JP2017531186A - 被きょう導波レーダーレベル測定装置での高温封止及び／又は高圧封止のための弾性シールの使用 - Google Patents

Abstract

被きょう導波レーダーレベル測定装置は、外側導体と中心導体で構成されるプロセス接続を含んでいる。中心導体は、少なくとも部分的に誘電材料によって取り囲まれている。プローブの一部分の周りに密閉シールを形成するために、１つ又はそれ以上の弾性金属シールを採用することができる。金属シールは密閉シールがプロセス及び温度の衝撃から絶縁されるように誘電材料を保護する。更に、（単数又は複数の）金属シールを１つ又はそれ以上の絶縁体及び１つ又はそれ以上のガスケットと噛み合わせて、金属シールが熱的及び機械的バリアを提供するとともに被きょう導波レーダーレベル測定装置に耐化学薬品性を付与するようにすることもできる。【選択図】図２Ｂ

Description

[0001]実施形態は、被きょう導波レーダー装置及び被きょう導波レーダーシステムに関する。実施形態はまた、被きょう導波レーダーの適用におけるレベル測定に関する。実施形態は、更に、高温環境及び高圧環境に配備できる被きょう導波レーダーの適用に関する。

[0002]被きょう導波レーダーを使用するレベル測定は、多種多様な用途で用いられている。測定対象製品は、水や穀物などの比較的安全な産物からアンモニアや石油化学製品の様な危険性の高い物質に亘る。測定原理は、短くて高い周波数のパルスの「飛行時間」を測定するというものである。このパルスは、プロセス接続を通じてレベル測定されることになっているタンク内の導波管へ接続されている電子的なモジュールによって生成、翻訳される。導波管は、或る長さの金属綱のこともあれば、ロッドのこともあるし、中空の金属管の内部にロッドを配した構成の同軸伝送ラインのこともある。

[0003]伝送ラインのインピーダンスは、測定対象の媒体の界面で変化し、反射を引き起こす。この反射が電子機器モジュールへ戻り、その飛行時間を使用してタンク内の物質のレベルが計算される。プロセス接続は多くの機能を果たす。プロセス接続の１つの機能は、タンクの外部に常在する電子機器をタンク内部の導波管へ電気的に接続することである。プロセス接続の電気特性は、装置の適正な働きにとって決定的である。プロセス接続は、実際には、中心導体と外側の同心の導体とで構成される同軸伝送ラインを形成している。導体間の空間は誘電材料を充填されており、当該誘電材料の誘電率と物理的寸法がラインのインピーダンスを規定する。ここで使用されている材料は、典型的には、プラスチックとセラミックである。

[0004]プロセスコネクタの別の機能は、軸方向の荷重をタンク内のプローブからタンクの屋根／壁へ伝達することである。中心導体と誘電材料と外側導体の形状へ設計されている諸形体部が、導波管を支持しタンク内の材料によって導波管へ加えられる荷重を伝達するのに使用される。プロセスコネクタの最後で最も重要な機能は、高温及び高圧になり得るプロセスを密閉封止することである。

[0005]「二重シール」設計と呼称される一部の設計は、脱気経路を有する冗長シールを組み入れている。一次シールが失陥しても、二次的な低圧シールがあって、それがプロセスの脱気を可能にする。脱気は、電子機器筐体が、ひいては通信／パワーケーブルを計器へ走らせるために採用されている導管が、冠水するのを防ぐ。プロセス接続の封止は特に高温及び高圧では難題を呈する。

[0006]次に続く概要は、開示されている実施形態に固有の画期的な特徴の幾つかについての理解を促すために提供されており、余すところのない説明とすることを意図しているわけではない。ここに開示されている実施形態の様々な態様の包括的評価は、一揃いの明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を全体としてとらえることによって得ることができる。

[0007]よって、開示されている実施形態の１つの態様は、改善された被きょう導波レーダーレベル測定装置を提供することである。
[0008]開示されている実施形態の別の態様は、弾性金属シールの使用を組み入れた被きょう導波レーダーレベル測定装置を提供することである。

[0009]上述の態様及び他の目的並びに利点は、今や、ここに説明されている通りに実現させることができる。被きょう導波レーダーレベル測定装置は、ここでは、外側導体と中心導体で構成されるプローブを含んでいるものとして開示されている。中心導体は少なくとも部分的に誘電材料によって取り囲まれている。プローブの一部分の周りに密閉シールを形成するのに１つ又はそれ以上の弾性金属シールを採用することができる。金属シールが誘電材料を保護して、密閉シールがプロセス及び温度の衝撃から絶縁されるようにしている。更に、開示されている（単数又は複数の）金属シールを１つ又はそれ以上の絶縁体及び１つ又はそれ以上のガスケットと噛み合わすことができる。当該（単数又は複数の）金属シールは、熱的及び機械的バリアを提供するとともに被きょう導波レーダーレベル測定装置に耐化学薬品性を付与する。

[0010]幾つかの実施形態では、絶縁体はセラミック材料であってもよく、ガスケットは黒鉛材料であってもよい。加えて、幾つかの実施形態では、誘電材料は、低い誘電性を付与するプラスチック材料から形成された誘電スリーブの形態をしていてもよい。

[0011]添付図は、明細書に組み入れられ明細書の一部を形成しているものであって、別々の図全体を通して同様の符号は同一の又は機能的に類似の要素を指しており、それら添付図が更に本発明を例示し、本発明の詳細な説明と一体に本発明の原理を解説する働きをする。

[0012]或る好適な実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置を表す模式図を描いている。 [0013]好適な実施形態による図１に示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置の上から視た図を描いている。 [0013]好適な実施形態による図１に示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置の側面断面図を描いている。 [0014]好適な実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置のねじの切られた本体部分の等角投影図を描いている。 [0015]好適な実施形態による図３に表されているねじの切られた本体部分の分解図を描いている。 [0016]或る代わりの実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置の断面詳細図を描いている。 [0017]代わりの実施形態による図５の被きょう導波レーダーレベル測定装置の上から視た図を描いている。 [0017]代わりの実施形態による図５の被きょう導波レーダーレベル測定装置のＢ−Ｂ線に沿った断面図を描いている。 [0018]代わりの実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置のフランジ形本体部分の等角投影フランジ型図を描いている。 [0019]或る代わりの実施形態による図７に示されているフランジ形本体部分の分解図を描いている。

[0020]これらの非限定的な実施例に論じられている特定の値及び構成は、変わり得るものであって、少なくとも１つの実施形態を例示するために列挙されているにすぎず、実施形態の範囲を限定する意図はない。

[0021]これより本発明の例示としての実施形態が示されている添付図面を参照しながら以下にそれら実施形態をなおいっそう詳しく説明してゆく。ここに開示されている実施形態は、多くの異なる形態に具現化され得るものであって、ここに示されている実施形態に限定されると考えられてはならず、むしろ、これらの実施形態は、この開示が綿密で完璧なものとなるように、また本発明の範囲を当業者に十分に伝えることができるように提供されている。全体を通して同様の符号は同様の要素を指している。ここでの使用に際し「及び／又は」という用語は、関連付けられる掲示品目の１つ又はそれ以上のありとあらゆる組み合わせを含む。

[0022]被きょう導波レーダーの幾つかの用途は、プローブを高温及び／又は高圧にある環境と接触させることを必要とする。加えて、関与する材料が腐食性である、ということもあり得る。現在の被きょう導波レーダー装置は、エラストマーＯリング又は黒鉛パッキンを使用している。典型的なエラストマーシールは、限られた温度範囲を有し、一部のプロセス材料とは化学的適合性の問題を有している場合もあり、また自身の最大圧力能力に限界がある。エラストマーＯリングを利用するには、多くの因子を考慮する必要があるし、考慮したところで最大圧力はなおも十分でないかもしれない。

[0023]これらの制限事項の幾つかを克服するために、開示されている実施形態は、弾性金属シールの使用を組み入れている。その様なシールは、ジェットエンジンに存在する高温及び高圧の極限環境において有効である。弾性金属シールは、周回配置された開口しているプロセス圧力励起性の変形可能な金属部分である。その様なシールは、それらの構築材料に依存して、華氏数千度の温度及び数万ｐｓｉの圧力に耐えることができる。その様なシールは、例えば、極めて耐腐食性のＣ−２７６の様な材料から構成することができる。

[0024]ここで更に詳細に解説されてゆく様に、開示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置は、略円筒状配列に実施することができ、１つ又はそれ以上の弾性金属シールを少なくとも１つのＯリング（「二次シール」）及び誘電材料（例えばここでより詳細に論じられている誘電性スリーブ）と併せて含んでいる。被きょう導波レーダーレベル測定装置は、加えて、概ね同心配列に構成されている外側導体と中心導体とシールを含むことができる。誘電材料は、ＲＦ回路伝送ラインに関してインピーダンスを確立するのに助けとなる。開示されている実施形態は「プロセス側」の実施の観点から論じられている。

[0025]弾性金属シールを実施することは、表面シールのエラストマーＯリングについての実施と非常に似ている。シールは、適切な寸法のパッキン押さえの中へ落とし入れられ、十分に強くて堅く滑らかな壁によって保持される。噛み合い相手の壁の滑らかさと金属シール被覆材料にも依るが、漏出率が例えば１０^∧−１１ｃｃ／秒ほどに低い気体シールを実現することもできる。エラストマーシールの温度制限無しに、金属シールはプロセス接続の何処にでも実施することができる。ここに説明されている弾性金属シールは、プラスチック、セラミック、ガラス、及び金属に対し封止を提供することができる。弾性金属シールは、測定対象の流体又は気体に抗する防衛線の役目を果たす。ここに更に詳細に実証されてゆく様に、シールは二次封止の要求を考慮に入れている。ここに論じられているＯリングは、幾つかの実施形態では、脱気（脱気孔経由）を可能にさせ、而して二次封止の実現を支援することができる。

[0026]概して、開示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置は、プロセス及び温度の衝撃から絶縁されている密閉シールを含むことができる。プローブへの圧力及び外力がシールの完全性に影響を与えることはない。可撓性プローブ装填及び固定システムが、幾つかの実施形態では、熱膨張及び縦横方向の力からの応力を補償することができる。その様なシステム又は組立体は、セラミックを保護すること及びセラミックを締結することもできる。被きょう導波レーダーレベル測定装置は、更に、セラミック絶縁体を組み入れることができ、また場合によっては黒鉛ガスケットを組み入れることができる。温度及び圧力シール上のセラミック絶縁体及び黒鉛ガスケットの様な要素は、堅牢な熱的及び機械的バリアの提供を支援するとともに耐化学薬品性の付与も支援することができる。

[0027]図１−図８は、好適な実施形態及び代わりの実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０の様々な図を描いている。図１−図８では、同一又は類似の部分は同一又は類似の符号によって指示されていることに留意されたい。

[0028]図１は、或る好適な実施形態による被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０を表す模式図を描いている。被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０は、概して、同軸コネクタへ接続されている内側導体を含んでいる。誘電体が内側導体を取り囲んでいる。装置１５０にはシールと溶接部も組み入れられている。被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０は、典型的には、タンクフランジ（図１には示されていない）へ接続している。

[0029]図２Ａ−図２Ｂは、或る程度のばらつきはあるものの、好適な実施形態による図１に示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０の上から視た図と側面断面図をそれぞれ描いている。装置１５０は、概して、プラスチックが常在する低温領域におけるシール１６、１７の様な弾性金属シールの使用を含んでいる。温度は、ほぼ保持リング１３の領域にて降下する傾向がある。装置１５０は、電子機器のプロセスからの絶縁を可能にさせるガラスとセラミックとプラスチックの配列と、セラミックよりも低い誘電性を付与する誘電プラスチック材料の使用と、を組み入れている。これは、セラミック又は類似材料が構成から除外されることを意味するのではなく、セラミック又は類似材料は、この種のプラスチックが常在する低温領域での弾性金属シールの使用を可能にするやり方で使用される。

[0030]被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０は、下部本体１によって少なくとも部分的に取り囲まれ維持されている下部中心導体５を含んでいる。導体５は、ガラス製構成要素又はガラスリング７と、鋸歯状の座金２６に隣接して配置されている下側セラミック部分又はリング１０と、に取り囲まれている。セラミックリング１０に隣接して配置されているセラミックリング９より上方に、少なくとも１つのセラミックスパイン６が配置されている。セラミックスパイン６を含むセラミックスパイン群は、ねじの切られた本体部分３によって取り囲まれている。中部中心導体８が下部中心導体５へ接続している。装置１５０の頂部に配置されているプロセッサコネクタキャップ４が、下側負荷リング１４と上側負荷リング１９を維持することができる。コネクタキャップ４内には脱気経路３１が配置されている。キャップ４は、上部中心導体１５を構成しているＴ字形部分も収容している。弾性金属シール１６、１７も図２に示されてはいるが、以下に追加の要素に関連して更に詳細に論じられている。

[0031]図３は、図１及び図２Ａ−図２Ｂに示されている被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０のねじの切られた本体部分３の等角投影図を描いている。図４は、図３に表されているねじの切られた本体部分３の分解図を描いている。図４は、図１−図３に示されている装置１５０の分解図を描いている。図５は、被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０の断面詳細図を描いている。図６Ａ−図６Ｂは、それぞれ、被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０の上から視た図と側面断面図を描いている。図７は、或る代わりの実施形態による、フランジ形本体の加わった装置１５０の等角投影フランジ型図を描いている。最後に、図８は、或る代わりの実施形態による、図７のフランジ形本体部分の分解図を描いている。図５−図８に示されている構成と他の図に示されている構成の間の相違は、図５−図８では下部本体１に代わってフランジ形要素又は部分と下部本体２が存在していることである、ということを指摘しておく。他の要素は基本的に同じである。

[0032]図１−図８に示されている様に、被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０は、概して、下部中心導体５（例えばプローブ）を含んでおり、当該下部中心導体５は底部下端から、下側セラミックリング１０より下方に又は下側セラミックリング１０の次に配置されているガラスリング又はガラス製要素７を通って延びている。下部本体１の少なくとも一部分は、被きょう導波レーダーレベル測定装置１５０の外側導体として機能することができる。装置１５０の「プローブ」は下部中心導体５で構成され、下部中心導体５は中部中心導体８へ接続していて、中部中心導体８は少なくとも部分的に誘電材料（例えば、誘電性スリーブ）によって取り囲まれている。

[0033]下部本体１は、ガラスリング７、下側セラミックリング１０、鋸歯状の座金２６、上側セラミックリング９、及び導体５の少なくとも一部分、を維持している。中部本体３は、下部本体１より上方に配置されている。中部本体３は中部中心導体８（例えば、プローブが取り付けられている）を取り囲んでいる。中部中心導体８は、下部中心導体５の延長部であるか又は下部中心導体５へ接続されている。

[0034]セラミックリング６が、中部中心導体８を取り囲んでいる。中心腔部を取り囲む保持リング１３の次に座金２２、２３が配置されている。中部中心導体８の少なくとも僅かな頂部分をピン受け座１２が維持している。弾性金属シール１６、１７が、下側負荷リング１４周りに保持リング１８と一体配置されており、リング１４自体は中心導体１５をコネクタキャップ４内に維持している。上側負荷リング１９も、コネクタキャップ４相手にＯリング２４及びＯリング２０に隣接して維持されている。二次シール本体２５がピン受け座２１の横に配置されており、ピン受け座２１自体は誘電性スリーブ１１によって取り囲まれている。

[0035]上側負荷リング１９、誘電性スリーブ１１、及び二次シール本体２０（事前装着されているＯリングと一体）を、上部中心導体１５上へ設置することができる。ピン受け座２１及び１２を上部中心導体１５の中へ押圧嵌めし、次いで下側負荷リング１４の腔部の中へ、内側の弾性金属シール１６が押し入れられた後に押圧嵌めすることができる。次いで、外側の弾性金属シール１７を中部本体３の中へ押圧嵌めすることができる。ここでは、シール１７を抜け落とさないように慎重に手順を踏まなければならない。シール保持リング１８を中部本体の中へねじ込み、その後に下側負荷リング１４を組立体の中へ押圧嵌めすることができる。

[0036]セラミックスパイン６を中部本体３の腔部の中へ挿入することができる。保持リング１３を中部本体３の溝へ挿入し固定することができる。次いで、座金２２、２３を挿入することができる。下部本体２又は下部本体１は中部本体３へ溶接されてもよい。

[0037]上記に基づき、好適な実施形態及び代わりの実施形態、多数の実施形態がここに開示されていることが理解されよう。例えば、１つの実施形態では、外側導体と少なくとも部分的に誘電材料に取り囲まれている中心導体とを備えるプローブを含んでいる被きょう導波レーダーレベル測定装置を実施することができる。被きょう導波レーダーレベル測定装置は、プローブの或る部分の周りに密閉シールを形成することのできる１つ又はそれ以上の金属シールを更に含むことができる。密閉シールがプロセス及び温度の衝撃から絶縁されるように誘電材料は（単数又は複数の）金属シールで保護される。加えて、被きょう導波レーダーレベル測定装置は、１つ又はそれ以上の絶縁体及び１つ又はそれ以上のガスケットを組み入れ、（単数又は複数の）金属シールを当該（単数又は複数の）絶縁体及び当該（単数又は複数の）ガスケットと噛み合わせて、（単数又は複数の）金属シールにて、熱的及び機械的バリアを提供するとともに被きょう導波レーダーレベル測定装置の電子機器をプロセス及び温度の衝撃から絶縁するようにしてもよい。

[0038]（単数又は複数の）金属シールは、被きょう導波レーダーレベル測定装置の、プラスチック材料が常在する低温領域で採用することができる。加えて、（単数又は複数の）絶縁体は、セラミック材料で構成することができる。幾つかの実施形態では、セラミック材料は、中心導体に関してスパイン配列に配置されるセラミックリングとして構成されていてもよい。他の実施形態では、（単数又は複数の）ガスケットは黒鉛材料で構成されていてもよい。弾性金属シールは、プラスチック、セラミック、ガラス、及び金属に対し封止を提供することができる。加えて、（単数又は複数の）金属シールは、被きょう導波レーダーレベル測定装置によって測定される流体又は気体に抗する防衛線として機能することができる。幾つかの実施形態では、（単数又は複数の）金属シールは、二次封止の実現を支援するべく脱気孔の形成されたＯリングを含むように構成することもできる。更に外側導体をガラスリングに取り囲ませることもできる。

[0039]実施形態についての以上の記述は、例示と説明を目的に提供されている。本開示を網羅しようとする意図もなければ制限しようとする意図もない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、概して、当該の特定の実施形態に限定されるものではなく、適用可能である場合には入れ換えでき、たとえ具体的に図示又は記述されていなくても選択された実施形態で使用することができる。実施形態は多様に異なっていてもよい。その様な変型は本開示からの逸脱とは見なされず、全てのその様な修正は本開示の範囲内に含まれるものとする。

１、２ 下部本体
３ ねじの切られた本体部分
４ プロセッサコネクタキャップ
５ 下部中心導体
６ セラミックリング、セラミックスパイン
７ ガラスリング
８ 中部中心導体
９ 上側セラミックリング
１０ 下側セラミックリング
１１ 誘電性スリーブ
１２ ピン受け座
１３ 保持リング
１４ 下側負荷リング
１５ 上部中心導体
１６ 内側弾性金属シール
１７ 外側弾性金属シール
１８ シール保持リング
１９ 上側負荷リング
２０ Ｏリング
２１ ピン受け座
２２、２３ 座金
２４ Ｏリング
２５ 二次シール本体
２６ 鋸歯状の座金
３１ 脱気経路
１５０ 被きょう導波レーダーレベル測定装置

Claims (10)

1. 被きょう導波レーダーレベル測定装置であって、
   外側導体と、少なくとも部分的に誘電材料によって取り囲まれた中心導体と、を備えているプローブと、
   前記プローブの一部分の周りに密閉シールを形成する少なくとも１つの金属シールであって、前記誘電材料は前記密閉シールがプロセス及び温度の衝撃から絶縁されるように当該少なくとも１つの金属シールによって保護される、金属シールと、
   少なくとも１つの絶縁体及び少なくとも１つのガスケットであって、前記少なくとも１つの金属シールが当該少なくとも１つの絶縁体及び当該少なくとも１つのガスケットと噛み合って、当該少なくとも１つの金属シールにて、熱的及び機械的バリアを提供するとともに前記被きょう導波レーダーレベル測定装置の電子機器を前記プロセス及び温度の衝撃から絶縁するようにしている、絶縁体及びガスケットと、
   を備えている被きょう導波レーダーレベル測定装置。
2. 前記誘電材料はプラスチック材料を備えている、請求項１に記載の装置。
3. 前記誘電材料は誘電性スリーブを形成している、請求項２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つの金属シールは、前記被きょう導波レーダーレベル測定装置の、前記プラスチック材料が常在する低温領域で利用されている、請求項２に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つの絶縁体はセラミック材料を備えている、請求項１に記載の装置。
6. 前記セラミック材料は、前記中心導体に関してスパイン配列に構成されている複数のセラミックリングを備えている、請求項５に記載の装置。
7. 被きょう導波レーダーレベル測定装置であって、
   少なくとも１つの弾性金属シールと、
   導体プローブであって、当該導体プローブの一部分はガラス材料によって取り囲まれ、当該導体の中心部分は複数のセラミックリングによって取り囲まれ、当該導体プローブの別の部分はプラスチック材料によって取り囲まれている、導体プローブと、
   を備えており、前記装置の、前記複数のセラミックリングよりも低い誘電性を有する前記プラスチック材料が常在する低温領域に、前記少なくとも１つの弾性金属シールが配置されている、装置。
8. 前記複数のセラミックリングは、前記導体の前記中心部分に関してスパイン配列に構成されている、請求項７に記載の装置。
9. 前記ガラス材料と前記複数のセラミックリングと前記プラスチック材料は、前記装置内の電子機器の絶縁を可能にさせるガラスとセラミックとプラスチックの配列を備えている、請求項７に記載の装置。
10. 被きょう導波レーダーレベル測定装置を構成する方法であって、
    外側導体及び中心導体を備えるプロセス接続を提供する段階と、
    前記中心導体を少なくとも部分的に誘電材料によって取り囲む段階と、
    前記プローブの一部分の周りに密閉シールを形成する少なくとも１つの金属シールを構成する段階であって、前記誘電材料を前記少なくとも１つの金属シールによって保護して前記密閉シールがプロセス及び温度の衝撃から絶縁されるようにする、金属シールを構成する段階と、
    前記少なくとも１つの金属シールを少なくとも１つの絶縁体及び少なくとも１つのガスケットと噛み合わせて、当該少なくとも１つの金属シールにて、熱的及び機械的バリアを提供するとともに前記被きょう導波レーダーレベル測定装置の電子機器を前記プロセス及び温度の衝撃から絶縁する段階と、
    を備えている方法。

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