[发明专利]用于物位测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于物位测量的方法。

背景技术

当前在大量工业应用中进行物位测量。在典型的物位测量中，单一的填充物质位于容器中，该填充物质的物位被利用物位测量仪表而得到检测。

除此之外，在大量应用中，在容器中并不是仅有一种填充物质，而是有两种不同的填充物质。当容器中存在具有不同比重的两种不同填充物质时，具有较小比重的填充物质在平衡条件下处于具有较大比重的填充物质之上。形成了两个完全分离的层。两种填充物质之间的边界被称作分界层。

例如在石化工业中出现分界层，它们例如是由水和碳氢化合物(例如，油)形成的。另一个例子是食品工业，其中例如在油脂分离器中形成分界层。

如果在容器中存在两种不同的填充物质，那么进行所谓的分界层测量。

分界层测量代表一种特殊形式的物位测量，并且用于确定分界层在容器中的位置和/或容器中两种填充物质的物位。术语“物位”是指一种特定填充物质的层在容器中所处的高度。在工业测量技术的许多领域中使用分界层测量，以确定位于容器中的各填充物质的量，特别是体积和/或重量。

分界层测量是利用根据渡越时间原理工作的物位测量仪表进行的，该测量仪表例如是本申请人的以Levelflex和Mikropilot为商标的产品。

这里，电磁信号被送入容器。这例如是这样进行的：电磁信号被利用天线以自由辐射的形式辐射入容器；或者波导被插入容器，电磁信号在波导上被以导向电磁波的形式发送入容器。这些电磁信号的一部分在上方的填充物质的填充物质上表面上反射。信号的另一部分透过上方的填充物质并且在两种填充物质之间的界面上反射。测量仪表接收由这些反射形成的回波信号，并且由此确定在发送信号以及接收回波之间所经过的渡越时间，所述回波是由在上方填充物质的填充物质上表面上的反射所引起的，此外该测量仪表还确定另一个在发送信号以及接收通过在分界层或或下方填充物质的填充物质上表面上的反射所引起的回波信号之间所经过的渡越时间。

这两个渡越时间的确定基于已知的渡越时间测量方法。在导向电磁信号的情况中，例如使用时域反射计。这里，例如根据导向微波的方法，高频脉冲被沿着Sommerfeld波导、Goubau波导或同轴波导传输。如果这个电磁信号达到容器中的填充物质上表面，那么至少一部分信号由于在这个介质边界存在的阻抗跳变而被反射回来。接收的随时间变化的信号幅度代表回波信号。这个回波信号的每一个值都对应于在与发送及接收元件一定距离处反射的回波的幅度。回波信号具有显著的峰值，其对应于电磁信号在一个物位上表面上反射的部分。从发射电磁信号和接收到峰值之间的时间差，确定期望的渡越时间以及由此还确定容器中的各填充物质上表面的位置。

与以自由辐射的形式辐射进入容器的电磁信号相结合使用的如今通常是调频连续波方法(FMCW方法)和脉冲雷达方法。这两种方法都在物位测量技术中已知并且因而这里不详细解释。

基于测量系统的结构大小，特别是物位测量仪表相对于容器的安装高度，并且基于电磁信号在位于上方填充物质之上的介质(例如，空气)中以及在上部填充物质中的传播速度，从这两个渡越时间可以计算容器中的两种填充物质的物位以及容器中整体存在的物位。

测量系统的结构大小以及电磁信号在位于上方填充物质之上的介质中的传播速度通常是已知的。电磁信号在上方填充物质中的传播速度可以例如基于这种填充物质的介电常数而计算得到或者通过实验确定。如果上方填充物质的介电常数不是已知的，并且例如由于管理原因而不能通过实验确定传播速度，那么不能以上述方式进行分界层测量。

当在上方填充物质的上表面上和在两种填充物质之间的介质边界被明确限定时，根据渡越时间原理工作的物位测量仪表进行的分界层测量提供非常好的结果。特别是当容器中的填充物质静止时。然而，在大量应用情况中，例如由于填充物质的供应或排出而使得填充物质总不能停留足够长的时间以达到平衡条件，在平衡条件中，两种填充物质完全彼此分离地位于两个层中且表面相对于彼此明显限定。容器中会形成泡沫或乳液。而在明显限定的介质边界，存在阻抗跳变，其使得信号在这种介质边界部分反射；而泡沫和/或乳液的形成通常导致没有由介质边界标明的位置较窄的阻抗跳变，而是存在连续的过渡。在最坏的情况中，这会导致在存在泡沫和/或乳液的情况中回波信号仅仅具有一个或者不具有渡越时间可被测量的明显峰值。如果仅有一个峰值，那么将不再能够基于回波信号识别它是否涉及信号在上方或下方填充物质的填充物质上表面上的反射。在这种情况中，不再可能进行分界层测量。