KR102126899B1 - 레이더 수위 측정기를 위한 탱크 공급 관통 구조 - Google Patents

레이더 수위 측정기를 위한 탱크 공급 관통 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탱크(2)에서 내용물의 충전 수위를 결정하기 위해 전자파를 사용하는 레이더 수위 측정기로서, 상기 레이더 수위 측정기는: 트랜시버(transceiver), 프로세싱 회로, 및 신호 전파 장치를 포함하며, 받침면이 있는 관통 구멍을 구비하며, 탱크에 고정되도록 배열된 고정된 탱크 연결부(23), 상기 받침면이 있는 받침대에 상기 관통 구멍에 배열된 탱크 연결 어댑터(26), 상기 관통 구멍에 배열되고 상기 탱크 연결 어댑터에 기대며 탱크 공급 관통 구조를 통하여 상기 신호 전파 장치 및 상기 트렌시버 사이의 전자적 결합을 제공하는 결합 구조(30), 및 상기 고정된 탱크 연결부에 부착되어 상기 탱크 연결 어댑터 및 고정 부재 사이에서 상기 결합 구조를 고정하는 고정 부재(43)를 포함하는 탱크 공급 관통 구조를 더 포함하는 레이더 수위 측정기에 관한 것이다. 상기 구성에 따르면, 다른 탱크 연결 어댑터들도 동일한 구성을 구비하는 고정된 탱크 연결부에 맞도록 설계될 수 있다. 상기 특징이 요구되는 많은 고유 부품의 수를 줄인다.

Description

레이더 수위 측정기를 위한 탱크 공급 관통 구조{TANK FEED THROUGH STRUCTURE FOR A RADAR LEVEL GAUGE}
본 발명은 레이더 수위 측정기를 위한 탱크 공급 관통 구조에 관한 것이다.
레이더 수위 측정기(radar level gauges, RLGs)는 탱크에 포함된 가공 유체, 미립자 혼합물 및 다른 물질들과 같은 내용물의 수위의 측정을 위해 적절하게 사용된다. 상기 레이더 수위 측정기의 일 예는 마이크로파를 송신 및 수신하기 위한 트랜시버, 표면으로 마이크로파를 안내하며 표면에 의해서 반사된 마이크로파를 트랜시버로 돌아가게 배열된 신호 전파 장치, 및 트랜시버에 송신 및 수신된 마이크로파 사이의 관계를 통하여 충전 수위를 결정하는 처리 회로망를 포함할 수 있다.
신호 전파 장치는 탱크 안으로 자유 전파 전자파를 방출하고 상기 파의 반사파를 수신하도록 설계된 방향성 안테나일 수 있다. 이러한 RLG는 때때로 비-접촉식 RLG로 언급된다. 상기 안테나는 특정 주파수 밴드를 채택하며, 현재 가장 많이 사용되는 주파수 밴드는 6GHz 및 24GHz의 중심 주파수를 갖는다. 명백히, 상기와 같이 크게 분리된 주파수 밴드를 채택한 안테나는 구조적으로 다를 것이며, 다른 도파관(wave guide) 매칭을 필요로 한다.
대안적으로, 신호 전파 장치는 탱크에서 내용물으로 연장하는 프로브일 수 있다. 방출된 신호들은 프로브에 의해서 안내되며, RLG는 종종 유도파 레이더(guided wave radar, GWR) 수위 측정기로 언급된다. 몇몇의 다른 종류의 프로브들이 있으며, 각 프로브들은 특정 중앙 주파수를 채택하며 다른 구조적 특징을 구비한다.
레이더 수위 측정기는 하나의 전파 장치의 종류 및 디자인에 따라 각각 설계되어야만 할 것이다. 보다 구체적으로, 탱크 플랜지에 고정되어 끼워지며 탱크 및 레이더 수위 측정기 사이의 인터페이스로서 역할하는 탱크 공급 관통 구조는 하나의 전파 장치에 따라 각각 설계되어야 할 필요가 있다. 물론, 탱크 공급 관통 구조 또한 탱크 플랜지의 종류 및 크기에 따라 각각 설계되어야 할 것이다. 이러한 점은 레이더 수위 측정기의 공급자에 의해서 제조되고 저장될 필요성이 있는 많은 개별적인 부품의 제조로 이어진다. 즉, 비효율적인 물류 및 제조로 이어진다.
본 발명의 목적은 상기된 단점을 극복하고 임의의 제공된 탱크 플랜지를 위한 다양한 다른 신호 전파 장치에 사용될 수 있는 수위 측정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 및 다른 목적들은 전자 전송 신호를 송신하고 전자 에코 신호를 수신하는 트랜시버, 상기 전자 에코 신호를 기반하여 충전 수위를 결정하기 위한 상기 트랜시버에 연결된 처리 회로망, 내용물의 표면 쪽으로 상기 전자 전송 신호를 안내하고 상기 전자 에코 신호로서 상기 표면으로부터 반사를 되돌리는 신호 전파 장치, 및 탱크 공급 관통 구조를 포함하는 레이더 수위 측정기에 의해서 달성된다. 상기 탱크 공급 관통 구조는 받침면이 있는 관통 구멍을 구비하며, 탱크에 고정되도록 배열된 고정된 탱크 연결부, 상기 받침면이 있는 받침대에 상기 관통 구멍에 배열된 탱크 연결 어댑터, 상기 관통 구멍에 배열되고 상기 탱크 연결 어댑터에 기대며, 탱크 공급 관통 구조를 통하여 상기 신호 전파 장치 및 상기 트랜시버 사이의 전자적 결합을 제공하는 결합 구조, 및 상기 고정된 탱크 연결부에 부착되어 상기 탱크 연결 어댑터 및 고정 부재 사이에서 상기 결합 구조를 고정하는 고정 부재를 포함한다.
상기 구성에 따르면, 다른 탱크 연결 어댑터들이 동일한 디자인을 구비하는 고정된 탱크 연결부에 적용될 수 있다. 이것은 요구되는 많은 고유의 부품들을 상당히 줄인다. 예컨대, 4개의 다른 탱크 연결부에 4개의 신호 전파 장치의 설치를 하기 위해서, 본 발명은 8 내지 16개의 필요한 부품을 줄인다.
레이더 수위 측정기, 즉 고 주파수 전자 신호에서 작동하는 수위 측정기의 경우에, 바람직하게는 결합 구조를 둘러싸는 탱크 연결 어댑터는 금속과 같은 전기적 도체 물질로 만들어진다. 또한 고정된 탱크 연결부는 어댑터와 같은 물질로 만들어져서, 고정된 탱크 연결부 및 탱크 연결 어댑터는 통합된 탱크 연결부를 함께 형성한다.
결합 구조는 유전체 슬리브를 통해 연장하는 전기적으로 전도하는 하나의 전송 부재를 포함할 수 있다. 그러면 신호 전파 장치는 신호 전송 부재에 연결된 전송선 프로브를 포함할 수 있다. 상기 디자인으로, 탱크 연결 어댑터는 동축 라인의 외부 도체로서 역할하며, 신호 전송 부재는 중심 도체로서 역할한다.
대안으로, 탱크 연결 어댑터는 트랜시버 및 신호 전파 장치를 연결하는 중공 도파관의 일부를 형성할 수 있다. 또한 고정된 탱크 연결부는 도파관(wave guide)을 일부를 형성할 수 있다. 중공 도파관은 탱크의 실링(sealing)을 위해서 유전체 채움 요소로 선택적으로 채워질 수 있다.
탱크의 프로세스 실을 형성하기 위해서, 특히 고압 조건에서, 추가 실링 부재가 요구될 수 있다. 따라서, 결합 구조는 적어도 하나의 실링 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 탱크의 지붕에 플랜지에 레이저 수위 측정기의 탱크 공급 관통 구조를 설치하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 받침면이 있는 관통 구멍을 구비하는 고정된 탱크 연결부를 상기 플랜지에 고정하는 단계; 상기 받침면이 있는 받침대에 상기 관통 구멍에 탱크 연결 어댑터를 삽입하는 단계; 상기 관통 구멍에 결합 구조를 배열하는 단계; 및 상기 고정된 탱크 연결부에 고정 부재를 부착하여 상기 탱크 연결 어댑터 및 상기 고정 부재 사이에 상기 결합 구조를 고정하는 단계; 를 포함한다.
상기 단계들의 순서는 상기에 나열된 순서에서 벗어날 수 있다. 특히, 탱크 연결 어댑터 및 결합 구조는 고정된 탱크 연결부가 탱크의 플랜지에 설치되기 전에 고정된 탱크 연결부에 고정될 수 있다.
신호 전파 장치는 결합 구조 또는 탱크 연결 어댑터에 연결될 수 있다. 다시, 상기 단계는 탱크 연결부가 탱크에 설치되기 전 또는 후에 실행될 수 있다.
본 명세서에 포함되어 있음.
본 발명은 본 발명의 현재 선호되는 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 1은 탱크에 설치된 레이더 수위 측정기의 개략도이다.
도 2a-b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탱크 공급 관통 구조를 도시한다.
도 3a-b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탱크 공급 관통 구조를 도시한다.
도 4a-b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탱크 공급 관통 구조를 도시한다.
도 5a-b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탱크 공급 관통 구조를 도시한다.
도 6은 탱크 연결부의 다른 예시들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 수위 측정기(radar level gauge, RLG)(1)의 개략도이다. RLG(1)는 탱크(2)에 설치되고 탱크(2)에서 두 개의 물질(4, 5) 사이의 인터페이스(interface)(3)의 수위(level)와 같은 프로세스 변량(process variable)의 측정을 수행하도록 배열된다. 통상적으로 제1 물질은 탱크에 저장된 액체, 예컨대 가솔린인 반면, 제2 물질은 탱크에 공기 또는 다른 대기(5)이다. 일부 활용에서, 탱크는 매우 큰 금속 탱크(직경은 약 10m)이다.
레이더 수위 측정기(1)는 트랜시버 회로망(transceiver circuitry)(6), 처리 회로망(processing circuitry)(7), 및 신호 및 전원 인터페이스(8)를 포함하며, 상기 구성 모두 하우징(14)에 동봉된다. 트랜시버 회로(6)는 탱크(2) 안으로 연장하는 신호 전파 장치(10)에 전기적으로 연결된다. 신호 전파 장치(10)는 인터페이스, 본 실시예의 경우 탱크(2)에 물질(4)의 인터페이스(3)에 의해서 반사되도록 탱크(2) 안으로 전자파를 전송하는 어댑터(adapter)로서 역할하도록 배열된다.
신호 전파 장치(10)는 도 1에 도시된 유도파(guided wave) 전송선일 수 있다. 상기 전송선는 탱크의 상부 및 하부 사이에 매달린 가요성 와이어(flexible wire)이거나, 또는 탱크 안으로 연장하는 강성 프로브(probe)일 수 있다. 상기 전송선로는 단일 와이어, 트윈 와이어, 동축 또는 다른 적합한 형태의 전송선로일 수 있다. 대안적으로, 신호 전파 장치는 탱크의 상부에 배열된 자유 전파 안테나(도 1에 미도시)이다. 상기 경우에, 전송된 신호는 마이크로웨이브 신호, 예컨대 변조된 펄스여야 한다.
RLG(1)는 탱크의 벽을 통해 전자파를 위한 바람직한 통로를 봉인하는 압력을 제공하도록 설계된 탱크 공급 관통 구조(12)를 더 포함하며, 이에 따라 트랜시버 회로 및 신호 전파 장치(10) 사이의 전송 신호 및 반송 신호(return signal)의 전송을 허용한다. 탱크 공급 관통 구조(12)는 탱크 플랜지에 고정되어 설치되며, 신호 전파 장치(10) 및 하우징(14)은 탱크 공급 관통 구조(12)에 기계적으로 고정된다. 탱크 공급 관통 구조(12)의 다양한 실시예는 도 2 내지 도 5를 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 2-3은 유도파 레이더(GWR) 신호 전파 장치에 적합한 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 탱크 공급 관통 구조는 공급 관통 구조를 통하여 일종의 연장하는 전기적으로 전도하는 신호 전송 부재(transmission member)를 포함한다. 도 4-5는 부도체(NC) 신호 전파 장치에 적합한 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 도체 전송 부재 대신에, 상기 실시예의 탱크 공급 관통 구조는 유전체 부재(dielectric member)가 충전된 중심 도파관(central wave guide)을 포함한다.
도 2a-2b는 단일 와이어 전송 프로브(22a-d)에 연결되도록 설계된 탱크 공급 관통 구조(21)를 도시한다. 도 2a는 다양한 조건에 적합한 4개의 다른 종류의 프로브(22a-d)를 도시한다. 프로브들(22a-b)는 각각 8mm 및 13mm인 강성 프로브이다. 프로브(22c-d)는 다른 종류의 가요성 프로브이다. 도 2b를 참조하며, 공급 관통 구조는 금속, 통상적으로 강철로 만들어진 고정된 탱크 연결부(23)를 포함하며, 탱크 플랜지(13)에 안정하게 고정되도록 설계된다(도 1을 보라). 상기 목적을 위해서, 고정된 탱크 연결부는 볼트나 다른 잠금장치(fasteners(미도시)를 위한 구멍(24)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 연결부는 탱크 플랜지에 용접되도록 설계될 수 있다.
고정된 탱크 연결부(23)는 실질적으로 원통형인 탱크 연결 어댑터(26)에 배열되어 있는 개구(25)를 더 구비한다. 상기 어댑터(26)는 탱크 연결부(23)에 의해서 매달려지며, 상기 실시예에서는 개구(25)에서 환형 받침대(28a, 28b)에 기대는 어댑터(26)의 환형 돌출부(27a, 27b)에 의해서 매달려진다. 하나의 환형 받침대로 충분할 수 있다. 대안으로, 개구는 원뿔형으로 테이퍼될(tapered) 수 있으며, 그러면 어댑터는 매칭 형상을 구비한다. 고정된 탱크 연결부(23) 및 어댑터(26)는 통합된 구조를 형성한다. 선택적으로, 어댑터(26)는 프레스-피트(press fit)되거나 개구(25)에 고정될 수 있다.
탱크 연결부(23) 및 어댑터(26)는 통합된 구조를 형성하며, 탱크(2)의 내부로부터 외부로 연장하는 개구(29)를 구비한다. 도시된 경우에서, 어댑터(26)는 고정된 탱크 연결부의 (내부와 마주보는) 하부(23a)에 매달려져, (내부와 마주보는) 개구의 상부(29)는 어탭터(26) 위로 연장하는 탱크 연결부(23)의 개구(25)의 상부(25b)에 의해서 형성된다. 어댑터(26)는 탱크 연결 구조의 상부면(23c)과 수평을 이루거나 상기 상부면(23c) 위로 연장한다. 도시된 예에서, 어댑터(26)의 하부면(26a)은 탱크 연결부(23)의 하부면(23d)과 수평을 이룬다.
개구(29)에 결합 구조(coupling arrangement)(30)가 배열되며, 상기 결합 구조는 회로(6) 및 프로브(22a-d) 사이의 전기적 결합을 제공하도록 설계된다. 결합 구조(30)는 PTFE와 같은 상대적으로 부드러운 유전체 물질로 통상적으로 만들어진 유전체 슬리브(31)를 포함한다. 상기 슬리브(31)는 어댑터(26)를 통하여 연장하는 통로(32)를 구획하며 어댑터(26)에 의해서 지탱한다. 상기 통로(32)에 구리와 같은 전기적 도체의 전송 부재(34)가 배열되어 있다.
전송 부재(34)는 트랜시버 회로(6)에 연결되기 위한 단자(terminal)(35)를 구비한 외부단(34a) 및 프로브(22a-d)를 연결하도록 설계된 내부단(34b)을 구비한다. 도시된 경우에서, 전송 부재(34)는 통로(32)의 상부단에서 환형 받침대(37)에 지지되며 돌출하는 거들(36)을 구비하는 실질적으로 원통형의 요소이며, 돌출하는 거들(36)은 전송 부재를 지탱하여 내부단(34b)은 어댑터(26)의 단부 아래로 연장한다. 단자(35)는, 바람직하게는 구리 또는 유사 물질로 만들지는, 접속핀(39)을 수용하는 보어(bore)(38)에 의해서 형성된다.
결합 구조는 유전체 리드(lid)를 더 포함하며, 상기 유전체 리드는 전송 부재(34)를 동봉하는 유전체 엔클로저(enclosure)을 형성하기 위해서 슬리브(31)의 상부에 배열된다. 상기 리드(40)는 접촉핀(39)이 연장하는 중앙 개구(41)를 구비한다.
전송 매체(34)에 의해서 전송된 마이크로파 신호의 교란을 일으킬 수 있기 때문에, 거들(36) 및 환형 받침대(37)는 너무 두드러지지 않을 수 있다는 것을 주목해야 한다. 상기 상황에서, 전송 매체(34)가 상당한 로드에 종속될 때 및/또는 탱크 공급 관통 구조(21)의 온도가 상승될 때, 전송 부재(34)가 받침대(34)를 미끄러지도록 힘을 받을 수 있다. 도시된 경우에, 따라서 슬리브(31)는 어댑터(36)에 기대도록 배열된 외부 조각(31a) 및 통로(32)의 외부를 형성하며 외부(33a) 안쪽으로 배열된 내부 조각(31b)를 포함한다. 내부 조각(31b)은 전송 부재(34)를 위한 단단한 받침대(37)를 제공하기 위해서 세라믹과 같은 구조적으로 강한 유전제 물질로 만들어지며, 상기 받침대는 예컨대 PTFE와 비교할 때 상승한 온도에 의해서 적게 영향을 받으며 적게 부드러워진다. 만약 내부 및 외부 조각(31a, 31b)의 물질이 결합되면, 내부 조각(31b)에 기대는 받침대(33)는 어떠한 방해를 일으키지 않게 충분히 크게 만들어질 수 있다.
도 2b에서 탱크 공급 관통 구조(21)는 결합 구조(30)가 끼워지도록 탱크 연결부(23)에 고정되도록 배열된 금속 고정 부재(43)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 고정 부재(43)는 외부 나사 (threading)(44)을 구비하는 강철 캡(cap)이다. 탱크 연결부(23)의 상부의 안쪽은 외부 나사에 상응하는 나사(45)를 구비하여, 캡(430은 제 위치에 나사 고정될 수 있다. 강철 캡(43)은 접촉핀(39)이 연장하는 중앙 개구(46)를 구비한다.
결합 구조(30)는 프로세스 실(process seal), 즉 기체에 내용물을 잠재적으로 포함하는 탱크 대기가 탱크를 떠나는 것을 방지하기 위한 실을 구비하도록 배열될 수 있다. 예컨대 이것은 결합 구조에 포함된 o링(48a-c)과 같은 복수의 실링 요소(sealing element)에 의해서 달성된다. 도시된 예에서, 두 개의 o링이 유전체 슬리브(31) 및 전송 부재(34) 사이에 구비된다.
도 3a-3b는 탱크 공급 관통 구조(51)의 다른 예를 도시하며, 동축 프로브(52)에 연결되도록 설계된다. 동축 프로브(52)는 중공 구조(54a)에 의해서 동봉된 중앙 도선(53)을 포함하며, 선택적으로 탱크에서 내용물이 상기 구조를 통하여 자유롭게 통과하도록 허용하는 개구가 있다. 프로브(52)는 어플리케이션에 따라 다른 직경을 구비할 수 있으며, 도 3a의 왼쪽에 보다 큰 직경을 가진 중공 구조(54b)이 도시되며, 또한 스틸 파이프로 명명된다. 중앙 도선은 도 2a에 도시된 프로브와 유사한 단일선 프로브일 수 있다. 단일선 프로브(53)는 8mm 프로브일 수 있으며, 13mm 프로브가 중공 구조(54b)에 좀 더 적합할 수 있다.
도 3a-b에서 탱크 공급 관통 구조의 대부분의 구성부품은 도 2a-b의 구성부품과 매우 유사하며, 동일한 도면부호가 사용되었다. 상기 구성부품들은 더 이상 자세히 설명되지 않을 것이다.
도 2 및 도 3과 같이, 탱크 연결 어댑터(56)는 탱크 연결부(23)에 의해서 지탱되마. 도 2a-b에서 탱크 연결 어댑터(26)와 비교할 때, 도 3a-b에서 탱크 연결 어댑터(56)은 동축 방향, 즉 탱크 벽에 수직한 방향으로 더 큰 연장부를 구비한다.
조립된 상태에서 탱크 공급 관통 구조(51)를 도시하는 도 3a를 참조하면, 어댑터(56)의 하부(56a)는 탱크 연결부(23)의 하부면(23d) 아래로 연장한다. 하부(56a)의 외부면에 나사(57)가 구비된다. 동축 프로브(52)의 중공 구조(54a, 45b)는 상기 나사에 상응하는 내부 나사(55)를 구비하여, 상기 구조(53)는 탱크 공급 관통 구조(51)에 부착될 수 있다.
도 4-5는 안테나 혼(antenna horn)과 같은 방향성 안테나에 연결되도록 설계된 탱크 공급 관통 구조의 예들을 도시한다. 따라서, 탱크 공급 관통 구조는 안테나 혼으로부터, 탱크 벽을 통하여, 탱크 공급 관통 구조의 상부까지 연장하는 도파관을 구획한다. 회로(6)는 공급 프로브(미도시)와 같은 적합한 공급 구조에 의해서 도파관의 상부에 연결된다.
도 4a-4b에서 공급 관통 구조(61) 및 안테나 혼(62)은 약 6GHz의 작동 주파수로 설계된다. 중공 도파관(60)은 탱크 공급 관통 구조에 의해서 구획되고 통상적으로 유전체 물질로 채워진다. 도시된 경우에, PTFE의 채움 부재(filling member)를 가지며, 중공 도파관(60)은 약 25mm의 직경을 구비한다.
도 4b를 참조하면, 공급 관통 구조(61)는 도 2 및 도 3에서 탱크 연결부(23)와 동일한 고정된 탱크 연결부(23)를 포함한다. 실질적으로 원통형의 탱크 연결 어댑터(66)는 개구(65)에 끼워진다. 도 2 및 3과 같이, 어댑터(66)는 탱크 연결부(23)에 의해서 지탱되어, 탱크 연결부(23) 및 어댑터(66)는 통합된 구조를 형성한다.
도시된 경우에서, 어댑터(66)는 (탱크 측면의) 고정된 탱크 연결부(23)의 하부(23a)에 지탱되어서, (외부 측면의) 탱크 연결부(23)의 상부(23b)는 어댑터(66) 위로 연장한다. 어댑터(66)는 탱크 연결 구조의 상부면(23c)와 대안적으로 수평을 이루거나, 또는 상부면(23c) 위로 연장한다. 추가로, 도시된 예에서, 어댑터(66)의 (탱크 측면의) 하부(66a)는 탱크 연결부(23)의 하부면(23d)을 넘어 연장한다. 여기서, 나사(67)가 하부(66a)의 주위 표면에 형성되고, 안테나 혼(62)은 탱크 연결 어댑터에 안테나 혼의 설치를 쉽게 하도록 상기 나사에 상응하는 나사(68)를 구비한다.
어댑터(66)는 도파관(60)의 하부를 형성하는 통로(69)를 구비한다. 상기 통로(69)에, PTFE와 같은 상대적으로 부드러운 유전체 물질로 통상적으로 만들어진 유전체 도파관 채움 부재(71)의 형태로 결합 구조가 배열되어 있다. 상기 부재(71)는, 테이퍼된(tapered) 단부(71a, 71b)가 있는 실질적으로 원통형 형상을 가지며, 큰 직경을 구비하는 거들부(72)를 구비한다. 거들(girdle)(72)은 어댑터(66)의 상부 플렌지(66b)에 기댄다. 상기 거들은 o링(74)과 같은 실링 요소를 수용하도록 설계된 거들의 주위면 주변에 두 개의 환형 홈(73)을 더 구비한다. 테이퍼된 하부단(71b)은 어댑터(66)의 하부(66a)를 넘어 안테나 혼(620 안으로 연장한다.
도파관(60)의 상부를 형성하는 내부 통로(76)를 구비하는, 실질적으로 원통형의 금속 고정 부재(75)는 채움 요소(71)의 상부에 끼워진다. 상기 예에서, 통로들(69 및 76)의 직경은 동일하나, 적합한 맞춤을 제공하도록 선택적으로 다를 수 있다. 그리하여 채움 요소(71)는 중공 도파관(60)을 함께 형성하는 어댑터(66) 및 고정 부재(75) 사이에 끼워진다.
도 5a-5b에서 공급 관통 구조(81) 및 안테나 혼(82)은 약 26GHz의 주파수에서 작동하도록 설계된다. 중공 도파관(80)은 탱크 공급 관통 구조에 의해서 구획되며 통상적으로 유전체 물질로 채워진다. 도시된 경우에, PTFE의 채움 부재와 함께, 중공 도파관(80)은 약 5-6mm의 직경을 구비한다.
도 5b를 참조하면, 공급 관통 구조(81)는 도 2 및 도 3에 탱크 연결부와 동일한, 고정된 탱크 연결부(23)를 포함한다. 실질적으로 원통형인 탱크 연결 어댑터(86)는 개구(85)에 끼워진다. 도 2 및 도 3과 같이, 어댑터(86)는 탱크 연결부(23)에 의해서 지탱되나, 상기 경우에 오직 하부 받침대(28a)에 의해서 지탱된다.
도시된 경우에, 어댑터(86)는 고정된 탱크 연결부의 (내부와 직면하는) 하부(23a)에 지탱되어서, 탱크 연결부의 (외부와 직면하는) 상부(23b)는 어댑터(86) 위로 연장한다. 어댑터(86)는 탱크 연결 구조의 상부면(23c)과 수평을 이루거나, 또는 대안적으로 상부면(23c) 위로 연장한다. 추가로, 도시된 예에서, 어댑터(66)의 (탱크 측면) 하부(66a)는 탱크 연결부(23)의 하부면(23d)을 넘어 연장한다. 상기 예에서, 나사(67)는 하부(66a)의 주위 표면에 형성되며, 안테나 혼(82)은 탱크 연결 어댑터(81)에 안테나 혼(82)의 설치를 쉽게 하도록 나사에 상응하는 나사(88)를 구비한다.
어댑터(86)는 도파관(80)의 하부를 형성하는 통로(89)를 구비한다. 통로의 하부(89a)는 외부로 테이퍼되며, 즉 안테나 혼(82)과 매칭을 제공하기 위해서 탱크의 내부에 가까울수록 넓어진다. 통로(89)에 결합 구조(90)가 배열되어 있으며, PTFE와 같은 상대적으로 부드러운 유전체 물질로 통상적으로 만들어진 유전체 도파관 채움 요소(91)를 포함한다. 부재(91)는 제1 신장된 중심부(92), 중심부로부터 연장하는 제2 디스크-형상부(93), 및 디스크-형상부(93)의 주변부로부터 위쪽으로 연장하는 제3 원통형부(94)를 구비한다. 제2 부분 및 제3 부분은 버켓(bucket)의 형상을 만든다. 디스크-형상부(93)의 상부면(93a) 상에 1/4파장 초크(quarter wave choke)로서 역할하도록 설계된 환형 돌출부(95)가 추가로 형성되어 있다.
중심부(92)는 통로(89)의 테이퍼부(tapered portion)(89a)로 연장하는 테이펴된 하부단(92a)을 구비한다. 중심부(92)의 상부단(92b) 또한 약간 테이퍼되며, 수지, 유리, 또는 산화알루미늄과 같은 구조적으로 단단한 유전체 물질의 핀(97)이 끼워지는 홈(indentation)(96)을 중심부의 단부에 구비한다.
핀(97)은 중간의 금속 요소(98)에 의해서 제 위치에 고정되며, 상기 중간의 금속 요소(98)는 버켓(bucket)의 내부에 고정되도록 설계되며 중심부(92)의 상부단(92b)을 수용하도록 설계된 내부 공간(99)을 구비한다. 금속 요소(98)은 핀(97)이 통과하는 개구(100)를 구비한다. 제2 도파관 유전체 채움 요소(101)는 금속 요소(98)에 배열되며, 핀을 수용하도록 설계된 홈(102)을 상기 채움 요소의 끝에 구비한다.
금속 요소(98)에 의해서 제 위치에 고정된 핀(97)이 상대적으로 부드러운 유전체 도파관 채움 요소가 탱크 내부의 압력에 의해서, 특히 상승된 온도 조건 동안에, 통로(89) 밖으로 밀려나가는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 디자인으로, PTFE로 채워진 도파관과 26GHz로 작동하는 공급 관통 구조(81)는 최대 섭씨200℃에서 최대 200bar의 압력을 견딜 수 있다.
탱크 공급 관통 구조(81)는 탱크 연결부(23)를 고정하도록 배열된 금속 고정 부재(103)를 더 포함하여, 핀(97)과 금속 요소(98)뿐만 아니라 도파관 채움 요소(91 및 101)를 포함하는 결합 구조(90)가 탱크 연결부(23) 및 고정 부재(103) 사이에 끼워진다. 도시된 경우에서, 고정 부재(103)는 탱크 연결부(23)의 상부(23b)의 내부에 나사(105)와 상응하는 외부 나사(104)를 구비하여서, 고정 부재(103)는 제 위치에 나사 고정될 수 있다. 고정 부재(103)는 도파관(80)의 상부를 형성하는 제2 도파관 채움 요소(101)를 둘러 쌓도록 설계된 통로(106)를 더 구비한다.
공급 관통 구조는 프로세스 실(process seal), 즉 가스 형태의 내용물을 잠재적으로 포함하는 탱크 대기가 탱크를 빠져나가는 것을 방지하는 실(seal)을 또한 포함할 수 있다. 이것은 예컨대 결합 구조에 포함된 복수의 실링 요소에 의해서 달성될 수 있다. 상기 실시예에서, 도 4a-b의 실시예의 경우와 같이, 실링 요소는 채움 부재(91) 주위에 배열되지 않는다. 왜냐하면, 도5a-b의 실시예는 상승한 온도를 위해 설계되기 때문에다. 상기 조건에서, PTFE 채움 부재의 직경의 잠재적 변화는 실링(sealing)을 어렵게 한다. 상기 목적을 위해서, 채움 부재는 상기했듯이 버켓 형상을 구비하며, o링(108a)과 같은 실링 요소는 원통형 부분(94) 및 고정 부재(103)의 내부 사이에 구비된다. 상기 원통형 부분(94)의 재료 두께가 얇을수록, 더 작은 잠재적 열팽창으로 이어진다. 추가 실링 요소, 상기 실시예에서 플랫 링(flat ring)(108b)은 탱크 연결부(23)의 상부 환형 받침대(28b) 및 다스크-형상부(93)의 주변부 사이에 구비된다.
상기 모든 실시예에서 탱크 연결부(23)는 동일하다는 것(또는 적어도 매우 유사하다는 것)이 중요하다. 상기 특징이 본 발명의 이점을 잘 나타내며, 동일한 탱크 연결부들이 다른 결합 구조와 구비될 수 있으며 다른 종류의 신호 전파 장치(즉, 프로브, 안테나 혼, 등)에 연결될 수 있다. 다른 탱크 연결부(23`, 23``, 23```)의 3가지 예시는 도 6에 도시된다.
통상의 기술자는 본 발명은 상기 선호되는 실시예에 의해서 결코 제한되지 않는다는 것을 인식해야 한다. 대조적으로, 많은 변경 및 수정은 첨부된 청구항의 범위 내에서 가능하다. 예컨대, 신호 전파 장치는 공급 관통 구조의 어댑터의 적합한 형태에 따라 다른 종류일 수 있다.

Claims (15)

  1. 탱크(2)에서 내용물의 충전 수위를 결정하기 위해 전자파를 사용하는 레이더 수위 측정기로서,
    상기 레이더 수위 측정기는:
    전자 전송 신호를 송신하고 전자 에코 신호를 수신하는 트랜시버(transceiver)(6),
    상기 전자 에코 신호를 기반하여 충전 수위를 결정하기 위한 상기 트랜시버에 연결된 프로세싱 회로(7), 및
    내용물의 표면 쪽으로 상기 전자 전송 신호를 안내하고 상기 전자 에코 신호로서 상기 표면으로부터 반사되어 돌아오게 하는 신호 전파 장치(10)를 포함하며,
    -받침면(28a, 28b)이 있는 관통 구멍을 구비하며, 탱크에 고정되도록 배열된 고정된 탱크 연결부(23);
    -상기 받침면이 있는 받침대에 상기 관통 구멍에 배열된 탱크 연결 어댑터(66; 86);
    -상기 관통 구멍에 배열되고 상기 탱크 연결 어댑터에 기대며, 탱크 공급 관통 구조를 통하여 상기 신호 전파 장치 및 상기 트랜시버 사이의 전자적 결합을 제공하는 결합 구조(30; 90); 및
    -상기 고정된 탱크 연결부에 부착되어 상기 탱크 연결 어댑터 및 고정 부재 사이에서 상기 결합 구조를 고정하는 고정 부재(43; 75; 103); 을 포함하는 탱크 공급 관통 구조를 포함하며,
    신호 전파 장치는 방향성 안테나(62; 82)이며, 탱크 연결 어댑터(66; 86)는 트랜시버(6) 및 안테나(62; 82)를 연결하는 중공 도파관(60; 80)의 일부를 형성하는 레이더 수위 측정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크 공급 관통 구조는, 상기 레이더 수위 측정기가 상기 탱크의 지붕에 설치될 때, 받침면(28a, 28b)이 상기 탱크와 마주하며 고정 부재는 고정된 탱크 연결부의 상부에 부착되도록 구성되는 레이더 수위 측정기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정된 탱크 연결부(23) 및 탱크 연결 어댑터(66; 86)는 동일한 물질로 만들어져서, 고정된 탱크 연결부(23) 및 탱크 연결 어댑터는 통합된 탱크 연결부를 형성하는 레이더 수위 측정기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크 연결 어댑터(66; 86)는 전기적 도체 물질로 만들어진 레이더 수위 측정기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합 구조(30)는 유전체 슬리브(31a, 31b)를 통하여 연장하는 전기적으로 전도하는 신호 전송 부재(34)를 포함하는 레이더 수위 측정기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 전파 장치는 상기 신호 전송 부재(34)에 연결된 전송선 프로브(22a-d)를 포함하는 레이더 수위 측정기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 전파 장치는 상기 탱크 연결 어댑터에 설치되며, 상기 전송선 프로브를 둘러싸 동축 프로브(52)를 형성하는 중공 도파관을 포함하는 레이더 수위 측정기.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정된 탱크 연결부(23)는 중공 도파관의 일부를 형성하는 레이더 수위 측정기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 구조는 상기 중공 도파관에 배열된 유전체 충전 부재(71; 91)를 포함하는 레이더 수위 측정기.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 결합 구조는 상기 탱크에 프로세스 실을 형성하기 위해서 적어도 하나의 실링 부재(74; 108a, 108b)를 더 포함하는 레이더 수위 측정기.
  13. 탱크(2)의 지붕에 플랜지(13)에 레이저 수위 측정기의 탱크 공급 관통 구조를 설치하는 방법으로서,
    받침면이 있는 관통 구멍을 구비하는 고정된 탱크 연결부를 상기 플랜지에 고정하는 단계;
    상기 받침면이 있는 받침대에 상기 관통 구멍에 탱크 연결 어댑터(66; 86)를 삽입하는 단계;
    상기 관통 구멍에 결합 구조를 배열하는 단계; 및
    상기 고정된 탱크 연결부에 고정 부재(43; 75, 103)를 부착하여 상기 탱크 연결 어댑터 및 상기 고정 부재 사이에 상기 결합 구조를 고정하는 단계; 를 포함하며,
    상기 결합 구조에 신호 전파 장치(10)를 연결하는 단계를 더 포함하며,
    신호 전파 장치는 방향성 안테나(62; 82)이며, 탱크 연결 어댑터(66; 86)는 트랜시버(6) 및 안테나(62; 82)를 연결하는 중공 도파관(60; 80)의 일부를 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 탱크 연결 어댑터에 신호 전파 장치(10)를 연결하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 삭제
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