專利名稱：液位計的制作方法
液位計
本發明涉及一種如本申請人的挪威專利申請No. 20054466所描述 的用于測定流體液位的設備，在此以參見的方式引入其內容。
所述設備包括通過雷達儀器進行流體液位測量的波屏和在一些實 施例中的底部部分。
本發明因此涉及一種測量容器內的流體液位的設備并通過示例進 行詳細地闡述，在示例中，流體是LNG (液化天然氣)，容器是位于船 上的槽罐，但是所述設備可用于任何其它的雷達測量系統，例如，陸 上LNG儲罐、石油產品罐、化學制品罐和液體營養罐。
傳統的液位計量雷達被槽罐的罐頂支撐。在雷達源和槽罐的底部 之間認定為存在特定距離(槽罐深度)。計量雷達測量罐空(就是雷 達源和流體表面之間的距離)，并且流體液位被計算為槽罐深度和測 得的罐空之間的差值。由于各種原因，這個方法的準確度不足以測量 深槽罐中的低液位。
根據ISO 13689，液位測量可與基準液位有關，基準液位是"參考 液位，在槽罐校準表中等于零液位，從該參考液位起測量液體深度" (IS0/CD 13689. 3 §3.6)。液體液位是"槽罐中的液體表面和基準液 位之間的距離，，(§3.7)。本發明解決為雷達測量建立固定參考位置 (在容器的頂部)的實際問題，所述固定參考位置可直接與槽罐基準 液位(在容器的底部)相關。罐頂的熱膨脹單獨具有影響槽罐深度(通 過改變雷達和底部之間的距離)大于影響CTS應用所需準確度的潛在 可能。固定雷達的罐頂的熱膨脹主要是由于在甲板上的太陽輻射，因 為槽罐的頂部與容器內的冷液化氣熱隔離。在現有技術的系統中沒有 考慮到這個現象。在LNG應用中，在用于為雷達穩定管的熱收縮校正 液位測量的方法中也有相當大的誤差源。
W0 2004/083791示出一種系統，其中產品的表面的液位被測量。 這個系統包括兩個液位計，笫一個布置在產品的表面上方，第二個布 置在容器的底部附近，從而在測量值低于預定值時測定產品液位。這 個器件嘗試提供準確的低液位測量，而且主要被包含在能夠測量較高 密度液體(即，在油罐底部的水)的液位的分層儲罐中。然而包含第
4二液位計具有以下缺點，即，在安裝階段的附加成本和復雜度，以及 在操作期間增大的故障危險，因為所述第二液位計會在極低的溫度下
浸沒在LNG儲罐中。
現有技術沒有提供任何用于在深槽罐中測量流體液位的令人滿意 的方法，因為用于槽罐底部的參考液位沒有以足夠精確的方式考慮高 度的變化。
本發明的一個目的是提供一種容器參考器件，其為相對于容器底 部的液位測量提供準確的參考信號。
本發明的另一個目的是在測量流體液位時考慮容器和/或測量系 統的熱膨脹/收縮。
本發明的另一個目的是提供一種容易緊固到容器的器件。
本發明的另一個目的是提供一種考慮穩定管的熱收縮/膨脹的器件。
本發明的另一個目的是提供一種方法優選直接測定流體內的波 傳播速度或電容率(介電常數)(即，不需要單獨的測量或操作者的 輸入值)，因此可由測得的時間延遲計算出雷達信號通過液相的傳送 距離。
通過一種測定容器內的流體液位的設備實現上述目的和其它目 的，所述設備包括雷達測量器件，雷達測量器件具有用于向流體表面 發送信號的天線和用于檢測回波信號的裝置，其特征在于所述設備 包括用于提供容器參考信號的器件。
在一個實施例中，雷達測量裝置包括穩定管和遮蔽器件。在這個 實施例的一個變形中，容器參考器件包括參考銷，其適合在穩定管內 大體上豎直的狹縫中滑動，并適合于容納在遮蔽裝置的開口內。在另 一個變形中，容器參考器件包括圓盤和支撐銷，其中，圓盤是參考標 記并支靠在支撐銷上。在另一個變形中，容器參考器件包括反射器， 遮蔽器件包括底部部分，從而反射器用于把從遮蔽器件的底部部分偏 轉的能量部分反射回穩定管內以延遲底部參考信號。在這個實施例的 變形中，反射器是位于遮蔽器件的上緣或壁上的套環，而在另一個變 形中，反射器是獨立的適合于提供關于偏置距離的靈活性的反射器。
在本發明的另一個實施例中，所述設備還包括測量波傳播速度的 裝置。在這個實施例的一個變形中，所迷裝置包括兩個適合在穩定管內大體上豎直的裂縫中滑動的銷，在另一個變形中，所述設備包括固 定標記。
本發明也包括一種通過雷達系統測量容器內的流體液位的方法，
包括向流體表面發送信號，其特征在于還包括檢測來自流體表面的
第一回波信號，檢測來自容器參考器件的第二信號，并且根據所迷第 一和笫二回波信號，優選根據這兩個信號之間的時間延遲以及根據波
傳播速度提供表示流體液位的信號。在一個實施例中，流體的特征性 質(且因此波傳播速度)是已知的，在另一個實施例中，流體的特征 性質是未知的，而且通過系統直接測量電容率或波傳播速度。
本發明也包括一種測定容器內的流體液位的系統，所述系統包括 雷達測量器件，雷達測量器件具有用于向流體表面發送信號的天線， 和用于檢測來自流體表面的第一回波信號的裝置，其特征在于，所述 設備還包括提供第二回波信號的容器參考器件；檢測所述第二信號 的裝置；以及根據所述第一和第二回波信號提供表示流體液位的信號 的裝置。
測量第 一和第二回波信號之間的時間延遲，從而通過時間延遲與 波傳播速度相乘并然后對實際容器底部和容器參考位置之間的距離進 行適當的校正以提供表示流體液位的信號。
在本發明的一個實施例中，參考器件連接到容器的底部。在另一 個實施例中，參考器件位于容器的底部上。在另一個實施例中，參考 器件連接到遮蔽器件，而在這個實施例的變形中，參考器件連接到遮 蔽器件的波屏。
為了清楚起見，本發明的不同特征被表示為不同的實施例，而且 本領域技術人員可以理解，能夠結合這些特征以使所述設備適于具體 的應用。
本發明還包括使用兩個或多個容器參考器件以提供兩個或多個回 波信號。也可以想到穩定管參考器件的使用，穩定管參考器件是連接 到穩定管并和容器參考器件一起跟蹤穩定管的運動的器件。
根據本發明，根據流體表面回波和實際或延遲/提前的底部回波之 間的時間延遲，使用底部回波或來自標記的回波測量或計算流體液位， 所述底部回波或來自標記的回波在與底部相距固定的或可計算的距離 處隨底部而變。這個特征可以與遮蔽器件相結合，所述遮蔽器件設置有如挪威專
利申請No. 20054466所描述的底部回波衰減器。使用標記回波允許以 比現有技術更高的準確度和更接近底部的方式對流體表面回波進行跟 蹤，所述標記回波相對于底部回波是提前的或延遲的(這由參考器件 的幾何結構控制)。
現在將通過附圖所示的示例對本發明進行描述，在附圖中
圖1示出本發明的第一實施例；
圖2示出本發明的第二實施例；
圖3示出本發明的第三實施例；
圖4示出圖3的實施例的變形；
圖5和6示出本發明的實施例，其允許測量流體性質。 圖1示出具有壁100和底部部分101的遮蔽器件13 (優選包括衰 減器)。底部部分101連接于槽罐的底部或位于槽罐的底部之上.壁 100配備有開口 102,開口 102適合于容納參考銷IO并且提供參考銷 IO和底部部分101之間的固定距離。因此在這個實施例中，根據本發 明的容器參考器件包括參考銷IO，其在雷達穩定管12內穿過并允許在 兩個在直徑方向上對置的狹縫11內滑動。參考銷10支靠在遮蔽器件 13的頂緣之上，并因此隨著所述遮蔽器件13的運動而動，從而隨槽罐 底部而動。結合容器的頂部部分的彎曲(罐頂的熱膨脹)，狹縫ll的 高度允許穩定管12的最大熱收縮。雷達被固定于穩定管并且連接于罐 頂或容器的頂部部分。由于這些現象，狹縫ll允許參考銷在高度上的 位移。狹縫11 一般是90-120mm，而且對于30m的深槽罐優選為100mm。 狹縫ll的寬度優選小于5mm以避免不必要的雷達信號的干擾。參考銷 10可例如由金屬或塑性材料制成，而且選擇標志使其易于檢測但又低 于液位回波(優選低于液位回波10-20dB),從而最小化與液位回波的 干涉。從遮蔽器件13的底部到參考銷10的距離優選大于20cm，并優 選大于25cm以在重要的底部區域中避免任何不必要的與液位回波的干 涉。
雷達信號會被流體表面和參考銷反射，而且在槽罐底部和參考銷 之間的距離是固定的且已知時，對這些信號的比較將提供對流體液位 的測量。
在圖2中，通過本發明的第二實施例實現相同的目的，其中，容器參考器件包括參考標記(圓盤14)，參考標記支靠在由塑料或其它 非金屬材料制成的支撐銷15上。支撐銷15被緊固到底部部分101，雷 達信號在該情況下將被圓盤14和流體表面反射.
在圖3所示的本發明的第三實施例中，容器參考器件包括位于遮 蔽器件13的上緣上的套環16。套環16也可在低于遮蔽器件的上緣的 較低水平面上位于遮蔽器件13的壁上，在該情況下，套環16將被設 計成壁上的環狀突出部。套環16設計成通過在容器底部101的第二反 射把雷達能量的適當部分反射回穩定管內。這個反射的強度應優選為 與液位回波具有相同的量級，但是因為所述反射相對于液位回波被延 遲，所以即使在低液體液位的情況下也能接受更強的信號而不破壞液 位測量的準確度。因此套環16用于把從遮蔽器件13的底部部分101 偏轉的能量部分反射回穩定管12內以延遲底部參考信號。由雷達發送 的信號于是在到達接收器之前通過三個反射步驟(由200標注的箭頭) 相對于直接的流體液位回波(流體表面回波)被延遲，因此即使流體 液位很低(接近槽罐的底部)，所述信號也不會與流體液位回波干涉。 然而，這個回波的延遲將取決于雷達和槽罐底部之間的距離，并因此 作為槽罐深度的測量標準。
在圖4中，通過本發明的第四實施例獲得與圖3中的實施例相同 的效果，其中，容器參考器件包括獨立的反射器17。這個實施例對于 偏置距離來說比圖3的實施例具有更大的靈活性。
如在No. 20054466中提到的，遮蔽器件13的底部部分101可以例 如是衰減器、偏轉器或四分之一波長的器件。
通過在底部部分之前(如圖1和2所示的實施例)或在底部部分 之后(如圖3和4所示的實施例，其中參考器件的回波的反射信號具 有比底部反射更長的路線)定位參考器件，標記回波將相對于底部回 波被提前或延遲，而且獲得接近于底部的高準確度。
圖3和4中的實施例是以來自底部部分的反射為基礎，因此雷達 能量的足夠的部分被四分之一波長或另外類型的偏轉器18朝反射器偏 轉。在這些實施例中，流體(液體)內的波傳播速度必須是已知的或 通過在槽罐的裝載/卸載期間由雷達差分地測得。也可以直接測得所述 波傳播速度(圖5和6)，例如，通過使用(圖5 )兩個穩定管參考銷 19、 20、 21、 22，所述參考銷分別如圖5和6所示是滑動的或處于已知的固定距離上。穩定管參考銷19、 20、 21、 22可被距離保持器201 分開，距離保持器201由不脹鋼制成，或者，如果所述距離保持器201 由并不隨溫度改變而變的材料制成，那么可利用已知的熱校正系數來 計算LNG內的實際距離。
圖6示出兩個固定標記21和22以及可移動的參考銷23 (隨底部 而變的標記，對應于圖1中的實施例)。參考銷23將與遮蔽器件13 (未示出)接觸。
在浸沒時，任何一對用于計算蒸汽(且因此罐空)內的波傳播速 度的反射器(如在Kongbergs Autroca^系統中使用的圓盤)可用于計 算LNG內的電容率，或者，可以使用如圖l-4所示實施例中描述的圓 盤、附加的參考銷和標記的任意組合，只要它們之間的距離是已知的。
如果波傳播速度(即電容率)被直接測得，那么就不需要有關LNG 內的各種碳氫化合物部分的先驗知識，而且對于所有的液位而不僅僅 是在液位處于底部區域時，可從以上所述的雷達測量計算出從雷達到 槽罐底部的距離。
權利要求
1.一種測定容器內的流體液位的設備，包括雷達測量器件，所述雷達測量器件具有用于向流體表面發送信號的天線和用于檢測回波信號的裝置，其特征在于所述設備包括用于提供容器參考信號的器件。
2. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于所述雷達測量器件 包括穩定管U2)和遮蔽器件(13)。
3. 根據權利要求2所述的設備，其特征在于容器參考器件包括 參考銷(10)，所述參考銷適合在穩定管(12)內的大體上豎直的狹 縫(11)中滑動，并適合于容納在遮蔽裝置(13)的開口 (102)內。
4. 根據權利要求2所述的設備，其特征在于容器參考器件包括 圓盤(14)和支撐銷(15)，其中，所述圓盤是參考標記并支靠在所 述支撐銷上。
5. 根據權利要求2所述的設備，其特征在于容器參考器件包括 反射器，并且所述遮蔽器件包括底部部分(101),從而所述反射器用 于把從所述遮蔽器件(13)的底部部分(101)偏轉的能量部分反射回 穩定管(12)內以延遲底部參考信號。
6. 根據權利要求5所述的設備，其特征在于所述反射器是位于 遮蔽器件(13)的上緣或壁(100)上的套環(16)。
7. 根據權利要求5所述的設備，其特征在于所述反射器是獨立 的適合于提供關于偏置距離的靈活性的反射器(17)。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于所述設 備還包括測量波傳播速度的裝置.
9. 根據權利要求8所述的設備，其特征在于所述裝置包括兩個 適合在穩定管(12)內的大體上豎直的裂縫中滑動的銷(19、 20)。
10. 根據權利要求8所述的設備，其特征在于所述設備包括固 定標記(21、 22)。
11. 一種通過雷達系統測量容器內的流體液位的方法，包括向流 體表面發送信號，其特征在于所述方法還包括-檢測來自流體表面的第 一 回波信號， -檢測來自容器參考器件的第二信號， -根據所述第一和第二回波信號提供表示流體液位的信號。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于所述方法包括比較用于所述第一和第二回波信號的特征參數。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特征在于根據所述第一和 第二信號之間的時間延遲且根據波傳播速度提供所述表示流體液位的 信號。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于提供流體的特征 性質并由此提供波傳播速度。
15. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于所述流體的特征性質是未知的，而且所述方法包括測量電容率或波傳播速度。
16. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于所述參考器件連 接到容器的底部，或者位于容器的底部之上，或者連接到遮蔽器件。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述參考器件連 接到所述遮蔽器件的波屏。
18. 測定容器內的流體液位的系統，包括雷達測量器件，所述雷 達測量器件具有用于向流體表面發送信號的天線，和用于檢測來自流 體表面的第一回波信號的裝置，其特征在于，所述設備包括-提供第二回波信號的容器參考器件； -檢測所述第二信號的裝置；以及-根據所述笫一和第二回波信號提供表示流體液位的信號的裝置。
19. 根據權利要求18所述的系統，其特征在于所述系統包括用 于比較所述第一和第二回波信號的裝置。
20. 根據前述權利要求17-18中任一項所述的系統，集成到雷達 液位計內，用于測定在槽罐的底部區域內的流體的波傳播速度或電容 率。
21. 集成到雷達液位計內的用于測定在槽罐的底部區域內的流體 的波傳播速度或電容率的系統，其特征在于所述系統包括根據權利 要求1-10所迷的設備。
22. 集成到雷達液位計內的用于測定在槽罐的底部區域內的流體 的波傳播速度或電容率的系統.
全文摘要
本發明涉及一種測定容器內的流體液位的設備，包括雷達測量器件，所述雷達測量器件具有用于向流體表面發送信號的天線和用于檢測回波信號的裝置，其特征在于所述設備包括用于提供容器參考信號的器件。本發明也包括一種用于測定容器內的流體液位的方法和系統。
文檔編號G01FGK101297182SQ200680039867
公開日2008年10月29日 申請日期2006年4月11日 優先權日2005年10月28日
發明者O·托默拉斯, O·詹森, O·馬爾莫 申請人:康斯伯格馬里蒂姆公司