CN101297182A - 液位计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测定容器内的流体液位的设备，包括雷达测量器件，所述雷达测量器件具有用于向流体表面发送信号的天线和用于检测回波信号的装置，其特征在于：所述设备包括用于提供容器参考信号的器件。本发明也包括一种用于测定容器内的流体液位的方法和系统。

Description

液位计
本发明涉及一种如本申请人的挪威专利申请No.20054466所描述的用于测定流体液位的设备，在此以参见的方式引入其内容。
所述设备包括通过雷达仪器进行流体液位测量的波屏和在一些实施例中的底部部分。
本发明因此涉及一种测量容器内的流体液位的设备并通过示例进行详细地阐述，在示例中，流体是LNG(液化天然气)，容器是位于船上的槽罐，但是所述设备可用于任何其它的雷达测量系统，例如，陆上LNG储罐、石油产品罐、化学制品罐和液体营养罐。
传统的液位计量雷达被槽罐的罐顶支撑。在雷达源和槽罐的底部之间认定为存在特定距离(槽罐深度)。计量雷达测量罐空(就是雷达源和流体表面之间的距离)，并且流体液位被计算为槽罐深度和测得的罐空之间的差值。由于各种原因，这个方法的准确度不足以测量深槽罐中的低液位。
根据ISO 13689，液位测量可与基准液位有关，基准液位是“参考液位，在槽罐校准表中等于零液位，从该参考液位起测量液体深度”(ISO/CD 13689.3§3.6)。液体液位是“槽罐中的液体表面和基准液位之间的距离”(§3.7)。本发明解决为雷达测量建立固定参考位置(在容器的顶部)的实际问题，所述固定参考位置可直接与槽罐基准液位(在容器的底部)相关。罐顶的热膨胀单独具有影响槽罐深度(通过改变雷达和底部之间的距离)大于影响CTS应用所需准确度的潜在可能。固定雷达的罐顶的热膨胀主要是由于在甲板上的太阳辐射，因为槽罐的顶部与容器内的冷液化气热隔离。在现有技术的系统中没有考虑到这个现象。在LNG应用中，在用于为雷达稳定管的热收缩校正液位测量的方法中也有相当大的误差源。
WO 2004/083791示出一种系统，其中产品的表面的液位被测量。这个系统包括两个液位计，第一个布置在产品的表面上方，第二个布置在容器的底部附近，从而在测量值低于预定值时测定产品液位。这个器件尝试提供准确的低液位测量，而且主要被包含在能够测量较高密度液体(即，在油罐底部的水)的液位的分层储罐中。然而包含第二液位计具有以下缺点，即，在安装阶段的附加成本和复杂度，以及在操作期间增大的故障危险，因为所述第二液位计会在极低的温度下浸没在LNG储罐中。
现有技术没有提供任何用于在深槽罐中测量流体液位的令人满意的方法，因为用于槽罐底部的参考液位没有以足够精确的方式考虑高度的变化。
本发明的一个目的是提供一种容器参考器件，其为相对于容器底部的液位测量提供准确的参考信号。
本发明的另一个目的是在测量流体液位时考虑容器和/或测量系统的热膨胀/收缩。
本发明的另一个目的是提供一种容易紧固到容器的器件。
本发明的另一个目的是提供一种考虑稳定管的热收缩/膨胀的器件。
本发明的另一个目的是提供一种方法：优选直接测定流体内的波传播速度或电容率(介电常数)(即，不需要单独的测量或操作者的输入值)，因此可由测得的时间延迟计算出雷达信号通过液相的传送距离。
通过一种测定容器内的流体液位的设备实现上述目的和其它目的，所述设备包括雷达测量器件，雷达测量器件具有用于向流体表面发送信号的天线和用于检测回波信号的装置，其特征在于：所述设备包括用于提供容器参考信号的器件。
在一个实施例中，雷达测量装置包括稳定管和遮蔽器件。在这个实施例的一个变形中，容器参考器件包括参考销，其适合在稳定管内大体上竖直的狭缝中滑动，并适合于容纳在遮蔽装置的开口内。在另一个变形中，容器参考器件包括圆盘和支撑销，其中，圆盘是参考标记并支靠在支撑销上。在另一个变形中，容器参考器件包括反射器，遮蔽器件包括底部部分，从而反射器用于把从遮蔽器件的底部部分偏转的能量部分反射回稳定管内以延迟底部参考信号。在这个实施例的变形中，反射器是位于遮蔽器件的上缘或壁上的套环，而在另一个变形中，反射器是独立的适合于提供关于偏置距离的灵活性的反射器。
在本发明的另一个实施例中，所述设备还包括测量波传播速度的装置。在这个实施例的一个变形中，所述装置包括两个适合在稳定管内大体上竖直的裂缝中滑动的销，在另一个变形中，所述设备包括固定标记。
本发明也包括一种通过雷达系统测量容器内的流体液位的方法，包括向流体表面发送信号，其特征在于：还包括检测来自流体表面的第一回波信号，检测来自容器参考器件的第二信号，并且根据所述第一和第二回波信号，优选根据这两个信号之间的时间延迟以及根据波传播速度提供表示流体液位的信号。在一个实施例中，流体的特征性质(且因此波传播速度)是已知的，在另一个实施例中，流体的特征性质是未知的，而且通过系统直接测量电容率或波传播速度。
本发明也包括一种测定容器内的流体液位的系统，所述系统包括雷达测量器件，雷达测量器件具有用于向流体表面发送信号的天线，和用于检测来自流体表面的第一回波信号的装置，其特征在于，所述设备还包括：提供第二回波信号的容器参考器件；检测所述第二信号的装置；以及根据所述第一和第二回波信号提供表示流体液位的信号的装置。
测量第一和第二回波信号之间的时间延迟，从而通过时间延迟与波传播速度相乘并然后对实际容器底部和容器参考位置之间的距离进行适当的校正以提供表示流体液位的信号。
在本发明的一个实施例中，参考器件连接到容器的底部。在另一个实施例中，参考器件位于容器的底部上。在另一个实施例中，参考器件连接到遮蔽器件，而在这个实施例的变形中，参考器件连接到遮蔽器件的波屏。
为了清楚起见，本发明的不同特征被表示为不同的实施例，而且本领域技术人员可以理解，能够结合这些特征以使所述设备适于具体的应用。
本发明还包括使用两个或多个容器参考器件以提供两个或多个回波信号。也可以想到稳定管参考器件的使用，稳定管参考器件是连接到稳定管并和容器参考器件一起跟踪稳定管的运动的器件。
根据本发明，根据流体表面回波和实际或延迟/提前的底部回波之间的时间延迟，使用底部回波或来自标记的回波测量或计算流体液位，所述底部回波或来自标记的回波在与底部相距固定的或可计算的距离处随底部而变。
这个特征可以与遮蔽器件相结合，所述遮蔽器件设置有如挪威专利申请No.20054466所描述的底部回波衰减器。使用标记回波允许以比现有技术更高的准确度和更接近底部的方式对流体表面回波进行跟踪，所述标记回波相对于底部回波是提前的或延迟的(这由参考器件的几何结构控制)。
现在将通过附图所示的示例对本发明进行描述，在附图中：
图1示出本发明的第一实施例；
图2示出本发明的第二实施例；
图3示出本发明的第三实施例；
图4示出图3的实施例的变形；
图5和6示出本发明的实施例，其允许测量流体性质。
图1示出具有壁100和底部部分101的遮蔽器件13(优选包括衰减器)。底部部分101连接于槽罐的底部或位于槽罐的底部之上。壁100配备有开口102，开口102适合于容纳参考销10并且提供参考销10和底部部分101之间的固定距离。因此在这个实施例中，根据本发明的容器参考器件包括参考销10，其在雷达稳定管12内穿过并允许在两个在直径方向上对置的狭缝11内滑动。参考销10支靠在遮蔽器件13的顶缘之上，并因此随着所述遮蔽器件13的运动而动，从而随槽罐底部而动。结合容器的顶部部分的弯曲(罐顶的热膨胀)，狭缝11的高度允许稳定管12的最大热收缩。雷达被固定于稳定管并且连接于罐顶或容器的顶部部分。由于这些现象，狭缝11允许参考销在高度上的位移。狭缝11一般是90-120mm，而且对于30m的深槽罐优选为100mm。狭缝11的宽度优选小于5mm以避免不必要的雷达信号的干扰。参考销10可例如由金属或塑性材料制成，而且选择标志使其易于检测但又低于液位回波(优选低于液位回波10-20dB)，从而最小化与液位回波的干涉。从遮蔽器件13的底部到参考销10的距离优选大于20cm，并优选大于25cm以在重要的底部区域中避免任何不必要的与液位回波的干涉。
雷达信号会被流体表面和参考销反射，而且在槽罐底部和参考销之间的距离是固定的且已知时，对这些信号的比较将提供对流体液位的测量。
在图2中，通过本发明的第二实施例实现相同的目的，其中，容器参考器件包括参考标记(圆盘14)，参考标记支靠在由塑料或其它非金属材料制成的支撑销15上。支撑销15被紧固到底部部分101，雷达信号在该情况下将被圆盘14和流体表面反射。
在图3所示的本发明的第三实施例中，容器参考器件包括位于遮蔽器件13的上缘上的套环16。套环16也可在低于遮蔽器件的上缘的较低水平面上位于遮蔽器件13的壁上，在该情况下，套环16将被设计成壁上的环状突出部。套环16设计成通过在容器底部101的第二反射把雷达能量的适当部分反射回稳定管内。这个反射的强度应优选为与液位回波具有相同的量级，但是因为所述反射相对于液位回波被延迟，所以即使在低液体液位的情况下也能接受更强的信号而不破坏液位测量的准确度。因此套环16用于把从遮蔽器件13的底部部分101偏转的能量部分反射回稳定管12内以延迟底部参考信号。由雷达发送的信号于是在到达接收器之前通过三个反射步骤(由200标注的箭头)相对于直接的流体液位回波(流体表面回波)被延迟，因此即使流体液位很低(接近槽罐的底部)，所述信号也不会与流体液位回波干涉。然而，这个回波的延迟将取决于雷达和槽罐底部之间的距离，并因此作为槽罐深度的测量标准。
在图4中，通过本发明的第四实施例获得与图3中的实施例相同的效果，其中，容器参考器件包括独立的反射器17。这个实施例对于偏置距离来说比图3的实施例具有更大的灵活性。
如在No.20054466中提到的，遮蔽器件13的底部部分101可以例如是衰减器、偏转器或四分之一波长的器件。
通过在底部部分之前(如图1和2所示的实施例)或在底部部分之后(如图3和4所示的实施例，其中参考器件的回波的反射信号具有比底部反射更长的路线)定位参考器件，标记回波将相对于底部回波被提前或延迟，而且获得接近于底部的高准确度。
图3和4中的实施例是以来自底部部分的反射为基础，因此雷达能量的足够的部分被四分之一波长或另外类型的偏转器18朝反射器偏转。在这些实施例中，流体(液体)内的波传播速度必须是已知的或通过在槽罐的装载/卸载期间由雷达差分地测得。也可以直接测得所述波传播速度(图5和6)，例如，通过使用(图5)两个稳定管参考销19、20、21、22，所述参考销分别如图5和6所示是滑动的或处于已知的固定距离上。稳定管参考销19、20、21、22可被距离保持器201分开，距离保持器201由不胀钢制成，或者，如果所述距离保持器201由并不随温度改变而变的材料制成，那么可利用已知的热校正系数来计算LNG内的实际距离。
图6示出两个固定标记21和22以及可移动的参考销23(随底部而变的标记，对应于图1中的实施例)。参考销23将与遮蔽器件13(未示出)接触。
在浸没时，任何一对用于计算蒸汽(且因此罐空)内的波传播速度的反射器(如在Kongbergs Autrocal
Figure A20068003986700091
系统中使用的圆盘)可用于计算LNG内的电容率，或者，可以使用如图1-4所示实施例中描述的圆盘、附加的参考销和标记的任意组合，只要它们之间的距离是已知的。
如果波传播速度(即电容率)被直接测得，那么就不需要有关LNG内的各种碳氢化合物部分的先验知识，而且对于所有的液位而不仅仅是在液位处于底部区域时，可从以上所述的雷达测量计算出从雷达到槽罐底部的距离。

Claims (22)

1.一种测定容器内的流体液位的设备，包括雷达测量器件，所述雷达测量器件具有用于向流体表面发送信号的天线和用于检测回波信号的装置，其特征在于：所述设备包括用于提供容器参考信号的器件。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述雷达测量器件包括稳定管(12)和遮蔽器件(13)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：容器参考器件包括参考销(10)，所述参考销适合在稳定管(12)内的大体上竖直的狭缝(11)中滑动，并适合于容纳在遮蔽装置(13)的开口(102)内。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：容器参考器件包括圆盘(14)和支撑销(15)，其中，所述圆盘是参考标记并支靠在所述支撑销上。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：容器参考器件包括反射器，并且所述遮蔽器件包括底部部分(101)，从而所述反射器用于把从所述遮蔽器件(13)的底部部分(101)偏转的能量部分反射回稳定管(12)内以延迟底部参考信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述反射器是位于遮蔽器件(13)的上缘或壁(100)上的套环(16)。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述反射器是独立的适合于提供关于偏置距离的灵活性的反射器(17)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于：所述设备还包括测量波传播速度的装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述装置包括两个适合在稳定管(12)内的大体上竖直的裂缝中滑动的销(19、20)。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述设备包括固定标记(21、22)。
11.一种通过雷达系统测量容器内的流体液位的方法，包括向流体表面发送信号，其特征在于：所述方法还包括：
-检测来自流体表面的第一回波信号，
-检测来自容器参考器件的第二信号，
-根据所述第一和第二回波信号提供表示流体液位的信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述方法包括比较用于所述第一和第二回波信号的特征参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：根据所述第一和第二信号之间的时间延迟且根据波传播速度提供所述表示流体液位的信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：提供流体的特征性质并由此提供波传播速度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述流体的特征性质是未知的，而且所述方法包括测量电容率或波传播速度。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述参考器件连接到容器的底部，或者位于容器的底部之上，或者连接到遮蔽器件。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述参考器件连接到所述遮蔽器件的波屏。
18.测定容器内的流体液位的系统，包括雷达测量器件，所述雷达测量器件具有用于向流体表面发送信号的天线，和用于检测来自流体表面的第一回波信号的装置，其特征在于，所述设备包括：
-提供第二回波信号的容器参考器件；
-检测所述第二信号的装置；以及
-根据所述第一和第二回波信号提供表示流体液位的信号的装置。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：所述系统包括用于比较所述第一和第二回波信号的装置。
20.根据前述权利要求17-18中任一项所述的系统，集成到雷达液位计内，用于测定在槽罐的底部区域内的流体的波传播速度或电容率。
21.集成到雷达液位计内的用于测定在槽罐的底部区域内的流体的波传播速度或电容率的系统，其特征在于：所述系统包括根据权利要求1-10所述的设备。
22.集成到雷达液位计内的用于测定在槽罐的底部区域内的流体的波传播速度或电容率的系统。
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