CN110873598B - 组成比率推断装置、方法以及程序和液面计 - Google Patents

Abstract

本发明提供组成比率推断装置，推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率，被收容物在罐内部的下方贮存为液体，在罐内部的上方的空间中多个物质的一部分能作为气体或液体浮游，具备：基准物，配置于空间；发送接收部，朝向基准物和液体的液面射出雷达波，接收被基准物和液面反射的雷达波；温度测量部，取得成为在空间中作为气体和液体浮游的物质的沸点的高度；介电常数计算部，预先存储发送接收部与基准物之间的物理距离，基于物理距离及被基准物反射的雷达波，计算发送接收部与基准物之间的空间的介电常数；和组成比率导出部，基于发送接收部与基准物之间的空间的介电常数和沸点的位置，导出液体的组成比率。

Description

组成比率推断装置、方法以及程序和液面计

技术领域

本发明涉及组成比率推断装置、组成比率推断方法、组成比率推断程序以及使用了该组成比率推断装置的液面计。

背景技术

已知一种对贮存液体等被收容物的罐内的液面的高度进行测量的液面计。

在电波式的液面计中，从发送接收模块发送的雷达信号由换能器转换为电磁波即雷达波。该雷达波朝向液面传播，从液面反射，并由换能器逆转换为雷达信号。发送接收模块基于经逆转换得到的雷达信号来推断液面的高度。

在基于从液面反射的雷达波来计算液面高度的液位计中，雷达波在液体上方的空间中传播。在液体上方的空间中存在被收容物中的气化的成分、与贮存在下方的液体分开浮游的液体成分。液体上方的空间的介电常数由被收容物的组成比率决定。因此，在贮存有组成比率不明的被收容物的情况下，需要进行组成比率的事前分析，很复杂。

因此，需要一种自动地推断贮存在罐内的被收容物的组成的组成比率推断装置。

在专利文献1中，公开了一种功能水的检测方法，其特征在于，将试样封入到液体保持器中，使液体保持器中的空气层的厚度为恒定，使远红外线区域的激光透过该液体保持器，并测定其吸收量。该检测方法是基于预先决定的量的试样的介电常数来推断液体是否为功能水的方法，因此与推断液体量的本申请发明的目的不同。

在专利文献2中，公开了一种油雾浓度测定装置，该油雾浓度测定装置基于向气缸内的空间照射的电磁波的变化来测定浮游在斯特林发动机的气缸内的油雾浓度。但是，该油雾浓度测定装置是对浮游在空间中的油雾浓度本身进行测定的装置，并不是推断所贮存的液体的液量的装置。

在专利文献3中公开了一种相对介电常数计算装置，其向贮存在罐内的液体发送不同发送条件的雷达波，并基于不同的各个条件的发送频率和接收频率来提取脉动频率，计算部根据针对不同的各个发送条件所提取出的脉动频率来计算相对介电常数。但是，在液面的高度变化的情况下，需要每次都进行相对介电常数计算，因而很复杂，并且能够测定的液面高度的范围也受到限制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-098825号

专利文献2：日本特开昭59-27252号

专利文献3：日本特开2014-32059号

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种高精度地推断贮存在罐内的被收容物的组成比率的组成比率推断装置。

用于解决问题的手段

本发明所涉及的组成比率推断装置是推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的组成比率推断装置，其中，所述被收容物在所述罐内部的下方被贮存为液体，在所述罐内部的上方的空间中，所述多个物质的至少一部分能够作为气体或液体浮游，所述组成比率推断装置具备：基准物，其配置于所述空间；发送接收部，其朝向所述基准物和所述液体的液面发送雷达波，并接收被所述基准物和所述液面反射的雷达波；温度测量部，其针对每个浮游物质取得成为在所述空间中作为气体和液体浮游的浮游物质的沸点的高度；介电常数计算部，其预先存储所述发送接收部与所述基准物之间的物理距离，并基于所述物理距离以及被所述基准物反射的雷达波，计算所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数；以及组成比率导出部，其基于所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数和所述沸点的位置，导出所述液体的组成比率。

发明效果

根据本发明，能够高精度地推断出贮存于罐内的被收容物的组成比率。

附图说明

图1为表示具有本发明所涉及的组成比率推断装置的液面计的实施方式的纵剖视图。

图2为上述液面计的功能框图。

图3为上述液面计具有的组成比率导出部导出被收容物的组成比率的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的组成比率推断装置和具有组成比率推断装置的液面计的实施方式进行说明。

组成比率估计装置(1)

在图1中，液面计1是测量贮藏在罐30内的作为被测定物的液体等的液面高度的装置。

被收容物作为液体40贮存在罐30的下部。被收容物为混合物，被收容物含有的物质分别具有不同的沸点。在罐30内部的贮存有液体40的区域的上方的空间31，可取得被收容物的混合物的至少一种达到沸点的温度。所贮存的液体40的温度比罐30的周边温度低，所以空间31的温度在液体40附近相对较低，随着远离液体40到达空间31的上方，温度上升。因此，被收容物中的在空间31中浮游的成分在比达到该沸点的高度更靠上方的空间中作为气体存在，在比该高度靠下方的空间中作为液体存在。换言之，在空间31中存在作为气体浮游的成分(以下，称为“气体成分”)和作为液体浮游的成分(以下，称为“液体成分”)。

如图1所示，液面计1具备：发送接收部10、波导管20、以及基准物21。发送接收部10具备发送接收模块11及换能器12。发送接收模块11配置在罐30的上表面，是向换能器12发送雷达信号的功能部。换能器12将雷达信号转换为雷达波，并朝向波导管20内部射出雷达波。

波导管20是朝向下方配置在罐30内部的圆管状的部件。波导管20的上端连接于换能器12。波导管20的下端在罐30内部朝向下方延伸。贮存在罐30内的液体40能够从下端浸入至波导管20，使得罐30内的液体液位与波导管20内的液体液位一致。在波导管20的上部形成有至少1个贯通孔，该贯通孔用于在液体40侵入到波导管20内时将波导管20内部的气体压挤出。

基准物21是配置在波导管20内部的部件，反射从换能器12射出的雷达波。基准物21是在波导管20的内部朝向半径方向突出的部件，可以是棒状，也可以是平板状。另外，基准物21既可以沿着波导管20的半径方向形成，也可以为网状。在被收容物贮存在罐30中的状态下，基准物21在未浸渍于液体40中而是配置在空间31中时被测量。另外，在本实施方式中，基准物21为1个，但也可以将多个基准物分别设置在罐30内的不同高度处。

如图2所示，液面计1具备：发送接收部10、测距部61、温度测量部62、介电常数计算部63、组成比率导出部64、液面计算部80。发送接收部10、测距部61、温度测量部62、介电常数计算部63和组成比率导出部64构成组成比率推断装置100。

测距部61是基于由发送接收部10取得的反射波的雷达信号，测量发送接收部10与基准物21之间的距离以及发送接收部10与液体40的液面之间的距离的功能部。测量方法可以使用例如FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)方式等适当的方法。另外，由测距部61得到的值是不考虑空间31的介电常数而测定的值，也存在与实际的物理距离不同的情况。

温度测量部62是测量罐30内的温度，并测量在罐30内成为给定温度的高度的功能部。所谓给定温度，是指被收容物含有的物质各自的沸点。温度测量部62求出在罐30内成为在空间31中变化为气体成分和液体成分的物质的沸点的罐30内的高度方向的位置。在空间31中变化为气体成分和液体成分的物质有多个的情况下，求出成为各自的沸点的位置。另外，温度测量部62可以是设置在罐30内的温度传感器，也可以是从与液面计1及组成比率推断装置100分开配置的温度传感器接收温度信息的功能部。

介电常数计算部63是计算发送接收部10与基准物21之间的空间(以下，也称为“发送接收部-基准物空间32”)的介电常数的功能部。介电常数也可以被计算为相对介电常数。介电常数计算部63预先存储发送接收部10与基准物21之间的物理距离，并基于该物理距离和由测距部61得到的测量值之间的差异，来计算发送接收部-基准物空间32的介电常数。发送接收部-基准物空间32的介电常数根据浮游于空间31中的物质而不同，通过雷达波而测量的测量值上的距离根据介电常数而不同。另一方面，由于从发送接收部10到基准物21的物理距离是已知的，所以通过将该物理距离与测量值进行比较，能够计算出发送接收部-基准物空间32的平均介电常数。

组成比率导出部64是基于由介电常数计算部63得到的发送接收部-基准物空间32的介电常数、从发送接收部10到液体40之间的距离的测量值以及罐30内成为被容纳物含有的各物质的沸点的位置，来导出液体40所含有的组成比率的功能部。

在此，对组成比率导出部64导出组成比率的技术背景进行说明。空间31的介电常数通过根据组成比率对以气体状态或液体状态浮游在空间31中的物质各自的介电常数进行合成而构成。物质的介电常数在气体状态和液体状态下不同。这里，气体成分和液体成分的层厚通过由温度测量部62求出的沸点的位置来求得。因此，组成比率导出部64分别存储被收容物含有的多个物质的气体状态的介电常数和液体状态的介电常数，并导出在基于层厚进行了合成时实现发送接收部-基准物空间32的介电常数的被收容物的组成比率。另外，如上所述，发送接收部-基准物空间32的介电常数视为与空间31的介电常数相等。

在液体40所含有的物质(纯物质)为2种或视为2种来导出组成比率的情况下，该2种或视为2种的物质的组成比率之和为1。因此，使用罐30内的被收容物所含有的各物质的气体成分及液体成分的层厚、某一液面高度处的发送接收部-基准物空间32的介电常数、以及组成比率之和为1的事实，能够导出2种物质的组成比率。

在被收容物所含有的物质(纯物质)为3种以上或者视为3种以上的某一数量来导出组成比率的情况下，组成比率导出部64使用在不同的液面高度处分别测定的发送接收部-基准物空间32的介电常数来导出液体40的组成比率。具体而言，组成比率导出部64分别记录不同的液面高度处的发送接收部-基准物空间32的介电常数、此时的液面高度的测量值、以及在罐30内成为被收容物所含有的各物质的沸点的位置，并基于这些多个值来推断液体40的组成比率。根据本结构，能够基于该多个测量值，推断出3种以上的物质各自的组成比率。在这种情况下，被收容物所含有的物质的组成比率之和也为1，能够将该事实用于导出。因此，在导出N种物质的组成比率的情况下，通过使用N-1个相互不同的液面高度处的各值，能够导出组成比率。

另外，在多个基准物21配置于相互不同的高度处的情况下，组成比率导出部64根据基准物21的数量，取得多个在某一液面高度处获得的发送接收部-基准物空间的介电常数。另外，也可以采用如下方式：不必总是针对多个基准物21全部求出发送接收部-基准物空间的介电常数，而是仅针对任意1个或多个基准物求出发送接收部-基准物空间的介电常数。组成比率导出部64也可以记录多个发送接收部-基准物空间的介电常数、液面高度的测量值、以及发送接收部10与各个基准物21之间的距离的测量值，并推断液体40的组成比率。根据本结构，即使在被收容物所含有的物质(纯物质)为3种以上或者视为3种以上的某一数量来导出组成比率的情况下，也能够通过1次发送接收来导出各成分的组成比率。因此，在导出N种物质的组成比率的情况下，通过将N-1个配置于不同的高度的基准物用于测量，能够导出组成比率。

液面计算部80是基于由液面反射的雷达波以及被收容物的组成比率，来计算罐30内的液体40的液面高度的功能部。具体而言，基于被收容物的组成比率，计算出发送接收部10与液面之间的介电常数，并通过该介电常数来校正根据从液面反射的雷达波计算出的距离，由此能够准确地计算出液体40的液面高度。

推断出的液体40的液面高度显示于组成比率推断装置1适当具备的显示器或电连接的其他装置。另外，显示的形式可以是用户容易理解的适当的形式，既可以是液体40的液面高度，也可以换算成液量进行显示。另外，信息的通知方法不限于显示，也可以是基于声音的通知等适当的方法。

推断液体40的组成比率的流程图

如图3所示，首先，发送接收部10朝向基准物21和液体40发送雷达波，并接收由基准物21和液体40的液面反射的雷达波(步骤S1)。

测距部61基于接收到的雷达波，测量发送接收部10与基准物21之间的距离以及发送接收部10与液体40的液面之间的距离(步骤S2)。

温度测量部62取得罐30内的空间31中的温度分布(步骤S3)。更具体而言，取得空间31的温度分布，在包含被收容物含有的物质的沸点的情况，分别求出成为该沸点的高度。另外，步骤S2和S3的顺序任意，也可以同时执行。

介电常数计算部63参照预先存储的发送接收部10与基准物21之间的物理距离、在步骤S2中测量出的测量距离、以及在步骤3中取得的成为沸点的高度，并基于由发送接收部10取得的来自基准物21的反射波的雷达信号，计算发送接收部-基准物空间32的介电常数(步骤S4)。

组成比率导出部64存储发送接收部-基准物空间32的介电常数。组成比率导出部64能够存储多个发送接收部-基准物空间32的介电常数。以下，在本段落中，对自动取得相互不同的液位处的发送接收部-基准物空间32的介电常数的步骤的例子进行说明。例如，组成比率导出部64预先存储为了导出组成比率所需的介电常数的存储个数，判别是否取得以及存储了规定数量的相互不同的液位处的发送接收部-基准物空间32的介电常数(步骤S5)。在取得了规定数量的介电常数的情况下，进入步骤S6。在所存储的介电常数的个数小于规定数量的情况下，返回至步骤S1。步骤S1既可以每隔预定时间实施，也可以通过其他的触发器开始实施。另外，也可以构成为：每隔给定时间实施步骤S1和步骤S2，判别与过去的测定时的液位相比是否相差给定以上，在相差给定以上的情况下执行步骤S3。根据该结构，能够检测液位发生了变化的情况，从而自动地取得相互不同的液位处的发送接收部-基准物空间32的介电常数。

组成比率导出部64参照由基准物21反射的雷达波和发送接收部-基准物空间32的介电常数，导出被收容物的组成比率(步骤S6)。

另外，在多个基准物21配置于相互不同的高度处的情况下，取代液位相互不同的多次测量结果而分别参照在某一液面位置处的到多个基准物的介电常数，导出被收容物的组成比率。

在计算液体40的液面高度的液面计1中，液面计算部80在步骤S5之后，基于从液体40的液面反射的雷达波和被收容物的组成比率，计算液体40的液面高度。

根据本结构，能够高精度地推断出贮存于罐内的被收容物的组成比率。另外，能够基于所推断出的被收容物的组成比率，更准确地测定液面高度。

符号说明

1 液面计

10 发送接收部

21 基准物

30 罐

31 空间

40 液体

63 介电常数计算部

80 液面计算部。

Claims (12)

1.一种组成比率推断装置，其为推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的组成比率推断装置，其中，

所述被收容物在所述罐内部的下方被贮存为液体，在所述罐内部的上方的空间中，所述多个物质的至少一部分能够作为气体或液体浮游，

所述组成比率推断装置具备：

基准物，其配置于所述空间；

发送接收部，其朝向所述基准物和所述液体的液面发送雷达波，并接收被所述基准物和所述液面反射的雷达波；

温度测量部，其针对每个浮游物质取得成为在所述空间中作为气体和液体浮游的浮游物质的沸点的高度；

介电常数计算部，其预先存储所述发送接收部与所述基准物之间的物理距离，并基于所述物理距离以及被所述基准物反射的雷达波，计算所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数；以及

组成比率导出部，其基于所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数和所述沸点的位置，导出所述液体的组成比率。

2.根据权利要求1所述的组成比率推断装置，其中，

所述介电常数计算部分别记录在相互不同的液面高度处测量的所述液体的液面高度的测量值、以及处于该液面高度时的所述发送接收部与所述基准物之间的距离的测量值，所述组成比率导出部基于所述液体的液面高度的多个测量值、以及处于该液面高度时的所述发送接收部与所述基准物之间的距离的多个测量值，推断所述液体的组成比率。

3.根据权利要求1所述的组成比率推断装置，其中，

所述介电常数计算部基于被所述基准物反射的雷达波来计算所述发送接收部与所述基准物之间的测量距离，并基于所述物理距离与所述测量距离之间的差异来计算所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数。

4.根据权利要求1所述的组成比率推断装置，其中，

所述组成比率导出部分别存储所述被收容物所含有的多个物质的气体状态及液体状态下的介电常数。

5.根据权利要求1所述的组成比率推断装置，其中，

所述组成比率推断装置还具备配置在所述罐内部的波导管，所述发送接收部向所述波导管内部发送雷达波。

6.一种组成比率推断装置，其为推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的组成比率推断装置，其中，

所述被收容物在所述罐内部的下方被贮存为液体，在所述罐内部的上方的空间中，所述多个物质的一部分能够作为气体或液体浮游，

所述组成比率推断装置具备：

多个基准物，配置于所述空间；

发送接收部，其朝向所述多个基准物和所述液体的液面发送雷达波，并接收被所述多个基准物和所述液面反射的雷达波；

温度测量部，其分别取得成为在所述空间中作为气体和液体浮游的物质的沸点的高度方向的位置；

介电常数计算部，其预先存储所述发送接收部与所述基准物之间的物理距离，并基于所述物理距离以及被所述基准物反射的雷达波，计算所述发送接收部与多个所述基准物之间的空间的各介电常数；以及

组成比率导出部，其基于所述发送接收部与多个所述基准物之间的空间的介电常数和所述沸点的位置，导出所述液体的组成比率，

所述介电常数计算部记录所述液体的液面高度的测量值、以及所述发送接收部与所述多个基准物之间的各个距离的测量值，

所述组成比率导出部基于由所述介电常数计算部计算出的所述各介电常数，推断所述液体的组成比率。

7.根据权利要求6所述的组成比率推断装置，其中，

所述介电常数计算部基于被所述基准物反射的雷达波来计算所述发送接收部与所述基准物之间的测量距离，并基于所述物理距离与所述测量距离之间的差异来计算所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数。

8.根据权利要求6所述的组成比率推断装置，其中，

所述组成比率导出部分别存储所述被收容物所含有的多个物质的气体状态及液体状态下的介电常数。

9.根据权利要求6所述的组成比率推断装置，其中，

所述组成比率推断装置还具备配置在所述罐内部的波导管，所述发送接收部向所述波导管内部发送雷达波。

10.一种组成比率推断方法，其为推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的组成比率推断方法，其中，

所述被收容物在所述罐内部的下方被贮存为液体，在所述罐内部的上方的空间中，所述多个物质的至少一部分能够作为气体或液体浮游，

所述组成比率推断方法包括：

从发送接收部朝向配置于所述空间的基准物以及所述液体的液面发送雷达波，并接收被所述基准物和所述液面反射的雷达波的步骤；

取得成为在所述空间中作为气体和液体浮游的浮游物质的沸点的位置的步骤；

预先存储所述发送接收部与所述基准物之间的物理距离，并基于所述物理距离以及被所述基准物反射的雷达波，计算所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数的步骤；以及

基于所述发送接收部与所述基准物之间的空间的介电常数和成为所述沸点的位置，导出所述液体的组成比率的步骤。

11.一种液面计，其为推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的液面计，其中，

所述液面计具备：

组成比率推断装置，其具备朝向所述液体的液面发送雷达波并接收被所述液面反射的雷达波的发送接收部，推断所述被收容物的组成比率；以及

液面计算部，其基于被所述液体的液面反射的雷达波和所述被收容物的组成比率，推断所述被收容物的液面高度，

所述组成比率推断装置是权利要求1所述的组成比率推断装置。

12.一种液面计，其为推断贮存于罐内部的沸点相互不同的多个物质混合而成的被收容物的组成比率的液面计，其中，

所述液面计具备：

组成比率推断装置，其具备朝向所述液体的液面发送雷达波并接收被所述液面反射的雷达波的发送接收部，推断所述被收容物的组成比率；以及

液面计算部，其基于被所述液体的液面反射的雷达波和所述被收容物的组成比率，推断所述被收容物的液面高度，

所述组成比率推断装置是权利要求6所述的组成比率推断装置。