CN203274853U - 导波雷达料位计系统和探针间隔元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于确定在容器中所容纳的产品的填充料位的导波雷达料位计系统和探针间隔元件。该料位计系统包括用于发射和接收电磁信号的收发器、延伸到容器中并且被配置为将信号引导到表面和将反射信号引导回收发器的探针、用于基于反射信号来确定填充料位的处理电路以及被布置在探针上的多个间隔元件。每个间隔元件包括：具有限定椭球形空间的椭球形状的壳体结构；在壳体的第一位置处和第二位置处的第一壳体开口和第二壳体开口，以使得穿过壳体开口的通道限定穿过球形空间的通道，其中探针延伸穿过该通道；以及允许在壳体的外部与内部之间的流体流动的多个流体开口。

Description

导波雷达料位计系统和探针间隔元件

技术领域

本实用新型一般地涉及一种用于确定容器中所容纳的产品的填充料位的导波雷达料位计，并且具体地，涉及这样一种包括延伸到容器中的探针的料位计。 

背景技术

微波料位计或雷达料位计（RLG）系统被广泛地使用于确定在容器中所容纳的产品的填充料位。雷达料位计量通常借助于非接触式测量或经常被称为导波雷达（GWR）的接触式测量来执行，其中，借助于非接触式测量时向容器中所容纳的产品辐射电磁信号，借助于接触式测量时通过用作导波传输线的探针将电磁信号引导到并引导入产品中。 

导波雷达系统的探针可以是柔性探针，诸如传输线探针、电缆或金属线类型探针。 

探针通常被布置为从容器的顶部向容器的底部竖直地延伸。探针还可以被布置在静止导管（still-pipe）中，该静止导管是被布置在容器中并且与容器内部流体地连接的导管或管。如果产品的表面是紊流的（turbulent），则例如静止导管可能是优选的，该静止导管然后可以提供用于料位测量的更平稳的表面。 

此外，如果探针被布置在这样的测量导管中，则重要的是确保探针不与管壁接触，探针与导管壁接触可能引起测量干扰。因此，探针可以例如还被附接至容器的底部以阻止探针在导管内的横向运动，由此避免探针与测量导管内壁之间的接触。 

在一些应用中，可能期望或必须将探针布置在倾斜的或弯曲的测量管中。例如，容器的位置可能阻止到达容器顶部的直接通路，由此需要倾斜的或弯曲的导管，探针必须被布置为通过该倾斜的或弯曲的导管以获得到达要被计量的产品的通路。容器还可以被形成为使得从导波雷达系统的收发器到容器的底部不存在直线路径。 

然而，不可能在倾斜的或弯曲的管中使用金属线探针而不做修改，因为金属线探针会与导管内壁接触，由此不利地影响探针的信号传播特性。具体地，如果探针过于接近导管，则导电元件（诸如金属导管）将引起在探针上传播的信号的反射。 

US7392699提出了对于此问题的解决方案，其中被布置在倾斜的和/或弯曲的导管中的探针（在该文中为棒状形式）被设置有用于将探针保持在导管中心的固定位置的间隔件。 

然而，在US7392699所公开的方法中，探针被附接至间隔件，该间隔件反过来被附接至管壁。这样的布置对于安装和移除均是复杂的，因为为了移除探针必须拆卸整个测量管。 

实用新型内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本实用新型的通常的目标是提供一种改进的导波雷达料位计系统，并且具体地提供一种能够在倾斜的或弯曲的配置中使用探针的导波雷达料位计系统。 

根据本实用新型的第一方面，通过用于确定在容器中所容纳的产品的填充料位的导波雷达料位计系统而实现这些和其它目标，该料位计系统包括收发器，用于发射电磁传输信号以及接收在产品的表面处所反射的反射电磁信号；探针，连接至收发器，被布置为竖直地延伸到容器中以及被配置为将电磁传输信号引导到表面和将反射电磁信号引导回收发器；处理电路，连接至收发器并且被配置为基于所接收的反射电磁信号来确定填充料位；以及被布置在探针上的多个间隔元件，多个间隔元件中的每个包括：具有限定椭球形空间的基本上椭球形的形状的壳体结构；在壳体的第一位置处的第一壳体开口；在壳体的第二位置处的第二壳体开口，以使得穿过第一壳体开口和第二壳体开口的通道限定穿过球形空间的通道，其中探针延伸穿过该通道；以及允许在壳体的外部与内部之间的流体流动的多个流动开口（flow opening）。 

在本申请的上下文中，“探针”为设计用于引导电磁信号的波导。可以使用若干类型的探针，例如单线（高保（Goubau）型）探针和双线探针。探针可以本质上为刚性的或柔性的，并且它们可以由金属（诸如不锈钢）、塑料（诸如聚四氟乙烯（PTFE））或上述的组合来制成。 

“收发器”可以为能够发射以及接收电磁信号的一个功能元件，或可 以为包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。 

容器可以为能够容纳产品的任何容器或器皿，其可以是金属的，或部分或全部是非金属的，是敞开的、半敞开的或封闭的。 

在本文的上下文中，间隔元件的壳体应当被理解为跨越（span）间隔元件的基本上椭球形的外部轮廓。该壳体可以被设置在一个部分中或被设置为接合在一起的多个部分以跨越椭球形空间。 

本实用新型基于如下认识：能够将探针布置在倾斜或弯曲的测量导管中，以使得通过使用被布置在探针上的探针间隔元件来阻止探针与测量导管内壁之间的接触。进一步认识到：设置有探针间隔元件的探针使探针能够被布置在倾斜的表面上而不与表面接触。每个探针间隔元件包括基本上椭球形的空心壳体结构和用于使探针穿行通过间隔元件的一对开口。因此，可以保持探针离开导管（在该导管中通过探针间隔元件布置了探针）内壁固定的距离。由此，可以减少或消除通过导管与探针之间的电容或电导耦合所引起的在探针上传播的信号的不期望的反射。除了探针穿过的开口之外，该间隔元件进一步包括用于允许流体流过间隔元件的开口。由此能够允许间隔元件变为被浸没，从而在产品的料位在间隔元件的位置之上的情况下能够进行料位计量。 

此外，流动开口允许在间隔元件的外部与内部之间的流体交换（communication），以使得产品可以与探针接触由此促进表面料位的精确检测。 

根据本实用新型的探针间隔元件的优点是可以使位于探针附近的物质的量最小化，由此减少了间隔元件对于探针的电磁影响，并且因此减少了间隔元件对于电磁信号的传播特性的电磁影响。因为邻近探针的任何物质都影响探针的传播特性，所以期望的是避免或减少位于探针附近的物质的量。在本实用新型的间隔元件中，邻近探针的物质的量是由围绕用于将间隔元件布置在探针上的开口的部分中的壳体厚度所限定的。 

另外，根据本实用新型的各种实施例的间隔元件可以有利地被用来布置在自由探针上。例如如果表面是紊流的从而探针在容器中运动，则被布置在容器中的探针可能具有与容器中的导电结构接触的风险。作为示例，通过将配重（weight）附接至探针下部可以将金属线探针竖直对准。然而，在容器中的产品运动的情况下（诸如在填充期间），探针可能被迫沿横向方向运动，由此具有与容器中的其它物体接触的风险。 

此外，间隔元件可以有利地被布置为在探针上彼此近邻，以使得不暴露探针的中间部分。 

在本实用新型的一个实施例中，间隔元件中的每个可以进一步包括在壳体的第三位置处的第三壳体开口和在壳体的第四位置处的第四壳体开口，以使得穿过第三壳体开口和第四壳体开口的通道限定穿过椭球形空间的第二通道，其中第三壳体开口和第四壳体开口具有不同于第一壳体开口和第二壳体开口的直径。通过提供具有不同于第一对壳体开口的直径的第二对壳体开口，间隔元件可以被配置为被布置在具有不同直径的不同类型的探针上。此外，通过提供具有椭球形形状的间隔元件，相同的间隔元件可以被配置为被布置在具有不同直径的导管中。 

根据本实用新型的一个实施例，壳体结构可以具有限定球形空间的基本上球形的形状。尽管间隔元件的不同的椭球形配置在理论上是可能的，但是在一些应用中球形元件可能是优选的。 

在本实用新型的一个实施例中，第一壳体开口被布置为与第二壳体开口对跖，以使得穿过球形空间的通道限定球形空间的中心轴。球体上的对跖点被限定为彼此相对的两个点，以使得两点之间的线通过球体的中心。由此，可以确保无论间隔元件的取向如何，探针总是具有到间隔元件的壳体的相同距离。因此，从探针到与间隔元件接触的外部物体的距离总是恒定的。 

此外，在椭球形间隔元件中，第一壳体开口和第二壳体开口可能被布置为在椭球体的中心轴上彼此相对立。 

另外，第三壳体开口可能被布置为与第四壳体开口对跖或相对立，以使得所述第二通道限定球形空间的中心轴。 

此外，位于彼此对跖的壳体开口可以有利地具有相同的直径。以该方式，彼此对跖或相对立的壳体开口对可能被配置为使得间隔元件可以被布置在具有不同直径的探针上。 

在本实用新型的一个实施例中，壳体朝着壳体开口中的每个壳体开口逐渐缩减厚度，以使得壳体的邻近壳体开口中的每个的部分比远离壳体开口的部分更薄。间隔元件对于沿探针传播的信号的电影响与位于探针附近的物质的体积成正比，该电影响具有随着离开探针的距离增加而减少的关系。因此，期望配置间隔元件以使得尽可能少的物质位于探针附近。这可以通过配置间隔元件使得围绕探针的壳体部分越接近探针而逐渐地越薄 来实现。由此，与具有均匀厚度的壳体结构相比可以减少探针附近的物质的体积，而同时保持间隔元件的期望的结构稳定性。 

在导波雷达料位计系统的一个实施例中，探针的至少一部分可以有利地被布置在导管中。如果探针必须沿物体而弯曲或探针必须倾斜，则例如可以期望将探针布置在导管中。 

因此，可能有利的是将多个间隔元件布置在探针的被布置在导管中的部分上。并且前述的导管的至少一部分可以是弯曲的。 

在本实用新型的一个实施例中，至少探针的被布置在导管的弯曲部分中的部分可以是柔性的。因为简化了安装，所以使用柔性探针（至少对于被布置在弯曲的导管中的探针部分）是有利的。柔性探针可以简单地被插入并且穿行通过弯曲的导管。在弯曲的导管的外部的探针的另外部分可以是柔性的或刚性的。 

根据本实用新型的一个实施例，导波雷达料位计系统可以进一步包括至少一个锁定元件，该锁定元件阻止多个间隔元件关于探针的延长线（extension）的纵向运动。通常期望阻止间隔元件在探针上运动：如果仅探针上部设置有间隔元件则阻止间隔元件向下运动，或阻止作为容器中的产品料位上升的结果的间隔元件向上运动。具体地，只要探针的一部分被布置在弯曲的管中，并且只要仅该部分包括间隔元件，则期望间隔元件被保持在位置上以使得在弯曲部分中阻止探针与导管接触。 

根据本实用新型的一个实施例，至少一个锁定元件可以有利地被附接至所述探针。然而，该锁定元件还可以被附接至在其中布置有探针的导管。 

在本实用新型的一个实施例中，间隔元件优选地由非导电材料制成。具体地，如果探针是传输线探针，则间隔元件由非导电材料制成以减少由间隔元件所引起的在探针上传播的信号的干扰。 

根据本实用新型的一个实施例，间隔元件的表面可有利地设置有防污涂层。因为探针附近的任何体积的物质均可以扰乱探针上的信号传播，所以期望容器中的产品或其它污染物不粘附至间隔元件。通过在间隔元件的表面上提供非粘附涂层可以减少粘着在间隔元件的表面的物质的量。具体地，间隔元件的内部和外部均可以用非粘附材料（例如，诸如PTFE或其它非粘附材料等）涂覆。 

在本实用新型的一个实施例中，包括间隔元件的探针部分可以有利地被布置在倾斜的表面上。由此，能够沿着具有倾斜壁的容器的壁来布置探 针，或探针可能被允许绕开容器中的支撑结构或其它障碍。 

根据本实用新型的一个实施例，至少一个间隔元件可以有利地被配置为反射沿所述探针传播的信号中的预定部分。通过配置被布置在探针上的间隔元件中的至少一个使得当在探针上传播的信号到达该间隔元件时其也反射信号的一部分，该间隔元件可被用作参考反射器。通过探针周围的阻抗的改变可以引起沿探针传播的信号的反射。由此，间隔元件可以被配置为引起探针周围的阻抗转变。对于本领域内的技术人员而言使用布置在探针上已知位置的参考反射器是公知的，并且参考反射器可以被用于例如改进填充料位确定的精度。使用间隔元件作为参考反射器可进一步与专用锁定元件的使用相组合，该专用锁定元件用于将参考反射器保持在沿探针的已知位置。 

根据本实用新型的第二方面，提供了一种间隔元件，该间隔元件包括具有限定椭球形空间的基本上椭球形形状的壳体结构；分别处于壳体的第一位置和第二位置、具有第一直径的第一壳体开口和第二壳体开口，以使得穿过第一壳体开口和第二壳体开口的通道限定穿过椭球形空间的第一通道；以及分别处于壳体的第三位置和第四位置、具有第二直径的第三壳体开口和第四壳体开口，以使得穿过第三壳体开口和第四壳体开口的通道限定穿过椭球形空间的第二通道，其中第二直径不同于第一直径；以及允许在壳体的外部和内部之间的流体流动的多个流动开口。 

附图说明

参照示出本实用新型的各种示例性实施例的附图，现在将更详细的描述本实用新型的这些和其它方面，其中： 

图1示意性地示出了根据本实用新型的实施例的导波雷达料位计系统； 

图2是图1中所示的雷达模块的框图； 

图3a至图3f示意性地示出了根据本实用新型的各种实施例的间隔元件；以及 

图4a至图4b示意性地示出了根据本实用新型的实施例的导波雷达料位计系统。 

具体实施例

在本实用新型的详述的说明书中，主要参照具有被布置在导管中的单线传输线探针的雷达料位计系统，讨论了根据本实用新型的导波雷达料位计系统的各种实施例。应当注意的是，这决不限制本实用新型的范围，本实用新型同样地适用于：可以被全部地或部分地布置在导管中的其它类型的探针、或被布置在倾斜的表面的探针、或无机械支撑的自由悬挂的探针。 

图1示意性地示出了根据本实用新型的实施例的导波雷达料位计系统100，其包括测量电子单元102和被布置在导管106中的探针104。多个间隔元件108被布置在探针104上。通过布置在探针104上的锁定元件110来阻止间隔元件108沿探针104向下运动。锁定元件110可以是拧紧在探头104上或以另外方式附接至探头104的夹钳或套管。替选地，锁定元件可以被附接至导管106的内部或导管106的底部。雷达料位计系统100设置在由要计量的产品114部分地填充的容器112上。通过分析由探针104所引导的电磁传输信号和在产品的表面116处所反射的对应的反射电磁信号，可以确定产品的填充料位。探针104进一步包括用于保持探针104在管106中的位置并且阻止探针104的竖直的运动的底部配重118。在本文中，探针104被示为单线传输线探针。 

如在图2中示意性地示出，电子单元102包括用于发射和接收电磁信号的收发器202；和处理单元204，其连接至收发器202，用于收发器202的控制和由收发器202所接收的信号的处理以确定容器112中的产品的填充料位。此外，处理单元204可连接至外部通信线206以经由接口208来进行模拟和/或数字通信。另外，尽管未在图2中示出，雷达料位计系统100通常可连接至外部电源，或其可通过外部通信线206供电。替选地，雷达料位计系统100可被配置为无线地通信。 

图3a至图3f示意地示出了根据本实用新型的各种实施例的间隔元件。 

图3a示出了具有球形壳体结构302的间隔元件。壳体302包括限定穿过壳体302的第一通道306的第一对开口304a至304b和限定穿过壳体302的第二通道的第二对开口308a至308b。两个通道均穿过由壳体302所限定的球形空间的中心。壳体302还包括多个流动开口312，该多个流动开口312允许流体流过间隔元件300，并且该多个流动开口312允许容器112中的产品114与探针104接触。 

在图3b中，间隔元件314包括具有第一直径的第一对壳体开口316a至316b和具有第二直径的第二对壳体开口318a至318b。由此，通过提供具有不同直径的开口的间隔元件，间隔元件可以与具有不同直径的不同类型的探针一起使用。 

图3c示出了具有椭球形壳体结构322的间隔元件320。以与以上关于图3b所描述的类似的方式，椭球形间隔元件320包括具有第一直径的第一对壳体开口321a至321b和具有第二直径的第二对壳体开口323a至323b。通过在椭球形壳体322中提供两对壳体开口，间隔元件320可以被用在具有不同直径的导管中。 

在图3d中示出了基本上球形的间隔元件324，该球形间隔元件324是通过位于其每个极点处的环328将多个条带326接合在一起而形成的。在本文中，流动开口被限定为条带326之间的空间，并且流体因此可以自由流过间隔元件324。 

图3e示出了这样的间隔元件：其中，以与图3d中的类似的方式，通过在球形壳体的极点处的环334将网格结构332约束在一起而形成基本上球形的壳体。本领域技术人员容易意识到只要间隔元件具有足够的结构稳定性并且只要流体可以流过该元件，则可以使用任何类型的网格或类似的配置。 

图3f示出了间隔元件的横截面，其中壳体302朝着探针将穿过的开口304a逐渐缩减厚度。通过使壳体302逐渐缩减厚度从而越接近探针104壳体302越薄，间隔元件对于在探针上传播的信号的传播特性的电影响进一步减少。 

例如，与探针接触或在探针附近的间隔元件壳体部分可以被加工成比壳体的其余部分更薄（例如1mm厚），以使得尽可能地减少探针附近的物质的量。 

间隔元件优选地由具有相对低的介电常数的材料制成，以减少沿探针传播的信号所遇到的间隔元件的阻抗。合适的材料可以包括塑料材料和陶瓷。具体地，对于低温，氟塑料材料可以是合适的。 

此外，在本文中所描述的间隔元件还可以被用在柔性同轴探针中以保持内部导体与外部导体之间的固定距离。 

另外，包括预置的间隔元件的探针可以被设置在多个部分中，该多个部分当将探针安装到容器中时可以接合在一起。由此，因为不需要处理相 当于容器的高度的探针，所以运输和安装均可以简化。 

此外，因为能够通过移除或增加部分容易地调整探针的长度，所以可以提供更加灵活的雷达料位计系统。 

图4a示意地示出了被布置在具有倾斜的壁的容器402中的导波雷达料位计系统400。包括间隔元件108的探针104则可能沿容器壁铺设。 

图4b示意地示出了被布置在容器112中的导波雷达料位计系统404，在该容器112中，障碍物406（例如以横梁的形式）直接位于容器开口下面。在这样的布置中，探针104可能设置有间隔元件108以当探针104通过障碍物406时避免探针104与障碍物406之间的接触。通过被布置在探针104下端的配重408来将探针104保持在适当的位置。 

尽管已经参照本实用新型的具体的示例性实施例描述了本实用新型，但对于本领域的技术人员而言许多不同变型、修改等将是明显的。例如，可以使用许多不同类型的间隔元件。间隔元件还可以有利地用于未具体地公开的应用中。另外，应当注意的是，系统的元件可以被省略、互换或以不同方式布置，雷达料位计系统仍然能够执行本实用新型的功能。 

Claims (17)

1.一种导波雷达料位计系统，所述导波雷达料位计系统用于确定在容器中所容纳的产品的填充料位，所述料位计系统包括：

收发器，所述收发器用于发射电磁传输信号以及接收在所述产品的表面处所反射的反射电磁信号；

探针，所述探针连接至所述收发器，被布置为竖直地延伸到所述容器中以及被配置为将所述电磁传输信号引导到所述表面和将所述反射电磁信号引导回所述收发器；

处理电路，所述处理电路连接至所述收发器并且被配置为基于所接收的反射电磁信号来确定所述填充料位；以及

多个间隔元件，所述多个间隔元件被布置在所述探针上，所述间隔元件中的每个包括：

壳体结构，所述壳体结构具有限定椭球形空间的基本上椭球形的形状；

在所述壳体的第一位置处的第一壳体开口；

在第二位置处的第二壳体开口，以使得穿过所述第一壳体开口和所述第二壳体开口的通道限定穿过所述球形空间的通道，其中所述探针延伸穿过所述通道；以及

多个流动开口，所述多个流动开口允许在所述壳体的外部与内部之间的流体流动。

2.根据权利要求1所述的导波雷达料位计系统，其中所述间隔元件中的每个进一步包括：

在所述壳体的第三位置处的第三壳体开口；

在所述壳体的第四位置处的第四壳体开口，以使得穿过所述第三壳体开口和所述第四壳体开口的通道限定穿过所述球形空间的第二通道，其中所述第三壳体开口和所述第四壳体开口具有不同于所述第一壳体开口和所述第二壳体开口的直径。

3.根据权利要求1所述的导波雷达料位计系统，其中所述壳体结构具有限定球形空间的基本上球形的形状。

4.根据权利要求3所述的导波雷达料位计系统，其中所述第一壳体开口被布置为与所述第二壳体开口对跖，以使得穿过所述球形空间的所述通道限定所述球形空间的中心轴。

5.根据权利要求3所述的导波雷达料位计系统，其中彼此对跖定位的壳体开口具有相同的直径。

6.根据权利要求1所述的导波雷达料位计系统，其中所述壳体朝着所述壳体开口中的每个壳体开口逐渐缩减厚度，以使得所述壳体的、邻近所述壳体开口中的每个壳体开口的部分比远离所述壳体开口的部分更薄。

7.根据权利要求1所述的导波雷达料位计系统，其中所述探针的至少一部分被布置在导管中。

8.根据权利要求7所述的导波雷达料位计系统，其中所述多个间隔元件被布置在所述探针的、被布置在所述导管中的所述部分上。

9.根据权利要求8所述的导波雷达料位计系统，其中所述导管的至少一部分是弯曲的。

10.根据权利要求9所述的导波雷达料位计系统，其中至少所述探针的、被布置在所述导管的弯曲部分中的部分是柔性的。

11.根据权利要求1所述的导波雷达料位计系统，进一步包括至少一个锁定元件，所述锁定元件阻止所述多个间隔元件关于所述探针的所述延长线的纵向运动。

12.根据权利要求11所述的导波雷达料位计系统，其中所述至少一个锁定元件被附接至所述探针。

13.根据权利要求1或2所述的导波雷达料位计系统，其中所述间隔元件由非导电材料制成。

14.根据权利要求1或2所述的导波雷达料位计系统，其中所述间隔元件的表面设置有防污涂层。

15.根据权利要求1或2所述的导波雷达料位计系统，其中包括所述间隔元件的所述探针的一部分被布置在倾斜的表面上。

16.根据权利要求1或2所述的导波雷达料位计系统，其中至少一个间隔元件被配置为将沿所述探针传播的信号中的预定部分反射。

17.一种用于雷达料位计系统中的探针的间隔元件，所述间隔元件包括：

壳体结构，所述壳体结构具有限定椭球形空间的基本上椭球形的形状；

分别处于所述壳体的第一位置和第二位置、具有第一直径的第一壳体开口和第二壳体开口，以使得穿过所述第一壳体开口和所述第二壳体开口的通道限定穿过所述椭球形空间的第一通道；以及

分别处于所述壳体的第三位置和第四位置、具有第二直径的第三壳体开口和第四壳体开口，以使得穿过所述第三壳体开口和所述第四壳体开口的通道限定穿过所述椭球形空间的第二通道，其中所述第二直径不同于所述第一直径；以及

多个流动开口，所述多个流动开口允许在所述壳体的外部与内部之间的流体流动。

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