专利名称：用于丙烷储罐等的液位传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用超声进行封闭容器(诸如丙烷储罐)中的流体液位(level)测 量。
背景技术：
已知有许多方法和系统来测量容器中的流体液位，包括那些利用超声的方法和容器。因为超声测量通常需要换能器组件和容器之间的紧密联接，目前现有技术的液位 传感器系统——适于加压储罐或含有腐蚀性液体或气体的储罐——的缺点在于，超声换能 器组件直接安装到壳体中的容器或安装在该容器内，该容器在换能器和液体之间有阻尼作 用。因此，这种系统不适于在多种储罐或容器上使用。
在以下附图中图1是根据本发明第一示例性实施例的用于测量常规丙烷储罐中的丙烷液位的 液位传感器系统的示意图；图2是图1的液位传感器系统的传感器组件部分的示意图，该传感器组件示出为 定位在常规丙烷储罐下，以便可操作地与之耦联；图3是根据本发明第二示例性实施例的液位传感器组件；图4是图3的传感器组件的示意图，示出为定位在常规丙烷储罐下，以便可操作地 与之耦联；图5A是根据本发明第三示例性实施例的液位传感器组件；该传感器组件示出为 安装在常规丙烷储罐侧部，以便可操作地与之耦联；图5B是图5A的传感器组件的示意性局部截面图；图6是根据本发明第四示例性实施例的传感器组件的示意性局部截面图；该组件 示出为安装在常规丙烷储罐侧部，以便可操作地与之耦联；图7是根据本发明第六示例性实施例的传感器组件的示意图；该组件示出为可操 作地耦联至常规丙烷储罐且处于沿该丙烷储罐的侧部移动的操作中；图8是根据本发明第七示例性实施例的传感器组件的示意截面图；该组件示出为 安装在常规丙烷储罐中，其中，换能器为保护壳体不受液体侵害；图9是根据本发明第八示例性实施例的传感器组件的示意截面图；该组件示出为 安装在常规丙烷储罐中；图10和11是根据本发明第九示例性实施例的传感器组件的示意截面图，示出了 换能器和储罐之间的反射器例如用于测量最大填充液位；图10示出了反射器和换能器之 间的路径被部分地浸没，而图11示出了反射器和换能器之间的路径被完全地浸没；图12是根据本发明第十示例性实施例的传感器组件的示意截面图，示出了垂直于储罐排空轴线的反射器的使用；和图13是图表，示出了当图5A和5B至12中的系统的换能器被浸没在液体(曲线 A)或气体(曲线B)中的示例性信号。
具体实施例方式本发明涉及一种液位传感器系统，且更具体地涉及一种液位传感器组件，用于测 量诸如丙烷储罐或天然气储罐这样的储罐或容器中的腐蚀性或加压液体的液位，或者测量 冷却液等的液位。本发明的液位传感器系统包括换能器组件和固定到容器外侧或内侧的处 理电子器件，用于持续的液位测量和/或一种开关或多种开关操作。如将随后所述，根据本发明的液位传感器系统包括控制器和传感器组件，该传感 器组件由换能器组件和安装组件限定，该安装组件用于将换能器组件快速连接或非永久附 连到储罐或容器。传感器组件被构造为可拆除地安装至储罐能允许更换储罐，例如，当储罐 空了时，不需要必须更换或重新构造传感器组件。例如，如果希望在特定硬件(诸如烤肉用 储罐)上使用传感器系统并时不时的需要更换容器，则使用者可以这样做而不必改换传感器.如将在以下详细所述，根据本发明的传感器组件可例如被构造为，当容器被靠近 储罐定位时，用于直接连接至储罐或与之的紧密联接。更具体地，根据本发明第一方面，提供一种液位传感器系统用于测量储罐中的第 一流体的液位，该第一流体限定出与第二流体的界面，该系统包括超声换能器组件，用于在储罐中沿检测路径发射超声脉冲，用于接收表征第一和 第二流体中的至少一个的超声回声，和用于接收代表第一和第二流体中的该至少一个的回
声信号；控制器，联接至超声换能器组件，用于接收回声信号和用于确定与之相接的流体 的位置；第一流体的液位由流体界面的位置限定；和安装组件，用于接收超声换能器组件和用于将超声换能器组件操作地安装至储罐 以用于超声测量。根据本发明的第二方面，提供一种液位传感器组件用于测量储罐中的第一流体的 液位，该第一流体限定出与第二流体的界面，该系统包括超声换能器组件，用于在储罐中沿至少一个检测路径发射超声脉冲，用于接收表 征第一和第二流体中的至少一个的超声回声，和用于接收代表第一和第二流体中的该至少 一个的回声信号；和安装组件，用于接收超声换能器组件和用于将超声换能器组件操作地安装至储罐 以用于超声测量。第一流体例如是储罐中的液体，而第二流体例如是该液体之上的气体。根据本发明更具体的实施例，代表第一和第二流体中的至少一个的超声回声代表 第一和第二流体之间的界面。超声脉冲和反射回声的传播时间表征流体液位。本发明的其它目的、优点和特征将通过阅读本发明示例性实施例的以下非限制性 说明而变得明显，这些实施例仅通过示例参考附图给出。
在以下描述中，附图中的相似特征给出了相似的附图标记，为了不使附图繁乱，一些元件如果已经在之前的附图中标出，则在一些附图中并没有标出。现在将参考图1-2描述根据本发明第一示例性实施例的用于测量常规BBQ丙烷储 罐11中的丙烷液位的液位传感器系统10。液位传感器系统10包括传感器组件12，该传感器组件包括超声换能器14和将该 换能器14操作性地安装到储罐11以用于液位测量的安装组件18，该系统还包括联接至超 声换能器14的控制器16和联接至控制器16的显示输出装置，该显示输出装置是LCD模块 20的形式。系统10的这些元件的每一个将被更详细地描述。控制器16具有印刷电路板(PCB)的形式，该PCB包括用来以脉冲模式驱动换能器 14的常规激励电子器件、放大处理器和用于接收液晶显示器(LCD)模块20的常规连接器 17。激励电子器件和放大器二者可设置有改变激励量(时长和幅度)的控制电子器件。PCB16还从换能器14接收回声信号，并使用已知的算法来确定储罐11中的液体和 该液体之上的气体之间的界面位置。PCB16计算包括计算换能器14激励和反射信号(回 声)之间的延迟，该反射信号是从液体和该液体之上的气体之间的界面反射的。该延迟在 现有技术中已知为传播时间(TOF)。当进行频率测量时和/或当液体液位的位置可以在 测量之前被近似时，窗口技术(windowing technique)还可用于使得不可靠测量(false measurement)最小化。IXD模块20和/或换能器14可利用相应的接口缆线21和配线21’或无线地联接 至控制器16。在后种情况下，IXD模块20、换能器14和控制器16当然被构造为用于该目 的。由于超声换能器和被构造为以脉冲和回声模式操作该换能器的相应驱动电子器 件在本领域中是为人熟知的，所以在此将不再详细描述。现将描述，安装组件18将换能器14相对于储罐11安装，从而储罐11中的液体液 位可从其底部测量。安装组件18包括具有中间孔23的环形本体22，该孔容纳换能器14。安装组件18 还包括偏压元件，是弹簧26 (示出两个)的形式，该弹簧各自的近端25固定至本体22。安 装组件18最后包括橡胶层24，该橡胶层例如用粘结剂(诸如胶水)固定至换能器14，橡胶 层24用作换能器14和储罐11之间的联接材料。弹簧26允许将换能器14向上偏压，以便当储罐11定位在橡胶层上时，通过橡胶 层24强制形成与丙烷储罐11的紧密接触(见图3)。当然，弹簧26的长度被选择为大于储 罐11的基部28的高度，以便实现换能器14通过层24而与储罐11之间形成的紧密接触。除了弹簧26的其它偏压元件可替换地用于实现储罐11和换能器14之间的接触， 以足以允许超声波传播。例如，储罐11的重量在一些应用中应充分，例如取决于储罐11和 /或传感器组件12的构造。本领域的技术人员可以理解，使安装组件设置有具有足够长度的弹簧26可允许 对于不同长度的丙烷储罐使用同一液位传感器系统10。如下，系统10可拆除地固定至储罐11。根据第一示例性实施例，弹簧26的远端 30位于接收丙烷储罐的基部32上，而根据另一示例性实施例，弹簧26的远端30利用紧固 件(未示出)固定至设置在基部32上的附件(未示出)。
储罐11然后定位在基部32上且在组件18上方。如上所述，换能器14和储罐11 之间的紧密超声耦联由偏压元件26和橡胶层24来保证。PCB 16包括磁化安装组件34用于将其安装到储罐11上。根据该特定实施例， PCB16还被防水材料覆盖且被设置有连接器17，该连接器允许IXD20从PCB 16选择性地断 开。其它紧固机构，诸如粘结剂或带状组件等，也可进一步用于将安装组件34固定到储罐 11上。根据第一示例性实施例，IXD显示单元20用于连接至控制器16，用于选择性读取 液位，并且由此，没有联接元件用于将单元20固定至储罐等。显示单元20还可设置有紧固元件，诸如磁体，以便将单元可拆除地紧固到储罐11 上。根据本发明另一示例性实施例，显示单元20是控制器16的一部分，该一部 分联接 到换能器14以便可从换能器拆除或不从换能器可拆除。控制器16还可是与传感器组件12 一体的。根据另一示例性实施例，显示单元20和/或控制器16永久地固定至储罐11或者 是靠近其定位的元件或物品。如上所述，液位传感器系统10以脉冲模式操作，且现将解释其在时域(time domain)操作。换能器14朝向储罐11的顶部发射超声脉冲。超声回声通过在储罐11中的 液体和在其上的气体之间的界面处或者从两种液体之间的界面处的脉冲反射产生。该超声 回声在脉冲发射之后由换能器14接收一定的时间，该时间表征界面相对于储罐11的底部 的距离/高度。在考虑液体种类/声音速度和传播时间的情况下，液体在换能器上方的高 度可如上所述地进行计算。由换能器14产生的回声信号——表示超声脉冲在液体界面上的反射——被控制 器16用来确定储罐11中的液体液位和/或与储罐11中的液体液位有关的任何其它量，诸 如流体的体积或重量。根据本发明的另一示例性实施例，该信息然后可经由缆线、配线或无 线地传送至另一控制单元，用于进一步处理和/或显示。控制器16还可被编程，以频繁地测量储罐11中的液体液位，从而确定液体的减少 速度和/或流量和/或在储罐11排空前所剩时间的量。该信息可显示在显示单元20上。作为确定流量的示例方法，处理单元可增加采样率；通过存储对应于多次测量所 获得的液位，控制器16可计算液体高度随时间的变化率/斜率。该斜率与流体消耗相关。 基于斜率和当前液位(系统将该当前液位转换为体积)，系统能计算储罐中的液体消耗速 度。还可以计算以同一平均速度消耗的所剩时间的量。如果储罐11中的多种流体的种类(identity)对控制器来说是已知的，且如果它 们没有混合，则例如通过确定两种相邻液体之间的界面的位置，传感器系统10可用于测量 储罐11中的每种液体的量。超声换能器组件14不限于包括被构造为用于发射超声脉冲和接收超声回声的单 个换能器。还可使用两个并排的发射器和接收器。使用这样的一对发射器/接收器可允许 减小能被系统测量的最小液位。参考其它示例性实施例如下详细所述，可替换地使用其它 超声换能器构造。根据本发明另一示例性实施例，显示单元可被更简单的诸如LED (发光二极管)这样的视觉警报替代或被例如由按钮触发的声音警报器器替代，指示用户已经到达了临界液 位。并且，安装组件的构造和尺寸可与图1和2所示的不同。例如，换能器14可夹在 橡胶层24和本体22之间，该本体并不限于具有环的形状。本领域的技术人员应该理解，当储罐11可拆除地定位到传感器组件12时，橡胶层 24与偏压元件26 —起提供了换能器14和储罐11之间的紧密结合。这种紧密连接允许作 出精密的超声测量。橡胶层24可替换地由另外的弹性材料制造，该弹性材料能传递声波和/或保持换 能器组件和容器之间的良好接触。现参考图3和4，示出了根据本发明第二示例性传感器组件36。传感器组件36包括超声换能器14和安装组件38，该安装组件用于将换能器14操 作性地安装到储罐11以用于液位测量。
安装组件38包括磁化壳体40和用于将换能器14紧固到壳体40的环形本体42。 安装组件38还包括在换能器14和本体42顶部的弹性和柔性层44。例如可由橡胶制成的 层44用作换能器14和储罐11之间的耦联界面，如前所述。当组件可拆除地附连在储罐11之下时，壳体40和金属储罐11之间的磁力将组件 38推到储罐11上同时压住橡胶层44，由此通过层44提供换能器14和储罐壁之间的紧密联接。即使传感器组件36在图4中示出为安装到储罐11的底部，安装组件的构造和功 能允许其安装到储罐11的其它部分，诸如从侧部。本领域的技术人员应该理解，控制器16 的算法必须根据传感器组件的位置作出适应调整。例如，在传感器组件36安装在储罐11的 侧部(例如参见图5A至11)的根据本发明的液位传感器系统中，该液位传感器系统的控制 器必须构造为以开关模式操作，其中，传感器的位置限定出测量点并检测液体或气体是否 处于传感器附连到储罐侧部的液位。随后将详细描述根据本发明的其它示例性实施例的、 被构造为以开关模式操作的液位传感器组件的例子。在开关模式中，传感器组件36安装至储罐11的侧部、在其外侧或在储罐11内，如 随后所述，用于沿大致平行于储罐11底部的路径发射超声脉冲和用于接收沿同一路径而 来的超声回声。在以开关模式操作时，取决于超声脉冲在第一流体(诸如储罐11中液体(见图 13，代表输出的曲线A))还是在第二流体(诸如液体之上的气体(见图13，代表输出的曲 线B))中行进，传感器组件产生不同的信号。由于已知的液体将在初始激励信号后的一已 知延迟后在储罐壁上反射或在目标上反射，所以若知储罐11中的流体特性和相应的超声 特征(ultrasoimdsignature)，则传感器组件可用作用于这些流体的数字液位传感开关。虽然传感器组件36已经示出为让单个换能器用于发射超声脉冲和接收反射回声 的两种目的，但是也可以使用其它构造的换能器组件，包括但不限于一对超声发生器和接 收器。附连至储罐11且以开关模式操作的传感器组件46的例子在图5A-5B中示出。传感器组件46包括换能器组件，包括单个换能器14和安装组件，该安装组件包括 压纹板48。压纹板48限定了接收换能器14的中心壳体和用于将安装组件48固定至储罐的周边部分50，其中利用紧固件或粘结剂永久或可拆除地将传感器组件46固定至储罐11。 根据另一示例性实施例(未示出)，板48的周边部分可被磁化以便允许其联接至金属储罐 11。传感器组件46还包括可压缩衬件52，用于如上所述在换能器14和储罐11之间提
供紧密结合。换能器14如此安装在安装板48中且安装板在靠近储罐底部的外壁上如此安装至 储罐11，从而超声脉冲54在期望检测的高度处大致平行地发射到储罐11的底部。根据本发明第三示例性实施例的液位传感器系统配备有传感器组件46且被构造 为以开关模式操作，该液位传感器系统包括被构造为识别储罐11中的液体56的超声特征 的控制器，且由此可在液体液位到达传感器组件46的高度以下时检测液体。图13的曲线A 是当传感器组件46前面有液体存在时的代表性输出，而图13的曲线B是当传感器组件46 的前面有气体存在时的代表性输出。在储罐11中有多种液体的情况下，反射信号、时间的 位置表征传感器组件46前面的液体/液体混合物的类型。 安装板48的构造和尺寸当然可以与图5A和5B所示的不同。例如其可针对换能 器组件的形状和尺寸适应调整。如上所述，换能器14联接至控制器且可包括显示单元。应该指出，传感器组件46的测量的准确性取决于换能器14的尺寸。如图6所示，示出了根据本发明第四示例性实施例的传感器组件58，多个换能器 14可利用安装组件59在沿储罐高度的不同位置处安装在储罐的外表面上，该安装组件例 如采取具有压纹部分60的细长板的形式，每个限定出参照图5A和5B所述的换能器壳体。 每个壳体包括可压缩衬件52。传感器组件58允许当液体液位到达对应于换能器14位置的、储罐11中的三个不 同高度的每个时进行依次检测。与图5A-5B中的换能器14类似，换能器14相对地定位以 大致平行于储罐11底部地发射超声脉冲54。类似于图5A和5B所示的组件46，组件58可拆除地安装至储罐11或永久地与之 附连。传感器组件58的测量的准确性取决于换能器14的数量和它们之间的距离，因为 在两个相邻换能器14之间没有检测发生。图7示出了根据本发明第五示例性实施例的液位传感器组件62。如根据在此所示 本发明的其它示例性实施例的传感器组件的情况那样，传感器组件62要被耦联至控制器 16，该控制器具有与之耦联的输出装置，诸如LCD显示器20，从而限定出根据本发明的液位 传感器系统。因为传感器组件62类似于组件36，且为了简洁目的，两个组件62和36之间的差 异将更加详细地描述。传感器组件62用于在储罐11的表面上沿其高度移动(见箭头64)，同时确保设置 有衬件的组件62侧部压在储罐11的表面上，以便超声波更好地通过储罐11传播和接收。为了使组件62和储罐11之间的摩擦最小化且由此使组件在储罐上容易移动，衬 件由摩擦减少材料制成，诸如Teflon 。根据替换实施例，胶体可用于减小摩擦。如上所述，组件62是根据本发明示例性实施例的液位传感器系统。
在操作中，操作者(用图7中的手67代表)沿储罐11的高度移动传感器组件(见箭头64)，直到显示单元(未示出)或连接至控制器的任何其他输出单元(也未示出)交互 地通知用户，传感器组件定位在与储罐11中的液体和在液体上的气体之间的界面相同的 高度处。控制器当然被构造为能识别如上所述的这种界面(见图13)。更具体地，当检测 至IJ “反射”时(见图13中的曲线A)，系统识别出液体液位在组件62之上，且交互地将该液 位通知给用户。传播时间表征液体类型。如将参考本发明其它示例性实施例所述的，根据本发明的传感器液位组件并不限 制为定位在储罐11之外或用于常规的丙烷储罐，诸如那些用于BBQ的。图8示出了用于根据本发明第六示例性实施例的液位传感器系统的传感器组件。这样的组件可例如用于储罐壁上的反射信号可能较弱的大储罐71。传感器组件70包括换能器组件，该换能器组件包括单个换能器14和安装组件72， 该换能器连接至如上参照图1(未示出)所述的控制器，该安装组件用于将换能器14操作 性地安装在储罐71内以便以开关模式操作。传感器组件70被示出为安装至常规压力储罐 71，该储罐填充有液体73形式的加压气体。安装组件具有中空筒体74的形式，该筒体在底部处密封且被插入在储罐71中的 孔76中，以便大致垂直于储罐71的底部79定位，中空筒体74限定出测深杆(dip-stick)。 换能器14在筒体内安装至筒体74，以便大致平行于储罐71的底部79发射超声脉冲77。换能器14靠近筒体74的底部定位或位于该底部处，且筒体74延伸至储罐71的 底部79，从而可尽可能靠近储罐71的底部79地进行检测。当然，本发明并不限于将换能器14相对于储罐71的底部79定位在在储罐71之 内或之外。筒体74由能够抵抗储罐71中的压力的材料制成，该材料还能抵抗储罐中的任何 腐蚀性流体的腐蚀。筒体74包括螺纹部分80，用于将筒体安装到孔76周围的储罐71的肩部部分82。 螺母组件84还用于将测深杆74进一步固定至储罐71。可以使用其它机构用于将测深杆 74可拆除地或不可拆除地固定到储罐71中。可替换地使用具有与图8所示的安装组件构造不同的安装组件，允许将换能器14 操作性地安装在储罐71中。本发明并不限于具有筒形形状的测深杆。筒体74允许针对储罐71的环境保护换能器组件74。取决于应用，控制器可被插 入在测深杆74中(例如如图10所示)，或者换能器74可利用常规配线78联接至该测深 杆。图9示出了根据本发明第七示例性实施例的传感器组件86。由于组件86与组件 70非常类似，为了简洁的目的，仅两个组件86和70之间的差异在此将被详细描述。组件86包括在其中安装至测深杆74的多个换能器14 (示出了三个)。类似于图 6中的组件58，传感器组件86允许当液体液位到达储罐71中的、与储罐71中换能器14的 三个纵向位置对应的三个不同高度的每一个时进行依次检测。换能器14沿筒体74的高度的数量和位置当然可变换以获得不同的检测位置。此外，本领域的技术人员应该理解，三个换能器14不是必须安装至筒体74以使它 们的脉冲沿同一方向取向，而是只要它们基本平行即可。
图10和11显示了用于根据本发明第八示例性实施例的液位传感器系统的液位传 感器组件88。由于组件88与图8的组件72类似，且为了简洁的目的，现仅详细描述两个组 件88和72之间的差异。如通过阅读以下描述可以理解的，组件88用作填充停止检测器， 以确定填充储罐71的最大液位。除了换能器14之外，筒体74还包括液位传感器系统的控制器16部分。并且，传感器组件88包括超声反射器90，该反射器在筒体外侧安装至筒体74，以 便与由换能器14发射的超声脉冲的路径共线。如图10和11所示，由于气体中的超声高衰减率(见图13的曲线B)，换能器14不 接收与目标90(或来自储罐壁)对应的任何反射，直到液体已经到达换能器面的高度。组 件88因此允许当液体73到达换能器14的高度时进行检测。然后获得与图13中的曲线A 类似的信号。反射器90经由框架元件(诸如杆91)安装至筒体74。反射器90和筒体端部之间 的距离可变化，但是足够靠近换能器14，以允许有足够的强度达换能器14。在一些应用中，储罐71的底壁79用作目标。但是，将目标设置为更靠近换能器74 能允许对 反射作出更佳预测，由此减小不可靠检测的发生。当然，反射器90的构造、形状、距离和材料与前述那些相比是可变化的。如图13所示和如参考图5A至12所述，液位传感器组件88允许在时域中操作。更 具体地，参考图13，回声在时间“T”后被接收，其对应于在反射器90上反射的超声激励脉冲 之间的延迟。图13的曲线A代表覆盖换能器和参考目标之间空间的液体的输出。图13的曲线 B是当没有液体覆盖换能器和参考目标之间间隙时的代表性输出信号。利用反射器——其 例如可以是储罐的底部或其壁中的一个，以及知道储罐中的液体的种类，能允许确定换能 器是否浸没在液体或其上的气体中。时间窗口的使用允许减小不可靠检测。现参考图12，将描述根据本发明第十示例性实施例的传感器组件96。由于组件96 在结构方面大部分与图8的组件72的结构类似，且为了简洁的目的，现仅详细描述两个组 件96和72之间的结构和功能差异。类似于图8的组件72，传感器组件96允许以开关模式检测液体液位。组件96和72之间的第一差异在于测深杆74容纳控制器16。两个组件96和72之间的另一差异在于组件96包括参考目标98，其用于改善反射 信号质量，以补偿储罐71的诸如壁的距离或非反射壁这样的限制。应该指出，可对本文描述的液位传感器系统作出多种改变，例如-当传感器组件包括多于一个的要以开关模式操作的液位传感器系统的换能器部 件，每个换能器可被联接至如上所述构造的独立控制器，或所有换能器可被联接至单个控 制器，该控制器则可被构造为检查和区分从所有换能器接收的返回信号，以便确定与所述 信号中的所检测的变化对应的液位；-在得知不同混合物的声速的变化以及面对换能器的储罐壁和换能器之间的距离 的情况下，控制器可进一步确定储罐中的液体混合物；-耦联至控制器的输出装置可采取通讯装置的形式，其向用户通知与液位相关的 信息，诸如到达了低液位。控制器或电子器件可例如被构造为当流体液位到达预定液位时发射鉴别信号。 即使根据本发明的液位传感器系统和组件已经在应用中描述为用于测量丙烷储 罐中的液位或更普遍地测量压力储罐中的液位，它们也可以用于包含腐蚀性液体和/或气 体的储罐。应该理解，本发明并不将其应用限于附图和如上所述的部件和构造的细节。本发 明能够用于其它实施例和以各种方式实施。还应该理解，在此所用的措辞和术语用于描述 的目的而非限制的目的。因此，尽管本发明已经通过其示例性实施例进行了以上描述，其可 以被修改，而不偏离所附权利要求限定的本发明主题的精神、范围和本质。
权利要求
一种液位传感器组件，用于测量储罐中的第一流体的液位，该第一流体限定出与第二流体的流体界面，该组件包括超声换能器组件，用于在储罐中沿至少一个检测路径发射超声脉冲，用于接收表征第一和第二流体中的至少一个的超声回声，和用于接收代表第一和第二流体中的该至少一个的回声信号；和安装组件，用于接收超声换能器组件和用于将超声换能器组件操作地安装至储罐用于超声测量。
2.如权利要求1所述的液位传感器组件，其中，第一流体是液体，而第二流体是该液体 之上的气体。
3.如权利要求1所述的液位传感器组件，其中，安装组件在储罐外侧安装至储罐；该安 装组件包括可变形衬件，该衬件被安装至换能器组件，以便在液位传感器组件安装至储罐 时接触储罐，从而允许超声波从超声换能器组件穿过储罐传播。
4.如权利要求3所述的液位传感器组件，其中，安装组件还包括偏压元件，用于促使换 能器组件和储罐之间经由可变形衬件形成紧密接触。
5.如权利要求3所述的液位传感器组件，其中，储罐包括底部；该安装组件将超声换能 器组件操作地安装至储罐底部，从而超声换能器组件从储罐底部朝向顶部发射超声脉冲， 并在代表储罐中的第一流体液位的时间之后接收超声回声，这些回声表征流体界面。
6.如权利要求1所述的液位传感器组件，其中，储罐包括底部；该超声换能器组件包括 至少一个超声换能器，该至少一个超声换能器经由安装组件安装至储罐，用于在储罐中沿 大体平行于储罐底部的至少一个检测路径、在相对于储罐底部的一位置处发射超声脉冲；由此，该至少一个换能器每个用作液位开关，其中，只要第一流体液位至少等于或高于 换能器相对于该底部的位置，表征第一流体的一些超声回声就能被换能器接收。
7.如权利要求6所述的液位传感器组件，其中，所述至少一个超声换能器包括多个换 能器，每个换能器经由安装组件并沿储罐高度在相对于储罐底部的各自位置处安装至储 罐。
8.如权利要求6所述的液位传感器组件，其中，安装组件将所述至少一个超声换能器 操作性地安装至储罐的外壁。
9.如权利要求6所述的液位传感器组件，其中，安装组件包括测深杆，用于将所述至少 一个超声换能器操作性地安装在储罐中。
10.如权利要求9所述的液位传感器组件，还包括反射器，该反射器沿所述至少一个检 测路径固定至测深杆；反射器与所述至少一个超声换能器限定出间隙；当第一流体填充间 隙时，该反射器导致超声脉冲反射，产生代表第一流体的回声信号并由此允许在相对于储 罐底部的所述至少一个换能器的位置处检测第一流体。
11.如权利要求10所述的液位传感器组件，其中，超声脉冲到反射器的传播时间表征 在所述至少一个换能器前面的第一和第二流体中的所述至少一个的种类。
12.如权利要求1所述的液位传感器组件，其中，储罐包括底部和顶部；超声换能器组 件经由安装组件安装至储罐，以用于在储罐中沿所述至少一个检测路径发射超声脉冲，该 至少一个检测路径大体垂直于储罐的底部；超声换能器组件靠近储罐的顶部定位，从而液 位传感器组件用作填充停止检测器。
13.如权利要求1所述的液位传感器组件，其中，超声回声表征超声换能器组件到流体 界面的距离。
14.一种用于测量储罐中的第一流体液位的液位传感器系统，该第一流体限定出与第 二流体的流体界面，该系统包括超声换能器组件，用于在储罐中沿检测路径发射超声脉冲，用于接收表征第一和第二 流体中的至少一个的超声回声，和用于接收代表第一和第二流体中的该至少一个的回声信 号；控制器，耦联至超声换能器组件，以用于接收回声信号和用于确定与之形成的流体界 面的位置；第一 流体的液位由流体界面的位置限定；和 安装组件，用于接收超声换能器组件和用于将超声换能器组件操作地安装至储罐，以 用于超声测量。
15.如权利要求14所述的液位传感器系统，其中，确定流体界面位置的控制器包括计 算出发送超声脉冲中的一个的超声换能器与接收代表第一和第二流体中的所述至少一个 的回声信号中的相应一个的超声换能器之间的延迟。
16.如权利要求14所述的液位传感器系统，还包括偶联到控制器的输出装置，用于输 出与流体界面位置有关的信息。
17.如权利要求14所述的液位传感器，其中，控制器还可被编程，以频繁地确定流体界 面的位置。
全文摘要
本发明提供一种液位传感器系统，包括控制器和传感器组件，该传感器组件由换能器组件和安装组件限定，该安装组件用于换能器组件快速连接或非永久附连到储罐或容器。超声换能器组件在储罐中沿检测路径发射超声脉冲，接收表征第一和第二流体中的至少一个的超声回声，和产生代表第一和第二流体中的该至少一个的回声信号。安装组件被构造为接收超声换能器组件和用于将超声换能器组件操作地安装至储罐用于超声测量。控制器联接至超声换能器组件，接收回声信号和确定与之相接的流体的位置；第一流体的液位由流体界面的位置限定。传感器组件被构造为可拆除地安装至储罐允许替换储罐，例如，当储罐排空时，不需要必须更换或重新构造传感器组件。
文档编号G01F23/296GK101842672SQ200880114207
公开日2010年9月22日 申请日期2008年7月4日 优先权日2007年8月30日
发明者尤里·阿加姆, 皮诺·马科维奇奥 申请人:感测技术股份有限公司