CN110346016A - 抗辐射的导波雷达液位计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗辐射的导波雷达液位计，包括位于远端的表头、装配到一起导波头和导波结构；所述表头包括处理器及其分别连接的信号发射单元和信号接收单元，所述信号接收单元与处理器之间还连接有信号放大单元；所述导波头的内部设有射频连接头，用于连接射频电缆，与所述表头的信号发射单元和信号接收单元通信；所述导波结构包括金属套管，所述金属套管的顶部通过法兰盘连接固定，其内部设有导波杆或缆，该导波杆或缆的一端穿过所述法兰盘与所述射频连接头连接，另一端固定于所述金属套管的底部。本发明解决了导波雷达液位计可耐受大剂量核辐射的问题，进一步提升了回波信号的强度，可用于测量低介电常数的液体。

Description

抗辐射的导波雷达液位计

技术领域

本发明涉及核安全液位可靠测量技术领域，具体涉及液位测量技术的一种抗辐射的导波雷达液位计。

背景技术

导波雷达液位计是工业中的一种液位测量仪表，可以对液体、颗粒及浆料进行连续物位测量，测量不受温度变化、惰性气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。其中，导波雷达液位计的工作原理为：由仪表输出的脉冲信号沿着导波雷达液位计的导波杆传播，当该脉冲信号传播到导波杆和液面的接触位置时，由于脉冲信号的特征阻抗发生变化，就会在液面处产生回波信号，进而，仪表通过计算发射脉冲信号和回波信号的时间差，从而得到被测介质的液位。

专利CN207147588U公开了一种防结晶导波雷达液位计，其技术方案要点是包括表头、导波杆以及连接表头与导波杆的密封连接体，其工作原理是由表头发射一束电磁波，电磁波以光速沿金属导波杆向下传播，遇到被测物质时部分电磁波被反射回表头，通过测量电磁波发射和返回的时间，计算得出液位高度。导波杆包括钢缆、钢缆自由端固定有重锤，钢缆上设置了金属浮台。该专利突出优势是在所述底座与所述信号传导杆之间嵌设有保温套管。通过结构上密封设置的由聚四氟乙烯制成的保温套管，结晶在表头和密封连接体处的结晶物不再影响表头和密封连接体处电磁波的传导，确保液位测量的正常进行。

但是，该专利具有以下缺点：

设置在表头和密封连接体处导波杆外的保温套管由聚四氟乙烯材料组成，该材料为较硬易碎的非金属材料，且耐核辐射性能不高，现场使用时不仅有往储罐或水池中掉落异物的风险，且在核电站等有大量核辐射区域，无法正常使用；

该专利仅可起到在表头和密封连接体处的结晶物不影响液位测量的功能，若待测液体量程变化较大，结晶物在下部导波杆上时，仍无法实现防结晶功能，如结晶物处于金属浮台附近时，待液位再发生较大幅度变化，如果结晶物不能再次溶解，则将卡住金属浮台，造成低介电常数的液体无法测量；

发射电磁波和接收电磁波、测量电磁波发送和接收的时间以及计算液位高度，全部在表头内完成，故表头内含信号处理类电子器件，该类器件在有大量核辐射的区域，无法正常使用。

专利CN204535816U公开了一种导波雷达液位计，其包括液位计主体、导波杆、固定法兰、保护套管、导波杆固定架、同心异径管和保护套管固定架，尤其涉及测量带搅拌器的搅拌装置内固液混合物液位的导波雷达液位计。该专利优点在于:使用安装在保护套管内的导波雷达液位计测量液位，保证了液位实时测量的准确性，且不受搅拌器运转影响，有效的避免了虚假液位的出现，保证工艺生产的连续正常运行；检修导波雷达液位计时，不需要清空设备内介质，易于检修维护。

该专利具有以下缺点：

需要提前在储罐等需测量液位的装置内安装好套管固定架及同心异径管，只能适用于新建工程，对于已储有不可排空液体的储罐等装置无法安装；

导波杆固定架采用陶瓷等非金属、耐高温材料制成，导波杆固定架的侧端面与保护套管内壁滑动接触，在运输、安装或运行时，一旦套管发生晃动或振动，若使用陶瓷，则被碰撞时容易破碎，有异物掉落的风险，其它类非金属材料在核辐射、腐蚀及硼酸溶液中性能会大幅下降，不适用于核电站核辐射的硼酸水液位的测量；

液位计主体全部安装在储罐等需测量液位的装置的顶部，液位计主体内均含信号处理类电子器件，该类器件在有大量核辐射的区域，无法正常使用。

专利CN103674170A公开了一种导波雷达液位计，该液位计包括：信号发射单元、信号放大单元、信号接收单元和处理器。工作原理为：由仪表输出的脉冲信号沿着导波雷达液位计的导波杆传播。当该脉冲信号传播到导波杆和液面的接触位置时，由于脉冲信号的特征阻抗发生变化，就会在液面处产生回波信号，仪表通过计算发射脉冲信号和回波信号的时间差，从而得到被测介质的液位。信号放大单元对不同幅值的回波信号所放大的倍数不同。这样，经过信号放大单元放大后的回波信号更有利于处理器的识别，从而提高了导波雷达液位计的检测范围，该专利对小介电常数液体回波信号弱不易识别的难题提供了一种解决方案。

该专利具有以下缺点：

该专利主要为可自动选择的信号放大单元，侧重于导波雷达液位计的信号处理部分，没有对导波雷达的组成结构、测量性能进行描述；

该专利涉及到的单片机、存储器、放大电路、滤波电路等全部为电子器件，不能耐受大剂量核辐射。

该专利没有对分体式导波雷达液位计提出相关描述。

综上，上述公开的专利无法应用于核电站等有大量核辐射区域内，测量精度容易受结晶物等的影响，并且其结构设计的强度不够，容易损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种抗辐射的导波雷达液位计，通过将导波雷达液位计做成分体式结构并优化导波结构，解决了导波雷达液位计可耐受大剂量核辐射的问题，同时，由于优化了导波结构，进而进一步提升了回波信号的强度，可用于测量低介电常数的液体。

本发明采用的技术方案为，一种抗辐射的导波雷达液位计，包括位于远端的表头、装配到一起导波头和导波结构；

所述表头包括处理器及其分别连接的信号发射单元和信号接收单元，所述信号接收单元与处理器之间还连接有信号放大单元；

所述导波头的内部设有射频连接头，用于连接低衰减系数的射频电缆，与所述表头的信号发射单元和信号接收单元通信；

所述导波结构包括金属套管，所述金属套管的顶部通过法兰盘连接固定，其内部设有导波杆或缆，该导波杆或缆的一端穿过所述法兰盘与所述射频连接头连接，另一端固定于所述金属套管的底部。

由上，通过将含有处理器、信号发射单元、信号接收单元等电子器件的表头安装于远端的非核辐射的场所，通过低衰减系数的射频电缆与位于核辐射场所的表头和导波结构进行连接，使表头免受辐射、腐蚀影响，同时，导波结构的外部采用金属套管，可耐受大剂量核辐射和腐蚀，该金属套管结合导波杆或缆，还可增强回波信号，以测量低介电常数的液体，同时还能保证结构强度，不容易被碰撞损坏，适用于复杂的测量环境中。

进一步改进，还包括导波结构固定架，包括：

主体，主体中部具有用于卡在被测罐体或水池顶端边缘的朝下的凹槽，主体远离被测罐体或水池的一端具有配重部，主体伸入罐体或水池的一端具有一水平设置的通孔，该通孔可穿过所述金属套管，并托接所述法兰盘。

进一步改进，所述导波结构固定架的主体中部还具有设置于其顶部的线槽，所述射频电缆的一部分位于该线槽内设置。

由上，在对需要测量液位的被测罐体或水池进行测量时，需要将导波结构从被测罐体或水池的顶端伸入到罐体或水池中，其中导波结构在罐体或水池中容易摆动，无法保持垂直不动的状态，因此通过使导波结构架主体部分的一端卡接在罐体或水池顶端边缘，另一端设置通孔将导波结构套接，同时还能托接住法兰盘，使导波结构在罐体或水池内保持垂直不动。

进一步改进，所述金属套管的底部还设有限位锁紧结构，用于将所述导波杆或缆矫直锁紧，该限位锁紧结构包括供所述导波杆或缆伸缩的限位孔和将杆或缆拉直的自锁螺母。

由上，由于导波杆或缆在金属套管内，可能会出现弯曲，通过金属套管底部的限位孔，使导波介质穿过该限位孔进行矫直后，由自锁螺母将该限位孔及导波杆或缆锁紧，保证导波介质在金属套管中为垂直于液面的状态，保证测量精度。

进一步改进，所述表头还包括与所述处理器连接的显示单元。

由上，显示单元用于显示被测液体的液位信息。

进一步改进，所述导波头、导波结构和导波结构固定架均采用耐高温、耐腐蚀、耐辐射的金属材料。

由上，对位于高温高湿、辐射等严酷环境下，需要采用耐高温、耐腐蚀及耐辐射的材料以保证使用寿命和测量精度，同时采用金属材料可保证该导波雷达液位计的强度，避免碰撞造成损坏，影响测量精度。

附图说明

图1为本发明的抗辐射的导波雷达液位计的原理示意图；

图2为本发明的导波结构固定架的结构示意图；

图3为本发明的表头中电子部件的电路模块图；

图4为本发明的一种实施例中导波结构的结构示意图；

图5为本发明的又一种实施例中导波结构的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图1-图5对本发明提供的抗辐射的导波雷达液位计的具体实施方式进行详细介绍。

图1所示的本发明抗辐射的导波雷达液位计的原理示意图中，该导波雷达液位计包括表头100、导波头300、导波结构400，其中所述表头100通过低衰减的射频电缆200与所述导波头300连接，所述导波头300与所述导波结构400通过法兰盘500连接，可通过高密封等级的表壳密封导波头，从而实现一套完整的导波雷达液位计结构；

如图2所示，为便于安装，本导波雷达液位计还包括有导波结构固定架600，该导波结构固定架600的主体部分的中部具有用于卡在被测罐体或水池顶端边缘的朝下的凹槽610，中部还具有设置于其顶部的线槽，所述射频电缆200的一部分位于该线槽内设置，主体远离被测罐体或水池的一端具有配重部620，主体伸入罐体或水池的一端具有一水平设置的通孔630，该通孔630套接于所述金属套管上，并托接所述法兰盘；

由于对需要测量液位的被测罐体或水池进行测量时，需要将导波结构400从被测罐体或水池的顶端或其他开口伸入到罐体中，其中导波结构400在罐体或水池中容易摆动，无法保持垂直不动的状态，因此需要通过导波结构固定架600的通孔630将导波结构套接，同时还能托接固定住法兰盘500，然后通过主体另一端的凹槽和配置部将该固定架固定在被测罐体或水池的顶端边缘，使导波雷达液位计在罐体或水池内保持垂直不动。

所述表头100为本发明导波雷达液位计的电子部件，图3所示为表头中电子部件的电路模块图，该表头100包括处理器110，该处理器110通过控制信号发射单元120发射脉冲信号，信号接收单元130接收反馈回来的信号，并经过信号放大单元140放大后，发送至处理器进行分析处理，发射装置与被测液体表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算可得出液位高度，计算得出的液位高度可由显示单元150进行显示；

所述导波头300为本发明导波雷达液位计的中转部分，其内部设有双通射频连接头及异型射频连接头等；

在实际应用中，由于核电站多为高温高湿、强腐蚀、强辐射的环境，采用低衰减射频电缆和射频连接头连接的方式，使表头和导波结构变成分体式，将信号发射单元、放大单元、接收单元和处理器等电子部件的表头放置在无核辐射、无高温高湿或高压的缓和环境中，延长了表头中电子部件的使用寿命。

所述导波结构400采用同轴金属套管和导波杆或缆结合的方式，利用金属套管将导波杆或缆保护起来，一方面利用金属特性，增强回波信号，满足测量低介电常数液体的要求，另一方面采用耐高温、耐腐蚀的金属材料例如不锈钢增强了导波结构的强度，不容易被碰撞损坏，同时还能保证在高辐射、腐蚀场所中的导波性能；

如图4所示的导波结构的结构示意图中，所述导波结构400包括金属套管420，该金属套管420的上端通过法兰盘500连接固定，其内部设有金属导波杆410，该金属导波杆410的上端穿过所述法兰盘500，与所述导波头300中的射频连接头连接，与射频电缆200形成回路；所述金属套管420的底部设有限位孔和自锁螺母430，所述金属导波杆410的下端穿过该限位孔进行矫直后，由自锁螺母430进行锁紧，从而保证金属导波杆410在金属套管420中为垂直于液面的状态，避免测量精度受到导波杆弯曲的影响；

本发明提供的导波雷达液位计在对液面进行液位测量时，由表头100中的信号发射单元120发送脉冲信号，该脉冲信号经过射频电缆200的传输后，传输到导波结构400中的金属导波杆410，由于该导波结构400一部分位于液面以下，当金属导波杆410中的脉冲信号到达液面时，液面反射回的脉冲信号会重新经过该金属导波杆410回传到表头100的信号接收单元130，经过信号放大单元140的放大后发送到处理器110中进行运算，计算得出的液位高度，由显示单元150进行显示。

根据实际安装要求或使用要求，如图5所示的又一实施例的导波结构的结构示意图中，所述金属套管420内还可选用金属导波缆440，该金属导波缆440同样需要限位孔和自锁螺母430进行矫直锁紧，以保证垂直。

综上，本发明提供的导波雷达液位计通过做成分体式结构并优化导波结构，解决了导波雷达液位计可耐受大剂量核辐射的问题，同时，由于优化了导波结构，进而进一步提升了回波信号的强度，可用于测量低介电常数的液体；

除解决了上述现有技术中的问题外，请列举本发明还有哪些附加价值：

提供了在高温高湿、强辐射等严酷环境下液体测量的一种技术方案；

提供了对低介电常数液体进行有效测量的一种导波结构方案；

给出了在役环境中(液体不可排空条件下)导波雷达液位计的安装方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抗辐射的导波雷达液位计，其特征在于，包括位于远端的表头、装配到一起导波头和导波结构；

所述表头包括处理器及其分别连接的信号发射单元和信号接收单元，所述信号接收单元与处理器之间还连接有信号放大单元；

所述导波头的内部设有射频连接头，用于连接低衰减系数的射频电缆，与所述表头的信号发射单元和信号接收单元通信；

所述导波结构包括金属套管，所述金属套管的顶部通过法兰盘连接固定，其内部设有导波杆或缆，该导波杆或缆的一端穿过所述法兰盘与所述射频连接头连接，另一端固定于所述金属套管的底部。

2.根据权利要求1所述的液位计，其特征在于，还包括导波结构固定架，包括：

主体，主体中部具有用于卡在被测罐体或水池顶端边缘的朝下的凹槽，主体远离被测罐体或水池的一端具有配重部，主体伸入罐体或水池的一端具有一水平设置的通孔，该通孔可穿过所述金属套管，并托接所述法兰盘。

3.根据权利要求1所述的液位计，其特征在于，所述金属套管的底部还设有限位锁紧结构，用于将所述导波杆或缆矫直锁紧，该限位锁紧结构包括供所述导波杆或缆伸缩的限位孔和将杆或缆拉直的自锁螺母。

4.根据权利要求1所述的液位计，其特征在于，所述表头还包括与所述处理器连接的显示单元。

5.根据权利要求2所述的液位计，其特征在于，所述导波头、导波结构和导波结构固定架均采用耐高温、耐腐蚀、耐辐射的金属材料。