用于罐中的GWR测量的馈通器制造技术

一种用于将所接收的过程连接装置（2）耦合到储罐（罐40）的同轴馈通装置（馈通器100），其包含内部电导体（探头）（10），外部电导体（20）；以及介电套管，所述介电套管设置在所述探头和所述外部电导体之间。所述介电套管经配置以提供上部同轴传输线路段（上部CTL段）（100a），所述上部同轴传输线路段提供大体上50欧姆的阻抗；以及下部同轴传输线路段（下部CTL段）（110b），所述下部同轴传输线路段包含一个或多个子段（100b1和100b2，100b'或100b''），所述子段具有与所述大体上50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所揭示的实施例涉及用于储罐中的产品的导波雷达（GWR）水平面测量的馈通器。
技术介绍
将较大储罐（也被称为容器）（下文称为“罐”）用于存储各种产品是一种标准做法，所述产品包含饮料和石油产品等液体，以及粉末等固体产品。常规地，此类储罐通常由非不锈钢板制成，且在石油制品的情况下，所述罐通常由焊接在一起的从1/4英寸（0.63cm）到1/2英寸（1.27cm）厚度的钢板制成。常规储罐的尺寸通常在数百英尺（100英尺=30.5米）高度和数百英尺直径的范围内。当其它感测方法可能难以提供可靠的和/或准确的信息时，例如基于GWR的接触电磁检测和感测可以用于确定目标的存在或标记（目标分类或形状）、材料的表面的水平面或距材料的表面的距离。例如，在石油和天然气行业中，不准确或不可靠的水平面测量可能导致罐水平面量测应用的盈利/收入的较大损失。在直径为40到80米的储罐中的水平面测量的1毫米（mm）的误差可对应于若干立方米的体积误差。因为原油价格通常为至少$70每桶（1桶=42美制加仑或159升），所以1mm的误差可引起参与贸易和石油输送的一方或多方的数千美元的损失。还已知的是，对于由GWR水平面系统提供准确的测量来说，产品水平面和/或位于罐顶部下方超过约50m距离处的具有不同介电常数的两种产品之间的界面的测量是一项挑战。在已知的GWR系统布置中，沿着传播路径来自电子设备区块（包含处理器、用于发射的数模转换器（DAC）和用于接收的模数转换器（ADC）以及收发器）的微波分量（其产生微波信号）通过包含联接到收发器的50欧姆同轴电缆而沿着引导探头发射到待测量的产品表面/界面，其中所述同轴电缆联接到整体基本上50欧姆的同轴馈通器。馈通器具有其外部导体“套管”，所述套管焊接到在具有孔口的120到180欧姆金属圆柱形罐喷嘴上的凸缘（阻抗取决于探头直径和喷嘴直径），或经由罐孔口螺纹连接罐的顶部表面中的孔口。罐内的探头电连接并机械连接到馈通装置的中心导体，且其长度取决于应用需要。自由空间中的探头的阻抗是约370欧姆。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
是为了以简化形式介绍一组简要的所揭示概念，所述概念在下文在包含所提供的附图的具体实施方式中进一步描述。此
技术实现思路
并不意图限制所主张的主题的范围。所揭示的实施例认识到，在具有喷嘴的储罐或容器（下文称为“罐”）（所述储罐或容器使用常规喷嘴过程连接装置（processconnection），其包含焊接到在罐的喷嘴周围的凸缘的同轴馈通装置（下文通常称为“馈通器（feed-through）”））的情况下，在馈通器的约50欧姆（Ω）的输出与喷嘴输入（通常为120到80Ω）之间，以及从喷嘴的输出到罐内部的自由空间中的内部金属探头（370Ω）之间存在阻抗不匹配。在用于无喷嘴罐的常规馈通器（其可直接地螺纹连接于罐的顶部表面而不需要凸缘）的情况下，阻抗不匹配更加严重，因为阻抗从50Ω突然地特定变化到370Ω（自由空间中的金属探头阻抗）。在通常包括聚合物或聚合物复合材料（下文称为“聚合物基的”）非金属罐的情况下，阻抗不匹配情况是类似的，即，从50Ω到370Ω的突然变化，且微波和过程密封组件的组合件要复杂得多，因为馈通器螺纹连接于附接到非金属罐的顶部的防漏金属联接装置。两种过程连接装置（焊接到罐喷嘴的凸缘的馈通器或螺纹连接于罐的顶部表面的馈通器）的此类阻抗不匹配在发射和接收期间在沿着喷嘴和罐的顶部的信号传播期间产生微波功率损耗。除这些基于阻抗不匹配的微波功率损耗外，还存在由于从特定于在馈通器的同轴传输线路上的波传播的横向电磁波模式（TEM）模式到特定于沿着金属探头的表面波传播的横磁（TM）模式的模式转换而导致的微波功率损耗。最后，在沿着金属探头的波传播期间，存在微波功率损耗，其中取决于探头设计、其表面改性、其欧姆电阻以及探头与周围金属表面之间的相对距离，损耗值通常在0.1到0.4dB/m的范围内。所揭示的实施例包含用于将过程连接装置联接到喷嘴或联接到储罐的顶部表面的同轴馈通器，其包含内部电导体（探头）、外部电导体，以及介电套管，所述介电套管设置在探头与外部电导体之间，使得馈通器充当同轴传输线路（CTL）。此CTL的介电套管通常具有沿着探头方向约0.8λ到1.2λ的总电长度，其中λ是与询问信号的带宽（通常≥1GHz，例如对于0.5ns的脉冲为约2GHz，且对于0.15ns的脉冲宽度为约6GHz）相关联的中心长度，如通过由GWR仪器使用的时域反射测量原理描述。沿着探头方向，介电套管可以划分成两个区域：上部介电套管（靠近50Ω同轴电缆），所述上部介电套管用于形成馈通器的上部CTL部分，所述上部CTL部分具有大体上等于50Ω的阻抗）；以及下部介电套管，所述下部介电套管用于形成馈通器的下部CTL部分。如本文中所使用，“大体上等于50Ω”定义为50Ω±20%，定义为50Ω±10%以及一些实施例。馈通器的此下部CTL部分具有子部分，所述子部分具有与上部CTL段的大体上50Ω的阻抗段相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。所揭示的同轴馈通器使馈通器与罐的喷嘴之间或馈通器与罐的顶部表面之间的阻抗不匹配最小化，这提供上述微波功率损耗的大大减少，从而通常提供5dB或更多的微波损耗减少（在下文的实例部分中描述）。通过所揭示的馈通器提供的微波功率损耗的大大减少实现更加精确的水平面测量和在靠近罐的顶部表面处的水平面测量的减少的死区。此外，通过所揭示的馈通器提供的微波功率损耗的减少还使得能够将水平面检测范围延伸超出由已知馈通器提供的范围。附图说明图1A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有多个台阶式介电区，所述台阶式介电区将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到示出为同轴电缆的传输线路连接器。图1B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有线性渐变的介电质，所述线性渐变的介电质将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有金属凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到传输线路连接器（示出为同轴电缆）。图2示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有不同的介电材料，所述介电材料将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到示出为同轴电缆的传输线路连接器。图3A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有图1A、图1B或图2中示出的介电套管布置，其中馈通器经由罐孔口螺纹连接至罐的顶部表面中的孔口。图3B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有图1A、图1B或图2中示出的介电套管布置，其中馈通器具有其外部导体“套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将所接收的过程连接装置联接到储罐（罐）（40）的同轴馈通装置（馈通器100），其包括：内部电导体（探头）（10）；外部电导体（20）；以及介电套管，其设置在所述探头和所述外部电导体之间；其中所述介电套管经配置使得为所述馈通器提供上部同轴传输线路段（上部CTL段）（100a）和下部同轴传输线路段（下部CTL段）（100b），所述上部同轴传输线路段提供大体上50欧姆的阻抗；所述下部同轴传输线路段包括一个或多个子段（100b1和100b2或100b'），所述子段具有与所述大体上50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 US 14/2292161.一种用于将所接收的过程连接装置联接到储罐（罐）（40）的同轴馈通装置（馈通器100），其包括：内部电导体（探头）（10）；外部电导体（20）；以及介电套管，其设置在所述探头和所述外部电导体之间；其中所述介电套管经配置使得为所述馈通器提供上部同轴传输线路段（上部CTL段）（100a）和下部同轴传输线路段（下部CTL段）（100b），所述上部同轴传输线路段提供大体上50欧姆的阻抗；所述下部同轴传输线路段包括一个或多个子段（100b1和100b2或100b'），所述子段具有与所述大体上50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。2.根据权利要求1所述的馈通器，其中所述介电套管具有贯穿所述下部CTL段的共用介电材料。3.根据权利要求2所述的馈通装置，其中所述一个或多个子段包括至少第一子段和第二子段，所述第一子段和第二子段在所述共用介电材料的厚度上具有至少百分之二十（20%）的差值。4.根据权利要求2所述的馈通器，其中所述下部CTL段中的所述介电套管为所述共用介电材料提供线性渐变的厚度，所述共用介电材料的厚度从所述下部CTL段的顶部线性增加到所述下部CTL段的底部。5.根据权利要求1所述的馈通器，其中所述外部电导体（20）包括在所述上部CTL段（100a）的底部处的突出肩部（20a），且所述馈通装置具有沿着其整个长度的恒定横截面积。6.根据权利要求1所述的馈通器，其中所述介电套管在所述下部CTL段中具有两种或多于两种不同的介电材料。7.一种导波雷达（GWR）系统（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：I乔治斯库，C科比亚努，SJ希思，MKY休斯，FM哈兰，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US