单导体探头雷达物位计系统以及罐布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括单导体探头的雷达物位计系统以及罐布置，该罐布置包括具有管状安装结构的罐和附接至该管状安装结构的雷达物位计系统，使得单导体探头穿过该管状安装结构。
【背景技术】
[0002]雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中容纳的物品的填充物位。雷达物位计量通常借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，在非接触式测量中朝向罐中容纳的物品辐射电磁信号，在接触式测量中通过充当波导装置的传输线探头引导电磁信号朝向物品并将其导入物品中。探头通常被布置成从罐的顶部朝向罐的底部竖直延伸。
[0003]电磁发射信号由收发器生成并通过探头朝向罐中物品的表面进行传播，并且由于在所述表面处对发射信号的反射而产生的电磁反射信号被反向传播朝向收发器。
[0004]可以基于发射信号和反射信号确定与物品的表面的距离。
[0005]通常，发射信号不仅在由罐内空气与物品表面之间的界面构成的阻抗过渡处反射，而且还在发射信号遇到的若干个其它阻抗过渡处反射。在GWR系统的情况下，一个这样的阻抗过渡通常发生在收发器与探头之间的连接处。通常，收发器位于罐的外部，并且经由穿过罐的壁(通常为顶部)的馈孔(feed-through)连接至探头。
[0006]这样的馈孔通常由同轴线构成，所述同轴线具有作为其内部导体的探头、作为其外部导体的罐壁或附接至罐的连接件以及设置在内部导体与外部导体之间的介电构件。
[0007]由于对于在机械上充分强壮的内部导体与实际的外部导体直径的组合需要，远高于约50Ω的馈孔阻抗几乎是不可行的。因此，由于馈孔的结构，馈电装置的阻抗通常与典型的同轴线缆的阻抗相似，也就是约50 Ω。
[0008]雷达物位计系统通常安装在从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构上。这样的安装结构(通常被称为“管嘴”)可以为焊接至罐并且在其上端装备有法兰以使得能够附接仪器(诸如雷达物位计系统或盲板法兰)的管道。管状安装结构的内径通常可以在0.lm与0.2m之间，并且通常长度可以为大约0.5m。在包括管状安装结构(管嘴)的罐布置中，通常在安装结构的上端处将探头机械地连接至罐，并且探头在进入罐本身之前穿过安装结构、通过安装结构的下端。在安装结构的上端，可以通过穿过罐边界的馈孔将探头电连接至雷达物位计系统的收发器。
[0009]对于有时也称为古搏探头(Goubau probe)的单导体探头，已经发现由探头引导的电磁信号的传播受到管状安装结构影响，尤其在管状安装结构相对窄且高的情况下。
[0010]管状安装结构内部的单导体探头不具有表面波导装置的特性，而是取决于管状安装结构的尺寸实际上如同具有信号传播特性的同轴传输线。特别地，管状安装结构内部的传输线的阻抗可以为150Ω的量级并且可以随安装变化。因此，将在馈孔与管状安装结构内部之间的界面处存在第一阻抗级，并且在管状安装结构的下端处存在第二阻抗级。
[0011]管状安装结构的下端处的相对大的阻抗级(约150 Ω至约370 Ω )可能干扰接近管状安装结构的下端的填充物位的测量。事实上，由于以上提及的阻抗级所产生的不匹配回波可能比来自油表面的回波更强。另外，在馈孔处的阻抗过渡与在管状安装结构的下端处的阻抗过渡之间的多次反射可能导致额外的回波信号，该回波信号可能干扰远低于管状安装结构的下端处的填充物位测量。
[0012]根据US6690320，通过在管状安装结构内部设置同轴线缆延伸件直至探头离开管状安装结构之后为止，以使得具有同轴延伸件的探头与收发器和探头之间的馈线具有相同的阻抗(约50Ω)，来解决由管状安装结构的端部处的反射所引起的问题。使用这样的配置，实际上在管状安装结构内部不存在单导体探头，而单导体探头开始于管状安装结构的下端以下同轴延伸件结束处。结果，将仅存在一个大的阻抗级，但由于该阻抗级位于管状安装结构的下端以下，所以罐顶部的不能执行可靠的填充物位测量的区域(所谓的死区)将开始于同轴延伸件的端部(在管状安装结构以下)，并且将仍然是有意义的。此外，存在因同轴延伸件的端部处的强反射导致的严重的信号损失，这限制了最大可测量距离。一些信号还将找到其直到管状安装结构(管嘴)中的路径，并且进一步干扰回波情况。
[0013]为了改进上述情况，EP2490040公开了一种包括单导体探头和被提供给探头并沿探头的一部分延伸的阻抗匹配配置的雷达物位计系统。阻抗匹配布置具有径向延伸，该径向延伸可以为恒定的或者随着管状安装结构内部的第一变化率而改变，并且随着与具有第二负变化率的管状安装结构的下端的距离的增加而改变。阻抗匹配布置(介电套管)降低阻抗并且局部减小由于在管状安装结构内发射的电磁信号所产生的电磁场的径向延伸，于是提供从管状安装结构内的阻抗到罐本身中的探头的阻抗的阻抗的逐渐改变，该探头在管状安装结构的下端以下。
[0014]尽管根据EP2490040的方案提供了在确定接近罐顶部的填充物位时的改进，并且使得能够测量管状安装结构(管嘴)的至少下部中的填充物位，但是期望提供管嘴中较高填充物位的改进的测量。
【发明内容】
[0015]鉴于以上内容，本发明的总体目的是提供改进的雷达物位计系统和罐布置，特别是使用延伸穿过罐的顶部处的管状安装结构的单导体探头来提供管状安装结构内部的填充物位的改进的测量。
[0016]根据本发明的第一方面，通过用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统来实现这些和其它目的，该罐具有从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，该雷达物位计系统包括:收发器，其布置在所述罐的外部以生成、发射以及接收电磁信号；单导体探头，其布置在所述罐的内部并且经由布置在所述安装结构的上端处的馈孔电连接至收发器，所述单导体探头朝向罐中的物品基本上竖直地延伸穿过所述安装结构、通过所述安装结构的下端并进入到罐中的物品中，以用于朝向物品的表面引导来自所述收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向所述收发器返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；导电屏蔽结构，其与所述单导体探头径向间隔开并且在所述安装结构内部沿所述单导体探头的顶部部分延伸并通过所述安装结构的下端；以及处理电路，其连接至所述收发器以基于所述发射信号和所述表面反射信号来确定填充物位，其中所述屏蔽结构至少部分地包围所述单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入，从而使得能够测量与所述探头的顶部部分对应的填充物位，所述屏蔽结构包括在所述安装结构内部沿所述单导体探头延伸的第一部分以及在所述安装结构的下端以下沿所述单导体探头延伸的第二部分；其中所述屏蔽结构在与所述单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现了如下角:在所述第一部分中呈现大于180°的、围绕所述单导体探头的总包围弧角；以及在第二部分中呈现随着与所述安装结构的下端的距离增加而减小的、围绕所述单导体探头的总包围弧角。
[0017]根据本发明的第二方面，通过罐布置来实现以上提及的目的和其它目的，该罐布置包括:罐，其具有从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，该罐容纳待计量的物品；以及雷达物位计系统，其用于确定罐中容纳的物品的填充物位，该雷达物位计系统包括:收发器，其布置在罐的外部用于生成、发射以及接收电磁信号；单导体探头，其布置在罐的内部并且经由布置在安装结构的上端处的馈孔电连接至收发器，该单导体探头朝向罐中的物品基本上竖直延伸穿过安装结构、通过安装结构的下端并进入到罐中的物品中，以用于朝向物品的表面引导来自收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向收发器返回由于发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；导电屏蔽结构，其与单导体探头径向间隔开并且在安装结构内部沿单导体探头的顶部部分延伸并通过安装结构的下端；以及处理电路，其连接至收发器以用于基于发射信号和表面反射信号来确定填充物位，其中屏蔽结构至少部分地包围单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入，从而使得能够测量与探头的顶部部分对应的填充物位，屏蔽结构包括在安装结构内部沿单导体探头延伸的第一部分以及在安装结构的下端以下沿单导体探头延伸的第二部分；其中屏蔽结构在与单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现如下角:在第一部分中呈现大于180°的、围绕单导体探头的总包围弧角；以及在第二部分中呈现随着与安装结构下端的距离增加而减小的、围绕单导体探头的总包围弧角。
[0018]屏蔽结构沿径向方向敞开以允许物品进入，使得物品充分接近单导体探头，从而即使当物品的表面比屏蔽结构的下端高时表面处的阻抗过渡导致可测的回波信号。例如，单导体探头与屏蔽结构的内壁之间的空间可以为基本上空的，或者可以部分地填充有介电质，只要物品可以充分接近单导体探头即可。
[0019]罐可以为能够容纳物品的任何容器或者器皿。
[0020]“收发器”可以为能够发射和接收电磁信号的一个功能单元，或者可以为包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。
[0021]单导体探头可以为基本上刚性或柔性的，并可以由金属(例如不锈钢)制成。
[0022]当雷达物位计系统被布置成使得探头通过罐的管状安装结构(管嘴)时，探头将在管状安装结构内部的罐内以及在管状安装结构以下但管状安装结构内部，从探头到管状安装结构的壁(导电)的距离将比探头与管状安装结构的