CN101287970A - 雷达液位计系统和联接器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于测量容纳在罐中的内容物的充装高度的雷达液位计系统。该系统包括发送器和探头，构造为将要传送的微波能量导向该内容物。此外，还包括一种联接器，包括构造为将探头机械连接到罐的机械连接；构造为将探头电连接到发送器的电馈通；和适于密封电馈通的密封件，其中该联接器适于在所述机械连接和所述密封件之间提供机械分离，并允许机械连接和密封件之间的至少一些运动，由此保护该密封件免受作用于该探头的力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量容纳在罐中的内容物的充装高度的雷达液位计系统。
本发明进一步涉及一种联接器，用于通过至少一个传送线在罐内部和外部之间传送信号。
背景技术
雷达液位计系统广泛用于测量罐或容器的充装高度。雷达液位计量一般进行非接触测量或接触测量，在非接触测量中向罐内容物发射微波能量，在接触测量中通过波导管探头将微波能量导向并导入内容物中。
由于例如由填充、排空、搅拌等引起的罐中内容物的运动，该探头可能承受相当大的力。
而且，因为雷达液位计经常在罐内部和外部之间具有高压差的环境中工作，用于在罐的内部和外部之间传递信号的馈通应该优选为密封的。
为了能够在大的温度和/或压力范围上使用接触型雷达液位计系统，需要温度稳定并耐压的密封材料。例如各种类型的玻璃和陶瓷的这种材料往往是易碎的并且可能通过作用在探头上的力而损坏。
在US 6019007中，公开了一种接触型雷达液位计系统，其中通过在该系统的电气和机械元件之间的紧密按压密封材料来提供密封。当力作用于探头时，该力因而被直接传送到该密封材料。
因为上述类型的密封材料，一般为各式各样的玻璃和/或陶瓷，通常对其它力比压力更敏感，US 6019007中公开的密封方法看来像是实际禁止使用这些密封材料。
因而需要一种更耐用的雷达液位测量系统，例如能够使用上述类型的密封材料。
发明内容
鉴于现有技术的上述及其它缺陷，本发明的总目的是提供一种改进的雷达液位计以及一种改进的联接器，该联接器用于通过至少一个传送线在罐的内部和外部之间传送信号。
本发明的另一个目的是能够使用温度稳定并耐压的密封材料，例如各种类型的玻璃和/或陶瓷。
根据本发明的第一方面，这些及其它目的可以通过用于测量容纳在罐中的内容物的充装高度的雷达液位计系统来实现，该雷达液位计系统包括：发送器，设置在罐外部并构造为传送微波能量；探头，至少部分位于罐内部并构造为将传送的微波能量导向内容物；接收器，设置在罐外部并构造为接收反射的微波能量；和联接器，构造为将探头机械附接于罐、在探头和发送器及接收器之间提供电馈通并密封罐，其中该联接器包括：机械连接件，构造为将探头机械连接到罐；电馈通，构造为将探头电连接到发送器及接收器；和密封件，适合于密封该电馈通，其中该联接器适合于在机械连接件和密封件之间提供机械分离，并允许该机械连接件和该密封件之间的一些运动，由此防止该密封件受到作用于探头上的力。
在本申请的范围内，“探头”是设计为将微波导入容纳在罐中的内容物的波导管。可以使用几种类型的探头，例如单线(Goubau型)、双线和同轴探头。探头本质上可以是刚性的或者柔性的并且可由诸如不锈钢的金属、诸如PTFE的塑料或其组合制成。
“密封”应该理解为以气密并耐压的方式进行密封。
经由机械连接件和密封件之间的机械分离，作用于探头上的力基本上没有传送到该密封件。因此本发明能够使用这种密封材料，这种密封材料从温度稳定性和耐压性角度来说是有利的，但是对于其它力比纯压力敏感，例如包括各种各样的玻璃和陶瓷。
能够使用这种密封材料进一步使雷达液位测量系统的使用范围扩大到更具挑战的环境，例如包括在温度和压力方面有大变化的环境。
根据本发明的一个实施例，包括在根据本发明的雷达液位计系统中的联接器可以进一步包括连接构件，该连接构件构造为机械附接于罐并包括第一夹紧面和上述密封件，其中当该连接构件机械附接于罐时，可通过在第一夹紧面和第二夹紧面之间夹紧探头来提供机械连接，该第二夹紧面机械连接到罐。
在第一和第二夹紧面之间夹紧探头可以直接或间接进行。在间接夹紧的情况下，例如为了改变夹紧力方向，可以采用中间结构。
根据这个实施例，机械连接和密封件之间的机械分离可以通过在第一和第二夹紧面之间夹紧探头来提供机械连接而实现，其中第一夹紧面与该密封件机械分离。
由此作用于探头的力可在夹紧面上被吸收并且基本上没有传送到密封件。
联接器进一步包括至少一个设置在探头和至少一个夹紧面之间的弹性构件。因而这种弹性构件可设置在第一夹紧面和探头之间、第二夹紧面和探头之间或这两种位置。
通过包含至少一个这种弹性构件，在探头和至少一个夹紧面之间作用的力可更均匀地分布。
而且，至少一个弹性构件可以减轻包含在联接器中的潜在具有不同热膨胀系数的各个部件的作用，因此在变化温度范围内可基本保持夹紧力。
例如弹性构件可以是一个或几个互相作用的弹簧，例如弹簧垫圈。可以进行探头夹紧以使夹持力基本径向作用于探头。
如上所述，该径向夹紧可以直接或间接进行。在间接夹紧的情况下，由第一和/或第二夹紧面施加的轴向指向的力可以通过合适的力转变装置转变为径向引导力。
替换地，该探头可以包括径向延伸部分，并且可进行该探头的夹紧以使夹持力通过径向延伸部分在第一和第二夹紧面之间的夹紧基本轴向作用于该径向延伸部分。
该径向延伸部分可以是探头的整体部分或为了实现探头沿轴向方向夹紧已经附接于该探头的附加部件。
带有这种径向延伸部分的探头提供的附加效果是如果在机械连接方面出现故障，可以防止该探头落入罐并潜在造成对产品的破坏和/或对罐的损害。
该联接器进一步包括至少一个电介质元件，该至少一个电介质元件设置在探头和第一、第二夹紧面中的至少一个之间。
该至少一个电介质元件可有利地构造为在探头和罐之间提供电绝缘，至少部分地吸收作用于探头的力和提供温度稳定性。
为了微波信号经由探头的最佳传送，探头优选为与罐电绝缘。此外，可能必须由机械连接承载的很大载荷应当优选为被吸收到足够的程度。由于很大范围上的温度变化，材料的膨胀和收缩作用也被有利地提出。
所有这些需要可通过以上述方式设置至少一个适当构造的电介质元件来满足。
优选地，所述至少一个电介质元件可由晶体或非晶体材料组成，例如陶瓷或玻璃。合适的材料例如包括Al2O3和SiO2。
此外，包含在根据本发明的雷达液位计系统中的联接器可以包括力分配元件，该力分配元件设置为分配作用在至少一个介质元件上的力，由此减少所述至少一个介质元件上的点载荷的出现。
除了分配力以减少点载荷的出现，该力分配元件还可以减少由于包含在该联接器中的各个元件的热膨胀系数的差异而引起的应力。
该力分配元件还有利地配置为设置成封装所述至少一个介质元件的塑料套筒。合适的塑料材料例如包括PTFE。
根据本发明的另一实施例，连接构件可被构造为通过探头支承构件机械附接于罐，该探头支承构件被构造为机械附接于罐并沿轴向支承探头，其中在探头支承构件上配置第二夹紧面。
为了将探头附接到罐，希望的是使用这种类型的探头支承构件。尤其是对于在罐中标准开口或已经存在的开口的情况。在后一种情况下，探头支承构件的尺寸可以适合于罐开口，由此能够使用标准的连接构件。这对设备费用是有益的。
按照根据本发明的雷达液位计系统的其它实施例，电馈通可以包括至少两个导体，这些导体通过适合于吸收由作用于探头的力引起的运动的导电柔性构件连接。
导电柔性构件可设置在任一导体上或配置为单独部件。
虽然贯穿本发明的机械连接与密封件机械分离，作用于探头的力可引起比探头的可忽略运动更大的运动。通过包括在电馈通中的导电柔性构件，探头的运动可以由该柔性构件吸收，由此保证只有很小的力通过电馈通传送到密封件。
该导电柔性构件优选包括例如弹簧加载的连接器的柔性构件。然而，存在若干其他选项，例如使用“软”金属导体形成导电柔性构件。该软导体可以是可变形的金属线或带。可这样提供金属线或带以使其可通过延展而变形，或者比桥接要被连接的导体之间的间隙所需的长度长。在后一种情况下，金属线或带的形状将根据探头和密封件之间的相对运动而变化。
根据本发明第一方面的又一个实施例，密封件可以通过该连接构件轴向延伸，并且电馈通可通过该密封件轴向延伸。
根据本发明的第二方面，可以通过用于经由至少一个传送线在罐的内部和外部之间传送信号的联接器实现上述及其他目标，该联接器包括构造为机械连接传送线和罐的机械连接、构造为电连接传送线和外部连接器的电连接和适于密封该电连接的密封件，其中该联接器适于在机械连接和密封件之间提供机械分离，由此使密封件与作用于传送线上的力隔离。
在本申请的范围内，“传送线”可理解为能够传送信号和/或电能的任何线。因此传送线的实施例包括用于雷达液位计系统中的探头和用于发送功率并从位于罐内部的不同传感装置向外部连接器传送信号的连接线，例如用于感应温度、压力、pH值、流量、粘度等的传感器。对于该外部连接器，需要连接位于罐外部的测量值采集和/或处理设备。
通过本发明第二方面获得的效果很大程度上类似于与本发明第一方面有关的上述效果。
附图说明
现在将参考显示了本发明当前优选实施例的附图，通过示例的方式详细地描述本发明的这些及其他方面。附图中：
图1示意性地图示了接触型雷达液位计系统的应用实例。
图2是根据本发明的示例性雷达液位计系统的示意图。
图3a是根据本发明的联接器的第一实施例的示意性剖视图。
图3b是图3a中联接器的示意性分解图。
图3c是包含在图3a中联接器中的密封件的示意性剖视图。
图4是根据本发明的联接器的第二实施例的示意性剖视图。
具体实施方式
在接下来的描述中，参考雷达液位计系统和包含在雷达液位计系统中的联接器来描述本发明。应该注意的是这绝没有限制根据本发明的联接器的范围，该联接器同样适用于许多与罐有关的传感系统，例如联接罐内部的传感装置和位于罐外部的采集和/或处理设备，传感装置例如温度、压力、流量、pH值、粘度等的传感器。
在图1中，示意性图示了接触型雷达液位计系统的应用实例，其中雷达液位计系统1设置在包含内容物3的罐2上。该雷达液位计系统具有设置在罐2外部的发送/接收单元4和设置在罐2内部的探头5，该探头设置为将通过发送/接收单元4传送的微波导入容纳在罐2中的内容物3中。
在图2中，示意性地图示了根据本发明的示例性的雷达液位计系统10。其中，微波收发装置11封装在壳体12中并经由联接器14电连接到探头13。经由该联接器14，探头13还机械附接于罐15。微波收发装置11和探头13之间的电连接通过电馈通16来实现。电馈通通过密封件17来密封，并且探头13通过机械连接18机械附接于罐15，该机械连接被构造为与密封件17机械分离。
参考图3a-c和图4，将更详细地描述根据本发明的联接器的两个实施例。
在图3a中，显示了根据本发明的联接器的第一实施例。其中，显示联接器20未附接于罐15。应当理解的是如图所示的联接器可以以本领域技术人员所知的多种方式密封地附接于罐。
该示例性联接器20具有带有第一夹紧面22的上部金属套管21形式的连接构件和带有第二夹紧面24的下部金属套管23形式的探头支承构件。为了联接器20和罐15的连接，下部金属套筒在其底端焊接到金属凸缘25上。
在图3a中，显示上部金属套筒21通过已经焊接的螺纹连接26附接于下部金属套筒23，因此是密封的。经由该螺纹连接26，通过第一和第二陶瓷柱塞28、29形式的电介质元件和一组由壳体31和盖32封装的弹簧垫圈30a-c形式的弹性构件，经由第一和第二夹紧面22、24之间的夹紧将在此为圆柱形延伸部分27的探头13的径向延伸部分机械连接到联接器20上。该陶瓷柱塞和探头13通过PTFE套筒33形式的力分配元件封装。经由弹簧垫圈组30a-c，夹紧力更均匀地分布并在变化温度范围内大体保持不变。
当联接器装配到罐时，除了上述的机械连接，联接器20还可实现罐15内部和外部之间的密封电馈通。根据本示例性实施例，该电馈通由穿过轴向经由上部金属套筒21延伸的密封件35延伸的第一销34、探头13和设置为电连接第一销34和探头13的弹簧销36形式的导电柔性构件构成。
图3b是图3a中联接器的分解图。
在图3b中，更清楚地显示了结合图3a描述的部件。另外，显示了多个石墨盘37a-d。这些盘37a-d用来在陶瓷柱塞28、29上更均匀地分配夹紧力，因此进一步减少点载荷的出现。
图3c是图3a中密封件35的示意性剖视图。参考图3c，密封件35包括金属套筒38、陶瓷或玻璃插塞39和贯穿销34。在插塞39是陶瓷的情况下，第一销34优选插入插塞39中的孔中然后钎焊到插塞39以密封引线。陶瓷插塞39插入套筒中然后钎焊到套筒38以密封插塞39和套筒38之间的交界面。可替换地，陶瓷插塞39和金属套筒38之间的连接可通过压配合实现。在玻璃插塞39的情况下，可以通过允许熔融的玻璃在套筒38内部与第一销34固化在一起来形成插塞。紧接着密封件35装配到上部金属套筒21中，密封件35的金属套筒38焊接到上部金属套筒21以便密封上部金属套筒21和密封件35之间的交界面。
经由密封件35和与其结合的第一销34，已经形成密封的电馈通的一部分。由上所述，该销34可由连接器(未示出)连接，该连接器可以与微波发送器和接收器11相连，并且由下所述，该销与依次连接到探头13的弹簧销36相连。
根据罐中的内容物，为了一定程度地防止罐内容物渗入联接器，可以适当地添加附加密封件(未示出)。例如这对防止腐蚀是有用的。
在图4中示意性地显示了根据本发明第二实施例的联接器50的剖视图。
图3a中的联接器20与图4中联接器50之间的主要区别在于图4的联接器50中的夹紧力基本上径向作用于探头13上。
正如结合图3a-c所述，图4中的联接器50具有带有第一夹紧面22的上部金属套筒21形式的连接构件和带有第二夹紧面24的下部金属套筒23形式的探头支承构件。为了有助于联接器和罐15的连接，下部金属套筒在其底端焊接到金属凸缘25上。
在图4中显示上部金属套筒21经由已经焊接好的螺纹连接26附接于下部金属套筒23，因此是密封的。经由该螺纹连接26，夹紧力通过楔块51a-b和陶瓷套筒部分52a-b基本径向施加到探头13上。
所属领域的技术人员意识到本发明决没有限制到如上所述的优选实施例。相反地，在附加权利要求的范围内许多改进和变化是可行的。例如，根据本发明的联接器可用于各种其它传感系统，例如用来感应流量、温度、pH值及其它有关的工艺和产品参数。密封的电馈通可进一步地径向及轴向定位。而且，可以采用其他类型的机械连接，例如使用沿径向方向而不是轴向方向附接于探头支承构件的连接构件径向夹紧。此外，可以使用其他类型的密封结构。例如，可以通过彼此相对按压两个表面来获得密封，但使该密封件与该机械连接保持机械分离。
Claims (28)
1.一种雷达液位计系统，用于测量容纳在罐中的内容物的充装高度，所述雷达液位计系统包括：
发送器，设置在所述罐外部并构造为传送微波能量；
探头，至少部分位于所述罐内部并构造为将传送的微波能量导向所述内容物；
接收器，设置在所述罐外部并构造为接收反射的微波能量；和
联接器，构造为：
将所述探头机械附接到所述罐；
在所述探头和所述发送器及接收器之间提供电馈通；和
密封所述罐，
其中，所述联接器包括：
机械连接，构造为机械连接所述探头和所述罐；
电馈通，构造为电连接所述探头和所述发送器及接收器；和
密封件，适于密封所述电馈通，
其中，所述联接器适于在所述机械连接和所述密封件之间提供机械分离，并允许所述机械连接和所述密封件之间的至少一些运动，由此保护所述密封件免受作用于所述探头的力。
2.根据权利要求1所述的雷达液位计系统，其特征在于所述联接器包括构造为机械附接于所述罐的连接构件，所述连接构件包括：
第一夹紧面；和
所述密封件，
其中，当所述连接构件机械附接于所述罐时，通过在所述第一夹紧面和第二夹紧面之间夹紧所述探头来提供所述机械连接，所述第二夹紧面机械连接到所述罐。
3.根据权利要求2所述的雷达液位计系统，其特征在于所述联接器进一步包括至少一个弹性构件，所述至少一个弹性构件设置在所述探头和至少一个所述夹紧面之间。
4.根据权利要求2或3所述的雷达液位计系统，其特征在于进行所述探头的所述夹紧以使夹紧力基本径向作用于所述探头上。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于：
所述探头包括径向延伸部分；和
通过所述径向延伸部分在所述第一和第二夹紧面之间的夹紧进行所述探头的所述夹紧，以使夹紧力基本轴向作用于所述径向延伸部分上。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于所述联接器进一步包括至少一个电介质元件，所述至少一个电介质元件设置在所述探头与所述第一和第二夹紧面中的至少一个之间。
7.根据权利要求6所述的雷达液位计系统，其特征在于所述至少一个电介质元件被构造为：
在所述探头和所述罐之间提供电绝缘；
至少部分吸收作用于所述探头上的力；和
提供温度稳定性。
8.根据权利要求6或7所述的雷达液位计系统，其特征在于所述电介质元件由晶体或非晶体材料制成，例如陶瓷或玻璃。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于所述联接器进一步包括力分配元件，所述力分配元件设置为分配作用于至少一个所述电介质元件上的力，由此减少所述电介质元件上点载荷的出现。
10.根据权利要求9所述的雷达液位计系统，其特征在于所述力分配元件为设置成封装所述至少一个电介质元件的塑料套筒。
11.根据权利要求2-10中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于所述连接构件被构造为通过探头支承构件机械附接于所述罐，所述探头支承构件被构造为：
机械附接于所述罐；和
沿轴向支承所述探头，以及其中在所述探头支承构件上设置所述第二夹紧面。
12.按照权利要求1-11中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于所述电馈通包括至少两个导体，这些导体通过适于吸收由作用于所述探头的力引起的运动的导电柔性构件连接。
13.根据权利要求12所述的雷达液位计系统，其特征在于所述导电柔性构件包括弹簧加载的连接器。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的雷达液位计系统，其特征在于：
所述密封件穿过所述连接构件轴向延伸；和
所述电馈通穿过所述密封件轴向延伸。
15.一种联接器，用于通过至少一个传送线在罐内部和外部之间传送信号，所述联接器包括：
机械连接，构造为机械连接所述传送线和所述罐；
电连接，构造为电连接所述传送线和外部连接器；和
密封件，适于密封所述电连接，
其中，所述联接器适于在所述机械连接和所述密封件之间提供机械分离，并允许所述机械连接和所述密封件之间的至少一些运动，由此使所述密封件与作用于所述传送线上的力隔离。
16.根据权利要求15所述的联接器，其中所述联接器进一步包括构造为机械附接于所述罐的连接构件，所述连接构件包括：
第一夹紧面；和
所述密封件，
其中，当所述连接构件机械附接于所述罐时，通过在所述第一夹紧面和第二夹紧面之间夹紧所述传送线来提供所述机械连接，所述第二夹紧面机械连接到所述罐。
17.根据权利要求16所述的联接器，进一步包括至少一个弹性构件，所述至少一个弹性构件设置在所述探头和至少一个所述夹紧面之间。
18.根据权利要求16或17所述的联接器，其特征在于进行所述传送线的所述夹紧以使夹紧力基本径向作用于所述传送线上。
19.根据权利要求16-18中任一项所述的联接器，其特征在于：
所述传送线包括径向延伸部分；和
通过所述径向延伸部分在所述第一和第二夹紧面之间的夹紧进行所述传送线的所述夹紧，以使夹紧力基本轴向作用于所述径向延伸部分上。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的联接器，其特征在于所述联接器进一步包括至少一个电介质元件，所述至少一个电介质元件设置在所述传送线与所述第一和第二夹紧面中的至少一个之间。
21.根据权利要求20所述的联接器，其特征在于所述至少一个电介质元件被构造为：
在所述传送线和所述罐之间提供电绝缘；
至少部分吸收作用于所述传送线上的力；和
提供温度稳定性。
22.根据权利要求20或21所述的联接器，其特征在于所述电介质元件由晶体或非晶体材料制成，例如陶瓷或玻璃。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的联接器，其特征在于所述联接器进一步包括力分配元件，所述力分配元件设置为分配作用于至少一个所述电介质元件上的力，由此减少所述电介质元件上点载荷的出现。
24.根据权利要求23所述的联接器，其特征在于所述力分配元件为设置成封装所述至少一个电介质元件的塑料套筒。
25.根据权利要求16-24中任一项所述的联接器，其特征在于所述连接构件被构造为通过传送线支承构件机械附接于所述罐，所述传送线支承构件被构造为：
机械附接于所述罐；和
沿轴向支承所述传送线，以及其中在所述传送线支承构件上设置所述第二夹紧面。
26.按照权利要求15-25中任一项所述的联接器，其特征在于所述电馈通包括至少两个导体，这些导体通过适于吸收由作用于所述传送线的力引起的运动的导电柔性构件连接。
27.根据权利要求26所述的联接器，其特征在于所述导电柔性构件包括弹簧加载的连接器。
28.根据权利要求15-27中任一项所述的联接器，其特征在于：
所述密封件穿过所述连接构件轴向延伸；
所述电馈通穿过所述密封件轴向延伸。
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