[发明专利]用于确定容器中的介质的密度的系统和方法

说明书

公开了一种用于确定容器中的非导电介质的密度的系统和方法，其中，介质的介电常数与密度之间的关系是已知的。该系统包括收发器和波导，波导朝向介质延伸并且延伸进入介质中。该系统还包括沿着波导设置的第一微波谐振器。第一微波谐振器具有谐振频率，并且被布置成反射沿着波导引导的信号的在频域内的一部分，该谐振频率根据已知关系而取决于谐振器周围的介质的介电常数。该系统还包括处理电路，该处理电路连接到收发器，并且被配置成基于接收反射信号而确定谐振频率并基于谐振频率而确定第一微波谐振器的位置处的介质的密度。

技术领域

本发明涉及一种用于使用电磁波来确定容器（tank）中的介质的密度的系统和方法。

背景技术

雷达物位计广泛用于测量容器中所包含的产品的过程变量，诸如填充物位（filling level）、温度、压力等。雷达物位测量一般借助于非接触测量来执行，由此电磁信号朝向容器中所包含的产品辐射，或者借助于通常称为导波雷达（GWR）的接触测量来执行，由此电磁信号由用作波导的探针引导朝向产品。该探针一般从容器的顶部到底部垂直布置。电磁信号随后在产品的表面处被反射，并且所反射的信号由雷达物位计系统中包括的接收器或收发器来接收。基于所发送的信号和所反射的信号，可以确定距产品的表面的距离。

在许多应用中，还期望能够测量容器中的产品的密度以便进一步改进密闭输送（custody transfer）期间的准确度。由于在密闭输送期间所输送的量大，小测量误差将引起大的经济成本。另一期望是调查密度的可能垂直分层。在用于液化气（LNG、LPG等）的容器中，这样的分层可能产生不稳定的状况。需要在不同高度的大量密度测量来提供该信息。

WO2006084263公开了一种用于感测、监测和评估用在流体系统中的流体的特性的系统。具体地，机械谐振器布置在流体系统内的多个位置处。可以根据外部信号来主动地激励机械谐振器，并且来自谐振器的响应可以用于确定例如其中设置了谐振器的产品的密度。机械谐振器被规定为在kHz至MHz的范围内进行谐振，并且被配置为以谐振频率振动以确定流体系统中的特性的音叉。

然而，机械谐振器对污染非常敏感，即，如果污染物附着于音叉型谐振器，则谐振器的谐振频率可能由于谐振器的附加质量而改变，这进而会导致流体的特性的错误确定。因此，期望提供一种用于确定保持在容器中的产品的特性的改进系统。

发明内容

鉴于上述，本发明的一般目的是提供一种用于确定容器中的产品的密度的改进系统和方法。另一目的是还利用该改进系统测量填充物位，从而提供一种用于测量至少两个过程变量的系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定容器中的非导电介质的密度的系统，其中，介质的介电常数与密度之间的关系是已知的。该系统包括：收发器，被配置成生成、发送和接收包括预定频率范围内的频率的微波电磁信号；以及波导，连接到收发器并朝向介质延伸且延伸到该介质中，并且被布置成朝向容器内的介质引导发送电磁信号且将该发送电磁信号引导到容器内的介质中，以及返回由发送电磁信号的反射得到的电磁信号。该系统还包括第一微波谐振器，该第一微波谐振器具有谐振频率并且被配置成反射与围绕谐振频率的第一带宽对应的频率，第一带宽比频率范围小并且在该频率范围内，并且该谐振频率根据已知关系而取决于谐振器周围的介质的介电常数。第一微波谐振器布置在沿着波导的位置处，并且被配置成当沿着波导引导电磁信号时反射与第一带宽对应的电磁信号的在频域内的部分。存在处理电路，该处理电路连接到收发器并且被配置成基于已由第一微波谐振器反射的接收信号的反射部分而确定谐振频率，该处理电路还被配置成基于谐振频率而确定第一微波谐振器的位置处的介质的密度。

“收发器”可以是能够生成、发送和接收微波电磁信号的一个功能单元，或者可以是包括分开的发送器单元和接收器单元的系统。收发器能够生成并发送可在谐振器的谐振频率是预期的预定频率范围内步进或扫过的微波电磁信号。