CN106796138A - 用于高温和/或高压密封的弹性密封件在导波雷达水平面测量设备中的使用 - Google Patents

Abstract

一种导波雷达水平面测量设备包括由外导体和中心导体组成的过程连接件。所述中央导体至少部分由介电材料环绕。可采用一个或多个弹性金属密封件来在所述探头的一部分周围形成气密密封。所述金属密封件保护所述介电材料，以使所述气密密封与过程和温度冲击隔离。所述金属密封件可进一步与一个或多个绝缘体和一个或多个垫片配合，所述金属密封件用以提供热和机械屏障并向所述导波雷达水平面测量装置提供耐化学性。

Description

用于高温和/或高压密封的弹性密封件在导波雷达水平面测 量设备中的使用

技术领域

实施例涉及导波雷达设备和系统。实施例还涉及导波雷达应用中的水平面测量。实施例进一步涉及能够在高温和高压环境中展开的导波雷达应用。

背景技术

使用导波雷达的水平面测量用于大量不同应用中。所测量产品的范围从相对安全的产品（例如水或粮食）到高度危险的材料（如氨或石化产品）。测量原理是短的、高频脉冲的“飞行时间”测量的原理。此脉冲由连接至在罐中的波导的电子模块生成和解析，该罐的水平面通过过程连接件测量。该波导可以是一长度的金属绳、杆或由中空金属管内部的杆组成的同轴传输线。

传输线的阻抗在所测量介质的界面处改变，从而引起反射。此反射返回到电子模块，并且使用其飞行时间来计算罐中的材料的水平面。该过程连接件提供许多功能。过程连接件的一个功能是将驻留于罐外部的电子器件电连接至罐内部的波导。过程连接件的电气特性对该设备的正常性能至关重要。该过程连接件实际上形成由中心导体和外侧同心导体组成的同轴传输线。中间的空间用介电材料填充，该介电材料的介电常数和物理尺寸定义该线的阻抗。本文使用的材料通常是塑料和陶瓷。

过程连接器的另一功能是将轴向负载从罐中的探头传递到罐顶/壁。使用设计成中心导体、介电材料和外导体的形状的特征来支持和传递由罐中的材料施加到波导上的负载。过程连接器的最终和最重要的功能是密封该过程，其可处于高温和高压下。

称为“双密封”设计的一些设计并入带通气路径的冗余密封件。如果主密封件失效，则有次级较低压力密封件，其允许该过程通气。通气防止电子器件外壳溢流，并且因此采用管道使通信/电力电缆行进至量规。过程连接件的密封在高温和高压下尤其具有挑战性。

发明内容

提供以下发明内容以有助于对所公开实施例的独特的创新特征中的一些的理解，并且不打算成为完整描述。可通过将整个说明书、权利要求书、附图和说明书摘要视为整体来获得对本文中所公开实施例的各个方面的完整了解。

因此，所公开实施例的一个方面提供一种改进的导波雷达水平面测量设备。

所公开实施例的另一方面提供一种并入弹性金属密封件的使用的导波雷达水平面测量设备。

如本文中所述，现在可获得上述方面以及其它目的和优点。本文中公开一种导波雷达水平面测量设备，其包括由外导体和中心导体组成的探头。中央导体至少部分由介电材料环绕。可采用一个或多个弹性金属密封件来在探头的一部分周围形成气密密封。金属密封件保护介电材料，以使气密密封与过程及温度冲击隔离。所公开金属密封件可进一步与一个或多个绝缘体和一个或多个垫片配合。金属密封件提供热和机械屏障并且为该导波雷达水平面测量设备提供耐化学性。

在一些实施例中，绝缘体可以是陶瓷材料，并且垫片可以是石墨材料。另外，在一些实施例中， 介电材料可形成由提供低介电常数的塑料材料形成的介电套筒。

附图说明

附图进一步阐释本发明，并且连同本发明的详细说明一起来用于解释本发明的原理，在所述附图中，同样的附图标记贯穿分开的视图而涉及相同或功能类似元件，并且所述附图并入说明书中且形成说明书的一部分。

图1根据优选实施例示出绘示导波雷达水平面测量设备的示意图；

图2A-2B根据优选实施例分别示出图1中所示的导波雷达水平面测量设备的顶部和侧面截面视图；

图3根据优选实施例示出导波雷达水平面测量设备的带螺纹的本体部分的等角视图；

图4根据优选实施例示出图3中绘示的带螺纹的本体部分的分解图；

图5根据替代实施例示出导波雷达水平面测量设备的截面详图；

图6A-6B根据替代实施例示出图5的导波雷达水平面测量设备的截面B-B视图；

图7根据替代实施例示出导波雷达水平面测量设备的法兰本体部分的等角法兰视图；并且

图8根据替代实施例示出图7中所示的法兰本体部分的分解图。

具体实施方式

在这些非限制性实例中论述的特定值和配置可改变，并且仅引用以示出至少一个实施例，并且并不打算限制其范围。

现将在下文中参考所附的附图来更充分描述这些实施例，其中示出了本发明的示例性实施例。本文中公开的实施例可以许多不同形式实现，并且不应视为限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开内容将是全面的且完整的，并且将向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。在通篇中，同样的附图标记指代同样的元件。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联所列举项目中的一者或多者的任何和全部组合。

导波雷达的一些应用要求探头与处于高温和/或高压下的环境接触。另外，所涉及的材料可能具有腐蚀性。当前导波雷达设备使用弹性体o型环或石墨填料。典型的弹性体密封件具有有限的温度范围，可能与一些过程材料具有化学兼容性问题，并且在其最大压力性能方面受限。要利用弹性体o型环，需要考虑许多因素，并且即使这样，最大压力仍可能不足。

为克服这些限制中的一些，所公开实施例并入弹性金属密封件的使用。此类密封件在喷气发动机中存在的高温和高压极端环境中有效。弹性金属密封件是旋转开放的可变形金属区段，所述旋转开放的可变形金属区段是过程压力激励的。根据其构造材料，这些密封件可承受数千华氏度的温度以及数万psi的压力。其可由诸如例如非常抗腐蚀的C-276的材料配置。

如本文中将更详细解释，所公开导波雷达水平面测量设备可按大致圆柱形布置实施，并且包括一个或多个弹性金属密封件以及至少一个O型环（“次级密封件”）和介电材料（例如，介电套筒，其在本文中更详细论述）。另外，该导波雷达水平面测量设备可包括大致按同心布置配置的外导体和中心导体以及密封件。介电材料帮助确立相对于RF电路传输线的阻抗。所公开实施例按照“过程侧”的实施方案论述。

实施弹性金属密封件非常类似于对于面密封弹性体o型环的实施。密封件简单地落入适当尺寸的密封压盖中，并且通过足够坚固、刚性且光滑的壁保持。取决于配合壁平滑度和金属密封件涂层材料，可获得泄漏率低至（例如）10^-11 cc/sec的气体密封件。在无弹性体密封件的温度限制的情况下，金属密封件可在过程连接件上的任何地方实现。本文中所述的弹性金属密封件可密封 塑料、陶瓷、玻璃和金属。这些弹性金属密封件充当对抗所测量流体或气体的防线。如本文中将更详细展示，这些密封件提供次级密封要求。在一些实施例中，本文中论述的O型环可允许通气（经由通气孔），并且因此在实现次级密封上进行辅助。

通常，所公开的导波雷达水平面测量设备可包括与过程及温度冲击隔离的气密密封。探头上的压力和外力将不影响密封的完整性。在一些实施例中，柔性的探头负载和锁定系统可补偿来自热膨胀以及横向和垂直力的应力。此系统或组合件还可保护并紧固陶瓷。该导波雷达水平面测量设备可进一步并入陶瓷绝缘体，并且在一些情况下，并入石墨垫片。元件（例如温度和压力密封件上的陶瓷绝缘体和石墨垫片）可在提供强健的热和机械屏障以及提供耐化学性上进行辅助。

图1-8根据优选和替代实施例示出导波雷达水平面测量设备150的变化的视图。注意，在图1-8中，相同或类似部件用相同或类似附图标记指示。

图1根据优选实施例示出绘示导波雷达水平面测量设备150的示意图。导波雷达水平面测量设备150通常包括连接至同轴连接器的内导体。电介质环绕内导体。密封件和焊缝也并入到设备150中。导波雷达水平面测量设备150通常连接至罐法兰（图1中未显示）。

图2A-2B根据优选实施例分别示出图1中所示的导波雷达水平面测量设备150的顶部和侧面截面视图，尽管有一些变化。设备150通常包括弹性金属密封件（例如密封件16,17）在塑料所驻留的较冷区域中的使用。大致在保持环13的区域中，温度趋于下降。设备150并入有玻璃、陶瓷以及塑料布置，其允许电子器件与所述过程的隔离以及提供比陶瓷低的介电常数的介电塑料材料的使用。这并不意味着将陶瓷或类似材料从所述配置中排除，而是以允许弹性金属密封件在此种类型的塑料所驻留的较冷区域中使用的方式使用。

导波雷达水平面测量设备150包括至少部分由下部本体1环绕和保持的下部中心导体5。所述导体5由玻璃组件或玻璃环7和相邻锯齿状垫圈26定位的下部陶瓷部分或环10环绕。至少一个陶瓷脊柱6定位于陶瓷环9上方，所述陶瓷环9相邻陶瓷环10定位。包括陶瓷脊柱6的陶瓷脊柱由带螺纹的本体部分3环绕。中间中心导体8连接至下部中心导体5。定位于设备150的顶部处的处理器连接器盖4可保持下部负载环14和上部负载环19。通气路径31定位于连接器盖4内。盖4还包括构成上部中心导体15的T形部分。弹性金属密封件16, 17也显示于图2中，但下文参照附加的元件一起更详细地论述。

图3示出图1和图2A-2B中所示的导波雷达水平面测量设备150的带螺纹的本体部分3的等角视图。图4示出图3中绘示的带螺纹的本体部分3的分解图。图4示出图1-3中所示的设备150的分解图。图5示出导波雷达水平面测量设备150的截面详图。图6A-6B示出导波雷达水平面测量设备150的相应顶部和侧面截面视图。图7根据替代实施例示出增加了法兰本体的设备150的等角法兰视图。最后，图8根据替代实施例示出图7的法兰本体部分的分解图。注意，图5-8中所示的配置和其它图之间的差别是在图5-8中存在带法兰元件或部分和下部本体2，而非下部本体1。其它元件实质上相同。

如图1-8中所示，导波雷达水平面测量设备150通常包括从底部下端延伸并穿过玻璃环或玻璃元件7的下部中心导体5（例如，探头），玻璃环或玻璃元件7在下部陶瓷环10下方或靠近于下部陶瓷环10而定位。下部本体1的至少一部分可充当导波雷达水平面测量设备150的外导体。设备150的“探头”由连接至中间中心导体8的下部中心导体5组成，其中该中心导体至少部分由介电材料（例如，介电套筒）环绕。

下部本体1保持玻璃环7、下部陶瓷环10、锯齿状垫圈26、上部陶瓷环9和导体5的至少一部分。中间本体3定位于下部本体1上方。中间本体3环绕中间中心导体8（例如，探头所附接至的中间中心导体8）。中间中心导体8是下部中心导体5的延伸部分或连接至下部中心导体5。

陶瓷环6环绕中间中心导体8。垫圈22, 23靠近于保持环13定位，所述保持环13环绕其中的中心膛孔。销插座12至少保持中间中心导体8的细长顶部部分。弹性金属密封件16, 17与保持环18共同定位在下部负载环14周围，所述下部负载环14继而将中心导体15保持在连接器盖4内。上部负载环19也与连接器盖4保持在一起并与O型环24和O型环20相邻。次级密封体25定位于销插座21旁边，所述销插座21继而由介电套筒11环绕。

上部负载环19、介电套筒11和次级密封体20（预先安装有O型环）可放置到上部中心导体15上。销插座21和12可压配合到上部中心导体15中，并且然后在内部弹性金属密封件16被压入之后而压配合到下部负载环14的膛孔中。外部弹性金属密封件17可然后压配合到中间本体3中。此处，应仔细采取步骤，从而不要使密封件17到底。密封保持环18可旋拧到中间本体中，并且然后下部负载环14可压配合到所述组合件中。

陶瓷脊柱6可插入到中间本体3的膛孔中。保持环13可插入并固定到中间本体3上的凹槽中。然后，可插入垫圈22, 23。下部本体2或1可还焊接到中间本体3。

基于前述内容，可了解，本文中公开了多个实施例，优选和替代实施例。例如，在一个实施例中，可实现一种导波雷达水平面测量设备，其包括包括外导体和中心导体的探头，其中中心导体至少部分由介电材料环绕。该导波雷达水平面测量设备可进一步包括一个或多个金属密封件，其可在探头的一部分周围形成气密密封。介电材料由金属密封件保护，以使气密密封与过程和温度冲击隔离。另外，该导波雷达水平面测量设备可并入一个或多个绝缘体和一个或多个垫片，以使金属密封件与所述绝缘体以及所述垫片在金属密封件处配合以提供热和机械屏障以及使导波雷达水平面测量设备的电子器件与所述过程和温度冲击的隔离。

金属密封件可在导波雷达水平面测量设备的较冷区域中使用，塑料材料驻留在所述导波雷达水平面测量设备的较冷区域中。另外，绝缘体可由陶瓷材料组成。在一些实施例中，陶瓷材料可配置为相对于中心导体按脊柱构造安置的陶瓷环。在其它实施例中，垫片可由石墨材料组成。弹性金属密封件可密封塑料、陶瓷、玻璃和金属。另外，金属密封件可充当对抗由导波雷达水平面测量设备测量的流体或气体的防线。在一些实施例中，金属密封件可配置成包括O型环，该O型环带有在其中形成的有通气孔，在实现次级密封上进行辅助。外导体可还由玻璃环环绕。

已出于阐释和说明目的而提供这些实施例的前述描述。其并不旨在穷尽的或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常并不限于该特定实施例，而是，在适用的情况下，可互换并且可用于所选实施例中，即使未具体显示或描述。其也可以许多方式变化。此类变化并不是要被视为背离本公开内容，并且所有此类修改都旨在包括在本公开内容的范围内。

Claims (10)

1.一种导波雷达水平面测量设备，包括：

包括外导体和中心导体的探头，所述中心导体至少部分由介电材料环绕；

在所述探头的一部分周围形成气密密封的至少一个金属密封件，所述介电材料由所述至少一个金属密封件保护，以使所述气密密封与过程和温度冲击隔离；以及

至少一个绝缘体和至少一个垫片，其中所述至少一个金属密封件与所述至少一个绝缘体及所述至少一个垫片在所述至少一个金属密封件处配合以提供热和机械屏障以及使所述导波雷达水平面测量设备的电子器件与所述过程和温度冲击的隔离。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述介电材料包括塑料材料。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述介电材料形成介电套筒。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述至少一个金属密封件在所述塑料材料所驻留的所述导波雷达水平面测量设备的较冷区域中使用。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个绝缘体包括陶瓷材料。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述陶瓷材料包括相对于所述中心导体按脊柱构造配置的多个陶瓷环。

7. 一种导波雷达水平面测量设备，包括：

至少一个弹性金属密封件；以及

导体探头，其中所述导体探头的一部分由玻璃材料环绕，所述导体的中心部分由多个陶瓷环环绕，并且所述导体探头的另一部分由塑料材料环绕，所述至少一个弹性金属密封件位于所述塑料材料所驻留的所述设备的较冷区域中，所述塑料材料具有低于所述多个陶瓷环的介电常数的介电常数。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述多个陶瓷环相对于所述导体的所述中心部分按脊柱构造配置。

9.根据权利要求7所述的设备，其中所述玻璃材料、所述多个陶瓷环和所述塑料材料包括允许隔离所述设备内的电子器件的玻璃、陶瓷和塑料布置。

10.一种配置导波雷达水平面测量设备的方法，包括：

提供包括外导体和中心导体的过程连接件；

至少部分由介电材料环绕所述中心导体；

配置至少一个金属密封件以在所述探头的一部分周围形成气密密封，所述介电材料由所述至少一个金属密封件保护，以使所述气密密封与过程和温度冲击隔离；以及

使所述至少一个金属密封件与至少一个绝缘体和至少一个垫片在所述至少一个金属密封件处配合以提供热和机械屏障以及使所述导波雷达水平面测量设备的电子器件与所述过程和温度冲击的隔离。