雷达物位测量设备的制造方法
【专利摘要】包括用于产生和发射特定波长(λ)的电磁波的信号发生器(3)的雷达物位测量设备(1)包括由至少两个部分组成的直的测量管(5)，所述测量管包括在连接位置(7)处连接在一起的第一测量管段(51)和第二测量管段(52)，其中，第一测量管段(51)和第二测量管段(52)各自的连接侧端部(53，54)彼此对应并且被倾斜地切割，使得各个连接侧端部(53，54)的周向端部边缘(55，56)在测量管(5)的纵向方向(L)上延伸。
【专利说明】
雷达物位测量设备
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的雷达物位测量设备。
【背景技术】
[0002]现有技术公开了一种物位测量设备，该物位测量设备包括用于产生和发射特定波长的电磁波的信号发生器。在此情况下，通过所谓的测量管来测量物位(level)，其中测量管例如能够被设计成容器中的立管或旁路管并且作为用于引导电磁波的波导而针对电磁波发挥作用。这种类型的物位测量设备通常用于测量液体的物位，其中测量管被设计成圆柱形管，且填充材料(即，尤其是液体)进入该圆柱形管。所发射的在测量管中受到引导的电磁波在填充介质的交界面处至少被部分地反射，使得通过测量穿行时间来确定测量管内部的介质的物位。
[0003]这种类型的物位测量设备尤其适用于液体，例如溶剂或者液化气以及具有泡沫的液体，以及适合于具有较低的介电传导率ε的填充材料。
[0004]图6示出了用于在容器100中测量物位的雷达物位测量设备I的两个应用示例。用于引导由信号发生器3产生和发射的电磁波的测量管5可被设计成所谓的立管58(如在图6的左侧部分中示出)，或者被设计成与容器100的侧边连接的旁路管57。不管是在立管58中还是在旁路管57中都可以布置额外的测量探针。
[0005]在此，旁路管57通过流体通路59连接到容器100的主室，从而旁路管57中的物位代表容器100中的物位。在本实施例中，立管58被设计成底侧开口并且必要时设置有额外开口的管，从而立管58中的物位也代表容器100的物位。
[0006]在现有技术公开的构造中，已知的是，立管58或者旁路管57分别被设计成由两个或以上的部分制造。例如根据可用的管长度或者其它要求，这种分割实施方式在例如装配期间有利于方便处理。
[0007]在现有技术中，这种测量管5例如由两个部分组成，即第一测量管段51以及与其连接的第二测量管段52。在将各个测量管段组装在一起时，以垂直于测量管段的纵向轴线的方式在长度上切割测量管段，并接着将各个测量管段51，52在连接位置7处彼此焊接。
[0008]在现有技术公开的处理中，发现了如下问题:一方面，在连接位置7处，在尺寸稳定性的方面，尤其是在测量管段51，52的严格对齐和连接方面存在问题，而且，另一方面，在连接位置7处，在发射的电磁波的额外反射的方面存在问题，从而由于电磁波的强度的缘故而导致测量结果出现失真或者不能使用。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种由至少两个部分组成的直测量管的雷达物位测量设备，以避免现有技术中已知的问题。
[0010]该目的通过具有权利要求1的特征的雷达物位测量设备来实现。
[0011]根据本发明的雷达物位测量设备包括用于产生和发射特定波长的电磁波的信号发生器以及由至少两个部分组成的测量管，测量管包括在连接位置处连接的第一测量管段和第二测量管段，并且第一测量管段和第二测量管段各自的连接侧端部彼此对应并且被倾斜地切断，使得各个连接侧端部的周向端部边缘在测量管的纵向方向上具有纵向延伸度。
[0012]测量管段优选地被设计成直的并彼此对应，并且优选地各个测量管段被切割成使得周向端部边缘在测量管的纵向方向上具有所发射的电磁波的至少一半的波长的纵向延伸度。
[0013]本申请中的术语“纵向延伸度”被定义为周向端部边缘沿测量管的纵向方向在连接位置的区域中的投影。
[0014]本申请中的术语“被倾斜地切割”被定义为被显著倾斜地切割，即尤其不仅仅是例如由制造公差引起的无穷小的倾斜。
[0015]通过两个测量管段的连接位置的这种设计实现了如下目的:首先，电磁波在连接位置处产生的反射不会以距离雷达物位测量设备的信号发生器的相同距离出现在连接位置的全部点处，并且由此，周向分布的反射不会在所接收的信号中产生具有高幅值的单个峰值，而是在纵向延伸上产生相应分布;且再者，由于反射优选地偏移了所发射的电磁波的至少半个波长，相消干涉实现了在连接位置处出现的反射的额外衰减。
[0016]在另外的实施例中，测量管可被设置成弯曲。这样设计例如经常应用在船舶的压载舱中，其中这些压载舱的多角设计排除了对直测量管的使用。在这种情况下，测量管的纵向方向必须在连接位置处局部地确定。
[0017]通过使周向端部边缘在所发射的电磁波的至少一个、优选至少两个且进一步优选至少三个或者四个的波长上延伸，能够实现在连接位置处反射的信号的进一步传播以及由此实现最大地出现的幅值的衰减。通过这种设计实现了反射在较大区域上的分布，从而一方面使最大幅值在整体上下降并且另一方面能够对于针对多个位置实现相消干涉。
[0018]当测量管段被倾斜地切割时，能够实现特别简单的实施例，其中在这种情况下，由周向端部边缘定义的平面与测量管段的纵向方向构成角度。所述角度(测量管段以该角度被倾斜地切割)不大于85°，优选地不大于75°，且进一步优选地不大于60°，其中，这种情况下，对于彼此相邻的测量管段来说，优选地选择具有相反符号的相同角度。通过这种设计能够实现各个测量管段之间的尽可能无缝的连接。
[0019]当第一测量管段和第二测量管段通过衬套连接时，能够实现两个测量管段的简单连接。第一测量管段和第二测量管段在它们的连接侧端部处被衬套在外侧包围，并且因此实现了两个测量管段的相对彼此的直的对齐并且实现稳固。在测量管作为立管的实施例中，这种利用衬套的插接连接足以用于两个测量管段的连接，其中，为了额外的固定，额外地将测量管段与测量管段优选焊接。原则上，可以在周向上进行这种焊接，使得通过例如在衬套的起始部和终止部处的焊缝可以在测量管中引入额外的缺陷，并接着所有这些缺陷处于远离信号发生器的位置处。
[0020]因此，衬套优选地具有纵向槽，其中，测量管段和衬套在该纵向槽中被彼此焊接。在此情况下，优选地，该焊接可以仅在纵向方向上实现，其中可替换的是，也可以考虑横向方向上的焊接的实施例。这种焊缝优选地相对于测量管的纵向方向倾斜地延伸。
[0021]在衬套被设计成在纵向方向上被分割并进而优选地由两个部分组成时，可以实现特别简单的实施方式。为了将测量管段彼此连接，这些部分例如可以被设计成两个半壳或者三个三分之一壳。在一个实施方式中，成套的这两个部分也可以被设计成U型材或者L型材。
[0022]焊接优选地沿着半壳或者U型材的纵向边缘实现，其中，为了避免反射，测量管段优选地没有在连接位置的区域中被焊接到半壳或者U或者L型材。
[0023]除纵向槽之外，衬套还可以在连接位置的区域中具有开口，以用于检查测量管段彼此的适当对齐。
[0024]在本发明的另外的实施方式中，第一测量管段和第二测量管段通过至少一个法兰彼此连接。由法兰实现的连接的优点在于，法兰能够在测量管的未装配的状态下被安装在测量管段上，并且由此能够实现简单的工作条件。在法兰被固定在两个测量管段上时(其中该法兰优选地被焊接到各个测量管段，并且测量管段通过法兰彼此夹紧)，这种设计可以产生有利的影响。法兰的这种应用利用了已经得到测试且可靠的连接技术，但这种技术尤其在使用测量管作为旁路时通常不能够在不使用额外的密封系统的情况下进行管理。
[0025]作为将法兰固定到每个测量管段上的替代方案，可以将法兰固定在一个测量管段上法兰，并且在另一个测量管段上可以优选通过焊接来固定保持环，其中测量管段通过法兰和锁紧法兰彼此夹紧，其中锁紧法兰啮合保持环。相对于具有两个法兰的实施方式，这种实施方式的另外的优点在于:具有保持环的测量管部段能够相对于具有法兰的测量管段旋转，从而能够特别简单地实现测量管段彼此之间的最佳对齐。
[0026]在所有前述的变形例中，所发射的穿透到测量管段之间的通常不可避免的小间隙中的电磁波能够辐射到外部，从而降低了额外的反射。
[0027]在所有前述的实施方式中，也能够提供粘性连接，以代替焊接。
[0028]在另一实施方式中，测量管段被周向地彼此焊接，这尤其适合于作为旁路的应用，这是因为在这种实施方式中不需要额外的密封系统。在连接位置处具有周向焊接的相应实施方式可以同样应用在立管的区域中，这是因为这种实施方式不需要诸如前述的法兰和衬套等额外部件。
[0029]尤其在将具有不同的内直径的管彼此连接的结构中，在连接位置处产生的反射的幅值减小。在此情况下，通过根据本发明的连接位置的实施方式，能够实现在连接位置处产生的反射的幅值的明显降低。此外，可以在如下管的情况下观察到相同的效果，这些管在纵向方向上没有精确地彼此放置，而是它们的对齐以小的角度彼此偏离，使得至少在测量管的周向上的位置处产生小的间隙。此外，在存在垂直变化的情况下，即在彼此错置的测量管段并未精确地彼此放置并且由此出现周向缝隙时，通过根据本发明的实施方式实现了明显改善的结果。
[0030]通过根据本发明的措施也可以检测例如具有较低的介电常数的测量介质的表面的较小回声。实现使信噪比增加的整体目标，并进而通过根据本发明的措施明显提高了测量精确度。通过前述的措施，可以使在连接位置处出现的干扰噪声传播，并且使它们的幅值降低了 20至25dB的平均值。
【附图说明】
[0031 ]接下来参考附图进一步说明本发明。
[0032]在这些附图中:
[0033]图1示出了根据本发明的雷达物位测量设备的侧视图。
[0034]图2示出了根据本发明的连接位置。
[0035]图3示出了测量管段的连接侧端部的立体图。
[0036]图4a至4e示出了不同的连接选项。
[0037]图5示出了根据现有技术的结构和根据本发明的结构的测量结果的比较。
[0038]图6示出了根据现有技术的测量结构(已经说明)。
【具体实施方式】
[0039]图1示出了用于测定箱或者容器100中的物位的雷达物位测量设备I。图1以侧视图示出雷达物位测量设备I，其中，在波适配器(wave adapter)的后面的后侧区域中布置有信号发生器3以及电子评估单元。然而，在本实施例中，没有更详细地示出信号发生器和电子评估单元。信号发生器3被设计成适于以大约I纳秒的长度且以大约26GHz的频率发射电磁波包(electromagnetic wave packet)。用于测量填充材料物位的其它典型频率的范围为
5.8GHz 至 6.3GHz、1GHz、24GHz 至 27GHz 或者 75GHz 至 83GHz。
[0040]特定波长λ的电磁波可通过波适配器耦合到测量管5中，该测量管作为波导而针对电磁波发挥作用。电磁波在测量管5中沿着位于容器100内的填充材料的方向被引导，并且在填充材料与位于填充材料上方的介质(尤其是，空气或者其它气体)之间的分界面处被反射。接着，可通过测量电磁波包的穿行时间来计算容器100内部的物位。除了分界面(S卩，填充材料的表面)处的反射之外，在第一测量管段51和第二测量管段52之间的连接位置处也产生反射。在现有技术中，尤其是连接位置7处的反射的基本影响在于:例如在填充材料具有低的介电常数ε时，连接位置7处的反射与连接位置7的区域中的填充材料的表面处的反射叠加，从而显著地劣化了所采取的测量的可靠性。
[0041]在图1所示的雷达物位测量设备I中，测量管5由两个部分构成，即第一测量管段51和第二测量管段52。第一测量管段51和第二测量管段52在连接位置7处彼此连接;在本实施例中，它们彼此焊接。
[0042]在本实施例中，连接位置7被设计成使得第一测量管段51的第一连接侧端部53和第二测量管段52的第二连接侧端部54彼此对应并且被倾斜地切割，从而在从整体上看时实现了测量管5的直线设计。
[0043]此外，图1示出了测量管5的纵向方向L，其中，在具有圆柱形状的测量管的情况下，纵向方向例如由对称轴确定。
[0044]图2示出了图1中的测量管5的连接位置7的放大图。图1中的测量管5在图2中的图示中旋转了 90°，其中两个测量管段51，52还没有完全地彼此连接。
[0045]在本实施例中，两个测量管段51，52相对于测量管5的纵向方向L以70°的角度α被切割。因此，在纵向方向L上看时，第二测量管段52的周向端部边缘55的相对于测量管段51最靠前的点64相对于周向端部边缘55的最靠后的点64偏移了纵向延伸度(longitudinalextent)a。由此，周向端部边缘55的整体在纵向延伸度a上延伸。在本实施例中，测量管5具有85mm的直径，其中70°的角度α导致前部点64和后部点65之间的29mm的差异。在26GHz的测量频率(对应于大约11.5mm的波长λ)的情况下，在本实施例中使可能出现的各个反射分布在发射的电磁波的大致三个波长λ上。于是，测量管段51，52各自的连接侧端部53，54的周向端部边缘55，56在测量管5的轴向方向L上的投影为相应的测量管段51，52的最靠前的点64和最靠后的点65之间的间距。在被倾斜地切割的管的情况下尤其容易地看出该特征，但同时也能够想象出相应的端部边缘55，56的更复杂的轮廓。
[0046]图2示出的测量管段51，52例如可以直接彼此焊接，通过法兰连接或者衬套连接彼此连接或者以其它方式连接。
[0047]图3示出了图2中的第一测量管段51的立体图。该附图非常清晰地示出了第一测量管段51的第一连接侧端部53的第一周向端部边缘55。在本实施例中，第二测量管段52以及它的具有第二周向端部边缘56的第二连接侧端部54被相应地设计，但没有被详细地示出。
[0048]图4a至4c示出了用于将两个测量管段51，52彼此连接的多个可能选项，其中，这些选项能够替换如图1和2所示的焊接。
[0049]图4a示出了第一测量管段51通过衬套11连接到第二测量管段52。在本实施例中，衬套11被设计成适于在外侧包封测量管段51，52并且按照形状锁定的方式包裹这些测量管段。衬套11具有纵向槽60，这些纵向槽60从衬套的相对端部被引入。在本实施例中，在从端部看时，在衬套11中在约三分之一的长度上切入有纵向槽。除了纵向槽60之外，衬套11还具有开口61，这些开口61沿纵向方向中心地布置并分布在衬套的周边;且在本实施例中，这些开口被设计成圆形的钻孔。根据图4a，测量管段51，52被插入到衬套11中，使得测量管段51，52之间的连接位置7布置在开口61的区域中。由此，这些开口61允许针对各个测量管段51，52的端部53，54的构造中的缝隙形成或者其它变化对连接位置7进行检查。除了通过衬套11实现插接连接之外，还可以将测量管段51，52焊接到衬套11。在这种情况下，优选地，用于将测量管段51，52与衬套I连接的焊缝10沿着纵向槽60的纵向边缘被引导，使得能够避免在周向方向上延伸并可能由焊缝10引起的其它缺陷。在本实施例中，焊缝10优选地在纵向方向中被引导，但是它们也能够以分段的方式在测量管5的周向方向上延伸。
[0050]图4b示出了测量管段51，52通过两个法兰13彼此连接，这两个法兰例如通过焊缝10被固定到各个测量管段51，52的端部上。接着，这两个法兰13通过夹紧螺栓16被彼此夹紧，从而实现测量管段51，52的稳固连接。用于将法兰13固定在测量管段51，52上的焊缝10可以周向地形成或者通过各个点焊接来实现。相应的点焊接的优点在于避免了如前所述的会在测量管内部导致缺陷的周向焊缝。
[0051]图4c示出了连接的第三变形例，其中，测量管段51设置有夹紧环15，并且第二测量管段52设置有法兰13。夹紧环15和法兰13可以按照类似于图4b中的法兰13的方式通过焊缝10周向地连接到相应的测量管段51，52或者通过各个点焊接连接到相应的测量管段51，52。在图4c示出的实施例中，通过锁紧法兰(compress1n flange) 14实现两个测量管段51，52的连接，锁紧法兰14啮合夹紧环15并且通过夹紧螺栓16被夹紧到第二测量管段52上的法兰13。根据图4c的实施例的优点在于通过夹紧环15能够轻易地实现第一测量管段51在径向方向上相对于第二测量管段52的对准并且不会由于如图4b示出的法兰13中的钻孔而变得困难。
[0052]图4d示出了通过两个U型材12实现第一测量管段51与第二测量管段52的连接的替代方案。在本实施例中，两个U型材12被设计成适于抵靠在测量管段51，52的外侧并因此在纵向方向上稳定测量管段。因此，测量管段51，52处于两个U型材12中，使得连接位置7沿纵向方向大约中心地布置。为了进一步稳定，测量管段51，52还附加地与U型材12焊接。在此情况下，优选地，为了将测量管段51，52与U型材12连接，焊缝10沿着U型材12的纵向边缘被引导，使得能够避免由焊缝10引起且在周向方向上延伸的其它缺陷。为了进一步避免其它潜在缺陷，焊缝10在连接位置7的区域中具有中断部17，从而能够避免在测量管段51，52内部中由焊接处理导致的任意鼓包。
[0053]作为焊接的替代，也可以考虑粘性连接。
[0054]图4e示出了图4d中的实施例的横截面。在该图示中，能够清楚地看到在本实施例中使用U型材12来连接测量管段51，52。通过使用这样的U型材，可以在同时优化成本的情况下实现测量管段51，52的简单的彼此对齐。尤其是通常可以使用标准部件，从而不需要制造经过特定调整的特定组件。
[0055]图5示出了根据现有技术的结构的测量曲线(曲线71)和根据本发明的结构的测量曲线(曲线52)以进行比较。这两个比较曲线分别示出了相应情形下的回声曲线，所述回声曲线由物位测量设备I记录，其中测定的穿行时间值已经被换算成以米为单位的距离并且被示出在横坐标上。在纵坐标上示出了相应的距离处的相应测定信号幅值。
[0056]对于本示例的测量的情况，使用了具有总长度为3.5m且具有位于2.3m处的连接位置的测量管5。在此情况下，曲线71示出了根据现有技术的测量曲线，其中在2.3m距离的连接位置处测量出具有65dB的幅值的回声信号，并且在3.5m距离的管端部处测量出具有IlOdB的幅值的回声信号。在根据本发明的结构中，如图1至4所示，在2.3m的连接位置7处的回声信号的最大幅值降低了 25dB至40dB，然而，在3.5m的管端部处测量出相同的幅值llOdB。在回声信号的传播中以及在连接位置7的不同的点处出现的各个反射的相消干涉中看出用于降低连接位置7的缺陷处的回声的决定性效果。在整体上，这种方式显著增加了信噪比，并由此增加了测量精度。
[0057]前面说明的相消干涉已经存在于发射的电磁波的至少半个波长的连接位置的纵向延伸度处。然而，如果连接位置7在发射出的电磁波的多倍波长上延伸时，能够实现明显的改善。
[0058]参考标号列表
[0059]I 雷达物位测量设备3 信号发生器
[0060]5 测量管7 连接位置
[0061]9 绳状或者棒状探针10焊缝
[0062]11 套筒12 U型材/壳
[0063]13法兰14锁紧法兰
[0064]15保持环16夹紧螺栓
[0065]17中断部51第一测量管段
[0066]52第二测量管段 53第一连接侧端部
[0067]54第二连接侧端部 55第一端部边缘
[0068]56第二端部边缘 57旁路
[0069]58立管59流体通路
[0070]60纵向槽61开口
[0071]64前部点65后部点
[0072]71第一测量曲线 72第二测量曲线
[0073]100箱、容器L 纵向方向
[0074]λ 波长α 角度
[0075]a 纵向延伸度
【主权项】
1.一种包括用于产生和发射特定波长(λ)的电磁波的信号发生器(3)的雷达物位测量设备(1)， 所述雷达物位测量设备包括由至少两个部分组成的测量管(5)，所述测量管包括在连接位置(7)处连接的第一测量管段(51)和第二测量管段(52)， 其特征在于，所述第一测量管段(51)和所述第二测量管段(52)各自的连接侧端部(53，54)彼此对应且被倾斜地切割，使得各个所述连接侧端部(53，54)的周向端部边缘(55，56)在所述测量管(5)的纵向方向(L)上延伸。2.根据权利要求1所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述第一测量管段(51)和所述第二测量管段(52)按照如下方式被切割:各个所述连接侧端部(53，54)的所述周向端部边缘(55，56)沿所述测量管(5)的纵向方向(L)至少在所发射的电磁波的至少一半的波长(λ)上延伸。3.根据权利要求1所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述周向端部边缘(55，56)在所发射的电磁波的至少一个，优选至少两个，进一步优选至少三个或者四个的波长(入)上延伸。4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述测量管段(51，52)被倾斜地切割，其中由所述周向端部边缘(55，56)定义的平面与所述测量管段的纵向方向(L)构成角度(α)。5.根据权利要求4所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述角度(α)不大于85°，优选地不大于75°，且进一步优选地不大于60°。6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述第一测量管段(51)和所述第二测量管段(52)通过衬套(11)连接。7.根据权利要求6所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述第一测量管段(51)和所述第二测量管段(52)在它们的所述连接侧端部(53，54)处在外侧被所述衬套(11)包裹。8.根据权利要求6或7所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述衬套(11)被焊接到所述测量管段(51，52)。9.根据权利要求8所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述衬套(11)具有纵向槽(60)，并且优选地，所述测量管段(51，52)和所述衬套(11)在所述纵向槽(60)中被焊接。10.根据权利要求6所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述衬套(11)在纵向方向上被分割并且优选地由两个部段(12)组成。11.根据权利要求10所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述两个部分(12)被设计成半壳、部分壳、U型材或者L型材。12.根据权利要求8至11中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，额外地或替代地，所述部分(12)优选地在纵向方向上粘接到与所述测量管段(51，52)。13.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述第一测量管段(51)和所述第二测量管段(52)通过至少一个法兰(13)连接。14.根据权利要求12所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，法兰(13)被固定在且优选地被焊接至所述两个测量管段，并且所述测量管段(51，52)通过所述法兰(13)彼此夹紧。15.根据权利要求12所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，法兰(13)被固定在且优选地被焊接至一个所述测量管段(51，52)，且保持环(15)被固定在且优选地被焊至另一个所述测量管段(51，52)，并且所述测量管段(51，52)通过所述法兰(13)和锁紧法兰(14)彼此夹紧，其中所述锁紧法兰啮合所述保持环(15)。16.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，17.根据权利要求1至5中任一项所述的雷达物位测量设备(I)，其特征在于，所述测量管段(51，52)被周向地彼此焊接。
【文档编号】G01F23/284GK105874306SQ201480064399
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年5月28日
【发明人】京特·基奇, 弗里茨·伦克, 克劳斯·金茨勒, 于尔根·莫茨尔
【申请人】Vega格里沙贝两合公司