EA027127B1

EA027127B1 - Способ и устройство для определения местоположения границы сред в резервуаре

Info

Publication number: EA027127B1
Application number: EA201490196A
Authority: EA
Inventors: Эдгар Рамон Санчес Галисия; Кеннет Джеймс; Стефен Джон Роу
Original assignee: Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2017-06-30
Also published as: US9891091B2; GB2492486B; BR112013033869A2; GB2492486A; CN103765172A; CN103765172B; EP2726828B1; AU2012280030A1; CA2840661A1; AU2012280030B2; GB201111211D0; WO2013005011A1; EP2726828A1; BR112013033869B1; CA2840661C; GB201211611D0; EA201490196A1; US20140136127A1

Abstract

Изобретение касается способа и устройства для определения местоположения границы между двумя средами в резервуаре. Способ содержит этапы предоставления по меньшей мере одного источника излучения, способного испускать излучение сквозь часть внутреннего пространства резервуара, предоставления множества датчиков излучения, каждый датчик способен обнаруживать в части упомянутого диапазона измерения излучение, испускаемое источником, и предоставления средства обработки данных для вычисления положения границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками, способ характеризуется тем, что средство обработки данных вычисляет положение границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками, посредством: (i) первого этапа определения, в пределах каскада какого датчика находится граница фаз, и затем (ii) второго этапа определения положения границы фаз в пределах каскада датчика, определенного на этапе (i).

Description

Настоящее изобретение относится к способу измерения уровня содержимого в контейнере или резервуаре и устройству, которое приспосабливается, чтобы быть пригодным в выполнении изобретенного способа. В частности, способ является способом измерения уровня, в частности жидкости, в контейнере посредством измерения излучения, испускаемого источником излучения и обнаруживаемого датчиком излучения, после того как оно прошло сквозь часть контейнера, в котором может присутствовать содержимое.

Измерение уровня в контейнере посредством излучения хорошо известно и широко применяется многие годы. Например, υδ-Ά-3654458 описывает обнаружение и управление уровнем жидкости в подводном резервуаре с помощью источника ионизирующего излучения и множества датчиков.

Существует необходимость в улучшенных системах измерения уровня, которые предоставляют преимущества над устройством и способами предшествующего уровня.

Согласно изобретению предоставляется способ определения местоположения в пределах диапазона измерения границы между двумя фазами в резервуаре, каждая фаза имеет различные характеристики ослабления излучения, способ содержит этапы:

(a) предоставления по меньшей мере одного источника излучения, способного испускать излучение сквозь часть внутреннего пространства резервуара, (b) предоставления множества датчиков излучения, каждый датчик способен обнаруживать в части упомянутого диапазона измерения излучение, испускаемое источником, (c) предоставления средства обработки данных для вычисления положения границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками;

способ характеризуется тем, что средство обработки данных вычисляет положение границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками, посредством:

(ί) определения, в пределах каскада какого датчика находится граница фаз, и затем (и) определения положения границы фаз в пределах каскада датчика, определенного на этапе (ί).

Способ точно определяет положение границы фаз, когда на стенках резервуара накапливаются отложения, когда изменяется давление или когда образуется пена в пространстве испарения над жидкостью. Способ также предлагает улучшенную точность относительно традиционных систем измерения уровня или межфазной границы предшествующего уровня, даже когда пена или отложения не присутствуют.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предоставляется устройство для определения положения в пределах диапазона измерения границы между двумя фазами в резервуаре, каждая фаза имеет различные характеристики ослабления излучения, измерение содержит этапы:

(a) предоставление по меньшей мере одного источника излучения, способного испускать излучение сквозь часть внутреннего пространства резервуара, (b) предоставление множества датчиков излучения, каждый датчик способен обнаруживать в части упомянутого диапазона измерения излучение, испускаемое источником, (c) предоставление средства обработки данных для вычисления положения границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками;

устройство характеризуется тем, что средство обработки данных вычисляет положение границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками, посредством:

Характеристики ослабления излучения для фаз, присутствующих в резервуаре, границу между которыми желательно определять, являются различными. Это значит, что излучение от источника, переданное датчику через одну из фаз, меньше, чем излучение от источника, переданное датчику на том же расстоянии через другую из фаз. Таким образом, количество вещества каждой фазы между источником и (или каждым) датчиком влияет на передачу излучения сквозь вещество в объеме. Сравнение обнаруженного переданного излучения, следовательно, предоставляет возможность измерения изменений плотности среды, так что может быть найдена граница фаз.

В традиционной системе измерения уровня предшествующего уровня источник излучения размещается так, чтобы испускать излучение сквозь внутреннее пространство резервуара по направлению к одному или более датчикам, размещенным по траектории, формирующей диапазон измерения системы измерения уровня. Когда, например, резервуар содержит жидкость и свободное пространство над жидкостью с газом, один или более датчиков могут быть ниже уровня жидкости, и один или более датчиков могут быть расположены выше уровня жидкости, т.е., в свободном пространстве над жидкостью. Во многих системах предшествующего уровня используется вытянутый датчик в форме фрагмента сцинтиллирующего вещества, так что часть сцинтиллятора находится выше уровня жидкости, а часть ниже. Излучение ослабляется средой, сквозь которую оно распространяется, так что менее 100% излучения, испущенного источником, обнаруживается датчиками. Величина излучения, испущенного источником, которое обнаруживается датчиком после прохождения сквозь среду, пропорциональна плотности и объему среды, сквозь которую оно распространилось. Уровень жидкости в резервуаре, например, поэтому традиционно измеряется посредством определения общей величины излучения, испущенного источни- 1 027127 ком, и обнаруженного датчиками, и идентификации изменения в общем обнаруженном излучении, когда уровень жидкости изменяется. Относительно низкий уровень жидкости обеспечивает, в целом, менее плотную среду для передачи излучения, и, следовательно, относительно большее излучение обнаруживается, чем когда уровень жидкости более высокий. В традиционных приборах измерения уровня предшествующего уровня техники итоговая суммарная скорость счета от полной системы датчиков используется для вычисления уровня. Любое уменьшение скорости счета, вызванное, например, осаждением твердых частиц на стенках резервуара, изменениями давления или образованием пены в паровом пространстве, будет приводить к ошибочному высокому показателю уровня. Одним преимуществом способа и устройства, описанных в данном документе, является то, что они предоставляют возможность точного измерения уровня, несмотря на формирование отложений или образование пены в паровом пространстве. Вторым преимуществом изобретения является то, что оно предоставляет возможность улучшенной точности измерения, даже когда пена или отложения не присутствуют. Это второе преимущество возникает, поскольку ошибки измерения, вызванные действием естественных, статистически прогнозируемых колебаний в скорости счета, уменьшаются по сравнению с ошибками, производимыми традиционными системами предшествующего уровня.

Диапазон измерений является пространством резервуара, в котором граница фаз может быть обнаружена посредством способа и устройства. Устройство обычно разрабатывается, чтобы иметь диапазон измерения, охватывающий ожидаемое изменение в местоположении границы фаз. Зачастую он охватывает почти или всю полезную высоту резервуара, хотя в некоторых применениях диапазон измерения может быть задуман меньшим, когда не предполагается намного изменять границу фаз. Часть диапазона измерения, в котором каждый датчик способен обнаруживать излучение, будет называться каскадом датчика. Взятые вместе, каскады датчиков охватывают весь диапазон измерения. Каскады датчиков для соседних датчиков предпочтительно размещаются, чтобы быть непрерывными. Диапазон измерения обычно протягивается вдоль части резервуара, охватывающей высоту, на протяжении которой уровень, как предполагается, должен изменяться. Датчики могут быть погружены в содержимое резервуара непосредственно, но предпочтительно располагаются вне резервуара или в защитном корпусе, камере или погружной трубке в резервуаре. Когда датчики располагаются вне резервуара, они обычно примыкают или устанавливаются на стенке резервуара. Датчики ориентируются так, что они обнаруживают излучение от источника. Датчики могут быть защищены от излучения, поступающего с направления, отличного от направления источника.

Способ и устройство изобретения особенно хорошо подходят для определения местоположения в резервуаре границы фаз между двумя жидкими фазами, хотя их применение к резервуарам, содержащим твердые фазы, не исключается. Распространенным применением для такого устройства является определение уровня жидкости в резервуаре, содержащем жидкую и газообразную фазу (которая может быть, например, воздухом, вакуумом или паром в свободном пространстве над продуктом). Граница фаз, определенная посредством способа изобретения, является в свою очередь уровнем жидкости. Резервуар может альтернативно содержать больше одной жидкой фазы, например водную и органическую фазу, такие как масло и вода.

В предпочтительной форме излучение содержит ионизирующее излучение, такое как рентгеновские лучи или более предпочтительно гамма-лучи. Альтернативно могут использоваться микроволны, радиоволны или звуковые волны. Используемое излучение выбирается по прозрачности к излучению резервуара и/или его содержимого (например, коэффициент ослабления среды) и доступности подходящих источников и датчиков. Излучение из видимого или невидимого спектра может быть использовано, но его использование было бы очень ограничено. Для сканирования больших твердотельных структур, таких как технологические камеры, очень предпочтительно гамма-излучение. Подходящие источники гамма-излучения включают в себя Со и Ск, Ва, Ат, Να и Та, однако может быть использован любой гамма-излучающий изотоп достаточной проникающей способности, и многие из них уже повседневно используются в устройствах измерения уровня. Для постоянной установки радиоизотопный источник должен выбираться, чтобы иметь относительно длительный период полураспада, чтобы давать оборудованию удовлетворительный срок службы. Обычно полураспад используемого радиоизотопа будет по меньшей мере 2, а желательно по меньшей мере 10 лет. Периоды полураспада радиоизотопа, упомянутых выше, равны: Ск датта са 30 лет, Ва са 10 лет и Ат са 430 лет. Подходящие источники, как правило, испускают излучение с энергиями между 40 и 1500 кэВ, и подходящие датчики могут обнаруживать такое излучение с достаточной чувствительностью, что обнаруженное излучение изменяется согласно плотности среды передачи.

Один или более источников могут быть использованы в способе и устройстве измерения уровня. Обычно число используемых источников не больше 10, а предпочтительно равно 1-4. Каждый источник может испускать луч излучения по направлению более чем к одному датчику, как правило, 4-10 датчикам, но могут использоваться от 2 до 40 датчиков, в зависимости от размера/области обнаружения каждого датчика и разрешения, требуемого устройством.

Конкретные датчики, используемые в устройстве и способе, сами по себе не являются критичными, хотя на практике обычно будут выбираться компактные устройства. Датчики могут быть питаемые элек- 2 027127 троэнергией датчиками, например счетными трубками Гейгера-Мюллера (ОМ) или сцинтиллирующими датчиками, связанными с фотодатчиками, такими как фотоумножители или фотодиоды, или не снабжаемыми энергией как в простых сцинтиллирующих устройствах. Среди питаемых электроэнергией датчиков предпочтительны счетные ОМ-трубки, поскольку они являются электрически и термически прочными и доступны в механически прочных формах. Среди не снабжаемых электроэнергией датчиков очень полезны сцинтиллирующие датчики, связанные со счетчиками волоконно-оптическими линиями связи (необязательно с датчиком света, таким как фотоумножитель или фотодиод за пределами контейнера для тестируемой среды). Когда используются снабжаемые электроэнергией датчики, и особенно когда устройство используется в окружении с риском возгорания или взрыва, желательно, чтобы общая электрическая энергия и мощность, ассоциированные с датчиками, были достаточно низкими с тем, чтобы не становиться существенным источником воспламенения в случае отказа системы (особенно, получающегося в результате контакта между горючими или взрывоопасными веществами и любыми электрически активными компонентами).

Счетные устройства для любого из этих датчиков обычно будут электронными и каждый датчик будет ассоциироваться со счетчиком, который будет обычно связан с процессором данных. Будет, как правило, практичным предусматривать счетчик для каждого датчика, но может быть использовано мультиплексирование счетчиков с разделением по времени хоть и с получающимся в результате увеличением времени, необходимым для вычисления и, следовательно, увеличением минимального интервала времени между измерениями.

Процессор данных может быть любым коммерчески доступным процессором, который может обрабатывать данные от счетчиков, чтобы формировать требуемую информацию. Процессор может содержать стандартный компьютер или может быть специализированным устройством, которое устанавливается как часть системы определения местоположения границы. Процессор связывается со счетчиками, так что данные подсчета могут передаваться процессору. Линия связи может быть проводной или беспроводной, в зависимости от обстоятельств и требований системы. Процессор может опрашивать счетчики с предварительно определенными интервалами времени и в течение предварительно определенной длительности, поэтому включает в себя устройство синхронизации. Процессор вычисляет скорость счета, создаваемую каждым датчиком, и сглаживает значения скорости счета согласно временной константе Тс или другому алгоритму фильтрации. Тс является параметром калибровки, который зачастую используется в ядерных приборах. Подходящие алгоритмы сглаживания хорошо известны в области инструментальной разработки. Если устойчивая скорость счета должна внезапно измениться на ΔΟ, тогда после того как прошло время ί, измеренное изменение в скорости счета будет

Для фиксированной интенсивности радиационного излучения датчик будет формировать сглаженную скорость ζ) счета, которая колеблется на величину /эг (+/- одно стандартное отклонение).

Процессор может также корректировать сглаженные значения скорости счета для результатов распада источника согласно периоду полураспада изотопа, используемого в приборе.

Процессор также связывается с интерфейсом, таким как дисплей, система управления или сигнализация, посредством которого информация относительно местоположения границы фаз может быть использована для управления параметрами процесса в резервуаре, если требуется. Соответствующие устройства обработки данных широко доступны и уже известны и используются в традиционных системах измерения уровня. Специалист в области техники может легко выбирать подходящее устройство. Выбор устройства обработки данных не формирует часть настоящей заявки, хотя работа устройства формирует.

Средство обработки данных конфигурируется так, чтобы вычислять положение границы фаз из величины излучения, обнаруженного датчиками в двухэтапном способе, в котором на первом этапе определяется, в пределах каскада какого датчика располагается граница фаз, и затем на втором этапе вычисляется положение границы фаз в пределах каскада соответствующего датчика.

Первый этап предпочтительно осуществляется посредством сравнения скорости счета каждого датчика во время измерения со скоростью счета, обнаруженной тем же датчиком, когда он полностью покрыт, т.е., когда каскад датчика полностью заполнен более плотной фазой, и когда он не покрыт, т.е., когда каскад датчика свободен от более плотной фазы и/или заполнен менее плотной фазой. Если скорость счета от конкретного каскада датчика значительно больше скорости счета, измеренной, когда тот же датчик полностью покрыт, тогда этот каскад датчика очень вероятно должен содержать некоторый объем менее плотной фазы, и граница фаз вероятно должна присутствовать в пределах каскада этого датчика. В таком случае все каскады датчиков выше этого каскада датчика также должны содержать одну или более менее плотных фаз. Следовательно, предпочтительно подтверждать каскад датчика, содержащий границу фаз, сравнивая скорость счета из соседнего более высокого каскада датчика со скоростью счета этого полностью покрытого датчика. В конкретном предпочтительном способе каскад датчика, на котором располагается граница фаз, определяется процессором данных, выполняющим следую- 3 027127 щий способ:

a) для каждого датчика п, где η изменяется от 1 до N и N является числом датчиков, получается текущая сглаженная и скорректированная по затуханию скорость ()_п счета.

b) вычисляется

для всех п каскадов, где ^^_п£ является скоростью счета, когда плотная фаза полностью покрывает η-й каскад, а Т_с является временной константой. X является числом, изменяющимся в диапазоне от 0 до 5, которое выбирается в зависимости от точности и времени реакции системы. X предпочтительно равно 0, но может быть больше нуля в прикладных задачах, где устойчивость системы критична.

с) Начиная с самого нижнего каскада (п=1), устанавливается, действительно ли

0>0 ₊ЛЛ_

- Лат * (Алгоритм А) .

ά) Если алгоритм А не удовлетворяется, выполняется приращение п, пока не будет достигнут самый нижний каскад р, где алгоритм А удовлетворяется, т.е.

Каскад р является самым нижним каскадом в датчике, для которого алгоритм А удовлетворяется. Предположим, что граница фаз удовлетворяется в пределах каскада р датчика. Если алгоритм А не удовлетворяется для всех п от 1 до N-1 и соотношение „ , Ж· также не удовлетворяется, тогда предполагается, что граница фаз должна быть выше каскада N датчика.

В альтернативном способе, который обеспечивает дополнительную надежность, можно следовать следующей процедуре:

a) для каждого датчика п, где п изменяется от 1 до N и N является числом датчиков, получается текущая сглаженная и скорректированная по затуханию скорость ()_п счета;

b) вычисляется , Ж для всех п каскадов, где ^^_п£, Т_с, X являются такими же, как и заданные выше,

ά) Если алгоритм В не удовлетворяется, выполняется приращение п, пока не будет достигнут самый нижний каскад р, где алгоритм В удовлетворяется, т.е.

Каскад р является самым нижним каскадом в датчике, для которого алгоритм В удовлетворяется. Предположим, что граница фаз удовлетворяется в пределах каскада р датчика. Если алгоритм В не удовлетворяется для всех п от 1 до N-1 и соотношение также не удовлетворяется, тогда предполагается, что граница фаз должна быть выше каскада N датчика.

Предпочтительно, чтобы датчики размещались так, что каскад N находился на вершине резервуара, и что самое высокое положение границы фаз попадает в пределы каскада N датчика. Используя это предпочтительное размещение, алгоритм В выполняет приращение п до п=(Ы-1). Если алгоритм В не был удовлетворен, тогда оцениваются скорости счета от каскадов (N-1) и N. Если резервуар полон, тогда алгоритм В не удовлетворяется, таким образом, положение границы фаз находится выше каскада (N-1). Процессор данных программируется, чтобы предполагать, что уровень жидкости находится в пределах каскада N когда п прирастает от (N-1) до N. Если резервуар полон, второй этап, описанный ниже, будет подтверждать, что уровень = 100%.

На втором этапе вычисляется положение границы фаз в пределах каскада датчика, полученного как содержащий границу фаз. Это предпочтительно осуществляется посредством вычисления отношения скорости счета, обнаруженной датчиком, к скорости счета, когда каскад датчика полностью покрыт. В предпочтительном способе положение границы фаз в пределах каскада р датчика, обнаруженного как содержащий границу фаз, определяется процессором данных посредством решения алгоритма С

- 4 027127

* длина каскада р датчика (алгоритм С), где

И - это высота границы фаз выше нижней части каскада р датчика, ф_ре - это скорость счета, когда плотная фаза находится ниже каскада р датчика.

ф_р - это текущая сглаженная и скорректированная по затуханию скорость счета каскада р датчика.

фр_£ - это скорость счета, когда плотная фаза полностью покрывает каскад р датчика.

Для того, чтобы определять уровень в пределах диапазона измерения границы фаз, длина диапазона измерения ниже каскада р датчика добавляется к результату алгоритма С, чтобы давать общую высоту границы фаз выше нижней части диапазона измерения. Когда все каскады датчиков имеют одинаковую длину и датчики размещаются линейно:

ν ж о/ υ^-υΧ'ι]

Уровень границы фаз = длина каскада ί и % уровня = - ' где N - общее число каскадов датчиков.

Когда каскады датчиков имеют неодинаковую протяженность или не размещены линейно, например, на цилиндрическом резервуаре, тогда уравнения должны быть соответствующим образом модифицированы. Дополнительные модификации в этих уравнениях необходимы, если датчик не располагается непосредственно в соприкосновении со стенкой резервуара, как показано на фиг. 2. В этом случае вследствие геометрических принципов траекторий излучения уровень в резервуаре слегка отличается от уровня в датчике. Все эти модификации являются простыми изменениями и будут очевидны любому специалисту в этих вопросах.

Для того, чтобы дополнительно улучшать точность, альтернативным способом определения положения границы фаз в пределах каскада является калибровка скорости счета как функции уровня на каждом каскаде. Это может быть сделано либо экспериментально, либо посредством моделирования.

Ои_е· Онг получаются на этапе калибровки. О,_|е измеряется для каждого датчика п, когда резервуар пуст или содержит только менее плотную фазу. ф_пГ измеряется для каждого каскада датчика, когда резервуар наполнен плотной фазой до уровня, где плотная фаза полностью покрывает датчик или полностью заполняет каскад датчика. Альтернативно, ф_пе, ф_пГ могут быть получены посредством вычисления с помощью соответствующей модели из длины траектории между источником и датчиком, энергии излучения источника, плотности для плотной и менее плотной фаз и массового коэффициента поглощения вещества. Когда прибор откалиброван, скорости счета в течение продленного периода должны быть измерены, чтобы предоставлять усредненные по времени скорости счета, чтобы определять О,_|е и ф_пГ, которые являются настолько показательным изображением, насколько возможно.

В некоторых применениях природа содержимого резервуара вызывает осаждение твердотельного или вязкожидкостного вещества на стенках резервуара, приводя к уменьшению излучения, обнаруживаемого датчиками напротив отложений. В идеале отложения устраняются со стенок резервуара, но зачастую необходимо задействовать датчик уровня при наличии этих отложений, толщина которых может быть неизвестна.

Соответственно, предпочтительный способ дополнительно содержит третий этап, на котором действие отложения плотной фазы, такой как твердотельные частицы или вязкая жидкость, на стенке резервуара может быть принято во внимание при вычислении положения границы фаз. Третий этап содержит сброс пустых счетчиков калибровки О,_|е в текущие измеренные счетчики О,, для всех каскадов датчиков выше каскада р, уровня вычисленного каскада датчика, содержащего границу фаз. Разность между ф_п, измеренной во время нормальной работы способа, и первоначальным значением ф_пе, измеренным, когда резервуар был пуст, может также быть использована, чтобы вычислять приблизительную плотность отложений, которые присутствуют на стенке резервуара. Когда природа отложения известна, толщина этих отложений может быть приблизительно вычислена. Когда уменьшение излучения выше границы фаз достигло значения, которое вероятно должно воздействовать на способ измерения, резервуар может быть очищен от отложений. Этот третий этап может быть полезен, когда отложения, которые нарастают на стенке резервуара, имеют плотность во влажном состоянии, которая больше, чем плотность более плотных фаз, формирующих границу фаз.

Изобретение дополнительно описывается на сопровождающих чертежах, на которых фиг. 1 - разрез резервуара, содержащего систему измерения уровня согласно изобретению; и фиг. 2 - разрез резервуара, содержащего альтернативный вариант осуществления системы измерения уровня согласно изобретению.

В системе измерения уровня, показанной схематично на фиг. 1, источник излучения размещается, чтобы испускать излучение сквозь внутренность резервуара 10 по направлению к четырем счетным трубкам Ό1, Ό2, Ό3 и Ό4 Гейгера длиной 200 мм, размещенным линейно, чтобы формировать датчик длиной 800 мм, размещенный приблизительно вертикально вниз на противоположной стенке резервуара. Резервуар содержит жидкость 12 и газ 14. Ό1 и Ό2 находятся ниже уровня жидкости, а Ό4 выше уровня жидкости. Система была откалибрована, так что скорости счета каждого 14 датчика Эп, когда он выше

- 5 027127 уровня жидкости, О,_1С и когда полностью покрыт жидкостью, О„г, известны. Л*ΰ,*ΰ„

Для датчиков Ώ1 и Ό2 ^и не удовлетворяются.

Следовательно, граница фаз между жидкостью 12 и газом 14, т.е., уровень 16 жидкости 12 вычисляется как находящаяся выше Ό2. Самым нижним каскадом датчика, для которого алгоритм В удовлетворяется, является Ώ3. Следовательно, уровень жидкости 12 определяется как находящийся в пределах каскада 3 датчика.

йе~й

Уровень жидкости 12 поэтому =

I Йе й/ , где Ь_Оп = длина каскада η датчика.

Когда способ, описанный выше, используется, чтобы определять положение границы фаз, на измерение не влияет формирование твердотельных отложений на стенках резервуара или наличие пены выше уровня жидкости. Даже когда отложение и пена не присутствуют, способ обеспечивает улучшенную точность по сравнению с традиционными инструментами предшествующего уровня. Например, предположим, что существует N каскадов датчиков, каждый с длиной Ь_о. Для простоты, предположим, что каждый каскад формирует скорость 0„_е счета, когда не покрыт, и нулевую скорость счета, когда покрыт жидкостью.

Согласно способу, описанному в данном документе, определяется, что уровень содержится в пределах конкретного каскада, и затем вычисляется положение границы фаз в пределах каскада датчика. Максимальная скорость счета каскада равна 0„_е (соответствуя минимальному уровню в каскаде), а минимальная скорость счета каскада равна нулю (соответствуя максимальному уровню в каскаде). Таким образом, скорость счета каскада изменяется на р_пе, когда уровень изменяется на Ь_о.

± й^

Неопределенность в максимальной скорости счета каскада равна ^²ЙЛ (одно стандартное отклонение).

Поскольку скорость счета каскада изменяется на р_пе, когда уровень изменяется на Ь_о, неопределен1 ность в скорости счета, равная й, А , Т ведет к максимальной неопределенности в положении границы 'Жх фаз, равной ' т.е.,

Отметим, что это максимальная ошибка, когда уровень находится на каком-либо каскаде.

Для сравнения, в системах предшествующего уровня итоговая суммарная скорость счета от полной системы датчиков используется, чтобы вычислять уровень. В таком случае предшествующего уровня техники, когда уровень близок к нижней части диапазона измерения, общая скорость счета датчика равна

Νζ)_η6, и неопределенность, ассоциированная с этой скоростью счета, равна .

Общая скорость счета изменяется на N9^, когда уровень изменяется на ΝΙ.₍₎ (т.е., сверх диапазона _± ^Й, измерения). Таким образом, неопределенность в общей скорости счета, равная ^№2_кет_е , ведет к неоп_{± ±} ь 4ν ~ 7²жл Жт ( Ά \ ределенности в измерении уровня, равной ' т.е., ·

Сравнение (1) и (2) указывает, что для низких уровней показатель уровня согласно изобретению является более точным (на множитель ^Ν), чем показатели, предоставленные системами предшествующего уровня техники, которые используют итоговую суммарную скорость счета от полной системы датчиков. Улучшение в точности становится меньше, когда уровень возрастает, но для всех уровней вплоть до верхней части диапазона, измерения, выполненные согласно способу изобретения, являются более точными, чем показатели, предоставленные упомянутыми системами предшествующего уровня.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения местоположения границы между двумя средами в резервуаре, при этом каждая среда имеет различные характеристики ослабления излучения, в котором:

a) облучают резервуар по меньшей мере одним источником излучения, излучение которого проходит сквозь часть внутреннего пространства резервуара, при этом в зоне охвата источника излучения расположена граница указанных двух сред;

b) принимают множеством датчиков излучения, расположенных так, чтобы перекрывать по вертикали зону охвата указанного источника, излучение от указанного источника, прошедшее через указанную часть внутреннего пространства резервуара,

c) обрабатывают в средстве обработки данных данные с указанных датчиков для вычисления положения границы сред, причем средство обработки данных выполнено с возможностью сравнения скорости счета, полученной каждым датчиком, со скоростью счета, полученной тем же самым датчиком когда он полностью

- 6 027127 покрыт более плотной средой и когда он не покрыт;

отличающийся тем тем, что средство обработки данных вычисляет положение границы сред из величины излучения, обнаруженного датчиками, посредством:

(ι) первого этапа, на котором определяют, в пределах какого датчика находится граница сред, и затем (й) второго этапа, на котором определяют положение границы сред в пределах датчика, определенного на этапе (ί).
2. Способ по п.1, в котором две среды представляют собой жидкую фазу и газообразную фазу.
3. Способ по п.1, в котором две среды представляют собой две жидкости, имеющие различные плотности.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе (ί) сглаженная скорость счета, сформированная каждым датчиком, измеренная во время нормальной работы способа, сравнивается со скоростью счета, создаваемой тем же датчиком, когда он полностью покрыт более плотной средой.
5. Способ по п.4, при этом на этапе (ί) упомянутое сравнение выполняется на двух соседних датчиках.
6. Способ по п.5, в котором на этапе (ί):

a) для каждого датчика п, где η изменяется от 1 до N и N является числом датчиков, получают текущую сглаженную и скорректированную по затуханию скорость счета р_п;

b) вычисляют . Ж для всех п диапазонов измерений, где ('Хе сглаженная скорость счета, когда плотная среда полностью покрывает η-й датчик,

Тс - временная константа, а

X - число, изменяющееся в диапазоне от 0 до 5, которое выбирается в зависимости от точности и времени реакции системы,

с) начиная с самого нижнего датчика (п=1), устанавливают, удовлетворяется ли неравенство о >0 ₊ * 000 (!),

ά) если указанное неравенство (1) не удовлетворяется, выполняют приращение п, пока не будет достигнут датчик р, для которого удовлетворяется указанное неравенство (1),

е) определяют, что граница сред содержится в пределах датчика р.
7. Способ по п.5, при этом на этапе (ί):

a) для каждого датчика п, где п изменяется от 1 до N и N является числом датчиков, получают текущую сглаженную и скорректированную по затуханию скорость счета (χ,

b) вычисляют для всех п диапазонов измерений, где (Хг сглаженная скорость счета, когда плотная среда полностью покрывает п-й датчик,

Тс - временная константа, а

X - число, изменяющееся в диапазоне от 0 до 5, которое выбирается в зависимости от точности и времени реакции системы,

с) начиная с самого нижнего датчика (п=1), устанавливают, удовлетворяются ли неравенства -уа а„₊,,^а ^ХС( вг вп{ +(1) и V (2),

ά) если указанные неравенства не удовлетворяются, выполняют приращение п, пока не будет достигнут датчик р, для которого удовлетворяются неравенства (1) и (2),

е) определяют, что граница сред содержится в пределах датчика р.
8. Способ по п.6 или 7, где Х=0.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором этап (й) выполняют посредством способа, содержащего этап, на котором сравнивают скорость счета, обнаруженную датчиком, со скоростью счета, когда датчик полностью покрыт.
10. Способ по п.9, в котором положение границы сред в пределах датчика р определяют из выражения

X о»-о/ {О>е-Ор/) длина датчика р где й - высота границы сред выше нижней части датчика р,

С_ре - скорость счета, когда плотная среда находится ниже датчика р, <Х - текущая сглаженная и скорректированная по затуханию скорость счета датчика р, ('Х,- - скорость счета, когда плотная среда полностью покрывает датчик р.

- 7 027127
11. Способ по п.9, в котором уровень границы сред в пределах резервуара равен сумме уровня границы сред в пределах датчика р и расстояния от датчика р до нижней части резервуара, такой способ предоставляет средство минимизации ошибки вследствие естественных, статистически прогнозируемых колебаний в скорости счета и, следовательно, обеспечивает улучшенную точность по сравнению с эквивалентными традиционными инструментами предшествующего уровня.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий этап калибровки, на котором для каждого датчика η измеряют скорость счета р_пе и скорость счета р_п£ соответственно, когда резервуар содержит только менее плотную среду и когда более плотная среда, формирующая границу сред, полностью покрывает датчик η.
13. Способ по любому из пп.1-12, при этом р_пе и Р_п)- получают посредством вычисления.
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий третий этап, на котором при вычислениях на этапах (ι) и (и) учитывают влияние на скорость счета: а) отложение плотной среды на стенке резервуара, Ь) изменение в плотности среды или с) присутствие пены в резервуаре к.
15. Способ по п.14, в котором упомянутый третий этап содержит этап, на котором сбрасывают калибровку скорости р_пе счета в текущую измеренную скорость р_п счета для всех каскадов датчиков выше уровня датчика, на уровне которого согласно расчетам расположена граница сред.
16. Способ по любому из предшествующих пунктов, при этом разницу между измеренным значением р_п при осуществлении способа и значением р_пе, измеренным, когда резервуар был пуст, используют, чтобы вычислять характеристику отложений, которые присутствуют на стенке резервуара.
17. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее по меньшей мере один источник излучения, способный испускать излучение сквозь часть внутреннего пространства резервуара, в которой расположена граница двух сред с различными характеристиками ослабления излучения, множество датчиков излучения, располагаемых так, чтобы перекрывать по вертикали зону охвата указанного источника, для приема излучения от указанного источника, прошедшего через указанную часть внутреннего пространства резервуара, средство обработки данных для вычисления положения границы сред из величины излучения, обнаруженного датчиками; причем средство обработки данных выполнено с возможностью сравнения скорости счета, полученной каждым датчиком со скоростью счета, полученной тем же самым датчиком, когда он полностью покрыт более плотной средой и когда он не покрыт ей;

при этом устройство характеризуется тем, что средство обработки данных программируется, чтобы вычислять положение границы сред из величины излучения, обнаруженной датчиками, посредством:

(ι) первого этапа, на котором определяют, в пределах какого датчика находится граница сред, и затем, (И) второго этапа, на котором определяют положение границы сред в пределах датчика, определенного на этапе (ι).
18. Устройство по п.17, при этом средство обработки данных программируется, чтобы выполнять вычисление, чтобы находить местоположение упомянутой границы согласно способу по любому из пп.1-16.