CN106404115B - 用于导波雷达测量的流线型探测器 - Google Patents

Abstract

用于导波雷达测量的流线型探测器。导波雷达流体液位测量系统可以测量槽中的产品的液位。沿着槽内的波导发送的RF能量的脉冲可以在波导进入产品的地方被反射。飞行时间测量结果可以指示产品液位。槽内部的产品可以流动，并且该流动可以推动波导并且从而扭转波导和可能使波导弯曲。当流线型化与流动的方向对齐时，流线型波导被较少的扭转。旋转连接器可以为波导旋转作准备并且风向标效应可以将流线型波导与流动对齐。

Description

用于导波雷达测量的流线型探测器

技术领域

实施例一般地与液位(level)传感器、同轴探测器以及导波雷达相关。

背景技术

在许多行业中使用导波雷达液位测量来测量槽(tank)中的产品的液位。GWR液位发射器沿着波导发送RF能量的短(～1ns)脉冲并测量从槽中的产品的表面反射的信号的飞行时间。这些波导由钢铁构造并且呈现(come in)绳、杆和同轴类型。必须考虑化学相容性和物理强度，因为波导必须与产品物理接触。针对杆类型波导，流体与杆之间的物理相互作用可以导致探测器的故障。探测器的机械加载的示例是由来自移动经过探测器的工艺流体的拖拽载荷引起的杆探测器的力矩加载。该拖拽载荷在工艺连接件(connection)处产生弯曲力矩并且可以引起断裂。需要用于减小杆探测器的弯曲力矩的系统和方法。

发明内容

以下概述被提供以促进对只有公开的实施例才有的创新特征中的某些的理解并且不意图是全面描述。对在本文中公开的实施例的各种方面的全面理解可以通过将整个说明书、权利要求书、附图以及摘要看作整体来获得。

实施例的方面因此是，导波雷达(GWR)液位测量系统具有GWR发射器、工艺连接件、旋转连接器和波导。工艺连接件将波导附着到完全包含流体的槽。应注意，流体可以是液体、粉末或粒状材料，其可以流到槽中、流出槽或在槽内流动。例如，诸如玉米的干的货物是可以流到槽中、流出槽或在槽内流动的粒状材料。流体还可以围绕以杆的形式的波导流动。

实施例的方面还是，GWR发射器可以产生穿过工艺连接件并被传递到槽内部的波导的射频(RF)信号。

进一步方面是，波导具有流线型段。流线型段可以是波导的全部或者波导的一部分。流线型段具有第一端、第二端、长度(length)以及流线型横截面。第一端和第二端在长度的任一侧上。流线型横截面与长度正交并且基本上沿流线型段的整个长度延伸。流线型段可以通过旋转连接件可旋转地直接附着到工艺连接件，使得流线型段可以在流体流动中随风向改变方位(weathervane)。当物体将它自己与流体流动对齐时，随风向改变方位发生。这里，流线型段沿着平行于长度的轴旋转并从而减小拖曳。

进一步方面还是，流线型段可以具有多个段，其中的某些成流线型。圆柱体段具有圆形横截面和比流线型段高的拖曳系数。流线型段具有比圆柱体段低的拖曳系数并且可以具有流线型体横截面、部分圆横截面或者椭圆形横截面。由波导的任何部分产生的弯曲力矩与该部分的拖曳系数和它距工艺连接件的距离成比例。照此，波导可以在工艺连接件附近具有较高的拖曳系数而应该在距工艺连接件较远处具有低的拖曳系数。例如，两段波导可以具有有着被旋转地连接到圆柱体波导的流线型体横截面的段，所述圆柱体波导被连接到工艺连接件。圆柱体波导段不需要被旋转地连接，因为它是旋转对称的。

又一方面是，某些实施例可以具有有着连续改变的横截面的波导段。例如，最靠近工艺连接件的端可以是圆柱体的，其中横截面平滑地改变成椭圆形的并且然后在距工艺连接件最远的端处改变成流线型体横截面。

旋转连接件可以具有短柱(stub)、套管、弹簧和外部体。例如，工艺连接件可以具有套管被安装到其上的短柱。流线型段可以具有外部体，其围绕套管和短柱安装并且被机械地保持与工艺连接件分开。套管可以导电，并且弹簧或重力可以确保从工艺连接件通过波导的长度的导电性。

附图说明

附图进一步图示了当前的实施例并且连同实施例的详细描述用来解释当前的实施例的原理，在所述附图中相同的参考数字贯穿分离的视图指同样的或功能类似的元件并且所述附图被并入到说明书中并且形成说明书的一部分。

图1图示了根据实施例的方面的GWR液位测量系统的一部分；

图2图示了根据实施例的方面的具有长度、第一端和第二端的流线型段；

图3图示了根据实施例的方面的流线型体横截面；

图4图示了根据实施例的方面的具有短柱和套管的流线型段；

图5图示了根据实施例的方面的另一流线型体横截面；

图6图示了根据实施例的方面的又一流线型体横截面；

图7图示了根据实施例的方面的旋转连接器；

图8图示了根据实施例的方面的椭圆形横截面；

图9图示了根据实施例的方面的部分圆横截面；

图10图示了根据实施例的方面的安装在槽上的GWR液位测量系统；以及

图11图示了根据实施例的方面的用于GWR液位测量系统的另一旋转连接器。

具体实施方式

在这些非限制性示例中讨论的特定值和配置可以被改变并且被引用仅用以阐明至少一个实施例并且不意图限制本申请的范围。

现在将参考附图在下文中更全面地描述实施例，在所述附图中示出了实施例中的说明性实施例。在本文中公开的实施例可以以许多不同的形式来体现并且不应该被解释为限制于本文中阐述的实施例；相反地，提供这些实施例使得本公开将是透彻的和完整的，并且将使实施例的范围全面地传达给本领域那些技术人员。相同的数字始终指相同的元件。如在本文中使用的那样，术语“和/或”包括相关联的列出的条目中的一个或多个的任何和全部组合。

导波雷达流体液位测量系统可以测量槽中的产品的液位。沿着槽中的波导发送的RF能量的脉冲可以在波导进入产品的地方被反射。飞行时间测量结果可以指示产品液位。槽内部的产品可以流动并且该流动可以推动波导并且从而扭转波导并可能使波导弯曲。当流线型化与流动的方向对齐时，流线型波导被较少地扭转。旋转连接器可以为波导旋转作准备并且风向标效应可以使流线型波导与流动对齐。流线型化可以减小由流动的流体对波导的拖曳诱导的扭矩，使得波导不弯曲，工艺连接件不弯曲或破裂，以及槽本身不凹陷、凹下或弯曲。

图1图示了根据实施例的方面的GWR液位测量系统100的一部分。射频(RF)头101或者导波雷达(GWR)发射器可以生成RF脉冲并且发送脉冲通过工艺连接件102并经由第一旋转连接件103到波导108中。波导108被图示为具有通过旋转连接件105连接在一起的三个流线型段104、106和107。三个流线型段104、106、107中的每个可以每个相对于其他流线型段和相对于工艺连接件102旋转。当在不同的液位处的流体可以在不同的方向上流动时，多个独立的旋转流线型段可以是有利的。波导108必须足够坚硬以抵抗弯曲到槽壁中或弯曲到足以向液位测量结果中引入误差。在某些应用中，10％误差是可接受的而其他应用要求误差小于5％、2％、1％或更小。在某些实施例中，第一旋转连接件103和/或工艺连接件被认为是波导的部分。在其他某些实施例中，第一旋转连接件103和/或工艺连接件不被认为是波导的部分。

图2图示了根据实施例的方面的具有长度202、第一端201和第二端203的流线型段200。流动经过流线型段的流体具有流动的方向。流动的方向一般具有两个分量，其中第一分量与长度202正交并且第二分量垂直于长度202。在大部分安装中，波导被安装垂直的长度202，使得流体的顶部表面与长度202正交。在这样的安装中，第一分量是水平分量并且第二分量是垂直分量。在本文中假设垂直波导的非限制性安装具有说明书和权利要求书以与非垂直安装基本上类似的方式应用的实现。

图3图示了根据实施例的方面的流线型体横截面302。翼面(airfoil)和流线型形状领域的那些技术人员将认识到流线型体横截面301描述了一种类别的具有基本上类似的形状的翼面，其具有一般泪滴形状。流动经过流线型体横截面302的流体由多个流线301指示。流线指示平滑地经过和沿着翼面(层流)流动的流体，其具有离开后缘(trailing edge)的分离流303的小区域。枢轴点304也被指示。枢轴点304几乎完全由旋转连接器的旋转轴确定。枢轴点304必须足够接近流线型段在流动中随风向改变方位的翼面的前缘，使得从前缘到后缘的线基本上与流体将流动的方向对齐，如果没有被流线型段阻碍的话。

图4图示了根据实施例的方面的具有短柱403和套管405的流线型段103。流线型体横截面302由于它的前缘401和后缘402而是显然的。可以使用挤压工艺将流线型段103形成为实心件或中空件。不管挤压，在流线型段的一端或两端处必须供应(accommodate)旋转连接件。在图4中，示出了特定旋转连接件的短柱403和套管405。波导材料应该基本上不被测量的无论什么流体渗透。不锈钢常常是好的选择。特别苛刻的条件可能要求更特殊的合金，诸如超耐热合金或者与蒙奈尔铜镍合金(Monel)类似的材料。蒙奈尔铜镍合金是至少具有62％镍和27％铜的某镍合金。超耐热合金的示例是哈斯特洛伊耐蚀镍基合金(Hastelloy)、铬镍铁合金(Inconel)(例如，IN100、IN600、IN713)、沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)、雷内(Rene)合金(例如雷内41、雷内80、雷内95、雷内N5)、海恩斯(Haynes)合金、因科洛伊合金(Incoloy)、MP98T、TMS合金以及CMSX(例如CMSX-4)单晶合金。

图5和6图示了根据实施例的方面的其他流线型体横截面。图5的流线型体横截面501具有比图6的流线型体横截面601的厚度602短的厚度502。不同的厚度502、602可以改变诸如拖曳、机械稳定性、刚性以及可制造性之类的多个属性。

图7图示了根据实施例的方面的旋转连接器701。在该非限制性示例中，短柱403被附着到套筒405，使得短柱不能退出连接件壳体702。弹簧703将套筒405压到连接件壳体702上以使得电连通性被确保或否则大于如果套管405没有被压到壳体702上的情况。另一非限制性实施例将具有穿过壳体702内的第二套管或轴承的短柱403以提供较自由的旋转和/或电连通性。在又一非限制性示例中，套管405和短柱403将是单件。尽管许多附着技术已知且可适用，但图没有指示壳体或短柱如何附着到工艺连接器或波导段。那些技术包括但不限于螺纹连接器、焊接、粘合剂、销连接、压装和剪切胶。

图8图示了根据实施例的方面的椭圆形横截面801。该横截面被呈现，因为其具有比完全圆形的横截面低的拖曳且在流体流动的方向上机械地较坚硬。

图9图示了根据实施例的方面的部分圆横截面901。该横截面被呈现，因为其具有比完全圆形的横截面低的拖曳且因为这样的波导可以通过向圆柱体上研磨平面而由圆柱体波导容易地形成。

图10图示了根据实施例的方面的安装在槽1001上的GWR液位测量系统。GWR发射器1002可以将RF信号发送到工艺连接件102并因此到波导中。波导被图示具有不旋转的顶部圆柱体段1003和旋转的两个流线型段106、107。波导的段通过旋转连接器105连接。流体1005填充槽1001直到流体液位1004。流体可以在槽内流动，其中在不同的液位处的流体可能在如由流动箭头1006指示的不同方向上流动。旋转的波导段106、107可以在流体流动中随风向改变方位以减小在波导、工艺连接件102和槽1001上的扭矩和弯曲力矩。

图11图示了根据实施例的方面的用于GWR液位测量系统的另一旋转连接器1100。该非限制性示例具有壳体1103内的两个短柱1101、1102。两个套管或轴承1104和1105可以帮助短柱自由地旋转。弹簧1106可以压短柱使其分开，尽管重力也可以提供的这样的力。套管/轴承1104、1105和弹簧1106都可以帮助确保穿过旋转连接器的RF脉冲经历阻抗，所述阻抗与波导段的阻抗类似或者可容易与波导和流体的界面或流体顶部表面的阻抗区分开。

出于图示和描述的目的提供了实施例的前述描述。其不意图是详尽的或限制本公开。特定实施例的单独的元件或特征一般不限于该特定实施例，而是在可适用的情况下可交换并且可以被用在选择的实施例中，即使没有被具体地示出或描述。上述还可以以许多方式来改变。这样的变化不被认为是本公开的背离，并且所有的这样的修改意图被包括在本公开的范围内。

Claims (7)

1.一种用于导波雷达液位测量系统的波导，波导包括：

流线型段，其中流线型段包括长度、横截面、第一端和第二端，其中第一端和第二端被长度分离，其中使横截面成流线型使得流线型段在第一端和第二端之间成流线型，并且其中使流线型段成流线型以减小来自与长度正交地流动的流体的拖曳；

在第一端处的旋转连接器，其中旋转连接器将流线型段连接到导波雷达液位测量系统，其中导波雷达液位测量系统包括导波雷达发射器和工艺连接件，其中工艺连接件将导波雷达液位测量系统附着到槽，其中流线型段在槽内部，使得流体当在槽内移动时使流线型段旋转并从而减小对波导的拖曳；

通过第二旋转连接器可旋转地连接到第一流线型段的第二流线型段，其中第二流线型段具有流线型体横截面；以及

可旋转地连接到第二流线型段的第三流线型段，其中第三流线型段具有第二流线型体横截面，所述第二流线型体横截面与所述第二流线型段的流线型体横截面不同，

其中所述第一流线型段、第二流线型段和第三流线型段能够每个相对于其他流线型段和相对于工艺连接件旋转。

2.根据权利要求1所述的波导，其中工艺连接件包括短柱，并且其中旋转连接器连接到短柱以从而提供旋转的连接件。

3.根据权利要求1所述的波导，进一步包括可旋转地连接到第一流线型段的第二流线型段。

4.根据权利要求1所述的波导，其中旋转连接器包括导电的套管。

5.根据权利要求1所述的波导，进一步包括：

在流线型段和工艺连接件之间的圆柱体波导段，其中圆柱体波导段包括短柱并且其中旋转连接器连接到短柱以从而提供旋转的连接件；

可旋转地连接到第三流线型段的第四流线型段，其中第四流线型段具有椭圆形横截面；

弹簧，其对旋转连接器起作用以从而通过旋转连接器增加导电性；

其中流线型横截面具有沿着它的长度改变的横截面；以及

其中第二旋转连接器包括导电的套管。

6.一种用于导波雷达液位测量系统的波导，波导包括：

流线型段，其中流线型段包括长度、横截面、第一端和第二端，其中第一端和第二端被长度分离，其中使横截面成流线型使得流线型段在第一端和第二端之间成流线型；以及

在第一端处的旋转连接器，其中旋转连接器将流线型段连接到圆柱体波导段，其中导波雷达液位测量系统包括导波雷达发射器、工艺连接件和圆柱体波导段，其中圆柱体波导段被连接到工艺连接件，其中工艺连接件将导波雷达液位测量系统附着到槽，其中圆柱体波导段和流线型段在槽内部，使得在槽内移动的流体使得流线型段旋转并从而减小工艺连接件上的扭矩；

通过第二旋转连接器可旋转地连接到第一流线型段的第二流线型段，其中第二流线型段具有流线型体横截面；以及

可旋转地连接到第二流线型段的第三流线型段，其中第三流线型段具有第二流线型体横截面，所述第二流线型体横截面与所述第二流线型段的流线型体横截面不同，

其中所述第一流线型段、第二流线型段和第三流线型段能够每个相对于其他流线型段和相对于工艺连接件旋转。

7.一种导波雷达液位测量系统，波导包括：

导波雷达发射器；

工艺连接件，其中工艺连接件将导波雷达液位测量系统附着到槽；

连接到工艺连接件的波导，其中波导在槽内部；

流线型段，其中波导包括流线型段，其中流线型段包括长度、第一端和第二端，其中第一端和第二端被长度分离，其中使流线型段成流线型以减小来自与长度正交地流动的流体的拖曳；以及

旋转连接器，其将流线型段在第一端处可旋转地附着到导波雷达液位测量系统中，使得流动的流体使流线型段随风向改变方位并从而减小对波导的拖曳；

通过第二旋转连接器可旋转地连接到第一流线型段的第二流线型段，其中第二流线型段具有流线型体横截面；以及

可旋转地连接到第二流线型段的第三流线型段，其中第三流线型段具有第二流线型体横截面，所述第二流线型体横截面与所述第二流线型段的流线型体横截面不同，

其中所述第一流线型段、第二流线型段和第三流线型段能够每个相对于其他流线型段和相对于工艺连接件旋转。

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