一种雷达物位计系统，用于确定储罐中的产品的填充物位。雷达物位计系统包括：被布置在储罐内部的传输线探头(7)；储罐导孔，其用于通过传输线探头和储罐的罐壁之间的非导电的机械连接将传输线探头机械地附接到罐壁，并且用于提供从储罐外部到传输线探头的导电电连接；以及被布置在储罐外部的测量电子单元(6)。测量电子单元(6)包括：收发器(20)；电滤波器电路(30)，其具有被耦合到收发器的输入端和经由储罐导孔被耦合到传输线探头(7)的输出端，电滤波器电路呈现有串联电容(32)，用于经由储罐导孔将收发器非导电地耦合到传输线探头；以及处理电路(21)，用于确定填充物位。电滤波器的尺寸被设定成使得由串联电容(32)存储的能量的量不足以点燃爆炸性气体(本质安全)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括电滤波器的馈送电路的雷达物位计系统
本专利技术涉及一种用于确定储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统和方法。
技术介绍
雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定储罐中包含的产品的填充物位。雷达物位测量通常通过非接触式测量或者通过接触式测量(通常称为导波雷达(GWR))来执行，在非接触式测量中电磁信号朝向储罐中包含的产品辐射，在接触式测量中由用作波导的探头朝向产品电磁信号引导并且将电磁信号引导到产品。探头通常被布置成从储罐的顶部朝向底部竖直地延伸。探头也可以被布置在测量管(所谓的腔室)中，测量管被连接到储罐的外壁并且与罐内部处于流体连接。发射的电磁信号在产品的表面被反射，并且反射的信号由包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收。基于发射的信号和反射的信号，可以确定到产品的表面的距离。通常基于电磁信号的传输和电磁信号的在储罐中的气体与被包含在其中的产品之间的界面中的反射的接收之间的时间来确定到产品的表面的距离。为了确定产品的实际填充物位，基于上述的时间和电磁信号的传播速度确定从参考位置到表面的距离。当今市场上的大多数雷达物位计系统都是所谓的脉冲雷达物位计系统或者是基于发射的频率调制信号与发射的频率调制信号在表面处的反射之间的相位差来确定到表面的距离的系统，该脉冲雷达物位计系统基于脉冲的传输和脉冲的在产品的表面处的反射的接收之间的时间差来确定到储罐中包含的产品的表面的距离。后一类系统通常被称为FMCW(频率调制连续波)类型。雷达物位计系统通常被安装在罐顶部处的所谓管嘴上。管嘴通常可以是被焊接到储罐上的管部，并且在其上端处装配有凸缘以允许仪器(例如，雷达物位计系统)的附接，或装配有盲板凸缘。在这种情况下，探头通常在管嘴顶部处被机械地连接至储罐，并且在进入储罐本身之前穿过管嘴。在管嘴的顶部处，探头可以通过穿过储罐边界的导孔被电连接到雷达物位计系统的收发器。重要的是雷达物位计系统被设计和批准成包括强制性的防爆装置，因为发射的电磁信号可以被馈送到具有易燃易爆气体和液体的储罐中。这种危险环境对如何形成和馈送用于传输的电磁信号进行了限制。对于信号线进入储罐的GWR系统，通常使用称为本质安全的保护系统。本质安全的概念由相关规范定义，并且意味着即使在最坏情况下，正常信号和在故障条件下可能出现的电压都不应能引起点燃。用于本质安全的规范的示例是IEC610079-0和IEC610079-11。在储罐外部但靠近它们的情况下可以使用不太严格的保护系统。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的一般目的是提供一种改进的雷达物位计系统，并且特别是一种以成本有效的方式提供与储罐内部的本质安全连接的雷达物位计系统。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种用于确定储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：被布置在储罐内部的传输线探头，其用于朝向产品的表面引导电磁发射信号，并且用于返回由发射信号在表面处的反射产生的电磁表面回波信号；储罐导孔，其用于通过传输线探头和储罐的罐壁之间的非导电机械连接将传输线探头机械地附接到罐壁，并且用于提供从储罐外部到传输线探头的导电电连接；被布置在储罐外部的测量电子单元，其包括用于生成发射信号、传输发射信号以及接收表面回波信号的收发器；电滤波器电路，其具有耦合到收发器的输入端和经由储罐导孔耦合到传输线探头的输出端，用于将发射信号从收发器提供至传输线探头以及将表面回波信号从传输线探头提供至收发器，电滤波器电路呈现串联电容，用于经由储罐导孔将收发器非导电地耦合到传输线探头；以及处理电路，其连接到收发器，用于基于发射信号和表面回波信号之间的时序关系确定填充物位。测量电子单元可以由测量电子单元壳体包围。测量电子单元壳体的一部分可以有利地是所谓的防火或防爆外壳。这基本上意味着壳体内的明火或爆炸不会导致存在于壳体外的可燃物质的点燃。防火/防爆测量电子单元壳体和自测量电子单元壳体的本质安全输出的组合可以是提供在危险环境中安全使用的雷达物位计系统的有利方式。在现有的雷达物位计系统中，特别是所谓的导波雷达(GWR)系统中，本质安全(IS)通常通过提供相对昂贵的分离部件(例如，齐纳阻挡层等)来实现。齐纳阻挡层难以设计出足够的宽带以使发射信号不受干扰地通过，并且有时会使用更复杂的解决方案。本专利技术基于以下认识：本质安全针对相对高的频率(例如，高于约100MHz的频率)比针对相对低的频率(包括DC)的要求更低并且测试更直接，并且如果测量电子单元设置有具有在收发器和储罐导孔之间的非导电、无功耦合的串联电容的电滤波器电路，可以足够容易并且成本更低地实现来自测量电子单元的本质安全的输出。通过发射信号的非导电耦合，根据本专利技术的实施方式，可能不需要相对昂贵的分离部件(齐纳阻挡层等)来满足IS批准的要求。这显然提供了较低的开发成本，并且还可以提供缩短的新开发的雷达物位计系统的上市时间。根据各种实施方式，测量电子单元中可以存在的最大可能电压可以处于仅包括低于100Hz的频率的第一频带中；发射信号可以限定仅包括0.5GHz和4GHz之间的频率的第二频带；并且电滤波器的尺寸可以被设定成使得：第一频带中能够由电滤波器的串联电容在最大可能电压下存储的能量的量不足以点燃爆炸性气体；并且第二频带上的衰减小于3dB。针对几乎所有的雷达物位计系统安装，雷达物位计系统的馈送电路中可能存在的最大可能电压为处于50Hz至60Hz的375V(标称值250VAC的1.5倍)。在最坏的情况下，这是根据本专利技术的实施方式的雷达物位计系统中的电滤波器电路的串联电容器上可能存在的电压。可以使用各种保护电路来避免在故障条件下到达危险区域的高电压，并且具有绝对可靠的电容耦合的本专利技术可以替换或简化其他保护装置。通过将电滤波器电路的串联电容保持在100pF以下，可以确保即使在最坏的情况下，在电滤波器电路的输出端处也无法有足够的能量来点燃可燃气体。众所周知，约20μJ是安全的低能量极限，无法点燃具有22％的氢气的氢气/空气混合物。已经发现的是这种气体混合物最容易用火花点燃。充电至375V(标称250V，本质安全中使用的常规安全系数1.5的情况下)的100pF的电容器将存储近20μJ。取决于第二频带的带宽，可以利用仅包括具有小于约100pF的电容的合适的耦合电容器的电滤波器来实现期望的滤波器功能。但是，为了提供较低频率相关的滤波器功能，为电滤波器提供与串联电容串联的电感可能是有利的。GHz范围内的滤波器的电感将在10nH的范围内，其可以由短印刷线制成。使用电感以使滤波器通带平滑但不影响安全功能。从传统的滤波器设计中，滤波器可以采用许多形状，其中串联电容器可以用作保护部件。与保护电容器串联连接的电感是第一步，并且作为π型滤波器的一部分的这种组合是改善带宽和滤波器传输平滑度的进一步的改进。代替π滤波器，可以使用在T滤波器中使用的类似部件，并且进一步的改进是本领域公知的。此外，根据各种实施方式，电滤波器可以被配置成使用以下衰减使发射信号衰减，针对低于第二频带的频率，该衰减随着发射信号的频率降低而每个倍频程增加至少6dB。可以利用仅包括具有小于10pF的电容的合适的耦合电容器的电滤波器实现期望的滤波器功能。为了进一步促进雷达物位计系统的IS批准，被包括在馈送电路中的电滤波器可以有利地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雷达物位计系统，用于确定储罐中的产品的填充物位，所述雷达物位计系统包括：传输线探头，其被布置在所述储罐内部，用于朝向所述产品的表面引导电磁发射信号，并且用于返回由所述发射信号在所述表面处的反射产生的电磁表面回波信号；储罐导孔，其用于通过所述传输线探头和所述储罐的罐壁之间的非导电机械连接将所述传输线探头机械地附接到所述罐壁，并且用于提供从所述储罐外部到所述传输线探头的导电电连接；测量电子单元，其被布置在所述储罐外部的，所述测量电子单元包括：收发器，其被布置在所述储罐外部，用于生成所述发射信号、发射所述发射信号以及接收所述表面回波信号；电滤波器电路，其被布置在所述储罐外部，所述电滤波器电路具有耦合到所述收发器的输入端和经由所述储罐导孔耦合到所述传输线探头的输出端，用于将所述发射信号从所述收发器提供给所述传输线探头并将所述表面回波信号从所述传输线探头提供给所述收发器，所述电滤波器电路呈现有串联电容，用于经由所述储罐导孔将所述收发器非导电地耦合到所述传输线探头；以及处理电路，其被布置在所述储罐外部并且被连接到所述收发器，用于基于所述发射信号和所述表面回波信号之间的时序关系确定所述填充物位，其中：所述测量电子单元中能够存在的最大可能电压处于仅包括低于100Hz的频率的第一频带中；并且所述电滤波器电路的尺寸被设定成使得在所述第一频带中的能够由所述电滤波器的串联电容在所述最大可能电压下存储的能量的量不足以点燃爆炸性气体。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.07 US 15/204,1771.一种雷达物位计系统，用于确定储罐中的产品的填充物位，所述雷达物位计系统包括：传输线探头，其被布置在所述储罐内部，用于朝向所述产品的表面引导电磁发射信号，并且用于返回由所述发射信号在所述表面处的反射产生的电磁表面回波信号；储罐导孔，其用于通过所述传输线探头和所述储罐的罐壁之间的非导电机械连接将所述传输线探头机械地附接到所述罐壁，并且用于提供从所述储罐外部到所述传输线探头的导电电连接；测量电子单元，其被布置在所述储罐外部的，所述测量电子单元包括：收发器，其被布置在所述储罐外部，用于生成所述发射信号、发射所述发射信号以及接收所述表面回波信号；电滤波器电路，其被布置在所述储罐外部，所述电滤波器电路具有耦合到所述收发器的输入端和经由所述储罐导孔耦合到所述传输线探头的输出端，用于将所述发射信号从所述收发器提供给所述传输线探头并将所述表面回波信号从所述传输线探头提供给所述收发器，所述电滤波器电路呈现有串联电容，用于经由所述储罐导孔将所述收发器非导电地耦合到所述传输线探头；以及处理电路，其被布置在所述储罐外部并且被连接到所述收发器，用于基于所述发射信号和所述表面回波信号之间的时序关系确定所述填充物位，其中：所述测量电子单元中能够存在的最大可能电压处于仅包括低于100Hz的频率的第一频带中；并且所述电滤波器电路的尺寸被设定成使得在所述第一频带中的能够由所述电滤波器的串联电容在所述最大可能电压下存储的能量的量不足以点燃爆炸性气体。2.根据权利要求1所述的雷达物位计系统，其中：所述发射信号限定仅包括高于0.5GHz并且低于4GHz的频率的第二频带；并且所述电滤波器电路的尺寸被设定成使得所述第二频带上的衰减小于3dB。3.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述测量电子单元中能够存在的所述最大可能电压是至少100V。4.根据权利要求1至3中任一项所述的雷达物位计系统，其中，所述电滤波器包括与所述串联电容串联的电感。5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达物位计系统，其中：所述电滤波器电路包括电介质结构；所述串联电容至少部分地由串联电容器提供，所述串联电容器包括：连接到所述收发器的第一电容器电极、连接到所...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥洛夫·爱德华松，莱夫·尼尔森，尼克拉斯·佩恩达尔，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE
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