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专利名称：具有改进的雷达窗的雷达料位计的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用电磁波的雷达料位计系统，用于对在容器中的产品的表面的料位进行测量。
背景技术：
雷达料位计(RLG)被适当地用于对产品(诸如在罐内包含的处理流体、粒状复合物和其它材料)的料位进行非接触式测量。这样的雷达料位计的示例可以包括收发器，用于发送和接收微波；天线，其被布置来将微波引导向表面，并且向收发器返回由该表面反射的微波；以及处理电路，其适于基于由收发器发送和接收的微波之间的关系来确定所述料位。在一些应用中，天线被安装到罐内，并且被暴露于罐含物和环境。然而，在一些情况下，期望将RLG和其天线与罐含物隔离。例如，可能有益的是，提供朝向罐内部的平滑表面，从而避免在诸如天线的复杂结构中存在的隐藏隔间的污染。然而，对于这样的设计的挑战是它要求通常在50-400mm的范围内的、与天线横截面对应的、在罐中的开口。如果该开口必须承受高压，特别是如果温度高得足以使得覆盖天线开口的至少一部分的隔离材料失去其部分强度，则该开口的大小可以是机械问题。已知用于解决这些问题的几种解决方案。根据这些解决方案之一，在天线之下布置了雷达罩(也成为窗口密封条或雷达窗)。在授予Smith等的US 6，325，391中给出了这样的雷达罩的示例，其中，在罐的法兰和有支架的管之间的界面处布置了窗口密封条。雷达计被安装到有支架的管，使得天线向管内延伸，其开口刚好在窗口密封条上方。该窗口密封条形成为由PTFE构成的倒锥形，并且厚得足以承受罐的压力。然而，在一些应用中，特别是当温度高时，罐中的压力超过在US 6，325，391中公开的PTFE窗口密封条可以承受的压力。因此需要一种能够承受甚至更高的压力的改进的解决方案。

发明内容
本发明的目的是提供一种雷达窗，其可以承受比传统解决方案高的压力。使用一种雷达料位计来实现这个和其他目的，所述雷达料位计包括收发器，用于在工作频率下发送和接收微波；处理电路，其连接到所述收发器，并且适于基于由所述收发器发送和接收的微波之间的关系来确定填充料位；天线，其连接到所述收发器，并且被布置来通过罐的开口来发射和接收微波；微波透射密封构件，其适于覆盖所述开口并且密封所述罐，所述密封构件包括提供结构强度的金属网格层，所述金属网格层具有被形成来允许微波的透射的密封开口。根据本发明，所述罐开口因此被所述金属网格划分为多个较小的开口，从而改善了所述密封构件的机械强度。同时，所述密封构件被设计来例如通过所述开口的适当的电介质填充或电介质盖来保持其压力密封特性。
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所述金属网格被形成使得最小化其对于雷达透射和天线方向图的影响。即使开口的总的横截面是密封构件的总的横截面的小部分(诸如10% )，开口的设计也可以例如在用于雷达料位测量的通常的频带上提供几乎完全的微波透明。用于实现这一点的方式之一是形成具有与所述工作频率相等的谐振频率的开口。在开口上的隔离材料的材料和厚度相同的情况下，最大压力与开口的表面成反比地增加。换句话说，(由适当的材料密封的)大量的开口将承受比(被相同的材料密封的) 一个大开口大得多的压力。通过谨慎地设计具有仅为密封构件的总面积的小部分(例如 10-20% )的总面积的多个小开口(例如，超过10个开口)可以允许在指定的频率范围中的微波的接近100%的透射率和很低的反射率。根据一个实施例，所述密封构件可以包括面向罐的内部的电介质层，其完全覆盖金属网格的表面，以由此避免隐藏空间被暴露于天线空气。在批准使用爆燃性空气的情况下，金属网格也作为用于静电放电的均衡器，只要覆盖金属网格的任何电介质层不太厚。对于传统的密封构件，开口的可能大小被严格地限制(诸如20cm2)以限制电荷的累积。对于线性极化，金属网格可以包括实质上平行的λ/2狭槽。通过在狭槽之间的适当间隔，透射率可以接近100%。此外，金属网格可以包括金属条，该金属条可以是直的或优选地略弯以实质上沿着在密封构件表面上的磁场线。如果所述极化是圆形的或可改变的，则所述密封构件必须对于两个或更多的极化具有类似的透射特性。在该情况下，在金属网格中的开口优选地是90度或120度对称的。 例如，该开口可以是圆形的或十字形的。密封构件的厚度可以被进一步选择来在其表面上不同，由此获得透镜效果。这样的透镜效果可以简化在密封构件上方的天线设计(即，使用较短的喇叭)。可以将密封构件与天线集成，并且/或者，密封构件可以是能够与许多类型的天线组合的、独立的、金属加强的雷达窗。


图1和2示意地图示被安装到罐的雷达料位计。图3更详细地示意地图示在图1中的电子单元。图4图示雷达窗的第一示例。图5图示雷达窗的第二示例。图6图示雷达窗的第三示例。图7和8图示具有锥形或拱形形状的密封构件。
具体实施例方式图1和2示意地图示被安装到罐2的雷达料位计(RLG) I0 RLG 1包括测量电子单元3和天线4。通过螺栓或被认为适合于当前条件的任何其他构件来将雷达料位计系统1 安装到罐2的法兰5上。RLG 1由此以相对于罐2的底部固定的测量位置被紧固在罐开口 7的顶部。RLG 1被布置来通过下述方式确定在参考位置与在罐中的不同材料之间的界面之间的距离d 向罐内发送信号，接收从罐反射的信号，并且分析所发送的信号与所接收的信号之间的关系。这个距离d可以用于执行对在罐2中的处理变量的测量，该处理变量例如是在罐 2中的填充材料8的填充料位Lfi『通常，材料8是在罐中存储的液体含物，例如油、精炼产品、化学品和液化气，但是它也可以是粉末形式的固态材料或诸如颗粒或小球的粒状物。注意，不同的材料具有不同的阻抗，并且，电磁波将仅传播通过在罐中的一些材料。因此，通常，仅测量第一界面的料位，或如果顶部材料足够透明，则测量第二界面的料位。如图3中示意地图示，电子单元3包括收发器10，用于发送和接收电磁信号；以及处理单元11，其连接到收发器10，用于收发器的控制和对由收发器接收的信号的处理， 以确定在罐2中的产品8的填充料位Lfi『收发器10可以是能够发送和接收电磁信号的一个功能单元，或可以是包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。处理单元11能够连接到外部通信线13，以用于经由接口 12来进行模拟和/或数字通信。此外，虽然在图3中未示出，但是雷达料位计系统1通常能够连接到外部电源，或可以通过外部通信线13被供电。或者，雷达料位计系统1可以被配置来无线地进行通信。可以如图3中所示通过传输线17来完成在测量电子单元3和天线4之间的微波信号的分布。优选地通过同轴导线来提供这种传输线17，但是同样可以通过任何适当的波导来提供这种传输线17。同轴线、微带线、带线或其他TEM线固有地具有宽带功能，并且可以被使用。此外，在多个频带的情况下，诸如同轴导线的独立的传输线17可以用于不同的频带。传输线连接到作为在传输线与在罐中的介质之间的接口的探针14。天线4用于在朝向材料8的表面的方向上引导自由传播的微波。罐开口 7被也称为雷达窗的密封构件20覆盖。密封构件实质上是盘形的，并且大得足以覆盖罐开口 7。它可以延伸到法兰5之外以避免隐藏的空间。密封构件20提供了气密密封，该气密密封能够承受温度、压力和在罐中包含的任何化学品，同时能够发送从天线发射并且从罐反射的微波。密封构件20包括例如由钢构成的金属板21，该金属板21具有大量的实质上相等的开口或通孔22，该开口或通孔22具有与由RLG使用的频带匹配的形状和大小。该金属板在有限的频带上看起来完全透明，如在Ben A Munk的“频率选择表面”(John Wiley 2000) 中所述。如Mimk的书中所述，所述孔应当优选地具有谐振功能(诸如，λ /2狭槽或两个相交的这样的狭槽)和适当的网格间隔(通常在范围λ/2-λ中)，以实现微波在谐振频率下的接近100%的透射率。开口 22的间隔对于板的透明度是重要的，但是每一个开口 22优选地很窄，以便保持板21的结构强度。在开口之间的间隔可以是大约3 λ /4，3 λ /4在6GH下是km，并且在 ^GHz下是lcm。该开口可以被定尺寸来适合于所述频率，并且它们的直径通常在填充开口的材料中可以是λ/2。金属板21可以适当地具有在填充开口的材料中的λ/2的厚度，但是也可以使用更厚的板(诸如η λ/2)。可以相对于水平平面倾斜地安装密封构件，以便避免凝结的累积。它也可以形成得避免任何平坦的水平表面，例如，它可以是拱形或锥形的。
此外，可以使用PTFE、PPS或其他适当的塑料材料的层23来覆盖金属板21。该涂层可以扩展超过安装法兰5的边缘，使得罐空气仅暴露给涂层。在图1中，密封构件20被布置在法兰5与管状法兰延伸部分9之间的环形界面中。 RLG然后被安装到法兰延伸部分上，使得天线4向下向法兰延伸部分内延伸，并且天线喇叭面向密封构件的上表面。使用这种设计，可以不用取出密封构件并且因此不用打开罐地取出和更换RLG 1。密封构件20可以适于匹配不同类型的天线。在图2中，密封构件与天线4同时被安装到法兰5。使用这种设计，RLG的取出/ 更换需要打开罐。如图2中所示，可以与天线一体地形成密封构件20，这在密封构件被具体地适配来匹配特定天线时会是优选的。图4图示雷达窗20a的第一示例。根据这个实施例，金属板21被模塑在诸如PTFE 24的塑料材料中，该塑料材料填充开口 22，并且至少在面向罐内部的侧面上并且可能在两个侧面上建立保护表面。作为替代，使用与在金属板21中的开口匹配的表面拓扑来将诸如 PTFE的板脱模。在图4上的密封构件的开口 22可以是任何形状的。在所说明的示例中，开口 22 是十字形的，这将允许不同极化的微波透过板21。图5图示雷达窗20b的第二示例，其适合于承受较大的压力，特别是在高温下，其中，诸如PTFE的塑料材料变得能够变形。在这个示例中，孔略向上变细，并且被填充有填充元件25。填充元件25由诸如陶瓷的、硬的、不导电的、耐热的材料构成。在所图示的示例中，孔是锥形的，并且填充元件具有与锥形塞匹配的形状。在钢板下，例如诸如PTFE的塑料材料的聚合物片材作为对于罐的密封，并且也用于紧固所述塞。当密封构件20b被暴露到在罐内的压力时，聚合物片材的整个表面被金属板21和填充元件25支撑，并且，被保护以对抗变形。填充元件25被压到逐渐变细的孔的内壁上， 但是不能错动。图6图示雷达窗20c的第三示例。在该情况下，被穿孔的金属板21被夹在诸如 PPS的较硬的聚合物材料的两个板沈之间。板沈承受来自罐的压力，并且在板21中的开口 22不必被填充。在一些应用中，可能有液体罐含物粘附到面向罐内部的密封构件表面的趋势，由此损害微波性能。为了避免这一点，密封构件20可以具有锥形或拱形，如图7和8中所示， 以促进将液体残余物从密封构件排出。突出部分(例如，锥或拱)可以从(图7)或向(图 8)罐内部指向。本领域内的技术人员可以认识到，本发明绝不限于如上所述的示例。相反，在所附的权利要求的范围内，许多修改和改变是可能的。例如，密封构件的其他设计是可能，其中， 金属网格的开口被密封，以便使能压力密封。密封构件向罐的安装也可以不同，并且包括适当的连接部件、紧固部件、扣件和适配器。也可以有益的是，在天线和密封构件之间的微波匹配未被密封构件提供的情况下，在天线和密封构件之间提供微波匹配。此外，密封构件可以在其横截面上具有不同的厚度，以便提供透镜功能。例如，密封构件可以被形成得当微波辐射通过密封构件时聚焦或重新定向该微波辐射。
权利要求
1.一种雷达料位计，用于确定在罐中的产品的填充料位，所述雷达料位计包括收发器，用于在工作频率下发送和接收微波；处理电路，其连接到所述收发器，并且适于基于由所述收发器发送和接收的微波之间的关系来确定填充料位；天线，其连接到所述收发器，并且被布置来通过罐的开口来发射和接收微波；微波透射密封构件，其适于覆盖所述开口并且提供所述罐的压力密封，所述密封构件包括提供结构强度的金属网格层，所述金属网格层具有被形成来允许微波的透射的密封开口。
2.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，通过电介质层来密封所述开口，所述电介质层面向所述罐的内部并且覆盖所述开口。
3.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，通过在所述开口中布置的密封元件来密封每个开口。
4.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述开口被形成为具有与所述工作频率相等的谐振频率。
5.根据权利要求4所述的雷达料位计，其中，每一个开口是λ/2狭槽，其中，λ是所发射的微波在填充所述开口的材料中的波长。
6.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述金属网格层具有超过10个开口。
7.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述开口具有与所述密封构件的小于 20%的横截面积相对应的总横截面积。
8.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，在所述金属网格中的所述开口是90°对称的，以允许任何极化的微波的透射。
9.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，在所述金属网格中的所述开口是120°对称的，以允许任何极化的微波的透射。
10.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述密封构件适于允许在两个较宽地分隔的频带中的微波的透射。
11.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述密封构件的厚度被选择来在其表面上改变，从而获得透镜效果。
12.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述密封构件与所述天线集成。
13.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述金属网格层包括被布置为实质上沿着在所述密封构件表面上的磁场线的带。
全文摘要
一种用于确定在罐中的产品的填充料位的雷达料位计，包括收发器，用于发送和接收微波；处理电路，其连接到收发器，并且适于确定填充料位；天线，其连接到所述收发器，并且被布置来通过罐的开口发射和接收微波；以及微波透射密封构件，其适于覆盖所述开口并且提供罐的压力密封。密封构件包括提供结构强度的金属网格层，金属网格层具有被形成来允许微波的透射的密封开口。罐开口因此被金属网格划分为多个较小的开口，由此改善密封构件的机械强度。同时，密封构件被设计来例如通过开口的适当的电介质填充来保持其压力密封属性。
文档编号G01F23/284GK102356303SQ201180001442
公开日2012年2月15日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年3月10日
发明者奥洛夫·爱德华松, 斯蒂格·拉松 申请人:罗斯蒙特储罐雷达股份公司