[发明专利]雷达水平计系统及用于该系统的传输线探针

说明书

技术领域

本发明涉及测量包含在容器内的内容的填充水平的雷达水平计系统。本发明还涉及这种系统内所用的传输线探针。

背景技术

过程控制和运输行业用过程参数计监视与化学制剂、石油、药剂、食物等行业内诸如固体、液体和气体之类的物质关联的过程参数。过程参数包括压力、温度、流量、水平、化学成分和其他特性。为测量包含在容器内的物质的水平，通常使用雷达水平计系统。这些系统通常使用发射微波能量的发射机、接收所述所发射的微波能量的反射部分的接收机和根据雷达回波估计距离的控制器。在很多情况下，使用朝向表面的窄波束天线(“不接触式雷达”)，但是根据容器的结构和设计以及根据存储在容器内的物质，可以使用传输线探针。传输线雷达称为“接触式雷达”或“导波雷达”(GWR)，是一种避免来自表面的雷达回波可能被来自容器内各种障碍物的回波干扰的问题的方式。

使用传输线探针在测量两种物质(诸如空气与油)之间的界面水平时特别合适。

为此，可以使用双线传输线探针、稍微穿孔的同轴线或单线表面波导。实际的限制确定了在什么情况下使用不同类型的传输线，例如同轴线只能用于非常清洁的液体，因为无法控制沉淀物在管内的累积。在(通常是垂直的)传输线通过液面或两种液体之间的界面时，由于传输线周围的物质的介质常数，传输线的特性改变。沿传输线传播的雷达波将部分在界面处反射，与传输线连接的雷达水平计可用该反射来估计水平。

US6085589揭示了一种测量容器内的物质的水平的系统，这种系统包括适合设置成与容器内的物质接触的传输线探针。一些电子组件与传输线探针耦合，用来沿探针发射微波辐射和检测由于容器内空气/物质界面处的电抗突变而反射的辐射。容器内空气/物质界面的水平用时域反射测量技术(TDR)确定。按照这个所揭示的系统的一个实施例，传输线探针包括一些平行探针线，这些平行探针线由介质隔片相互隔开。这使这些探针线可以适当分开和平行对准。

然而，这种系统和现有技术中使用平行探针线的其他类似系统有着会提供不够精确的测量的问题，例如在测量三种物质(例如空气/油/水)之间的两个界面水平时。已知有些容器气氛，例如受压的铵，会使雷达信号在向下传递到表面期间衰减。在这种情况下的一个典型问题例如是上部的液体引入衰减，使得在雷达必须通过一厚层上部液体时界面回波太弱。此外，使用传输线探针的现有技术系统会有受到包含在容器内的内容侵蚀的问题。

因此，本发明的目的是提供一种解决至少一些上述问题的改进的传输线探针。

发明内容

这个目的是用如在所附权利要求书中所给出的用于测量包含在容器内的内容的填充水平的雷达水平计系统和传输线探针来实现的。所附的从属权项给出了按照本发明的一些优选实施例。

按照本发明的第一方面，所提供的是一种测量包含在容器内的内容的填充水平的雷达水平计系统，所述雷达水平计系统包括：配置成发射微波能量的发射机；设置在所述容器外的配置成接收反射微波能量的接收机；以及包括至少一个探针线的配置成引导向所述内容发射的微波能量和从所述内容反射的微波能量的传输线探针，所述传输线探针至少部分设置在所述容器内，其中所述传输线探针还包括至少封装所述至少一个探针线的相当大的部分的介质封装结构，所述介质封装结构具有使待测量的所述内容所引起的衰减微波能量的影响减小的厚度。采用以上系统的优点是在测量包含在容器内的内容的填充水平时，由于介质封装结构减小了内容所引入的衰减精度被提高。本发明通过所述介质材料减小衰减，这也适用于具有大的衰减的气氛的情况。因此，甚至在传输线探针穿过介质环境的情况下和待测量的水平低于介质材料层时也可以得到精确的测量结果。所谓“至少封装所述至少一个探针线的相当大的部分”应理解为指的是封装了探针有效部分区域的显著部分。优选的是，基本上完全封装传输线探针的插入容器内的部分，或者至少是传输线探针的与包含在容器内的内容接触的部分。优选的是，传输线探针的有效部分在轴向也基本上或完全封装。此外，介质封装结构还为这至少一个探针线提供了保护性屏蔽，从而保护这至少一个传输线免受容器内的内容的侵蚀之类。在一个实施例中，传输线探针包括平行的探针线，这些平行探针线的至少相当大的部分被所述介质封装结构封装。然而，可以有各种替换方式，诸如在例如第一探针线是由如上所述的一个封装探针线构成的情况下，第二探针线可以由例如容器壁或角挡板构成。