JP2017525960A - 補償流体レベル送信器 - Google Patents

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Abstract

タンク(205)に配置するための流体レベル送信器結合体(200)は、2つ以下のタンク開口部を有する。少なくとも1つのフランジ(207a、207b)は、第1、第2および第3のフランジ開口部(207a1、207a2、207a3)をタンク開口部(205a、205b)上に設ける。第1のフランジ開口部上の温度センサ(216)は、温度を感知する。第2のフランジ開口部上の第1の圧力センサ(215a)は、第1の圧力を感知する。レベル送信器(230、230’)が、プロセス流体中もしくはその表面にパルス信号を送信し、かつパルスエコーを受信するために第3のフランジ開口部を通って延在し、または、第2の圧力センサ(215b)が、第2の圧力を感知する。プロセッサ(225)は、レベル送受信器または第2の圧力センサの出力に結合され、温度、第1の圧力、およびパルスエコーまたは第2の圧力を用いる補償流体レベル判定アルゴリズム(227)を実施して、プロセス流体について補償流体レベル計測値を生成する。送信器(235)は、プロセッサの出力に結合される。【選択図】図2

Description

[0001]開示の実施形態は、タンク内のプロセス流体のレベルを判定するための補償流体レベル送信器に関する。
[0002]タンク開口(タンク開口部またはタンクノズル)上でタンクに取り付けられる筐体によって形成されるセンサを用いてタンク内の液体のレベルを検出する液体レベル送信器がよく知られている。レベル送信器は、差圧、超音波またはレーダなどさまざまな技術を用いてタンク内のプロセス流体のレベルを計測する。
[0003]温度および圧力のさらなるプロセス計測は、プロセス流体の密度の変化を補償する、より正確なレベル算出を可能にする。これらの計測は、ユーザによる追加的設置、具体的にはタンクの壁を通る追加的貫入(貫通)、溶接、台の取付け、および追加的配線を要するのが一般的であるが、これらはすべて費用を大幅に増大させる。結果として生じる補償された液体レベル計測のさらなる正確性は、補償されない液体レベル計測に照らして、そのコストの増大を正当化するものとは言えないであろう。
[0004]本概要は、開示される概念の簡潔な選択を提起するために簡略化された形で記載され、示される図面を含む詳細な説明において以下でさらに記述される。本概要は、特許請求される主題の範囲を限定することを意図するものではない。
[0005]開示の実施形態は、2つ以下のタンク開口部を有するタンクに配置するように構成される温度および圧力補償流体(一般的には液体)レベル送信器結合体を含む。少なくとも1つのフランジは、タンク開口部上に第1、第2および第3のフランジ開口部を含む。第1のフランジ開口部上の温度センサは、タンク内の温度を感知する。第2のフランジ開口部上の第1の圧力センサは、タンク内の第1の圧力を感知する。プロセス流体中もしくはプロセス流体の表面にパルス信号を送信し、かつ反射されるパルスエコーを受信するためにプローブに結合されるレベル送受信器が第3のフランジ開口部を通ってタンク内に延在し、または、タンク内の第2の圧力を感知する第2の圧力センサが第3の開口部上に存在する。
[0006]プロセッサは、レベル送受信器の出力または第2の圧力センサの出力に結合され、かつ第1の圧力および温度を受信するように結合され、ここで、プロセッサは温度、第1の圧力、およびパルスエコーまたは第2の圧力を用いる補償流体レベル判定アルゴリズムを実施して、プロセス流体について補償流体レベル計測値を生成する。一実施形態では、温度および圧力の計測はレベル送信器結合体を設置するのに用いられる同一の(取付)フランジにおいて一体をなし、その結果、単一のタンク開口部のみが必要とされ、追加的取付機器は必要ではない。
[0007]例示の実施形態による、流体レベルを感知する方法におけるステップを示す流れ図である。 [0008]例示の実施形態による、タンクに取り付けられる例示の差圧型多出力遠隔封止レベル送信器結合体を示す図である。 [0009]例示の実施形態による、タンクの上部に取り付けられる例示のレーダ型レベル多出力レベル送信器結合体を示す図である。 [0010]例示の実施形態による、タンクの上部に取り付けられる例示の超音波型レベル多出力レベル送信器結合体を示す図である。
[0011]開示の実施形態は添付の図を参照して記述され、これらの図全体にわたって、同様の参照番号は類似または同等の素子を指すために用いられる。図は縮尺通りに描かれているわけではなく、開示されるある態様を例証するために示されるにすぎない。開示されるいくつかの態様は、例証するための例示の適用を参照して以下で記述される。開示の実施形態について十分な理解を得るために、多数の具体的詳細、関連および方法について説明がなされることを理解されたい。
[0012]しかしながら、関連分野の技術者であれば、本明細書において開示される主題は具体的詳細の1つまたは複数がなくても実施され得、または他の方法で実施され得ることを容易に認識するであろう。他の例では、ある態様を曖昧にするのを避けるために、よく知られた構造または作用は詳細に示されない。いくつかの動作は異なる順序で生じることがあり、かつ/または他の動作または事象と同時に生じることがあるので、本開示は動作または事象の例証的な順序によって限定されない。さらに、本明細書において開示される実施形態による方法を実施するためにすべての例証される動作または事象が必要とされるとは限らない。
[0013]図1は、例示の実施形態による、流体レベルを感知する方法100におけるステップを示す流れ図である。ステップ101は、プロセス流体を有するタンク内の温度、タンク内の第1の圧力、および、一般的には液体であるプロセス流体中もしくはプロセス流体の表面への送信パルス信号からのパルスエコー(超音波またはレーダ)、またはタンク内の第2の圧力を含む少なくとも3つのプロセス変動を感知することを含む。接触レーダである導波レーダ(GWR:guided wave radar)の場合にはプローブはフランジから流体中に延在して流体レベルが変化するときの表面反射を可能にし、一方、非接触レーダの場合にはプローブは流体レベルより上にある。3つのプロセス変動は最大で2つ(2)のタンク開口部を用いて感知され、ここでは、1つまたは複数のフランジが、以下で示される図2、図3Aおよび図3Bにおいて見られるように、それぞれのタンク開口部上にある。
[0014]ステップ102は、温度、第1の圧力、およびパルスエコーまたは第2の圧力を受信するように結合され、プロセッサと関連付けられるメモリに記憶された温度および圧力補償流体レベル判定アルゴリズム(レベル判定アルゴリズム)を実施するプロセッサを用いることを含む。レベル判定アルゴリズムは、温度、第1の圧力、およびパルスエコーまたは第2の圧力を用いて、タンク内のプロセス流体について温度および圧力補償流体レベル計測値(補償流体レベル計測値)を生成する。温度、第1の圧力および第2の圧力が提供される開示の実施形態の場合にはレベル感知は差圧(第1の圧力と第2の圧力との差異)によって実施され、一方、温度、圧力およびパルス型レベル送受信器が提供される実施形態の場合にはレベル感知はエコーの時間遅延を用いて実施される。
[0015]ステップ103は、精製装置のような製造プラントまたは処理プラントと関連付けられる制御室など、タンク内のプロセス流体を含むプロセスの制御に関わる別の場所に補償流体レベル計測値を送信することを含む。この送信は、アンテナ(以下で示される図2のアンテナ229を参照のこと)を用いる無線信号による無線によって、または有線もしくはケーブルによって実施され得る。
[0016]図2は、例示の実施形態による、タンク205に取り付けられる例示の差圧型多出力遠隔封止レベル送信器結合体(レベル送信器結合体)200を示す図である。レベル送信器結合体200は、差圧(|P2−P1|)を用いてレベル感知を実施する上部取付レベル送信器231を備える。タンク205はプロセス流体(一般的には液体、図示せず)を含み、タンク壁205dの各間隙によってそれぞれ画定される第1のタンク開口部領域205aと第2のタンク開口部領域205bとを含む。
[0017]上部フランジ207aは第1のタンク開口部領域205a上にあり、下部フランジ207bは第2のタンク開口部領域205b上にある。上部フランジ207aは、フランジ開口部207a1と207a2とを含む。下部フランジ207bは、単一のフランジ開口部207b1を含む。
[0018]レベル送信器231は、フランジ開口部207a2および第1のタンク開口部領域205aの上にある。レベル送信器231は、フランジ開口部207a2内にある(フランジ開口部207a2と一体化される)圧力センサ215aを備える。圧力センサ215aは、下部フランジ207aに固定される圧力ケース(図示せず)に取り付けられるのが一般的である。抵抗温度検出器(RTD:resistance temperature detector)として示される温度センサ216はフランジ開口部207a1と一体化される。1つのコネクタ237、238の組は、温度センサ216の上部フランジ207aへの封止を可能にし、別のコネクタ237、238の組は、レベル送信器231の上部フランジ207aへの封止を可能にする。RTD素子を備え得る抵抗素子216aを含む温度センサ216は、ケーブルまたは配線によるなど、図示の相互接続217によって、レベル送信器231のプロセッサ225への(一般的にはさらに、本明細書または他の部分において図示されない介在フィルタおよびアナログ−デジタル変換器(ADC:analog to digital converter)への)入力としての、その温度出力(T1)を設けて示される。
[0019]プロセッサ225は電子機器筐体221内にあり、かつマイクロプロセッサまたはマイクロ制御装置(MCU:micro controller unit)を含むことができ、プロセッサ225の出力は任意選択のアンテナ229に結合されて示される送信器235に(一般的にはさらに、簡略化のために本明細書または他の部分において図示されない介在デジタル−アナログ変換器(DAC:digital to analog converter)に)結合される。無線または光学的な相互接続の配置は、すべての開示される相互接続にも全体的に用いられ得る。圧力センサ215aはP1を感知する。
[0020]レベル送信器結合体200はまた、フランジ開口部207b1内に取り付けられる圧力ケースを有する圧力センサ215bを含む下部取付圧力送信器232も備える。圧力送信器232は、下部フランジ207bへの封止を可能にするコネクタ237、238の組を含んで、かつ下部フランジ207bのフランジ開口部207b1および第2のタンク開口部領域205bを介してタンク205に結合して示される。
[0021]P2を感知する圧力センサ215bは、電子機器筐体222内にあり、図示の相互接続配線218によってレベル送信器231のプロセッサ225に結合する送信器233に結合される(介在フィルタおよびアナログ−デジタル変換器(ADC)は簡略化のために本明細書または他の部分において図示されない)。それゆえ、プロセッサ225は、温度センサ216からT1を、圧力センサ215aからP1を、および圧力センサ215bからP2を受信し、かつプロセッサ225と関連付けられるメモリ226に記憶された差圧(P2−P1)に基づくレベル判定アルゴリズム227を実施する。
[0022]プロセッサ225によって実行されるレベル判定アルゴリズム227は、タンク205内の流体について温度および圧力補償流体レベル計測値を生成し、これはアンテナ229によるなど遠隔で、典型的には制御室の1つまたは複数のコンピュータ端末に送信され得る。レベル送信器231によって供給される出力信号は、アナログ信号(たとえば4mA〜20mA信号)またはデジタル信号(たとえばデジタルHART信号)であってよい。
[0023]タンク205内の流体の高さは、タンク内でそれぞれ計測された圧力であるP1とP2との圧力差異(P2−P1)から求められる。T1を計測することによって、流体レベルは流体密度についても補償される。温度センサ216は上部フランジ207aに取り付けられて示されるが、温度センサ216は別法として下部フランジ207bに取り付けられてもよい。さらに、レベル送信器231がレベル送信器結合体200の主要な送信器として示されるが、圧力送信器232もまたプロセッサ、メモリおよび開示されるアルゴリズムを含んで、レベル送信器結合体200の主要な送信器として機能できるようにすることも可能である。
[0024]図3Aは、例示の実施形態による、タンク305の上部に取り付けられる例示のレーダ型レベル多出力送信器結合体(レベル送信器結合体300)を示す図である。レベル送信器結合体300は、レーダレベル送信器320と、圧力センサ330と、RTDとして示される温度センサ216とを備え、レーダを用いてレベル感知を実施する。タンク305はプロセス流体(図示せず)を含み、タンク壁305dの上部の間隙によって画定される単一のタンク開口部領域305aのみを含む。フランジ開口部307a1、307a2および307a3を有する上部フランジ307aはタンク開口部領域305a上にある。
[0025]レーダレベル送信器320は、レベル送受信器230によって供給されるレーダパルスを用い、液体の表面までの距離を継続的に計測して、レベル計測が行われるようにする。レベル送受信器230は、封止され、かつフィードスルー332に結合される同軸コネクタ(coax)331によって、タンク305に向けてフランジ開口部307a2を貫通する金属プローブ333に結合される。圧力センサ330はフランジ開口部307a1およびタンク開口部305a上にあり、Pを計測し、一方、RTDとして示される温度センサ216はフランジ開口部307a3上にあり、T1を計測する。プロセッサ225は、相互接続317を介してT1を受信し、相互接続318を介して圧力センサ330からPを受信し、かつ、プロセッサ225と関連付けられるメモリ226に記憶されたレーダエコーを用いるレーダ型レベル判定アルゴリズム227’を実施してタンク305内の流体の流体レベルならびにT1およびPを判定して、タンク305内の流体について補償流体レベル計測値を生成する。
[0026]プロセッサ225の出力は、図示のようにアンテナ229に結合される送信器235の入力に結合される。それゆえ、レベル送信器結合体300は、単一のプロセス貫通(タンク開口部領域350a)からの3つのプロセス変動(P、T1および流体レベル(流体密度補償のない))を実施して、流体密度補償を備える流体レベル計測値を生成する。
[0027]図3Bは、例示の実施形態による、タンクの上部に取り付けられる例示の超音波型レベル多出力送信器結合体350を示す図である。レベル送信器結合体350は、超音波レベル送信器370と、圧力センサ330と、図3Aに示されるレベル送信器結合体300に関連して記述されるRTDとして示される温度センサ216とを備える。超音波レベル送信器370は導電性(たとえば金属)コネクタ371を備え、このコネクタは、プローブセンサとして機能する圧電結晶を含む超音波トランスデューサ(トランスデューサ)372をプロセッサ225の入力に結合される出力を有する関連するレベル送受信器230’に結合する。プロセッサ225の出力は、アンテナ229に結合されて示される送信器235の入力に結合される。
[0028]また、トランスデューサ372、レベル送受信器230’、および超音波レベル判定アルゴリズム227’’を実行するプロセッサ225は、送信された超音波パルスおよびその反射されたエコーの時間を判定してトランスデューサ372と感知される物質のレベルとの間に完全な復路をもたらすように動作する。トランスデューサ372は、そのレベルが計測されることになる物質の表面に対して音波を一気に下方に向け、トランスデューサ372内側の圧電結晶は、電気パルスを、所与の媒体において設定された周波数および一定の速度で波の形で進行する音エネルギーに変換する。これらの波のエコーは、音波進行の距離をタンク内の液体レベルの計測値に変換するための算出を行うプロセッサ225に結合されるトランスデューサ372に戻る。音の発射と戻りエコーの受信との間の時間のずれは、トランスデューサ372と容器内の物質との間の距離に正比例する。
[0029]開示の実施形態は、全体として任意の流体レベル検出システムに適用され得る。たとえば、上記で開示されたように、超音波およびレーダ型システムに適用される。レーダ型システムは、接触レーダ(たとえばGWR)または非接触レーダであってよい。
[0030]さまざまな開示の実施形態について上記で記述されてきたが、これらは例として示されているにすぎず、限定的ではないことを理解されたい。本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本開示に従って本明細書において開示される主題に多数の変更が加えられ得る。加えて、特定の特徴がいくつかの実施態様のうちの1つのみに関して開示されている場合もあるが、このような特徴は、任意の所与の用途または特定の用途に望ましくかつ有利であり得るように他の実施態様のうちの1つまたは複数の他の特徴と組み合わされてよい。

Claims (10)

  1. プロセス流体を有する、2つ(2)以下のタンク開口部(205a、205b)を含むタンク(205)に配置するように構成される少なくとも1つのフランジ(207a、207b)であって、前記タンク開口部上に形成される少なくとも第1、第2および第3のフランジ開口部(207a1、207a2、207b1)を含む少なくとも1つのフランジ(207a、207b)と、
    前記タンク内の温度を感知するために温度出力信号を供給する、前記第1のフランジ開口部上の温度センサ(216)と、
    前記タンク内の第1の圧力を感知するために第1の圧力出力信号を有する、前記第2のフランジ開口部上の第1の圧力センサ(215a)と、
    パルス信号を前記プロセス流体中もしくは前記プロセス流体の表面に送信し、かつ前記プロセス流体からパルスエコーを受信するために前記第3のフランジ開口部を通って前記タンクに延在するプローブ(333)もしくはコネクタ(371)に結合されるレベル送受信器(230、230’)、または、前記タンク内の第2の圧力を感知する第2の圧力出力を有する前記第3のフランジ開口部上の第2の圧力センサ(215b)と、
    前記レベル送受信器の出力または前記第2の圧力出力に結合され、関連するメモリ(226)に記憶された温度および圧力補償流体レベル判定アルゴリズム(レベル判定アルゴリズム)(227)を実施するプロセッサ(225)と、
    前記プロセッサに前記温度出力信号を結合する第1の接続(217)および前記プロセッサに第1の圧力出力信号を結合する第2の接続(218)とを備える流体レベル送信器結合体(200)であって、
    前記レベル判定アルゴリズムは、前記温度、前記第1の圧力、および前記パルスエコーまたは前記第2の圧力を用いて前記プロセス流体について温度および圧力補償流体レベル計測値を生成し、該流体レベル送信器結合体(200)が、
    前記プロセッサの出力に結合される入力を有する送信器(235)をさらに備える、流体レベル送信器結合体(200)。
  2. 前記少なくとも1つのフランジは第1のフランジ(207a)および第2のフランジ(207b)を含み、前記第2の圧力センサ(215b)は前記第3のフランジ開口部(207b1)上にある、請求項1に記載の流体レベル送信器結合体。
  3. 前記少なくとも1つのフランジは前記第1のフランジ(307a)からなり、前記レベル送受信器は、前記第3のフランジ開口部(307a3)に取り付けられ、かつ前記第3のフランジ開口部(307a3)上にある、請求項1に記載の流体レベル送信器結合体。
  4. 前記レベル送受信器は超音波レベル送受信器(230’)を含み、超音波トランスデューサ(372)をさらに備え、前記超音波トランスデューサは前記コネクタによって前記超音波レベル送受信器に結合される、請求項3に記載の流体レベル送信器結合体。
  5. プロセス流体を有するタンク内の温度、前記タンク内の第1の圧力、および、前記プロセス流体中もしくは前記プロセス流体の表面に送信されたパルス信号からのパルスエコーまたは前記タンク内の第2の圧力を含む少なくとも3つのプロセス変動を感知するステップ(101)であって、前記3つのプロセス変動は、少なくとも1つのフランジ、第1、第2および第3のフランジ開口部、ならびに最大で2つ(2)のタンク開口部を用いて感知される、感知するステップ(101)と、
    前記温度、前記第1の圧力、および前記パルスエコーまたは前記第2の圧力を受信するように結合されるプロセッサであって、前記プロセッサに関連付けられるメモリ(226)に記憶された温度および圧力補償流体レベル判定アルゴリズム(レベル判定アルゴリズム)(227)を実施する前記プロセッサ(225)を用いるステップ(102)とを含み、
    前記レベル判定アルゴリズムは、前記温度、前記第1の圧力、および前記パルスエコーまたは前記第2の圧力を用いて前記プロセス流体について温度および圧力補償流体レベル計測値を生成する、流体レベルを感知する方法(100)。
  6. 前記少なくとも1つのフランジは第1のフランジ(207a)および第2のフランジ(207b)を含み、前記第2の圧力センサ(215b)は前記第3のフランジ開口部(207b1)上にあり、前記レベル判定アルゴリズムは、前記温度、前記第1の圧力および前記第2の圧力を用いて前記プロセス流体について前記圧力補償流体レベル計測値を生成する、請求項5に記載の方法。
  7. 第1のフランジ(307a)のみがあり、前記パルス信号を送信するレベル送受信器(230、230’)は、前記第3のフランジ開口部(307a3)を越えて前記タンク内に延在するプローブ(333)またはコネクタ(371)に結合され、前記レベル判定アルゴリズムは、前記温度、前記第1の圧力および前記パルスエコーを用いて前記温度および圧力補償流体レベル計測値を生成する、請求項5に記載の方法。
  8. 前記レベル送受信器は超音波レベル送受信器(230’)を含み、超音波トランスデューサ(372)をさらに備え、前記超音波トランスデューサは前記コネクタによって前記超音波レベル送受信器に結合され、前記方法は超音波を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記レベル送受信器(230)はレーダレベル送受信器を含み、前記レーダレベルトランスデューサは前記プローブ(333)によって前記レーダレベル送受信器に結合され、前記方法は導波レーダ(GWR)を含む、請求項10に記載の方法。
  10. 制御された処理タンクであって、
    前記タンク(205)内にプロセス流体を有する、2つ(2)以下のタンク開口部(205a、205b)を画定するタンク壁(205d)と、
    前記タンク開口部上に形成される少なくとも第1、第2および第3のフランジ開口部(207a1、207a2、207b1)を含む、前記タンク上の少なくとも1つのフランジ(207a、207b)と、
    プロセス流体を有する前記タンク内の温度を感知するために温度出力信号を供給する、前記第1のフランジ開口部上の温度センサ(216)と、
    前記タンク内の第1の圧力を感知するために第1の圧力出力信号を有する、前記第2のフランジ開口部上の第1の圧力センサ(215a)と、
    パルス信号を前記プロセス流体中もしくは前記プロセス流体の表面に送信し、かつ前記プロセス流体からパルスエコーを受信するために前記第3のフランジ開口部を通って延在するプローブ(333)もしくはコネクタ(371)に結合されるレベル送受信器(230、230’)、または、前記タンク内の第2の圧力を感知する第2の圧力出力を有する前記第3のフランジ開口部上の第2の圧力センサと、
    レベル送信器の出力または前記第2の圧力出力に結合され、関連するメモリ(226)に記憶された温度および圧力補償流体レベル判定アルゴリズム(レベル判定アルゴリズム)(227)を実施するプロセッサ(225)と、
    前記プロセッサに前記温度出力信号を結合する第1の接続(217)および前記プロセッサに第1の圧力出力信号を結合する第2の接続とを備え、
    前記レベル判定アルゴリズムは、前記温度、前記第1の圧力、および前記パルスエコーまたは前記第2の圧力を用いて前記プロセス流体について温度および圧力補償流体レベル計測値を生成し、該処理タンクが
    前記プロセッサの出力に結合される入力を有する送信器(235)をさらに備える、制御された処理タンク。
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