NO156305B - Anordning for registrering av nivaa, overgangssoner og temperatur. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en manuelt betjenbar, transportabel anordning for måling av dielektrisitetskonstant og tapsfaktor samt temperatur av media som befinner seg i en tank for å bestemme ullage-nivået (overgang mellom gassformet og væskeformet tilstand) og/eller grensesjiktnivået mellom minst to væsker som befinner seg i tanken, idet nevnte anordning omfatter en sonde som er innrettet til å kunne senkes ned i tanken og som er følsom for de fysiske egenskaper hos nevnte media som skal måles, og som er forbundet med en oppspolingsanordning via et målebånd som har middel for posisjonsavlesning, idet nevnte sonde har elektrisk avfølerorgan som er elektrisk koplet til en monitordel ved hjelp av elektriske ledere anbragt isolert relativt målebåndet, idet målebåndet og lederne er innleiret i en isolasjonsmantel, og idet monitordelen er tilknyttet oppspolingsanordningen, og hvor nevnte anordning dessuten omfatter signalbehandlingskretser.

Det er fra før kjent anordninger hvor en målesonde senkes ned i en beholder for å detektere en væskeoverflate ved at en spalte mellom to akustiske transdusere respektive sender og mottaker fylles med væske. En slik anordning kan kun detektere hvorvidt det befinner seg væske der eller ikke. Videre har en sådan spalte lett for å tettes med målemediet av tungtf lyt ende karakter.

Den her beskrevne oppfinnelse løser problemet med deteksjon av nivå og overgangssoner med meget høy nøyaktighet, uavhengig av målemediets konsistens, liten hysterese, uten rengjøringsproblem samt at tre måle-paramtre måles med en og samme sonde. Videre har sonden den egenskap at den kan innstilles slik at den kan registrere overflaten uten at selve sondekroppen berører denne. Dette er spesielt hensiktsmessig der hvor målemediet har en sådan konsistens at sonden ikke trenger ned i mediet så som tungtflytende væsker og granulater eller målemedier som er av en sådan beskaffenhet at det enten ikke er hensiktsmessig med kontakt mellom sonde og målemedium eller at målemediet er av en sådan beskaffenhet at endring i dielektrisitetskonstant, tapsfaktor er den mest hensiktsmessige eller den eneste fremgangsmåten for registrering av en overgangssone.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes anordningen ved at sonden er en kombinasjonssonde som omtrentlig på det samme sted i sonden, som elektrisk avfølerorgan, har et temperaturavfølingsorgan og kapasitans-avfølerorgan til å detektere nevnte ullage-nivå og/eller nevnte grensesjiktnivå ved måling av temperaturen samt dielektrisitetskonstanten og tapsfaktoren derav, idet nevnte temperatur og kapasitansavfølerorganer er fysisk isolert fra innholdet i tanken ved hjelp av et elektrisk isolerende materiale, og dessuten at monitordelen omfatter nevnte signalbehandlingskretser, idet nevnte kapasitansavfølerorgan omfatter elektronisk kretsmiddel for å tilveiebringe til nevnte elektriske ledere et signal som er karakteristisk for den detekterte kapasitansen, og hvor nevnte temperaturavfølingsmiddel virker som en strømgenerator til å mate nevnte elektriske ledere.

Ifølge ytterligere kjennetegnende trekk ved anordningen er kapasitans-avfølingselektrodene i nevnte kapasitansavfølerorgan plassert i en nedre, avsmalnet ende av sonden, idet denne ende kan ha i alt vesentlig form av en avkortet kjegle.

De nevnte ledere anbringes sideveis innad relativt målebåndets langsgående sidekanter. Det er også fordelaktig å innleire et stålbånd innleiret i målebåndet, og å anbringe nevnte ledere innenfor stålbåndets langsgående kanter.

Anordningen omfatter i tillegg omformerorgan for å omdanne et signal fra sonden til et audio-akustisk signal som følge av endringer i dielektrisitetskonstanten for det målte medium relativt omgivende medium.

Det er av stor betydning at anordningen gjøres eksplosjonssikker, samtidig som lett atkomst til det miljø som skal måles muliggjøres. Ifølge oppfinnelsen omfatter derfor anordningen en sluse anordnet til oppspolingsanordningen og forsynt med en hurtigkopling i den nedre ende derav som er tilpasset til å samvirke med en tank som har et trykk som er forskjellig fra atmosfæretrykket og som er forsynt med en kuleventil festet til toppen derav, idet nevnte sluse er utformet på en slik måte at sonden og målebåndet kan føres innvendig gjennom slusen slik at sonden kan gå inn i tanken via nevnte hurtigkopling og nevnte kuleventil, og idet et kombinert avskrapnings- og gasstetningsorgan er plassert ved den øvre enden av nevnte sluse. Nevnte kombinerte avskrapnings- og gasstetningsorgan er laget av elektrisk ledende materiale for å avlede elektrostatiske ladninger fra målebåndet.

For å bevirke lett føring av målesonden gjennom slusen, er en førings-hylse plassert i den nedre enden av slusen, idet nevnte føringshylse er innrettet til å bevege seg inn i kuleventilen på tanken, følge sonden inn i denne og tilveiebringe beskyttende føring av målebåndet når dette befinner seg i kuleventilen, idet nevnte føringshylse er i stand til å bevirke låsning av nevnte kuleventil i dens åpne stilling.

For å unngå påsveisning av festeflenser på tanken ved montering av nevnte hurtigkopling, er sonden dimensjonert til å kunne mates gjennom en 1" (2,54 cm) ventil anbragt på nevnte tank. Derved er det tilstrekkelig kun å bore et hull for en 1" ventil, gjenge dette og skru fast ventilen.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives i tilknytning til det på tegningene viste utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 viser et gjennom skånet riss av anordningen.

Fig. 2 viser anordningen forfra.

Fig. 3 viser en sluse/ventilanordning.

Fig. 4 viser en avskraperanordning.

Fig. 5 viser en beskyttelseshylse.

Fig. 6 viser kombinasjonsmålesonden.

Fig. 7 viser kontroll- og monitordelen.

Fig. 8 viser målebåndet.

Fig. 9 viser en annen utforming av målebåndet.

I fig. 1 er vist den komplette anordningen. Til holderen 1 er oppspolingsanordningen 2 lagret. Låseanordningen 3 tjener til å låse anordningen 2 i en hvilken som helst posisjon og derved hindre at målesonden 4 faller ukontrollert ut av slusen 5. Slusen kobles via hurtigkoblingen 6 til ventilen 30. Den kombinerte avskraper, tetning og avledningsanordning 13 er montert mellom slusen 5 og holderen 1 som er adskillbar med koblingen 14 for utskiftning og rengjøring. Målebåndet 11 er viklet på anordningen 2. Ut- og innspoling av målebåndet skjer ved hjelp av håndtaket 12. En monitorenhet 15 med batteri og nødvendig elektronikk er montert i sentrum av oppspolingsanordningen 2 med en elektrisk forbindelse til målebåndet 11 som igjen er fast forankret og jordet til anordningen 2.

I fig. 2 er holderen 1 med oppspolingsanordningen 2 vist forfra hvor målebåndet 11 løper over føringsanordningen 20 som igjen har et overett-merke 21 som viser kombinasjonssondens eksakte posisjon til tankens referansepunkt.

I fig. 3 er vist ventilen 30 med tilkoblingen 31. Håndtaket 32 åpner og stenger passasjen ved hjelp av kulen 33. Hele ventilen 30 er skrudd ved hjelp av et gjenget parti i tanken 34.

I fig. 4 er vist avskraperanordningen 13 med et spor 40 som omslutter båndet 11 med en splitt 41 for sideveis påsetting av båndet.

I fig. 5 vises måleanordningen 1 tilkoplet ventilen 30 via hurtigkoplingen 6. Beskyttelseshylsen 50 holdes i øvre del av slusen 5 ved at den hviler på sonden 4. Når sonden slippes ned gjennom ventilen 30 følger hylsen 50 etter slik at denne hindrer ventilkulen 33 i å skade målebåndet 11. Hylsen 50 er forsynt med en krave 51 som stopper mot en stoppanord-ning 52 i nedsenket posisjon. I særlige tilfeller kan også hylsen, foruten å tjene som en føring av båndet, være utstyrt med avledningselektroder for eventuelt elektrostatiske ladninger.

Den kombinerte avskraper, tetnings- og avledningsanordningen, (for avledning av eventuelle elektrostatiske ladninger som måtte oppstå i forbindelse med avvikling av målebåndet) anordnes i øvre ende av sluseinnretningen for sonden. Avskraperanordningen består av et elastisk kunststoff materiale som er tilsatt tilstrekkelig med et ledende materiale for å oppnå såvel en god omslutning av målebåndet som en tilstrekkelig ledningsevne. Avskraperen kan være satt sammen av en eller to deler.

I forbindelse med innføring av sonden fra slusen gjennom kuleventilen til tanken vil beskyttelseshylsen 50 ikke bare sikre at båndet ikke skades, men også hindre klippes av i forbindelse med lukking av kuleventilen før sonden er helt opptrukket i slusen.

I fig. 6 er vist kombinasjonsmålesonden 4 som omsluttes av et syrefast stålrør, innvendig fylt med en isolerende støpemasse for stabilisering og beskyttelse av de elektroniske komponenter, hvor spissen 60 er utformet av et isolerende materiale og danner den følsomme enden 60 som reagerer på endring i dielektrisitetskonstanten samt materialets tapsfaktor. Sonden 4 er i øverste ende 61 tilkoplet målebåndet såvel mekanisk som elektrisk. I sonden nær den kapasitetsfølsomme deler er en temperatursensor 62 anbragt som fungerer som en strømgenerator, hvor strømmen er proporsjonal med temperaturen i °K. Dens strømvei går via lederne 63 og adskilles fra kapasitetssensoren ved dioden 64.

Sondens 4 diameter er svært liten i forhold til tanken, i størrelsesorden 25,4 mm (1"). hvilket bevirker at måling kan foretas i tanker og beholdere hvor trykket er forskjellig fra utsiden ved at sonden føres inn ved hjelp av den kombinerte sluse/ventilanordning.

Selve kombinasjonsmålesonden 4 er utformet som en langstrakt hylse hvor den følsomme enden består av et ikke ledende kunststoff hvori den kapasitive sensordel 66, 67, 69 er innstøpt. Denne består i prinsipp av en svakonisk sirkulær flate 69 som sammen med spolen 66 danner en resonanskrets påtrykt en vekselspenning. Graden av resonans og eventuelt dempning av målemediets tapsfaktor påvirker resonanskretsens amplitude som detekteres av dioden 67 som igjen lader opp en konden-sator 68. Likespenningens størrelse overlagrer et pulsmodulert signal på tilført kraftforsyning via målebåndet til monitordelen i selve spolens sentrum. Såvel tilførselen av energi som overføring av målesignalet skjer via tre ledere, som vist nederst på fig. 6b. For å tilveiebringe et signal som er karakteristisk for den detekterte kapasitansen, har den kapasitive sensordel et elektronisk kretsmiddel 65 som mater de tilhørende elektriske ledere i målebåndet.

I fig. 7 vises kontroll- og monitordelen 15 bestående av batteri 70 samt digital fremvisningsanordning 71 som i dette tilfellet viser temperaturen. Strømmen generert i temperatursensoren 62 er en funksjon av temperaturen "K som omgir sensoren, blir i kretsen 75 tilpasset egnet grad-betegnelse avlest på displayet 71. Motstandene 76 og 77 tjener som strømbegrensere i forbindelse med bruk i eksplosjonsfarlige omgivelser. Ved hjelp av en trykk-knapp 72 startes en tidsuranordning 73 for en bestemt tidsperiode, hvorved krafttilførselen til målesonden 4 via målebåndet 11 skjer. Målesignalet overføres som kortvarige pulser på krafttilførselen, dekodes og omgjøres til et akustisk signal i enheten 74. Indikasjon på at sonden treffer væskeoverflaten, eventuelet overgangs-sonen mellom to væsker, kan fremkomme enten som et akustisk signal fra enheten 74 eller som en strøendring som registreres på en egnet indikator, f.eks. 71. Temperaturen avleses på fremviseren 71 som sammen eller kombinert med de øvrige parameterangivere er anordnet ved anordnet sentrum. Sondespissens 4 aktuelle posisjon leses av på målebåndet ved hjelp av en indikator eller overettmerket 21.

I fig. 8 er vist et snitt av målebåndet 4 som er bygget opp av en isolasjonskappe 80 som omslutter et stålmålebånd 11' gradert i egnet måleenhet, men slik at det i enhver posisjon av målebåndet er mulig å avlese såvel antall meter som cm og mm innen en utstrekning av målebåndet på 5-10 cm. Stålbåndet 11' har som funksjon å danne jordplan som forbinder kombinasjonsføleren galvanisk til tankens jord, f.eks. dekket på en tankbåt, samt kompensere for lengdeutvidelsen. I målebåndet er i tillegg to elektriske ledere 81, 82 integrert og isolert hver for seg med et rektangulært tverrsnitt i form av to langsgående folier med tilstrekkelig avstand fra båndkanten til at lederne ikke blir eksponert mot omgivelsen ved mekanisk slitasje eller annen form for skade av båndkantene.

I fig. 9 er vist målebåndet 11 med sirkulære tverrsnitt på lederne 90 som kan være fra en til flere.

Claims (10)

1. Manuelt betjenbar, transportabel anordning for måling av dielektrisitetskonstant og tapsfaktor samt temperatur av media som befinner seg i en tank for å bestemme ullage-nivået (overgang mellom gassformet og væskeformet tilstand) og/eller grensesjiktnivået mellom minst to væsker som befinner seg i tanken, idet nevnte anordning omfatter en sonde (4) som er innrettet til å kunne senkes ned i tanken og som er følsom for de fysiske egenskaper hos nevnte media som skal måles, og som er forbundet med en oppspolingsanordning (2) via et målebånd (11) som har middel for posisjonsavlesning, idet nevnte sonde (4) har elektrisk avfølerorgan som er elektrisk koplet til en monitordel (15) ved hjelp av elektriske ledere (81, 82; 90) anbragt isolert relativt målebåndet (11), idet målebåndet (11) og lederne (81, 82; 90) er innleiret i en isolasjonsmantel (80), og idet monitordelen (15) er tilknyttet oppspolingsanordningen (2), og hvor nevnte anordning dessuten omfatter signalbehandlingskretser (73-75), karakterisert ved at sonden er en kombinasjonssonde (4) som omtrentlig på det samme sted i sonden, som elektrisk avfølerorgan, har et temperaturavfølingsorgan (62) og kapasitansavføler-organ (66, 67, 69) til å detektere nevnte ullage-nivå og/eller nevnte grensesjiktnivå ved måling av temperaturen samt dielektrisitetskonstanten og tapsfaktoren derav, idet nevnte temperatur og kapasitansavføler-organer (62, 66, 67, 69) er fysisk isolert fra innholdet i tanken ved hjelp av et elektrisk isolerende materiale (60), og dessuten at monitordelen (15) omfatter nevnte signalbehandlingskretser (73-75), idet nevnte kapasi-tansavfølerorgan (69) omfatter elektronisk kretsmiddel (65) for å tilveiebringe til nevnte elektriske ledere (81, 82; 90) et signal som er karakteristisk for den detekterte kapasitansen, og hvor nevnte temperatur-avfølingsmiddel (62) virker som en strømgenerator til å mate nevnte elektriske ledere (81, 82; 90).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at kapasitansavfølingselektrodene (69) i nevnte kapasitansavfølerorgan er plassert i en nedre, avsmalnet ende av sonden.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte nedre avsmalnede ende av sonden har i alt vesentlig form av en avkortet kjegle.

4. Anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at nevnte ledere (81, 82; 90) er anbragt sideveis innad relativt målebåndets (11) langsgående sidekanter.

5. Anordning som angitt i ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at et stålbånd (11') er innleiret i målebåndet (11), og nevnte ledere (81, 82; 90) er anbragt innenfor stålbåndets (11') langsgående kanter.

6. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at det dessuten omfatter omformerorgan for å omdanne et signal fra sonden (4) til et audio-akustisk signal som følge av endringer i dielektrisitetskonstanten for det målte medium relativt omgivende medium.

7. Anordning som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved dessuten å omfatte en sluse (5) anordnet til oppspolingsanordningen (2) og forsynt med en hurtigkopling (6) i den nedre ende derav som er tilpasset til å samvirke med en tank som har et trykk som er forskjellig fra atmosfæretrykket og som er forsynt med en kuleventil (30) festet til toppen derav, og at nevnte sluse er utformet på en slik måte at sonden (4) og målebåndet (11) kan føres innvendig gjennom slusen (5) slik at sonden (4) kan gå inn i tanken via nevnte hurtigkopling (6) og nevnte kuleventil (30), og at et kombinert avskrapnings- og gasstetningsorgan (13) er plassert ved den øvre enden av nevnte sluse (5).

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte kombinerte avskrapnings- og gasstetningsorgan (13) er laget av elektrisk ledende materiale for å avlede elektrostatiske ladninger fra målebåndet (11).

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at en føringshylse (50) er plassert i den nedre enden av slusen (5), idet nevnte føringshylse (50) er innrettet til å bevege seg inn i kuleventilen (30) på tanken, følge sonden (4) inn i denne og tilveiebringe beskyttende føring av målebåndet (11) når dette befinner seg i kuleventilen (30), idet nevnte føringshylse (50) er i stand til å bevirke låsning av nevnte kuleventil (30) i dens åpne stilling.

10. Anordning som angitt i ett eller flere av de forgående krav, karakterisert ved at sonden er dimensjonert til å kunne mates gjennom en 1" (2,54 cm) ventil anbragt på nevnte tank.