NO320261B1 - Anordning og system for nivamaling - Google Patents

Description

Introduksjon/teknisk felt

Den foreliggende oppfinnelsen angår nivårriåling, og mer spesifikt deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i tanker. Måleprinsippet baserer seg på deteksjon av endringer av elektrisk fase og/eller amplitude til et RF-signal. Systemet er blant annet tiltenkt brukt for detektering av vanninntrengning i tørrlast i lasterom eller vanninntrengning i tørre tanker.

Kjent teknikk

I en rekke ulike sammenhenger kan det være behov for å kunne måle nivå av en væske eller et tørrstoff i en tank eller å detektere om en væske eller et tørrstoff har nådd et spesifikt kjent nivå i en tank. Et eksempel kan være tilstedeværelse av saltvann i et lasterom på et skip der det av sikkerhetsmessige grunner er viktig å kunne detektere en lekkasje som fører til inntrengning av sjøvann.

Det finnes i dag flere ulike metoder for deteksjon av nivå av væsker og forskjellige typer tørrstoff. En vanlig metode er å benytte en flottør som beveger seg på en sleide eller er fast montert på en arm, som slutter eller bryter en kontakt når væsken/stoffet har nådd et visst nivå i tanken. Ulempen med en slik løsning er at installasjonsstedet ofte er utsatt for vibrasjon slik at føleren over tid kan forringes eller ødelegges. Et annet problem er at eventuelle forurensninger i væsken eller stoffet som skal detekteres kan føre til at flottøren setter seg fast i en kontinuerlig tilstand uten evne til å utføre nivådeteksjon.

En annen metode for nivåmåling er deteksjon av endring av elektrisk ledningsevne i en væske eller et tørrstoff ved å måle endring i strøm mellom to prober når væsken/stoffet omslutter føleren. Dette prinsippet kan være følsomt for at avleiringer eller smuss som kan gi en permanent endring i ledningsevne. Dette kan igjen gi en permanent alarmtilstand. I f.eks. lasterom kan nyttelasten dersom den er elektrisk ledende og omslutter føleren, også føre til at falsk alarm blir gitt.

En tredje metode for nivåmåling er å benytte en kapasitiv føler som endrer kapasitans når føleren blir omsluttet av en væske eller tørrstoff. Slike følere kan være ideelle for bruk i ikke-elektrisk ledende væsker, men mindre egnet for bruk i andre typer væsker og i tørrstoff.

Det finnes også systemer som benytter radiobølger for måling av nivå i ulike medier. Slike målesystemer er gjerne basert på et måleprinsipp som sender høyfrekvente signaler mot overflaten til en væske som er inneholdt i for eksempel en tank. Refleksjonene av signalet fra væskeoverflaten blir mottatt og analysert, og på bakgrunn av dette kan nivået finnes.

WO 2004/018978 Al omhandler eksempelvis et system for nivåmåling som baserer seg på refleksjon av en radarpuls transmittert fra toppen av en produksjonstank i en mikrobølgeleder og ned mot en væskeoverflate.

Ulempen med et slikt system er strenge krav til kvalitet, utforming og montering av bølgelederen. Et slikt system vil dessuten være kostbart med komplisert elektronikk og vil ha en generelt høy installasjonskostnad.

For deteksjon av vanninntrengning i et lasterom vil et slikt system være plaget av falske ekko, problem med å skille tørr last fra saltvann og problem med at bølgelederen kan tilstoppes av ulike typer last.

Foreliggende oppfinnelse benytter også radiobølger for detektering av væskeinntrengning og/eller nivå, men er bygd opp på en måte som gjør at flere nivåsensorer kan settes sammen i et fleksibelt modulært system som enkelt kan bygges om, flyttes og rengjøres.

Systemet med sensorene plasseres vertikalt i en tank og deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå skjer når sensorene kommer i direkte kontakt med fluidet, for eksempel saltvann som har trengt seg inn i tanken. Et signal vil da sendes til et overordnet alarmsystem som kan være plassert utenfor tanken.

Systemet i henhold til oppfinnelsen har flere fordeler. Det er robust overfor falske alarmer. Det er videre egnet for flytting og transportering. Systemet er dessuten egnet for å bygges ut med flere sensorer.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen beskriver en anordning for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, hvor anordningen omfatter et følerhus og midler for å detektere endringer i et RF-signal som sendes mellom minst ett sett følerelementer som utgjør en del av anordningen, og hvor endringene i signalet oppstår når mediet som omgir anordningen endres.

Oppfinnelsen omhandler også et system for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, hvor flere anordninger som beskrevet over er seriekoblet for å oppnå høyere detaljeringsgrad.

De karakteristiske trekkene til oppfinnelsen er beskrevet i de selvstendige kravene 1 og 8, og ytterligere karakteristiske trekk er angitt i de uselvstendige kravene.

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegningene, hvor: Fig. 1 er en prinsippskisse av to følere slik de tenkes montert i serie for deteksjon av vanninntrengning i et lasterom. Fig. 2 er en prinsippskisse av en føler som benyttes til deteksjon av eksempelvis

saltvann eller visse tørrstoffer.

Fig. 3 er en skisse av en typisk installasjon der oppfinnelsen benyttes til å detektere

inntrengning av saltvann i et lasterom i et skip.

Figur 1 viser hvordan den foreliggende oppfinnelsen kan benyttes i et system for måling av vanninntrengning i eksempelvis et lasterom. Systemet består av tre hoveddeler, følerne la og lb, forbindelsesslangen 2 og signalkabelen 3. Forbindelsesslangen 2 er en stiv, hul gummislange som bevirker at de to følerne la og lb blir plassert i en forutbestemt avstand samtidig som den tillater enkel forsendelse av følersystemet ved at gummislangen kan bøyes. Signalkabelen 3 sørger, for videreføring av alarmsignalet fra følerne til det overordnede alarmsystemet på skipet.

Signalkabelen kan også inneholde strømforsyningskabler for å forsyne en eller flere sensorer med strøm. Alternativt kan en eller flere sensorer være utstyrt med en egen strømforsyningsenhet som for eksempel et batteri. Ved en slik utførelse kan hele systemet gjøres trådløst.

Systemet er montert i et beskyttelsesrør festet til innsiden av lasterommet. Dette er vist i figur 3. Ved hjelp av signalkabelen 3 kan hele systemet enkelt heises opp for rengjøring eller utskiftning. Røret vil også beskytte følersystemet mot mekanisk skade under lossing eller lasting av nyttelast.

Figur 2 viser en prinsippskisse av hvordan en føler for deteksjon av saltvann som benytter foreliggende oppfinnelse kan utføres. Føleren består av fem hoveddeler, følerhuset 4, følerelementene 5a og 5b, transmisjonslinjene 6a og 6b, signalomformeren 7 og signalkabelen 3. Følerelementene 5a og 5b er innstøpt i følerhuset 4 med forbindelser til signalomformeren 7 via transmisjonslinjene 6a og 6b.

Følerelementene er fortrinnsvis ett sett eller par, men i en alternativ utførelse kan det være flere sett som blir suksessiv avlest ved hjelp av multipleksing. Signalomformeren 7 transmitterer et RF-signal til det ene følerelementet 5a via tilhørende transmisjonslinje 6a. Følerelementet 5a transmitterer dette RF-signalet trådløst gjennom deteksjonsområdet 8 videre til det andre følerelementet 5b. Videre mottar signalomformeren 7 RF-signalet mottatt av følerelementet 5b via transmisjonslinjen 6b. Signalomformeren 7 detekterer endringer i effektnivået mellom det utsendte RF-signalet fra element 5a og det mottatte RF-signalet fra element 5b. Et effekttap som avviker fra det normale effekttapet i luft eller en annen referansesubstans vil skyldes at deteksjonsområdet 8 mellom følerelementene 5a og 5b er fylt med en substans som for eksempel væske eller tørrstoff som er forskjellig fra referansesubstansen. I tillegg til måling av effekttap, er signalomformeren 7 utformet til å detektere elektrisk faseendring som skyldes tilstedeværelse av en spesifikk væske eller tørrstoff i deteksjonsområdet 8. Deteksjon av tilstedeværelse av en spesifikk væske eller tørrstoff kan dermed gjøres enten ved måling .av effekttap på RF-signalet, ved måling av elektrisk faseendring på RF-signalet eller ved en kombinasjon av disse to parametrene. Signalomformeren gir videre ut et analogt eller digitalt signal som gjenspeiler nivået eller tilstedeværelsen av en spesifikk væske eller tørrstoff rundt sensoren, via signalkabelen 3 til et overordnet alarmsystem.

Figur 3 viser en prinsippskisse av hvordan en typisk installasjon i et lasterom kan utføres. Følerne la og lb er plassert i et beskyttelsesrør 11 som er åpent for innstrømming av vann. Følernes individuelle avstand er bestemt av gummislangen 2. Signalkabelen 3 fra hver av følerne overfører alarmsignalet til skipets overordnede alarmsystem 9. Væskenivået 10 vil i viste eksempel gi en alarmtilstand i sensor la, men ikke i sensor lb.

Deteksjonsprinsippet benyttet i oppfinnelsen baserer seg på at egenskapene til et RF-signal overført trådløst mellom en sender og en mottakerantenne er bestemt av mediet signalet sendes gjennom. I det foreliggende utførelseseksempelet vil signaldempningen være vesentlig større ved transmisjon gjennom saltvann enn over den samme avstanden i luft eller visse typer tørrstoff. Denne endringen i dempning/effekttap kan enkelt detekteres av signalomformeren 7.1 tillegg vil faseendringen signalet opplever i forhold til en referansefase på signalomformeren være sterkt avhengig av mediet som befinner seg i deteksjonsområdet 8 mellom følerelementene 5a og 5b.

Det vil innses av en fagmann på området at det innenfor rammen av oppfinnelsen vil være mulig å utføre en rekke variasjoner og alternativer. For eksempel kan følerhuset 4 være utformet på ulike måter for å best mulig være tilpasset montering i en spesifikk lokalisering. Likeledes kan deteksjonsområdet mellom følerelementene utformes på en rekke ulike måter. Videre vil det forstås at føleren i følge oppfinnelsen er egnet til deteksjon av nivåendring i en lang rekke forskjellige lukkede eller delvis lukkede rom, beholdere og tanker, ikke bare de som er névnt her.

En fagmann vil også forstå at oppfinnelsen er egnet for deteksjon av nivåendring til en lang rekke forskjellige væsker og tørrstoff, ikke bare dem som er nevnt som eksempler her. Systemet vil også være egnet til å skille mellom to eller flere typer væsker eller tørrstoff. Dette kan for eksempel være skillet mellom vann og olje.

Claims (13)

1. Anordning for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, karakterisert ved at anordningen omfatter et følerhus (4) og midler for å detektere endringer i et RF-signal som sendes mellom minst ett sett følerelementer (5a, 5b) som utgjør en del av anordningen, <p>g hvor endringene i signalet oppstår når mediet som omgir anordningen endres.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at anordningen ytterligere omfatter signalomformer (7), transmisjonslinjer (6) og en signalkabel (3) som er forbundet med et alarmsystem (9) plassert utenfor tanken.

3. Anordning i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at anordningen omfatter flere sett følerelementer (5a, 5b), og hvor signalomformeren (7) avleser disse suksessiv ved hjelp av multipleksing.

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at anordningen fungerer som en nivåbryter ved å gi en alarm når et spesifikt medium når et forutbestemt nivå.

5. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at følerelementene (5a, 5b) er innstøpt i følerhuset (4).

6. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at detekterte endringer i RF-signalet er effekttap og/eller elektrisk faseendring.

7. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at anordningen er selvforsynt med strøm i form av et batteri.

8. System for deteksjon av væskeinntrengning og/eller nivå i en tank, karakterisert ved at flere anordninger i henhold til krav 1 er seriekoblet for å oppnå høyere detaljeringsgrad.

9. System i henhold til krav 8, karakterisert ved at seriekoblingen av flere anordninger utføres ved en forbindelseslange (2) med slangeklemmer for festing av hver anordning til hver slangeende, og hvor signalkabler (3) mellom anordningene og et alarmsystem (9) går inne i forbindelseslangen.

10. System i henhold til krav 8, karakterisert ved at de seriekoblede anordningene er plassert i et beskyttelsesrør (11) som er åpent for innstrømning av væske.

11. System i henhold til krav 9, karakterisert ved at signalkablene (3) ytterligere innbefatter strømforsyningskabler som forsyner anordningen med strøm.

12. System i henhold til krav 9, karakterisert ved at signalkablene (3) utgjør en 4-20mA strømsløyfe som forsyner anordningen med strøm og hvor signaler til alarmsystemet (9) går.

13. System i henhold til krav 9, karakterisert ved at alarmsystemet (9).er plassert utenfor tanken.