CN1378640A - 用于测量容器中液位的装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用雷达液位测量器(6)确定储罐(2)中液体(1)液位的装置和方法,所述雷达液位测量器经一波导管(5)向下朝液面(7)发射微波,其中的波导管是一根垂直布置的导管,其在接近储罐(2)罐底(3)的位置处是开口的,且当微波在液面(7)上发生反射之后,所述雷达液位测量器接收反射回的微波,用该回波确定出液面的高度,其中:在导管开口下方的储罐(2)罐底(3)上设置了一个微波吸收器(8),以吸收照射到罐底上的微波能量中的大部分。

Description

用于测量容器中液位的装置
技术领域
本发明涉及一种安装在储罐罐底的微波吸收器，其中的储罐被设计成用于储存液化气之类的液体。该吸收器布置在一根导管开口的下方，该导管作为雷达所发射微波的波导管，其中的雷达能测量其到储罐中液面的距离。设置该吸收器的目的是防止储罐的罐底产生回波，而该回波会对由液面反射回的微波造成干扰。
背景技术
目前，用安装在罐顶的雷达来确定储罐中所储放物料的料位已是一种很常用的技术，其中所述物料的形态为液体或固态颗粒状物质。在该技术的某些应用场合中，设置一根垂直安装的导管，对于由雷达向下射向罐中物料面的微波而言，该导管起到波导管的作用。在物料表面处，微波被物料表面所反射而形成回波，且被反射向雷达的接收器。通过分析发射出的微波信号、以及由物料表面反射回的同一信号的传播时间，就可以定出储罐中物料的高度，以及与物料表面的距离。所述技术应用在多种类型的储罐中，例如用在储放原油或原油精炼产品的罐体或储存塔中。
但迄今为止，上述这种用雷达来测量货位高度的技术还没有用在某些类型的储罐中。其中的一个实例就是船舶上用于储放液化气的储罐。这种储罐一般被设计成大型的矩形箱体，其底部的面积非常大，能有一个足球场大小，且其深度深达30米。在此情况中，储罐的壁板是由厚度约为1毫米的金属隔膜制成的。该金属隔膜反过来再由木制结构支撑着，这样可减轻整个构件的重量。由于此种储罐的底面积巨大，所以，精确地测得罐中液位高度—即液化气液位将是至关重要的。底面积巨大就意味着罐中液面的微小变化就对应着液体容积的相对较大变化。如果采用带有用作波导管的导管的雷达进行测量，则在较高的液位处执行的测量就可进行，且将获得良好的测量结果。因为用作波导管的导管的长度会在温度变化作用下产生很大的变化，而定期注满液化气的储罐又会有很大的温度变化，所以导管上位于储罐罐底上方的那个端部必须是开口的。因而，如果用雷达液位测量器对接近于储罐罐底的液位进行测量时，测量过程实际上是在自由空间中进行的。
为了能实现用雷达测定液面接近储罐罐底时的液位，很重要的一点是：罐底自身要不产生回波的，而同液面产生的回波相比，罐底产生的回波是相当大的。在此方面，困难就在于：制成液化气储罐底壁的那种金属隔膜对于所采用的波长会产生非常强的反射。部分是由于这些困难，雷达测量液位的技术目前还没有被用到所述这种制成矩形箱形状的隔膜型液化气储罐上。
发明内容
根据本发明的一个方面，本文公开一种利用雷达液位测量器确定储罐中液位的装置和方法，所述雷达液位测量器经一波导管向下朝液面发射微波，其中的波导管是一根垂直布置的导管，其在接近储罐罐底的位置处是开口的，且当微波在液面上发生反射之后，所述雷达液位测量器接收反射回的微波，从而确定出液位，其中，在导管开口下方的罐底上设置了一个微波吸收器，以吸收照射到罐底上的大部分微波能量。
本发明的目的是，确保由液面反射的微波信号与由罐底反射的信号之间的强度之差足够大，以使得雷达液位测量器不会混淆这两种信号。
尤其是，本发明的装置和方法意欲用于储存非沉渣性液体的储罐。其主要是打算用于液化气储罐。如果所述吸收器准备在很长的时间内都是保持有效的话，则罐中所储存的物料就不能具有在吸收器的表面上沉积粘性物质这样的特性。
该吸收器优选用由含氟的聚合物树脂(flouro-polymer resin)组成的材料比如聚四氟乙烯(PTFE)制成的。这种材料是公知的，例如以TEFLON(特氟隆)为商标所生产的该种材料。这种材料另外还包括碳粉组份，该成份使材料具有吸收微波的特性。
该吸收器被模制成突尖头的形状，且突尖头的顶尖正朝向入射微波。该吸收器最好被设计成这样：在一块由吸波材料制成的连接板上紧密布置多个金字塔状的棱锥。这样的设计还可在那些对无回音室内的声波进行吸收的装置中见到。采用棱锥状突尖头的原因在于：这样就可使得射到吸收器上的微波所遇到的吸收材料面积逐渐增大，由此，微波可以平缓地从在空气(或其他气体)中传播过渡到在吸收材料中传播，这样就可以有效地吸收微波，而不会出现微波在罐底上发生不希望的反射。由于吸收器的截面积随深度的增加而增大，所以对微波的吸收效能是随吸收器的深度增加而增大的。
根据本发明的吸收器的一个优点在于：能用雷达液位测量器来高精度地测量液化气储罐中的液面高度，甚至在液位接近罐底的情况下也是如此。本发明的另一个优点在于：其能测量的液位可以一直向下直至所谓“空罐”的深度。本发明的又一个优点在于：无需冒着在储罐中引入不适合物体或材料的风险，就可将上述的吸收材料插入到上述类型的储罐中。
附图说明
图1示意性地示出一个剖开的储罐的截面图，在该储罐中储存了液体，且一个本发明的吸收器被安装在一波导管下方的罐底面上，其中的波导管将微波导向罐的底部；
图2a是对上述吸收器从上方观察所得到的俯视平面图；
图2b示出一个上述吸收器的一种形式的剖面图，在该吸收器中，各块独立的矩形棱柱上直立着一个棱锥部件，其中的棱柱被连接在一起而形成一个板件。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的几个实施例进行描述。
在图1中，储罐2中储存了液化气1，其中，罐底3是由一层金属隔膜制成的。在该图中部分地示出储罐的罐壁4。在储罐2的顶壁面、或者是穿过储罐的顶壁设置一导管形式的垂直波导管5。波导管的末端略微高于储罐的罐底3，由此，波导管是向下开口的。在波导管5的上部安装了一台微波雷达6。如上文所提到的那样，该微波雷达6通过波导管5发射一个微波信号，而微波信号被液面7所反射，这就意味着雷达6可接收到一个反射回来的微波信号。通过分析发射信号和接收信号的传播时间，就能按照公知的方式确定出储罐中液面7的高度。在图1中，液面的高度是很低的，也就是说，其略低于波导管5的开口。通常，对于雷达的反射微波接收器来说，将液面7反射的回波与紧邻液面下方的罐底所产生的回波区别开来是很难的。为了能解决这一缺陷，在储罐2中位于波导管开口下方的罐底3上安装了一个根据本发明上述方面的吸收器8。该吸收器的作用是吸收从波导管处入射到液面7上、但没有被该液面反射回去的微波能量的大部分；因而防止了一种回波，即在由罐底3处产生的、且送向雷达6中的接收器的反射波。
吸收器8的目的是，吸收入射到罐底3上的大部分微波能量。为实现此目的，该吸收器是由微波能量吸收度很高的材料制成的。为此，本实施例中选择了采用PTFE形式的塑料材料。在本实施例中，是使用了商标为TEFLON的材料，并加入了碳粉组份，该材料对于本发明所涉及的微波波长具有良好的吸收性。在该示例中，碳粉的百分含量为1％。如果微波照射到由所述高效吸收材料组成的平板面上，就仍有在该吸收器表面上产生反射微波的危险。考虑到这一点，所以要将吸收器设计成这样的形式：在微波的前向传播方向上，吸收器具有增加的截面积。由于这一原因，该示例中的吸收器8被设计成紧密布置的直立棱锥9。这些棱锥最好是连接到一块共用板10上，该共用板10将该吸收器固定在一起，在该吸收器中，棱锥的底面贴靠在共用板上。共用板10可被粘接到储罐2的罐底3上。按另一种方式，各个单棱锥9的底面可直立在各个矩形的块体11上，之后，再用诸如粘接之类的方法将这些凸块(rtblock)相互连接起来，并以同样的方式将其安装到罐底上。优选的是，将该吸收器固定到一块焊接到罐底上的金属板和一个框定该吸收器的、并由螺栓固定到金属板上的框架之间。
如上文所提到的：该吸收器的材料选择为PTFE材料。但由于可以采用其它具有理想指标的材料，所以这一点并不是必需的。根据本发明，使用要求是该材料的相对介电常数要超过1.8。此外，该材料应具有这样的能力：掺入高达4％的碳，也不会在液化气储罐中会出现的低达-165℃的低温环境中变脆。
当然，该吸收器的高度要适配于所采用微波的波长。正如在该实施例子中，当所采用的微波在自由空间中的波长为3厘米时，则棱锥的高度为30毫米，板的厚度为15毫米，由此，整个吸收器的高度将为45毫米。这就意味着：其可测液位的下限将是距离罐底30毫米处，由于该液位值(即30毫米)可被看作是空罐，所以这样的测量范围是完全可以接受的。还有一点要说明的是：没有必要将微波能量百分之百地吸收，因为保持一定的罐底3残余回波是有好处的，从而使得测定储罐何时为空成为可能。
在本发明的范围内，可对该实施例作多种形式的改型。因而，可用其它的几何形状来取代该吸收器中的突尖头—也就是上述所提到的棱锥形状。另外，也可以用多种方式改变该吸收器的材料，要求的是该材料应能吸收微波能量，且具有的成份能被储罐环境所接受。

Claims (9)

1.一种利用雷达液位测量器(6)确定储罐(2)中液位的装置，所述雷达液位测量器经一个波导管(5)向下朝液面(7)发射微波，其中的波导管是一根垂直布置的导管，其在接近储罐(2)罐底(3)的位置处是开口的，且当微波在液面(7)上发生反射之后，所述雷达液位测量器接收反射回的微波，用该回波确定出液面的高度，其特征在于：在导管开口下方的储罐(2)罐底(3)上设置了一个微波吸收器(8)，以吸收照射到罐底上的大部分微波能量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述吸收器(8)被模制成突尖头(9)形状，且突尖头(9)的顶尖正朝向入射来的微波。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述突尖头是由一组紧密排列的金字塔状棱锥(9)组成的。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述突尖头位于一块板件上，该板件的厚度是具体选定的，板件与突尖头结合成一体。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：吸收器(8)的材料中包含碳组份。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：吸收器(8)材料的介电常数大于1.8，且该材料掺有高达4％重量百分比的碳而没有在低达-165℃的低温环境中变脆。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述吸收器(8)是由含氟的聚合物树脂(flouro-polymer resin)制成的。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述材料是PTFE(聚四氟乙烯)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：吸收器(8)被粘接到储罐罐底(3)上，或者是通过一个框架，螺栓固定到储罐的罐底(3)上。
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