高溫高壓雷達物位計的製作方法
2023-07-17 18:12:51
高溫高壓雷達物位計的製作方法
【專利摘要】本公開涉及高溫高壓雷達物位計，根據本發明的一種雷達物位計包括收發器、處理電路、信號傳播裝置以及將收發器與信號傳播裝置相連接的波導裝置。該波導裝置包括：中空波導；由第一電介質材料製成的第一填充構件，其中，第一填充構件設置在中空波導的內側；以及由第二電介質材料製成的第二填充構件，其中，第二填充構件設置在中空波導的內部且相對於容器在第一填充構件的外側。第二填充構件至少在遠離容器的方向上固定在波導中，並且第二填充構件配置成承受高達250攝氏度的溫度。因此，在溫度高到足以軟化內側填充構件的狀態期間，外側填充構件將因此用於防止第一填充構件被推擠出波導。
【專利說明】局溫局壓雷達物位計
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷達物位計，該雷達物位計具有:收發器，其用於發射電磁發射信號和接收電磁回波信號；處理電路，其連接至收發器，用於基於電磁回波信號來確定填充物位；信號傳播裝置，其適於將電磁發射信號引向產品的表面並且返回來自該表面的反射信號作為電磁回波信號；以及波導裝置，其用於將收發器與信號傳播裝置相連接。
【背景技術】
[0002]雷達物位計(RLG,radar level gauge)適合用於對容納在容器中的產品諸如工藝流體、粒狀化合物和其他材料的物位進行測量。這種雷達物位計的示例可以包括:收發器，其用於發射和接收微波；信號傳播裝置，其設置成將微波引向表面並且將該表面所反射的微波返回至收發器；以及處理電路，其適於基於收發器所發射和所接收的微波之間的關係來確定填充物位。
[0003]信號傳播裝置可以是定向天線，該定向天線適於將自由傳播電磁波發射進容器中並且接收這些波的反射波。這種RLG有時稱為非接觸式RLG。天線可以適於特定的頻帶，並且目前使用最多的頻帶具有大約6GHz (千兆赫)或24GHz的中心頻率。
[0004]在一種常規設計中，波導裝置包括穿過容器壁延伸的中空波導，該波導填充有電介質填充構件(塞子)以防止容器的內容物進入波導。諸如O形環等的密封元件圍繞該塞子進行設置，以提供確保容器的內容物不釋放進外部環境中的密封處理。該密封處理可以是壓力密閉。
[0005]在填充構件中的電介質材料選用具有合適的電介質性能並且優選地還是疏水性，即排斥水的電介質材料。然而，這種材料例如PTFE (聚四氟乙烯)通常還是相對較軟的，並且受升高的溫度的影響。在溫度變化的狀態下，諸如PTFE填充構件的較軟電介質填充構件會因此相對於通常由鋼製成的環繞波導移動。這種移動會使密封元件所提供的密封劣化，導致容器密封不完全。
[0006]此外，在容器中的高溫高壓(HTHP,high temperature and high pressure)狀態期間，還存在下述風險，較軟電介質構件還將穿過相對較小的開口(即，比電介質構件的直徑小得多的開口)被推擠出波導。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是減輕這些問題，提供一種改善饋通結構的密封並且降低了信號發射劣化的風險的雷達物位計。
[0008]根據本發明的第一方面，該目的通過一種雷達物位計來實現，該雷達物位計通過使用電磁波以確定在容器中的產品的填充物位，該雷達物位計包括:收發器，其用於發射電磁發射信號並且接收電磁回波信號；處理電路，其連接至收發器，用於基於電磁回波信號來確定填充物位；信號傳播裝置，其適於將電磁發射信號引向產品的表面並且返回來自該表面的反射信號作為電磁回波信號；以及波導裝置，其將收發器與信號傳播裝置相連接。波導更高的溫度，例如高達500攝氏度的溫度。才料、環氧樹脂、或玻璃製成。
以及對容器中的內容物特別是石油產品具、，內側填充構件優選地為疏水性的，即排斥勺材料的示例包括(聚四氟乙烯?、？？八(熱固性酚醛樹脂
-種雷達物位計來實現，該雷達物位計通過，該雷達物位計包括:收發器，其用於發射其連接至收發器，用於基於電磁回波信號發射信號引向產品的表面並且返回來自該置，其將收發器與信號傳播裝置相連接。波形成構件所形成的內側部分和由第二導電3導填充構件，其具有內側端容納在波導內細長的中央部分；以及杯狀套筒部分，該杯奢中央部分軸向地延伸，該套筒因此形成了
[0018]與本發明的第一方面相結合，杯狀套筒是特別有利的。如上文所討論的，本發明的第一方面提供了兩個分離的波導填充構件。雖然這種解決方案處理了軟化的電介質填充構件被推擠出波導的問題，但這種解決方案引入了另一問題。如果波導的密封不完全，則任何洩漏物(例如，水或容器內容物)可以到達分離的電介質填充構件之間的接觸表面。在這種界面上的一層例如水會明顯損壞電磁信號穿過波導的傳輸。本發明的第二方面的杯狀套筒將確保防止任何洩漏物到達第一填充構件與第二填充構件之間的界面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]將參考示出了本發明的當前優選實施例的附圖對本發明進行更詳細地描述。
[0020]圖1是安裝在容器上的雷達物位計的示意性視圖。
[0021]圖2a至圖2b示出了根據本發明的實施例的容器饋通結構。
【具體實施方式】
[0022]圖1示出了根據本發明的實施例的雷達物位計(RLG)I的示意圖。該RLGl安裝在容器2上，並且設置成對工藝變量諸如在容器2中的兩種材料4和5之間的界面3的物位L進行測量。典型地，第一材料為儲存在容器中的液體4，例如汽油，而第二材料為在容器中的空氣或其他氣體5。在一些應用中，容器是非常大的金屬容器(直徑大約為10米)。
[0023]雷達物位計I包括全部封裝在殼體14中的收發器電路6、處理電路7、以及信號和電源接口 8。收發器電路6電連接至合適的信號傳播裝置10，在此，喇叭狀天線11形式的定向天線延伸進容器2中。天線11設置成充當適配器，該適配器將自由傳播電磁波發射進容器2中，以通過界面，此處即容器2中的產品4的表面3來反射。
[0024]發射信號通常在GHz的範圍中，例如大約6GHz或26GHz。該發射信號可以是頻率變化的連續信號(調頻連續波，FMCW)，或者該發射信號可以是經調製的脈衝。其他類型的發射信號也是可能的。
[0025]RLGl還包括容器饋通結構12，該容器饋通結構12適於對穿過容器壁的電磁信號提供較佳壓力密封通道，從而允許在收發器電路6與天線10之間傳輸發射信號和返回信號。
[0026]天線10安裝至容器饋通結構12的面向容器的內部的這一側上。出於該目的，結構12設置有螺紋15，並且喇叭狀天線11設置有相應的螺紋16 (參見圖2a)。在結構12的面向容器的外部的另一側上，安裝RLG的殼體14，該殼體14容納收發器6和處理電路7。殼體14與其電路6、7的各種機械連接和電氣連接是可能的，並且在此不進行詳細討論。
[0027]如根據下面的描述將變得明顯的是，饋通結構12形成了在天線11與該電路之間的密封波導通道。來自收發器的信號通過合適的饋送器(未示出)饋送至波導的上端，該饋送器連接至收發器並且適於耦接收發器與中空波導之間的電磁信號。然後允許信號傳播進天線中並且發射進容器中。經反射的返回信號通過天線來接收並且饋送進波導的下端中，並且之後通過饋送器來耦接回收發器電路。
[0028]在圖2a和圖2b中更詳細地示出了饋通結構12和喇叭狀天線11。在這種特定情況中，RLG設計成用於大約26GHz的工作頻率。波導裝置30包括中空波導20，該中空波導20通過容器饋通結構來限定並且設置成在電路與天線11之間導引電磁信號。波導20在此填充有電介質材料，並且可以具有大約5_ (毫米)的直徑，但精確的直徑將取決於填充中空波導的電介質材料。
[0029]饋通結構12包括由通常為鋼的金屬材料製成的容器連接件21，該容器連接件21適於牢固地安裝至容器凸緣13 (參見圖1)。出於該目的，容器連接件21可以具有用於螺栓或其他緊固件(未示出)的孔22。可選地，該容器連接件21可以適於焊接至容器凸緣13。
[0030]容器連接件能夠形成為一個整體。然而，在圖示的情況下，容器連接件21包括:固定的容器連接件23，其適於固定至容器凸緣13 ；以及容器連接適配器24，其設置成安裝進固定的容器連接件23的中央開口 25中。適配器24的目的是允許使用一個共用的固定容器連接件以用於安裝適合於不同信號傳播裝置(天線、波導結構、發射線路探針等)的各種耦接裝置。適配器24通過固定的容器連接件23來懸置，在此通過適配器24的靠著開口 25中的環形抵接部27擱置的環形突出部26來懸置。可選地，開口 25可以是錐形的，並且適配器具有相匹配的形狀。適配器24可以壓配或以另外的方式固定在開口 25中。
[0031]在圖示的情況下，適配器24懸置在固定的容器連接件的下方(面向內部)部分23a中，使得容器連接件23的上方(面向外部)部分23b在適配器24的上方延伸。適配器24可以可選地與容器連接件結構的上表面23c平齊，或甚至在表面23c上方延伸。另外，在圖示的示例中，適配器86的下方(面向內部)部分24a延伸出容器連接件23的底部表面23d。在該下方部分24a的外周表面上形成螺紋15。
[0032]容器連接件21充當第一波導形成構件，並且具有形成波導20的內側部分的通路28。該通路的下方部分28a向外呈錐形，S卩，越靠近容器的內部，該下方部分28a變得越寬，以提供與喇叭狀天線11的匹配。波導裝置30還包括第一波導填充元件31，該第一波導填充元件31設置成防止容器內容物進入喇叭狀天線11。諸如PTFE (聚四氟乙烯)的合適材料尤其在升高的溫度下是相對軟的。構件31具有細長的中央部分32和杯狀套筒部分，該杯狀套筒部分從中央部分32徑向地向外延伸並且沿著中央部分32軸向地延伸。因此，套筒形成了開口背對容器的杯狀形狀。在圖示的情況下，套筒幾乎像桶一樣地成形，並且具有從中央部分徑向地向外延伸的盤形部分33和從盤形部分33的外周沿著中央部分32的軸線向上延伸的圓筒形部分34。在此，圓筒形部分34和中央部分32是同軸的。
[0033]在盤形部分33的上表面33a上還形成有環形突出部35，形成該環形突出部35以充當四分之一波長扼流圈，防止電磁能量從波導洩漏。這種電磁陷波電路可以通過其他方式來獲得，例如，通過在中央部分32和圓筒形部分34之間的徑向距離的合適尺寸來獲得。
[0034]中央部分32具有延伸至通路28的錐形部分28a中的錐形下端32a。中央部分32的上端32b也略呈錐形，並且在其端部中具有凹陷部36，該凹陷部36用於容納在此呈銷37的形狀的第二電介質填充構件。
[0035]銷由結構上牢固並且耐高溫的材料製成。銷應當承受至少高達250攝氏度的溫度，並且優選地承受高達500攝氏度的溫度。合適的材料的示例為樹脂、玻璃和氧化鋁。
[0036]銷37通過中間金屬元件38保持在適當位置，該中間金屬元件38適於安裝在桶狀部的內部中並且具有內側空間39，形成該內側空間39以容納中央部分32的上端32b。金屬元件38具有開口 40，銷37穿過該開口延伸，該開口因此形成了波導20的短節(shortsect1n)。在金屬元件38上設置有另外的波導電介質填充元件41，並且該波導電介質填充元件41在其下端中具有適於容納銷37的凹陷部42。
[0037]銷37保持在適當位置以便能夠至少在遠離容器的軸向方向上進行固定。例如，銷37可以不進行附接，而是抵靠在銷37上方的金屬元件38中的抵接部。可選地，銷37附接至金屬元件38。例如，如果銷37由氧化鋁製成，則該銷37可以釺焊至元件38。
[0038]銷37用於防止特別是在升高的溫度狀態期間相對較軟的電介質波導填充元件31被容器內的壓力推擠出通路28。通過該設計，最靠近天線的、針對26GHz來設計且具有PTFE的波導填充的饋通結構能夠在高達250攝氏度的溫度下承受高達40巴(bar)的壓力。
[0039]容器饋通結構12還包括具有孔46的金屬緊固構件43，該金屬緊固構件43適於圍繞第二波導填充元件41以形成波導20的外部。緊固構件43設置成安裝至容器連接件21，使得包括波導填充元件31和41、銷37和金屬元件38的耦接裝置30夾在容器連接件21與緊固構件43之間。在圖示的情況下，緊固構件43具有與在固定的容器連接件23的上方部分23b的內側上的螺紋45相對應的外螺紋44，使得緊固構件43能夠牢固地螺接在適當位置。
[0040]應當注意的是，金屬元件38和緊固構件43可以集成在一個外側波導形成構件中。
[0041]饋通結構還包括密封處理，即，防止潛在地包括呈氣體形式的產品的容器氣體離開容器的密封。例如，這可以通過包括在耦接裝置中的多個密封元件來實現。
[0042]在升高的溫度的狀態期間，在PTFE填充構件的直徑上的潛在變化使得密封變得困難。出於該目的，填充構件具有上文描述的杯形套筒，並且在圓筒形部分34的內側與緊固構件43之間設置有諸如O形環48a的密封元件。部分34的材料厚度比構件31的直徑小得多，因此引起更小的潛在熱膨脹。在容器連接件23的上方環形抵接部27與盤狀部分33的外周部之間設置有另外的密封元件，在此為平坦的環48b。而且，盤狀部分33具有明顯小於構件31的直徑的材料厚度。例如，在杯狀套筒的與密封元件48a和48b接觸的位置處的材料厚度小於5mm，並且更優選地為大約2mm。
[0043]杯狀套筒(在此為圓筒形部分34的杯狀套筒)的外緣34a位於螺紋部分45下方很近的距離處，並且在容器連接件21和/或緊固構件43中形成一個或若干個通路47，從而提供了在外緣34a與容器的外部之間的流體連接。因此，已經穿過密封元件48b的任何洩漏物或冷凝物將通過杯狀套筒的外表面來導引並且將通過通路47排出容器饋通結構。因此防止了這種洩漏物或冷凝物透過密封元件48a。
[0044]本領域的普通技術人員可以認識到，本發明絕不限於上文描述的優選實施例。相反，在所附權利要求的範圍內可能做出許多修改和變化。例如，套筒部分不一定具有平坦部分和圓筒形部分，而是可以具有圓杯形狀。該套筒部分還可以是例如底部面向容器的外部的包括錐形表面的漏鬥形狀。
【權利要求】
1.一種雷達物位計，所述雷達物位計通過使用電磁波以確定容器中的產品的填充物位，所述雷達物位計包括: 收發器，所述收發器用於發射電磁發射信號和接收電磁回波信號； 處理電路，所述處理電路連接至所述收發器，用於基於所述電磁回波信號來確定所述填充物位； 信號傳播裝置，所述信號傳播裝置適於將所述電磁發射信號引向所述產品的表面並且返回來自所述表面的反射信號作為所述電磁回波信號；以及 波導裝置，所述波導裝置將所述收發器與所述信號傳播裝置相連接，所述波導裝置包括: 中空波導，所述中空波導包括由第一導電波導形成構件所形成的內側部分和由第二導電波導形成構件所形成的外側部分；以及 第一電介質波導填充構件，所述第一電介質波導填充構件具有內側端容納在所述波導內側部分中並且外側端容納在所述波導外側部分中的細長的中央部分；以及杯狀套筒部分，所述杯狀套筒部分從所述中央部分徑向地向外延伸並且沿著所述中央部分軸向地延伸，所述套筒因此形成開口背對所述容器的杯狀形狀，所述套筒部分的至少一部分夾在所述第一波導形成構件與所述第二波導形成構件之間。
2.根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述波導裝置還包括至少一個通路，所述至少一個通路提供了在 所述杯狀套筒的外緣至所述容器的外部之間的流體接觸。
3.根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述波導裝置還包括至少一個密封元件，所述至少一個密封元件與所述杯狀套筒接觸並且適於提供所述容器的密封處理，其中，所述套筒的壁至少在所述至少一個密封元件與所述套筒接觸的位置中具有明顯小於所述中央部分的直徑的材料厚度。
4.根據權利要求3所述的雷達物位計，其中，所述材料厚度小於5毫米。
5.根據權利要求3所述的雷達物位計，其中，所述波導裝置包括位於所述第一填充構件與所述第一波導形成構件之間的第一密封元件。
6.根據權利要求3所述的雷達物位計，其中，所述波導裝置還包括位於所述第一填充構件與所述第二波導形成構件之間的第二密封元件。
7.根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述套筒包括:基本上呈圓筒形的壁部分，所述基本上呈圓筒形的壁部分同軸地圍繞所述中央部分；以及平坦的盤部分，所述平坦的盤部分橋接所述中央部分與所述壁部分之間的距離。
8.根據權利要求7所述的雷達物位計，其中，所述盤部分基本上在與所述中空波導的縱向軸線垂直的平面中延伸。
9.根據權利要求8所述的雷達物位計，其中，所述盤部分的表面設置有與所述縱向軸線同心的至少一個環形突出部，形成所述環形突出部以充當四分之一波長扼流圈，以防止電磁能量從所述波導洩漏。
10.根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述第一填充構件由第一電介質材料製成，並且其中，所述波導裝置還包括由第二電介質材料製成的第二填充構件，其中，所述第二填充構件設置在所述波導外側部分中，以便能夠至少在遠離所述容器的方向上固定在所述波導中，並且其中，所述第二電介質材料配置成承受高達250攝氏度的溫度。
11.根據權利要求10所述的雷達物位計，其中，所述第二電介質材料配置成承受高達500攝氏度的溫度。
12.根據權利要求10所述的雷達物位計，其中，所述第二電介質材料從陶瓷、環氧樹月旨、玻璃和氧化鋁的組中選擇。
13.根據權利要求1所述的雷達物位計，其中，所述第一電介質填充構件由從PTFE、PFA、FEP和PTS的組中選擇的材料製成。
14.根據權利要求1所述的雷達物位計，還包括設置成固定至所述容器的容器連接件，所述容器連接件形成所述波導的至少一部分。
15.根據權利要求14所述的雷達物位計，其中，所述傳播裝置包括安裝至所述容器連接件的定 向天線。
【文檔編號】G01F23/284GK104048731SQ201410037459
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2013年3月12日
【發明者】哈坎·弗雷德裡克松, 芒努斯·奧爾松 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司