CN1761858A

CN1761858A - 雷达液面测量系统中的系统和方法

Info

Publication number: CN1761858A
Application number: CN 200480007697
Authority: CN
Inventors: 莱纳特·哈格
Original assignee: Saab Rosemount Tank Radar AB
Current assignee: Rosemount Tank Radar AB
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: CN100356145C; SE0300819D0

Abstract

本申请涉及雷达测量液面系统领域，用于测量储存在容器(10)中的产品(16)的表面(12)的液面。该测量系统包括：安装在产品(16)的表面(12)上方的雷达液面测量装置(14)，其向产品表面(12)发射微波信号，并接收来自产品表面(12)的反射微波信号；根据接收的信号确定产品液面的计算单元；比较产品液面预定值和上述测量值的装置；当测定值在预定值以下的时候，靠近容器(10)底部安装的第二液面测量装置(20)确定产品液面。

Description

雷达液面测量系统中的系统和方法

技术领域

本发明涉及雷达液面测量系统，特别是涉及一种当容器中的液面接近容器底部时，改进测量贮存在容器中液体的液面的准确性的雷达液面测量系统和测量方法。

背景技术

雷达液面测量是现在普遍用来测量贮存在容器，如油罐中的液体的液面的装置，其通过向液面发射微波信号，然后接收从液体表面反射的微波信号，从而可以确定液面。重要的是，当液面接近底部时，使用者能够得到准确的读数，并且还可以检测容器何时变空。

一个问题是，特别当液体具有低的介电常数的时候，反射信号的主要部分是从容器底部而不是液体的表面反射来的。这会产生失真信号，除非液体的充填液面高，因为由底部反射的信号被液体吸收。当液体普遍地为低液面时，这个问题就会不断增加。

另一个问题是在容器的底部区域，几乎总有副产品层，例如水，其由于液体的分离、浓缩等而产生。而且，当副产品的介电常数相对高的时候，副产品的界面将发出一个强于液体表面的反射信号。

因此，先前已知的雷达液面测量装置在测量存储液体的容器中接近容器底部的测量时就有局限了。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种测量存储在容器中的产品的表面的水平以允许测量接近容器底部的液面并检测容器何时为空的改进的方法。

本发明的目的通过使用如下的测量方法实现，该方法包括步骤：通过安装在产品表面上方的雷达液面测量装置向产品表面发射微波信号；在所述雷达测量装置中接收从产品表面反射的微波信号；基于接收的信号在计算单元中确定产品液面的测量值；比较该产品液面的测量值和预先设定的产品液面值；并在该测量值低于预定产品液面值时，使用安装在容器底部的第二液面测量装置来确定产品液面。

本发明的另一个目的是提供一种改进的液面测量系统，用于测量存储在容器中的产品的表面的液面，以允许测量接近容器底部的液面并检测容器何时为空。

这个目的通过提供如下的用于测量存储在容器中产品的液面的液面测量系统来实现，该系统包括：安装在产品上方的雷达液面测量装置，该装置向产品表面发射微波信号，并从产品表面接收反射的微波信号；计算单元，用来基于所接收的信号确定产品的液面的测量值；用来比较产品液面的测定值与预先设定的产品液面值的装置；和，安装在接近于容器底部的第二液面测量装置，其用来测量当测量值低于预先设定值时产品的液面。

本发明的其他目的和特征从下面结合附图的详细描述中将变得明显。然而，应当明白，附图目的仅是对本发明的说明而而已，并不是用来限制本发明的定义，对本发明的限制的参考应当由所附权利要求书来做出。更应当明白的是，附图不必按照比例来画出，除非另外说明，否则它们的目的仅仅是对在此描述结构和步骤概念性的显示。

附图说明

在所有附图中，相同的数字符号指示相同的单元。

图1公开了安装在根据本发明的雷达液面测量系统中的容器的示意图。

图2显示了根据图1的容器的示意图，其中，容器中的产品液面低于图1中的产品液面。

图3是显示在容器为空时执行的本发明的创造性方法的流程图。

图4是显示在容器充满时执行的本发明的创造性方法的流程图。

具体实施方式

参考图1和图2，通常指示为10的容器充满了液体16，液体的高度或液面用雷达液面测定器14来确定。雷达液面测定器14优选地安装并密封在容器10上部的容器端口上并相对于其密封。雷达液面测定器14包括一个天线18，天线18向液体表面12发射微波，并接收来自液体表面12的反射微波信号，从而提供容器10中液体16的液面的指示。用于发射微波和接收反射微波信号的雷达液面测定器14是熟知的，在此仅示意性表示。

一个界面测定装置20安装成靠近容器10的底部。界面测定装置20用于测定副产品22的液面高度或水平24，该液面高度例如因为液体16的分离或浓缩而升高。雷达测定装置14和界面测定装置20相互连接(没有示出)。当雷达液面测定器收到的反射信号质量不好的时候或当液体表面12的液面测定值达到预定值的时候，例如，当液体的充填液面低的时候，像图2表示的那样，安装雷达测定装置用来指令界面测量装置重新校准并作为液面测量装置而不是作为界面测量装置来工作。在本文中，术语“测量值“是指以米为单位测量的液面的值，即，被测液面的高度。

预先设定值基于经验，并被储存在雷达液面测定器14中。当液体16的充填液面低时，操作者从界面测定装置20而不是从雷达液面测定器14得到有关液面的信息。这种测定装置的改变对操作者来说是不可见的。或者，如果操作者需要，可以同时提供从这两个液面测定器得到的液面信息。

界面测定装置20通过使用空气的介电常数为参考点(其值优选地被储存在界面测量装置20中)，并通过使用有多少界面测量装置20被浸入在液体中(由雷达液面测定器20提供的值)作为范围校准点，从而来校准测量液体表面12的液面而不是在副产品22和液体16的之间的界面24。

在本发明的一个优选实施例中，容器是装有油的油罐。油，特别是原油，通常都会包含一些水，这些水将从原油中分离并聚集在油罐底部。为了能够确定油罐中有多少水，一个水界面测量装置安装在油罐底部。本发明该优选实施例中的水界面测量装置是一个电容探测器。

电容探测器使用这样一种关系，即电容改变和介电常数成正比。例如，一些介电常数的例子是空气-1，油-4，乙醇-25，水-80。电容探测器对于本领域技术人员来说是熟知的，在本申请中不详细讨论。雷达液面测定器14和电容探测器20优选地通过HART协议进行通信。

通常，电容探测器知道产品的介电常数是必要的。当产品是油水混合的情况时这会产生问题，因为不可能从不好的测量数据结果中得知介电常数。但是在本申请中，不需要提前知道介电常数。这是因为这样一种事实，即，电容探测器通过由雷达液面测定器提供的范围校准点(探测器浸入到产品中的长度)来校准，从而可以很容易地计算出液体的介电常数。

在本申请的该优选实施例中，当容器10为空时测量容器10中所贮存液体16的液体表面12的步骤如图3所示，如下：

1.雷达液面测定器14通过向液体平面12发射微波和接收来自液体表面12的反射微波来测定液体表面12的液面(步骤31)。

2.测量值X与储存在雷达液面测定器14中的预定值Y比较(步骤32)。如果测量值X高于预定值Y，则雷达液面测定器14根据步骤31测量液体表面12的高度，直到测量值X等于或小于预定值Y。

3.当测定值X等于或小于预定值Y时，雷达液面测定器14指令电容探测器20校准测量液体表面12而不是水界面24(步骤33)。水界面测量装置20通过使用空气介电常数作为中性点(这个值优选地储存在电容探测器20中)，并通过使用有多少水界面探测器20被浸到液体中(由雷达液面测定器20提供的值)作为范围校准点，从而进行校准。

4.电容探测器20测量液体表面12的液面(步骤34)，即，空气和液体的界面，该测量过程是通过利用探测器20的电容改变与液体16的介电常数成正比的事实来实现的。

在本申请的该优选实施方案中，当容器10被充填时，如图4所示的，测量容器10中液体16的液体表面12的液面的步骤如下：

1.电容探测器20测量液体表面12的液面(步骤41)，即，液体和空气的交界面，该过程是通过应用探测器20的电容改变与液体16的介电常数成正比的事实来实现的。

2.测量值X与储存在雷达液面测定器14中的预定值Y比较(步骤42)。如果测定值X等于或小于预定值Y，则电容探测器20根据步骤41测量液体表面12的液面，直到测量值X高于预定值Y为止。

3.当测量值X高于预定值Y时，雷达液面测定器14指令电容探测器20校准测量水界面24，即水22和液体16的界面，而不是测量液体表面12的液面(步骤43)。电容探测器20通过使用用于水界面24测量的校准点(中性点和范围校准点)(这些点优选地被制造商储存在电容探测器20中)来进行校准。

4.雷达液面测定器14通过向液体表面12发射微波并接收来自液体表面12的反射微波来测量液体表面12的液面(步骤44)。

因此，虽然由优选实施例实施的本发明的新颖性特征被显示和描述和指出，但是应该明白，在不脱离本发明的精神的情况下本领域技术人员可以作出所示的设计的细节和形式以及他们的实施的各种形式的省略，代替和改变。例如，这些要素和/或方法的组合很明显都在本发明范围之内，这些组合实质上执行了同样的功能、使用了同样方法并获得了同样的效果。而且，应当认识到，任何本发明公开的形式和实施例中公开的结构和/或要素和/或方法步骤都可以包含在任何其它公开或描述或建议的形式或实施例中作为一个设计的常规。因此，本发明仅被所附的权利要求限定。

Claims

1.一种测量存储在容器中的产品的表面的液面的方法，包括如下步骤：

用安装在产品表面上方的雷达液面测量器向产品表面发射微波信号；

在所述雷达液面测量装置中接收从产品表面反射的微波信号；

基于接收的信号在计算单元中确定产品液面的测量值；

比较产品液面测量值和产品液面的预定值；

当测量值低于或等于预定的产品液面值时，使用一个靠近容器底部安装的第二液面测量器确定产品液面。

2.如权利要求1的方法，进一步包括当产品液面高于产品液面的预定值时，通过第二液面测量器测量容器中的产品和副产品之间的交界的液面的步骤。

3.如权利要求1的方法，进一步包括使用产品的介电常数和空气介电常数来确定产品液面的步骤。

4.如权利要求1的方法，进一步包含通过用于计算电容探测器周围产品的介电常数的该电容探测器来确定产品液面的步骤。

5.如权利要求4的方法，进一步包含校准电容探测器的步骤，该步骤通过以下完成：

利用空气的介电常数作为中性点；

由雷达液面测量器提供被浸入产品中的探测器长度的值；

通过电容探测器计算介电常数的实际值；和

使用所述计算的介电常数作为相应于所述长度的范围校准点。

6、一种测量存储在容器(10)中产品(16)的表面(12)的液面的雷达液面测量系统，包括：

安装在产品(16)的表面(12)上方的雷达液面测量装置(14)，该雷达液面测量装置(14)被设置成向产品表面(12)发射微波信号，并接收从产品表面(12)反射的微波信号；

根据所接收的信号来确定产品液面的测量值的计算单元；

用于比较产品液面的测量值与产品液面的预定值的装置；

靠近容器(10)底部安装的第二液面测量装置(20)，其被设置成当测量值低于或等于产品液面预定值时确定产品液面。

7、如权利要求6的雷达液面测量系统，其中，当产品液面高于产品液面的预定值时，第二液面测量装置(20)被设置成测量容器(10)中产品(16)和副产品(22)之间的交界(24)的液面。

8、如权利要求6的雷达液面测量系统，其中，使用产品(16)的介电常数和空气的介电常数来确定产品液面。

9、如权利要求7的雷达液面测量系统，其中，第二液面测量装置是电容探测器(20)，其被设置用来确定产品的液面，通过把电容探测器(20)从被设置成测量容器(10)中产品(16)和副产品(22)之间的交界(24)校准成被设置成测量产品液面来进行所述确定，其中，作为空气的介电常数的中性点，以及作为由雷达液面测量装置提供的、对应于探测器(20)浸入产品(16)的长度的值的计算的介电常数的范围校准点，应用于所述校准步骤。