用于罐中的GWR測量的饋通器制造技術

一種用于將所接收的過程連接裝置（2）耦合到儲罐（罐40）的同軸饋通裝置（饋通器100），其包含內部電導體（探頭）（10），外部電導體（20）；以及介電套管，所述介電套管設置在所述探頭和所述外部電導體之間。所述介電套管經配置以提供上部同軸傳輸線路段（上部CTL段）（100a），所述上部同軸傳輸線路段提供大體上50歐姆的阻抗；以及下部同軸傳輸線路段（下部CTL段）（110b），所述下部同軸傳輸線路段包含一個或多個子段（100b1和100b2，100b'或100b''），所述子段具有與所述大體上50歐姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
所揭示的實施例涉及用于儲罐中的產品的導波雷達（GWR）水平面測量的饋通器。
技術介紹
將較大儲罐（也被稱為容器）（下文稱為“罐”）用于存儲各種產品是一種標準做法，所述產品包含飲料和石油產品等液體，以及粉末等固體產品。常規地，此類儲罐通常由非不銹鋼板制成，且在石油制品的情況下，所述罐通常由焊接在一起的從1/4英寸（0.63cm）到1/2英寸（1.27cm）厚度的鋼板制成。常規儲罐的尺寸通常在數百英尺（100英尺=30.5米）高度和數百英尺直徑的范圍內。當其它感測方法可能難以提供可靠的和/或準確的信息時，例如基于GWR的接觸電磁檢測和感測可以用于確定目標的存在或標記（目標分類或形狀）、材料的表面的水平面或距材料的表面的距離。例如，在石油和天然氣行業中，不準確或不可靠的水平面測量可能導致罐水平面量測應用的盈利/收入的較大損失。在直徑為40到80米的儲罐中的水平面測量的1毫米（mm）的誤差可對應于若干立方米的體積誤差。因為原油價格通常為至少$70每桶（1桶=42美制加侖或159升），所以1mm的誤差可引起參與貿易和石油輸送的一方或多方的數千美元的損失。還已知的是，對于由GWR水平面系統提供準確的測量來說，產品水平面和/或位于罐頂部下方超過約50m距離處的具有不同介電常數的兩種產品之間的界面的測量是一項挑戰。在已知的GWR系統布置中，沿著傳播路徑來自電子設備區塊（包含處理器、用于發射的數模轉換器（DAC）和用于接收的模數轉換器（ADC）以及收發器）的微波分量（其產生微波信號）通過包含聯接到收發器的50歐姆同軸電纜而沿著引導探頭發射到待測量的產品表面/界面，其中所述同軸電纜聯接到整體基本上50歐姆的同軸饋通器。饋通器具有其外部導體“套管”，所述套管焊接到在具有孔口的120到180歐姆金屬圓柱形罐噴嘴上的凸緣（阻抗取決于探頭直徑和噴嘴直徑），或經由罐孔口螺紋連接罐的頂部表面中的孔口。罐內的探頭電連接并機械連接到饋通裝置的中心導體，且其長度取決于應用需要。自由空間中的探頭的阻抗是約370歐姆。
技術實現思路
提供此
技術實現思路
是為了以簡化形式介紹一組簡要的所揭示概念，所述概念在下文在包含所提供的附圖的具體實施方式中進一步描述。此
技術實現思路
并不意圖限制所主張的主題的范圍。所揭示的實施例認識到，在具有噴嘴的儲罐或容器（下文稱為“罐”）（所述儲罐或容器使用常規噴嘴過程連接裝置（processconnection），其包含焊接到在罐的噴嘴周圍的凸緣的同軸饋通裝置（下文通常稱為“饋通器（feed-through）”））的情況下，在饋通器的約50歐姆（Ω）的輸出與噴嘴輸入（通常為120到80Ω）之間，以及從噴嘴的輸出到罐內部的自由空間中的內部金屬探頭（370Ω）之間存在阻抗不匹配。在用于無噴嘴罐的常規饋通器（其可直接地螺紋連接于罐的頂部表面而不需要凸緣）的情況下，阻抗不匹配更加嚴重，因為阻抗從50Ω突然地特定變化到370Ω（自由空間中的金屬探頭阻抗）。在通常包括聚合物或聚合物復合材料（下文稱為“聚合物基的”）非金屬罐的情況下，阻抗不匹配情況是類似的，即，從50Ω到370Ω的突然變化，且微波和過程密封組件的組合件要復雜得多，因為饋通器螺紋連接于附接到非金屬罐的頂部的防漏金屬聯接裝置。兩種過程連接裝置（焊接到罐噴嘴的凸緣的饋通器或螺紋連接于罐的頂部表面的饋通器）的此類阻抗不匹配在發射和接收期間在沿著噴嘴和罐的頂部的信號傳播期間產生微波功率損耗。除這些基于阻抗不匹配的微波功率損耗外，還存在由于從特定于在饋通器的同軸傳輸線路上的波傳播的橫向電磁波模式（TEM）模式到特定于沿著金屬探頭的表面波傳播的橫磁（TM）模式的模式轉換而導致的微波功率損耗。最后，在沿著金屬探頭的波傳播期間，存在微波功率損耗，其中取決于探頭設計、其表面改性、其歐姆電阻以及探頭與周圍金屬表面之間的相對距離，損耗值通常在0.1到0.4dB/m的范圍內。所揭示的實施例包含用于將過程連接裝置聯接到噴嘴或聯接到儲罐的頂部表面的同軸饋通器，其包含內部電導體（探頭）、外部電導體，以及介電套管，所述介電套管設置在探頭與外部電導體之間，使得饋通器充當同軸傳輸線路（CTL）。此CTL的介電套管通常具有沿著探頭方向約0.8λ到1.2λ的總電長度，其中λ是與詢問信號的帶寬（通常≥1GHz，例如對于0.5ns的脈沖為約2GHz，且對于0.15ns的脈沖寬度為約6GHz）相關聯的中心長度，如通過由GWR儀器使用的時域反射測量原理描述。沿著探頭方向，介電套管可以劃分成兩個區域：上部介電套管（靠近50Ω同軸電纜），所述上部介電套管用于形成饋通器的上部CTL部分，所述上部CTL部分具有大體上等于50Ω的阻抗）；以及下部介電套管，所述下部介電套管用于形成饋通器的下部CTL部分。如本文中所使用，“大體上等于50Ω”定義為50Ω±20%，定義為50Ω±10%以及一些實施例。饋通器的此下部CTL部分具有子部分，所述子部分具有與上部CTL段的大體上50Ω的阻抗段相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。所揭示的同軸饋通器使饋通器與罐的噴嘴之間或饋通器與罐的頂部表面之間的阻抗不匹配最小化，這提供上述微波功率損耗的大大減少，從而通常提供5dB或更多的微波損耗減少（在下文的實例部分中描述）。通過所揭示的饋通器提供的微波功率損耗的大大減少實現更加精確的水平面測量和在靠近罐的頂部表面處的水平面測量的減少的死區。此外，通過所揭示的饋通器提供的微波功率損耗的減少還使得能夠將水平面檢測范圍延伸超出由已知饋通器提供的范圍。附圖說明圖1A示出根據示例性實施例的包含示例性同軸饋通器的GWR系統的描繪，所述同軸饋通器具有上部CTL段，其提供大體上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有多個臺階式介電區，所述臺階式介電區將包括電子設備區塊的GWR過程連接裝置連接到在其上具有凸緣的儲罐的頂部表面，所述電子設備區塊聯接到示出為同軸電纜的傳輸線路連接器。圖1B示出根據示例性實施例的包含示例性同軸饋通器的GWR系統的描繪，所述同軸饋通器具有上部CTL段，其提供大體上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有線性漸變的介電質，所述線性漸變的介電質將包括電子設備區塊的GWR過程連接裝置連接到在其上具有金屬凸緣的儲罐的頂部表面，所述電子設備區塊聯接到傳輸線路連接器（示出為同軸電纜）。圖2示出根據示例性實施例的包含示例性同軸饋通器的GWR系統的描繪，所述同軸饋通器具有上部CTL段，其提供大體上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有不同的介電材料，所述介電材料將包括電子設備區塊的GWR過程連接裝置連接到在其上具有凸緣的儲罐的頂部表面，所述電子設備區塊聯接到示出為同軸電纜的傳輸線路連接器。圖3A示出根據示例性實施例的包含示例性同軸饋通器的GWR系統的描繪，所述同軸饋通器具有上部CTL段，其提供大體上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有圖1A、圖1B或圖2中示出的介電套管布置，其中饋通器經由罐孔口螺紋連接至罐的頂部表面中的孔口。圖3B示出根據示例性實施例的包含示例性同軸饋通器的GWR系統的描繪，所述同軸饋通器具有上部CTL段，其提供大體上50Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有圖1A、圖1B或圖2中示出的介電套管布置，其中饋通器具有其外部導體“套本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于將所接收的過程連接裝置聯接到儲罐（罐）（40）的同軸饋通裝置（饋通器100），其包括：內部電導體（探頭）（10）；外部電導體（20）；以及介電套管，其設置在所述探頭和所述外部電導體之間；其中所述介電套管經配置使得為所述饋通器提供上部同軸傳輸線路段（上部CTL段）（100a）和下部同軸傳輸線路段（下部CTL段）（100b），所述上部同軸傳輸線路段提供大體上50歐姆的阻抗；所述下部同軸傳輸線路段包括一個或多個子段（100b1和100b2或100b'），所述子段具有與所述大體上50歐姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.03.28 US 14/2292161.一種用于將所接收的過程連接裝置聯接到儲罐（罐）（40）的同軸饋通裝置（饋通器100），其包括：內部電導體（探頭）（10）；外部電導體（20）；以及介電套管，其設置在所述探頭和所述外部電導體之間；其中所述介電套管經配置使得為所述饋通器提供上部同軸傳輸線路段（上部CTL段）（100a）和下部同軸傳輸線路段（下部CTL段）（100b），所述上部同軸傳輸線路段提供大體上50歐姆的阻抗；所述下部同軸傳輸線路段包括一個或多個子段（100b1和100b2或100b'），所述子段具有與所述大體上50歐姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。2.根據權利要求1所述的饋通器，其中所述介電套管具有貫穿所述下部CTL段的共用介電材料。3.根據權利要求2所述的饋通裝置，其中所述一個或多個子段包括至少第一子段和第二子段，所述第一子段和第二子段在所述共用介電材料的厚度上具有至少百分之二十（20%）的差值。4.根據權利要求2所述的饋通器，其中所述下部CTL段中的所述介電套管為所述共用介電材料提供線性漸變的厚度，所述共用介電材料的厚度從所述下部CTL段的頂部線性增加到所述下部CTL段的底部。5.根據權利要求1所述的饋通器，其中所述外部電導體（20）包括在所述上部CTL段（100a）的底部處的突出肩部（20a），且所述饋通裝置具有沿著其整個長度的恒定橫截面積。6.根據權利要求1所述的饋通器，其中所述介電套管在所述下部CTL段中具有兩種或多于兩種不同的介電材料。7.一種導波雷達（GWR）系統（1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：I喬治斯庫，C科比亞努，SJ希思，MKY休斯，FM哈蘭，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發明
國別省市：美國;US