專利名稱：雷達(dá)液面測量系統(tǒng)中的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)液面測量系統(tǒng)，特別是涉及一種當(dāng)容器中的液面接近容器底部時(shí)，改進(jìn)測量貯存在容器中液體的液面的準(zhǔn)確性的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)和測量方法。
背景技術(shù)：
雷達(dá)液面測量是現(xiàn)在普遍用來測量貯存在容器，如油罐中的液體的液面的裝置，其通過向液面發(fā)射微波信號(hào)，然后接收從液體表面反射的微波信號(hào)，從而可以確定液面。重要的是，當(dāng)液面接近底部時(shí)，使用者能夠得到準(zhǔn)確的讀數(shù)，并且還可以檢測容器何時(shí)變空。
一個(gè)問題是，特別當(dāng)液體具有低的介電常數(shù)的時(shí)候，反射信號(hào)的主要部分是從容器底部而不是液體的表面反射來的。這會(huì)產(chǎn)生失真信號(hào)，除非液體的充填液面高，因?yàn)橛傻撞糠瓷涞男盘?hào)被液體吸收。當(dāng)液體普遍地為低液面時(shí)，這個(gè)問題就會(huì)不斷增加。
另一個(gè)問題是在容器的底部區(qū)域，幾乎總有副產(chǎn)品層，例如水，其由于液體的分離、濃縮等而產(chǎn)生。而且，當(dāng)副產(chǎn)品的介電常數(shù)相對高的時(shí)候，副產(chǎn)品的界面將發(fā)出一個(gè)強(qiáng)于液體表面的反射信號(hào)。
因此，先前已知的雷達(dá)液面測量裝置在測量存儲(chǔ)液體的容器中接近容器底部的測量時(shí)就有局限了。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種測量存儲(chǔ)在容器中的產(chǎn)品的表面的水平以允許測量接近容器底部的液面并檢測容器何時(shí)為空的改進(jìn)的方法。
本發(fā)明的目的通過使用如下的測量方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括步驟通過安裝在產(chǎn)品表面上方的雷達(dá)液面測量裝置向產(chǎn)品表面發(fā)射微波信號(hào)；在所述雷達(dá)測量裝置中接收從產(chǎn)品表面反射的微波信號(hào)；基于接收的信號(hào)在計(jì)算單元中確定產(chǎn)品液面的測量值；比較該產(chǎn)品液面的測量值和預(yù)先設(shè)定的產(chǎn)品液面值；并在該測量值低于預(yù)定產(chǎn)品液面值時(shí)，使用安裝在容器底部的第二液面測量裝置來確定產(chǎn)品液面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的液面測量系統(tǒng)，用于測量存儲(chǔ)在容器中的產(chǎn)品的表面的液面，以允許測量接近容器底部的液面并檢測容器何時(shí)為空。
這個(gè)目的通過提供如下的用于測量存儲(chǔ)在容器中產(chǎn)品的液面的液面測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括安裝在產(chǎn)品上方的雷達(dá)液面測量裝置，該裝置向產(chǎn)品表面發(fā)射微波信號(hào)，并從產(chǎn)品表面接收反射的微波信號(hào)；計(jì)算單元，用來基于所接收的信號(hào)確定產(chǎn)品的液面的測量值；用來比較產(chǎn)品液面的測定值與預(yù)先設(shè)定的產(chǎn)品液面值的裝置；和，安裝在接近于容器底部的第二液面測量裝置，其用來測量當(dāng)測量值低于預(yù)先設(shè)定值時(shí)產(chǎn)品的液面。
本發(fā)明的其他目的和特征從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中將變得明顯。然而，應(yīng)當(dāng)明白，附圖目的僅是對本發(fā)明的說明而而已，并不是用來限制本發(fā)明的定義，對本發(fā)明的限制的參考應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求書來做出。更應(yīng)當(dāng)明白的是，附圖不必按照比例來畫出，除非另外說明，否則它們的目的僅僅是對在此描述結(jié)構(gòu)和步驟概念性的顯示。


在所有附圖中，相同的數(shù)字符號(hào)指示相同的單元。
圖1公開了安裝在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)中的容器的示意圖。
圖2顯示了根據(jù)圖1的容器的示意圖，其中，容器中的產(chǎn)品液面低于圖1中的產(chǎn)品液面。
圖3是顯示在容器為空時(shí)執(zhí)行的本發(fā)明的創(chuàng)造性方法的流程圖。
圖4是顯示在容器充滿時(shí)執(zhí)行的本發(fā)明的創(chuàng)造性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和圖2，通常指示為10的容器充滿了液體16，液體的高度或液面用雷達(dá)液面測定器14來確定。雷達(dá)液面測定器14優(yōu)選地安裝并密封在容器10上部的容器端口上并相對于其密封。雷達(dá)液面測定器14包括一個(gè)天線18，天線18向液體表面12發(fā)射微波，并接收來自液體表面12的反射微波信號(hào)，從而提供容器10中液體16的液面的指示。用于發(fā)射微波和接收反射微波信號(hào)的雷達(dá)液面測定器14是熟知的，在此僅示意性表示。
一個(gè)界面測定裝置20安裝成靠近容器10的底部。界面測定裝置20用于測定副產(chǎn)品22的液面高度或水平24，該液面高度例如因?yàn)橐后w16的分離或濃縮而升高。雷達(dá)測定裝置14和界面測定裝置20相互連接(沒有示出)。當(dāng)雷達(dá)液面測定器收到的反射信號(hào)質(zhì)量不好的時(shí)候或當(dāng)液體表面12的液面測定值達(dá)到預(yù)定值的時(shí)候，例如，當(dāng)液體的充填液面低的時(shí)候，像圖2表示的那樣，安裝雷達(dá)測定裝置用來指令界面測量裝置重新校準(zhǔn)并作為液面測量裝置而不是作為界面測量裝置來工作。在本文中，術(shù)語“測量值“是指以米為單位測量的液面的值，即，被測液面的高度。
預(yù)先設(shè)定值基于經(jīng)驗(yàn)，并被儲(chǔ)存在雷達(dá)液面測定器14中。當(dāng)液體16的充填液面低時(shí)，操作者從界面測定裝置20而不是從雷達(dá)液面測定器14得到有關(guān)液面的信息。這種測定裝置的改變對操作者來說是不可見的。或者，如果操作者需要，可以同時(shí)提供從這兩個(gè)液面測定器得到的液面信息。
界面測定裝置20通過使用空氣的介電常數(shù)為參考點(diǎn)(其值優(yōu)選地被儲(chǔ)存在界面測量裝置20中)，并通過使用有多少界面測量裝置20被浸入在液體中(由雷達(dá)液面測定器20提供的值)作為范圍校準(zhǔn)點(diǎn)，從而來校準(zhǔn)測量液體表面12的液面而不是在副產(chǎn)品22和液體16的之間的界面24。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，容器是裝有油的油罐。油，特別是原油，通常都會(huì)包含一些水，這些水將從原油中分離并聚集在油罐底部。為了能夠確定油罐中有多少水，一個(gè)水界面測量裝置安裝在油罐底部。本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施例中的水界面測量裝置是一個(gè)電容探測器。
電容探測器使用這樣一種關(guān)系，即電容改變和介電常數(shù)成正比。例如，一些介電常數(shù)的例子是空氣-1，油-4，乙醇-25，水-80。電容探測器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的，在本申請中不詳細(xì)討論。雷達(dá)液面測定器14和電容探測器20優(yōu)選地通過HART協(xié)議進(jìn)行通信。
通常，電容探測器知道產(chǎn)品的介電常數(shù)是必要的。當(dāng)產(chǎn)品是油水混合的情況時(shí)這會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)椴豢赡軓牟缓玫臏y量數(shù)據(jù)結(jié)果中得知介電常數(shù)。但是在本申請中，不需要提前知道介電常數(shù)。這是因?yàn)檫@樣一種事實(shí)，即，電容探測器通過由雷達(dá)液面測定器提供的范圍校準(zhǔn)點(diǎn)(探測器浸入到產(chǎn)品中的長度)來校準(zhǔn)，從而可以很容易地計(jì)算出液體的介電常數(shù)。
在本申請的該優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)容器10為空時(shí)測量容器10中所貯存液體16的液體表面12的步驟如圖3所示，如下1.雷達(dá)液面測定器14通過向液體平面12發(fā)射微波和接收來自液體表面12的反射微波來測定液體表面12的液面(步驟31)。
2.測量值X與儲(chǔ)存在雷達(dá)液面測定器14中的預(yù)定值Y比較(步驟32)。如果測量值X高于預(yù)定值Y，則雷達(dá)液面測定器14根據(jù)步驟31測量液體表面12的高度，直到測量值X等于或小于預(yù)定值Y。
3.當(dāng)測定值X等于或小于預(yù)定值Y時(shí)，雷達(dá)液面測定器14指令電容探測器20校準(zhǔn)測量液體表面12而不是水界面24(步驟33)。水界面測量裝置20通過使用空氣介電常數(shù)作為中性點(diǎn)(這個(gè)值優(yōu)選地儲(chǔ)存在電容探測器20中)，并通過使用有多少水界面探測器20被浸到液體中(由雷達(dá)液面測定器20提供的值)作為范圍校準(zhǔn)點(diǎn)，從而進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.電容探測器20測量液體表面12的液面(步驟34)，即，空氣和液體的界面，該測量過程是通過利用探測器20的電容改變與液體16的介電常數(shù)成正比的事實(shí)來實(shí)現(xiàn)的。
在本申請的該優(yōu)選實(shí)施方案中，當(dāng)容器10被充填時(shí)，如圖4所示的，測量容器10中液體16的液體表面12的液面的步驟如下1.電容探測器20測量液體表面12的液面(步驟41)，即，液體和空氣的交界面，該過程是通過應(yīng)用探測器20的電容改變與液體16的介電常數(shù)成正比的事實(shí)來實(shí)現(xiàn)的。
2.測量值X與儲(chǔ)存在雷達(dá)液面測定器14中的預(yù)定值Y比較(步驟42)。如果測定值X等于或小于預(yù)定值Y，則電容探測器20根據(jù)步驟41測量液體表面12的液面，直到測量值X高于預(yù)定值Y為止。
3.當(dāng)測量值X高于預(yù)定值Y時(shí)，雷達(dá)液面測定器14指令電容探測器20校準(zhǔn)測量水界面24，即水22和液體16的界面，而不是測量液體表面12的液面(步驟43)。電容探測器20通過使用用于水界面24測量的校準(zhǔn)點(diǎn)(中性點(diǎn)和范圍校準(zhǔn)點(diǎn))(這些點(diǎn)優(yōu)選地被制造商儲(chǔ)存在電容探測器20中)來進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.雷達(dá)液面測定器14通過向液體表面12發(fā)射微波并接收來自液體表面12的反射微波來測量液體表面12的液面(步驟44)。
因此，雖然由優(yōu)選實(shí)施例實(shí)施的本發(fā)明的新穎性特征被顯示和描述和指出，但是應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出所示的設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和形式以及他們的實(shí)施的各種形式的省略，代替和改變。例如，這些要素和/或方法的組合很明顯都在本發(fā)明范圍之內(nèi)，這些組合實(shí)質(zhì)上執(zhí)行了同樣的功能、使用了同樣方法并獲得了同樣的效果。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，任何本發(fā)明公開的形式和實(shí)施例中公開的結(jié)構(gòu)和/或要素和/或方法步驟都可以包含在任何其它公開或描述或建議的形式或?qū)嵤├凶鳛橐粋€(gè)設(shè)計(jì)的常規(guī)。因此，本發(fā)明僅被所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種測量存儲(chǔ)在容器中的產(chǎn)品的表面的液面的方法，包括如下步驟用安裝在產(chǎn)品表面上方的雷達(dá)液面測量器向產(chǎn)品表面發(fā)射微波信號(hào)；在所述雷達(dá)液面測量裝置中接收從產(chǎn)品表面反射的微波信號(hào)；基于接收的信號(hào)在計(jì)算單元中確定產(chǎn)品液面的測量值；比較產(chǎn)品液面測量值和產(chǎn)品液面的預(yù)定值；當(dāng)測量值低于或等于預(yù)定的產(chǎn)品液面值時(shí)，使用一個(gè)靠近容器底部安裝的第二液面測量器確定產(chǎn)品液面。
2.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)產(chǎn)品液面高于產(chǎn)品液面的預(yù)定值時(shí)，通過第二液面測量器測量容器中的產(chǎn)品和副產(chǎn)品之間的交界的液面的步驟。
3.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括使用產(chǎn)品的介電常數(shù)和空氣介電常數(shù)來確定產(chǎn)品液面的步驟。
4.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包含通過用于計(jì)算電容探測器周圍產(chǎn)品的介電常數(shù)的該電容探測器來確定產(chǎn)品液面的步驟。
5.如權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包含校準(zhǔn)電容探測器的步驟，該步驟通過以下完成利用空氣的介電常數(shù)作為中性點(diǎn)；由雷達(dá)液面測量器提供被浸入產(chǎn)品中的探測器長度的值；通過電容探測器計(jì)算介電常數(shù)的實(shí)際值；和使用所述計(jì)算的介電常數(shù)作為相應(yīng)于所述長度的范圍校準(zhǔn)點(diǎn)。
6.一種測量存儲(chǔ)在容器(10)中產(chǎn)品(16)的表面(12)的液面的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)，包括安裝在產(chǎn)品(16)的表面(12)上方的雷達(dá)液面測量裝置(14)，該雷達(dá)液面測量裝置(14)被設(shè)置成向產(chǎn)品表面(12)發(fā)射微波信號(hào)，并接收從產(chǎn)品表面(12)反射的微波信號(hào)；根據(jù)所接收的信號(hào)來確定產(chǎn)品液面的測量值的計(jì)算單元；用于比較產(chǎn)品液面的測量值與產(chǎn)品液面的預(yù)定值的裝置；靠近容器(10)底部安裝的第二液面測量裝置(20)，其被設(shè)置成當(dāng)測量值低于或等于產(chǎn)品液面預(yù)定值時(shí)確定產(chǎn)品液面。
7.如權(quán)利要求6的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)，其中，當(dāng)產(chǎn)品液面高于產(chǎn)品液面的預(yù)定值時(shí)，第二液面測量裝置(20)被設(shè)置成測量容器(10)中產(chǎn)品(16)和副產(chǎn)品(22)之間的交界(24)的液面。
8.如權(quán)利要求6的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)，其中，使用產(chǎn)品(16)的介電常數(shù)和空氣的介電常數(shù)來確定產(chǎn)品液面。
9.如權(quán)利要求7的雷達(dá)液面測量系統(tǒng)，其中，第二液面測量裝置是電容探測器(20)，其被設(shè)置用來確定產(chǎn)品的液面，通過把電容探測器(20)從被設(shè)置成測量容器(10)中產(chǎn)品(16)和副產(chǎn)品(22)之間的交界(24)校準(zhǔn)成被設(shè)置成測量產(chǎn)品液面來進(jìn)行所述確定，其中，作為空氣的介電常數(shù)的中性點(diǎn)，以及作為由雷達(dá)液面測量裝置提供的、對應(yīng)于探測器(20)浸入產(chǎn)品(16)的長度的值的計(jì)算的介電常數(shù)的范圍校準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)用于所述校準(zhǔn)步驟。
全文摘要
本申請涉及雷達(dá)測量液面系統(tǒng)領(lǐng)域，用于測量儲(chǔ)存在容器(10)中的產(chǎn)品(16)的表面(12)的液面。該測量系統(tǒng)包括安裝在產(chǎn)品(16)的表面(12)上方的雷達(dá)液面測量裝置(14)，其向產(chǎn)品表面(12)發(fā)射微波信號(hào)，并接收來自產(chǎn)品表面(12)的反射微波信號(hào)；根據(jù)接收的信號(hào)確定產(chǎn)品液面的計(jì)算單元；比較產(chǎn)品液面預(yù)定值和上述測量值的裝置；當(dāng)測定值在預(yù)定值以下的時(shí)候，靠近容器(10)底部安裝的第二液面測量裝置(20)確定產(chǎn)品液面。
文檔編號(hào)G01FGK1761858SQ200480007697
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者萊納特·哈格 申請人:Saab羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司