超声液位传感系统的制作方法_3

文档序号:9630154阅读:来源:国知局
声波的多个超声传感器156的底部超声传感器(例如,超声传感器1561)在容器基部的内表面178之上一定距离。因此,超声探头100在测定容器159内的精确液位时具有一些固有的不准确性。因此,所描述的实施方式可能理想地采用超声传感器177以测定盘形盖140 (例如,超声探头100的底端)和容器159的基部179的内表面178之间的空间D5中存在的液位。盘形盖140和容器159的基部179的内表面178之间的空间D5可以在不同容器之间变化,但探头100理想地不接触内表面178。通过采用超声传感器177,超声探头100在检测容器159的填充水平(例如,通过检测更接近于容器159的全空状态的水平)时具有提高的准确性。超声传感器177布置在超声探头100的底部上,朝向容器159的基部179的内表面178发射向下的超声能量信号,因此使得超声传感器177能够在液体不再存在于超声探头100和内表面178之间(这指示容器159非常接近于全空)时进行检测,并允许更接近于完全利用容器159内的液体。因此,所描述的实施方式避免了未利用液体的残余“根脚”,将其作为有害废物移除或丢弃通常是费用高昂的。此外,供应商不需要产生新的容器队列(container fleet)(例如,具有坑槽以测量较低残余液位的新容器),相反供应商可以仅升级超声探头到现有的容器中。
[0063]控制器109可以编程为不是同时传输信号到多个超声传感器156和超声传感器177中所有超声传感器156a-1561和从其接收信号。这一特征消除了对于多个超声传感器156和超声传感器177的配线158单独屏蔽的需要,且也允许超声传感器156a_1561和超声传感器177更紧密地布置在一起。在现有技术的系统中,连接超声传感器和控制器的配线通常被单独地屏蔽以保护其免于同时传输到探头中所有超声传感器或从其传输的电子信号导致的干扰(即,串扰)。例如,在典型的现有技术设计中,各超声传感器的配线可以包括同轴电缆,其中内导体用作去往超声传感器的信号线和外屏蔽用作地线(例如,接地到探头的钢管)和来自超声传感器的信号回路。在现有技术的系统中,探头内的超声传感器也必须进一步间隔开以避免同时发射声波的超声传感器导致的干扰。这些特征(即,多个屏蔽电缆导致的增加的体积和传感器之间更大的间隔)各自限制以在不增大探头和相关硬件的尺寸的情况下可以布置在探头中的超声传感器的数目。
[0064]在优选的实施方式中,控制器109编程为或另外可操作地配置为一次向多个超声传感器156和超声传感器177中的一个超声传感器传输信号和从其接收信号。例如,控制器109可以编程为首先向超声传感器156a传输电子信号并等待接收来自超声传感器156a的返回信号,然后向超声传感器156b传输电子信号并等待接收来自超声传感器156b的返回信号,并且对于多个超声传感器156和超声传感器177中的各超声传感器依此类推。在已经第一次向多个超声传感器156和超声传感器177中的各超声传感器传输电子信号并从其接收电子信号(例如,以超声传感器156a开始并以超声传感器177结束,虽然其它顺序是可能的)后,控制器109重复该序列并第二次向超声传感器156a和多个超声传感器156的各超声传感器传输电子信号并从其接收电子信号,依此类推,只要超声探头100正在运行。以这种方式,各超声传感器156a-1561和超声传感器177的配线158之间及超声传感器本身之间干扰的可能性极大地降低或消除,因为超声传感器156a-1561和超声传感器177没有全部同时发射或接收声波且各超声传感器156a-1561和超声传感器177的配线158没有同时承载电子信号。
[0065]这种操作多个超声传感器156和超声传感器177的方法消除了各超声传感器156a-1561和超声传感器177的配线158单独屏蔽的需要,且超声传感器156a_1561和超声传感器177可以比现有技术的系统更紧密地布置在一起(即,甚至比图1B中所示的更紧密),这两者都使得更大数目的超声传感器能够布置在桶123内。在示例性的配置中,配线158包含具有非单独屏蔽的多个内导体的多导体屏蔽电缆,其中单独的内导体与多个超声传感器156和超声传感器177的各超声传感器连接以用作信号线,且多导体屏蔽电缆的外屏蔽用作多个超声传感器156和超声传感器177的所有超声传感器共同的回路和地线。例如,同轴电缆可以用作多导体屏蔽电缆,其中内导体连接到多个超声传感器156和超声传感器177以用作信号线,且同轴电缆的外屏蔽用作共同回路。在优选的实施方式中,多导体屏蔽电缆是商购的电缆如St.Louis, Missouri, USA制造的83562型电缆。
[0066]颈管108布置在密封装配元件102a和102b及柔性连接件104内。颈管108通过在焊接区148内进行的熔焊(S卩,珠焊)固定于密封装配元件102a。优选地,焊接仅占据一部分焊接区148并在颈管108的侧壁114紧靠密封装配元件102a处形成。密封装配元件102a包括围绕颈管108延伸的突出的密封表面(即密封面)150。突出的密封表面150具有与颈管108的侧壁114分隔距离D1的内边缘151。为了防止突出的密封表面150受到焊接区148内焊接的影响(例如,焊接材料可能产生凸起的表面和/或焊接的热量可能使突出的密封表面150变形),距离D1优选至少2.0mm (0.079英寸)且更优选至少6.0mm (0.24英寸)。密封装配元件102b包括与密封装配组件157的另一密封装配元件164的相反螺纹区域166接合的螺纹区域152。超声探头100也可以包括用于在超声探头100固定于容器159时进行泄漏检测的测试端口(未显示)。在替代的实施方式中,密封装配元件102a和颈管108可以制造成整体的单一部件,例如由单一圆钢制成,从而不需要单独地制造这些零件并随后焊接到一起。
[0067]桶123具有外径D3 (即外管122的外径)。颈管108和内管132的外径D2小于桶123的外径D3。相对于内管132的外径D2更大的桶123的外径D3提供了内体积146内更大的空间量,这是容纳更多数目的超声传感器156a-1561和超声传感器177及其相应的配线158所必需的。优选地,内管132的外径D2与桶123的外径D3的比率小于或等于0.95。更优选地,内管132的外径D2与桶123的外径D3的比率小于或等于0.95并大于或等于0.3。更优选地,内管132的外径D2与桶123的外径D3的比率小于或等于0.8,且桶123的外径D3不大于0.827英寸(21.0mm)。更优选地,内管132的外径D2与桶123的外径D3的比率小于或等于0.8并大于或等于0.4。更优选地,内管132的外径D2大约是十六分之五英寸(7.9mm),且桶123的外径D3大约是八分之五英寸(15.9mm)。优选地,外管122的侧壁128和内管132的侧壁138之间具有至少0.10英寸(2.5mm)的最小距离(其中多个超声传感器156和超声传感器177包括至少四个超声传感器),和至少0.15英寸(3.8mm)的最小距离(其中多个超声传感器156包括12个超声传感器156a-1561和超声传感器177)。
[0068]在其它实施方式中,如在相关的共同未决美国专利申请系列号14/163,407中描述的,超声探头100可以采用不同构造的颈管108和桶123。例如,在一些实施方式中,如在相关的共同未决美国专利申请系列号14/163,407中描述的,颈管108的肩部113由侧壁114形成而不是作为单独的部件,且与颈管108的其余部分形成整体(即,颈管108和肩部113是单一的材料块),例如通过具有从颈管108的外径D2过渡到颈管108的外径D3(其也是桶123的外径)的钟形形状的肩部113。
[0069]此外,相关的共同未决美国专利申请系列号14/163,407中描述的其它实施方式可以采用不包括布置在侧壁128中的通孔的超声探头100的外管122,且其中外管122的上端124不与肩管或颈管108的下端112偶联。相反,内管132的上端134可以与布置在与颈管108的下端112和外管122的上端124偶联的颈圈的侧壁中的通孔对准。颈圈可以使得桶123能够构建为一个或多个组件,其可以有利地允许多个超声传感器156在完成桶123的组装之前进行测试。另外,这一特征是有利的,因为桶123的大多数组件可以在安装多个超声传感器156之前焊接在一起(其中焊接的热量否则可能损伤多个超声传感器156和/或保持多个超声传感器156处于内体积146内正确位置的粘结)。
[0070]图2显示按照本发明的示例性实施方式安装在容器159上的超声探头100的透视图。超声探头100包括控制器109和LED仪表111,如之前讨论的。容器159包括主体160、上部162和与上部162偶联的密封装配元件164。如本领域普通技术人员明确的,容器159可以包括为清楚和说明的目的未显示在图2中的其它组件(例如,用于重灌注容器159的另外的阀和硬件)。主体160和上部162限定可以容纳液体的内体积。在这一实施方式中,上部162是与主体160偶联的盖。在其它实施方式中,上部162可以是主体160的整体部分。密封装配元件164与密封装配元件102a和102b类似,是将超声探头100固定于容器159的密封装配组件157的一部分。在这一示例性实施方式中,容器159的组件由一种或多种金属构成。
[0071]为进一步提高超声探头100的准确性,在一些实施方式中,容器159的基部179可以包括使得盘形盖140 (例如,超声探头100的底端)布置得更靠近容器159的基部179而同时仍然允许液体流入导管144中的特征。例如,如图3中所示,坑槽280可以被添加到容器259的基部279中。如图3中所示,在示例性实施方式中,坑槽280略宽于桶123的外径D3(例如,比桶123的外径D3宽D6的距离)。在优选的实施方式中,坑槽280可以是机械加工到容器259的基部279中的圆孔,坑槽280的中心与导管144的中心同轴对准并具有0.15英寸(0.38cm)的深度D7和0.80英寸(2.03cm)的直径D6。
[0072]坑槽280的其它实施方式是可能的,例如,如在容器259的基部279中机械加工或形成的通道,使得容器259的基部279成角度以形成靠近超声探头100底部的凹陷区域,及其它类似实施方式。不论其它实施方式中坑槽280的形状如何,优选的是坑槽280的上开口成形并定位于容器259的基部279中以与整个盘形盖140垂直重叠。换句话说,坑槽280的上开口的横截面形状在探头100从其正常安装位置垂直降低的情况下使得探头100的底端配合到坑槽280中。在其中坑槽280具有圆形上开口和桶223是圆筒形的实施方式中,坑槽的直径优选在桶223的直径的100.1%和110%之间。还优选的是坑槽具有相对小的体积,因此坑槽280的体积优选小于容器259的总体可用液体容量的1 %。更优选地,坑槽280的体积小于容器259的总体可用液体容量的0.2%。
[0073]在采用坑槽的实施方式中,虽然供应商需要生产具有坑槽的容器,将坑槽280机械加工到容器259的基部279中使得无需在容器完全用完的情况下检测最低的残余液位。例如,在标准的1.2L
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