用于雷达料位计的分段式探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种导波雷达料位计，包括收发器、处理电路以及包括至少两个细长探头段的单个导体探头，其中，永久地附接至探头段的第一端部并从第一端部伸出的连接部包括：邻接部，其直径小于探头段的直径；中间部，其布置在探头段与邻接部之间，其直径小于邻接部；以及外螺纹部。探头段的第二端部包括套管，套管包括：带有内螺纹的接纳部，接纳部构造成接纳连接部；穿过套管侧壁的通道，通道相对于探头段的纵向中心轴线偏心地定位，使得当连接部配装到套管中时，通道位于中间部的径向外侧和邻接部的径向内侧。探头还包括锁定销，其设置在通道中从而通过限制邻接部在纵向方向上的移动而锁紧两个组装的探头段。
【专利说明】用于雷达料位计的分段式探头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种料位计系统，其使用电磁波来确定到容纳在箱体中的产品的表面的距离。
【背景技术】
[0002]微波料位计或者雷达料位计(RLG)系统广泛地应用于确定容纳在箱体中的产品的填充高度。雷达料位测量通常或通过非接触测量装置或通过常称为导波雷达(GWR)的接触测量装置进行，通过非接触测量装置，朝容纳在箱体中的产品发射电磁信号，通过接触测量装置，由用作导波传输线的探头将电磁信号导向并导入到产品中。
[0003]在GWR系统中，探头通常布置成从箱体的顶部朝向箱体的底部竖直延伸。用于GWR料位计系统的探头通常以缆式探头或者刚性探头的形式设置。缆式探头可以包括直径在几毫米至几十毫米之间的金属线缆。刚性探头通常具有较大直径。
[0004]在用于大型箱体一例如可以是约30m高的用于液化天然气(LNG)的箱体——中的料位计系统中，出于易于安装的原因，通常使用缆式探头。缆式探头的安装可以包括将配重附接至探头的底部并且简单地将探头降低到箱体中。
[0005]但是，对于某些应用而言，可能需要或者甚至必须使用刚性探头。刚性探头通常更坚硬并且由此更能适应于机械磨损和撕扯以及化学品接触。正如容易认识到，用于在一体地形成的大型箱体中使用的传统刚性探头会很难运输和安装。
[0006]另外，用于不同应用的可变箱体尺寸意味着料位计系统必须设置有或者长度是为特定箱体定制的或者长度在安装过程中可调的探头。
[0007]为了克服与在大型箱体中使用刚性探头相关联的问题，US7012437公开了一种填充料位测量装置，其中，信号沿表面波导被引导，并且其中，表面波导包括布置成伸缩进出彼此的多个段。因此，提供一种具有可调长度的探头。
[0008]但是，因为由US7012437公开的探头包括伸缩段，在从一段至下一段的每个过渡处探头的直径有变化。这种直径过渡可能干扰沿探头被引导的信号并且在探头上引入虚假回波信号。
[0009]另外，探头的长度由调节器控制单元进行控制，由此增加部件和系统的复杂性，这又增大测量装置的总成本。
实用新型内容
[0010]考虑到上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种用于导波雷达料位计系统的改进的探头、一种包括这种探头的料位计系统、以及布置在导波雷达料位计系统中的这种探头。
[0011]因此，根据本实用新型的第一方面，提供了一种导波雷达料位计，用于确定容纳在箱体中的产品的填充高度，所述料位计包括:收发器，所述收发器用于发送电磁传输信号并且接收从所述产品的表面反射的反射电磁信号；处理电路，所述处理电路连接至所述收发器并且构造成基于所接收的所述反射电磁信号确定所述填充高度；单个导体探头，所述单个导体探头构造成将所述电磁传输信号朝所述表面引导并且将所述反射电磁信号引导回至所述收发器，所述探头包括至少两个细长的探头段，每个探头段都是导电的并且都具有圆形截面；其中，连接部永久地附接至探头段的第一端部并且从所述第一端部伸出，所述连接部包括:邻接部，所述邻接部具有比所述探头段的直径小的直径；中间部，所述中间部布置在所述探头段与所述邻接部之间，所述中间部的直径小于所述邻接部；以及外螺纹部；其中，所述探头段的第二端部包括:套管，所述套管永久地附接至所述探头段并且包括接纳部，所述接纳部带有内螺纹并且构造成接纳所述连接部的所述外螺纹部；通道，所述通道穿过所述套管的侧壁，所述通道相对于所述探头段的纵向中心轴线偏心地定位，使得当第一探头段的连接部配装在第二探头段的套管中时，所述通道位于所述中间部的径向外侧且位于所述邻接部的径向内侧；并且其中，所述探头还包括锁定销，所述锁定销构造成布置在所述通道中从而通过限制所述邻接部在纵向方向上的移动而将所述第一探头段锁定至所述第二探头段。
[0012]箱体可以是能够容纳产品的任意容器或者器皿，并且可以是金属的或者部分或完全是非金属的、开口的、半开的、或者封闭的。
[0013]布置成穿过套管侧壁的通道偏心地定位并且位于连接部的中间部的径向外侧，这具有在连接部中不需要相应通道的效果。通道应当理解成侧壁中的开口形式的穿过套管侧壁的通道。因此，锁定销可以在不与连接部的中间部相干扰的情况下布置在通道中。由此，当连接探头段时，不需要考虑连接部的旋转对准。另外，因为套管中的开口定位使得通道布置在连接部的邻接部的径向延伸范围的径向内侧，所以锁定销通过防止邻接部移出套管而防止探头段的分离。
[0014]本实用新型基于下述认识:用于料位计的刚性探头可以有利地包括分开的单个探头段，这些分开的单个探头段可以通过用于防止探头段彼此分离的螺纹连接和布置在穿过其中一个探头段的侧壁的通道中的锁定销的使用而彼此连接并且固定在一起。两个探头段之间的螺纹连接提供了机械稳定性和抵抗探头的意外断开连接的保护。但是，如果仅使用螺纹连接而不使用锁定销，探头上的振动可能使该连接松开。此振动例如可以例如是探头所处的箱体中的产品的运动的结果。因此，锁定销用于确保能够阻止探头段意外分离。
[0015]通过使用由分开的探头段组成的探头，简化了探头的运输和安装。使用包括分开的探头段的模块化探头有利于例如在于狭窄的空间中进行安装的布置中的探头的安装。
[0016]除了易于安装之外，还易于通过选择所使用的探头段的数量调整探头的总长度。另外，这使得能够针对各种不同的应用和在不同尺寸的箱体或者容器中使用相同类型的探头，这减小了必须由制造商制出来可用的不同探头类型的数量。
[0017]另外，锁定销能够制成足够小或者由适当材料制成，使得任何源于沿探头传播的电磁信号的从锁定销的反射的回波信号不干扰高度测量。
[0018]另外，由通过锁定销连接的不同的探头段组成的探头还易于拆卸，使得探头例如可以再次用于不同应用中。
[0019]在本实用新型的一个实施方式中，外螺纹部可以有利地布置在所述中间部与所述探头段之间。
[0020]根据本实用新型的一个实施方式，通道可以有利地延伸穿过套管的两个侧壁。通道可以延伸穿过套管的一个或者两个侧壁。是使用一个通道还是两个通道可以例如通过所使用的锁定销的类型确定。提供穿过套管的两个侧壁的通道有利于多个类型的锁定销的使用，这将在下文中更具体地进行描述。
[0021]在本实用新型的多个实施方式中，锁定销可以有利地是穿过所述通道布置的开口销。开口销是包括两个尖头的销，当安装销时，使两个尖头弯曲使得销被固定在通道中。有利地使用开口销，因为其复杂，易于安装和移除并且能够低成本制造。
[0022]在本实用新型的多个实施方式中，锁定销可以有利地逐渐变细以当插入到通道中时与套管接合。锥形销、即有点呈圆锥形的销能够插入到通道中并且简单地通过凭借在销上施加一定的力将销插入到通道中而固定至套管。对于锥形销而言，在两个侧壁中具有开口的通道可以用于简化锥形销的移除。
[0023]在本实用新型的多个实施方式中，穿过侧壁的通道可以有利地带有内螺纹，于是锁定销可以带有外螺纹并且构造成螺旋连接到通道中。螺纹销、或者螺钉能够螺旋连接到穿过套管的一个或者两个侧壁的开口的对应内螺纹中。
[0024]根据本实用新型的一个实施方式，邻接部可以有利地包括外螺纹，外螺纹构造成螺纹连接到所述接纳部的内螺纹中。通过还为邻接部设置螺纹，能够实现连接具有进一步的机械稳定性。另外，当使用带螺纹的邻接部时，连接部的多种几何构型是可能的，比如例如连接部的邻接部和螺纹部的长度上的变化。
[0025]在本实用新型的一个实施方式中，探头段可以有利地基本上是实心的。基本上实心的探头为充当单个导体电磁导波提供了有利的电学特性。另外，实心探头是机械稳定的并且对机械磨损和拉扯相对不敏感。
[0026]根据本实用新型的一个实施方式，连接部和探头段可以有利地由金属圆柱体制成一体式。如上所述的探头段可以例如通过机加工金属的细长圆柱形来制造，这提供了简单的制造过程，其中，不需要分开的元件的附接。
[0027]另外，套管也可以以相同方式制成。由此，整个探头段可以由一块材料并在一道工序中制造。
[0028]根据本实用新型的一个实施方式，探头段可以大致呈管状。在一些应用中，可能需要使用管状探头段。这种应用可以例如是在需要减小探头重量的情形中。
[0029]在本实用新型的一个实施方式中，料位计还可以包括用于将探头连接至收发器的收发器连接部。在一些应用中，可以将探头段的连接部或者套管直接连接至收发器或者经由箱体进出口连接至收发器。但是，例如如果收发器的接口与探头段的连接部或者套管不对应，那么必须使用布置在探头与收发器之间的转接器形式的收发器连接部。例如，收发器连接部可以是箱体进出口的一部分。
[0030]在本实用新型的多个实施方式中，探头段还可以包括工具接合部，工具接合部与所述探头段的第一端部和第二端部中的至少一者相邻地布置。为了确保螺纹连接足够紧，可能需要使用用于探头段的组装的工具。为了便利于工具的使用，工具接合部可以设置在探头段的端部处，与连接部和套管相邻但互不干扰。工具接合部例如可以是允许接合扳手——例如固定扳手——的探头的平坦部。
[0031]根据本实用新型的第二方面，提供了一种用于导波雷达料位计的探头段，所述探头段是导电的、细长的并且具有圆形横截面和基本上一致的直径；所述探头段的第一端部包括:邻接部，所述邻接部具有比所述探头段的直径小的直径；中间部，所述中间部布置在所述探头段与所述邻接部之间，所述中间部具有比所述邻接部的直径小的直径；以及外螺纹部；其中，所述探头段的第二端部包括:套管，所述套管永久地附接至所述探头段并且包括接纳部，所述接纳部带有内螺纹并且构造成接纳探头段的第一端部的外螺纹部；以及通道，所述通道穿过所述套管的侧壁，所述通道相对于所述探头的纵向中心轴线偏心地定位，使得当连接部配装在所述套管中时，所述通道位于所述中间部的径向外侧且位于所述邻接部的径向内侧。
[0032]还提供了一种用于导波雷达料位计的模块化探头，其包括根据本实用新型的第二方面的多个探头段，其中，第一探头段的第一端部连接至第二探头段的第二端部以形成模块化探头。
[0033]此外，上文描述的模块化探头可以有利地用作导波雷达料位计中的单个导体探头。
[0034]本实用新型的此第二方面的其它效果和特征在很大程度上类似于上文结合本实用新型的第一方面所描述的效果和特征。
[0035]当研究随附权利要求和下列描述时，本实用新型的其它特征和优势将变得清楚。本领域技术人员了解，本实用新型的不同特征可以进行组合以产生不同于下文中所描述的这些实施方式的实施方式而不脱离本实用新型的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]现将参照示出本实用新型的示例性实施方式的附图，对本实用新型的这些方面和其它方面进行更具体地描述，在附图中:
[0037]图1示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的料位计系统；
[0038]图2a至2b为用于根据本实用新型实施方式的雷达料位计系统的探头的连接部的示意图；
[0039]图3a至3d为用于根据本实用新型实施方式的雷达料位计系统中的探头的锁定销的不意图；
[0040]图4示意性地示出了根据本实用新型的实施方式探头段。
[0041]图5a至5e示出了本实用新型的实施方式。
【具体实施方式】
[0042]在本【具体实施方式】部分中，参照使用包括多个探头段的探头的雷达料位计系统，对根据本实用新型的系统的多个实施方式进行主要描述。
[0043]图1为导波雷达料位计系统100的示意图，导波雷达料位计100包括料位计102，料位计102布置在箱体104中，箱体104填充有需测量的产品106。测量单元108布置在箱体104的顶部上并且通过箱体进出口(throughput) 112连接至探头110。测量单元108包括收发器和处理电路(未示出)，收发器和处理电路用于产生发射和接收电磁信号并且用于基于接收的反射信号确定填充高度。通常，填充高度能够通过发射电磁信号而电磁信号沿探头110传播并且在产品的表面114至少部分地反射来确定。
[0044]图2a和2b示出了用于连接料位计中的探头的两个探头段的连接部和相应的接纳套管的多个实施方式。
[0045]在图2a中示出了第一探头段202和第二探头段206，第一探头段202包括从第一探头段202的端部延伸的连接部204，第二探头段206包括构造成接纳连接部204的套管208。连接部204包括外螺纹部222并且套管224包括对应的内螺纹226。连接部还包括:从端部探头202延伸的中间部210，中间部210具有比探头202的直径小的直径；和邻接部212，邻接部212具有比中间部210的直径大的直径，邻接部212布置在连接部204的端部处与中间部210相邻。另外，在套管208中布置有开口以形成穿过套管208的至少一个侧壁的通道214。
[0046]通过连接螺纹部222和226，以机械的方式使两个探头段相对于彼此稳固。
[0047]图2b示意性地示出了连接部，其中，邻接部232也带有外螺纹以便与套管208的内螺纹226接合。由此，能提供附加的稳定性。应当指出，图2a和2b中示出的实施方式的多种变形是可能的。例如，可以改变外螺纹部222和邻接部212、232的长度。
[0048]连接部204、230和探头段202可以例如通过机加工细长圆柱体的端部由同一块材料制成。该圆柱体优选地由适合于引导电磁波的材料例如不锈钢或者其它金属合金制成。期望提供耐腐蚀的材料——例如不锈钢——的探头。但是，也能够分开地制造连接部和探头段并且之后例如通过焊接将两个零部件永久地附接在一起。相同的原理适用于套管208和第二探头段，套管208和第二探头段也可以由一个零件制成或者制成为永久地附接到彼此的单独的零件。
[0049]另外，探头段202、206优选地具有基本上一致的直径。探头段的直径可以在IOmm至20mm的范围内，比如例如为13mm,约等于0.5英寸。通过使用具有统一直径的探头,探头能够提供在探头的整个长度上一致的传播性能，这是精确的填充高度确定所需要的，因为变化的直径特别是阶梯变化的直径可以产生虚假回波信号。
[0050]图3a至3d示意性地示出了用于连接料位计中的探头的两个探头段的各种锁定销。
[0051]图3a示出了开口销(split pin) 302，开口销302在插入通过通道214之后弯曲从而防止其意外地从通道214脱离。开口销以及其它类型的锁定销优选由耐腐蚀的材料——例如不锈钢——或者具有类似特性的其它合金或者金属形成。通道214相对于探头的纵向轴线偏心定位使得锁定销可以不受阻碍地穿过套管。一旦锁定销已经插入，连接部204、216、220、228的邻接部212将不能移出套管，因为移动被锁定销阻挡。
[0052]在图3b中示出了锥形锁定销304，图3c示出了螺纹锁定销306，即螺钉，并且图3d示出了 u形锁定销308，该销的端部能够弯曲以将锁定销308固定至套管。
[0053]应当注意，图3a至3d中示出的每一种锁定销都可以与图2a至2b中示出的任意连接部-套管的结合一起使用。另外，本领域技术人员容易认识到，基于图示示例的变型可以等同地使用。
[0054]图4示意性地示出了包括工具接合部402、404、406的探头段202、206。工具接合部例如可以是探头的允许使探头与扳手接合的平坦部402、404。工具接合部还可以是穿过探头的孔406，在这种情况下，可以插入用作杠杆的工具以在组装探头段时实现增大的扭矩。
[0055]图5a至5e示意性地示出了将导波雷达料位计布置在箱体中。在图5a中示出的第一步骤中，第一探头段202的连接部216插入到第二探头段206的接纳套管208中。如图5b中所示，随后将两个探头段螺旋连接在一起使得连接部204的外螺纹部222与套管208的内螺纹部226接合。该连接可以由操作者用手或者如果需要通过使用工具手动地进行。接下来，在图5c中，将在此以开口销302的形式示出的锁定销插入到通道214中并且穿过套管208。在图5d中，示出了开口销的腿如何弯曲从而防止销意外地从通道脱离。最后，在图5e中，将探头110布置在箱体104中并且电连接至收发器。当探头在封闭箱体中使用时，电连接和机械连接可以通过使用箱体进出口 112结构得以实现。
[0056]即使已经参照本实用新型的特定示例实施方式对本实用新型进行了描述，但是很多不同的变型、改型等对于本领域那些技术人员而言将变得显而易见的。例如，连接部的精确几何构型可以改变，同时仍能够提供足够的机械稳定性并且允许为了附加安全性而是用锁定销。另外，应当注意，可以省略、互换或者以不同的方式布置系统的零件，料位计仍能够执行本实用新型的功能。
[0057]另外，本领域技术人员在根据对附图、说明书、以及所附权利要求的研究实施请求保护的实用新型时能够理解和实现所公开实施方式的变型。在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中对特定方案进行限定的事实不表示这些方案的结合不能被加以利用。
【权利要求】
1.一种导波雷达料位计，用于确定容纳在箱体中的产品的填充高度，所述料位计包括: 收发器，所述收发器用于发送电磁传输信号并且接收从所述产品的表面反射的反射电磁信号； 处理电路，所述处理电路连接至所述收发器并且构造成基于所接收的所述反射电磁信号确定所述填充高度； 单个导体探头，所述单个导体探头构造成将所述电磁传输信号朝所述表面引导并且将所述反射电磁信号引导回至所述收发器，所述探头包括至少两个细长的探头段，每个探头段都是导电的并且都具有圆形截面； 其中，连接部永久地附接至每个探头段的第一端部并且从所述第一端部伸出，所述连接部包括: 邻接部，所述邻接部具有比所述探头段的直径小的直径； 中间部，所述中间部布置在所述探头段与所述邻接部之间，所述中间部的直径小于所述邻接部；以及 外螺纹部； 其中，所述探头段的第二端部包括: 套管，所述套管永久地附接至所述探头段并且包括接纳部，所述接纳部带有内螺纹并且构造成接纳所述连接部的所述外螺纹部； 通道，所述通道穿过所述套管的侧壁，所述通道相对于所述探头段的纵向中心轴线偏心地定位，使得当第一探头段的连接部配装在第二探头段的套管中时，所述通道位于所述中间部的径向外侧且位于所述邻接部的径向内侧；并且 其中，所述探头还包括锁定销，所述锁定销构造成布置在所述通道中从而通过限制所述邻接部在纵向方向上的移动而将所述第一探头段锁定至所述第二探头段。
2.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述外螺纹部布置在所述中间部与所述探头段之间。
3.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述通道延伸穿过所述套管的两个侧壁。
4.根据权利要求3所述的料位计，其中，所述锁定销是开口销。
5.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述锁定销逐渐变细以在插入到所述通道中时与所述套管接合。
6.根据权利要求1所述的料位计，其中，穿过所述侧壁的所述通道带有内螺纹，并且，所述锁定销带有外螺纹且构造成螺旋连接到所述通道中。
7.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述邻接部包括外螺纹，所述外螺纹构造成螺纹连接到所述接纳部的内螺纹中。
8.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述探头段基本上是实心的。
9.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述连接部和所述探头段由金属圆柱体制成一体式的。
10.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述套管和所述探头段由金属圆柱体制成一体式的。
11.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述探头段大致呈管状。
12.根据权利要求1所述的料位计，还包括用于将所述探头连接至所述收发器的收发器连接部。
13.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述探头段还包括工具接合部，所述工具接合部布置成与所述探头段的所述第一端部和所述第二端部中的至少一者相邻。
14.一种用于导波雷达料位计的探头段，所述探头段是导电的、细长的并且具有圆形横截面和基本上一致的直径；所述探头段的第一端部包括: 邻接部，所述邻接部具有比所述探头段的直径小的直径； 中间部，所述中间部布置在所述探头段与所述邻接部之间，所述中间部具有比所述邻接部的直径小的直径；以及 外螺纹部； 其中，所述探头段的第二端部包括: 套管，所述套管永久地附接至所述探头段并且包括接纳部，所述接纳部带有内螺纹并且构造成接纳探头段的第一端部的外螺纹部；以及 通道，所述通道穿过所述套管的侧壁，所述通道相对于所述探头的纵向中心轴线偏心地定位，使得当连接部配装在所述套管中时，所述通道位于所述中间部的径向外侧且位于所述邻接部的径向内 侧。
15.根据权利要求14所述的探头段，其中，所述探头段基本上是实心的。
16.根据权利要求14所述的探头段，其中，所述通道延伸穿过所述套管的两个侧壁。
17.根据权利要求14所述的探头段，其中，所述邻接部包括外螺纹，所述外螺纹构造成螺纹连接到所述接纳部的内螺纹中。
18.根据权利要求14所述的探头段，其中，所述探头段还包括工具接合部，所述工具接合部布置成与所述探头段的所述第一端部和所述第二端部中的至少一者相邻。
19.一种用于导波雷达料位计的模块化探头，所述模块化探头包括多个根据权利要求14所述的探头段，其中，第一探头段的第一端部连接至第二探头段的第二端部以形成模块化探头。
【文档编号】G01F23/284GK203758577SQ201320754910
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】本特·哈格隆德 申请人:罗斯蒙特储罐雷达股份公司