[发明专利]使用低功率雷达层级发射机测量过程产品介电常数

说明书

发明背景

过程控制工业使用过程变量发射机远程监控与物质有关的过程变量，例如固体、泥浆、液体、蒸汽、化学气体、纸浆、石油、药品、食物和处理食品的植物。过程变量包括压力、温度、流量、液面、混浊度、密度、浓度、化学合成及其它特性。过程变量发射机把在过程控制环路上有关检测到的过程变量的输出提供到控制室，以便监视和控制过程。

过程控制环路可为双线、4-20mA过程控制环路。根据这种过程控制环路，能量电平非常低，甚至在故障情况下，环路一般将不包括足够的电能量去产生火花。在易燃环境中，这是一个特殊的优点。过程变量发射机有时可以按这样低的能量电平工作，以至它们可以从4-20mA环路接收所有电能。按照过程工业标准协议如HART^数字协议，控制环路也可以具有叠加在双线环路上的数字信号。

低功率时域反射计雷达(LPTDRR)已被用于测量存储灌中的过程产品的层级(液体或固体)。在时域反射计中，从一个源发射电磁能量，该能量不连续地反射。接收的脉冲传输时间根据它所传输的介质。已知一种类型的LPTDRR是微功率冲击雷达，它由劳伦斯．雷莫国家实验室研制。因为LPTDRR层级发射机基本上确定了作为微波信号传输到产品的界面或表面并返回的传输时间的函数的层级，还因为传输时间取决于微波传输通过的材料的介电常数，所以事先必须知道介电常数。当存储罐包括相互之间层叠的多种产品时，更必须知道材料的介电常数，因此，在具有不同介电常数的产品之间产生了多个界面。以前的LPTDRR层级发射机要求发射机的操作员输入产品的介电常数，以便确定多个界面的层级。在罐中确定一个或多个产品的介电常数的方法将是对现有技术的重大改进。

发明简述

(本发明)公开了一种方法和一种层级发射机，其计算罐中产品的介电常数。控制低功率时域反射计雷达(LPTDRR)的电路，以计算沿终端进入罐中产品的微波传输能量和微波反射能量之间的时间延迟。在某些实施例中，产品的介电常数是作为时间延迟的函数计算的。在其它实施例中，通过控制LPTDRR电路计算发射和接收脉冲的振幅来计算介电常数。产品的介电常数是作为发射和接收脉冲振幅的函数计算的。

附图简述

图1表示本发明实施例环境的过程控制系统图。

图2是本发明实施例的雷达层级发射机方框图。

图3是本发明另一实施例的雷达层级发射机方框图。

图4和图5是低功率时域反射计雷达(LPTDRR)等效时间波形可控制阈值的曲线图。

图6是本发明实施例可控制的接收阈值电路的示意图。

图7、9和12是实施图2微波发射机方法的流程图。

图8、10和11是LPTDRR等效时间波形的曲线图。

优选实施例的详细描述

图1是层级发设机100工作在安装到存储罐12、13、17、24的环境中，其至少包括一种产品。如图所示，罐12包括放置在第二产品15上的第一产品14。发射机100包括外壳16和终端110。发射机100连接到过程控制环路20，并把有关介电常数和／或过程产品的高度信息通过环路20发射到控制室30(控制室被模拟为电压源和阻抗)或其它连接到过程控制环路20的装置。环路20是发射机100的功率源，可以使用任何过程工业标准通信协议，例如，4-20mA、Foundation^TM Fieldbus、HART^。作为低功率雷达发射机，发射机100可以通过接收4-20mA过程控制环路的能量完全被供电。

图1显示了多种应用，在这些应用中，雷达介电常数测量是很有用的。例如，罐12中的过程产品14和15是液体，而罐13中的过程产品18(具有给定的静止角度)和19是固体。罐17中的过程产品21和22是液体，该液体的层级被传送到管23，并进入终端110延伸的产品。此外，罐24包括产品25和26，并具有安装在罐24顶部的辐射型终端。尽管图1显示了罐12、13、17和24，本发明的实施例可以工作在没有罐的环境，例如湖泊或蓄水槽。