NL1034327C2 - Werkwijze en inrichting voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het binnen een bepaald meet- bereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radar-signalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radar-5 signalen.

BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof in een 10 opslagtank met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen, omvattende de stappen van i) het in de tijd naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen; ii) het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen; 15 iii) het mede op basis van de uitgestraalde en ontvangen radarsignalen vaststellen van het niveau L.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof, tenminste omvattende een boven de vloeistof opgestelde radarantenne voor het 20 uitstralen van radarsignalen naar de vloeistof en het ontvangen van door het oppervlak van de vloeistof gereflecteerde radarsignalen, alsmede middelen voor het vaststellen van het vloeistofniveau L op basis van de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen.

Radar (Radio Detection And Ranging) wordt breed toegepast voor 25 contactloze afstandsbepalingen. Een zeer bekend principe is de tijdsverschil-methode. Hierbij zendt een radarantenne een radarsignaal uit dat op een voorwerp, bijvoorbeeld een vloeistofniveau invalt. Het voorwerp reflecteert een gedeelte van het uitgezonden radarsignaai/golf terug in de richting van de radarantenne, die het gereflecteerde radarsignaal/golf ontvangt.

30 Hoewel het mogelijk is om zowel voor het uitgestraalde radarsignaal als voor het gereflecteerde radarsignaal aparte radarantennes te gebruiken is het gebruikelijk om voor zowel het uitstralen als ontvangen dezelfde radarantenne te gebruiken. Het radarsysteem meet het tijdsverschil At tussen het uitgezonden en ontvangen radarsignaal. Als de snelheid van het uitgezonden radarsignaal bekend is 1034327 2 kan eenvoudig met geschikte meetmiddelen de afstand ten opzichte van het oppervlak van de vloeistof worden vastgesteld.

Een inrichting volgens bovengenoemde aanhef dat gebruikt maakt van bovengenoemd meetprincipe wordt veel gebruikt om met behulp van 5 radarsignalen het niveau van een vloeistof, bijvoorbeeld water of olie nauwkeurig vast te stellen in een opslagtank in de procesindustrie of in een olieraffinaderij. De gebruikte radarsignalen zijn daarbij veelal gepulste radarsignalen.

Een andere in de industrie veelvuldig gebruikte meetmethode is gebaseerd op het vaststellen van de verschilfrequentie tussen uitgezonden en 10 ontvangen radarsignalen.

Nog een andere veel nauwkeuriger meetmethode is gebaseerd op het faseverschil tussen uitgezonden en ontvangen radarsignalen, waarbij na (ijking tegen een referentie-waarde) tevens het geheel aantal golflengtes dat de radargolven hebben afgelegd (de ‘wrapping factor’ k) bekend is. Voor deze berekenings-15 methode geldt dat het niveau bij een fluctuatie van meer dan een kwart golflengte tussen twee opeenvolgende metingen niet meer uniek bepaald kan worden en het meetresultaat derhalve niet meer betrouwbaar is. Door deze onbetrouwbaarheid en de onzekerheid van het gemeten faseverschil, kan geen eenduidige en betrouwbare waarde worden vastgesteld van het daadwerkelijke niveau van de vloeistof, als dit 20 niveau sterk of snel fluctueert.

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding beoogt bovengenoemde bezwaar te ondervangen en een meer nauwkeurig meetprincipe te introduceren, die met de genoemde onvoorziene fluctuaties in het vloeistofniveau rekening houdt.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de werkwijze hiertoe verder 25 gekenmerkt de stappen iv) het simultaan uitvoeren van stap iii) aan de hand van twee verschillende berekeningsmethodieken, waarbij de eerste berekeningsmethodiek een meetwaarde L1 van het niveau L genereert met een eerste onnauwkeurigheid Δγ, en de tweede 30 berekeningsmethodiek een meetwaarde L2 van het niveau L genereert met een tweede onnauwkeurigheid Δγ2 en waarbij de eerste berekeningsmethodiek gevoeliger is voor systematische afwijkingen dan de tweede berekeningsmethodiek en de tweede berekeningsmethodiek gevoeliger is voor grote fluctuaties in het vloeistofniveau L dan de eerste 3 berekeningsmethodiek, alsmede v) het in de tijd analyseren van fluctuaties in het vloeistofniveau L en vi) het in afhankelijkheid van de in stap v) geconstateerde fluctuaties in het vloeistofniveau L toepassen c.q. benutten van de eerste dan wel tweede 5 berekenings-methodiek voor het vaststellen van het niveau L.

Op deze wijze kan bij een onverhoopte verstoring in het vloeistofniveau eenvoudig overgeschakeld worden naar een meetmethodiek met een andere onnauwkeurigheid, waardoor voorkomen wordt dat met de eerder gehanteerde meetmethodiek mogelijke incorrecte meetwaarden worden afgegeven. 10 Door de overschakeling naar een andere meetmethode kan de algehele nauwkeurigheid van het meetsysteem, zoals gemonteerd op de opslagtank worden gewaarborgd ten behoeve van min of meer nauwkeurige niveaumetingen.

Meer specifiek wordt de werkwijze overeenkomstig de uitvinding gekenmerkt, doordat de eerste berekeningsmethodiek gebruik maakt van het 15 vaststellen van het tijdsverschil At tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L. Bij een andere uitvoeringsvorm maakt de eerste berekeningsmethodiek gebruik van het vaststellen van de verschilfrequentie Af tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en berekent op basis hiervan de meetwaarde L1 van 20 het niveau L, terwijl bij nog een andere uitvoeringsvorm de eerste berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van een reeks van faseverschillen Acp tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen, waarna op basis hiervan de meetwaarde L1 van het niveau L wordt berekend.

De bovenvermelde meetmethodieken voldoen in de praktijk, doch 25 zijn gevoelig voor bijvoorbeeld interferentie van radarsignalen in de opslagtank als gevolg van reflecties.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de werkwijze verder gekenmerkt, doordat de tweede berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van het faseverschil Δφ tussen uitgezonden en ontvangen radarsignalen, 30 alsmede het geheel aantal golflengtes Λ, dat de radargolven hebben afgelegd, zijnde de ‘wrapping factor’ k en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L2 van het niveau L.

In een functionele uitvoeringsvorm van de werkwijze, wordt deze verder gekenmerkt, doordat ten behoeve het in stap vi) vaststellen of de eerste dan 4 wel de tweede berekeningsmethodiek moet worden toegepast stap v) de deelstappen omvat van v-1) het berekenen van het faseverschil Δψ (met ψ=Δφ) tussen opeenvolgende metingen en 5 v-2) het vergelijken van dit berekende faseverschil Δψ,,, met een vooraf bepaalde maximaal toegestane waarde Δψ„,3χ.

Daarbij geldt in het bijzonder, dat indien Δψπ,>Δψπ18χ, de eerste berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het niveau L wordt toegepast, terwijl indien Δψπ,<Δψπ13χ, de tweede berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het 10 niveau L wordt toegepast, waarbij voor het uniek berekenen van de meetwaarde L2 met de tweede onnauwkeurigheid Δγ2 de meetresultaten van de tweede berekeningsmethodiek worden herijkt aan de eerste berekeningsmethodiek.

Zodoende kan naar wens de meetmethode en de meetinrichting dusdanig worden ingesteld dat, afhankelijk van verstoringen in het niveau, 15 overgeschakeld wordt naar een andere meetmethode met een slechtere of juist betere onnauwkeurigheid. Hierdoor kan de performance van de meetinrichting in de opslagtank naar wens worden ingesteld om het vloeistofniveau met een grote of kleine onnauwkeurigheid te bepalen.

Bij een verdere verbijzondering van de werkwijze overeenkomstig 20 de uitvinding wordt deze gekenmerkt, doordat voorafgaand aan de stappen i)-vi) over tenminste een deel van het meetbereik zonder heftige fluctuaties in het vloeistofniveau voor elke waarde van het niveau L het maximale en het minimale verschil tussen de met de eerste en tweede berekeningsmethodiek gegenereerde meetwaarden L1 en L2 wordt vastgesteld en in een tabel wordt opgeslagen.

25 Daarbij kan tenminste het deel van het meetbereik zijn opgedeeld in uit één of meer deelbereiken van geschikt gekozen omvang.

Meer specifiek dient overeenkomstig de uitvinding voor het correct herijken van de meetresultaten van de tweede berekeningsmethodiek aan de eerste berekeningsmethodiek, voor tenminste één deelbereik met de eerste berekenings-30 methodiek opeenvolgende meetwaarden L1 worden gegenereerd en aan de hand van de bijbehorende in de tabel opgeslagen minimale en maximale verschilwaarden tussen de meetwaarden L1 en L2 een unieke waarde van de ‘wrapping factor’ k worden bepaald.

Met deze techniekstappen wordt vastgesteld wanneer de meet- 5 methodiek c.q. de meetinrichting dient terug te keren van de ene meetsystematiek met de grote onnauwkeurigheid naar de tweede meetsystematiek met de kleinere onnauwkeurigheid. Aldus kan effectief voor elke waarde van het niveau L in het meetbereik een ijkpunt worden vastgesteld, op basis waarvan de meetmethode kan 5 afleiden op welke wijze de niveaumeting bij de overgang van de ene meetsystematiek naar de andere meetsystematiek dient te worden gecontinueerd.

De inrichting voor het overeenkomstig de uitvinding binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof, omvat tenminste een boven de vloeistof opgestelde radarantenne voor het uitstralen van 10 radarsignalen naar de vloeistof en het ontvangen van door het oppervlak van de vloeistof gereflecteerde radarsignalen, alsmede middelen voor het vaststellen van het vloeistofniveau L op basis van de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen. Overeenkomstig de uitvinding zijn de vaststellingsmiddelen ingericht voor het simultaan uitvoeren van twee verschillende berekeningsmethodieken voor het 15 genereren van een meetwaarde L1 met een eerste onnauwkeurigheid Ar, en een meetwaarde L2 met een tweede onnauwkeurigheid Δγ2, alsmede van het in de tijd analyseren van fluctuaties in het vloeistofniveau L en het in afhankelijkheid van de geconstateerde fluctuaties toepassen c.q. benutten van de eerste dan wel tweede berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het niveau L.

20 Meer specifiek zijn voor het toepassen van de eerste berekenings methodiek de vaststellingsmiddelen ingericht in het vaststellen van het tijdsverschil At tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L.

Voorts zijn bij een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting 25 overeenkomstig de uitvinding de vaststellingsmiddelen voor het toepassen van de eerste berekeningsmethodiek ingericht in het vaststellen van de verschilfrequentie Af tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L.

Anderzijds kunnen de vaststellingsmiddelen bij een . verdere 30 uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding voor het toepassen van de eerste berekeningsmethodiek zijn ingericht in het vaststellen van een reeks van faseverschillen Acp tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L.

De bovenvermelde meetmethodieken voldoen in de praktijk, doch 6 zijn gevoelig voor bijvoorbeeld interferentie van radarsignalen in de opslagtank als gevolg van reflecties.

Daartoe kunnen overeenkomstig de uitvinding voor het toepassen van de tweede berekeningsmethodiek de vaststellingsmiddelen verder zijn ingericht 5 in het vaststellen van het faseverschil Δφ tussen uitgezonden en ontvangen radarsignalen, alsmede het geheel aantal golflengtes λ, dat de radargolven hebben afgelegd, zijnde de 'wrapping factor’ k en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L2 van het niveau L, waarbij ten behoeve het door de vaststellingsmiddelen vaststellen of de eerste dan wel de tweede berekenings-10 methodiek moet worden toegepast de vaststellingsmiddelen zijn ingericht in het berekenen van het faseverschil Δψ tussen opeenvolgende metingen en het vergelijken van dit berekende faseverschil Aijjm met een vooraf bepaalde maximaal toegestane waarde Aiymax.

De werkwijze en inrichting overeenkomstig de uitvinding zullen nu 15 aan de hand van tekeningen nader worden toegelicht.

Zoals hierboven toegelicht heeft de uitvinding betrekking op een methodiek voor het op een betrouwbare en zeer nauwkeurige wijze vaststellen van het niveau van een vloeistof. De methodiek maakt gebruik van radarsignalen voor het vaststellen van het niveau van een product opgeslagen bijvoorbeeld in een 20 opslagtank waarbij de meet-methodiek niet verstoord wordt door allerlei obstakels of onderdelen in de tank.

Een bekend principe voor een niveaumeting is gebruik te maken van gepulste radarsignalen. In Figuur 1 wordt schematisch een inrichting voor het vaststellen van het niveau van de vloeistof in een tank volgens dit bekende 25 meetprincipe getoond. De inrichting 10 is opgesteld boven in een tank 1, welke is opgebouwd uit wanden 1a, een dak 1b en bodem 1c. De hoogte van de tank 1 wordt aangeduid met de letter H.

In de tank 1 is een hoeveelheid vloeistof 2 opgenomen waar de hoogte van het vloeistofniveau 3 aangeduid wordt met de letter L.

30 De inrichting 10 bezit ten minste één radarantenne 12 voorzien van een uitstraalvlak 11 voor het in de richting van het vloeistofniveau 3 uitzenden van een radarsignaal 4a. Het radarsignaal 4a wordt gedeeltelijk door het vloeistofoppervlak 3 gereflecteerd en het gereflecteerde radarsignaal 4b wordt wederom door de radarantenne 12 opgevangen. Uiteraard is het ook mogelijk om 7 een afzonderlijke antenne voor het uitzenden van de radarsignalen naar het oppervlak en een afzonderlijke ontvanger voor het opvangen van de gereflecteerde radarsignalen in te zetten.

De inrichting 10 overeenkomstig de stand van de techniek is tevens 5 voorzien van middelen 13 voor het vaststellen van het vloeistofniveau 3 (L) op basis van het uitgestraalde radarsignaal 4a en het gereflecteerde radarsignaal 4b, waarbij het meetsysteem gebaseerd is op het vaststellen van het tijdsverschil At tussen de uitgezonden en de ontvangen signaalpuls. Omdat de snelheid van het radarsignaal bekend is kan de afstand tot aan het meetobject of hier het niveau worden bepaald 10 door: L = H - h = VS.v.At (1) waarbij H = de hoogte van de tank [m] 15 L = de afstand tussen de radarantenne en het vloeistofniveau [m] h = de hoogte van het vloeistofniveau [m] v = de voortplantingssnelheid van de radargolven door het medium [m/sec]

At = het tijdsverschil tussen het uitgestraalde radarsignaal en het gereflecteerde radarsignaal [sec] 20 Een niveaumeting gebaseerd op gepulste radarsignalen bezit als nadeel dat de tijdmeting tussen het uitgezonden en het ontvangen radarsignaal zeer hoog moet zijn. Een onnauwkeurige tijdmeting resulteert onherroepelijk ook in een onnauwkeurige niveaumeting. De meting onder gebruikmaking van gepulste radarsignalen is onder andere afhankelijk van de pulsvorm van het radarsignaal en 25 mogelijk ook van de pulsamplitude. Daarnaast wordt deze methodiek verstoord door reflecties van het radarsignaal door andere objecten dan het oppervlak van de vloeistof.

Een uitgebreidere, eveneens bekende methodiek maakt gebruik van frequentie-modulatie (Frequency-Modulation Continuous-Wave radar), waarbij 30 de frequentie van het radarsignaal in de tijd verandert. Het signaal kan bijvoorbeeld een driehoeksvorm bezitten zoals weergegeven in Figuur 2. Als gevolg van de tijdvertraging, die veroorzaakt wordt door de af te leggen afstand tussen de antenne en het doeloppervlak, bestaat tussen het uitgezonden radarsignaal 4a en het gereflecteerd radarsignaal 4b een frequentie-verschil fbeat. Dit frequentie-verschil 8 fbeat vormt de basis voor het vaststellen van de niveau-afstand L.

De FMCW-techniek bezit niet de nadelen van de gepulste radarmeting, echter wel een aantal andere significante nadelen. Allereerst worden strenge eisen gesteld aan de stabiliteit van de helling van de frequentie-’sweep’, die 5 in hoge mate constant dient te zijn. Ten tweede is het moeilijk om de hoge lineariteit van de ‘sweep’-vorm te handhaven en is zo doende de middenfrequentie van de frequentieband onduidelijk. Ten derde is de berekeningsmethodiek van het exacte midden van de beatfrequentie zeer gevoelig voor interferenties door reflecties (in Figuur 1 aangeduid met referentie-cijfer 4') veroorzaakt door obstakels, zoals tank-10 menginrichtingen (in Figuur 1 aangeduid met referentie-cijfer 5 en voorzien van roerelementen 5a), de tankbodem (1c), de tankwand (1a), ladders, warmtewisselaars, etc. en dit kan zodoende tot fouten van enkele centimeters leiden.

Met andere woorden de FMCW-techniek is zeer gevoelig voor zogenoemde systematische afwijkingen, maar minder gevoelig voor sterke 15 fluctuaties in het vloeistofniveau L.

Een alternatieve, eveneens bekende meettechniek wordt aangeduid met Stepped-Frequency Continuous-Wave (SF-CW). De SF-CW radarmethodiek zendt en ontvangt een serie sinusvormige signalen bij discrete frequenties, die de frequentieband vullen. Tussen de uitgezonden en ontvangen signalen wordt het 20 fase-verschil Δφ, vastgesteld, welke waarde de basis vormt voor het vaststellen van de niveau-afstand L.

Dit daadwerkelijke fase-verschil Δφ, kan niet direct gemeten worden met behulp van een radarinstrument, mede als gevolg van de fase-onduidelijkheid 2tt. Het gemeten faseverschil wordt als Δφ* weergegeven. Het fase-signaal wordt 25 gemeten en weergegeven als een sinussignaal, gelijk cos(A<p*) of sin(A<pw). Daar geldt dat: sin(Aip) = sin(A<p+2kTT) met k een geheel golfgetal. Door de onbekendheid met de exacte waarde k wordt ook de meting onnauwkeurig. De factor k wordt de zg. ‘wrapping factor’ genoemd en resulteert in een fase-onduidelijkheid in ‘wrapped phase' Δφ*.

30 Bij op RADAR gebaseerde niveau-meetinrichtingen, die overwegend in de frequentie-bandbreedte van 8-12.5 Ghz (de X-band) werken, komt een frequentie van 10GHz overeen met een golflengte λ gelijk aan 30 mm in vacuüm. Indien onbedoeld als gevolg van grote niveau-fluctuaties de 'wrapping factor’ k met 1 verandert, komt dat overeen met een afstandverandering van 15 mm, 9 maar is de niveau-meting niet langer nauwkeurig. Voor een nauwkeurige meting van de niveauafstand L is derhalve de 'wrapping factor’ k van groot belang.

De SF-CW radarmethodiek ondervangt de dubbelzinnigheid in de fase door het faseverschil te meten op een aantal verschillende frequenties. Op 5 deze wijze is de SF-CW techniek minder gevoelig voor sterke fluctuaties in het vloeistofniveau L, maar tegelijkertijd ontstaat daardoor een grotere gevoeligheid voor systematische afwijkingen, zoals beschreven bij de FMCW techniek.

De methodiek overeenkomstig de uitvinding maakt echter gebruik van de dubbelzinnige fase-meting en probeert de meetfout als gevolg van grote 10 niveau-fluctuaties - al dan niet tijdelijk - te neutraliseren. Het is echter wenselijk om de niveaumeting in de opslagtank met een meetmethodiek uit te voeren, welke beschikt over een geringe meetonnauwkeurigheid. Echter de hiervoor nauwkeurige fase-gebaseerde methodiek, die door zijn gevoelige werkingsgebied weliswaar nauwkeurige niveaumetingen oplevert, kan bij verstoring in het vloeistof-niveau 15 sneller buiten het werkingsgebied geraken, waardoor de referentie van de meetmethodiek (de 'wrapping factor’ k van de fasemeting) zoek raakt.

Bij de fasemeting bestaat het gevaar dat, onder invloed van fluctuaties in de niveaumeting, de meting één hele golflengte verspringt wat bij een frequentie van 10 Ghz overeenkomt met een afstand van de ring van ongeveer 15 20 mm. Een dergelijke meetfout is voor een nauwkeurig bedoelde meetmethodiek ongewenst, daar dit zijn performance aantast. Een en ander wordt getoond in de figuren 3 en 4, waarbij figuur 3 de verdeling toont van faseverschillen bij een niveaumeting onder normale omstandigheden. Bij een weinig verstoord niveau van de vloeistof in de opslagtank vormt deze derhalve een voldoende vlak reflecterend 25 oppervlak voor de uitgezonden radarsignalen, zodat met behulp van de fasemeting een duidelijke signaalpiek wordt geconstateerd in het gereflecteerde radarsignaal.

De enkele, smalle piek in de grafiek in figuur 3 geeft aan dat er geen of nauwelijks verstoringen zijn in het vloeistofniveau en representeert derhalve normale bedrijfsomstandigheden (in de opslagtank). Zodoende kan met een 30 fasemeetmethodiek en met een grote betrouwbaarheid op een nauwkeurige wijze (met de correcte ‘wrapping factor’ k en een kleine onnauwkeurigheid Ar) het vloeistofniveau in de opslagtank worden vastgesteld.

In figuur 4 daarentegen worden de faseverschillen getoond als het vloeistofniveau wordt verstoord door fluctuaties. Zodoende vormt het verstoorde 10 vloeistofniveau geen nagenoeg egaal reflectievlak voor de uitgezonden radar-signalen. Deze verstoringen kunnen bijvoorbeeld een snel dalend of snel stijgend vloeistofniveau zijn bij het gedeeltelijk leeg laten lopen dan wel het vullen van de opslagtank. Dergelijke grote fluctuaties maken het onmogelijk om met de 5 nauwkeurige fasemethodiek voldoende nauwkeurig het daadwerkelijke vloeistofniveau L vast te stellen.

Het mag duidelijk zijn dat bij snel fluctuerende vloeistofniveau’s de elkaar cumulerende fouten zeer groot kunnen worden, zeker als de ‘wrapping factor’ k niet langer eenduidig is vast te stellen.

10 Door de fluctuaties zullen de meetresultaten al gauw buiten het meetbereik geraken, waardoor de samenhang tussen de meetsignalen en het daadwerkelijke vloeistofniveau verloren raakt. In figuur 4 resulteren deze fluctuaties in een piek met een grotere spreiding (lees: een brede piek), zodat het niet ondubbelzinnig is vast te stellen wat de daadwerkelijke hoogte is van het 15 vloeistofniveau L in de opslagtank.

De meetmethodiek en meetinrichting overeenkomstig de uitvinding benutten de waargenomen fluctuaties in het vloeistofniveau door in een dergelijke situatie over te schakelen naar een meetmethodiek met een andere hogere onnauwkeurigheid dan de gewoonlijk gehanteerde nauwkeurige fase-meetmethodiek. 20 Hiertoe worden, overeenkomstig de werkwijze simultaan de niveaumeting L uitgevoerd aan de hand van twee verschillende berekenings-methodieken, waarbij de eerste berekeningsmethodiek een meetwaarde L1 van het niveau L genereert met een eerste onnauwkeurigheid Ar, en de tweede berekeningsmethodiek een meetwaarde L2 van het niveau L genereert met een tweede onnauwkeurigheid Δγ2. 25 Zoals reeds hiervoor toegelicht is de eerste berekeningsmethodiek gevoeliger voor systematische afwijkingen dan de tweede berekeningsmethodiek en is de tweede berekenings-methodiek gevoeliger voor grote fluctuaties in het vloeistofniveau L dan de eerste berekeningsmethodiek.

Tevens wordt overeenkomstig de uitvinding fluctuaties in het 30 vloeistofniveau L in de tijd geanalyseerd in afhankelijkheid van deze geconstateerde fluctuaties in het vloeistofniveau L door het meetsysteem beslist welke van de eerste dan wel tweede berekeningsmethodiek wordt benut voor het vaststellen van het niveau L. Met andere woorden, de meetmethodiek wordt tijdelijk onnauwkeurig dan wanneer de meetmethodiek die onder normale omstandigheden zou worden 11 uitgevoerd, op het moment dat er significante fluctuaties in het vloeistofniveau worden geconstateerd.

Op het moment dat de meting onder normale omstandigheden buiten het werkingsgebied dreigt te geraken, bijvoorbeeld als gevolg van grote 5 fluctuaties in het niveau, zoals bij turbulente omstandigheden als onweer, of bij snelle verpompingen van de vloeistof in of uit de opslagtank, wordt de werkwijze en dientengevolge ook de meetinrichting overgeschakeld naar de meer traditionele niveaumeting volgens meetmethodiek L1, waarbij alle met deze meetmethodiek verkregen meetresultaten van het vloeistofniveau een hogere (lees: slechtere) 10 meetonnauwkeurigheid bezitten.

Hiertoe wordt tussen opeenvolgende metingen het faseverschil Δψ berekend en vergeleken met een vooraf bepaalde maximaal toegestane fase-verschilwaarde Δψπ13Χ. Indien Δψπ,>Δψ„9Χ bijvoorbeeld als gevolg van grote niveau-fluctuaties zal de eerste berekeningsmethodiek (met de hogere onnauwkeurigheid 15 Δγ,) voor het vaststellen van het niveau L1 in de tank worden toegepast.

Op het moment dat de meetmethodiek c.q. de meetinrichting is omgeschakeld naar de meetsystematiek met een hogere onnauwkeurigheid (bijvoorbeeld een frequentie-meting) wordt, overeenkomstig de uitvinding, de verstoring in het vloeistofniveau verder bewaakt. Op het moment dat deze 20 fluctuaties zich weer binnen het werkingsgebied afspelen zal, overeenkomstig de uitvinding, de meetsystematiek en de meetinrichting overschakelen naar de eerdere gebruikte meetmethodiek met een lagere onnauwkeurigheid Δγ2.

Met andere woorden, ook in de minder nauwkeurigheid meettoestand waarin de meetmethodiek c.q. -inrichting zich dan bevindt, zal tussen 25 opeenvolgende metingen het faseverschil Δψ worden berekend en worden vergeleken met het vooraf bepaalde maximaal toegestane fase-verschilwaarde Δψπβχ. Indien wordt geconstateerd dat Δψ„<Δψπ13χ, bijvoorbeeld omdat de grote fluctuaties in het vloeistofniveau niet langer optreden (omdat de vloeistof in de tank niet langer turbulent is als gevolg van verpompingen etc. en tot rust is gekomen), zal 30 de meetmethodiek terugkeren naar de minder onnauwkeurige meettoestand en de tweede berekeningsmethodiek met de lagere onnauwkeurigheid Δγ2 voor het vaststellen van het niveau L toepassen.

Omdat echter door de eerder geconstateerde fluctuaties de exacte waarde van de ‘wrapping factor’ k niet langer bekend is, kan bij omschakeling naar 12 de tweede meer nauwkeurige berekeningsmethodiek niet meteen ondubbelzinnig het correcte, meer nauwkeurige vloeistofniveau L2 worden vastgesteld. Hierdoor is het noodzakelijk om voor het uniek berekenen van de meer nauwkeurige meetwaarde L2 met de tweede onnauwkeurigheid Δγ2 de meetresultaten van de 5 tweede berekenings-methodiek te herijken aan de eerste berekeningsmethodiek L1 met de eerste onnauwkeurigheid Δη.

Hiertoe wordt gebruikgemaakt van een zogenoemde vergelijkings-tabel, die tijdens het gebruik van de meetmethode dan wel de meetinrichting overeenkomstig de uitvinding, moet worden vastgesteld en waarvan een voorbeeld 10 in figuur 5 wordt getoond.

Deze vergelijkingstabel wordt automatisch opgesteld tijdens het voor het eerste in bedrijf stellen van de meetinrichting bij de betreffende opslagtank door de opslagtank of langzaam volledig te vullen met vloeistof, of langzaam leeg te laten stromen.

15 In beide situaties wordt over nagenoeg het hele meetbereik (dat eventueel kan zijn opgedeeld in deelbereiken of -segmenten van bijvoorbeeld 5 cm) of een gedeelte ervan voor elke waarde van het niveau L het maximale en het minimale verschil tussen de met de eerste en tweede berekeningsmethodiek gegenereerde meetwaarden L1 en L2 vastgesteld en deze in een tabel wordt 20 opgeslagen. Deze minimale en maximale verschilmetingen tussen L1 en L2 voor elk niveau L over het gehele meetbereik (bijvoorbeeld vanaf de bodem tot vlak onder de bovenrand van de opslagtank, zie figuur 1) vormen een foutenmarge-omhulling, welke zich langs de horizontale as van figuur 5 uitstrekt.

Eventueel kan tenminste het deel van het meetbereik zijn 25 opgedeeld in uit één of meer deelbereiken van geschikt gekozen omvang, bijvoorbeeld 5 cm. Bij radarsignalen van 10 GHz is een deelbereik van bijvoorbeeld 5 cm groot genoeg om tenminste een aantal golflengtes λ in te vangen, groot genoeg om de grootte van de tabel te begrenzen en klein genoeg om andere langzaam veranderende systematische foutenpatronen, bij voorbeeld als gevolg van 30 interferentie door reflectie van radarsignalen in de opslagtank, uit te sluiten.

Ten behoeve van een correcte herijking van de berekeningsmethodiek L2 aan de berekeningsmethodiek L1 wordt op basis van de in de vergelijkingstabel opgeslagen minimale en maximale verschilwaarden een unieke waarde van ‘wrapping factor’ k vastgesteld. Indien geen eenduidige waarde 13 vastgesteld kan worden, dan kan ten behoeve van de correcte ijking van de meetresultaten van de tweede berekeningsmethodiek 12 aan de eerste berekeningsmethodiek L1 voor tenminste één deelbereik met de eerste berekeningsmethodiek opeenvolgende meetwaarden L1 worden gegenereerd.

5 Vervolgens kan na het geheel doorlopen van het deelbereik de bijbehorende in de tabel opgeslagen minimale en maximale verschilwaarden tussen de meetwaarden L1 en L2 worden uitgelezen en op basis daarvan een unieke waarde van de ‘wrapping factor’ k worden vastgesteld. Op basis van de afgeleide ‘wrapping factor’ k kan de daadwerkelijke vloeistofhoogte L worden herleid met 10 behulp van de nauwkeurige meetmethodiek L2.

In de vergelijkingstabel van figuur 5 is van de bodem tot aan de antenne voor de nauwkeurige en minder nauwkeurige meetmethodieken de niveauhoogte vastgesteld, waarbij het meetbereik is onderverdeeld in segmenten van 5 cm. Voor elk segment is het minimale en het maximale verschil tussen de 15 minder nauwkeurige meetmethodieken en de nauwkeurige fasemeting vastgesteld.

Bij het toepassen van de meetmethodiek overeenkomstig de uitvinding met behulp van een meetinrichting overeenkomstig de uitvinding, kan indien wenselijk rekening worden gehouden met het feit dat de minder nauwkeurige meting L1 gevoelig is voor het Dopplereffect, waarvoor gecorrigeerd dient te 20 worden.

10343 27^1

Claims (20)

1. Werkwijze voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof in een opslagtank met behulp van naar het 5 vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen, omvattende de stappen van i) het in de tijd naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen; ii) het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen; 10 iii) het mede op basis van de uitgestraalde en ontvangen radarsignalen vaststellen van het niveau L, en waarbij de werkwijze verder gekenmerkt door de stappen iv) het simultaan uitvoeren van stap iii) aan de hand van twee verschillende berekeningsmethodieken, waarbij 15 de eerste berekeningsmethodiek een meetwaarde L1 van het niveau L genereert met een eerste onnauwkeurigheid Art en de tweede berekeningsmethodiek een meetwaarde L2 van het niveau L genereert met een tweede onnauwkeurigheid Ar2 en waarbij de eerste berekeningsmethodiek gevoeliger is voor systematische 20 afwijkingen dan de tweede berekeningsmethodiek en de tweede berekeningsmethodiek gevoeliger is voor grote fluctuaties in het vloeistofniveau L dan de eerste berekeningsmethodiek, alsmede v) het in de tijd analyseren van fluctuaties in het vloeistofniveau L en vi) het in afhankelijkheid van de in stap v) geconstateerde fluctuaties in 25 het vloeistofniveau L toepassen c.q. benutten van de eerste dan wel tweede berekenings-methodiek voor het vaststellen van het niveau L.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, verder gekenmerkt doordat de eerste berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van het tijdsverschil At tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan 30 berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, verder gekenmerkt doordat de eerste berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van de verschilfrequentie Af tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L. 103 4 327A

4. Werkwijze volgens conclusie 1, verder gekenmerkt doordat de eerste berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van een reeks van faseverschillen Δφ tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 van het niveau L.

5. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, verder gekenmerkt doordat de tweede berekeningsmethodiek gebruik maakt van het vaststellen van het faseverschil Δφ tussen uitgezonden en ontvangen radarsignalen, alsmede het geheel aantal golflengtes λ, dat de radargolven hebben afgelegd, zijnde de 'wrapping factor' k en het op basis hiervan berekenen van de 10 meetwaarde L2 van het niveau L.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat ten behoeve het in stap vi) vaststellen of de eerste dan wel de tweede berekeningsmethodiek moet worden toegepast stap v) de deelstappen omvat van v-1) het berekenen van het faseverschil Δψ (met ψ=Δφ) tussen 15 opeenvolgende metingen en v-2) het vergelijken van dit berekende faseverschil Avym met een vooraf bepaalde maximaal toegestane waarde Δψπ3Χ.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat indien Δψηι>Δψπ1ΒΧ, de eerste berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het niveau L 20 wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat indien Δψπι<Δψπι8χ, de tweede berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het niveau L wordt toegepast, waarbij voor het uniek berekenen van de meetwaarde L2 met de tweede onnauwkeurigheid Δγ2 de meetresultaten van de tweede berekenings- 25 methodiek worden herijkt aan de eerste berekeningsmethodiek.

9. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat voorafgaand aan de stappen i)-vi) tenminste over tenminste een deel van het meetbereik zonder heftige fluctuaties in het vloeistofniveau voor elke waarde van het niveau L het maximale en het minimale verschil tussen de met de 30 eerste en tweede berekeningsmethodiek gegenereerde meetwaarden L1 en L2 wordt vastgesteld en in een tabel wordt opgeslagen.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat tenminste het deel van het meetbereik is opgedeeld in uit één of meer deelbereiken van geschikt gekozen omvang.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat voor het correct herijken van de meetresultaten van de tweede berekeningsmethodiek aan de eerste berekeningsmethodiek op basis van de in de tabel opgeslagen 5 minimale en maximale verschilwaarden een unieke waarde van 'wrapping factor’ k wordt vastgesteld.

12. Werkwijze volgens conclusies 10 of 11, met het kenmerk, dat voor het correct herijken van de meetresultaten van de tweede berekeningsmethodiek aan de eerste berekeningsmethodiek voor tenminste één deelbereik met de eerste 10 berekeningsmethodiek opeenvolgende meetwaarden L1 worden gegenereerd en na het geheel doorlopen van het deelbereik de bijbehorende in de tabel opgeslagen minimale en maximale verschilwaarden tussen de meetwaarden L1 en L2 worden uitgelezen en op basis daarvan een unieke waarde van de ‘wrapping factor’ k wordt vastgesteld.

13. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1-12, verder gekenmerkt doordat de eerste onnauwkeurigheid Δγ1 kleiner is dan de tweede onnauwkeurigheid Ar2.

14. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1-12, verder gekenmerkt doordat de eerste onnauwkeurigheid Ar, groter is dan de tweede 20 onnauwkeurigheid Ar2.

15. Inrichting voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof, tenminste omvattende een boven de vloeistof opgestelde radarantenne voor het uitstralen van radarsignalen naar de vloeistof en het ontvangen van door het oppervlak van de vloeistof gereflecteerde radarsignalen, 25 alsmede middelen voor het vaststellen van het vloeistofniveau L op basis van de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen, met het kenmerk, dat de middelen zijn ingericht voor het simultaan uitvoeren van twee verschillende berekeningsmethodieken voor het genereren van een meetwaarde L1 met een eerste onnauwkeurigheid Ar, en een meetwaarde L2 met een tweede 30 onnauwkeurigheid Ar2, alsmede van het in de tijd analyseren van fluctuaties in het vloeistofniveau L en het in afhankelijkheid van de geconstateerde fluctuaties toepassen c.q. benutten van de eerste dan wel tweede berekeningsmethodiek voor het vaststellen van het niveau L.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat voor het toepassen van de eerste berekeningsmethodiek de vaststellingsmiddelen zijn ingericht in het vaststellen van het tijdsverschil At tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 5 van het niveau L.

17. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat voor het toepassen van de eerste berekeningsmethodiek de vaststellingsmiddelen zijn ingericht in het vaststellen van de verschilfrequentie Af tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L1 10 van het niveau L.

18. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat voor het toepassen van de eerste berekeningsmethodiek de vaststellingsmiddelen zijn ingericht in het vaststellen van een reeks van faseverschillen Δφ tussen de uitgezonden en de ontvangen radarsignalen en het op basis hiervan berekenen van 15 de meetwaarde L1 van het niveau L.

19. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 15-18, met het kenmerk, dat voor het toepassen van de tweede berekeningsmethodiek de vaststellingsmiddelen zijn ingericht in het vaststellen van het faseverschil Δφ tussen uitgezonden en ontvangen radarsignalen, alsmede het geheel aantal golflengtes λ, 20 dat de radargolven hebben afgelegd, zijnde de ‘wrapping factor’ k en het op basis hiervan berekenen van de meetwaarde L2 van het niveau L.

20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat ten behoeve het door de vaststellingsmiddelen vaststellen of de eerste dan wel de tweede berekeningsmethodiek moet worden toegepast de vaststellingsmiddelen zijn 25 ingericht in het berekenen van het faseverschil Δψ tussen opeenvolgende metingen en het vergelijken van dit berekende faseverschil Δψ™ met een vooraf bepaalde maximaal toegestane waarde Δψπ13Χ. 30 103 4 3 2 7,ύ