NO841874L - Maalesystem for flerfase nivaamaaling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et kapasitivt system for flerfase nivåmåling i tanker og lukkete beholdere, i åpne kar og i r ør.

Det er problematisk å måle væskemengder i tanker og rør

som inneholder to ikke blandbare stoffer. I oljetanker, eksempelvis, har man ofte et innhold som består av flere faser. Det øverste skiktet er vanligvis gass eller luft. Over oljelaget kan det være et skumlag, hvis tykkelse kan være vanskelig å bestemme. Under oljen er det ofte et vannlag og i bunnen av vannlaget kan det være varierende mengder av slam. I faseovergangen mellom olje og vann kan det dannes emulsjonsskikt hvis tykkelse kan være vanskelig å måle. Innenfor den petrokjemiske industri synes det å være et voksende behov for flerfase nivåmålere .

Kjente innretninger for invåmåling bygger på prinsipper

som tillater registrering av kun en faseovergang, og derfor kan man med slikt utstyr kun registrere det øverste væskeskikt i eksempelvis en oljetank med både olje, vann og mellomliggende emulsjonslag.

De kjente innretninger for måling av væskenivåer er således ikke i stand til å måle diffuse faseoverganger som oppstår ved skum eller emulsjonsdanneIse. Heller ikke tykkelsen av et slamlag kan måles med eksisterende nivåmålere .

Den foreliggende oppfinnelse har til hensikt å løse pro-blemet med f lerfase nivåmåling, eksempelvis i en oljetank.

Ved hjelp av det foreslåtte målesystem er det mulig å registrere beliggenheten av overgangene mellom flere faser i eksempelvis en oljetank. Forutsetningen er dog at de stoffer, som danner faseoverganger på grunn av ulik tetthet eller ulik b landbar het, har forskjellig dielektrisitetskonstant .

Oppfinnelsen bygger på et kapasitivt må le prinsi pp, ved at man måler dielektri si tetsverdiene for forskjellige medier, som på grunn av forskjellig tetthet og forskjellig blandbarhet, ligger over hverandre. Innenfor ett og samme medium vil man, med det foreslåtte måleprinsipp registrere en konstant dielektrisitetsverdi . I faseovergangene mellom disse medier vil man registrere endrete dielektrisi-tetsverd ier .

Må le pr insi ppet er i og for seg enkelt og målesystemer basert på dette prinsipp innehar ingen bevegelige deler.

På grunn av at kondensatorplate ne som benyttes, elektrisk sett, er isolert fra de medier som det skal bestemmes ni-vået av, og på grunn av at det skal svært små energimeng-der til for å registrere endringer i dielektrisitetsverdier, kan målesystemet tilvirkes i eksplosjonssikker utfør-else. Forøvrig er be leggdanne Ise på overflaten mot de forskjellige medier ikke til hinder for å oppnå gode registre-ringer av overflaten. Dette impliserer at det kan tilvirkes vedlikeholdsfritt nivåmåleutstyr basert på den foreliggende oppfinnelse.

Et kapasitivt målesystem i følge oppfinnelsen er vist i fig. 1. Målesystemet består av elektrisk ledende kondensator - plater (1,2,3,^,5,6,7,8,9) anordnet som en vertikal rekke, og et instrument for kapasitetsmåling (29), samt en mellomliggende koblingsenhet (25). Kondensator platene er elektrisk isolert, både innbyrdes og mot de medier som skal nivåmåles. Dette kan skje ved at kondensatorplate ne innstøp-es i et egnet isolerende materiale. De isolerte kondensatorplatene kan så bygges inn en tankvegg eller inn i en må le pr obe (10).

Den elektrisk isolerende veggs ene side (12) ligger i kontakt med de medier som skal nivåmåles. På veggens andre side (11) er det plass for ledningsføring og elektriske eller elektroniske kretser. Kondensator platene er via elektriske ledere (16,17,18,19,20,21,22,23,24) tilknyttet koblingsenheten. Fra koblingsenheten er det lednings-føring (34 og 35) til instrumentet for kapasitetsmåling.

I figuren er det vist et utsnitt av et målesystem som er integrert i en tankvegg . Dette består av vertikalt anordnete kondensatorplater. Langs veggens ene side er det to væsker - vann og olje. Vann er den tyngste væske, og over vannet flyter det olje. Mellom disse væsker er det et emulsjonslag. Over oljen er det gass eller luft. De aktuelle faseoverganger som er vist i figuren er: faseovergangen mellom olje og gass (13), de diffuse faseoverganger mellom olje og skum (14), og mellom emulsjon og vann (15).

Ved hjelp av koblingsenheten, og instrumentet for kapasitetsmåling, kan man måle kapasiteten over to og to vertikale kondensator plater. Ved en slik kapasitetsmåling kan man, når platenes areal og innbyrdes avstand er gitt, bestemme de omliggendematerialers dielektrisitetskonstant. For målesystemets funksjon er denne størrelse i og for seg uinteressant, men så lenge de vertikalt anordnete plater har samme areal og samme innbyrdes avstand, vil variasjon-ene i de omliggende mediums dielektrisitetskonstant gi grunnlag for nivåmåling. Ved suksessiv omkobling mellom to og to plater i vertikal retning, kan man, når platenes avstand er kjent, bestemme lokaliteten for faseovergangene mellom de forskjellige dielektriske medier. Koblingsenheten i det foreliggende eksempel består av to velgermekanismer. Den ene velgermekanismens kontaktarm (26) beveger seg mellom kontaktpunktene 30 og 31. Den andre velgermekanismes kontaktarm (27), beveger seg mellom kontaktpunktene 32 og 33.

I koblingsenheten er de elektriske lederne fra kondensator - platene koblet og anordnet slik at, når den ene velgermeka nismes kontaktarm (26) er . elektrisk koblet til kontaktpunktet (30) som har ledningsføring (16) fra kondensatorplate 1, vil den andre velgermekanismes kontaktarm (27)

være i elektrisk kontakt med kontaktpunktet 30 med lednings-føring (17) fra kondensator plate 2. Således vil instrumentet for kapasitetsmåling, som via de elektriske ledere 34 og 35 er elektrisk tilknyttet kontaktarmene i velger-mekanismene, være tilkoplet kondensator platene 1 og 2. Kondensator plate nes ledningsføring er videre, via kop-lingsenheten, koblet på en slik måte at, når velgermekanismens kontaktarmer 26 og 27 beveger seg fra kontaktpunktene henholdsvis 31 og 33, vil de enkelte kondensatorplater to og to, i vertikal retning, bli tilkoplet instrumentet for kapasitetsmåling. På denne måte kan man ved hjelp av de para lieltgående (28) velgermekanismer,

måle dielektrisitetsverdier i vertikal retning langs me-diene, for således å finne hvor faseovergangene mellom de forskjellige medier ligger.

Når kontaktarmen 26 er koblet til kontaktpunktet 30, og kontaktarmen 27 er koblet til kontaktpunktet 32, måles kapasitetsverdien for platene 1 og 2 med gass som det dielektriske medium. Når de tilsvarende koblinger skjer over kontaktpunktene, henholdsvis 36 og 39, vil kapasitetsverdien over k onde ns at or p la tene 3 og 4 bli målt. Da er di-elektrisitet smed ie t olje, og derfor vil den målte verdi være forskjellig fra forutgående måling. Hvis det ut-føres en tilsvarende måling over kondensator platene 4 og 5, ved at 26 og 27 er koblet henholdsvis til punktene 37

og 39, vil vi få samme kapasitetsverdi som over platene 3 og 4. Av dette kan det sluttes at platene 3,4 og 5 er omgitt av samme medium, nemlig olje.

Tilsvarende måling for kondensator platene 8 og 9, vil vise en stor endring i kapasitetsverdi i forhold til forutgående målinger. Her er det dielektriske medium vann.

Når kontaktarmen 26 er i kontakt med 38, og kontakt-

armen 27 er i kontakt med 40, måles kapasitetsverdien mellom platene 6 og 7. I det konkrete tilfelle vil det her, på grunn av emulsjonsdanneIsen, kunne måles en kapasitetsverdi som ligger mellom oljens og vannets verdi.

I et reelt system vil de relative avstander mellom faseovergangene i forhold til kondensatorplatenes dimensjoner være en helt annen enn i figuren. Da vil et stort antall etterfølgende kondensator plater ha samme kapasitetsverdi fordi de vil befinne seg innenfor ett og samme medium.

Målesystemet vil kunne benyttes for måling av forskjellige typer medier. Forutsetningen er bare at de stoffer som skal nivåregistreres, har forskjellig tetthet og forskjellig dielektrisitetskonstant, samt at de også har forskjellig blandbarhet o

I figuren er koblingsenheten vist i enkleste prinsipielle versjon, men det naturlige er å tilvirke denne ved bruk av halvlederkomponenter. I stedet for mekaniske vendere kan det benyttes analoge multipleksere med lav gjennom-gangsmotstand.

Parallelt med de vertikale kondensator plater kan det være arrangert et nytt sett med kondensator plater, slik at det blir to horisontalt anordnete k onde nsat or p later . Da vil cet på to plater på samme nivå kunne bli foretatt en måling. Dette vil komplisere de elektriske ledningsføringer uten

at løsningen i seg selv kan sies å være prinsipielt forskjellig i forhold til den foreliggende oppfinnelse.

Claims (1)

1. Kapasitivt målesystem for nivåregistrer ing og registrering av faseoverganger mellom forskjellige medier med ulike dielektrisitetskonstanter, bestående av elektrisk ledende kondensatorplater og instrument for kapasitetsmåling samt en mellomliggende koblingsenhet, karakterisert ved at kondensator platene er anordnet i en vertikal rekke som innbyrdes og mot de medier som skal registreres, er fysisk adskilt ved et elektrisk isolerende skikt, og ved at de enkelte kondensatorplater er enkeltvis elektrisk forbundet med koblingsenheten, og ved at instrumentet for kapasitetsmåling er direkte koblet til koblingsenheten som består av to parallelt virkende velgermekanismer som styrt eller automatisk velger ut og elektrisk knytter to og to vertikalt etterfølgende kondensatorplater til instrumentet for kapasitetsmåling, og derved tillater fortløpende registrering av faseoverganger mellom ulike medier ved hjelp av den målte endring i dielektrisitetskonstant .