DK169574B1 - System til bestemmelse af den vertikale fordeling af mindst ét medium - Google Patents

Description

i DK 169574 B1

Den foreliggende opfindelse vedrører et system til bestemmelse af den vertikale fordeling af mindst ét medium, der omgiver en måleindretning, og til bestemmelse af et sted for mindst én grænsezoneposition deraf baseret på forskelle i 5 termiske tilstande og egenskaber ved denne position, som

angivet i indledningen til krav 1 og 3. I

Ved opfindelsen kan bestemmes vertikal fordeling af ét eller flere medier, der omgiver måleindretningen, og med hvilken positionerne af til hinanden grænsende lag kan bestemmes på 10 basis af forskellen i arrangementet af ét eller flere termiske sensorelementer eller temperatursensorer, som har en termisk kobling til det medium, der skal måles, idet der tilføres varmeenergi til det medium, som er hosliggende det respektive element eller den respektive sensor, og hvor 15 nævnte position eller positioner registreres som en funktion af størrelsen af den energi, der er absorberet af det medium, der skal måles, i målepunktet, dvs. mediets varmelednings-evne.

I forbindelse med kontinuert overvågning af tanke eller 20 lagerrum er konstant overvågning af positionen og udstrækningen af grænselag samt enhver dannelse af slamzoner nødvendig. Ved en slamzone forstås en blandingszone af de i hovedsagen til hinanden grænsende substanser, men visse udfældningsprodukter kan også være iblandet, såsom voks og 25 andre forurenende stoffer, der har en vægtfylde, som ligger mellem vægtfylden af begge de nærmest liggende hovedmedier, såsom råolie og vand i det foreliggende tilfælde. Grænselagene kan bestå af forskellige former for væske, granulater, luftarter og en kombination af disse. Et særligt formål er i 30 forbindelse med produktion eller lagring på havet eller i forbindelse med store lagringsrum i klipper at tilvejebringe en måleindretning til bestemmelse af positionerne af grænselagene i lagertanke til råolie.

I de nævnte lagringssystemer består grænselagene i hovedsagen 35 af olie/vand, men overgangslag af væske/luftart og væske/- DK 169574 B1 2 bundfald eller andre former for udfældningsprodukter er ikke ualmindelig- Desuden dannes der ofte overgangszoner, specielt ved grænselagspositionerne, som i hovedsagen udgøres af en sammensætning af to eller flere af de komponenter, som skal 5 lagres. De danner såkaldte slamzoner med som følge deraf dannede udfældninger, som kan påvirke måleindretninger eller lignende i uheldig retning.

Derudover giver installationerne i de ovennævnte situationer anledning til store adgangsvanskeligheder og høje omkost-10 ninger i forbindelse med vedligeholdelse, udskiftning, rengøring eller andre former for service.

Der findes forskellige sensorsystemer baseret på termiske effekter.

Den offentliggjorte europæisk patentansøgning nr. 0052215, 15 indleveret af det tyske VDO i 1981 omhandler et princip, ifølge hvilket et mønster af modstandselementer er ætset ud fra et substrat, som er forsynet med en konstant strøm. Spændingsfaldet over modstandselementerne vil være højere eller lavere afhængig af, om elementet er nedsænket i en 20 væske eller ej. Signalbehandlingselektronik forbinder efterfølgende elementerne, spænding registreres og spændingsniveauet bestemmer, om elementet er fuldstændigt eller delvist nedsænket i væske. Hvis et element er delvist nedsænket, opnås det ekstra niveau ved hjælp af interpolation mellem den 25 del af spændingsfaldet, der er i luft, og den procentdel af spændingsfaldet, der stammer fra den del af elementet, der er nedsænket i væske.

Et antal lignende niveaumålesystemer er fremlagt, specielt i forbindelse med brændstofstanke på skibe, hvori mod-30 standselementer i form af metaltråde eller forskellige former for tynd-tykfilmsteknik er i direkte kontakt med det medium, der skal måles, hvilket også fremgår af fransk patent nr.

2533 311 i navnet Pras Jean Claude. En detaljeret beskrivelse er også givet i VDI-Berichte nr. 509, 1984, side 235-242.

DK 169574 Bl 3

Det er fælles for de ovennævnte måleprincipper, at de hovedsagelig skal anvendes til niveaumåling i brændstoftanke, som indeholder rene produkter, og at målingen foretages for at bestemme grænselaget mellem luft og væske. Ifølge den kendte i 5 teknik skal de selvregulerende elementer desuden være i direkte kontakt med det medium, der skal måles, og lange forbindelseslinier til enkelte måleelementer bør undgås, idet sådanne linier nemt bidrager med fejl. Dette betyder, at signalbehandling bør foregå i umiddelbar nærhed af det selv-10 regulerende element.

Blandt andre kendte niveaumålesystemer, som anvender termiske effekter til at detektere niveau og grænselag, bør nævnes forskellige niveaumåleorganer, der måler i separate punkter, og i hvilke varmetransporten fra et varmeelement til et 15 medium, som skal måles, måles ved hjælp af et differensregistrerende temperaturmålesystem, som hovedsagelig er baseret på en termosøjle, der omfatter et stort antal af termoelementer, som er serielt forbundet.

Da de enkelte målepunkter er forbundet efter hinanden til en 20 egnet signalbehandlingsenhed, vil den termiske transport i hvert målepunkt være et udtryk for det omgivende mediums beskaffenhed. Fra den relevante patentlitteratur kan der henvises til NO-PS 133 517, GB-A 2 134 260, US-PS 2 702 476, US-PS 3 280 627 og DE-OS 19 59 041.

25 Med hensyn til anden kendt teknik, som er relevant i forbindelse med en nærmere forståelse af begrebet elementer fremstillet af elektrisk ledende kompositmateriale henvises til DE-C2 26 34 931.

Det er fælles for måleindretninger af den ovennævnte type, at 30 hvert målepunkt er relativt dyrt og kompliceret, specielt hvis man skal opnå en brugbar kontrast mellem signaler fra forskellige målte medier. Omfattende og bekostelig signalkondi t ioner ing vil være påkrævet, specielt når lave signalniveauer skal transmitteres via lange kabler. Derudover DK 169574 B1 4 kræves der god termisk styring af varmekilden og de termiske masser, der er inkorporeret i systemet, samt en stabilisering af temperaturen af det medium, der skal måles.

De indledningsvis nævnte målesystemer kendetegnes ifølge 5 opfindelsen ved de træk, som fremgår af respektiv den kendetegnende del af krav 1 og 3.

Der opnås ifølge opfindelsen stor fleksibilitet med hensyn til opløsning og signaleffekt, ligesom der opnås en væsentlig omkostningsbesparelse, både hvad angår fremstilling og in-10 stallation. Tilført termisk effekt til målepunkterne afhænger af afgivet termisk effekt, som til gengæld afhænger af den termiske tilstand og egenskab af det omgivende medium. En væsentlig fordel består i, at sensorelementsignalet i form af tilført elektrisk effekt og den nødvendige tilførte strøm til 15 opvarmning af elementet kan foregå over de samme forbindelseslinier.

Opfindelsen er baseret på termiske principper, idet varme transporteres til det medium, der skal måles, fra et selvregulerende varmeelement, dvs. tilført effekt er en funktion 20 af den effekt, som absorberes af det medium, der skal måles.

På denne måde kan en varmekilde og en sensor kombineres i én og samme enhed. Det selvregulerende element regulerer den tilførte elektriske effekt som en funktion af elementets temperatur, hvor temperaturen afhænger af varmeafgivelsen til 25 det omgivende medium. Ved hele tiden at registrere tilført effekt opnås der en signaleffekt, som er et udtryk for sammensætningen af det omgivende medium baseret på termiske egenskaber.

Sensoreffekten opnås ved den kendsgerning, at det aktive 30 element i sensoren er fremstillet af en polymer iblandet et ledende kulmateriale, som danner et stort antal parallelle elektriske forbindelser mellem i hovedsagen parallelle kon-nektorer, som er integreret i elementet og danner tilslut- DK 169574 B1 5 ningspunkterne for forbindelseslinierne mellem separate sensorpunkter og signalbehandlingsenheden.

På grund af den kendsgerning, at effekt tilføres forbindelseslinierne, så opvarmes det mellemliggende halv-ledende 5 kernemateriale, og en mikroskopisk ekspansion forekommer, med en efterfølgende forøgelse af modstanden, som herefter vil resultere i en reduktion af tilført effekt.

Omvendt vil en reduktion af temperaturen forårsage sammentrækning af materialet og dermed en reduktion af modstanden, 10 hvilket resulterer i en forøgelse af tilført effekt. På denne måde opnås den selvregulerende effekt, som former sensorsignalet på passende måde.

Der findes på markedet forskellige fabrikanter af varmeelementer baseret på plastmaterialer, som udviser den ovennævnte 15 effekt på grund af iblanding af ledende materialer, kul, metalpartikler eller lignende, og som kan tilpasses til et sensorelement hvad angår form og størrelse. Afslutning af forbindelseslinierne til individuelle sensorelementer, både mekanisk og elektrisk, er af stor vigtighed for at opnå et 20 stabilt element. I den her viste udførelse af et sensorsystem er der af praktiske hensyn anvendt materialet fra et varme-kabel, som har de ovennævnte regulerende egenskaber, og afslutningen mellem dette materiale og forbindelseslinierne fremviser en passende udførelse.

25 Det ovennævnte eksempel på anvendelse af materialet i det selvregulerende element er kun givet for at vise en praktisk udførelse, uden at dette skal opfattes som en begrænsning over for andre materialer med de samme egenskaber, men med en anden udførelse, afslutning etc. Blandt kendte produktnavne 30 har Raychem et omfattende spekter af varmekabelprodukter, som er tilpasset forskellige objekter med hensyn til arbejds-spænding, temperaturområde, effekt per længdeenhed med forskellige typer af mekanisk, elektrisk og kemisk beskyttelse.

DK 169574 B1 6 I en første udførelsesform vil sensorsystemet i en basisudførelse omfatte en serie af separate selvregulerende elementer med en egnet vertikal fordeling. Forbindelseslinierne forbinder hvert individuelt selvregulerende element med et 5 forbindelsesorgan, som gør det muligt for hvert individuelt element at blive forbundet til et kredsløb, i hvilket den tilførte effekt måles med hensyn til størrelse og tid for hvert enkelt element.

I større sensorsystemer, der omfatter et stort antal måle-10 punkter, kan det være fordelagtigt at fordele konnektorer tilhørende separate målepunkter i passende grupper, matrix, eller andre kendte udførelser til at adressere visse elementer eller grupper over et minimum af forbindelseslinier.

Den simpleste udførelse ville være en større eller mindre 15 gruppe af selvregulerende elementer med en fælles forbindelse, medens de andre separat er ført frem til forbindelsesorganerne. I visse tilfælde kan det være hensigtsmæssigt at integrere forbindelsesorganer sammen med eller i nærheden af de selvregulerende elementer således, at de separate 20 elementer kan forbindes til den fælles strømforsyning, som kontrolleres via signallinier, hvorved forbindelseslinien til forbindelse mellem sensor og konnektormodul reduceres.

Bestemmelse af grænselag forekommer ved, at sensorelementer forbindes efter hinanden til en strømkilde i en hensigts-25 mæssig rækkefølge. Tilført effekt registreres, og de termiske egenskaber og dermed positionen af det omgivende medium bestemmes på basis af viden om sensorelementets effektkarakteristik som en funktion af temperaturen.

I en anden udførelsesform består det selvregulerende element 30 af en vertikal fordeling af det aktive sensormateriale med en kabellignende udformning og af to forbindelseslinier for tilslutning af en strømkilde. Den tilførte effekt vil normalt indstille sig på den gennemsnitlige modstandsværdi for hele elementets udstrækning. Sensoren kan således bestå af ét 35 eller flere selvregulerende elementer.

DK 169574 B1 7 I en tredje udførelsesform af opfindelsen er sensorerne ikke dannet af selvregulerende elementer, men dannet af temperatursensorer af kort, punktformet natur. Imidlertid anvendes et selvregulerende element som en temperaturreference og 5 varmeeffektforsyningskilde, idet temperatursensorerne således giver et signal, der er en funktion af varmeeffekt, som absorberes af et medium, der er hosliggende en sådan temperatursensor. Ved således at anvende temperatursensorer, som hensigtsmæssigt er vertikalt fordelt, og som har god termisk 10 forbindelse nærmest til det medium, der skal måles, kan én eller flere overgangszoner eller en passage derigennem blive registreret ved brug af et enkelt selvregulerende element som temperaturreference, varmekilde.

Derudover kan man inden for opfindelsens rammer forestille 15 sig en kombination af korte punktformede sensorer såvel som langstrakte elementer til at opfylde specielle krav for et tankmålesystem.

På grund af en vis termisk overgangsmodstand mellem elementet og mediet vil der opstå en temperaturforskel mellem element 20 og medium. Denne temperaturforskel vil variere vertikalt i det tilfælde, hvor det selvregulerende element er i en overgangszone mellem to eller flere medier, som skal måles, og som har forskellige termiske egenskaber.

En mikroprocessor styrer signalbehandling og kan på basis af 25 måledata tilvejebringe entydig information om det målte medium, der omgiver sensoren, med hensyn til mediets termiske egenskaber, som bestemmer den effekt, der afgives af det selvregulerende element.

Der vil nu blive redegjort for opfindelsen i flere detaljer 30 med henvisning til den vedlagte tegning, der repræsenterer en ikke-begrænsende udførelse af opfindelsen.

Fig. 1 viser et aktivt selvregulerende element til brug i systemet ifølge opfindelsen.

DK 169574 B1 8

Fig. 2 viser et eksempel på forholdet mellem effekt og temperatur .

Fig. 3 viser det aktive selvregulerende element anbragt inden i et beskyttende rør.

5 Fig. 4 viser et langstrakt selvregulerende element som samvirker med temperatursensorer.

Fig. 5-8 viser flere eksempler på anbringelse af ét eller flere aktive selvregulerende elementer.

Fig. 9 er et tværsnit langs snittet IX-IX i Fig. 8.

10 Fig. 10 viser et eksempel med gruppering af forbindelseslinier for separate selvregulerende elementer.

Fig. 11 viser et eksempel med en komplet sensor installeret i en lagertank til olie eller vand.

fig. 12 viser et blokdiagram med forbindelser mellem sen-15 sorer, signalbehandling og display.

I fig. 1 vises et aktivt selvregulerende element 1 med aktivt materiale 4, der danner et stort antal af parallelle strømveje mellem forbindelseslinier 2 og 3. Materialet har en omsluttende kappe 4' af et elektrisk velisolerende materiale. 20 Afgivet effekt per længdeenhed er en funktion af materialets sammensætning og temperatur.

Fig. 2 illustrer et eksempel på en typisk karakteristisk, der viser forholdet mellem tilført effekt (W/ft) og temperatur (grader F) for forskellige blandinger af det aktive materia-25 le, mærket a, b, c og d.

Fig. 3 viser et eksempel på, hvordan et selvregulerende termisk sensorelement 1 er termisk forbundet til det indvendige af en rørvæg 5 ved hjælp af et materiale 6 med god varmeledningsevne til optimalisering af den termiske kontakt 30 mellem det selvregulerende element og rørvæggen. Forbindelsesmaterialet 6 kan være af metal eller et lignende ledende materiale eller, om ønsket, en lim eller pasta med god varmeledningsevne. Det selvregulerende element kan have en vis vertikal udstrækning, som kan udgøre et selvstændigt system.

35 Om ønsket, kan det danne et målepunkt med en vis vertikal DK 169574 B1 9 udstrækning, men vil i et større system, fx med mere end 100 meter, blive betragtet som et målepunkt.

I fig. 4 vises et eksempel på, hvordan et flertal af målepunkter kan etableres langs med den vertikale udstrækning af 5 et selvregulerende element inden for en barriere 10. Elementet la vil opretholde en konstant temperatur inden for dets reguleringsområde på grund af dets selvregulerende funktion. Elementet la tjener således som en fælles varmeeffektkilde for målepunkterne. I fig. 4 er vist tre separate termiske 10 koblingsmidler 11, 12, 13, som hver danner en separat termisk kobling med medier 14, 15, som skal måles. De sidstnævnte har forskellige termiske egenskaber. Medium 15, som kan være vand, kan fx fremvise en højere varmeabsorptionseffekt end medium 14, som fx kan være olie. Temperaturforskellen hen 15 over de respektive koblingsmidler 11, 13, som registreres ved hjælp af temperatursensorer 7, 9, vil derfor være forskellig. Forskellen vil være proportional med forskellen i varmeled-ningsevne og kapacitet af medierne, som måles. Det termiske koblingsmiddel 12 vil overføre termisk energi fra kilden 1 20 til begge medier, 14 og 15. Dette betyder, at den temperaturforskel, der måles af temperatursensor 8, er højere end den temperaturforskel, som måles af temperatursensor 9 for vand ved 15, og lavere end den temperaturforskel, som måles af temperatursensor 7 for olie ved 14. Temperaturmålinger til-25 vejebragt af temperatursensorerne 7, 8 og 9 overføres via respektive signalledninger 7', 8' og 9' til en signalbehandlingsenhed 40 og ses at have forskellige temperaturgradienter på displayet 41 i form af diagrammer 43.

Fig. 5 viser en udførelse hvor det selvregulerende element 1 30 er anbragt i god termisk kontakt med et forbindelsesmateriale 16 på den indvendige side af en rørformet barriere 10. På denne måde opnås der gennem røret en radial termisk kontakt med det medium, der skal måles, samtidig med, at den vertikale udstrækning af målepunktet begrænses. Den centrale del 35 18 af koblingsmateriale 16 er åben for tillade plads til forbindelseslinier fra selvregulerende elementer, som er 10 DK 169574 B1 placeret længere nede (ikke vist i fig. 5). Fig. 5 udgør således en variant af det, der er vist i fig. 4 og i de efterfølgende fig. 8-11.

I fig. 6 vises der en flad udførelse, i hvilken det selv-5 regulerende element 1' er i termisk kontakt med to af barrierens 19 laterale flader 19', 19 7 7 . På denne måde forstærkes den termiske kontakt mellem sensor element 1 og det omgivende medium, der skal måles, via termiske koblingselementer 20, 207 og barrierefladerne 19', 19''. Koblings-10 elementerne 20, 207 kan være af materiale med god varmeled-ningsevne. Hulrum 21 tilvejebringer plads til elektriske forbindelser 22 til de selvregulerende elementer inden for barrieren.

Fig. 7 er i hovedsagen lig med den udførelse, der er vist i 15 fig. 6, bortset fra, at hvert termisk sensorelement 1, 17,177 strækker sig horisontalt i forhold til den vertikale barriere 19. Sensorelementet har en aflang form og en begrænset vertikal udstrækning ved målepunktet; med henblik på at forøge den vertikale opløsning af niveauangivelse, mens elementets 20 varmefølsomhed bevares.

Fig. 8 og 9 viser en bøjelig løsning af en indretning, i hvilken selvregulerende termiske sensorelementer 1, l77,l777,1'777 er anbragt på en bøjelig rør-lignende kerne 23, som også danner en kanal til fremføring af strømførende 25 ledninger 2, 3. En beskyttende barriere 24 består af et bøjeligt materiale, fx polyethylen eller lignende. I forbindelse med større længder kan det være passende at integrere et bøjeligt element 25, fx af stål, Kevlar® eller et andet materiale med trækstyrke for at kunne absorbere træk-30 kræfter og gøre længden af indretningen stabil for at opnå vertikal målenøjagtighed.

I en integreret udførelse, i hvilken de termiske sensorelementer og forsyningslinier i princippet danner et kabel-lignende design, opnås der et ensartet sensorsystem uden DK 169574 B1 11 nogen fare for væskeindtrængning, hvorved udførelsen er specielt velegnet til undervandslagringssystemer, hvor et utilgængeligt afslutningspunkt mellem sensorelement og kabel er placeret i vand med et ret højt tryk.

5 Som det fremgår af fig. 8 og 9 er barrieren 24 langstrakt og rørformet. Hvert af sensorelementerne strækker sig langs en langsgående del af barrieren, idet hvert af elementerne har større længde end bredde.

I fig. 10 vises et eksempel på, hvordan forskellige selv-10 regulerende sensorelementer ln, n= 1, 2, 3 ...6, kan afsluttes i grupper 26, blandt andet for at fordele den tilførte effekt på en passende måde. Forbindelserne 2 og 3 til de separate sensorelementer er temmelig afhængige af den anvendte adresseringsmetode. I den viste udførelse er sensor-15 elementerne forsynet med jævnstrøm, og for at undgå uønskede parallelle forbindelser er der anbragt en blokeringsdiode 27 i forbindelseslinien 2 til hvert enkelt element.

Fig. 11 viser et eksempel på en sensorinstallation i en lagertank 28 til henholdsvis olie 29 og vand 30 med en olie/-20 vand overgangszone 31. Selvregulerende termiske sensorelementer lx .... 16 kan have en passende vertikal fordeling, fx i form af forskellig indbyrdes afstand som vist, og de er omgivet af et stålrør 32, som olie og vand ikke kan trænge ind i. Indretningen har et sensorhoved 33 med afslutning 34 25 af de elektriske forbindelser til sensorelementerne.

I fig. 12 vises et simpelt blokdiagram af forbindelser mellem sensorelement-indretningen og tilhørende enheder. Separate sensorenheder 35, 35', 35'' er forbundet, via flerlederkabler 36, med et konnektormodul 37, som forbinder de individuelle 30 selvregulerende elementer 1 i sensorenhederne 35, 35', 35" efter hinanden eller i grupper til en strømforsyning 38.

Tilført effekt til de individuelle selvregulerende termiske sensorelementer måles og omsættes i en analog til digital omsætter 39. signalerne behandles i en signalprocessorenhed 12 DK 169574 B1 40 og sammenlignes med måleværdier i en kalibreringstabel. Styring af konnektormodulet 37 opnås ved hjælp af signalprocessorenheden 40, som på basis af måleresultaterne kan øve indflydelse på forbindelsen af separate selvregulerende 5 termiske sensorelementer på en passende måde, fx i grupper, som en funktion af niveauposition og retning samt tilført effekt. Et display 41 er et eksempel på en mulighed for at præsentere et overblik over positionerne 42 af de respektive overgangszoner. Temperaturgradienter 43 kan være en inte-10 greret del af displayet 41.

Det selvregulerende termiske sensorelement eller elementer kan virke ligesom temperaturmodstande for at måle den vertikale fordeling af temperaturen af det omgivende medium, der skal måles. Dette er et vigtigt kendetegn, idet væskernes 15 temperaturer til at begynde med kan være forskellige, hvilket stærkt vil forøge måleeffekten. Dette er specielt tilfældet i forbindelse med hovedanvendelsen af det nærværende system, fx lagertanke på en produktionsplatform, i hvilke forskellene i temperatur mellem olie og vand kan nå op på 30 grader eller 20 mere. Ved hjælp af signalprocessorenheden 40 bliver denne information uddraget og kan vises på displayet 41 i form af temperaturgradientkurver 43. Dette skal ikke forveksles med fig. 4, hvor temperaturen opnås ved hjælp af specielle temperatursensorer, som kun reagerer på temperatur, idet tem-25 peratursensorerne ikke er i stand til at tilvejebringe varme, som skal absorberes af et medium, der befinder sig ved en sådan temperatursensor.

Et eksempel på en anvendelse af nævnte system er en produktionsplatform, hvor råolie midlertidigt opbevares i store 30 lagerceller, som indeholder olie og vand med en vertikal distribution.

Sensorenhedens udstrækning omfatter det totale måleareal for de respektive overgangszoner. Den vertikale fordeling af målepunkter kan tilpasses kravet til opløsning. De separate 35 selvregulerende termiske sensorelementer er forbundet til DK 169574 B1 13 strømforsyning 38, enkeltvis eller i grupper, og effekt tilført hvert element måles og omsættes i analog til digital omsætter 39 til digital form for yderligere signalbehandling i signalprocessor 40. Størrelsen af tilført effekt er en 5 funktion af elementets temperatur, som er påvirket af det omgivende mediums termiske egenskaber.

Da der er mindre varmetab fra sensorenhed til olie end fra sensorenhed til vand, vil der afsættes mere elektrisk effekt med hensyn til vand end for olie. Den relative forskel mellem 10 målepunkter for henholdsvis olie og vand er i alt væsentligt givet ved temperaturgradienten for de respektive medier, der skal måles, og til en vis grad ved produktionstolerancer for de anvendte selvregulerende termiske sensorelementer.

Følsomhedskarakteristikkerne for de enkelte selvregulerende 15 termiske sensorelementer som en funktion af temperatur i et kendt medium, der skal måles, fx vand, kan inkorporeres som en kalibreringsværdi for den komplette sensorenhed til dannelse af en referencetabel.

Med nævnte referencetabel inkluderet i signalbehandlingen er 20 det muligt at skelne mellem forskellige medier og de vertikale temperaturgradienter langs sensorenhedens overflade. Ved hjælp af en lidt mere sofistikeret signalbehandling kan bevægelser af forskellige overgangszoner i lagercellerne overvåges således, at kun op til hinanden grænsende selvregu-25 lerende termiske sensorelementer aktiveres til et hvilket som helst givet tidspunkt, samtidig med at størrelsen og karakteren af signalniveauer relativt til referenceværdier og positionen af grænselaget vil være et udtryk for målepunktets tilstand med hensyn til belægningsdannelse, fx dannelse af 30 voks. Det vil også være muligt at skelne mellem øvre og nedre grænse af en grænselagszone, specielt når den passerer flere målepunkter, fx når tanken fyldes eller tømmes.

I det tilfælde hvor en belægning, fx en voksdannelse, registreres omkring sensorpunktet, tilføres der mere effekt i et DK 169574 B1 14 stykke tid og/eller i størrelse, hvilket vil forårsage en højere overfladetemperatur og forhindre dannelse af voks.

Dette kan styres manuelt eller udgøre en del af signalbehandlingsrutinen. Specielt i forbindelse med lagerceller 5 vil sensorenhederne blive udsat for voksudfældning. Det vil derfor være nødvendigt at være i stand til at styre tilført effekt ved hjælp af sensorelementerne for at forhindre en sådan udfældning. Det selvregulerende element har derfor tre funktioner: 1) at registrere overgangszoner baseret på ter-10 miske egenskaber af medierne, 2) at registrere mediernes temperatur(gradienter) og 3) at forhindre og/eller fjerne voksudfældninger.

Sammensætningen, konsistensen og temperaturen af mediet, der skal måles, bestemmer i hovedsagen størrelsen og varigheden 15 af tilført effekt. Herudover er der kravet til svartid.

Der er to alternative måder til styring af sensorenhederne: a. Anvendelse af henholdsvis den dynamiske og den statiske del af karakteristikken for den tilførte effekt, hvor den dynamiske del repræsenterer den aftagende faldkarak- 20 teristik som en funktion af tid efter tilslutningen af sensorelementet, medens den statiske del repræsenteres af det stabile effektniveau, som sensorelementet vælger efter et vist tidsrum. I dette tilfælde vil sensorerne eller grupper af disse konstant blive aktiveret (opvar-25 met), samtidig med at tilført effekt til individuelle elementer registreres efter hinanden. Denne metode sørger for den hurtigste opdateringstid (svartid) og den højeste følsomhed over for ændringer af mediets termiske egenskaber. Det vil imidlertid være nødvendigt med tilsvaren-30 de høje mængder af tilført energi på grund af det store antal af sensorelementer forbundet på samme tidspunkt.

b. Alternativt er de selvregulerende sensorelementer forbundet separat, og den dynamiske opførsel af hvert element fra tilslutningsøjeblikket indtil et givet tidspunkt

Claims (21)

1. System til bestemmelse af den vertikale fordeling af 30 mindst ét medium (14;15;29;30), der omgiver en måleindretning, og til bestemmelse af et sted for mindst én grænsezoneposition (31) deraf baseret på forskelle i termiske tilstande DK 169574 B1 16 og egenskaber ved denne position, omfattende mindst ét termisk sensorelement (1;1,1' ,ln,l"'/^,12,13,14,15,16) / som har organer (6/16/20,20') til termisk kobling til et respektivt medium, som skal måles, og har en positiv temperaturkoeffi-5 cient med hensyn til elektrisk modstand, organer (2,3/36,37,39) til elektrisk at koble sensorelementet til en indgangsterminal på en signalprocessorenhed (40) , hvor sensorelementet giver et signal til signalprocessorenheden relateret til varmeeffekt, som absorberes af det respektive 10 medium, kendetegnet ved, organer (37,38), der er tilkoblet signalprocessorenheden (40), til levering af elektrisk effekt til elementet, idet sensorelementet er selvregulerende, er fremstillet af et 15 elektrisk ledende kompositmateriale bestående af et plastmateriale blandet med et elektrisk ledende materiale, og har en elektrisk isolerende kappe (4') og er elektrisk isoleret fra og befinder sig inden for en fælles barriere (5/19/24/32), der danner et fysisk værn for elementet imod 20 direkte kontakt med hvert af de respektive medier, idet barrieren er omgivet af hvert medium, og organer (37,39,41), der er koblet til signalprocessorenheden (40), til registrering af grænsezoneposition som en funktion af varmeeffekt, der absorberes af hvert respektivt 25 medium ved et respektivt elements målepunkt på grund af varmeledningsevne hos det medium, for varmeeffekt forårsaget af elektrisk effekt leveret til elementet fra leveringsorganerne , idet signalprocessorenheden (40) er i stand til at be-30 handle et signal leveret fra et sensorelement (1/1,17,1", 1"' /lx, 12,13,14,15,lg) som ét af følgende signaler: - dynamisk del af et varmeeffekt-absorptionsrelateret signal, der leveres af sensorelementet, og - dynamisk del og statisk del af det varmeeffekt-absorptions-35 relaterede signal, der leveres af sensorelementet. DK 169574 B1 17

2. System ifølge krav 1, kendetegnet ved, at to eller flere termiske sensorelementer (1; 1,1', 1", 1"'; 1-l , 12,13,14,15, lg) er anbragt vertikalt over hinanden, og at de elektriske koblingsorganer 5 (37,39) individuelt og selektivt kobler hvert af elementerne til signalprocessorenheden (40).

3. System til bestemmelse af den vertikale fordeling af mindst ét medium (14;15), der omgiver en måleindretning, og til bestemmelse af et sted for mindst én grænsezoneposition 10 deraf baseret på forskelle i termiske tilstande og egenskaber ved denne position, omfattende en opstilling af to eller flere temperatursensorer (7,8,9), der er anbragt vertikalt over hinanden, og som har organer (11,12,13)til termisk kobling til et respektivt medium, som skal måles, en signal-15 processorenhed (4), som har en respektiv indgangsterminal for hver sensor (7,8,9), og organer (37,39)til elektrisk at koble hver af temperatursensorerne til de respektive indgangstermi-naler på signalprocessorenheden, og hvor temperatursensorerne hver giver et signal til signalprocessorenheden (40) rela-20 teret til varmeeffekt, der absorberes af det respektive medium ved en respektiv temperatursensor, kendetegnet ved, organer (la) til levering af varmeeffekt til hver af sensorerne, idet leveringsorganerne er selvregulerende, har 25 en positiv temperaturkoefficient med hensyn til elektrisk modstand, er fremstillet af et elektrisk ledende komposit-materiale bestående at et plastmateriale blandet med et elektrisk ledende materiale, har en elektrisk isolerende kappe (4) og sammen med sensorerne er elektrisk isoleret fra 30 og befinder sig inden for en fælles barriere (10), der danner et fysisk værn for leveringsorganerne (la) og sensorerne (7,8,9) imod direkte kontakt med hvert af de respektive medier, idet barrieren (10) er omgivet af hvert medium (14,15), og 35 organer (37,39,41), der er koblet til signalprocessoren heden (40), til registrering af grænsezoneposition som en funktion af varmeeffekt, der leveres til hver af de termiske DK 169574 B1 18 koblingsorganer (7,8,9) fra leveringsorganerne (la), og som absorberes af hvert respektivt medium (14, 15) ved en respektiv sensors (7,8,9) målepunkt på grund af mediets varmeled-ningsevne, 5 idet de elektriske koblingsorganer (7',8',9',37,39) individuelt og selektivt kobler hver af temperatursensoreme (7,8,9) til signalprocessorenheden (40), og idet signalprocessorenheden (40) er i stand til at behandle et signal leveret fra en temperatursensor som ét af 10 følgende signaler: - dynamisk del af et varmeeffekt-absorptionsrelateret signal, der leveres af den respektive temperatursensor, og - dynamisk del og statisk del af det varmeeffekt-absorptions-relaterede signal, der leveres af den respektive temperatur- 15 sensor.

4. System ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at barrieren (5;10;19;24;32) er fremstillet af mindst ét materiale valgt fra gruppen bestående af syrebestandigt stål, polytetrafluorethylen, nylon og 20 polyethylen.

5. System ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at sensorelementet (1) eller -elementerne (1;1,1', 1", 1"' ,-1-^ 12,13,l4,l5,16), består af en respektiv diskret længde af selvregulerende varmekabel, der 25 kan forbindes (2,3) med en elektrisk kraftkilde (38) ved hjælp af de elektriske effektleverende organer (37,38).

6. System ifølge krav 3, kendetegnet ved, at organerne (la) til levering af elektrisk effekt består af en respektiv diskret længde af 30 selvregulerende varmekabel, der kan forbindes med en elektrisk kraftkilde (38).

7. System ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at sensorelementet ved modtagelse af elektrisk effekt og derved tilvejebringelse af varmeeffekt. DK 169574 B1 19 forhindrer dannelse af en voksbelægning fra et respektivt medium på den til elementet hosliggende barriere ved detektering af mediets termiske forhold og egenskaber.

8. System ifølge krav 3, 5 kendetegnet ved, at de termiske koblingsorganer (11,12,13) ved modtagelse af varmeeffekt forhindrer dannelse af en voksbelægning fra et respektivt medium på den til den respektive temperatursensor hosliggende barriere ved detektering af mediets termiske forhold og egenskaber.

9. System ifølge krav 3, kendetegnet ved, at barrieren (10) har en indervæg, og at en flerhed af temperatursensorerne (7,8,9) er anbragt på denne indervæg, idet temperatursensorerne anvendes til måling og registrering af en relativ fordelingsgradient af 15 termisk transport langs barrieren.

10. System ifølge krav 3, kendetegnet ved, at organerne (la) til levering af varmeeffekt er relaterede til mindst tre af temperatursensorerne (7,8,9) via de respektive termiske koblingsmidler 20 (11,12,13), der danner respektive termiske forbindelser til barrierens indervæg.

11. System ifølge krav 1 eller 3, kendetegnet ved, at organerne (37,39) til registrering af position for grænse- eller overgangszone mellem 25 to medier omfatter organer til interpolering mellem vertikalt graduerede medier under registrering ved hvert af et flertal af vertikalt fordelte målepunkter, når et medium fyldes i eller tømmes fra en lagerbeholder.

12. System ifølge krav 2, 30 kendetegnet ved, at organerne (37,39,41) til registrering af position for grænse- eller overgangszone mellem to medier registrerer, når et medium fyldes i eller tømmes fra en lagerbeholder. DK 169574 B1 20

13. System ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at barrieren (5;10;19;24;32) er langstrakt og rørformet, at der er tilvejebragt fastgørelsesorganer til fastgørelse af sensorelementet eller temperatur-5 sensoren og tilhørende termiske koblingsorganer (6;11,12,13;20,20') til barrieren, og at barrieren desuden omslutter de elektriske forbindelsesorganer (2,3/2',3',7',8',9').

14. System ifølge krav 13, 10 kendetegnet ved, at sensorelementet via fastgørelsesorganerne har fysisk kontakt med barrierens to modstående plane flader (19',19").

15. System ifølge krav 13, kendetegnet ved, at sensorelementet strækker sig 15 langs en langsgående del af barrieren, idet elementet har større længde end bredde.

16. System ifølge krav 13, kendetegnet ved, at mindst to sensorelementer (1/1,1',l",l"';11,12,13,14,15,16) er anbragt i en opstilling, 20 hvor de strækker sig efter hinanden i barrierens længderetning, idet hvert element regnet i barrierens længderetning har mindre længde end bredde.

17. System ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at signalprocessorenheden (40) 25 under brug detekterer varmeeffekt, som absorberes af det respektive til sensorelementet (1/1,1' ,l",l"'/1^12,13,14,15,15) hosliggende medium som en funktion af elektrisk effekt tilført til sensorelementet.

18. System ifølge krav 3, 30 kendetegnet ved, at signalprocessorenheden (40) under brug detekterer varmeeffekt, som absorberes af det respektive til temperatursensoren (7,8,9) hosliggende medium DK 169574 B1 21 (14,15) som en funktion af temperatur, der føles af hver respektiv temperatursensor.

19. System ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at signalprocessorenheden (40) har 5 organer til at behandle dynamisk del og statisk del af et respektivt signal, der tilvejebringes af et sensorelement (1;1,1', 1", 1"' ,-1-l, 12,13,14,15, l6) , hvor den dynamiske del repræsenterer et karakteristisk fald i elektrisk effekt, der tilføres elementet, som en funktion af tiden efter virksom 10 kobling af elementet til signalprocessorenheden (40) , og hvor hver statisk del repræsenterer et stabilt effektniveau, der indtages af det respektive element efter en stabiliserings-periode.

20. System ifølge krav 3, 15 kendetegnet ved, at signalprocessorenheden (40) har organer til at behandle dynamisk del og statisk del af et respektivt temperatursignal, der tilvejebringes af hver af temperatursensorerne (7,8,9), hvor den dynamiske del repræsenterer et karakteristisk fald i temperatur, der bevirkes af 20 varmeeffekt absorberet af det respektive medium ved den respektive sensors position som en funktion af tiden efter virksom kobling af den respektive sensor til signalprocessorenheden, og hvor den statiske del repræsenterer et stabilt varmeeffekt-absorptionsniveau, der indtages ved den respek-25 tive sensor efter en stabiliseringsperiode.

21. System ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at registreringsorganerne (40,41) har organer til registrering af sensorelementets eller temperatursensorens dynamiske opførsel fra det øjeblik, hvor 30 elementet eller sensoren tilkobles, indtil et givet tidspunkt for ud fra dette at udlede en sammensat funktion af værdier knyttet til de termiske egenskaber for både mediet og sen-sorelementet/temperatursensoren, samt organer til at korrigere de målte værdier af termiske egenskaber hos det re-35 spektive element eller sensor ifølge en kalibreringstabel for DK 169574 B1 22 således at bestemme de termiske egenskaber hos det respektive medium.