭段之間。
3.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述通道延伸穿過所述套管的兩個側壁。
4.根據權利要求3所述的料位計，其中，所述鎖定銷是開口銷。
5.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述鎖定銷逐漸變細以在插入到所述通道中時與所述套管接合。
6.根據權利要求1所述的料位計，其中，穿過所述側壁的所述通道帶有內螺紋，並且，所述鎖定銷帶有外螺紋且構造成螺旋連接到所述通道中。
7.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述鄰接部包括外螺紋，所述外螺紋構造成螺紋連接到所述接納部的內螺紋中。
8.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述探頭段基本上是實心的。
9.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述連接部和所述探頭段由金屬圓柱體製成一體式的。
10.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述套管和所述探頭段由金屬圓柱體製成一體式的。
11.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述探頭段大致呈管狀。
12.根據權利要求1所述的料位計，還包括用於將所述探頭連接至所述收發器的收發器連接部。
13.根據權利要求1所述的料位計，其中，所述探頭段還包括工具接合部，所述工具接合部布置成與所述探頭段的所述第一端部和所述第二端部中的至少一者相鄰。
14.一種用於導波雷達料位計的探頭段，所述探頭段是導電的、細長的並且具有圓形橫截面和基本上一致的直徑；所述探頭段的第一端部包括: 鄰接部，所述鄰接部具有比所述探頭段的直徑小的直徑； 中間部，所述中間部布置在所述探頭段與所述鄰接部之間，所述中間部具有比所述鄰接部的直徑小的直徑；以及 外螺紋部； 其中，所述探頭段的第二端部包括: 套管，所述套管永久地附接至所述探頭段並且包括接納部，所述接納部帶有內螺紋並且構造成接納探頭段的第一端部的外螺紋部；以及 通道，所述通道穿過所述套管的側壁，所述通道相對於所述探頭的縱向中心軸線偏心地定位，使得當連接部配裝在所述套管中時，所述通道位於所述中間部的徑向外側且位於所述鄰接部的徑向內 側。
15.根據權利要求14所述的探頭段，其中，所述探頭段基本上是實心的。
16.根據權利要求14所述的探頭段，其中，所述通道延伸穿過所述套管的兩個側壁。
17.根據權利要求14所述的探頭段，其中，所述鄰接部包括外螺紋，所述外螺紋構造成螺紋連接到所述接納部的內螺紋中。
18.根據權利要求14所述的探頭段，其中，所述探頭段還包括工具接合部，所述工具接合部布置成與所述探頭段的所述第一端部和所述第二端部中的至少一者相鄰。
19.一種用於導波雷達料位計的模塊化探頭，所述模塊化探頭包括多個根據權利要求14所述的探頭段，其中，第一探頭段的第一端部連接至第二探頭段的第二端部以形成模塊化探頭。
【文檔編號】G01F23/284GK203758577SQ201320754910
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】本特·哈格隆德 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司