具有包括微波吸收元件的电介质填充构件的雷达料位计制造技术

一种具有包括微波吸收元件的电介质填充构件的雷达料位计。该雷达料位计包括波导结构和形成在波导结构内的腔以及至少部分地布置在所述腔内的电介质填充构件。电介质填充构件包括：主体，其由聚合物材料形成；至少一个微波吸收元件，其由改性聚合物材料形成，该改性聚合物材料在雷达料位计的操作频率处提供至少1dB/厘米的微波衰减，该改性聚合物材料是通过使用填充材料对所述聚合物材料进行改性而获得的，其中，通过烧结使至少一个微波吸收元件与所述主体一体地形成。

【技术实现步骤摘要】
具有包括微波吸收元件的电介质填充构件的雷达料位计
本技术涉及雷达料位计，该雷达料位计具有波导结构，带有电介质填充构件，该填充构件包括微波吸收元件。本技术还涉及用于制造这样的电介质填充构件的方法。
技术介绍
雷达料位计(RLG)适用于测量包含在储罐中的物品(例如工艺流体、粒状化合物和其他材料)的填充料位。这样的雷达料位计的示例可以包括：收发器电路系统，用于发射和接收微波；信号传播装置，其被布置成朝向表面引导微波并且将被表面反射的微波返回到收发器；以及处理电路系统，其适于基于由收发器发射和接收的微波之间的关系来确定填充料位。信号传播装置可以包括例如一个或若干个中空波导的波导结构以及定向天线，适于将自由传播的电磁波发射到储罐中并且接收这些波的反射。这样的RLG有时被称为非接触式RLG。天线可以适于特定频段。当前最常使用的频段具有大约6GHz或24GHz的中心频率，然而也可以考虑更高的频段。在一个常规设计中，波导结构包括中空波导，该中空波导延伸通过储罐壁并且将定向天线连接至收发器电路系统。电介质填充构件有时被布置在天线和/或波导的腔中，以保护波导和/或天线不受来自储罐气氛的热和化学影响。电介质填充构件应能透射微波，耐化学腐蚀，优选地是疏水的(防水)，并且还需要耐受储罐内存在的温度和压力。被称为高压、高温(HPHT)应用的一些应用呈现特别具有挑战性的条件。通常用于这样的填充构件的一种材料是PTFE，也被称为通常将诸如O形环等的一个或若干个密封元件布置在形成在插塞(plug)中的(一个或更多个)槽中，以提供确保储罐的内容物不会释放到外部环境中的工艺密封件。工艺密封件可以是压力密闭的。O形环或可能的其他类型的环形构件还可以具有将填充构件机械地固定在腔中的功能。这样的电介质填充构件具有几个挑战。一个潜在的问题是例如PTFE的合适的材料具有大的热膨胀系数，并且在温度升高时将会膨胀。这可能在填充构件中引起应力、变形和疲劳，并且最终导致断裂。该问题的解决方案是使填充构件稍微小于天线腔，以便留出用于热膨胀的空间。为了避免在填充构件与天线内侧之间形成的间隙对微波信号产生干扰，可以围绕填充构件布置微波吸收材料的套筒(sleeve)。例如在US7,864,104中公开了这种方案，其中，使用粘附膜将衰减箔固定至电介质填充体。另一挑战是填充构件可能引起微波信号的谐振。为了消除或至少减小这样的谐振，已知将微波吸收销嵌入填充构件中。销可以由金属或制成，并且应当完全隐藏在填充构件材料中，以免受储罐气氛的影响。例如，已知将销插入从填充构件的外表面延伸的孔中，然后将PTFE插塞胶合在孔中以密封孔。在不引入诸如粘附膜或胶的附加界面的情况下，可能难以通过可靠的方式制造由例如PTFE制成的电介质填充体与一个或若干个微波吸收元件的组合。一个具体的挑战是诸如PTFE的一些聚合物在熔化时不是液体。这意味着这样的材料无法注射成型，并且也不能通过熔化而被焊接或以其他方式接合。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种将电介质填充构件与一个或若干个微波吸收元件组合的改进方式。根据本技术的第一方面，通过用于使用电磁测量信号来确定储罐中的物品的过程变量的雷达料位计来实现这个和其他目的，该雷达料位计包括：信号传播装置，信号传播装置被适配为朝向物品引导微波发射信号，并且返回微波发射信号的来自物品表面的反射，信号传播装置包括波导结构和形成在波导结构内的腔；以及电介质填充构件，该电介质填充构件至少部分地布置在腔内。电介质填充构件包括：主体，其由聚合物材料形成；至少一个微波吸收元件，其由改性聚合物材料形成，该改性聚合物材料在雷达料位计的操作频率处提供至少1dB/厘米的微波衰减，该改性聚合物材料是通过使用填充材料对聚合物材料进行改性而获得的，其中，通过烧结使至少一个微波吸收元件与主体一体地形成。本技术基于两个重要的认识。首先，微波吸收元件可以由改性聚合物材料、即混合有适当的填充材料的聚合物材料形成。这样的改性聚合物材料在本领域中是已知的，并且通常通过将粉末材料混合到聚合物树脂(例如粉末)中获得。其次，专利技术人已经认识到，可以通过烧结使由改性聚合物制成的这种微波吸收元件集成到主体中。如本文所用，表述“烧结”是指通过将两个元件彼此压靠并且在不熔化的情况下对两个元件进行加热来使两个元件集成的工艺。已知的是，也可以烧结诸如PTFE的不具有任何液相的聚合物材料，尽管该工艺困难且耗时。此外，例如改性PTFE的改性聚合物材料的烧结本身是已知的。然而，本技术基于以下认识：可以通过使用烧结来将由不同聚合物材料制成的不同部件集成，在要被布置在雷达料位计的喇叭天线中的电介质填充构件的特定领域中实现若干优点。更具体地，通过将聚合物材料(例如PTFE)的主体与由改性聚合物(例如改性PTFE)制成的一个或若干个微波吸收元件烧结在一起，实现了非常可靠的集成。烧结还消除了对粘合剂的需要，并且在没有附加界面的情况下固定(一个或更多个)微波吸收元件。电介质填充构件由具有适当电磁性质的电介质材料制成，以免干扰RLG的操作。此外，材料应当是疏水的，即防水，并且对储罐中的内容物(通常是石油物品)具有耐化学腐蚀性。已发现含氟聚合物具有合适的性质，并且常规地用作雷达料位计中的电介质填充构件的材料的示例包括PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基链烷烃)和FEP(氟化乙烯丙烯)。这些材料具有优异的耐化学腐蚀性，并且还具有卫生FDA批准，即它们也可用于高度卫生的过程，例如用于食品工业中。在这些材料中，PTFE是唯一一种可以承受高温(在150摄氏度以上)的材料，并且因此通常是优选。注意，聚合物材料(例如PTFE)不一定是完全纯的(所谓的“纯净”等级)，而是也可以与少量其他材料混合以提供最合适的机械性质。填充材料被选择成提供期望的微波衰减(例如至少1dB/厘米)，并且示例包括诸如金属的导电材料和诸如铁氧体的磁性材料。填充材料的量需要足以提供期望的微波衰减，但必须足够小以允许改性材料的烧结。作为示例，按重量计算，填充材料的量大于0.5％或大于1％，并且小于15％或小于10％。在一些实施方式中，波导结构包括喇叭天线，该喇叭天线具有波导部和喇叭部，并且在波导部和喇叭部内形成腔。在该情况下，主体可以具有填充波导部的大致圆柱形部分，填充喇叭部的大致圆锥形部分以及延伸超过喇叭部的开口的凸端部。主体还可以包括环形凸缘，以用于在雷达料位计的储罐连接件和要安装雷达料位计的储罐凸缘之间提供密封。然而，根据本技术的电介质填充构件也可以有利地仅用于填充中空波导的腔。具有电介质填充构件的这种中空波导可以连接至定向天线或连接至一些其他类型的信号传播装置。(一个或更多个)微波吸收元件可以用于减小其中布置有电介质构件的波导结构中的微波信号的谐振。如果这样的微波吸收器被定位在工艺密封件的内侧，则会因此遭受储罐气氛的影响，有利的是将(一个或更多个)微波吸收元件嵌入主体中。这样的嵌入式微波吸收器的一个示例是如下销：该销被布置在填充构件中，以便被定位成靠近天线的开口并且与天线的中心轴线对准。这样的嵌入式微波吸收器之前已由或甚至金属制成，并且被密封在胶合在适当位置的聚合物插塞的后面。根据本技术的实施方式，这样的销可以由改性聚合物制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有包括微波吸收元件的电介质填充构件的雷达料位计(1)，用于使用电磁测量信号来确定储罐(2)中的物品(4)的过程变量，包括：信号传播装置(11)，所述信号传播装置被适配为朝向所述物品引导微波发射信号，并且返回所述微波发射信号的来自所述物品的表面的反射，所述信号传播装置包括波导结构(15，16)和形成在所述波导结构内的腔(19)，以及电介质填充构件(20)，所述电介质填充构件至少部分地布置在所述腔(19)内，所述电介质填充构件包括：主体(21；121；221；321)，所述主体由聚合物材料形成，至少一个微波吸收元件(130；230；330)，所述至少一个微波吸收元件由改性聚合物材料形成，所述改性聚合物材料在所述雷达料位计的操作频率处提供至少1dB/厘米的微波衰减，所述改性聚合物材料是通过使用填充材料对所述聚合物材料进行改性而获得的，其中，通过烧结使所述至少一个微波吸收元件(130；230；330)与所述主体一体地形成。

【技术特征摘要】
2017.10.31 US 15/798,7741.一种具有包括微波吸收元件的电介质填充构件的雷达料位计(1)，用于使用电磁测量信号来确定储罐(2)中的物品(4)的过程变量，包括：信号传播装置(11)，所述信号传播装置被适配为朝向所述物品引导微波发射信号，并且返回所述微波发射信号的来自所述物品的表面的反射，所述信号传播装置包括波导结构(15，16)和形成在所述波导结构内的腔(19)，以及电介质填充构件(20)，所述电介质填充构件至少部分地布置在所述腔(19)内，所述电介质填充构件包括：主体(21；121；221；321)，所述主体由聚合物材料形成，至少一个微波吸收元件(130；230；330)，所述至少一个微波吸收元件由改性聚合物材料形成，所述改性聚合物材料在所述雷达料位计的操作频率处提供至少1dB/厘米的微波衰减，所述改性聚合物材料是通过使用填充材料对所述聚合物材料进行改性而获得的，其中，通过烧结使所述至少一个微波吸收元件(130；230；330)与所述主体一体地形成。2.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述聚合物材料是含氟聚合物，优选地是PTFE。3.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述填充材料是诸如碳或金属的导电材料和诸如铁氧体的磁性材料中之一。4.根据权利要求1至3中的一项所述的雷达料位计，其中，按重量计算，所述填充材料在所述改性聚合物材料中的占比小于15％，并且优选地小于10％。5.根据权利要求1至3中的一项所述的雷达料位计，其中，按重量计算，所述填充材料在所述改性聚合物材料中的占比至少为0.5％，并且优选地至少为1％。6.根据权利要求1至3中的一项所述的雷达料位计，其中，所述至少一个微波吸收元件(130)嵌入在所述主体中。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈坎·弗雷德里克松，彼得·埃尔姆贝里，芒努斯·奥尔松，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：新型
国别省市：瑞典,SE