用于监测容器中流体的表面水平的探针和将探针安装在容器中的方法
【专利摘要】本发明涉及用于监测容器中流体的表面水平的设备，将设备安装在容器中的方法，以及使用设备和容器的方法。本发明的设备可应用于所有这类容器中，容纳器、罐、分流器、卸料罐、反应器等，其中，需要利用容器中存在的流体的表面水平信息来控制应用。一个好的例子是流体将从其中被泵送到更远处的容器，从而使得容器中的表面水平保持处于某些限制内，由此必须根据容器中的表面水平调整泵的操作。
【专利说明】
用于监测容器中流体的表面水平的探针和将探针安装在容器中的方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于监测容器中流体的表面水平的探针，并且涉及将设备安装在容器中的方法。本发明的设备可应用于所有这类容器(vessel)，容纳器(container)、罐、大气水腿(drop leg)、卸料罐(blow tank)、反应器等，其中，需要利用容器中存在的流体的表面水平信息来控制应用。一个好的例子是流体将从其中被栗送到更远处的容器，从而使得容器中的表面水平保持处于某些限制内，由此必须根据容器中的表面水平调整供给和/或排放栗的操作。
【背景技术】
[0002]现有技术讨论应用监测容器中流体的表面水平的许多方法。
[0003]压力传感器可用于容器中的流体是易流动流体(如水)并且容器直径很大的情形。换言之，压力传感器仅可应用于可以用可靠且可重复的方式测量压力值的情形。
[0004]电容传感器或导线被广泛使用，但它们对流体的浓度或干材料含量很敏感。它们还会聚集污垢并非常快地失去它们的灵敏度。此外，它们，尤其是导线，在机械上脆弱，即，它们可能松弛或断裂，并且在最坏的情况下可能落入流体中并与栗中的流体一起进入其他过程。
[0005]US-A-20120184932提及了论述电容传感器的文件的例子，其论述了通过布置在吸力栗外壳中的吸力栗抽吸流体的排泄栗单元，其中，流体收集容纳器可被可释放地固定在吸力栗外壳上，并且其中，电容式填充高度传感器被布置在吸力栗外壳上，用于检测流体收集容纳器中的填充高度。填充高度传感器具有至少两个电极，电极彼此相距一定距离布置并且沿共同路径延伸。第一电极是一体式电极，并且第二电极是分段式电极。这里，流体收集容纳器具有矩形剖面，并且电极被直接布置在容纳器的平坦侧壁之一上。
[0006]US-A1-2010/0251816论述了采用被布置在燃料罐内的一个或多个数字探针的飞机燃料测量系统。所述探针由两个同心管形成，同心管彼此相距一定距离布置并且设置有用于将探针安装在燃料罐内的支架。
[0007]JP-A-2005283201论述用于监测还原剂容纳器中的液体高度的另一种电容式系统，所述还原剂用于电动车辆的排放物控制装置。探针由两个同心管形成，同心管彼此相距一定距离布置并且设置有用于经由容纳器顶盖中的开口将探针安装在尿素容纳器内的支架。
[0008]W0-A1-03052357论述一种包括电极组件的填料高度传感器，所述电极组件具有若干单个电极和位于容器外软管内的电极所共用的背板电极，该软管优选在所述容器的整个高度上延伸，并且其端部分别流连接到开孔连接器和容器的供给连接器。换言之，电极装置被布置在容器外沿容器的整个高度延伸的单独的管中，从而使得，由于管与容器流连通，因此管中的液体高度与容器中相同，只要所述液体易流动。
[0009]US-A1-2005/0242966论述由于检测容器(诸如浴缸)中的液体溢出的系统。容器壁设置有多对传感器，其可以是测量电阻的电子传感器或检测被阻挡的视线的光学传感器。[00?0] US-A-5167769论述一种用于检测蒸煮器，例如卡米尔蒸煮器(Kamyr digester)，中的木片高度的传感器，其包括:(a)探针，若干米长，被竖直地安装在蒸煮器的顶部内；(b)一系列裸露的金属电极，位于探针一侧，通常分开几厘米，并且与探针壁电绝缘;(C)电子电路，用于允许选择任何一对电极，以及(C) 一种装置，允许测量一对电极之间的液体或者木片和液体混合物的电特性，并从测量结果推导出高度。这里，探针已被布置为沿着蒸煮器的竖直中心线。
[0011]US 3,313,902论述通过罐内成角度布置的电极控制导电液体向罐的栗送。罐壁用作第二电极。当将电极安装在罐中时，罐壁首先设置有开口，并且开口设置有套管式耦接构件，通过该耦接构件电极可在罐内滑动。在电极处于其在罐中的倾斜位置之后，密封环和另一套管式耦接构件被滑动套在电极上，之后两个耦接构件被紧固到彼此。
[0012]也尝试了基于雷达的装置，但是发现它们对蒸汽敏感，对表面形状和容器内的各种结构敏感。此外，基于雷达的装置的构造和尺寸使得它们对容器中装置的位置有自己的要求，从而使得它不会影响容器中流体的内部流动。
[0013]辐射测量有它们自身的缺点，S卩，由于使用放射源而导致的有限的接受度，有限的操作时间，需要许可以及其他其他规程。
[0014]如上文论述的，以这样或那样的方式测量容器中流体表面水平的所有装置都有它们自身的问题和缺点。当流体不是像水这样的液体时，存在附加的问题。流体可具有例如在8和40%之间的浓度，S卩，干物质含量。流体可以成团的，由此表面形状很不平整。流体可以是热的，由此蒸汽从流体蒸发。流体可以是几乎不可流动的，由此I)容器中不存在明确的表面，2)不可能将任何内部结构布置在容器中，使得它们与容器壁相距很大距离，S卩，位于容器中的主要向下流动区域，因为结构会干扰容器中流体的内部流动和/或当可能的成团材料滴落在这类结构上或倾向于弯曲这类结构时会断裂，并且(3)流体不会产生可用于监测流体表面水平的任何压力。
[0015]用于监测容器中表面水平的现有技术装置或设备的另一个问题在于，它们是已经集成到容器的结构(例如壁)中的装置，或者它们仅可通过进入容器内部进行安装或修理。前者类型的装置主要用于很小的设备，在发生故障时，可能更好设备的整个壁或整个设备。对很小的容器(没有安装工作人员的入口)中的后者类型的设备的改装或对这类装置中设备的维修目前尚未得到任何关注。一些现有技术装置的另一问题在于，探针被布置为经由容器顶盖中的开口被安装在容器中。如果容器的高度为若干米，则流体表面水平应该在容器的中间部分上下浮动，要求的探针长度使得探针很脆弱，除非它被制造得足够坚固。与被布置到容纳器顶盖的探针相关的另一问题可存在于实际上根本没有顶盖的容器中，该容器有在其顶部处的弯曲部分和下流管形成，两者都具有相同恒定的直径。在这种情形中，在容器中在整个容器剖面上发生流动，并且流动会使布置在顶部的探针经受很大的压力。
[0016]以上问题包含与强度和变化的过程条件相关的多种或不同的要求，这排除了容纳器必须由金属制成，对于大多数要求的操作环境来说，金属仍是优选材料。
【发明内容】
[0017]因此，本发明的一个目的是利用用于监测容器中流体表面水平的新探针消除上述缺点或问题中的至少一个。
[0018]本发明的另一个目的是发展出一种安装用于监测容器中流体表面水平的探针的新方法。
[0019]本发明的另一个目的是研制出一种用于监测容器中流体表面水平的新探针，所述探针易于从容器外安装和维修，并且在不干扰容器中的流动态并且在容器中不容易损坏的情况下被放置在容器中。
[0020]根据所附权利要求，本发明的用于监测容器中流体表面水平的探针的特征变得显然，所述探针解决上述问题中的至少一个。
[0021]以类似方式，根据所附权利要求，将设备安装在容器中的方法的特征变得显然。
[0022]本发明带来许多优点，例如:
a.用于执行表面水平测量的实际设备的制造可与容器的制造相独立，
b.在制造设备时，容易采用批量生产或成批生产，
c.设备的安装简单且花费很少时间，
d.设备既可被安装在新容器中也可被安装在之前已经使用过的容器中，
e.设备不干扰容器中的向下流动，
f.设备的使用不限于包含易流动液体(如水或油)的容器， g.设备不受限于任何特定浓度或干物质含量，
h.蒸汽的存在不会干扰测量，以及
1.设备的维修简单，因为可从容器容易地取出设备。
[0023]对于上列优点，应该理解，本发明的每个实施例可能不会产生每个优点，而仅是其中几个。
【附图说明】
[0024]下面，参照附图更详细地描述本发明，S卩，用于监测容器中流体的表面水平的探针和将设备安装在容器中的方法，在附图中:
图1图示了根据本发明的第一优选应用的设置有用于监测流体表面水平的探针的分流器或存储塔，
图2图示了图1的表面水平检测探针的侧视图，
图3图示了图2的表面水平监测探针的局部剖视侧视图，
图4图示了根据本发明的第一优选实施例被紧固在容器内壁上的图3的表面水平监测探针的局部剖面，
图5图示了根据本发明的第二优选实施例被紧固在容器内壁上的图3的表面水平监测探针的局部剖面，
图6图示了根据本发明的第三优选实施例被紧固在容器内壁上的图3的表面水平监测探针的第一端的局部剖面，
图7图示了根据本发明的第四优选实施例被紧固在容器内壁上的图3的表面水平监测探针的第二端，
图8图示了包括被布置在探针和容器壁之间的第一可选密封装置的探针的示意性剖面， 图9图示了包括被布置在探针和容器壁之间的第二可选密封装置的探针的示意性剖面，
图10图示了根据本发明的第二优选应用的设置有用于监测流体表面水平的探针的分流器或存储塔。
【具体实施方式】
[0025]图1用相对大的比例图示了分流器或存储塔，从现在开始更一般地称作容器2，其设置有底壁4、几乎直立的侧壁或壁6以及顶盖8。此外，容器2在底壁上方具有底部10，栗12耦接到底部10，以便从容器2排出流体。栗12在容器出口 14的帮助下可位于容器的侧壁6或底壁4处。此外，容器2具有顶部16，通常经由该顶部16将流体引入容器2。但是，必须理解，在现有技术中存在经由被布置为穿过容器2的底壁4或侧壁6的入口装置使流体进入的容器。
[0026]根据本发明的第一优选应用，图1的容器2还设置有用于监测容器2中流体的表面水平的设备20，即所谓的探针。为了从容器2外将表面水平监测设备或探针20安装在容器2内，容器2的壁6设置有第一开口 22，用于接收包括将表面水平相关的信息从探针20传送到控制单元(未示出，即计算机或类似装置)的电极和电布线的探针。第一开口 22和探针20都设置有用于将探针20在其第一端处紧固到容器壁6的装置。对于相反端，即探针20的第二端，设置用于将探针紧固到容器2的壁6的包括第二开口或孔的第二装置。为了易于安装和安全使用，探针20形成为刚性的或不可弯曲的，从而容器中可能的湍流或其他不利的流动情况不能弯曲探针和从其紧固件松弛探针。在本发明的本第一优选应用中，探针20的长度被布置为使得它覆盖表面水平L应该保持处于的区域。显然，探针20可在容器2的整个长度上延伸，但是因为对于在正常操作情况中保持的表面水平L每个容器通常具有其上部和下部实际的限制或边界，因此探针20通常仅稍微延伸超出期望的表面水平范围。优选地，探针20沿容器2的臂6在轴向平面内定向，从而使得探针20沿容器2中流体流动方向定向，由此探针20对流的阻碍最小。在容器壁为圆锥形的情形中，探针的实际定向可在壁的方向和容器中流体流的方向(通常是竖直的)之间改变。但是，如果容器的剖面沿向下方向减小，则优选探针平行于容器壁，从而不会在探针和壁之间形成楔形穴。需要考虑以上内容，尤其是当流体成团并因此可能被困在楔形穴中时。可自由选择开口的布置，即，在本发明的所有实施例中，第二开口可以在第一开口下方(如图所示)或上方。
[0027]图2更详细地图示图1的表面水平监测设备或探针20。探针20由刚性或不可弯曲的检测单元24，在检测单元24的第一端24’处，容纳用于将表面水平相关的信息传送出容器的装置(未示出)的第一端构件26和用于将探针紧固到容器壁的第一装置28，在检测单元24的第二端24’’处，设置有用于将探针紧固到容器壁的第二装置34和36的第二端构件32形成。探针20基本是刚性或不可弯曲的元件，从而使得它不会容易地弯曲(至少不会仅因重力弯曲)，由此可通过转动或移动探针的第一端控制探针第二端的移动。但是，如稍后将更详细地论述的，探针可由通过柔性铰链式构件互相接合的两个或多个其本身的刚性部段形成，传送构件可由是将表面水平相关的信息带到控制单元的布线(如图2所示)。传送构件还可以是无线发射器，用于将表面水平相关的信息发送到被布置为与控制单元通信的接收器。传送构件，即布线或无线发射器，优选地但非必须地，被布置在(在图3中示出)在探针的安装和使用期间保护布线或无线发射器的管状第一端构件26内。管状构件，或用更一般的用语，探针20的第一端构件26，由管状弯曲部分形成，其将基本平行于容器壁布置的检测单元24接合到第一紧固装置28。短语“基本平行”必须被理解为表面从平行于容器壁的方向到平行于容器中流体流的方向(通常是竖直方向)的方向。优选地但非必须地，端构件26沿与容器壁垂直的方向至少延伸至紧固装置28的高度，由此检测单元24的方向与延伸至紧固装置28的高度的第一端构件的一部分的方向形成约90度角，S卩，两个方向彼此基本成直角。但是，也可能以另一角度将端构件带到紧固装置28的高度，虽然这在结构方面更具挑战。在这种情形中，紧固装置28应该具体被设计成使倾斜的端构件匹配容器的基本(通常)竖直的壁。第一端构件26设置有第一紧固装置，在本情形中(以示例性方式)是具有用于将探针20紧固到容器侧壁的孔的法兰28。第一法兰28的直径大于容器壁中的第一开口的直径。此外，在探针24的第一端24’处，可设置第一紧固装置，即第一法兰28，如果期望的话，其具有用于密封第一法兰28和容器侧壁之间的连接的密封件30。如果期望或需要的话，密封件20可以是可压缩的，从而使得它遵循容器侧壁的曲率。探针20的第二端构件32设置有直径显然小于第一法兰28的直径(实际上，小于容器壁中第一开口的尺寸)的第二法兰34。探针20的第二法兰34或第二端构件32或两者设置有相对于探针24的主要定向基本成直角地延伸的螺栓36。螺栓36用于经由旋到螺栓上的螺母将探针20的第二端紧固到容器壁。对于法兰，应该理解，除了上文利用词语直径指出的圆形之外，它们可以是任何合适的形状，即，三角形、正方形、矩形等。因此，一般来说，选择第一法兰28的尺寸，使得所述尺寸大于第一开口 22的尺寸。以类似方式，第二法兰34的尺寸小于第一开口 22的尺寸，或至少使得第一开口的尺寸允许探针的第二端进入容器内。
[0028]图3更详细地示出根据本发明的第一优选实施例的检测单元24和探针20及其第一和第二紧固装置28和36的内部结构。检测单元24设置有面向容器内部的一组传感器或电极
38。传感器或电极38既与检测单元24也与彼此电绝缘。传感器或电极38被密封在探针壁的开口中，从而使得流体不能进入探针内。但是，应该理解，对于一些特定的传感器或电极，或对于检测单元24的特定材料，传感器或电极与容器中流体之间的物理接触是不必要的，但电极可留在封闭的检测单元24内。每个传感器或电极38设置有形成部分布线的至少一个导线40，或用于将信息从电极38传送到控制计算机或类似装置的无线发射器，例如，利用所述信息调整排放栗和/或供给栗的容纳，从而使得表面水平保持在规定极限内。本发明的探针20的操作通常基于容器中流体的电导率，但任何可应用的传感器都可被布置到检测单元的壁上，或更一般地，与检测单元连接，也包括压力传感器。例如，最下侧电极可用于向容器中流体供给电流(交流或直流)，并且其余电极接收电流。基于从上部电极接收的信息，控制单元，通常是计算机，能够确定容器中的表面水平。例如，电极能够向控制计算机发送信息，控制计算机仅当所讨论的电极与流体接触时经由流体从最下侧电极接收电流。探针和控制系统的操作可基于许多电途径，包括但不限于，压力、电阻、电容、电阻抗断层成像(EIT)、电阻层析成像(ERT)、电容层析成像(ECT)。在此阶段，应该理解，本发明可采用使用两个或多个电极的所有这类电途径来监测容器中的表面水平。
[0029]关于传送装置和第一法兰28的构造，必须理解以下内容。首先，虽然第一端构件26的目的之一是将从电极带来信息的导线引导出容器或承载无线发射器，但第一端构件26可终止于第一法兰28的高度。在这种情形中，用作传送装置的布线可设置有插座插头连接结构，或者无线发射器也位于第一法兰的高度。
[0030]如上文已经简要论述的，将信息从电极传送到控制单元的一个选择是采用无线发射器，由此发射器可被布置成与延伸至容器外或大体终止于容器壁的高度的第一端构件26连接在一起。在一些特定情形中，发射器可被布置成也与电极直接连接。无线通信可基于无线电通信。微波通信、红外线(IR)通信或声波尤其是超声波短范围通信，仅举出熟知的几种无线通信的选择，并且不意图将本发明限制于这种使用。显然，只要发射器与电极通信，接收器就与控制单元连接在一起或至少与控制单元通信。第二，第一法兰28可以不仅被熔接、焊接或胶合在第一端构件26上，而且第一端构件26和第一法兰28还可能设置有螺纹，例如，梯形螺纹，用于将法兰紧固在第一端构件26上，由此法兰可替换为螺母或被看作螺母。此夕卜，在一些特定情形中，可以将螺纹套管用作用于将探针的第一端紧固到容器壁的装置。第三，各种类型的快速耦接件也可用于将第二法兰或相应的构件紧固在或紧固到第一端构件上。例如，所谓的Sandvik套环和卡栓是优选选择。换言之，所有上述紧固选择都可应用于上述任何类型的将表面相关信息传送到控制单元，即，无线发射器、连续布线或设置有插座插头连接结构的布线。
[0031]图4图示了根据本发明的第一优选实施例的将探针20或实际上其检测单元24安装在容器壁6的内侧上或靠着该内侧。为了安装探针20，容器壁6设置有第一开口 22，第一开口的尺寸/大小足以允许探针的第二端，在此情形中是探针20的第二端构件32的第二法兰34，通过第一开口22被推入容器中。第一开口22可以是圆形、矩形、正方形、三角形或任何期望的形状的。在本发明的本实施例中，开口22或实际上是包围开口22的容器壁6设置有优选但非非必须地被焊接在壁6上的第一支撑板42。根据板材料，其他紧固方式是焊接或胶合。第一支撑板42具有开口 44，开口 44的尺寸/大小也足以允许探针的第二端，在此情形中是探针20的第二端构件32的第二法兰34，通过开口44被带入容器内。优选地但非必须地，开口22和44具有相同的尺寸和形状。为了将探针20紧固到壁6，第一支撑板42设置有螺纹孔，或可选地设置有与第一支撑板42的表面成直角地向外延伸的螺栓或螺纹套管。用于将第一法兰28紧固到第一支撑板42的螺纹孔或螺栓或套管已经经由它们的中心线46示例性地示出。以相应的方式，第一法兰28设置有用于螺栓或螺纹套管的孔，S卩，用于使螺栓旋入第一支撑板42中的螺纹孔中，或用于使螺栓或螺纹套管从第一支撑板42向外延伸。在前者选择中，将要旋入螺纹孔的螺栓也可延伸到壁6中，如果其中也设置有螺纹孔的话。支撑板42或第一法兰28可设置有用于防止流体从容器泄漏到容器2外的合适的密封件30(在图2中示出)。
[0032]在本实施例中，可选择第一法兰28在探针20的第一端构件26上的纵长方向放置以及第一支撑板42和容器壁6两者的厚度，使得检测单元24靠着容器壁6的内侧。换言之，第一端构件26上的第一法兰28与检测单元20相距一定距离地布置，所述距离至少对应于容器壁6的厚度(如果不使用第一支撑板的话)或对应于第一支撑板42和壁6的组合厚度。
[0033]对于具有其紧固装置34和36的探针20的第二端构件32，容器壁6设置有第二开口48。开口 48或实际上是包围开口 48的容器壁6设置有优选但非必须地熔接到壁6上的第二支撑板50。紧固可例如也通过焊接或胶合来实现。第二支撑件50具有用于接收第二紧固装置36(这里是螺栓)的孔52，第二紧固装置用于经由螺母(未示出)将探针20的第二端24’’紧固到容器壁6。在本实施例中，起毛球6上第二开口 48的大小/尺寸匹配第二法兰34的尺寸，从而使得当检测单元24被附接靠着壁6时，第二法兰34填充开口 48。如果期望的话，如O形环的密封件可被布置为与第二法兰34连接，以便密封第二开口 48和第二法兰34之间的间隙。优选地，第二法兰34的厚度对应于容器壁6的厚度，由此利用螺栓36进行的探针20的紧固不会使探针20受到任何弯曲力。
[0034]在此阶段，应该理解，将探针的第二端紧固到容器壁6存在许多变型。以下紧固探针的第二端的方法可互换并且可与任何紧固探针第一端的方法一起使用:
a.第一，螺栓36可被固定到探针的第二端构件32，使得第二法兰34刚好插在螺栓36上，即，第二法兰可被看做只是填充容器壁中第二开口的装置；
b.第二，可完全省去第二法兰，由此第二孔在安装时保持开放，并且螺栓从探针的第二端延伸通过第二开口和第二支撑板中的孔，延伸到容器外；
c.第三，可完全省去第二法兰，因为壁中的第二开口和第二支撑板中的孔实际上与螺栓的直径相同，螺栓从探针的第二端延伸通过第二小尺寸开口和第二支撑板中的孔，延伸到容器外；
d.第四，在第三选择中，可以在不具有第二支撑板的情况下实现，如果容器壁被认为足够坚固的话；
e.第五，探针的第二端构件或附接到探针的第二端构件上的第二法兰可设置有用于紧固螺栓的螺纹孔，由此前四种选择可适于从外侧旋入螺纹孔中的螺栓一起起作用；
f.第六，在将探针安装到容器中之前，第二法兰可被紧固到探针的第二端构件，并且螺栓可被紧固到第二法兰中的螺纹孔；
g.第七，螺栓可被熔接到被紧固到探针的第二端构件上的第二法兰；
h.第八，螺栓可被替换为被紧固到第二法兰或探针的第二端构件上的螺纹套管。套管帮助将探针的第二端放置在第二开口中。在此情形中，探针的紧固由将螺栓旋入螺纹套管中实现。或者，如果外部螺接的套管或外部螺接的第二法兰成问题，则利用大的螺母执行紧固；
1.第九，探针的第二法兰和/或第二端构件可设置有若干螺栓或螺纹孔，由此容器壁和/或第二支撑板也需要相同数量的用于紧固螺栓的孔；
j.第十，第二支撑板可以是单独的自由板(未被紧固在壁上)，其在端构件和第二法兰一起(或没有第二法兰)与第二开口对齐之后被放置在螺栓或螺纹套管上。第二支撑板仅当螺母或螺栓被旋到紧固构件或端构件时覆盖第二开口。优选地，第二支撑板在其面向容器壁的表面上设置有密封件。此外，第二支撑板可具有与延伸到第二开口48中的第二法兰可相比的延伸部分，由此所述延伸部分用作第二开口的填充物；
k.第十一，探针的第二端可也利用被永久地(当更换或修理探针时不必移开)布置在容器壁内侧上的这类装置被固定到容器壁。这类装置可以是兜状构件，其尺寸形成为接收和容纳探针的第二端或与探针的相应导引装置协作的导引装置。这类导引装置的一个例子是套管，其内部剖面对应于探针的第二端的剖面。另一个例子是一对导轨，它们在其间留下鸠尾腔和相应的鸠尾剖面或被布置到探针的第二端的延伸部分。所有上述或相应的固定装置可以例如被布置在容器的内壁上。这通过从开口移除壁部分、将固定装置紧固在被移除的壁部分的内壁上并且将移除的壁部分熔接回容器壁实现。
[0035]图5图示了根据本发明的第二优选实施例的探针。这里，刚性或不可弯曲的检测单元24被安装为与容器壁6相距一定距离，但是在容器的主要向下流动区域之外，因为延伸到此主要向下流动区域的任何结构都会干扰容器中流体的内部流动和/或可能在可能的成团材料滴落在其上或倾向于弯曲这种结构时断裂。因此，在本实施例中，从第一法兰到检测单元的距离远大于容器壁的厚度。对于探针的第二端也是这样，即，第二法兰和检测单元24之间存在距离。在所有其他方面，探针及其紧固装置的构造与在图4的探针中相同。显然，以上结合图4和段落
[0035]列出的各种紧固选择也可应用于此。
[0036]图6图示了根据本发明的第三优选实施例的探针120。这里，探针120的第一端构件126设置有防止容器的内容物进入壁6中的开口腔(S卩，壁6中和第一支撑板42中的开口)的填充件160。这在容器包含其中具有可沉淀并在腔中产生硬塞的固体的流体或如果长时间搁置的话可能开始腐坏的流体时是重要的。填充件160可有任何合适的材料制成和/或它可设置有密封件，如O形环，以防止容器中的流体进入填充件和壁6中第一开口之间的间隙。优选地，填充件的材料是可压缩的或柔性的，从而使得它容易地允许将填充件防止在它的壁中的和第一支撑板中的腔中。另一种可能是，第一法兰和填充件两者由相同材料(例如，钢或Teflon?)制成为一个单体构件，只要它们被合适地设计成匹配壁中的开口。
[0037]图7图示了根据本发明的第四优选实施例的探针120。这里，探针120的第二端构件132直接设置有经由容器壁6中的开口或孔148和第二支撑板50中的相应孔延伸出容器的螺栓136。但是，根据需要，如果认为容器壁足够坚固的话，可省去第二支撑板50。在本实施例中，应该理解，如果期望的话，容器壁中的第二开口 148可形成为比探针的第二端构件设置有第二法兰的实施例中小。
[0038]图8图示了检测单元24的剖面，其设置有可压缩密封件54，可压缩密封件54的目的是压靠容器壁，从而使得流体或悬浮液不能进入探针和壁之间。密封件例如适应容器壁中的焊缝，从而使得探针和到焊缝侧的壁之间不存在间隙。
[0039]图9图示了另一检测单元24的剖面，检测单元24设置有在检测单元24的两侧上的两个柔性垂边56。垂边56正如图8的密封件那样起作用，S卩，封闭探针和容器壁之间的任何间隙。
[0040]将表面水平监测设备或探针安装在容器中的方法包括许多步骤。本发明的所有应用、实施例和变型的共同特征是，表面水平监测设备，即刚性或不可弯曲的探针，必须被安装在容器内，使得执行安装的工作人员不能并且实际上不需要进入容器。换言之，容器的大小可能很小，以致没有组装工作人员所需的空间，或者容器可能不具有经由其进入容器的任何检修孔。因此，探针已被设计成使得可从容器外将它安装就位在容器内。为此，新的安装开始于根据探针的长度，例如通过利用合适的模板，标注将探针安装在容器壁上所需的第一和第二开口和/或孔的期望位置。接着，在容器壁中切割，即钻孔或加工，第一和第二开口和/或孔。然后，根据需要，将支撑板紧固在，优选地熔接在第一和第二开口和/或孔周围。接着，通过第一开口将具有其紧固装置的探针的第二端推入容器中，并且探针的第二端朝向被布置在容器壁中的用于探针的第二端构件处的紧固装置的第二开口或孔定向。在第二开口位于探针经其进入容器的第一开口下方的情况下，更容易将探针的第二端及其紧固装置与第二开口对齐。但是，显然的是，由于一些原因，例如如果容器上部周围不存在工作空间，第一开口可以靠近容器底部，并且第二开口或孔在容器壁上部。当探针的第二端及其紧固装置与第二开口或孔对齐时，探针可在其两个端部固定到容器壁。
[0041]但是，必须理解，为了将探针的第二端与其紧固装置对齐，可使用附加的配件。一个选择是经由用于探针的第二端的第二开口或孔带入容器内的导线或线状物(thread)。然后通过第一开口取出导线或线，并且在探针的第二端处将第二紧固装置紧固到导线或线。在此情形中，如果第一开口位于第二开口下方的话会更容易，由此通过第二开口插入容器中的线或导线容易经由第一开口被手抓住。在相反的情形中，需要用特定的工具抓住来自第一开口的高度下方的线或导线，即，来自容器内第二开口前面。还可以在探针经由第一开口进入容器之前将相应的导线或线附接到第二紧固装置，先使导线或线进入容器，仅在其后使探针的第二端进入容器。但是，如果第二开口位于第一开口下方，则容易经由第二开口手动抓住导线或线，只要它不是仅用于螺栓的小孔，并且通过将导线或线拉出第二开口使探针的第二紧固装置与第二开口对齐。
[0042]鉴于以上，容易理解，尤其是在小容器中，容器直径、探针长度和第一开口的尺寸之间存在一定相关性。当容器的直径小，或者容器(更确切地说需要其表面水平信息的竖直区域)与容器直径相关性很高时，尤其是这样。在这些情形中，容器的直径限制探针的高度，因为当被插入容器中时长的探针的第二端会碰到容器的相对侧壁，如果探针的长度大于容器的直径的话。处理此问题的一个方法是沿竖直方向延长第一开口，例如，成为椭圆形，由此探针可以沿更倾向的方向被安装到容器中。
[0043]除了上述实施例之外，存在值得在下文论述的几个可选的或附加的实施例。
[0044]根据本发明的第五实施例，探针由两个或更多个部段组成。换言之，探针沿其纵向方向被划分成两个或更多个部段，它们经由合适的铰链，例如允许探针在某一平面中弯曲的柔性橡胶或塑料构件，被紧固到彼此。所述平面沿容器的轴线延伸，当探针被紧固到容器壁并且容器是圆柱形容器时。探针能够在其中弯曲的平面的另一个定义是沿用于将探针紧固到容器壁的第一和第二紧固装置的中心线延伸的平面。优选地，铰链被制成为或调整为使得探针仅能够沿一个方向从其平直或基本平直的基础配置弯曲，即，仅使得第二端在碰到容器的相对侧壁时朝向第二开口弯曲。在上述实施例中，探针具有至少在其两端处的紧固装置，但是附加的紧固装置也可被布置在探针长度的某些地方。在探针由两个部段制成的情形中，中间紧固装置优选地但非必须地靠近铰链。在探针由三个部段制成的情形中，紧固装置可被布置为靠近铰链或探针的纵向中心处的部段。附加的紧固装置优选地但非限制性地是被布置为与探针连通的螺栓、螺纹套管或螺纹孔，由此容器壁设置有相应的孔或开口。孔或开口可设置有支撑板，如果认为值得的话。
[0045]除了上文对紧固装置构造的论述(S卩，紧固装置被布置在探针两端的事实)之外，在本发明的所有实施例和变型中显然可能的是，探针(及其一个或多个电极)在其一端或两端处延伸超过紧固装置，由此，可更一般地说，紧固装置沿探针的长度布置并且彼此相距一定距离。同样显然可能的是，第一紧固装置位于探针第一端，并且第二紧固装置与第二端相距一定距离，反之亦然。换言之，必须理解，联系图2-7论述的第一端构件26和126以及第二端构件32和132不必仅形成探针的第一端和第二端，而是根据需要沿探针尽可能远地延伸，从而使得紧固装置将被布置为与端构件连接。因此，结果是，端构件也可设置有一个或多个传感器。
[0046]同样可能的是，容器仅设置有用于探针的一个永久开口。这可用两种不同的方法实现。
[0047]第一，容器壁可设置有用于安装探针的一个开口和经由其将用于探针第二端的兜状构件安装在容器壁内的另一个(临时)开口。在兜状构件被安装在壁内侧上之后，可永久地封闭开口。一个选择是在壁中切割一个开口并从其移开一部分，将9?状构件恪接在被移开部分的内表面上，并将所述部分熔接回去，以填充开口。在安装探针时，很容易将探针第二端推入兜中，并且之后将探针的第一端紧固到壁。兜状构件还可被替换为导轨、导引套管或将探针的第二端固定到容器壁的一些其他合适的装置。对于轨、套管或其他导引装置，显然的是，它们的放置不必与探针端部对齐，但是当被推动就位时，探针的端部可经过导引装置。
[0048]第二，在一些特定情形中，S卩，例如，当容器中的流体容易流动和/或不会使探针受到强力时，和/或当探针未过长和/或探针由刚性材料制成并且尺寸形成为经由单个紧固装置紧固探针会使探针紧靠壁时，可利用被布置到探针的单个紧固装置实现。这类紧固装置优选地但非必须地位于探针端部处或至少靠近探针端部。但是，还可以将探针设计成使得它可经由单个开口被安装在容器内，然后将紧固装置放置在开口中并附接探针，使得探针的电极在开口上方和下方延伸。
[0049]对于表面水平相关信息传送装置，应该理解，传送装置可被布置为也与第二端或紧固装置连接，尤其是当传送装置是插座插头类型连接结构或无线发射器时。
[0050]在窄但高的容器中测量表面水平的另一选择是在容器壁上布置两个或更多个探针，用以一个接一个地测量流体的表面水平，以覆盖需要表面水平信息的区域。一个接一个地布置探针来测量流体的表面水平不必意味着在容器壁上眼同一竖直线布置探针，反而，探针可被放置在容器壁内部圆周上的最佳可能位置处，从而使得当沿竖直方向一个探针的测量范围终止时，另一个探针的测量范围开始，以此类推。当以上述方式布置探针时，每个探针可自由地位于容器圆周上，即，位于探针具有最佳自由空间的位置。
[0051 ]对于表面水平监测设备的使用，显然，当期望的表面水平位于单个探针或一组探针的最下侧和最上侧电极之间时，它可以用于指示容器中流体的表面水平，测量整个期望表面水平范围内的表面水平。但是，当容器很高(例如约15-30米)并且所述表面应该保持处于(或允许浮动)的区域也很高(例如约7至20米)时，不值得在容器中布置高度对应于容器的整个高度的单个探针或一组探针，而是如图10所示地通过在容器中布置两个探针来实现表面水平控制，所示两个探针是纵向/竖直中点处于或靠近“允许的”表面水平的下部界线BLl的下部探针20’’和纵向/竖直中点处于或靠近“允许的”表面水平的上部界线BLu的上部探针20’。换言之，上部探针的下端和下部探针的上端之间存在空隙，S卩，流体的表面水平可自由浮动的区域。当探针如所述地被布置在容器2的壁上时，表面水平控制系统或单元在容器中的表面水平已经前进到其下部或上部界线之前获得关于表面水平的信息。因此，控制系统有时间反应，即，增加或减少容器2的排放量和/或增加或减少容器2的进料量。换言之，两个探针和控制单元的目的是通过向控制单元提供来自两个单独的探针20’和20’ ’(S卩，上部探针20’和下部探针20’’)将流体的表面水平L保持容器2中的上下界线之间。如果下部探针20’’通知控制单元表面水平L从上方接近下部界线BLl，则控制单元增加容器的供给量和/或减少容器的排出量。以相对应的方式，如果下部探针(20’’)通知控制单元表面水平L从下方接近上部界线BLu，则控制单元减少容器的供给量和/或增加容器的排出量。
[0052]虽然已经结合目的被认为最优选的实施例以距离方式描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例，而是意图覆盖在所附权利要求所限定的本发明的范围内的其特征和其他应用的各种结合和/或修改。
【主权项】
1.一种用于监测具有壁(6)的容器(2)中的流体的表面水平的探针，所述探针(20)具有第一端(24’)、第二端(24’’)以及所述第一端(24’)和所述第二端(24’’)之间的刚性检测单元(24)，所述刚性检测单元(24)具有沿它的长度的若干传感器(38)和当在使用中时用于将表面水平相关的信息从所述传感器传送到控制装置的装置(40)，所述探针(20)设置有当在使用中时用于将所述探针(20)紧固到所述壁(6)的第一装置(28)，并且设置有用于将所述表面水平相关的信息传送出所述容器(2)的至少一个装置(40)，其特征在于，所述探针(20)设置有当在使用中时用于将所述探针(20)紧固到所述容器(2)的壁(6)的至少一第二装置(36)。2.如权利要求1所述的探针，其特征在于，第二紧固装置包括单独的或与第二法兰(34)连接的至少一个螺栓(136)或至少一个螺纹孔或至少一个螺纹套管。3.如权利要求1所述的探针，其特征在于，第一紧固装置(28)和第二紧固装置(36)沿所述探针(20)的长度彼此相距一定距离布置或布置在所述探针(20)的端部(24’、34’ ’)处。4.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述第一紧固装置包括与所述探针(20)连接布置的法兰(28)。5.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针(20)设置有附接到所述检测单元(24)的第一端构件(26)，所述第一紧固装置(28)与所述第一端构件(26)连接布置。6.如权利要求4和5所述的探针，其特征在于，所述法兰(28)被布置在所述第一端构件(26)上与所述检测单元(24)相距一定距离处。7.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述检测单元(24)由多于一个纵向部段形成，所述部段借助于铰链耦接到彼此。8.如权利要求7所述的探针，其特征在于，沿所述检测单元的长度的附加的紧固装置。9.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针(20)设置有当在使用中时用于沿所述探针(20)的长度相对于所述容器(6)的壁(6)密封所述探针(20)的装置(54;56)。10.如权利要求1所述的探针，其特征在于，至少一个传送装置是连续布线、设置有插座插头连接结构的布线和用于将所述表面水平相关的信息从所述传感器传送到所述控制装置的无线发射器中的一种。11.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针(20)的操作原理是基于电阻测量、电容测量、压力测量、电阻抗断层成像(EIT)、电阻层析成像(ERT)和电容层析成像(ECT)中的一个。12.—种将前述权利要求中任一项所述的探针安装在具有壁(6)的容器(2)中的方法，所述方法包括如下步骤: a.使所述容器(2)的壁(6)具有第一开口(22)， b.使所述容器(2)的壁(6)具有第二开口(48)， c.经由所述第一开口(22)使所述探针(20)的第二端(24’’)和刚性检测单元(24)进入所述容器(2)内， d.使所述探针(20)的第二端(24’’)朝向所述第二开口(48)定向， e.在所述第二开口(48)处将所述探针(20)的第二端(24’’)附接到所述容器(2)的壁(6)，以及 f.在所述第一开口(22)处将所述探针(20)的第一端(24’’)紧固到所述容器(2)的壁(6)013.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，将所述第一开口(22)尺寸设定成允许所述探针(20、120)的第二紧固装置(34、36;134、136)进入所述容器(2)内。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，将所述第二开口(48)尺寸设定成接收所述第二紧固装置并且用于在所述第二开口(48)处将所述探针(20)紧固到所述容器(2)的壁(6)。15.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在步骤a)之后，围绕所述第一开口(22)为所述容器(2)的壁(6)设置具有开口(44)的第一支撑板(42)。16.如权利要求12或14所述的方法，其特征在于，在步骤b)之后，围绕所述第二开口(48)为所述容器(2)的壁(6)设置具有开口(52)的第二支撑板(50)。17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，沿竖直方向延伸所述第一开口(22)，以便允许使所述探针(20)沿更倾斜的取向进入所述容器(2)内。
【文档编号】G01F23/24GK105829840SQ201480045343
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年8月13日
【发明人】J.海龙恩, P.克维克, A.勒托恩, S.奈曼, R.维萨拉, V.维克曼
【申请人】苏尔寿管理有限公司