用於傳感容器內液位的波導管的測試設備的製作方法
2023-10-11 22:09:29
專利名稱：用於傳感容器內液位的波導管的測試設備的製作方法
背景技術：
沿著容器內的波導管(或者波導；waveguide)發射和接收被反射的電磁脈衝的液位變送器是已知的。這些液位變送器提供了指示容器內的液位的一個或更多本地或遠程輸出。
儲存容器中的液位和變送器輸出可以長時間段維持不變。操作人員可能不能判斷不變的變送器輸出(精確地指示不變的液位)與不變的變送器輸出(因為波導管或液位變送器故障而停留在固定輸出值)之間的差別。例如，汙物在波導管上的局部聚集可以引起這種故障。如果液位輸出固定，那麼流體可能從容器流失，或容器可能被裝得過滿，且對操作人員沒有做出任何警告。
因此，需要一種方法和設備，其能夠使操作人員可靠地確定液位變送器輸出不變是由於液位不變導致的還是由於故障導致的。
發明內容
本發明披露了一種用于波導管的測試方法和測試設備，該波導管用於傳感容器內的液位。所述測試設備包括橋接件。所述橋接件具有測試位置，在測試位置橋接件橋接波導管以模擬一個模擬液位。橋接件也具有存儲位置，在存儲位置橋接件沒有橋接波導管。
測試設備也包括連接到橋接件的致動器。所述致動器使橋接件在測試位置與存儲位置之間移動。
在本領域普通技術人員在審閱詳細說明和相關附圖時，本發明的其它特徵和優點對他們是顯而易見的。
圖1顯示安裝在存儲容器上的示範性的產品液位變送器；
圖2簡要顯示產品液位變送器的示範性電路的方框圖；圖3顯示測試設備的第一實施例的方框圖；和圖4示意顯示測試設備的第二實施例。
具體實施例方式
在下述實施例中，方法和設備使操作人員能夠測試液位變送器和波導管，以便找出是因為變送器故障還是因為容器內實際液位沒有變化導致變送器的輸出不變。操作人員在不對容器內液位進行任何單獨測量並且在不改變容器內的液位的情況下，能夠完成該測試。
提出了一種測試設備，其包括可以橋接橫過波導管的橋接件。使用支撐器在波導管被橋接的測試位置與波導管沒有被橋接的存儲位置之間移動橋接件。操作人員可以將橋接件移動到測試位置並觀察變送器輸出。如果波導管運行正常，變送器輸出將指示對應於橋接件的液面(或液位)的模擬液位。如果變送器運行不正常，變送器輸出將不指示所述模擬液位。
圖1說明示範性的產品液位變送器100，其安裝在工業存儲容器102上。產品液位變送器100通過總線104連接到工業處理控制系統(沒有示出)。總線104可以是兩線的、4-20mA工業電流迴路(也稱作遙測迴路)，所述迴路給變送器100提供所有的電能。總線104也可以包括任何已知的工業現場總線，例如Foundation Fieldbus、Profibus、或CAN。總線104也可以包括光纖總線、無線通信鏈路、乙太網、WORLDFIP網、CONTROL NET網、DEVICEBUS網、或與變送器100的環境相適合的任何其它通信鏈路。可選地，產品液位變送器可以通過另外電源供電，例如太陽能電池板。下面結合圖2描述產品液位變送器電路的示例。
產品液位變送器100沿著波導管108將電磁脈衝106發射到容器102內部變動的產品液位(例如液位110或111)上。波導管108(在圖1中僅以方框圖的形式示出)可以採取多種形式。該被發射的脈衝106從產品液位110(或111)反射回，並作為反射脈衝112返回到變送器100。這存在與被發射的脈衝的行程相關的時間延遲，所述行程為從變送器100到產品液位110、並從產品液位110返回到變送器100。變送器100測量該反射時間延遲，並使用已知的電磁脈衝沿波導管108的傳播速度計算變送器100與產品液位110之間的距離。
使用容器的已知尺寸或其它標定數據，變送器計算存儲容器內的產品液位(在體積、深度、或質量方面)，並向總線104提供表示產品液位的輸出。變送器100以極高的精度和穩定性測量反射時間延遲，並符合連接到總線104的工業處理控制系統(沒有示出)的需要。如下面更詳細解釋的，變送器100也可以向總線104提供第二輸出(除了產品液位輸出以外)，該第二輸出表示，產品液位輸出在測試期間臨時代表模擬液位，而不是實際被傳感液位。該第二輸出提供了提醒(或警告)操作人員產品液位輸出是模擬輸出的優點，並且也向連接到總線104的控制系統提供控制輸入，所述控制系統連接到所述總線104，從而控制系統沒有響應於所述模擬輸出，好像其是實際的傳感的輸出。
圖2示意地顯示了產品液位變送器200的示範性實施例。產品液位變送器200包括控制器和總線接口214，所述控制器和總線接口214與總線204接口。總線204可以是兩線、4-20mA的迴路(或者環路；loop)，該迴路向變送器200提供所有的動力。可選地，控制器和總線接口214可以從總線204以外的源獲得動力。控制器和接口電路214提供電源電壓Vdd，所述電源電壓Vdd給變送器200內的所有電路供電。變送器200包括發射電路212，發射電路212沿著線路206將電磁脈衝發射到波導管207。電磁輻射沿著波導管207行進到產品液位208，並從產品液位208沿著波導管207返回到變送器200的線路210。
變送器200可以與在變送器200與產品液位208之間的任何已知類型的電磁波導管連接。例如，波導管可以包括從雷達液位變送器200延伸到產品液位208的各種已知類型的傳輸線(或波導線)中的任何一種。一根或更多根電線，同軸傳輸線，空腔波導管，剛性雙芯引線，剛性單芯引線，柔性雙芯引線或柔性單芯引線可以用作發射在變送器200與產品液位208之間來回的電磁輻射的波導管207。波導管207的使用保證了良好限定的到用於測量的液面208的路徑長度，並避免了來自其它表面的雜散反射的問題，該雜散反射在使用簡單的輻射天線的情況下可能發生。
產品液位變送器200也包括接收器216，所述接收器216連接到線路210用於接收被反射的輻射。控制器和總線接口214通過線路213連接到發射電路並控制發射電路212。控制器和總線接口214在線路215上連接到接收器216。控制器和總線接口電路214處理在線路215上接收的數據並將該數據轉換成液位信號231，該液位信號213被傳送到總線204。
當波導管207被橋接件209橋接(如下面結合圖3-4更詳細描述的)時，在橋接件209處發生反射，模擬與實際液位讀數不同的模擬液位讀數。模擬液位讀數典型地在容器內比實際液位讀數高的高度處。該更高的高度提供了不同於實際液位讀數的信號特性的模擬液位信號特性。
橋接件的阻抗(或電阻)也可以選擇為與實際液位的阻抗不同，這樣提供不同振幅的模擬反射信號。該不同振幅的反射信號也是與實際液位讀數的信號特性不同的信號特性。
在優選的實施例中，控制器和總線接口電路214被編程以傳感這些信號特性中的一個或更多，並向總線204提供第二或診斷輸出233。
診斷輸出233表示通過線路231的第一或液位輸出是實際液位讀數還是模擬液位讀數。控制器和接口電路214可以根據HART協議或其它已知的信號傳輸協議，將該診斷信息以被疊加在4-20mA迴路電流上的數位訊號的形式傳遞到總線204。該診斷信息警告操作人員和控制系統模擬液位讀數不是實際的液位讀數。
圖2中所示的裝置是示範性的。各種已知的、使用波導管的雷達液位系統可以與下面描述的、用於測試該雷達液位系統的運行的裝置結合使用。
圖3說明用於測試波導管302的測試設備300的第一實施例的方框圖，該波導管302傳感容器308內變化的液位，例如液位304、306。測試設備300包括橋接件310，橋接件310具有測試位置312，在測試位置312，橋接件310靠近波導管302並橋接波導管302以便模擬模擬液位314。該模擬液位314優選地高於被傳感液位304和306中的最高液位。橋接件310也具有與波導管302遠離的存儲位置316，在存儲位置316，橋接件312沒有橋接波導管302。波導管302優選地包括一對大致平行的導體。橋接件310優選地包括在測試位置312橋接該平行導體的杆。
在本申請中使用的術語「橋接」指在沿著波導管在模擬液位提供電磁不連續面，所述電磁不連續面將模擬液位信號沿著波導管反射回波導管上面的變送器。該模擬液位信號只需足夠大到能夠被變送器檢測到並可以具有不同於實際被傳感的液位信號的一個或更多液位信號特性。橋接件的形狀和/或結構可以基于波導管的形狀變化。當橋接件足夠靠近波導管以引起反射時發生橋接，並且即使橋接件沒有物理接觸波導管導體時橋接件也可以有效地橋接波導管。
測試設備300也包括致動器318，所述致動器318用於使橋接件與波導管接合和脫離。在一個實施例中，致動器318包括支撐器320和部件324，支撐器320包括軸承322，部件324可移動地安裝到軸承322上。在一個優選的布置中，軸承322包括套筒軸承並優選地由與用於圍繞容器的材料相同的材料製成。在另一優選布置中，軸承322包括具有孔的金屬塊，且部件324包括穿過該孔的金屬軸。如所示的，金屬軸具有垂直的縱向軸線，且金屬軸可在金屬塊內可滑動地移動以提供一定範圍的不同的模擬液位。部件324可選地能夠被限制滑動以提供固定的模擬液位。該金屬塊可以包括一部分容器，或是單獨的部分。
在該實施例中，部件324在連接點325機械地連接或附著到橋接件310。部件324可致動為在測試位置312與存儲位置316之間移動橋接件310。軸承322優選地布置成使部件324和橋接件310電接地以避免靜電荷在易燃性蒸汽可能存在的區域內聚集。橋接件310的接地在某些應用中特別是當波導管302包括單個引線導體時，可以提高橋接的效果。軸承322、部件324和橋接件310優選地由不產生火花的材料製成以便在可燃性蒸汽可能存在的區域內使用。
本領域普通技術人員會理解的是，容器308可以包括箱或可選地能夠包括沿著更大箱的豎管或靜管(stilling pipe)。本領域普通技術人員會進一步理解的是，容器208可以是很窄的靜水井，所述靜水井與波導管302一起也作為波導管系統的外導體部分。
在此實施例中，操作人員可以使用致動器318致動部件324以將橋接件310移動到測試位置312，然後讀取變送器的液位輸出。如果液位輸出表示模擬液位314，那麼操作人員可以推斷波導管(以及變送器)工作正常，並且變送器輸出不是固定不變的。另一方面，如果橋接件310移動到測試位置312且變送器輸出繼續提供正常液位讀數，那麼操作人員可以推斷需要對液位系統進行故障檢修。一旦操作人員推斷波導管工作正常，橋接件310就可以移回到存儲位置316，且操作人員可以信賴液位讀數是正確的。
圖4繪圖顯示了說明性測試設備400的第二實施例，所述測試設備400用於測試波導管402，所述波導管402傳感容器內的變化液位，例如液位404。液位變送器440包括變送器電子殼體442和變送器安裝凸緣444。波導管402穿過變送器安裝凸緣444並連接到液位變送器440。
容器446具有包括凸緣開口450的容器凸緣448，該凸緣開口450提供進入容器446的入口，以便安裝波導管402和測試設備400。變送器安裝凸緣444通過螺栓452螺栓連接到容器凸緣448。變送器安裝凸緣444也包括圓形通孔454，圓形通孔454是偏心的，但是與凸緣開口450對準。
測試設備400包括橋接件410，該橋接件410顯示在測試位置412，在測試位置412，橋接件410靠近波導管402並橋接波導管402，以便模擬模擬液位414。模擬液位414優選地高於最高的被傳感的液位404。橋接件410也具有遠離波導管402的存儲位置416，在存儲位置416橋接件沒有橋接波導管402。
在該實施例中，波導管402包括一對大致平行的導體403、405。橋接件410優選地包括金屬杆，該金屬杆在測試位置312將平行的導體403、405彼此橋接。橋接件410連接到軸部件424。軸部件424在用作軸承的圓形通孔54內旋轉。
橋接件410具有其安裝到軸部件424上的安裝點425。安裝點425優選地包括鉸鏈從而橋接件410可以向上樞轉到軸部件424內的狹槽423內部的位置，以允許測試設備400在通孔454內滑動，以便在已經安裝液位變送器440以後，在沒有從所述裝置中移除變送器440的情況下改進變送器安裝。一旦在容器內部，重力就使橋接件410下降到圖4中所示的位置。
手柄460連接到軸部件424用於手動轉動軸部件424。手柄也用作橋接件410的位置指示器。手柄460優選地指向與橋接件410相同的水平方向，從而橋接件410的位置對熟練的操作人員是自明的。也可以在變送器凸緣444的上表面做記號以更好地指示手柄460的測試位置和存儲位置。
可以理解的是，致動器418可以設置有遠程致動機構從而用戶可以遠程致動(或起動)致動器418。如此，例如，用戶可以用電子儀器發送信號以將致動器418放置在測試位置412，讀取測試信號，然後發送使致動器418脫離並回到存儲位置416的信號。
本領域普通技術人員將理解的是，在一個測試設備實施例中示出的特徵可以適當地應用到與上述另一測試設備實施例相似或相同的測試設備。基於特定安裝環境的需要，支撐器可以布置成允許旋轉、滑動或旋轉與滑動的組合的致動。支撐器也可以布置為萬向懸掛架(gimbal mounting；球窩式接頭)，所述萬向懸掛架可以提供萬向運動或萬向運動與滑動運動的組合。
可以包括機械鎖或棘爪以便當測試設備不用時將測試設備保持或鎖定在存儲位置。在同軸波導管系統的情況下，在波導管系統的外導體內可以設置孔以允許橋接件進入波導管並從同軸波導管系統的外導體橋接到中心導體。在想要將容器密封的應用中，支撐器可以被密封。致動部件可以水平布置或在不能進行垂直安裝的安裝中成角度地布置。致動部件也可以布置成由可以遠程控制的電動機致動。也可以設置彈簧來彈簧承載致動部件到存儲位置以便避免疏忽地將測試設備留在測試位置。
儘管本發明已經參照優選實施例得到描述，但是本領域普通技術人員將認識到，在不偏離本發明的精神和保護範圍的情況下，可以做出形式和細節上的改變。
權利要求
1.一種用於傳感容器內液位的波導管的測試設備，所述測試設備包括橋接件，所述橋接件具有測試位置，在測試位置橋接件橋接波導管以模擬模擬液位，且所述橋接件具有存儲位置，在存儲位置橋接件沒有橋接波導管；和致動器，所述致動器連接到橋接件以便在測試位置與存儲位置之間移動橋接件。
2.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述致動器包括連接到橋接件的部件。
3.根據權利要求2所述的測試設備，其中所述致動器包括軸承，所述部件可移動地安裝在所述軸承中。
4.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述波導管包括一對大致平行的導體，且所述橋接件包括在測試位置橋接所述導體的杆。
5.根據權利要求1所述的測試設備，進一步包括手柄，所述手柄連接到所述部件以提供手動致動。
6.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述致動器被遠程致動以在測試位置與存儲位置之間移動。
7.根據權利要求1所述的測試設備，進一步包括指示器，所述指示器位於容器外部並指示到測試位置的致動。
8.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述模擬液位高於被傳感液位。
9.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述軸承包括套筒軸承。
10.根據權利要求1所述的測試設備，其中所述軸承包括具有孔的塊，且所述部件包括穿過所述孔的軸。
11.根據權利要求10所述的測試設備，其中所述軸具有垂直的縱向軸線。
12.根據權利要求10所述的測試設備，其中所述軸可在所述塊內可滑動地移動。
13.根據權利要求10所述的測試設備，其中所述塊包括一部分的容器。
14.根據權利要求10所述的測試設備，其中所述塊件包括液位變送器凸緣。
15.根據權利要求1所述的測試設備，進一步包括液位變送器，所述液位變送器連接到波導管並提供液位輸出。
16.根據權利要求15所述的測試設備，其中所述模擬液位包括第一液位信號特性，所述第一液位信號特性與在容器內被傳感的液位信號特性不同，且所述液位變送器傳感第一液位信號特性並提供診斷輸出，所述診斷輸出指示所述液位輸出是模擬的還是被傳感的。
17.一種用於傳感容器內液位的波導管的測試設備，所述測試設備包括橋接件，所述橋接件具有測試位置，在測試位置橋接件橋接波導管以模擬模擬液位，且所述橋接件具有存儲位置，在存儲位置橋接件沒有橋接波導管；支撐裝置，所述支撐裝置支撐橋接件；和致動裝置，所述致動裝置致動橋接件以便在測試位置與存儲位置之間移動橋接件。
18.根據權利要求17所述的測試設備，其中所述模擬液位高於被傳感的液位。
19.根據權利要求17所述的測試設備，其中所述支撐裝置包括具有孔的塊，且所述部件包括穿過所述孔的軸。
20.根據權利要求19所述的測試設備，其中所述軸可在所述塊內可滑動地移動。
21.根據權利要求17所述的測試設備，進一步包括液位變送器，所述液位變送器連接到波導管並提供液位輸出；且所述模擬液位包括第一液位信號特性，所述第一液位信號特性與在容器內被傳感的液位信號特性不同，且所述液位變送器傳感第一液位信號特性並提供診斷輸出，所述診斷輸出指示所述液位輸出是模擬的還是被傳感的。
22.一種用於測試傳感容器內液位的波導管的方法，所述方法包括提供橋接件，所述橋接件可在測試位置與存儲位置之間移動，在所述測試位置橋接件橋接波導管以模擬模擬液位，在所述存儲位置橋接件沒有橋接波導管；和致動使橋接件在測試位置與存儲位置之間移動的部件。
23.根據權利要求22所述的方法，進一步包括藉助軸承和可移動安裝到軸承上的部件支撐所述橋接件。
24.根據權利要求22所述的方法，進一步包括提供用於致動所述部件的手動致動器。
25.根據權利要求22所述的方法，進一步包括提供用於致動所述部件的遠程致動器。
26.根據權利要求22所述的方法，進一步包括將指示器定位在容器外部以指示到測試位置的致動。
全文摘要
一種用於傳感容器(308)內液位(304、306)的波導管(302)的測試設備(300)。所述測試設備包括橋接件(310)，所述橋接件具有測試位置(312)，在測試位置橋接件橋接波導管以模擬模擬液位(314)。所述橋接件也具有存儲位置(316)。所述橋接件還具有連接到橋接件的致動器(318)，所述致動器在測試位置與存儲位置之間移動橋接件。
文檔編號G01F25/00GK1957237SQ200580016974
公開日2007年5月2日 申請日期2005年4月20日 優先權日2004年5月25日
發明者李·麥可·史密斯 申請人:羅斯蒙德公司