磁致伸縮的液體密度檢測器的製作方法
2023-04-30 16:09:46
專利名稱：磁致伸縮的液體密度檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於燃料儲藏罐中的設備和方法，其可用於確定燃料儲藏罐內儲藏的燃料的密度。
背景技術：
本申請在此通過引用全文包括於2008年7月22日公告的美國專利No. 7，403，860 和於2006年8月3日公布的美國專利申請No. 2006/0169039的公開內容。加燃料環境典型地儲藏燃料在位於大地下方的大儲藏罐中，該儲藏罐有時稱為 「地下儲藏罐(UST) 」。遵照環境法律、法規和條例，這些儲藏罐可以是雙壁的，並裝備有各種洩漏檢測傳感器和庫存調整(reconciliation)系統。一種常用的洩漏檢測傳感器是本申請的受讓人位於 125Powder Forest Drive, Simsbury, Conn. 06070 的 Veeder-Root 公司售賣的名為 「The MAG Plus Inventory Measurement Probe" (Mag 探針)的產品。該探針典型地配有罐監測器，例如同樣由Veeder-Root公司售賣的TLS-350R。這樣的探針測量儲藏罐內的燃料的高度，並可以任選地測量水(如果有)的高度。測量值匯報給罐監測器，由加燃料環境的操作者使用以評估和調整(reconciliation)燃料庫存和/或檢測洩漏，如非常易於理解的。儘管美國具有與監測加燃料環境內的洩漏相關的許多規章制度，但是，其它地方具有對加燃料環境的附加要求。例如，諸如印度和俄羅斯的國家已經經歷加燃料環境處的欺詐上升，結果已經採取步驟以對抗這樣的欺詐。具體地，這些國家已經認識到，儲藏罐內的燃料的稀釋可以用作欺詐客戶的一種技術。稀釋燃料的一種方法是通過加入酒精到燃料儲藏罐。酒精使得加燃料罐的底部的水與燃料混合，稀釋後的混合物然後通過燃料分配器正常分配。為了應對這種欺詐，一些政府已經要求測量燃料密度。如果密度處於預定的可容許範圍之外，則可以推斷燃料已經被摻假。即使一些國家和政府並未立法要求測量燃料密度，然而一些運營服務服務站的燃料分配公司會發現監測它們的燃料的密度以用於質量控制的目的是需要的。密度測量還有助於計算貯藏容器內的流體的質量。質量的差異可以用於在一般容器監測技術不足用的情形(例如，廢油貯藏容器)下執行流體洩漏檢測。這些情形產生了對密度測量裝置的額外的需求。
發明內容
本發明的一個實施例提供了一種用於包含第一流體的罐的液位探針，包括具有頂端和底端的探針軸。攜帶第一磁體的第一浮子可滑動地布置，用於沿著探針軸運動，並適於漂浮在第一流體的頂部表面，攜帶第一磁體的第二浮子可滑動地布置，用於沿著探針軸在第一浮子下方運動，並適於漂浮在第一流體內，以使得在第一浮子的第一磁體和第二浮子的第一磁體之間具有磁排斥。電子設備用以確定第一浮子的第一磁體和第二浮子的第一磁體之間的第一距離。另一實施例提供一種用於包含第一流體和第二流體的罐的液位探針，其中第二流體與該第一流體在其間形成交界面。所述液位探針包括具有頂端和底端的探針軸。攜帶第一磁體的第一浮子可滑動地布置，用於沿著所述探針軸運動，並適於漂浮在所述第一流體和所述第二流體之間的所述交界面處，攜帶第一磁體的第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一浮子上方運動，並適於漂浮在所述第一流體內，以使得在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間具有磁排斥。電子設備用以確定所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的第一距離。又一實施例提供了一種用於包含第一流體的罐的液位探針，該液位探針包括具有頂端和底端的探針軸。攜帶第一磁體和第二磁體的第一浮子可滑動地布置用於沿著探針軸運動，攜帶第一磁體的第二浮子可滑動地布置，用於沿著探針軸在第一浮子的第一磁體和第二磁體之間運動，並適於漂浮在第一流體內，以使得在第一浮子的第一磁體和第二浮子的第一磁體之間以及在第一浮子的第二磁體和第二浮子的第一磁體之間具有磁排斥。電子設備用以基於第一浮子的第一磁體和第二浮子的第一磁體之間以及第一浮子的第二磁體和第二浮子的第一磁體之間的間隔確定與第二浮子相鄰的第一流體的第一密度。另一個實施例提供了一種用於包含第一流體的罐的液位探針，該探針包括具有頂端和底端的探針軸、布置在沿著探針軸的固定位置的第一排斥磁體和第二排斥磁體，以及攜帶第一磁體的第一浮子，該第一浮子可滑動地布置，用於沿著探針軸在第一排斥磁體和第二排斥磁體之間運動，並適於在第一流體內漂浮，以使得在第一浮子的第一磁體和第一排斥磁體之間以及在第一浮子的第一磁體和第二排斥磁體之間具有磁排斥。電子設備用以至少確定第一排斥磁體和第二排斥磁體之一與第一浮子的第一磁體之間的第一距離。再一實施例提供了一種用於確定流體密度的設備，包括第一磁體；攜帶第二磁體的浮子，該第二磁體定向為以使得在第一磁體和第二磁體之間具有磁排斥；和限制浮子隨著流體密度變化而向著和遠離第一磁體運動的結構。電子設備用以利用第一和第二磁體之間的間隔確定流體的密度。另一實施例提供了一種確定流體密度的方法，包括提供包括頂端和底端的探針軸；提供第一浮子，該第一浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸運動並漂浮在所述流體的頂部表面處；提供第二浮子，該第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一浮子下方運動，並適於漂浮在所述流體內；確定所述第一浮子相對於所述探針軸的第一位置；確定所述第二浮子相對於所述探針軸的第二位置；確定在所述第一位置和所述第二位置之間具有的第一距離；以及通過利用該第一距離確定與所述頂部表面相鄰的流體的第一
也/又。又一實施例提供了一種通過液位探針確定分散在罐中的流體的密度，該液位探針包括探針軸、第一浮子和第二浮子，該方法包括確定所述第一浮子相對於所述探針軸的第一位置；確定所述第二浮子相對於所述探針軸的第二位置；確定所述第一位置和所述第二位置之間的第一距離；以及利用該第一距離以確定與所述第一浮子和所述第二浮子相鄰的流體的第一密度。本發明的其它目的、特徵和方面在下面更詳細地討論。附圖結合到說明書中並構成說明書的一部分，並示出本發明的一個或多個實施例。這些附圖，與說明書一起，用以解釋本發明的原理。
在本說明書的其餘部分，包括參照附圖，對本領域技術人員更特別地提出本發明的充分的且可實施的公開，包括其最佳模式，在附圖中圖1示出定位在燃料儲藏罐中的傳統的磁致伸縮的探針；圖2示出根據本發明的第一實施例的利用密度檢測器的磁致伸縮的探針系統；圖3示出用於圖2的系統的磁致伸縮的密度檢測器；圖4示出定位在探針軸上的圖3的磁致伸縮的密度檢測器；圖5是圖3的磁致伸縮的密度檢測器的示意圖，示出檢測器中發現的磁排斥的原理；圖6示出根據本發明的第二實施例的磁致伸縮的密度檢測器；圖7是圖6的磁致伸縮的密度檢測器的示意圖，示出檢測器中發現的磁排斥的原理；圖8示出根據本發明的第三實施例的利用密度檢測器的磁致伸縮的探針系統；圖9示出用於圖8的系統的磁致伸縮的密度檢測器；圖10是圖9的磁致伸縮的密度檢測器的示意圖，示出檢測器中發現的磁排斥的原理；圖11是本發明的第四實施例，其包括圖3的磁致伸縮的密度檢測器和圖9的磁致伸縮的密度檢測器；圖12示出根據本發明的第五實施例的磁致伸縮的密度檢測器；圖13是示出限定圖12的磁致伸縮的密度檢測器的操作原理的力的示意圖；圖14示出圖12的磁致伸縮的密度檢測器；圖15是圖12、16和17的磁致伸縮的密度檢測器的示意圖，示出檢測器中發現的磁排斥的原理；圖16是根據本發明的第六實施例的磁致伸縮的密度檢測器；圖17示出根據本發明的第七實施例的磁致伸縮的密度檢測器；圖18是示出用於不同燃料密度的圖12的密度檢測器的磁體之間的距離的代表性測量的圖表；和圖19示出結合根據本發明的磁致伸縮的密度檢測器的加燃料環境。本說明書和附圖中的附圖標記的重複使用意在代表本發明的相同或者類似的特徵或者元件。
具體實施例方式在下面提出的實施例給出使得本領域技術人員能夠實施本發明的必要信息，並示出實施本發明的最佳模式。在參照附圖閱讀下面的描述時，本領域技術人員將理解本發明的構思，並將認識到這些構思的應用並不特別地限於此。應當理解，這些構思和應用落在本公開和所附權利要求的範圍內。本發明的實施例提供測量燃料儲藏罐中的燃料密度燃料高度的燃料液位探針。示例性的燃料液位探針是磁致伸縮的探針，其具有插入儲藏罐中並相對於儲藏罐固定的探針軸。探針具有緊鄰探針軸的終端定位的參考磁體。水位浮子，典型地環形浮子，定位在探針軸上，並漂浮在水-燃料交界面的位置。水位磁體與水位浮子相關聯以使得燃料儲藏罐中的水位能夠被確定。燃料液位浮子，同樣通常為環形浮子，定位在探針軸上並漂浮在空氣-燃料交界面。燃料液位磁體與燃料液位浮子相關聯，以使得燃料儲藏箱中的燃料的液位能夠被確定。 水位和燃料液位浮子隨著流體(水和燃料)的各自的位置的變化沿著探針軸自由地上下移動。為了確定燃料儲藏箱中的燃料液位和水位，探針沿著探針軸內的磁致伸縮的纜線發送電流。在磁致伸縮的纜線中的電流與磁體相互作用，並在纜線中引起扭波反射，該反射通過探針中的傳感器檢出。信號產生和反射到達之間經歷的時間可以用於測量從傳感器到各磁體的距離。根據本發明，探針還適於確定燃料密度。探針可執行計算以獲得燃料密度， 或者可以報告它的測量結果到罐監測器或者其它的控制器以使得控制器可執行計算以確定燃料密度。其它的流體的密度也可以通過本發明的探針測量，本發明並不嚴格地限於用於加燃料環境。傳統的磁致伸縮的燃料液位探針10 (在此及後「探針」)的討論首先參照圖1在此進行。本發明的優選的實施例的討論在下面開始參照圖2之後。這樣，現參照圖1，探針10是磁致伸縮的探針，例如本發明的受讓人，也就是 125Powder Forest Drive，Simsbury，CT06070 的 Veeder-Root 公司，售賣的 MAG PROBE 磁致伸縮的探針。探針10部分地定位在燃料儲藏箱12中。具體地，探針包括延伸到燃料儲藏箱12中的探針軸14，而筒16定位在燃料儲藏箱12外。如所示的，筒16經由安裝件18附著到探針軸14。但是，取決於應用，安裝件可以使用或者不使用。筒16包括電子設備19， 其使得探針10能夠操作，如下面進一步解釋的。在使用中，大多數燃料儲藏罐，例如燃料儲藏箱12，具有少量的水在那裡。這些水集中在燃料儲藏箱12的底部，形成水-燃料交界面34。燃料位於水的頂部，並在燃料儲藏箱12的上部空間35具有空氣-燃料交界面36。探針軸14延伸通過分界面34和36 二者。 探針軸14具有緊鄰探針軸14的終端洲定位在距離終端觀固定的已知距離的參考磁體38。 參考磁體38可以如傳統地定位在探針軸14內部，或者定位在在探針軸14的末端上滑動的靴(未示出)外部。水位浮子40，典型地環形浮子，定位在探針軸14上，並漂浮在水-燃料交界面34的位置。水位磁體42與水位浮子40相關聯，以使得燃料儲藏箱12中的水的液位能夠被確定。燃料液位浮子44，同樣通常為環形浮子，定位在探針軸14上並漂浮在空氣-燃料交界面36處。燃料液位磁體46與燃料液位浮子44相關聯，以使得燃料儲藏箱12中的燃料的液位能夠被確定。應當認識到，隨著流體(水和燃料)的各自液位變化浮子40和44 可沿著探針軸14上下自由移動。同樣地，浮子40和44的浮力通過它們將漂浮所在的流體確定。這樣的參數是傳統的，並且本領域技術人員能夠易於理解。但是，感興趣的閱讀者可以參考 Veeder-Root 公布的 MAG 1&2 PLUS ！ PROBES ASSEMBLY GUIDE，其可以在 http:// www, veeder. com/page/searchhtml ？ keywords = mag+probe 在線獲得。ASSEMBLY GUIDE 在此通過參考全文引入。
為了確定燃料儲藏箱12內的燃料液位和水位，探針10通過定位在筒16中的電子設備19內的電流源產生電流，並發送電流到探針軸14中的磁致伸縮的纜線48。然後，探針 10檢測分別由浮子40和44的磁體42和46以及參考磁體38引起的扭波反射。扭波反射通過檢測器例如電子設備19的傳感線圈(為清楚示出)檢測。到達檢測器的第一反射是來自與燃料液位浮子44相關聯的燃料液位磁體的反射。到達檢測器的第二反射是來自與水位浮子40相關聯的水位磁體42的反射。第三反射從參考磁體38到達。因為磁致伸縮的纜線48中的扭波的速度是已知的(典型地大約 3000m/s)，所以可以計算檢測器和引起扭波的磁體之間的距離。這樣，檢測器測量在產生脈衝和每個扭波反射到達之間過去的時間。如果從檢測器到特定磁體的距離是已知的，確定燃料儲藏罐12內的特定磁體的液位將是熟知的技術。或者，扭波到達時間的差異用於測量液位磁體和參考磁體38之間的距離。也就是，從底部30到參考磁體38的距離(參考磁體的高度)是已知的。通過測量扭波從例如水位磁體42和參考磁體38到達之間的時間差，兩磁體38和42之間的距離可以確定。具體地，扭波的速度乘以時間，得到距離該距離被加到參考磁體的高度，由該計算，水位磁體 42的高度被確定。相似的計算可以用於燃料液位磁體46。換言之，磁體相對於燃料儲藏箱 12底部的高度是可確定的。探針10向罐監測器88報告所測量的反射，所述罐監測器例如為Veeder-Root公司製造和售賣的TLS-350R。罐監測器88使用來自探針10的數據，具體地說，測量到的反射，來確定液位，從而確定燃料儲藏箱12內的燃料的體積。例如，罐監測器88可從燃料液位高度確定燃料儲藏箱內的燃料的體積，如通過燃料液位浮子44確定的(以及如通過第一反射測量的或者其與參考磁體38的反射的關係)。由此高度，傳統的罐每單位高度的貯量算法以及其它的傳統技術可以被應用，如本領域很好地理解的，以將燃料液位轉換為燃料儲藏箱12內的燃料體積。關於磁致伸縮的燃料液位探針的操作的更多消息，感興趣的讀者可以參照美國專利No. 5，076，100，該專利在此通過參考被全文引入。現參照圖2-4，用於確定在燃料的表面層處的燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器 31被示出。磁致伸縮的密度檢測器31包括燃料液位浮子44和密度浮子51，並可以與例如圖1所示的磁致伸縮的探針10 —起使用。燃料液位浮子44包括壓艙物45、燃料液位磁體 46、平衡唇狀件47、排斥磁體49和主體61。在所示實施例中，排斥磁體49加到現有的磁致伸縮的探針10的燃料液位浮子44，如前面討論的。排斥磁體49在所示實施例中提供，因為燃料液位磁體46定位在燃料水平浮子44的上部，從而限定它與密度浮子相互作用的能力， 如在下面更詳細地討論的。平衡唇狀件47保證燃料液位浮子44隨著罐內燃料液位36變化沿著探針軸14豎直地自由移動。密度浮子51包括密度磁體53、平衡唇狀件57、壓艙物55和主體59。密度磁體53 定位在密度浮子51上以使得在燃料液位浮子44的排斥磁體49和密度浮子51的密度磁體 53之間存在足夠的磁排斥力。類似於燃料液位浮子44的平衡唇狀件47，平衡唇狀件57保證密度浮子51隨著燃料的燃料液位36和密度變化而沿著探針軸14自由移動。同樣類似於燃料液位浮子44，壓艙物55被提供並可以根據需要變化，以使得密度浮子51的浮力可以根據需要調節，如通過它將漂浮所在的流體確定的。此外參照圖5，通過磁致伸縮的密度檢測器31的燃料密度的確定是基於定位在燃料液位浮子44上的排斥磁體49和定位在密度浮子51上的密度磁體53之間的磁排斥力的作用結果(effect)。簡言之，在排斥磁體49和密度磁體53之間產生的磁排斥力將影響密度浮子51相對於燃料液位浮子44的位置，更具體地，沿著探針軸14的磁致伸縮的纜線48 密度磁體53相對於排斥磁體49的位置。對於磁致伸縮的密度檢測器31的表面層，密度浮子51被校準以使得它比期望檢測密度變化的流體中的燃料液位浮子44的浮力更小。並且，密度浮子51優選地比燃料液位浮子44質量更輕以使得密度浮子51沿著探針軸14的位置將隨著燃料密度變化而變化， 但是燃料液位浮子44的位置將相對不受影響。如此，燃料液位浮子44和密度浮子51設計為以使得密度浮子51最受排斥磁體49和密度磁體53之間存在的磁性排斥力的影響。但是，注意到，密度浮子51的密度磁體53在燃料液位浮子44上施加向上的力。如此，調節在燃料液位浮子44上的壓艙物45的量是必要的，以為了保持期望的浮性大小，以及由此通過燃料液位磁體46測量的精確的燃料液位。如已知的，浮子布置在流體內的豎直位置將隨著流體的密度變化而改變。例如，隨著流體密度增加，浮子將升高，而隨著密度減少，浮子將在流體中更向下移動。如此，當燃料液位浮子44和密度浮子51放置在燃料中時，由於排斥磁體49和密度磁體53之間的磁排斥力，輕質量的密度浮子51將被燃料液位浮子44排斥，並且隨著燃料密度減少，密度浮子 51將更深地下沉到燃料中。密度磁體53將在燃料中沿著探針軸14移動向下移動直到磁體之間的排斥力不再能夠克服燃料施加在密度浮子51上的浮力。當抵抗力被抵消並且密度浮子51達到平衡時，它浮在相對於探針軸14以及因此相對於磁致伸縮的纜線48恆定的位置。當在已知密度的流體中處於平衡狀態時排斥磁體49和密度磁體53分離開的距離是磁性排斥力的對數函數。如此，利用前面討論的如圖1所示的磁致伸縮的探針10，排斥磁體49和密度磁體53之間的分隔距離可以被確定，可以被推導出公式以確定在燃料表面處的燃料密度。現參照圖6和7，用於確定表面層燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器31的替代實施例被示出。磁致伸縮的密度檢測器31類似於圖2-5所示的密度檢測器地操作，除了燃料液位磁體46還用作排斥磁體49之外。更具體地，與以前討論的實施例相反，燃料液位磁體 46定位在燃料液位浮子44的底部，以使得它布置在燃料內。如此，它緊鄰密度浮子51，因此通過密度磁體53產生足夠磁性排斥力以使得它提供關於圖2-5所示的密度檢測器31的實施例討論的排斥磁體49的功能性。除了該差異之外，磁致伸縮的密度檢測器31的本實施例幾乎與以前討論的實施例的功能相同。如此，如圖2-5所示的磁致伸縮的密度檢測器 31的以前的描述應用到本實施例，並且在此不再重複。現參照圖8和9，用於確定燃料內的水層34處的燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器33被示出。磁致伸縮的密度檢測器33包括水位浮子40和密度浮子51，並與如圖1所示的磁致伸縮的探針10組合使用。水位浮子40包括壓艙物41、水位磁體42、平衡唇狀件47 和主體61。平衡唇狀件47保證水位浮子40隨著罐內的水-燃料交界面34變化而沿著探針軸14自由移動。密度浮子51包括密度磁體53、平衡唇狀件57、壓艙物55和主體59。密度磁體53 定位在密度浮子51上以使得水位浮子40的排斥磁體42和密度浮子51的密度磁體53之間存在足夠的磁排斥力。類似於水位浮子40的平衡唇狀件47，平衡唇狀件57保證密度浮子51隨著水位34和燃料的密度變化而沿著探針軸14自由移動。同樣類似於水位浮子40， 壓艙物陽被提供並可以根據需要變化，以使得密度浮子51的浮力可以根據需要調節，如通過它將漂浮所在的流體確定的。此外參照圖10，通過磁致伸縮的密度檢測器33的燃料密度的確定是基於定位在水位浮子40上的水位磁體42 (還用作排斥磁體)和定位在密度浮子51上的密度磁體53 之間的磁排斥力的作用結果。簡言之，水位磁體42和密度磁體53之間產生的磁排斥力將影響密度浮子51相對於水位浮子40的位置，更具體地，沿著探針軸14的磁致伸縮的纜線 48密度磁體53相對於水位磁體42的位置。對於水層磁致伸縮的密度檢測器33，密度浮子51被校準以使得它比水位浮子40 在期望檢測密度變化的流體中的浮力更大。並且，密度浮子51優選地比水位浮子40的質量更小，以使得密度浮子51沿著探針軸14的位置將隨著燃料密度變化而變化，但是水位浮子40的位置將相對不受影響。如此，水位浮子40和密度浮子51設計為以使得密度浮子51 最受水位磁體42和密度磁體53之間存在的磁性排斥力的影響。但是，注意到，密度浮子51 的密度磁體53將施加向下的力在水位浮子40上。如此，在水位浮子40上的調節壓艙物41 的量是必要的，以為了保持期望的浮力大小，以及通過水位磁體42測量的精確的水位。如已知的，浮子布置在流體內的豎直位置將隨著流體的密度變化而改變。例如，隨著流體密度增加，浮子將升高，而隨著密度減少，浮子將在流體中更向下移動。如此，當水位浮子40和密度浮子51放置在燃料中時，由於水位磁體42和密度磁體53之間的磁排斥力， 輕質量的密度浮子51將被水位浮子40排斥，並且密度浮子51將在燃料中進一步升高。密度磁體53將在燃料中沿著探針軸14向上移動直到磁體之間的排斥力不再能夠克服它的重量施加在密度浮子51上的下沉力。當相反的力被抵消並且密度浮子51達到平衡時，它浮在相對於探針軸14以及因此相對於磁致伸縮的纜線48恆定的位置。當在已知密度的流體中處於平衡狀態時水位磁體42和密度磁體53分離開的距離是磁性排斥力的對數函數。如此，利用前面討論的如圖1所示的磁致伸縮的探針10，水位磁體42和密度磁體53之間的分隔距離可以被確定，並且可以推導出公式來確定在燃料表面處的燃料密度。現參照圖11，本發明的實施例被示出，其中如圖3所示的磁致伸縮的密度檢測器 31用於測量燃料表面層的燃料密度，如圖9所示的磁致伸縮的密度檢測器用於測量在水層處的燃料密度。該組合實施例的操作原理類似於前面的提及的密度檢測器31和33的討論， 因此，在此不再重複這些討論。現參照圖12-14，用於確定燃料表面層處的燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器31 的替代實施例被示出。磁致伸縮的密度檢測器31包括燃料液位浮子44和內部密度浮子 51，並優選地與如圖1所示的磁致伸縮的探針10組合使用。燃料液位浮子44包括平衡唇狀件47、主體61、上排斥磁體63和下排斥磁體65。如所示的，上和下排斥磁體63和65定位在燃料液位浮子44的框架的限定部分上以使得內部密度浮子布置在排斥磁體63和65 之間。平衡唇狀件47保證燃料液位浮子44隨著在罐內燃料液位36變化沿著探針軸14自由移動。如所示，密度浮子51包括密度磁體53、平衡唇狀件57和主體59。類似於燃料液位浮子44的平衡唇狀件47，平衡唇狀件57保證密度浮子51隨著燃料液位36和燃料密度變化而沿著探針軸14自由移動。
如在圖15中最好地示出，不同於以前討論的表面層磁致伸縮的密度檢測器，本實施例的密度浮子51在向上和向下方向都受到磁性排斥力，這是因為這樣的事實，S卩，密度浮子51分別定位在上和下排斥磁體63和65之間。此外參照圖13，因為密度浮子51的質量和體積是預定固定的值，力平衡可以被推導以預測磁致伸縮的密度檢測器31被浸沒其中的燃料的密度。更具體地，力平衡方程式是FM1-FM2+FB-FW = 0其中，FMl是在下排斥磁體65和密度磁體53之間產生的磁排斥力；FM2是在上排斥磁體63和密度磁體53之間產生的磁排斥力；FB是通過密度浮子的浮力產生的向上力； 以及FW是通過密度浮子51的重量產生的向下力。當燃料液位浮子44和密度浮子51在燃料中實現平衡時，這些力的和等於0。現參照圖18，示出針對燃料密度的變化，密度磁體53分別和上下排斥磁體63和 65之間的距離的示例性圖表被示出。為了利用磁致伸縮的密度檢測器31確定燃料密度測量值，排斥磁體63和密度磁體53之間的距離(圖表上的曲線81)和下排斥磁體65和密度磁體53之間的距離(圖表上的曲線83)被測量。這兩個距離利用前面關於如圖1所示的磁致伸縮的探針10的方法和算法進行測量。注意到，如將期望的，圖表示出隨著燃料密度變大，密度浮子51相對於燃料液位浮子44升高，從上排斥磁體63到密度磁體53的距離隨著從下排斥磁體65到密度磁體53的距離增大而減小。反過來的情形被示出，用於當燃料密度下降時。密度浮子51的位移和燃料的密度之間的關係取決於四個因素上排斥磁體63和下排斥磁體65之間的固定距離；密度浮子51的材料密度；密度浮子51的體積；以及使用的磁體的強度。更具體地，上排斥磁體63和下排斥磁體65之間的距離越大，燃料密度測量將具有更高的解析度。但是，上下排斥磁體63和65之間的距離太大會不利地影響測量罐中低的燃料液位的能力，因為分開的越遠，燃料液位浮子44的長度越大。接著，密度浮子51 的密度確定密度檢測器31可以測量的燃料密度的範圍的中心。優選地，密度浮子51的密度通過待測量的燃料的平均密度確定。接著，密度浮子51的體積是重要的，因為浮子越小， 能夠測量的密度範圍越大。但是，越大的密度浮子給予更穩定的測量。最後，用於密度檢測器31的磁性越強，可測量密度範圍變得越大，系統變得更穩定。通過改變這四個因素，磁致伸縮的密度檢測器31可以設計為覆蓋用於給定流體的期望的密度範圍。現參照圖16，用於確定在燃料的水層處的燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器33 的替代實施例被示出。磁致伸縮的密度檢測器33包括水位浮子40和內部密度浮子51，並優選地與如圖1所示的磁致伸縮的探針10組合使用。水位浮子40包括平衡唇狀件47、主體61、上排斥磁體63和下排斥磁體65。如所示的，上和下排斥磁體63和65定位在水位浮子40的框架的相對部分上，以使得內部密度浮子51布置在排斥磁體63和65之間。平衡唇狀件47保證水位浮子40隨著在罐內水位34變化而沿著探針軸14自由移動。如所示的，密度浮子51包括密度磁體53、平衡唇狀件57和主體59。類似於水位浮子40的平衡唇狀件47，平衡唇狀件57保證密度浮子51隨著燃料液位和燃料密度變化而沿著探針軸14自由移動。水位密度檢測器33的操作原理與以前關於如圖12所示的表面層密度檢測器31討論的那些相同。如此，在此不再重複那些討論。現參照圖17，用於確定在沿著磁致伸縮的探針10的期望位置處的燃料密度的磁致伸縮的密度檢測器71被示出。磁致伸縮的密度檢測器71包括框架73和內部密度浮子 51。框架73固定到磁致伸縮的探針10的探針軸14上的固定位置，並包括上排斥磁體63 和下排斥磁體65。如所示的，上下排斥磁體63和65定位在框架73的相對部分上，以使得內部密度浮子51布置在排斥磁體63和65之間。如此，密度浮子51的密度磁體53也定位在上下排斥磁體63和65之間。密度檢測器71分別和以前討論的如圖14和圖16所示的密度檢測器31和33之間在結構上的主要差異在於，上下排斥磁體63和65在固定位置固定到探針軸14，所述固定位置並不隨著罐內的燃料液位和水位變化而變化。如此，分別對如圖14和16所示的密度檢測器31和33的操作的以前的描述足以描述固定的密度檢測器71 的操作，因此在此不再贅述。該實施例是理想的，因為它可以用於跨過燃料深度檢測密度， 從而指示燃料分層及其他這樣的燃料特性。在所示實施例中，例如，多個檢測器71固定在沿著探針軸14間隔開的位置。圖19示出可以結合到本發明的加燃料環境90，其包括為了上述目的計算和/或傳達燃料儲藏罐12中的燃料密度的系統和裝置。具體地，加燃料環境90可包括中心建築物 92和多個加燃料島94。中心建築物92不必位於加燃料環境90中央，而是為加燃料環境90的焦點，並可以罩住在那裡的便利店96和/或快速服務飯店(QSR) 98。便利店96和快速服務飯店98 二者可以分別包括銷售點100，102。中心建築物92可進一步罩住現場控制器(SC) 104，其在示例性實施例中可以為由 7300W. Friendly Avenue, Greensboro, NC27410 的 Gilbarco 公司售賣的G-site 。現場控制器104可控制加燃料事務的授權以及其它易於理解的傳統的活動。現場控制器104可以結合到銷售點例如銷售點100中，如果需要或者期望的話。進一步地，現場控制器104可具有離場通信連結106，其允許遠程通信，便於信用卡/借記卡授權、內容提供、報告目的等，如需要或期望。離場通信連結106可以通過公共交換電話網絡 (PSTN)、網際網路、二者等進行，如需要或期望。多個加燃料島94可以具有定位在那上面的一個或多個燃料分配器108。燃料分配器108可以是例如Gilbarco公司售賣的ENCORE 分配器。燃料分配器108與現場控制器104通過LAN等進行通信。加燃料環境90具有適於保持燃料在其中的一個或多個燃料儲藏罐12。在典型裝置中，燃料儲藏罐12定位在地下，也可以稱作地下儲藏罐。進一步地，每個燃料儲藏罐12具有液位探針50，例如在此描述的那些。探針50報告為與其關聯的罐監測器(TM)88。到罐監測器88的報告可以通過基於纜線的系統例如乙太網LAN或者符合IEEE標準80211g等的無線系統進行，如需要或期望。罐監測器88可以與燃料分配器108通信(要麼通過現場控制器104或者直接進行，如需要或期望)以確定分配的燃料量，並比較分配的燃料和燃料儲藏罐12內的燃料的現有液位，如需要或期望。在典型裝置中，罐監測器88還定位在中心建築物92中。並可以接近現場控制器104。罐監測器88可與現場控制器104通信，並可進一步具有離場通信連結110，用於洩漏檢測報告、存貨報告等。非常類似於離場通信連結106，離場通信連結110可通過PSTN、 網際網路、二者等。如果現場通信連結110存在，離場通信連結106不需要存在，儘管可以存在兩個連結，如果需要或期望。如在此使用的，罐監測器88和現場控制器104是這樣程度的現場通信器，它們允許離場通信並報告現場數據到遠程位置。
本發明可通過將來自探針50的數據傳送到遠程位置而利用離場通信連結110。該數據應當優選地防止篡改，以使得現場操作員不能改變通過離場通信連結106或者110發送到遠程的數據。來自探針50的數據可以被提供給合作團體，從該團體現場操作員具有特許權、政府監測代理業務、獨立的監測代理業務等，如需要或者期望。一種防止篡改的方法是通過加密算法。幫助降低篡改可能性的替代技術是利用專門的離場通信連結112，其中探針50直接報告給從加燃料環境90移除的位置。以這種方式，加燃料環境90的操作者不必具有對專門的離場通信連結112的訪問權。對於加燃料環境90的元件如何相互作用的進一步的信息，可以參考美國專利 No. 5，956，259，該專利通過參考在此被全文引入。關於燃料分配器108的信息可以在美國專利No. 5，734,851和No. 6，052，629中發現，所述專利在此通過參考在此被全文引入。對於關於罐監測器88及其操作的更多的信息，可以參考美國專利No. 5，423，457、 No. 5，400，253、No. 5，319，545和No. 4，977，528，這些專利在此通過參考被全文引入。本領域技術人員將認識到，可以對本發明的優選實施例進行改進和修改。所有的這些改進和修改被認為是在在此公開的內容以及所附權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種用於包含第一流體的罐的液位探針，包括包括頂端和底端的探針軸；攜帶第一磁體的第一浮子，所述第一浮子可滑動地布置以便沿著所述探針軸運動，並適於漂浮在所述第一流體的頂部表面；攜帶第一磁體的第二浮子，所述第二浮子可滑動地布置以便沿著所述探針軸在所述第一浮子下方運動，並適於漂浮在所述第一流體內以使得在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間具有磁排斥；以及電子設備，用以確定所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的第一距離。
2.如權利要求1所述的液位探針，其中，所述電子設備還用於利用所述第一距離來確定與所述第一流體的頂部表面相鄰的第一流體的第一密度。
3.如權利要求1所述的液位探針，其中，所述第一浮子的浮力大於所述第二浮子的浮力。
4.如權利要求1所述的液位探針，其中，所述第一浮子的質量大於所述第二浮子的質量以使得所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的磁排斥在所述第二浮子上具有更大的影響。
5.如權利要求1所述的液位探針，進一步包括設置在沿著所述探針軸的預定位置的參考磁體和沿著所述探針軸的長度延伸的磁致伸縮的纜線。
6.如權利要求1所述的液位探針，其中，所述第一浮子進一步攜帶第二磁體，所述第二磁體定位得以使得所述第一浮子的所述第一磁體布置在所述第二磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間。
7.如權利要求6所述的液位探針，其中，所述第一浮子的所述第二磁體相對於所述探針軸的位置用於確定所述第一流體的所述頂部表面相對於所述探針軸的位置。
8.如權利要求1所述的液位探針，其中，所述第一流體是燃料，所述燃料的頂部表面包括空氣-燃料交界面。
9.如權利要求8所述的液位探針，進一步包括包括第一磁體的第三浮子，所述第三浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸運動，並適於漂浮在所述罐內的第二流體的頂部表面處，其中該第二流體密度大於所述燃料。
10.如權利要求9所述的液位探針，其中，所述第二流體包括水，所述水的頂部表面包括燃料-水交界面。
11.如權利要求9所述的液位探針，進一步包括攜帶第一磁體的第四浮子，所述第四浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第三浮子上方運動，並適於漂浮在所述燃料內，以使得在所述第三浮子的所述第一磁體和所述第四浮子的所述第一磁體之間具有磁排斥。
12.一種用於包含第一流體和第二流體的罐的液位探針，該第二流體與該第一流體在其間形成交界面，包括包括頂端和底端的探針軸；攜帶第一磁體的第一浮子，所述第一浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸運動，並適於漂浮在所述第一流體和所述第二流體的交界面處；攜帶第一磁體的第二浮子，該第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一浮子上方運動，並適於漂浮在所述第一流體內，以使得在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間具有磁排斥；和電子設備，用以確定所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的第一距離。
13.如權利要求12所述的液位探針，其中，所述電子設備還用以利用所述第一距離來確定與所述第一流體和所述第二流體之間的所述交界面相鄰的第一流體的第一密度。
14.如權利要求12所述的液位探針，其中，所述第二浮子的浮力大於所述第一浮子的浮力。
15.如權利要求12所述的液位探針，其中，所述第一浮子的質量大於所述第二浮子的質量，以使得所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的磁排斥在所述第二浮子上具有更大的影響。
16.如權利要求12所述的液位探針，進一步包括布置在沿著所述探針軸的預定位置處的參考磁體和沿著所述探針軸的長度延伸的磁致伸縮的纜線。
17.如權利要求12所述的液位探針，其中，所述第一浮子的所述第一磁體相對於所述探針軸的位置用於確定所述第一流體和所述第二流體之間的所述交界面的位置。
18.如權利要求12所述的液位探針，進一步包括攜帶第一磁體的第三浮子，所述第三浮子可滑動地布置在所述探針軸周圍，並適於漂浮在所述罐內的所述第一流體的所述頂部表面上。
19.如權利要求18所述的液位探針，其中，所述第一流體包括燃料，所述第二流體包括水，所述交界面進一步包括燃料-水交界面。
20.一種用於包含第一流體的罐的液位探針，包括包括頂端和底端的探針軸；攜帶第一磁體和第二磁體的第一浮子，所述第一浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸運動；攜帶第一磁體的第二浮子，該第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二磁體之間運動，並適於漂浮在所述第一流體內，以使得在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間以及所述第一浮子的所述第二磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間具有磁排斥；和電子設備，其適於基於所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間以及所述第一浮子的所述第二磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的間隔確定與所述第二浮子相鄰的第一流體的第一密度。
21.如權利要求20所述的液位探針，其中，所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間以及所述第一浮子的所述第二磁體和所述第二浮子的所述第一磁體之間的磁排斥在所述第二浮子上彼此相對地作用。
22.如權利要求20所述的液位探針，進一步包括布置在沿著所述探針軸的預定位置處的參考磁體和沿著所述探針軸的長度延伸的磁致伸縮的纜線。
23.如權利要求20所述的液位探針，其中，所述第一浮子適於漂浮在所述第一流體的頂部表面上，所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二磁體之一相對於所述探針軸的位置用於確定所述第一流體的所述頂部表面相對於所述探針軸的位置。
24.如權利要求20所述的液位探針，其中，所述第一浮子適於漂浮在罐內的第二流體的頂部表面上，所述第二流體密度大於所述第一流體以使得在所述第一流體和所述第二流體之間形成交界面。
25.如權利要求M所述的液位探針，其中，所述第一流體包括燃料，所述第二流體包括水，水的頂部表面包括燃料-水交界面。
26.如權利要求M所述的液位探針，其中，所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二磁體之一的位置用於確定所述第二流體的頂部表面相對於所述探針軸的位置。
27.一種用於包含第一流體的罐的液位探針，包括包括頂端和底端的探針軸；第一排斥磁體和第二排斥磁體，所述第一排斥磁體和所述第二排斥磁體布置在沿著所述探針軸的固定位置處；攜帶第一磁體的第一浮子，所述第一浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一排斥磁體和所述第二排斥磁體之間運動，並適於漂浮在所述第一流體內以使得在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第一排斥磁體之間以及在所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二排斥磁體之間具有磁排斥；和電子設備，用以至少確定所述第一排斥磁體和所述第二排斥磁體之一與所述第一浮子的所述第一磁體之間的第一距離。
28.如權利要求27所述的液位探針，其中，所述電子設備還用以至少部分地基於所述第一距離確定與所述第一浮子相鄰的第一流體的第一密度。
29.如權利要求27所述的液位探針，其中，所述第一浮子的所述第一磁體和所述第一排斥磁體之間的磁排斥與所述第一浮子的所述第一磁體和所述第二排斥磁體之間的磁排斥在所述第一浮子上彼此相對地作用。
30.如權利要求27所述的液位探針，其中，所述第一排斥磁體和所述第二排斥磁體布置在固定地連接到所述探針軸的第一框架上。
31.如權利要求30所述的液位探針，進一步包括在與所述第一框架間隔開的位置固定地連接到所述探針軸的第二框架；由所述第二框架攜帶的第三排斥磁體和第四排斥磁體，所述第三排斥磁體和所述第四排斥磁體布置在沿著所述探針軸的固定位置；和攜帶第一磁體的第二浮子，所述第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第三排斥磁體和所述第四排斥磁體之間運動，並適於漂浮在所述第一流體內，以使得在所述第二浮子的所述第一磁體和所述第三排斥磁體之間以及在所述第二浮子的所述第一磁體和所述第四排斥磁體之間具有磁排斥，其中所述電子設備至少確定所述第三排斥磁體和所述第四排斥磁體之一與所述第二浮子的所述第一磁體之間的第一距離。
32.如權利要求31所述的液位探針，其中，所述電子設備還用以至少部分地基於所述第三排斥磁體和所述第四排斥磁體之一與所述第二浮子的所述第一磁體之間的第一距離確定與所述第二浮子相鄰的所述第一流體的第二密度。
33.如權利要求27所述的液位探針，其中，所述電子設備還用以確定所述第一排斥磁體和所述第二排斥磁體的另一個與所述第一浮子的所述第一磁體之間的第二距離，所述第一距離和所述第二距離由所述電子設備利用以確定與所述第一浮子相鄰的所述第一流體的第一密度。
34.如權利要求31所述的液位探針，其中，所述電子設備還用以確定所述第三排斥磁體和所述第四排斥磁體的另一個和所述第二浮子的所述第一磁體之間的第二距離，所述第一距離和所述第二距離由所述電子設備利用以確定與所述第二浮子相鄰的的第一流體的第二密度。
35.一種用於確定流體流體密度的設備，包括第一磁體；攜帶第二磁體的浮子，該第二磁體定向為以使得在所述第一磁體和所述第二磁體之間具有磁排斥；限制所述浮子隨著流體密度變化向著和遠離所述第一磁體的運動的結構；以及電子設備，其用以利用所述第一和第二磁體之間的間隔確定流體密度。
36.如權利要求35所述的設備，其中，所述浮子是第二浮子，所述第一磁體由該第一浮子攜帶。
37.一種確定流體密度的方法，包括 提供包括頂端和底端的探針軸；提供第一浮子，該第一浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸運動並漂浮在所述流體的頂部表面處；提供第二浮子，該第二浮子可滑動地布置用於沿著所述探針軸在所述第一浮子下方運動，並適於漂浮在所述流體內；確定所述第一浮子相對於所述探針軸的第一位置； 確定所述第二浮子相對於所述探針軸的第二位置； 確定在所述第一位置和所述第二位置之間存在的第一距離；以及通過利用該第一距離確定與所述頂部表面相鄰的流體的第一密度。
38.一種通過液位探針確定分散在罐中的流體的密度，該液位探針包括探針軸、第一浮子和第二浮子，該方法包括確定所述第一浮子相對於所述探針軸的第一位置；確定所述第二浮子相對於所述探針軸的第二位置；確定所述第一位置和所述第二位置之間的第一距離；以及利用該第一距離以確定與所述第一浮子和所述第二浮子相鄰的流體的第一密度。
全文摘要
一種用於包含第一流體的罐的液位探針，包括探針軸；具有第一磁體的第一浮子，其可滑動地布置，用於沿著探針軸運動，並適於漂浮在第一流體的頂部表面上；具有第一磁體的第二浮子，其可滑動地布置，用於沿著探針軸在第一浮子下方運動，並適於漂浮在第一流體內；以及電子設備，其適於確定第一浮子的第一磁體和第二浮子的第一磁體之間的第一距離，該第一距離用於確定第一流體的第一密度。
文檔編號G01N9/00GK102341689SQ201080010566
公開日2012年2月1日 申請日期2010年1月6日 優先權日2009年1月6日
發明者A.普林斯蒂爾, J.泰西託爾 申請人:維德-魯特公司