[其他]測量容器中液態物質水位的方法和裝置

在審

• 申請號: 101985000003379
• 申請日: 1985-05-15
• 公開（公告）號: CN1003672B
• 公開（公告）日: 1989-03-22
• 發明（設計）人: 科特·奧洛夫·艾德瓦德森
• 申請（專利權）人: 塞伯海洋電氣公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉暉

利用發射機饋送一微波信號，通過垂直向下插入容器的管狀波導（７），使波導管中物質的上表面位置（１０）隨著周圍物質的深度變動，以此來測量裝在一個容器中流動物質水位的方法。此信號自表面反射回來，通過波導并傳到所用的接收機，在一個電子裝置中經信號處理后，用以測定容器中的物質水位。微波信號通過模式發生器（１１）饋送入波導的，其波長小于波導（７）（圖２）的直徑，模式發生器實際上產生一個主要的信號傳輸模式。

本發明是關于測量儲存在容器中的液態物質水位的方法，利用發封機輸出的一種微波信號接通垂直向下穿入容器的管狀波導，將管子和容器連通，這樣，波導中物質的表面便隨著周圍液態物質的水位而變化，信號被液態物質表面反射，經過波導通向接收機加以利用，經過電子裝置對信號的處理，用以測定容器中物質的水位。本發明也涉及實現本方案的裝置。

雷達可用來測定裝在水箱、油箱或類似容器中的液體或液態物質的水位，如美國№4，044，355號專利中描述的那樣。由于雷達波的速度在空氣或其它氣體中非常穩定。所以，可以得到良好的精確度。由于雷達天線可用非常堅固的材料做成，因此這種水位測量器能用于溫度、化學腐蝕以及機械應力的條件都非常惡劣的環境中。由于雷達天線可裝在箱頂的一個孔內，因此容易安裝和進行維修，甚至更換也很容易。

由于雷達波束在油箱中現有的支柱、梯子和管道等物之間需要一定的空間，所以直到目前仍限制著它的使用。如果采用直徑為D的圓形雷達天線，雷達波束的可用寬度約為λ/D弧度。考慮到雷達波束的漫射邊界，未受干擾的區域應是頂角約為2λ/D的錐區。運些波長λ代表雷達載波的波長，例如波長為3厘米。考慮到從各種實際情況出發，天線的直徑必須限制在一定范圍之內，實際上載波的波長有下限。因為從各方面來看，很高的載波頻率使得雷達發射機和其他部件變得昂貴和要求苛刻。因此雷達波束不能任意變窄。這在一些應用中很不理想。例如當這種裝置用于平穩度和傾斜度在不斷變化著的油船時。在實際情況下，可把5°-15°角作為所需的典型空間。這意味著很多油箱不容許安裝用自由空間傳輸方式的雷達水位測量器。這也不能用于帶有所謂浮頂的水箱或油箱，即帶有直接浮在液化物質上頂板的油箱。

避免上述限制的一種方法是雷達波束通過一根向下穿過油箱的波導管導入。按照這種方法測量水位已經進行了試驗（參看美國№.4，359，902專利），但是要適合于雷達使用波段的標準波導管的直徑相當小，因此這種方法在實用上有很大限制。這種波導管包括矩形或圓柱形的金屬管，管的尺寸只容許單模傳播。對于圓形波導管意味著傳播波長應在管子內徑的1.3-1.7倍間，對典型的雷達頻率，管子的直徑只有幾厘米大小。

這一種波導存在下列問題：

當箱中的物質是蠟狀原油時，管子被堵塞。

由于利用波導管上的孔確保管內外液體的自由流動，但對雷達波束的傳播產生了不能允許的影響。

在具有標準高度的油箱中，管內的腐蝕產生了自上至下的不可允許的傳播衰減。因此，必須用昂貴的材料來制管或用貴金屬在管內涂層。

管子的大小和雷達頻率對傳播速度有嚴重的影響，因此要想得到良好的精確度，上述這些數值必須是恒定的或者精確地得知。

本發明的出發點在于意識到這些問題，并采用一根堅固的超尺寸波導來解決。將雷達輻射能導入波導，并抑制掉所有不需要的波導模式。在多數實際情形中，波導可以由水箱或油箱中一根已有的管子組成。這意味著所用的結構必須能容許管子尺寸能在各種情形下可經受極大的變化，另外亦需容許適量的銹層和油涂層。

兩種實用情形的計算可以說明采用超尺寸圓波導的意義。如果通過波導測量出距離，便可得到大于實際距離L的表觀距離Ls，其商數可用下列公式表示：