BR112013033869B1

BR112013033869B1 - método para determinar a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases de material dentro de um recipiente, e, aparelho para medir a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases dentro de um recipiente

Info

Publication number: BR112013033869B1
Application number: BR112013033869A
Authority: BR
Inventors: Ramon Sanchez Galicia Edgar; James Kenneth; John Roe Stephen
Original assignee: Johnson Matthey Plc
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2020-04-14
Also published as: CN103765172B; WO2013005011A1; GB2492486B; EP2726828B1; GB201211611D0; CA2840661C; CA2840661A1; US20140136127A1; AU2012280030A1; AU2012280030B2; EP2726828A1; GB201111211D0; US9891091B2; BR112013033869A2; CN103765172A; EA201490196A1; EA027127B1; GB2492486A

Abstract

método para determinar a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases de material dentro de um recipiente, e, aparelho para medir a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases dentro de um recipiente a invenção se refere a um método e um aparelho para determinar a localização de um limite de fase tal como um nível de enchimento, em um recipiente. o método compreende as etapas de prover pelo menos uma fonte de radiação capaz de emitir radiação através de uma porção do interior do recipiente, prover uma pluralidade de detectores de radiação, cada detector sendo capaz de detectar, dentro de uma parte da dita faixa de medição, radiação emitida pela fonte e prover um meio de processamento de dados para o cálculo da posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores, distinguido pelo fato de que o meio de processamento de dados calcula a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores (i) em uma primeira etapa, através da determinação dentro de estágio de detector o qual o limite de fase está localizado e então (ii) em uma segunda etapa, através da determinação da posição do limite da fase dentro de estágio de detector determinado em (i).

Description

“MÉTODO PARA DETERMINAR A LOCALIZAÇÃO DENTRO DE UMA FAIXA DE MEDIÇÃO DE UM LIMITE ENTRE DUAS FASES DE MATERIAL DENTRO DE UM RECIPIENTE, E, APARELHO PARA MEDIR A LOCALIZAÇÃO DENTRO DE UMA FAIXA DE MEDIÇÃO DE UM LIMITE ENTRE DUAS FASES DENTRO DE UM RECIPIENTE” [0001] A presente invenção se refere a um método para a medição de um nível de conteúdos dentro de um recipiente ou um recipiente e um aparelho o qual é adaptado para ser útil na realização do método inventivo. Em particular o método é um método para medir um nível, especialmente de um fluido, dentro de um recipiente através da medição da radiação emitida por uma fonte de radiação e detectada por um detector de radiação após ele ter passado através de uma porção do recipiente no qual os conteúdos podem estar presentes.

[0002] A medição de um nível em um recipiente por meio da radiação é bem conhecida e bastante aplicada por muitos anos. Por exemplo, US-A3654458 descreve a detecção e o controle de um nível de líquido em um recipiente submarino usando uma fonte de radiação ionizante e uma pluralidade de detectores.

[0003] Existe uma necessidade por sistemas de medição de nível melhorados que proveem vantagens sobre o aparelho e os métodos da técnica anterior.

[0004] De acordo com a invenção nós provemos um método de determinação da localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases dentro de um recipiente, cada fase tendo diferentes características de atenuação de radiação, compreendendo as etapas de:

[0005] (a) prover pelo menos uma fonte de radiação capaz de emitir radiação através de uma porção do interior do recipiente, [0006] (b) prover uma pluralidade de detectores de radiação, cada detector sendo capaz de detectar, dentro de uma parte da dita faixa de

2/17 medição, radiação emitida pela fonte, [0007] (c) prover um meio de processamento de dados para o cálculo da posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores;

[0008] distinguido pelo fato de que o meio de processamento de dados calcula a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores [0009] (i) através da determinação dentro de estágio de detector o qual o limite de fase está localizado e então [00010] (ii) através da determinação da posição do limite da fase dentro de estágio de detector determinado em (i).

[00011] O método determina de maneira precisa à posição do limite de fase quando depósitos acumulados na parede do recipientes, quando a pressão varia ou quando espuma se desenvolve no espaço de vapor acima de um líquido. O método também oferece precisão melhorada sobre sistemas de medição de interface ou de nível convencionais da técnica anterior mesmo quando nenhuma espuma ou depósito estão presentes.

[00012] De acordo com um aspecto adicional da invenção nós provemos um aparelho para medir a posição dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases dentro de um recipiente, cada fase tendo diferentes características de atenuação de radiação, compreendendo as etapas de:

[00013] (a) fornecer pelo menos uma fonte de radiação capaz de emitir radiação através de uma porção do interior do recipiente, [00014] (b) fornecer uma pluralidade de detectores de radiação, cada detector sendo capaz de detectar, dentro de uma parte da dita faixa de medição, radiação emitida pela fonte, [00015] (c) fornecer um meio de processamento de dados para o cálculo da posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação / 17 detectada pelos detectores;

[00016] caracterizado pelo fato de que o meio de processamento de dados calcula a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores [00017] (i) através da determinação dentro de estágio de detector o qual o limite de fase está localizado e então [00018] (ii) através da determinação da posição do limite da fase dentro de estágio de detector determinado em (i).

[00019] As características de atenuação de radiação das fases presentes no recipiente entre o qual o limite é desejado de estar localizado são diferentes. Isto quer dizer que a radiação a partir da fonte transmitida para um detector através de uma das fases é menos do que a radiação a partir da fonte transmitida para um detector a mesma distância através da outra de uma das fases. Deste modo a quantidade de material de cada fase entre a fonte e o detector (ou cada detector) afeta a transmissão de radiação através do material a granel. Uma comparação da radiação transmitida detectada portanto permite mudanças na densidade do meio a ser medido de forma que o limite de fase pode ser localizado.

[00020] Em um sistema de medição de nível convencional da técnica anterior, uma fonte de radiação é arranjada para emitir radiação através do interior de um recipiente para um ou mais detectores arranjados ao longo de um caminho que forma a faixa de medição do sistema de medição de nível. Quando, por exemplo, o recipiente contém um líquido e um gás de espaço aéreo, um ou mais dos detectores pode estar abaixo do nível do líquido e um ou mais detectores podem ser localizados acima do nível do líquido, isto é, dentro do espaço aéreo. Em muitos sistemas da técnica anterior, um único detector alongado na forma de um comprimento de material cintilante é usado, tal que parte do cintilador está acima do nível do líquido e parte abaixo. A radiação é atenuada pelo meio através do qual ele viaja de forma

4/ 17 que menos do que 100% da radiação emitida pela fonte é detectada pelos detectores. A quantidade de radiação emitida pela fonte a qual é detectada por um detector após a transmissão através de um meio é proporcional à densidade e a quantidade do meio através do qual ele viaja. O nível de um líquido dentro de um recipiente, por exemplo, portanto é medido convencionalmente medido através da determinação da quantidade total de radiação emitida pela fonte e detectada pelos detectores e identificando uma alteração na radiação detectada total enquanto o nível de líquido muda. Um nível de líquido relativamente baixo provê no geral um meio menos denso para transmissão de radiação e, portanto relativamente mais radiação é detectada do que quando o nível do líquido está mais alto. Em instrumentos de medição de nível convencionais da técnica anterior, a taxa de contagem integrada total a partir do sistema de detector completo é usado para calcular o nível. Qualquer redução na taxa de contagem, causada, por exemplo, pela deposição de sólidos na parede dos recipientes, alterações de pressão ou o desenvolvimento de espuma no espaço de vapor, irá levar a uma medição de nível erroneamente alta. Uma vantagem do método e do aparelho descritos aqui é que eles permitem a medição de nível acurada apesar do acúmulo de depósitos ou do desenvolvimento de espuma no espaço de vapor. Uma segunda vantagem da invenção é que ela permite a precisão de medição melhorada mesmo quando nenhuma espuma ou depósito estão presentes. Esta segunda vantagem surge já que erros de medição causados pelo efeito de flutuações estatisticamente previsíveis naturais na taxa de contagem são reduzidos quando comparados com aqueles produzidos por sistemas da técnica anterior.

[00021] A faixa de medição é a extensão do recipiente dentro do qual o limite de fase pode ser detectado pelo método e pelo aparelho. O aparelho normalmente é projetado para ter uma faixa de medição que cobre a variação esperada na localização do limite da fase. Geralmente esta cobre a maioria ou

5/17 toda a altura prática do recipiente apesar de em algumas aplicações a faixa de medição poder ser projetada para ser menor quando o limite de fase de enchimento do recipiente não é esperado para variar muito. A parte da faixa de medição sobre a qual cada detector é capaz de detectar radiação será referida como o estágio de detector. Tomado junto, os estágios de detector cobrem toda a faixa de medição. Os estágios de detector de detectores adjacentes são preferivelmente arranjados para serem contíguos. A faixa de medição normalmente se estende ao longo de uma parte do recipiente que cobre a altura sobre a qual o nível é esperado de variar. Os detectores podem ser imersos nos conteúdos do recipiente diretamente, mas estão preferivelmente localizados fora do recipiente ou dentro de um tubo de imersão, câmara ou alojamento protetor posicionados dentro do recipiente. Quando os detectores estão localizados fora do recipiente, eles usualmente são adjacentes a ou montados na parede do recipiente. Os detectores são orientados de forma que eles detectam radiação a partir da fonte. Os detectores podem ser blindados de radiação que chega a partir de uma direção diferente da radiação da fonte.

[00022] O método e o aparelho da invenção são particularmente úteis para determinar a localização em um recipiente de um limite de fase entre duas fases de fluido apesar de sua aplicação a recipientes contendo fases sólidas não ser excluída. Uma vasta aplicação para tal aparelho é a determinação de um nível de líquido em um recipiente contendo um líquido e uma fase gasosa (que pode ser, por exemplo, ar, um vácuo ou um vapor de espaço aéreo). O limite de fase determinado pelo método da invenção então é o nível do líquido. O recipiente altemativamente pode conter mais do que uma fase líquida, por exemplo, uma fase orgânica e uma aquosa, tal como óleo e água.

[00023] Em uma forma preferida a radiação compreende radiação ionizante tal como raios-X ou, mais preferivelmente, raios gama.

6/17

Altemativamente micro-ondas, ondas de rádio, ou ondas de som podem ser usados. A radiação usada é selecionada pela transparência para a radiação do recipiente e/ou seus conteúdos (isto é, o coeficiente de atenuação do meio) e a disponibilidade de fontes e detectores adequados. A radiação a partir do espectro próximo do visível ou visível pode ser usada mas seu uso pode ser bastante limitado. Para escanear grandes estruturas sólidas tais como recipientes de processo, radiação gama é bastante preferida. Fontes adequadas de gama incluem ⁶⁰Co e ³⁷Cs, ¹³³Ba, ²⁴‘Am, ²⁴Na e ¹⁸²Ta, no entanto qualquer isótopo que emite gama de energia de penetração suficiente pode ser usado, e muitos destes já são usados rotineiramente em dispositivos de medição de nível. Para uma instalação permanente, uma fonte de radioisótopo deve ser escolhida para ter uma meia-vida relativamente longa para conferir ao equipamento uma vida de serviço satisfatória. Usualmente, a meia-vida do radioisótopo usada será pelo menos 2, e desej ave Imente pelo menos 10 anos. As meias-vidas dos radioisótopos mencionados acima são: ¹³⁷Cs gama ca. 30 anos, Ba ca. 10 anos e Am ca. 430 anos. Fontes adequadas em geral emitem radiação em energias entre cerca de 40 e 1500 keV e detectores adequados podem detectar tal radiação com sensibilidade suficiente que a radiação detectada varia de acordo com a densidade do meio de transmissão. [00024] Uma ou mais das fontes podem ser usadas no método e aparelho de medição de nível. Normalmente o número de fontes usado é não mais do que 10 e preferivelmente é de a partir de 1 a 4. Cada fonte pode emitir um feixe de radiação para mais do que um detector, em geral a partir de 4 até 10 detectores, mas a partir de 2 até 40 detectores podem ser usados, dependendo do tamanho / área de detecção de cada detector e a resolução necessária do aparelho.

[00025] Os detectores particulares usados no aparelho e no método não são críticos em si apesar de na prática dispositivos compactos usualmente serão escolhidos. Os detectores podem ser energizados eletricamente, por / 17 exemplo, tubos de Geiger-Muller (GM) ou detectores cintilantes ligados com detectores de foto tais como fotomultiplicadores ou fotodiodos, ou desenergizados como em dispositivos de cintilaçào simples. Dentre os detectores energizados eletricamente, tubos de GM são preferidos, já que eles são robustos eletricamente e termicamente e são disponíveis em formas mecanicamente robustas. Dentre detectores não energizados, detectores cintilantes ligados a contadores por ligações de fibra óptica (opcionalmente com um detector de luz tal como um fotomultiplicador ou fotodiodo fora do recipiente para o meio sob teste) são particularmente úteis. Quando detectores energizados de maneira elétrica são usados e especialmente quando o aparelho é usado em um ambiente de risco de explosão ou de combustão, é desejável que a energia elétrica total e a energia associada com os detectores é suficientemente baixa como não sendo uma fonte de ignição significativa no evento de falha do sistema (resultando particularmente em contato direto entre materiais combustíveis ou explosivos e quaisquer componentes eletricamente vivos).

[00026] Os dispositivos de contagem para qualquer um destes detectores usualmente será eletrônico e cada detector será associado com um contador o qual usualmente será ligado ao processador de dados. Usualmente será prático prover um contador para cada detector, mas a multiplexação de contadores de divisão de tempo podem ser usados apesar de com um aumento resultante no tempo necessário para o cálculo e consequentemente um aumento no intervalo de tempo mínimo entre as medições.

[00027] O processador de dados pode ser qualquer processador comercial o qual é capaz de operar nos dados a partir dos contadores para produzir a informação necessária. O processador pode compreender um computador padrão ou pode ser um dispositivo dedicado o qual é instalado como uma parte do sistema de localização limite. O processador é ligado aos contadores de forma que os dados de contagem podem ser passados para o / 17 processador. A ligação pode ser com fios ou sem fios, dependendo das circunstâncias e requisitos do sistema. O processador é capaz de interrogar os contadores em intervalos de tempo predeterminados e para uma duração predeterminada e, portanto inclui um dispositivo de temporização. O processador calcula a taxa de contagem produzida por cada detector e suaviza os valores da taxa de contagem de acordo com uma constante de tempo Tc ou outro algoritmo de filtração. Tc é um parâmetro de calibração que geralmente é usado em aplicações nucleônicas. Algoritmos de suavização adequados são bem conhecidos na técnica de projeto de instrumento. Se uma taxa de contagem estacionária subitamente deve mudar por AQ então, após o tempo t ter passado, a alteração medida na taxa de contagem será

Ág(t)= Δβ ] e ^η ⁷ Para uma intensidade de radiação fixa, um detector irá produzir uma taxa de contagem suavizada Q que flutua por uma quantidade

Q

PQT_{C um} j_esvj_o p_ad_rão).

[00028] O processador também pode corrigir os valores de taxa de contagem suavizada para os efeitos de decaimento de fonte de acordo com a meia-vida do isótopo usado na aplicação.

[00029] O processador também está ligado a uma interface tal como um exibidor, um sistema de controle ou um alarme pelo qual informação que se refere à localização do limite de fase pode ser usada para controlar os parâmetros de processo de recipiente se necessário. O aparelho de processamento de dados adequado está bastante disponível e já conhecido e usado em sistemas de medição de nível convencionais. O perito pode prontamente selecionar um dispositivo apropriado. A seleção do aparelho de processamento de dados não forma uma parte da presente invenção apesar de a operação do aparelho fazer.

9/17 [00030] Os meios de processamento de dados estão adaptados para calcular a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores em um método de duas etapas, no qual, em uma primeira etapa, é determinado no qual o estágio de detector o limite de fase está localizado, e então, em uma segunda etapa, a posição do limite da fase dentro do estágio de detector relevante é calculado.

[00031] A primeira etapa preferivelmente é feita por comparação da taxa de contagem a partir de cada detector no momento da medição com a taxa de contagem detectada pelo mesmo detector quando ele está recém coberto, isto é quando o estágio de detector está recém cheio da fase mais densa e quando ele não está coberto, isto é quando o estágio de detector está vazio da fase mais densa e/ou cheio da fase menos densa. Se a taxa de contagem a partir de um particular estágio de detector é significativamente maior do que a taxa de contagem medida quando o mesmo detector está recém-coberto, então aquele estágio de detector é bastante provável de conter parte da fase menos densa e um limite de fase é provável de estar presente naquele estágio de detector. Em tal caso, todos os estágios de detector acima daquele estágio de detector também deve conter um ou mais fases menos densas. Portanto é preferido confirmar o estágio de detector contendo o limite de fase através da comparação da taxa de contagem a partir do estágio de detector mais alto adjacente com sua própria taxa de contagem recém-coberta. Em um método particularmente preferido, o estágio de detector no qual o limite de fase está localizado é determinado pelo processador de dados que realiza o seguinte método:

[00032] a) para cada detector n, onde n varia a partir de 1 a N e N é o número de detectores, adquirir a taxa de contagem de decaimento corrigido e suavizada atual Q_n

b) Calcular:

10/17 ^nf J2Q T , , .

^v para todos os n estágios [00033] onde Q_nf é a taxa de contagem quando a fase densa está apenas cobrindo o n-ésimo estágio, e Tc é a constante de tempo. X é um número que varia a partir de 0 a 5 que é escolhido dependendo da precisão e do tempo de resposta do sistema. X preferivelmente é 0, mas pode ser maior do que zero em aplicações onde a estabilidade do sistema é crítica.

c) Começando com o menor estágio (n = 1), estabelecer se:

^{Ν c} (Algoritmo A) [00034] d) Se o algoritmo A não é satisfeito, o incremento para n até o menor estágio p é alcançado onde o algoritmo A é satisfeito isto é:

_n -¾ [00035] O estágio p é o menor estágio no detector para o qual o algoritmo A é satisfeito. Nós dizemos que o limite de fase está contido no estágio de detector p. Se o algoritmo A não é satisfeito para todos os n a partir de 1 a N-l e a relação ^N 120 T ' ^c também não é satisfeita, então o limite de fase é assumido para estar acima do estágio de detector N.

[00036] Em um método alternativo, que provê robustez adicional, seguinte procedimento pode ser seguido:

[00037] a) para cada detector n, onde n varia a partir de 1 a N e N é número de detectores, adquire a taxa de contagem de decaimento corrigido suavizada corrente Q_n [00038] b) Calcular:

J20 T , , .

v c p_{ara toc}]_{os os n} estágios

11/17 [00039] onde Q_nf, Tc, X são como dados acima.

c) Começando com o menor estágio (n = 1), estabelecer se:

Q >Q 8.-1,^6...1,/ + A·' v ^r e ’ (Algoritmo B) [00040] d) Se o algoritmo B não é satisfeito, o incremento para n até o menor estágio p é alcançado onde o algoritmo B é satisfeito isto é:

Q_Pf +

- Õ(p₊w + [00041] O estágio p é o menor estágio no detector para o qual o algoritmo B é satisfeito. Nós dizemos que o limite de fase está contido no estágio de detector p. Se o algoritmo B não é satisfeito para todos os n a partir de 1 a N-l e a relação

também não é satisfeita, então o limite de fase é assumido para estar acima do estágio de detector N. [00042] E preferido que os detectores sejam arranjados de forma que o estágio N é o topo do recipiente e que a maior posição limite de fase cai dentro do estágio de detector N. Usando este arranjo preferido, o algoritmo B é aumentado para n até n = (N -1). Se o algoritmo B não foi satisfeito então as taxas de contagem a partir dos estágios (N-l) e N são examinados. Se o recipiente está cheio então o algoritmo B não é satisfeito então o limite de posição de fase está acima do estágio (N -1). O processador de dados é programado para assumir que o nível do líquido está no estágio N quando n é aumentado a partir (N-l) a N. Se o recipiente está cheio, a segunda etapa, descrita acima, irá confirmar que o nível = 100%.

[00043] Na segunda etapa, a posição do limite da fase dentro de estágio de detector encontrado para conter o limite de fase é calculado. Isto preferivelmente é feito através do cálculo da razão de taxa de contagem detectada pelo detector para a taxa de contagem quando o estágio de detector está recém-coberto. Em um método preferido, a posição do limite da fase

12/ 17 dentro de estágio de detector p encontrado para conter o limite de fase é determinado pelo processador de dados resolvendo o Algoritmo C.

Qp^p - Qpf ’comprimento do estágio de detector p (Algoritmo C) onde:

h é a altura do limite da fase acima do fundo do estágio do [00044] h é a altura do limite da fase acima do fundo do estágio do detector p, _Pe é a taxa de contagem quando a fase densa está abaixo do [00045] Qp_e é a taxa de contagem quando a fase densa está abaixo do estágio do detector p.

[00046] Q_p é a taxa de contagem de decaimento corrigido e suavizada atual no estágio de detector p.

[00047] Qpf é a taxa de contagem quando a fase densa está apenas cobrindo o estágio do detector p.

[00048] De maneira a determinar o nível dentro da faixa de medição do limite da fase, o comprimento da faixa de medição abaixo do estágio do detector p é adicionado para o resultado do Algoritmo C para originar uma altura total do limite da fase acima do fundo da faixa de medição. Quando todo os estágios de detector são do mesmo comprimento e os detectores são arranjados de maneira linear:

[00049] O nível do limite de fase = comprimento de estágio

e o nível % é igual a L ç p/ yj onde N = número total de estágios de detector.

[00050] Quando os estágios de detector não são do mesmo comprimento, ou não arranjados linearmente, por exemplo, em um recipiente / 17 de tambor, então as equações precisam ser modificadas de maneira apropriada. As modificações adicionais para estas equações são necessárias se o detector não está situado diretamente em contato com a parede do recipiente, como mostrado na Figura 2. Neste caso, devido às considerações geométricas dos caminhos da radiação, o nível no recipiente é levemente diferente do nível no detector. Todas estas modificações são simples alterações e podem estar claras a algum perito nestes assuntos.

[00051] De maneira a melhorar adicionalmente a precisão, um método alternativo para determinar a posição do limite da fase dentro de um estágio é calibrar a taxa de contagem como uma função de nível dentro de cada estágio. Isto pode ser feito tanto experimentalmente, ou por modelagem.

[00052] Q_ne, Q_ní- são obtidos em uma etapa de calibração. Q_ne é medido para cada detector n quando o recipiente está vazio ou contém apenas a fase menos densa. Q_nf é medido para cada estágio de detector quando o recipiente foi cheio com a fase densa para um nível onde a fase densa recém-cobre o detector, ou recém-enche o estágio de detector. Altemativamente, Q_ne, Q^nfpodem ser obtidos por cálculo usando um modelo apropriado a partir do comprimento de caminho entre a fonte e o detector, a energia da radiação de fonte, a densidade das fases densa e menos densa e o coeficiente de absorção de massa do material. Quando o instrumento é calibrado, as taxas de contagem por um período prolongado, devem ser medidas para prover taxas de contagem de tempo médio para determinar Q_ne e Q_nf os quais são como representativos n figura quanto possível.

[00053] Em algumas aplicações, a natureza dos conteúdos do recipiente causa a deposição de material líquido espesso ou sólido nas paredes do recipiente que levam a uma redução na radiação detectada pelos detectores opostos aos depósitos. Idealmente os depósitos são esvaziados para longe das paredes do recipiente, mas geralmente é necessário operar um detector de nível na presença destes depósitos, a espessura que pode ser desconhecida. De

14/ 17 maneira apropriada, um método adicionalmente preferido compreende uma terceira etapa na qual o efeito da deposição da fase densa, tal como de sólidos ou um líquido espesso, na parede do recipiente pode ser levada em conta no cálculo da posição do limite da fase. A terceira etapa compreende reiniciar a calibração das contagens vazias Q_ne para as contagens medidas atualmente Qn para todos os estágios de detector acima do estágio p, o nível do estágio de detector calculado contendo o limite de fase. A diferença entre Qn, medida durante a operação normal do método, e o valor inicial Q_ne, medido quando o recipiente foi esvaziado, também pode ser usado para calcular uma densidade aproximada de depósitos que estão presentes na parede do recipiente. Quando a natureza dos depósitos é conhecida, a espessura destes depósitos pode ser calculada aproximadamente. Quando a redução na radiação acima do limite de fase alcançou um valor o qual é provável de afetar o método de medição, o recipiente pode ser esvaziado de depósitos. Esta terceira etapa pode ser útil quando os depósitos que acumulam na parede do recipiente possuem uma densidade quando úmidos a qual é maior do que a densidade da mais densa das fases que formam o limite de fase.

[00054] A invenção é adicionalmente descrita nos desenhos anexos, os quais:

[00055] Fig. 1: uma seção através de um recipiente incorporando um sistema de medição de nível de acordo com a invenção; e [00056] Fig. 2: uma seção através de um recipiente incorporando uma modalidade alternativa de um sistema de medição de nível de acordo com a invenção.

[00057] No sistema de medição de nível mostrado esquematicamente na Fig. 1, uma fonte de radiação S é arranjada para emitir radiação através do interior de um recipiente 10 para 4 x 200 mm de comprimento Geiger de tubos Dl, D2, D3, & D4 arranjados linearmente para produzir um detector 800 mm de comprimento arranjado aproximadamente verticalmente para / 17 baixo em uma parede oposta do recipiente. O recipiente contém um líquido 12 e um gás 14. Dl e D2 estão abaixo do nível do líquido e D4 está acima do nível do líquido. O sistema foi calibrado de forma que a taxa de contagem em cada detector Dn quando acima do nível do líquido Q_ne e quando recémcoberto pelo líquido Q_nf são conhecidos.

Para os detectores Dl e D2, ^{v c} e satisfeitos.

não são [00058]

Portanto o limite de fase entre o líquido 12 e o gás 14, isto é o nível 16 do líquido 12, é calculado para estar acima de D2. O estágio de detector mais baixo para o qual o algoritmo B é satisfeito é D3. Portanto o nível de líquido 12 é determinado para estar dentro do estágio de detector 3.

O nível de líquido 12 portanto = L onde L Dn = comprimento do estágio de detector n. [00059] Quando o método descrito acima é usado para determinar a posição do limite da fase, a medição não é afetada pelo acúmulo de depósitos sólidos na parede dos recipientes ou pela presença de espuma acima de um nível de líquido. Mesmo quando nenhum depósito e nenhuma espuma estão presentes, o método provê precisão intensificada sobre instrumentos convencionais da técnica anterior. Por exemplo, assumem que existem N estágios de detector cada um com o comprimento L_D. Para a simplicidade, se assume que cada estágio produz uma taxa de contagem Q_ne quando descoberto e taxa de contagem zero quando coberto pelo líquido.

[00060] De acordo com o método descrito aqui, é determinado que o nível está contido dentro de um estágio particular e a posição do limite da fase dentro de estágio de detector então é calculado. A taxa de contagem de estágio máxima é Q_ne (correspondendo ao nível mínimo no estágio) e a taxa de contagem de estágio mínima é zero (correspondendo ao nível máximo no estágio). Então, a taxa de

16/17 contagem de estágio muda por Q_ne enquanto o nível altera por L_D. [00061]

A incerteza na taxa de contagem de estágio máxima é ne (um desvio padrão).

Como a taxa de contagem de estágio muda por Q_ne enquanto o [00062] nível muda por L_D, uma incerteza na taxa de contagem leva a uma incerteza máxima na posição de limite de fase de leva a uma incerteza máxima na posição limite de fase de

d)

Note que este é o erro máximo quando o nível está em qualquer estágio. [00063] Para comparação, em sistemas da técnica anterior a taxa de contagem integrada total a partir do sistema de detector completo é usado para calcular o nível. Em tal caso da técnica anterior, quando o nível é fechado para o fundo da faixa de medição a taxa de contagem de detector total é NQ_nc _± e a incerteza associada com esta taxa de contagem é ^{e c} A taxa de contagem total muda por NQ_ne enquanto o nível se altera por NLD (isto é sobre a faixa de medição). Então, uma incerteza na taxa de contagem total de _± ^NQ..

J2NQ„T' leva a uma incerteza na medição de nível _± XQne Μ. ₌ NQ,

(Z)

17/17 [00064] Uma comparação de (1) e (2) indica que para níveis baixos, a medição de nível de acordo com a invenção é mais acurada (por um fator N) do que medições providas por sistemas da técnica anterior que utilizam a taxa de contagem integrada a partir de todo o sistema de detector. A melhora na precisão se toma menor que o nível se eleva, mas para todos os níveis até o topo da faixa, medições feitas de acordo com o método da invenção são mais acuradas do que medições providas pelo dito sistema da técnica anterior.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para determinar a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases de material de densidade maior e menor dentro de um recipiente, cada fase tendo diferentes características de atenuação de radiação, o método compreendendo as etapas de:

a) prover pelo menos uma fonte de radiação capaz de emitir radiação através de uma porção do interior do recipiente

b) prover uma pluralidade de detectores de radiação, cada detector sendo capaz de detectar, dentro de uma parte da dita faixa de medição, radiação emitida pela fonte,

c) prover um meio de processamento de dados para o cálculo da posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores; os meios de processamento de dados sendo capazes de comparar uma taxa de contagem produzida por cada detector quando ele é coberto com a fase de densidade maior e quando ele não está coberto com a fase de densidade maior;

caracterizado pelo fato de que o meio de processamento de dados calcula a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores por:

(i) em uma primeira etapa, determinar dentro de qual estágio de detector o limite de fase está localizado e então (ii) em uma segunda etapa, determinar a posição do limite da fase dentro de estágio de detector determinado em (i).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fases de material compreendem uma fase líquida e uma fase gasosa.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que as fases de material compreendem dois líquidos tendo diferentes densidades.

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4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na etapa (i), a taxa de contagem suavizada produzida por cada detector medida durante a operação normal do método é comparada com a taxa de contagem produzida pelo mesmo detector quando ele está apenas coberto com a fase mais densa, e quando ele não está coberto.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, na etapa (i), a dita comparação é feita em dois estágios de detector adjacentes.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa (i) é realizada usando um método compreendendo as etapas de:

a) para cada detector n, onde n varia a partir de 1 a N e N é o número de detectores, adquirir a taxa de contagem de decaimento corrigido e suavizada atual Qn

b) calcular:

para todos os n estágios onde Qnf é a taxa de contagem suavizada quando a fase densa está apenas cobrindo o n-ésimo estágio, Tc é a constante de tempo e X é um número que varia a partir de 0 a 5 que é selecionado dependendo da precisão e do tempo de resposta do sistema

c) partindo do menor estágio (n = 1), estabelecer se:

Qn — Qnf (Algoritmo A)

d) se o algoritmo A não está satisfeito, o incremento para n até o menor estágio p é alcançado onde o algoritmo A é satisfeito tal que:

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e) determinar que o limite de fase está contido no estágio de detector p.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa (i) é realizada usando um método compreendendo as etapas de:

a) para cada detector n, onde n varia a partir de 1 a N e N é o número de detectores, adquirir a taxa de contagem de decaimento corrigido e suavizada atual Qn

b) calcular:

^nf fioX para todos os n estágios onde Qnf é a taxa de contagem suavizada quando a fase densa está apenas cobrindo o n-ésimo estágio, Tc é a constante de tempo e X é um número que varia a partir de 0 a 5 que é selecionado dependendo da precisão e do tempo de resposta do sistema

c) partindo do menor estágio (n = 1), estabelece se:

e (Algoritmo B)

d) Se o algoritmo B não é satisfeito, o incremento para n até o menor estágio p é alcançado onde o algoritmo B é satisfeito tal que:

e

e) determinar que o limite de fase está contido no estágio de detector p.

Petição 870190127304, de 03/12/2019, pág. 12/21

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8. Método, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que X = 0.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a etapa (ii) é realizada por um método compreendendo comparar a taxa de contagem detectada pelo detector medido durante a operação normal do método com a taxa de contagem quando o estágio de detector está recém-coberto.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a posição do limite da fase dentro de estágio de detector p determinada na etapa (i) para conter o limite de fase é determinado resolvendo o Algoritmo C:

* comprimento do estágio de detector p (Algoritmo C) onde:

h = altura do limite da fase acima do fundo do estágio do detector p,

Qpe é a taxa de contagem quando a fase densa está abaixo do estágio do detector p,

Qp é a taxa de contagem de decaimento corrigido e suavizada atual no estágio de detector p,

Qpf é a taxa de contagem quando a fase densa está apenas cobrindo o estágio do detector p.
11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o nível do limite da fase dentro da faixa de medição é a soma do nível do limite da fase dentro de estágio de detector p e o comprimento da faixa de medição abaixo do estágio do detector p, tal método fornecendo um meio de minimizar o erro devido a flutuações estatisticamente previsíveis naturais na taxa de contagem e portanto fornecendo precisão intensificada

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5 / 6 sobre instrumentos convencionais equivalentes da técnica anterior.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a taxa de contagem em cada estágio de detector Qne é obtida para cada detector n quando o recipiente contém apenas a fase menos densa e a taxa de contagem em cada estágio de detector Qnf é obtida para cada detector n quando a fase mais densa que forma o limite de fase apenas cobre o estágio de detector n, em (i) uma etapa de calibração na qual Qne e Qnf são medidas, ou (ii) por cálculo.
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma terceira etapa na qual o efeito na taxa de contagem tanto de a) a deposição da fase densa na parede do recipiente quanto de b) uma alteração na densidade de uma fase, ou c) a presença de uma espuma dentro do recipiente é aplicada aos cálculos nas etapas (i) e (ii).
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a dita terceira etapa compreende reiniciar a taxa de contagem de calibração Qne para a taxa de contagem medida atualmente Qn para todos os estágios de detector acima do nível do estágio de detector calculado para conter o limite de fase.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a diferença entre Qn, medida durante a operação normal do método, e o valor inicial Qne, medido quando o recipiente for esvaziado, é usado para calcular uma característica de depósitos que estão presentes na parede do recipiente.
16. Aparelho para medir a localização dentro de uma faixa de medição de um limite entre duas fases de densidade maior e menor dentro de um recipiente, cada fase tendo diferentes características de atenuação de radiação, compreendendo:

pelo menos uma fonte de radiação capaz de emitir radiação

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6 / 6 através de uma porção do interior do recipiente, uma pluralidade de detectores de radiação, cada detector sendo capaz de detectar, dentro de uma parte da dita faixa de medição, radiação emitida pela fonte, um meio de processamento de dados para o cálculo da posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores; os meios de processamento de dados sendo capazes de comparar uma taxa de contagem produzida por cada detector quando ele é coberto com a fase de densidade maior e quando ele não está coberto com a fase de densidade maior;

caracterizado pelo fato de que o meio de processamento de dados é programado para calcular a posição do limite da fase a partir da quantidade de radiação detectada pelos detectores por:

(i) em uma primeira etapa, determinar dentro de qual estágio de detector o limite de fase está localizado e então (ii) em uma segunda etapa, determinar a posição do limite da fase dentro de estágio de detector determinado em (i).
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o meio de processamento de dados é programado para realizar um cálculo para localizar o dito limite de acordo com o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.