具有带本质安全输出的防爆外壳的导波雷达物位计制造技术

本发明专利技术涉及具有带本质安全输出的防爆外壳的导波雷达物位计，导波雷达物位计包括具有本质安全(IS)输出的防爆外壳、具有连接至IS输出的第一端子和连接至外壳地电势的第二端子的电阻器以及连接至IS输出的传输线探头。该外壳包围雷达物位计(RLG)电路和具有浮动地电势的微波单元、以及连接在微波单元与IS输出之间的隔直电容器组。微波单元包括差分接收器，该差分接收器具有经由隔直电容器组连接至IS输出的第一端子以及经由隔直电容器组连接至外壳地电势的第二端子，第一端子与第二端子之间的电压形成至差分接收器的输入信号。

【技术实现步骤摘要】
具有带本质安全输出的防爆外壳的导波雷达物位计
本专利技术涉及一种具有带本质安全(例如Ex-ia)连接的防爆(例如Ex-d)隔室的雷达物位计。在导波雷达(GWR)物位计中，特别需要这样的具有IS连接的防爆隔室。
技术介绍
雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中包含的产品的填充物位。雷达物位测定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，通过非接触式测量，电磁信号朝向罐中包含的产品辐射，通过接触式测量，由用作波导的探头朝向产品引导电磁信号并且将电磁信号引导到产品中。探头通常被布置成从罐的顶部向底部竖直延伸。探头也可以被布置在测量管(所谓的腔室)中，测量管被连接至罐的外壁并且与罐的内部处于流体连接。发射的电磁信号在产品的表面处被反射，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发射与电磁信号在罐中的气体与包含在罐中的产品之间的分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基于脉冲的发射和脉冲在产品的表面处的反射的接收之间的时间差来确定到罐中包含的产品的表面的距离的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。前一种类型的系统通常称为时域反射计(TDR)系统，并且在US6,801,157中提供了示例。后一种类型的系统通常被称为FMCW(频率调制连续波)系统。在某些应用中，RLG用于危险环境中，例如与装有易燃易爆气体和液体的罐连接。在这样的应用中，RLG必须被设计为避免点燃爆炸。对于非接触式RLG，即通过定向天线的方式发射电磁信号的RLG，可以通过微波窗将RLG与罐内部隔开。因此，对于这样的RLG，将RLG放置在防爆外壳(称为Ex-d外壳)中就足够了。然而，对于探头延伸到罐内部中的导波雷达(GWR)，防爆是不足够的，因此GWR物位计通常被设计为本质安全。当电路是“本质安全”时，电路中可用的电能和热能被限制，使得即使在最坏的情况下，也不会发生危险环境(爆炸性气体或灰尘)的点燃。对于IS概念的详细信息，参阅2012年9月25日检索的CooperCrouseHinds的“AN9003-AUsersGuidetoIntrinsicSafety”。本质安全规范的示例为IEC610079-0和IEC610079-11。在一些应用中，防爆外壳需要设置有本质安全输出(IS输出)。这样的设计的一种直接方法是使外壳中的电路接地至外壳地。然而，使外壳中的电路连接至“浮动”地，即独立于外壳地的地电势，是有利的。这要求阻挡由地电势的差异引起的任何直流分量。这样的解决方案的一个问题是在接收信号的同时仍保持令人满意的信噪比，并且符合电磁兼容性(EMC)要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过防爆外壳的IS输出来提供改进的信号的接收。根据本专利技术的第一方面，通过用于确定罐中产品的填充物位的导波雷达物位计来实现该目的和其他目的，该物位计包括：外壳，其提供防爆保护以及电连接至外壳地电势；外壳壁中的防爆第一信号通道，第一信号通道被配置成连接至外部电源；外壳壁中的防爆第二信号通道，第二信号通道提供本质安全(IS)输出；电阻器，其具有连接至IS输出的第一端子和连接至外壳地电势的第二端子；传输线探头，其连接至IS输出，该探头适于引导微波发射信号朝向产品以及返回微波发射信号从产品表面的反射。外壳包围雷达物位计(RLG)电路；连接至IS输出的微波单元，微波单元被配置成生成并发射微波发射信号ST以及接收从罐反射的微波返回信号SR，RLG电路和微波单元具有独立于外壳地电势的浮动地电势；以及连接在微波单元与IS输出之间的隔直电容器组，隔直电容器用于阻挡任何DC分量。微波单元包括：脉冲发生器，其具有经由隔直电容器组连接至IS输出的第一端子和经由该隔直电容器组连接至外壳地电势的第二端子；以及差分接收器，其具有经由该隔直电容器组连接至IS输出的第一端子以及经由该隔直电容器组连接至外壳地电势的第二端子，第一端子与第二端子之间的电压形成至差分接收器的输入信号。此处的“浮动”意指浮动地电势独立于外壳地电势。当然，“独立”一词应当解释为与现实情况有关。实现这样的独立性的一种方法是将浮动屏障与外壳壁电分离(galvanicallyseparate)。然而，完全的电分离可能不是必要的，例如，通过隔直电容器的泄漏电流通常可以忽略。根据本专利技术，高频单元包括差分接收器，该差分接收器具有——经由隔直电容器——连接至IS输出和外壳地电势的端子。因此，布置成使浮动地与机壳地分开的隔直电容器包括沿“信号线”(至IS输出的线)的至少一对隔直电容器和沿“接地线”(至外壳地电势的线)的至少一对隔直电容器。这种差分设计提供了更大的灵活性来应对与MEC和信噪比有关的挑战。为了与同轴罐壁馈通形成匹配，从而避免内部反射，在信号线与接地线之间连接电阻器(通常为50欧姆)。当隔直电容器被放置在该电阻器的探头侧(通常是这种情况)时，它们必须相对大(在1nF级)，以确保令人满意的匹配。根据本专利技术的实施方式，该隔直电容器组包括：串联连接在脉冲发生器的第一端子与电阻器的第一端子之间的第一对隔直电容器；串联连接在脉冲发生器的第二端子与电阻器的第二端子之间的第二对隔直电容器；串联连接在差分接收器的第一端子与电阻器的第一端子之间的第三对隔直电容器；以及串联连接在差分接收器的第二端与电阻器的第二端子之间的第四对隔直电容器。利用这种设计，将隔直电容器放置在匹配电阻器的“内侧”(即，在接收器侧)，并在信号线和接地线分开之后分别连接至脉冲发生器和接收器。通过在这四条线上布置隔直电容器，每对隔直电容器分别“面对”脉冲发生器和接收器的较大阻抗，并且可以使用显著较小的电容器。作为示例，脉冲发生器通常具有大约500欧姆的阻抗，并且“面对”脉冲发生器的电容可以减小至100pF(即串联的两个200pF电容器)。接收器甚至可以具有较高的阻抗，以允许将电容减小至20pF(即串联的两个40pF电容器)。差分接收器可以包括：第一阻抗增加电路，其被连接以增加第一端子的输入阻抗；以及第二阻抗增加电路，其被连接以增加第二端子的输入阻抗。这样的阻抗增加电路用于甚至进一步增加差分接收器的输入阻抗，从而甚至进一步减小沿连接至接收器的信号线和接地线的所需电容。然而，差分接收器的增加的输入阻抗也具有其他的单独的优势。例如，由于信号的衰减较小，因此高输入阻抗确保接收信号的低失配以及提高的信噪比。在某些应用中，RLG电路与本质安全要求不兼容，并且物位计然后可能包括连接在RLG电路与微波单元之间的电屏障，该电屏障阻止与IS要求不兼容的能量或电压到达微波单元。布置在非IS电路与IS电路之间的这种电屏障被称为IS屏障，并且用于“钳位”关于电压和电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定罐中的产品的填充物位的导波雷达物位计，所述物位计包括：/n外壳(10)，其提供防爆保护并且电连接至外壳地电势(9)，/n在所述外壳的壁中的防爆第一信号通道(11)，所述第一信号通道被配置成连接至外部电源，/n在所述外壳的壁中的防爆第二信号通道，所述第二信号通道提供本质安全IS输出(27)，/n电阻器(30)，其具有连接至所述IS输出(27)的第一端子(30a)和连接至所述外壳地电势(9)的第二端子(30b)，/n传输线探头(8)，其连接至所述IS输出，所述探头适于引导微波发射信号朝向所述产品以及返回所述微波发射信号从所述产品的表面的反射，/n其中，所述外壳(10)包围：/n雷达物位计RLG电路(14、15、16、17)，/n微波单元(20)，其连接至所述IS输出(27)，所述微波单元被配置成生成并发射微波发射信号S

【技术特征摘要】
20190611 EP 19179520.21.一种用于确定罐中的产品的填充物位的导波雷达物位计，所述物位计包括：
外壳(10)，其提供防爆保护并且电连接至外壳地电势(9)，
在所述外壳的壁中的防爆第一信号通道(11)，所述第一信号通道被配置成连接至外部电源，
在所述外壳的壁中的防爆第二信号通道，所述第二信号通道提供本质安全IS输出(27)，
电阻器(30)，其具有连接至所述IS输出(27)的第一端子(30a)和连接至所述外壳地电势(9)的第二端子(30b)，
传输线探头(8)，其连接至所述IS输出，所述探头适于引导微波发射信号朝向所述产品以及返回所述微波发射信号从所述产品的表面的反射，
其中，所述外壳(10)包围：
雷达物位计RLG电路(14、15、16、17)，
微波单元(20)，其连接至所述IS输出(27)，所述微波单元被配置成生成并发射微波发射信号ST以及接收从所述罐反射的微波返回信号SR，
所述RLG电路(14、15、16、17)和所述微波单元(20)具有独立于所述外壳地电势(9)的浮动地电势(19)，以及
隔直电容器组(28)，其连接在所述微波单元(20)与所述IS输出(27)之间，所述隔直电容器用于阻挡任何DC分量，
其中，所述微波单元(20)包括：
脉冲发生器(21)，其具有经由所述隔直电容器组连接至所述IS输出(27)的第一端子(31a)和经由所述隔直电容器组连接至所述外壳地电势(9)的第二端子(31b)，以及
差分接收器(22)，其具有经由所述隔直电容器组连接至所述IS输出(27)的第一端子(32a)和经由所述隔直电容器组连接至所述外壳地电势(9)的第二端子(32b)，所述第一端子与所述第二端子之间的电压形成至所述差分接收器(22)的输入信号。


2.根据权利要求1所述的雷达物位计，其中，所述隔直电容器组(28)包括：
第一对隔直电容器(33a)，其串联连接在所述脉冲发生器的所述第一端子(31a)与所述电阻器(30)的所述第一端子(30a)之间，
第二对隔直电容器(33b)，其串联连接在所述脉冲发生器的所述第二端子(31b)与所述电阻器(30)的所述第二端子(30b)之间，
第三对隔直电容器(33c)，其串联连接在所述差分接收器的所述第一端子(32a)与所述电阻器(30)的所述第一端子(30a)之间，以及
第四对隔直电容器(33d)，其串联连接在所述差分接收器的所述第二端子(32b)与所述电阻器(30)的所述第二端子(30b)之间。


3.根据权利要求1或2所述的雷达物位计，其中，所述差分接收器(22)包括：
第一阻抗增加电路(41a)，其连接以增加所述第一端子(32a)的输入阻抗，以及
第二阻抗增加电路(41b)，其连接以增加所述第二端子(32b)的输入阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔·埃里克松，莱夫·尼尔森，哈坎·尼贝里，
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