CN1977150A - 雷达液位测量法兰 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷达液位测量装置，用于对具有开口的容器内制品的液位进行非接触测量。所述装置包括法兰，法兰以这样的方式安装于容器上安装部上，法兰的引入口至少部分地覆盖于容器的开口上。所述装置进一步包括可插入法兰之内的波导管部件。在插入时，可插入波导管部件设置成停止于距用于朝向容器的法兰表面一定距离(D)处，沿所述距离(D)形成波导管，从而当被插入时与可插入波导管部件一起形成连续波导管。

Description

雷达液位测量法兰

技术领域

用于对具有开口的容器中制品液位进行非接触测量的雷达液位测量装置，所述装置包括具有引入部的法兰，法兰用于在容器的上安装部以这样的方式进行安装，引入部至少部分地覆盖开口且法兰的接触表面抵靠在容器的上安装部，所述装置进一步包括可插入法兰中的波导部。

一份零件明细单包含于本申请文本的结尾处。

背景技术

在那些使得其它液位测量装置或多或少均不能胜任的特殊条件下，利用雷达技术以测量容器中的液体物质平面的液位测量装置得到应用。这些条件可以是容器中的温度，容器中的压力以及液体的特性。比如说，液体可以是某种石油产品或其它具有粘滞性的化合物，这种粘滞性可以对要与液体接触的液位测量装置产生不利影响。

因此雷达适用于测量液体的液位，其中，从天线发射信号，信号在液体表面上反射，并且由同一天线或其它天线接收反射的信号。之后通过信号处理提供对液位的测量结果。在US4665403中公开了这种装置的一个实施例。

用于发送和/或接收信号的这种天线一般包括具有天线馈线的喇叭式天线，所述馈线依次包括至少部分充满电介质的波导管，所述电介质比如说PTFE(聚四氟乙烯)。从波导管到喇叭天线的转接(transition)为电性匹配从而通过从喇叭天线中伸出的电介质填料锥形部以最小化反射功率。波导管通过馈线插脚或者一对馈线插脚激励，其中馈线插脚或者可以从同轴电缆中伸出，或者可以是从微带电路板中伸出的微带线。馈线插脚可以受到激励以提供一个线偏振(polarization)，两个正交线偏振或者圆偏振。

上述部件形成模件，在微带电路板的情况下，用于产生信号的必要电子部件设置于电路板上的模件处。模件通过密封容器的法兰安装于所述容器上，其中法兰包围至少一部分波导管。由于填充材料设置有密封元件，该密封元件具有在填充材料和波导管之间的密封作用，所以仅有喇叭形天线、填充材料的锥形部分以及部分波导管通常暴露于存在于容器内部的条件下。喇叭天线优选为圆形，具有安装于其上的圆形波导管。波导管可以一直是圆形的，或者可选地，从开始的矩形波导管变形为圆形波导管。对于圆形波导管，在填充材料和波导管之间的密封可以是一个或多个O形环。所述密封由此避免容器的内容物向外部环境的泄漏，同时它对波导管中的微波信号有非常小程度的影响。波导管通常以这样的方式设计，按照基本模式的传播模式具有稍微高于或者在某些情况下高于用于液位测量的频带的切断频率。

包含所有通常使用频带的总频带宽度大致为6-26GHz。由于不同的原因，比如说，不同的物质包含于容器中，用于液位测量的频带可以是不同的。而喇叭天线的尺寸，波导管的直径和填充材料锥形部分的形状由此也是不同的。锥形部通常成形为用于较低频率具有近乎锐利尖端的圆锥体，或成形为用于较高频率的凸圆形伸出透镜。也可以形成其它形状。

需要使用不同频带意味着必须提供法兰和密封元件的不同模件，这导致了为保存这些不同模件而具有更高的成本。这意味着对于那些必须选择一种可用的模件，以及如果需要改变频带则必须选择另外一种模件的消费者而言成品就变得更加昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种雷达液位测量装置，其具有可以独立于用于雷达信号的频带而使用的法兰。

这一目的通过所引述的雷达液位测量装置而实现，其中可插入波导管部件当被插入时设置成在距用于面向容器的法兰表面一定距离处停止，其中法兰进一步具有一个从所述表面向可插入波导管部件预定位置处延伸的部分，所述部分延伸至少所述距离，在所述距离内形成波导管，由此，与可插入波导管部件一起形成连续波导管。

在所附权利要求中公开了优选实施方案。

本发明提供了几个优点，例如：

-对于所有的应用频带范围具有同样的法兰，这导致了仅仅生产和贮存一种法兰类型的必要性，从而降低了成本。

-对于所有的应用频带范围具有同样的法兰，这还导致了仅需使用一种类型的用于密封法兰内部的O形环，从而降低了成本。

附图说明

现在本发明将参照附图进行进一步的描述，其中

图1示意性地表示了一个容器，部分示出了安装于其上的雷达液位测量装置。

图2表示根据本发明的雷达液位测量装置的剖面图，适用于相对低的频带。

图3表示根据本发明的雷达液位测量装置的剖面图，适用于相对高的频带。

图4表示根据本发明的法兰的剖面图；

图5a示意性地部分表示了适用于相对低频带的电介质材料；以及

图5b示意性地部分表示了适用于相对高频带的电介质材料。

具体实施方式

参见图1、2和3，容器1包含例如具有液位3的液体2制品，通过无接触雷达测量装置4测量所述液位3，测量装置4部分地示于图1-3中。图2和3更具体地表示了测量装置4的一部分，其中图2表示使用相对低频带时的装置4，以及图3表示使用相对高频带的装置4。用于根据图2的装置4的一般频带具有f＝6GHz的中心频率，以及用于根据图3的装置4的一般频带具有f＝26GHz的中心频率。

装置4包括安装于容器1上的法兰5，其中容器具有进入容器1的开口6，允许通向容器1内部。容器1的开口6制成引入部，在引入部上有在其上安装有法兰5的上安装部1a。容器1的开口6至少部分地由法兰5引入部5a覆盖，同样示于图4中。图4表示法兰5的剖面图，并且尤其涉及所述的某些法兰特征。

装置4进一步包括充满空气的第一波导管7、7′，以及第二波导管8、8′，所述第二波导管8、8′充满了电介质填充材料9、9′，例如PTFE(聚四氟乙烯)。第一波导管7、7′从法兰5外部向至少部分位于法兰5内部引入口5a中的第二波导管导入。

在第一波导管7、7’和第二波导管8、8’之间存在过渡段，其中第一波导管7、7′具有比第二波导管8、8′更大的内径。从第一波导管7、7′向第二波导管8、8′的转接是电匹配的，从而通过电介质材料9、9′的第一锥形端10、10′以最小化反射功率，其中电介质材料的第一锥形端10、10′从第二波导管8、8′伸出进入第一波导管并在那里终止。进行电匹配以便最小化反射功率。

该装置可以进一步包含例如通过螺栓11a、11b安装于法兰5上的喇叭天线11，该喇叭天线11在容器1内部经过开口6伸出，所述喇叭天线11借助于波导管7、7′，8、8′馈电，这将在下面更详细的论述。从波导管向容器1内的喇叭天线11的转接是电匹配的，从而通过电介质材料9、9′的第二锥形端12、12′以最小化反射功率，其中电介质材料的引二锥形端12、12′伸出进入容器1，进入喇叭天线11并在那里终止。

第一波导管7、7′通过一个馈线插脚或一对馈线插脚受到激励，其中馈线插脚可以从同轴电缆伸出或者可以是从微带电路板(馈电或信号产生/处理部件未示出)伸出的微带线。馈线插脚可以提供一个线偏振、两个正交线偏振或者圆偏振。

当法兰5安装于容器1上时，法兰5具有抵靠在容器1上的接触面13。优选地，密封元件22在接触面13和容器1之间受到挤压。法兰5进一步以如此方式安装于容器1上，相应于引入口5a将其覆盖容器1的开口6，以及所述接触面13密封容器1的开口6。法兰5通过螺栓(未示出)固定于容器1上，其中螺栓穿过法兰上的多个孔14a以及容器1上的相应孔14b。

电介质材料9、9′填充第二波导管8、8′，并且朝向容器1伸出第二波导管8、8′之外，但是仍然在法兰5内部在引入口5a最靠近容器1的部分，在进入容器1之前经过了某一特定距离D。距离D同样示于图4中。在距离D内，放置一个或多个优选O形环15形式的密封元件15以在电介质材料9、9′和法兰5之间形成密封。参照图5a和图5b，优选凹槽23在电介质材料9上制造，所述凹槽23适于容纳密封元件15。另外(未示出)，凹槽可以在相邻的金属中制造，相应地减少在电介质材料中的凹槽。凹槽可以仅仅在金属材料中存在，而不设置于电介质材料中。

在距离D内，电介质材料9、9′主要依照法兰的内部形状成形。因而容器1中的开口6与外部环境密封。由于在容器1内部可能存在高压和高温，因而这是很重要的。容器1还可能包含不允许泄漏至环境中的有害物质。

根据本发明，在距离D内，引入口5a的部分16起到波导管的作用，由于当第二波导管8，8′插入法兰5时第二波导管8、8′停止和抵靠在法兰5的凸肩5b上，其中凸肩与面向容器的法兰端面间隔距离D。法兰波导管16同样示于图4中，并且通过加宽第二波导管朝向法兰波导管16的直径法兰波导管具有适于第二波导管8、8′的形状。第二波导管8、8′加宽部17、17′的长度取决于波导管7、7′，8、8′的设计频带。与如图3所示相对高频带的第二波导管8′的加宽部17′相比，如图2所示的相对低频带第二波导管8、8′的加宽部17具有较短的长度。

当第二波导管直径朝向法兰波导管16加宽后，它获得了允许传播高阶模式的有效直径。在法兰波导管16处传播高阶模式，但实质上仅仅少量的高阶模式确实得到传播。因此，同样的法兰5可以用于在那些可用频带之中的任何预期频带。

换言之，第一波导管7、7′、第二波导管8、8’以及电介质材料9、9′构成了插入法兰5的引入口5a之中的插入模件。最靠近容器1的第二波导管8、8′的端部没有伸出通过整个引入口5a，而是在引入口5a终止前距容器1距离D处停止。因此，在距离D内，引入口5a起到最终波导管的作用，法兰波导管16从第二波导管8、8′转接。法兰波导管16的直径一直是相同的，以及第二波导管8、8′将必须以根据第二波导管8、8′设计所用的频带适应于法兰波导管16的转接。

当频带改变时将无须因之改变的部件为法兰5及其密封元件15。在第一和第二波导管之间可以存在密封元件18、18′，但是这些密封元件将会有所不同。由于法兰5以及之后的法兰波导管16相对于所有频率均为相同的，电介质材料9、9′通过法兰波导管16的部分将对于所有频率必须具有同样的形状，从而当O形环法兰密封元件设置于法兰波导管部分16上时使相应的O形环15法兰密封元件工作。随后电介质材料9通过锥形部12、12′伸入容器内，锥形部通常成形为用于较低频率具有近乎锐利尖端的圆锥体，以及成形为用于较高频率的凸圆形伸出透镜12。凸圆形透镜12′可以不需要任何喇叭天线，而是自身具有充分的天线功能。

当在容器中存在过压时，第二波导管8、8′的加宽部17、17′吸收作用于电介质材料9、9′的朝向上的力。

第二波导管8、8′优选通过螺纹19螺旋安装于法兰5上。第一波导管7、7′优选通过螺纹20螺旋安装于第二波导管8、8′上。

本发明不局限于上述实施方案，而是可以在所附权利要求的范围内自由变化。波导管部件可以例如包括近似部，这将在下面进一步论述，以及波导管可以是圆形的或者是矩形的。它还可能刚开始为矩形管，之后变形为朝向容器的圆形波导管。附属部件，比如说电介质材料和天线，适用于波导管部件的当前形状。

使用的天线可以是其它已知的天线设计，或者如上所述，对于较高频带可以省去天线，其中电介质材料成形为透镜。当然总之天线也可以用于较高频带，尽管在如图3所示的实施方案中没有示出天线。在图2中所示天线11没有通过引入开口6，然而当然它是可以穿过引入开口6并继续进入容器中的。

应用电介质材料9、9′填充上述可插入波导管部件7、7′，8、8′的至少一部分并不是必要的。而是可以使用某种保护膜(未示出)，或者可选地，也可以不要任何保护。然而，为了保持可能出现在容器内部的高压和/或温度，所述电介质材料9、9′是必要的。如果需要使容器1中的蒸汽制品不从容器1中逸出，具有某种保护也是必要的。

为了最小化反射功率，对那些存在转接的波导管应用某种电匹配是进一步必要的。如果没有使用电介质材料9、9′，则某种其它的匹配应该是必要的，这是由于电介质材料9、9′是用于电匹配的。

如果必要，可插入波导管部件7、7′，8、8′可以由超过所示的两个部件制造。比如说，第一波导管7、7’和/或第二波导管8，8′可以分别由两个或更多部件组成。比如说，在图3中，适用于相对较高频带的第二波导管部件8’由第一部分8’a和第二部分8’b组成。在第一部分8′a和第二部分8′b的交叉处，第一和第二在部分8′a、8′b之间存在O形环21形式的密封。第二波导管部件8′此处由两个部分8′a、8′b构成，本例有利于第二波导管部件8′的制造工艺。当然，一体地制造第二波导管部件8′也是可能的，尽管这样可能更加困难并由此更加耗时和昂贵。

在图3中，保护盖24，此处为外套管的形式，覆盖第一波导管7’的一部分。基于使用频带越高第一波导管7′越易碎的事实，可以可选地使用保护盖，因为第一波导管7′的尺寸随之变得越小。

可以想到进一步的实施方案，其中可插入波导管部件7、7′，8、8′自下插入法兰5中，也即，从朝向容器1的法兰5侧。可插入波导管部件7、7′、8通过螺接垫圈或类似物(未示出)自下得到固定，举例来说，所述垫圈可以包括法兰波导管16和凸肩5b，该凸肩构成下部凸肩。而将可插入波导管部件7、7′，8、8′固定到法兰5上的螺纹19并非必要的，而是需要停止凸肩(未示出)，所述停止凸肩用于阻止可插入波导管部件7、7′，8、8′的插入。随之可插入波导管部件7、7′，8、8’紧压在上部凸肩和下部凸肩5b之间。

尽管图2表示当使用相对低频带时的装置4，以及图3表示当使用相对高频带时的装置4，本发明可以请求保护适用于装置的任何频带。

零件明细单

1容器

1a上安装部

2制品

3液位

4无接触雷达测量装置

5法兰

5a引入口

5b凸肩

6开口

7第一波导管，相对低频带

7’第一波导管，相对高频带

8第二波导管，相对低频带

8′第二波导管，相对高频带

8′a第二波导管第一部分，相对高频带

8′b第二波导管第二部分，相对高频带

9电介质材料，相对低频带

9′电介质材料，相对高频带

10电介质材料的第一锥形端，相对低频带

10′电介质材料的第一锥形端，相对高频带

11喇叭天线

11a，b喇叭天线螺栓

12电介质材料的第二锥形端，相对低频带

12′电介质材料的第二锥形端，相对高频带

13接触面

14a法兰孔

14b容器孔

15密封元件

16法兰波导管

17加宽部，相对低频带

17′加宽部，相对高频带

18密封元件，相对低频带

18′密封元件，相对高频带

19螺纹

20螺纹

21密封元件

22密封元件

23凹槽

24保护盖

Claims (22)

1、一种雷达液位测量装置，用于对具有开口的容器内制品的液位进行非接触测量，所述装置包括：

-具有引入口的法兰；

-所述法兰用于以这样的方式安装于容器的上安装部，使得所述引入口至少部分地覆盖开口且法兰的接触面抵靠容器的上安装部；

-以及波导管部件，其可插入法兰内，

-其中所述可插入波导管部件在插入时设置成终止于距用于面向容器的法兰表面一定距离(D)处，

-其中法兰进一步具有从所述表面朝向可插入波导管部件的预定位置延伸的部分，

-所述部分延伸至少所述距离(D)，所述部分沿所述距离(D)形成波导管，从而当所述波导管部件被插入时所述部分与可插入波导管部件一起形成连续的波导管。

2、根据权利要求1的测量装置，其中可插入波导管部件可移动地插入法兰中。

3、根据权利要求2的测量装置，进一步包括多个不同的可插入波导管部件，其中每次可以将一个可插入波导管部件插入法兰中，并且通过使可插入波导管具有不同的内部尺寸和不同的加宽部件，对它们进行适配以与同一个法兰波导管一起形成连续波导管，不同的可插入波导管部件适用于不同的频带，所述法兰波导管与选择不同波导管部件中的哪一个无关。

4、根据前述权利要求中任一项的测量装置，其中电介质材料充填可插入波导管部件的至少一部分。

5、根据权利要求4的测量装置，其中电介质材料从可插入波导管部件中伸入容器内。

6、根据前述权利要求中任何一项的测量装置，其中法兰波导管部件具有的横截面积不同于可插入波导管部件的横截面积。

7、根据权利要求6的测量装置，其中，可插入波导管部件最靠近法兰波导管部件的部分与从可插入波导管部件到法兰波导管部件的转接电匹配，从而使连续波导管中的反射功率最小。

8、根据前述权利要求中任何一项的测量装置，其中可插入波导管部件在插入法兰中时由于法兰中的凸肩而停止。

9、根据权利要求8的测量装置，其中，可插入波导管部件最靠近法兰波导管部件的部分与从可插入波导管部件到法兰波导管部件的转接电匹配，从而使连续波导管中的反射功率最小。

10、根据前述权利要求中任一项的测量装置，其中，在从可插入波导管部件到法兰波导管部件的转接处，可插入波导管部件最靠近法兰波导管部件的部分包括朝向法兰波导管部件加宽的加宽部分。

11、根据权利要求10的测量装置，其中，当在容器中存在过压时，加宽部分吸收作用于电介质材料上的朝向上的作用力。

12、根据前述权利要求中任一项的测量装置，其中在法兰波导管部件和电介质材料之间插入密封装置。

13、根据权利要求12的测量装置，其中电介质材料上设置有适于容纳密封装置的凹槽。

14、根据权利要求12或13的测量装置，其中密封装置为O形环形式。

15、根据权利要求14的测量装置，其中电介质材料上设置有适于容纳密封装置的凹槽。

16、根据权利要求12-15中任一项的测量装置，其中法兰波导管部件上设置有适于容纳密封装置的凹槽。

17、根据权利要求12-16中任一项的测量装置，其中法兰波导管部件上设置有适于容纳密封装置的凹槽。

18、根据前述权利要求中任一项的测量装置，其中至少一个波导管部件具有圆形截面。

19、根据前述权利要求中任一项的测量装置，其中在法兰的接触面和容器之间紧压有密封元件。

20、根据前述权利要求中任何一项的测量装置，其中可插入波导管部件包括第一和第二波导管部件，与第二波导管部件相比第一波导管部件更靠近法兰波导管部件。

21、根据权利要求20的测量装置，其中从第一波导管到第二波导管的转接是电匹配的，从而通过电介质材料的第一锥形端使反射功率最小，所述第一锥形端从第二波导管伸入第一波导管中并在那里终止。

22、根据权利要求20或21的测量装置，其中，第二波导管包括第一部分和第二部分。

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