CN106662481A - 经补偿的流体水平面发送器 - Google Patents

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Abstract

一种用于放置在具有≤2个罐孔口的罐(205)上的流体水平面发送器组合(200)。至少一个法兰(207a,207b)提供跨过罐孔口(205a,205b)的第一、第二和第三法兰孔口(207a1,207a2,207a3)。跨过所述第一法兰孔口的温度传感器(216)感测温度。跨过所述第二法兰孔口的第一压力传感器(215a)感测第一压力。水平面发送器(230,230’)延伸穿过所述第三法兰孔口用于将脉冲信号发送到过程流体中或所述过程流体的表面处发送脉冲信号，并且接收脉冲回波，或者第二压力传感器(215b)感测第二压力。处理器(225)耦合到所述水平面收发器或耦合到所述第二压力传感器的输出，其使用所述温度、第一压力和脉冲回波或第二压力来实施经补偿的流体水平面确定算法(227)以生成针对所述过程流体的经补偿的流体水平面测量值。发送器(235)耦合到所述处理器的输出。

Description

经补偿的流体水平面发送器
技术领域
所公开实施例涉及用于确定罐中的过程流体的水平面的经补偿的流体水平面发送器。
背景技术
众所周知液体水平面发送器用于利用由跨过罐开口（罐孔口或罐喷嘴）而附接到罐的外壳所形成的传感器来检测罐中液体的水平面。水平面发送器使用各种技术（例如差值压力、超声或雷达）来测量罐中过程流体的水平面。
温度和压力的额外过程测量允许对过程流体的密度改变进行补偿的更精确的水平面计算。这些测量通常需要通过用户的额外安装，具体来说，穿过罐的壁的额外侵入（穿透）、焊接、安装支架和额外布线，其全部增加显著成本。与未补偿的液体水平面测量值相比，产生的经补偿的液体水平面测量值的额外精确性可能无法证明增加成本的合理性。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式引入下文在包含所提供附图的具体实施方式中进一步描述的所公开概念的简要选择。本发明内容并不旨在限制所要求保护主题物的范围。
所公开实施例包含配置成放置于具有≤ 2个罐孔口的罐上的经温度和压力补偿的流体（通常是液体）水平面发送器组合。至少一个法兰包括跨过罐孔口的第一、第二和第三法兰孔口。跨过第一法兰孔口的温度传感器感测罐中的温度。跨过第二法兰孔口的第一压力传感器感测罐中的第一压力。耦合到探头的水平面收发器延伸穿过第三法兰孔口进入到罐中用于发送脉冲信号进入过程流体或在过程流体的表面处发送脉冲信号并且用于接收所反射脉冲回波，或者具有跨过第三孔口的第二压力传感器，其感测罐中的第二压力。
处理器耦合到水平面收发器的输出或耦合到第二压力传感器的输出，并且被耦合以接收第一压力和温度，其中所述处理器实施经补偿的流体水平面确定算法，所述经补偿的流体水平面确定算法使用温度、第一压力和脉冲回波或第二压力来生成针对所述过程流体的经补偿的流体水平面测量值。在一个实施例中，所述温度和压力测量集成在用于安装水平面发送器组合的相同（安装）法兰中，从而仅需要单个罐孔口，并且不需要额外安装硬件。
附图说明
图1是流程图，其示出在根据示例性实施例的流体水平面感测方法中的步骤。
图2是根据示例性实施例的安装于罐上的示例性的基于差值压力的多输出远程密封水平面发送器组合的描述。
图3A是根据示例性实施例的安装于罐的顶部上的示例性的基于雷达的水平面多输出水平面发送器组合的描述。
图3B是根据示例性实施例的安装于罐的顶部上的示例性的基于超声的水平面多输出水平面发送器组合的描述。
具体实施方式
所公开的实施例参考附图描述，其中贯穿该附图而使用相同的附图标记号来表示类似或等同的元件。这些图未按比例绘制，并且它们仅提供用来示出所公开的某些方面。下文参考用于阐释的示例性的应用而描述数个所公开方面。应理解，多个具体细节、关系和方法被给出以提供对所公开实施例的完整理解。
然而，相关领域中的普通技术人员将容易认识到，可在没有这些具体细节中的一者或多者的情况下或者借助其它方法来实施本文中公开的主题物。在其它情况下，未详细显示众所周知的结构或操作以避免混淆某些方面。本公开内容不受动作或事件的所示出顺序的限制，因为一些动作可按不同顺序发生和/或与其它动作或事件同时发生。此外，不是所有所示出的行为或事件都需要以实施根据本文中所公开实施例的一套方法。
图1是根据示例性实施例显示流体水平面感测方法100的中的步骤的流程图。步骤101包括感测至少三个过程变量，包含其中具有过程流体的罐中的温度、所述罐中的第一压力，和来自发送进入到过程流体中或在过程流体（其通常是液体）的表面处发送的脉冲信号的脉冲回波（超声波或雷达），或罐中的第二压力。对于导波雷达(GWR)（其是接触雷达），探头从法兰延伸到流体中以允许在流体水平面改变时的表面反射，然而对于非接触雷达，探头将位于流体水平面上方。使用最多两个(2)罐孔口感测这三个过程变量，其中一个或多个法兰跨过每个罐孔口，如下文描述的图2以及图3A和图3B中所示。
步骤102包括使用被耦合以接收所述温度、第一压力和所述脉冲回波或第二压力的处理器，实施存储于与处理器相关联的存储器中的经温度和压力补偿的流体水平面确定算法（水平面确定算法）。所述水平面确定算法使用所述温度、第一压力和脉冲回波或第二压力来生成针对罐中的过程流体的经温度和压力补偿的流体水平面测量值（经补偿的流体水平面测值）。对于其中提供温度、第一压力和第二压力的所公开实施例，通过差值压力（第一压力与第二压力之间的差）实施水平面感测，而对于其中提供温度、压力和基于脉冲的水平面收发器的实施例，使用回波的时间延迟实施水平面感测。
步骤103包括将经补偿的流体水平面测量值发送到在控制涉及罐中的过程流体的过程时所涉及的另一位置，例如发送到与制造或加工厂（例如提炼厂）相关联的控制室。该发送可使用天线（参见下文描述的图2中的天线229）借助无线信号而跨过空气实施，或者通过电线或电缆。
图2是根据示例性实施例的安装于罐205上的示例性的基于差值压力的多输出远程密封水平面发送器组合（水平面发送器组合）200的描述。水平面发送器组合200包含顶部安装式水平面发送器231，其使用差值压力(|P2 –P1|)实施水平面感测。罐205盛装过程流体（通常液体，未显示）并且包含各自由罐壁205d中的相应间隙界定的第一罐孔口区205a和第二罐孔口区205b。
顶部法兰207a跨过第一罐孔口区205a，并且底部法兰207b跨过第二罐孔口区205b。顶部法兰207a包含法兰孔口207a1和207a2。底部法兰207b包含单个法兰孔口207b1。
水平面发送器231跨过法兰孔口207a2和第一罐孔口区205a。水平面发送器231包括压力传感器215a，其位于法兰孔口207a2内（与法兰孔口207a2一体）。压力传感器215a通常安装于固定到底部法兰207a的压力箱（未显示）中。显示为电阻温度检测器(RTD)的温度传感器216与法兰孔口207a1一体。一组连接器237, 238为温度传感器216提供对于顶部法兰207a的密封，并且另一组连接器237, 238为水平面发送器231提供对于顶部法兰207a的密封。包含电阻元件216a的温度传感器216（其可包括RTD元件）被显示通过所示互连件217（例如通过电缆或电线）将其温度输出(T1)作为输入提供到水平面发送器231的处理器225（通常也是中间滤波器和模数转换器(ADC)，此处或别处未显示）。
处理器225位于电子器件外壳221内并且可包括微处理器或微控制器单元(MCU)，其中处理器225的输出耦合到发送器235（通常也是中间数模转换器(DAC)，为简单起见此处或别处未显示），其被显示耦合到可选天线229。无线或光学互连布置可通常也用于所有所公开互连件。压力传感器215a感测P1。
水平面发送器组合200还包含底部安装式压力发送器232，其包含具有安装于法兰孔口207b1内的压力箱的压力传感器215b。压力发送器232被显示包含提供对于底部法兰207b的密封的一组连接器237, 238，并通过底部法兰207b的法兰孔口207b1和第二罐孔口区205b而耦合到罐205。
感测P2的压力传感器215b耦合到位于电子器件外壳222内的发送器233，电子器件外壳222通过所示互连布线218耦合到水平面发送器231的处理器225（中间滤波器和模数转换器(ADC)，为简单起见此处或别处未显示）。处理器225因此接收来自温度传感器216的T1、来自压力传感器215a的P1和来自压力传感器215b的P2并基于存储于与处理器225相关联的存储器226中的差值压力(P2 –P1)实施水平面确定算法227。
由处理器225运行的水平面确定算法227针对罐205中的流体生成经温度和压力补偿的流体水平面测量值，其可例如通过天线229远程发送，通常发送到控制室中的一个或多个计算机终端。由水平面发送器231提供的输出信号可以是模拟信号（例如，4 ma至20 mA信号）或数字信号（例如，数字HART信号）。
从在作为罐中相应所测量压力的P1与P2之间的压力差(P2 –P1)而得出罐205中的流体高度。通过测量T1，流体水平面还针对流体密度而被补偿。虽然显示温度传感器216安装于顶部法兰207a上，但温度传感器216可另外选择为安装于底部法兰207b上。此外，虽然水平面发送器231显示为水平面发送器组合200的主发送器，但压力发送器232也可包含处理器、存储器和所公开算法以得其能够充当水平面发送器组合200的主发送器。
图3A是根据示例性实施例的安装于罐305的顶部上的示例性的基于雷达的水平面多输出发送器组合（水平面发送器组合300）的描述。水平面发送器组合300包含雷达水平面发送器320、压力传感器330和显示为RTD的温度传感器216，其使用雷达实施水平面感测。罐305盛装过程流体（未显示）并且仅包含由罐壁305d的顶部中的间隙界定的单个罐孔口区305a。具有法兰孔口307a1、307a2和307a3的顶部法兰307a跨过罐孔口区305a。
雷达水平面发送器320使用由水平面收发器230提供的雷达脉冲来连续测量到液体的表面的距离以允许给出水平面测量值。水平面收发器230通过耦合到馈通件332的同轴连接器（同轴电缆）331耦合到金属探头333，金属探头333被密封并且穿过法兰孔口307a2进入到罐305中。压力传感器330跨过法兰孔口307a1和罐孔口305a，其测量P，而显示为RTD的温度传感器216跨过法兰孔口307a3，其测量T1。处理器225经由互连件317接收T1并经由互连件318从压力传感器330接收P并且实施存储于与处理器225相关联的存储器226中的基于雷达的水平面确定算法227’，从而使用雷达回波来为罐305中的流体确定流体水平面，并使用T1和P来针对罐305中的流体生成经补偿的流体水平面测量值。
处理器225的输出耦合到发送器235的输入，其被示出为耦合到天线229。水平面发送器组合300因此实施来自单个过程穿透（罐孔口区305a）的三个过程变量(P, T1和流体水平面（无流体密度补偿）以生成具有流体密度补偿的流体水平面测量值。
图3B是根据示例性实施例的安装于罐的顶部上的示例性的基于超声的水平面多输出发送器组合350的描述。水平面发送器组合350包含超声水平面发送器370以及压力传感器330和显示为相对于图3A中所示的水平面发送器组合300所描述的RTD的温度传感器216。超声水平面发送器370包含导电（例如，金属）连接器371，其将包括充当探头传感器的压电晶体的超声波变换器（变换器）372耦合到相关联的具有输出的水平面收发器230，该输出’耦合到处理器225的输入。处理器225的输出耦合到显示耦合到天线229的发送器235的输入。
连同变换器372一起，水平面收发器230’和运行超声波水平面确定算法227’’的处理器225操作以为所发送的超声波脉冲及其所反射的回波确定时间以便作出在变换器372与所感测材料水平面之间完整回程。变换器372爆发式地将声波向下指引到将测量其水平面的材料的表面上，并且变换器372内部的压电晶体将电脉冲转换成以处于所建立频率并处于在给定介质中的恒定速度的波的形式行进的声能。返回到变换器372的这些波的回波耦合到处理器225，处理器225实施计算以将声波行进的距离转换成罐中液体水平面的测量值。发送声音爆发与接收返回回波之间逝去的时间与所述变换器372和器皿中材料之间的距离直接成比例。
所公开实施例还通常应用于任何流体水平面检测系统。例如，如上文所公开，应用于基于超声波和雷达的系统。基于雷达的系统可以是接触（例如，GWR）或非接触雷达。
虽然上文已描述各种所公开实施例，但应理解，其仅以示例方式而非限制方式呈现。可在不背离本公开内容的精神或范围的情况下根据本公开内容作出对本文中所公开主题物的众多改变。另外，虽然可能已关于数个实施方案中的仅一个实施方案公开特定特征，但这种特征可与作为可能期望的其它实施方案的一个或多个其它特征以及对于给定的或特定的应用的优点组合。

Claims (10)

1.一种流体水平面发送器组合(200)，包括：
配置成用于放置在其中具有过程流体的包含不超过两个(2)罐孔口(205a, 205b)的罐(205)上的至少一个法兰(207a, 207b)，所述法兰包含跨过所述罐孔口形成的至少第一、第二和第三法兰孔口(207a1, 207a2, 207b1)；
跨过所述第一法兰孔口的温度传感器(216)，其提供温度输出信号，用于感测所述罐中的温度；
跨过所述第二法兰孔口的第一压力传感器(215a)，其具有第一压力输出信号，用于感测所述罐中的第一压力，以及
耦合到探头(333)或连接器(371)的水平面收发器(230, 230’)或跨过所述第三法兰孔口的第二压力传感器(215b)，所述探头(333)或连接器(371)延伸穿过所述第三法兰孔口进入到所述罐中以用于将脉冲信号发送到所述过程流体中或在所述过程流体的表面处发送脉冲信号，并且用于从所述过程流体接收脉冲回波，所述第二压力传感器(215b)具有第二压力输出，感测所述罐中的第二压力；
耦合到所述水平面收发器的输出或耦合到所述第二压力输出的处理器(225)，所述处理器实施存储于相关联存储器(226)中的经温度和压力补偿的流体水平面确定算法（水平面确定算法）(227)；
将所述温度输出信号耦合到所述处理器的第一连接件(217)和将第一压力输出信号耦合到所述处理器的第二连接件(218)，
其中所述水平面确定算法使用所述温度、所述第一压力和所述脉冲回波或所述第二压力来生成针对所述过程流体的经温度和压力补偿的流体水平面测量值，以及
具有耦合到所述处理器的输出的输入的发送器(235)。
2.根据权利要求1所述的流体水平面发送器组合，其中所述至少一个法兰包括第一法兰(207a)和第二法兰(207b)，并且其中所述第二压力传感器(215b)跨过所述第三法兰孔口(207b1)。
3.根据权利要求1所述的流体水平面发送器组合，其中所述至少一个法兰由所述第一法兰(307a)组成，并且所述水平面收发器附接到并跨过所述第三法兰孔口(307a3)。
4.根据权利要求3所述的流体水平面发送器组合，其中所述水平面收发器包括超声水平面收发器(230’)，还包括超声变换器(372)，其中所述超声变换器由所述连接器耦合到所述超声水平面收发器。
5.一种流体水平面感测方法(100)，包括：
(101) 感测至少三个过程变量，包括其中具有过程流体的罐中的温度、所述罐中的第一压力和来自发送到所述过程流体中或在所述过程流体的表面处发送的脉冲信号的脉冲回波或者所述罐中的第二压力，其中所述三个过程变量使用至少一个法兰、第一、第二和第三法兰孔口以及最多两个(2)罐孔口感测；
(102) 使用耦合以接收所述温度、所述第一压力和所述脉冲回波或所述第二压力的处理器(225)，实施存储于与所述处理器相关联的存储器(226)中的经温度和压力补偿的流体水平面确定算法（水平面确定算法）(227)；
其中所述水平面确定算法使用所述温度、所述第一压力和所述脉冲回波或所述第二压力来生成针对所述过程流体的经温度和压力补偿的流体水平面测量值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个法兰包括第一法兰(207a)和第二法兰(207b)，并且其中所述第二压力传感器(215b)跨过所述第三法兰孔口(207b1)，并且所述水平面确定算法使用所述温度、所述第一压力和所述第二压力来生成针对所述过程流体的所述经压力补偿的流体水平面测量值。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中排他性地存在第一法兰(307a)，并且发送所述脉冲信号的水平面收发器(230, 230’)耦合到跨过所述第三法兰孔口(307a3)延伸到所述罐中的探头(333)或连接器371)，并且所述水平面确定算法使用所述温度、所述第一压力和所述脉冲回波来生成所述经温度和压力补偿的流体水平面测量值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述水平面收发器包括超声水平面收发器(230’)，还包括超声变换器(372)，其中所述超声变换器由所述连接器耦合到所述超声水平面收发器，并且所述方法包括超声。
9.根据权利要求10所述的方法，其中所述水平面收发器(230)包括雷达水平面收发器，其中所述雷达水平面变换器由所述探头(333)耦合到所述雷达水平面收发器，并且所述方法包括导波雷达(GWR)。
10.一种受控加工罐，其包括：
界定不超过两个(2)罐孔口(205a, 205b)的罐壁(205d)，在所述罐(205)中具有过程流体；
位于所述罐上的至少一个法兰(207a, 207b)，其包含跨过所述罐孔口而形成的至少第一、第二和第三法兰孔口(207a1, 207a2, 207b1)；
跨过所述第一法兰孔口的温度传感器(216)，其提供温度输出信号，用于感测其中具有过程流体的所述罐中的温度；
跨过所述第二法兰孔口的第一压力传感器(215a)，其具有第一压力输出信号，用于感测所述罐中的第一压力，以及
耦合到探头(333)或连接器(371)的水平面收发器(230, 230’)或者跨过所述第三法兰孔口的第二压力传感器，所述探头(333)或连接器(371)延伸穿过所述第三法兰孔口用于将脉冲信号发送到所述过程流体中或在所述过程流体的表面处发送脉冲信号，并且从所述过程流体接收脉冲回波，所述第二压力传感器具有第二压力输出，感测所述罐中的第二压力；
耦合到水平面发送器的输出或耦合到所述第二压力输出的处理器(225)，所述处理器实施存储于相关联存储器(226)中的经温度和压力补偿的流体水平面确定算法（水平面确定算法）(227)；
将所述温度输出信号耦合到所述处理器的第一连接件(217)，以及将第一压力输出信号耦合到所述处理器的第二连接件，
其中所述水平面确定算法使用所述温度、所述第一压力和所述脉冲回波或所述第二压力来生成针对所述过程流体的经温度和压力补偿的流体水平面测量值，以及
具有耦合到所述处理器的输出的输入的发送器(235)。
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