所公開實施例涉及用于確定罐中的過程流體的水平面的經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面發(fā)送器。

背景技術(shù)：

眾所周知液體水平面發(fā)送器用于利用由跨過罐開口（罐孔口或罐噴嘴）而附接到罐的外殼所形成的傳感器來檢測罐中液體的水平面。水平面發(fā)送器使用各種技術(shù)（例如差值壓力、超聲或雷達）來測量罐中過程流體的水平面。

溫度和壓力的額外過程測量允許對過程流體的密度改變進行補償?shù)母_的水平面計算。這些測量通常需要通過用戶的額外安裝，具體來說，穿過罐的壁的額外侵入（穿透）、焊接、安裝支架和額外布線，其全部增加顯著成本。與未補償?shù)囊后w水平面測量值相比，產(chǎn)生的經(jīng)補償?shù)囊后w水平面測量值的額外精確性可能無法證明增加成本的合理性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡化形式引入下文在包含所提供附圖的具體實施方式中進一步描述的所公開概念的簡要選擇。本發(fā)明內(nèi)容并不旨在限制所要求保護主題物的范圍。

所公開實施例包含配置成放置于具有≤ 2個罐孔口的罐上的經(jīng)溫度和壓力補償?shù)牧黧w（通常是液體）水平面發(fā)送器組合。至少一個法蘭包括跨過罐孔口的第一、第二和第三法蘭孔口?？邕^第一法蘭孔口的溫度傳感器感測罐中的溫度?？邕^第二法蘭孔口的第一壓力傳感器感測罐中的第一壓力。耦合到探頭的水平面收發(fā)器延伸穿過第三法蘭孔口進入到罐中用于發(fā)送脈沖信號進入過程流體或在過程流體的表面處發(fā)送脈沖信號并且用于接收所反射脈沖回波，或者具有跨過第三孔口的第二壓力傳感器，其感測罐中的第二壓力。

處理器耦合到水平面收發(fā)器的輸出或耦合到第二壓力傳感器的輸出，并且被耦合以接收第一壓力和溫度，其中所述處理器實施經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面確定算法，所述經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面確定算法使用溫度、第一壓力和脈沖回波或第二壓力來生成針對所述過程流體的經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面測量值。在一個實施例中，所述溫度和壓力測量集成在用于安裝水平面發(fā)送器組合的相同（安裝）法蘭中，從而僅需要單個罐孔口，并且不需要額外安裝硬件。

附圖說明

圖1是流程圖，其示出在根據(jù)示例性實施例的流體水平面感測方法中的步驟。

圖2是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐上的示例性的基于差值壓力的多輸出遠程密封水平面發(fā)送器組合的描述。

圖3A是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐的頂部上的示例性的基于雷達的水平面多輸出水平面發(fā)送器組合的描述。

圖3B是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐的頂部上的示例性的基于超聲的水平面多輸出水平面發(fā)送器組合的描述。

具體實施方式

所公開的實施例參考附圖描述，其中貫穿該附圖而使用相同的附圖標(biāo)記號來表示類似或等同的元件。這些圖未按比例繪制，并且它們僅提供用來示出所公開的某些方面。下文參考用于闡釋的示例性的應(yīng)用而描述數(shù)個所公開方面。應(yīng)理解，多個具體細節(jié)、關(guān)系和方法被給出以提供對所公開實施例的完整理解。

然而，相關(guān)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可在沒有這些具體細節(jié)中的一者或多者的情況下或者借助其它方法來實施本文中公開的主題物。在其它情況下，未詳細顯示眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作以避免混淆某些方面。本公開內(nèi)容不受動作或事件的所示出順序的限制，因為一些動作可按不同順序發(fā)生和/或與其它動作或事件同時發(fā)生。此外，不是所有所示出的行為或事件都需要以實施根據(jù)本文中所公開實施例的一套方法。

圖1是根據(jù)示例性實施例顯示流體水平面感測方法100的中的步驟的流程圖。步驟101包括感測至少三個過程變量，包含其中具有過程流體的罐中的溫度、所述罐中的第一壓力，和來自發(fā)送進入到過程流體中或在過程流體（其通常是液體）的表面處發(fā)送的脈沖信號的脈沖回波（超聲波或雷達），或罐中的第二壓力。對于導(dǎo)波雷達(GWR)（其是接觸雷達），探頭從法蘭延伸到流體中以允許在流體水平面改變時的表面反射，然而對于非接觸雷達，探頭將位于流體水平面上方。使用最多兩個(2)罐孔口感測這三個過程變量，其中一個或多個法蘭跨過每個罐孔口，如下文描述的圖2以及圖3A和圖3B中所示。

步驟102包括使用被耦合以接收所述溫度、第一壓力和所述脈沖回波或第二壓力的處理器，實施存儲于與處理器相關(guān)聯(lián)的存儲器中的經(jīng)溫度和壓力補償?shù)牧黧w水平面確定算法（水平面確定算法）。所述水平面確定算法使用所述溫度、第一壓力和脈沖回波或第二壓力來生成針對罐中的過程流體的經(jīng)溫度和壓力補償?shù)牧黧w水平面測量值（經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面測值）。對于其中提供溫度、第一壓力和第二壓力的所公開實施例，通過差值壓力（第一壓力與第二壓力之間的差）實施水平面感測，而對于其中提供溫度、壓力和基于脈沖的水平面收發(fā)器的實施例，使用回波的時間延遲實施水平面感測。

步驟103包括將經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面測量值發(fā)送到在控制涉及罐中的過程流體的過程時所涉及的另一位置，例如發(fā)送到與制造或加工廠（例如提煉廠）相關(guān)聯(lián)的控制室。該發(fā)送可使用天線（參見下文描述的圖2中的天線229）借助無線信號而跨過空氣實施，或者通過電線或電纜。

圖2是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐205上的示例性的基于差值壓力的多輸出遠程密封水平面發(fā)送器組合（水平面發(fā)送器組合）200的描述。水平面發(fā)送器組合200包含頂部安裝式水平面發(fā)送器231，其使用差值壓力(|P2 –P1|)實施水平面感測。罐205盛裝過程流體（通常液體，未顯示）并且包含各自由罐壁205d中的相應(yīng)間隙界定的第一罐孔口區(qū)205a和第二罐孔口區(qū)205b。

頂部法蘭207a跨過第一罐孔口區(qū)205a，并且底部法蘭207b跨過第二罐孔口區(qū)205b。頂部法蘭207a包含法蘭孔口207a1和207a2。底部法蘭207b包含單個法蘭孔口207b1。

水平面發(fā)送器231跨過法蘭孔口207a2和第一罐孔口區(qū)205a。水平面發(fā)送器231包括壓力傳感器215a，其位于法蘭孔口207a2內(nèi)（與法蘭孔口207a2一體）。壓力傳感器215a通常安裝于固定到底部法蘭207a的壓力箱（未顯示）中。顯示為電阻溫度檢測器(RTD)的溫度傳感器216與法蘭孔口207a1一體。一組連接器237, 238為溫度傳感器216提供對于頂部法蘭207a的密封，并且另一組連接器237, 238為水平面發(fā)送器231提供對于頂部法蘭207a的密封。包含電阻元件216a的溫度傳感器216（其可包括RTD元件）被顯示通過所示互連件217（例如通過電纜或電線）將其溫度輸出(T1)作為輸入提供到水平面發(fā)送器231的處理器225（通常也是中間濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，此處或別處未顯示）。

處理器225位于電子器件外殼221內(nèi)并且可包括微處理器或微控制器單元(MCU)，其中處理器225的輸出耦合到發(fā)送器235（通常也是中間數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，為簡單起見此處或別處未顯示），其被顯示耦合到可選天線229。無線或光學(xué)互連布置可通常也用于所有所公開互連件。壓力傳感器215a感測P1。

水平面發(fā)送器組合200還包含底部安裝式壓力發(fā)送器232，其包含具有安裝于法蘭孔口207b1內(nèi)的壓力箱的壓力傳感器215b。壓力發(fā)送器232被顯示包含提供對于底部法蘭207b的密封的一組連接器237, 238，并通過底部法蘭207b的法蘭孔口207b1和第二罐孔口區(qū)205b而耦合到罐205。

感測P2的壓力傳感器215b耦合到位于電子器件外殼222內(nèi)的發(fā)送器233，電子器件外殼222通過所示互連布線218耦合到水平面發(fā)送器231的處理器225（中間濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，為簡單起見此處或別處未顯示）。處理器225因此接收來自溫度傳感器216的T1、來自壓力傳感器215a的P1和來自壓力傳感器215b的P2并基于存儲于與處理器225相關(guān)聯(lián)的存儲器226中的差值壓力(P2 –P1)實施水平面確定算法227。

由處理器225運行的水平面確定算法227針對罐205中的流體生成經(jīng)溫度和壓力補償?shù)牧黧w水平面測量值，其可例如通過天線229遠程發(fā)送，通常發(fā)送到控制室中的一個或多個計算機終端。由水平面發(fā)送器231提供的輸出信號可以是模擬信號（例如，4 ma至20 mA信號）或數(shù)字信號（例如，數(shù)字HART信號）。

從在作為罐中相應(yīng)所測量壓力的P1與P2之間的壓力差(P2 –P1)而得出罐205中的流體高度。通過測量T1，流體水平面還針對流體密度而被補償。雖然顯示溫度傳感器216安裝于頂部法蘭207a上，但溫度傳感器216可另外選擇為安裝于底部法蘭207b上。此外，雖然水平面發(fā)送器231顯示為水平面發(fā)送器組合200的主發(fā)送器，但壓力發(fā)送器232也可包含處理器、存儲器和所公開算法以得其能夠充當(dāng)水平面發(fā)送器組合200的主發(fā)送器。

圖3A是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐305的頂部上的示例性的基于雷達的水平面多輸出發(fā)送器組合（水平面發(fā)送器組合300）的描述。水平面發(fā)送器組合300包含雷達水平面發(fā)送器320、壓力傳感器330和顯示為RTD的溫度傳感器216，其使用雷達實施水平面感測。罐305盛裝過程流體（未顯示）并且僅包含由罐壁305d的頂部中的間隙界定的單個罐孔口區(qū)305a。具有法蘭孔口307a1、307a2和307a3的頂部法蘭307a跨過罐孔口區(qū)305a。

雷達水平面發(fā)送器320使用由水平面收發(fā)器230提供的雷達脈沖來連續(xù)測量到液體的表面的距離以允許給出水平面測量值。水平面收發(fā)器230通過耦合到饋通件332的同軸連接器（同軸電纜）331耦合到金屬探頭333，金屬探頭333被密封并且穿過法蘭孔口307a2進入到罐305中。壓力傳感器330跨過法蘭孔口307a1和罐孔口305a，其測量P，而顯示為RTD的溫度傳感器216跨過法蘭孔口307a3，其測量T1。處理器225經(jīng)由互連件317接收T1并經(jīng)由互連件318從壓力傳感器330接收P并且實施存儲于與處理器225相關(guān)聯(lián)的存儲器226中的基于雷達的水平面確定算法227’，從而使用雷達回波來為罐305中的流體確定流體水平面，并使用T1和P來針對罐305中的流體生成經(jīng)補償?shù)牧黧w水平面測量值。

處理器225的輸出耦合到發(fā)送器235的輸入，其被示出為耦合到天線229。水平面發(fā)送器組合300因此實施來自單個過程穿透（罐孔口區(qū)305a）的三個過程變量(P, T1和流體水平面（無流體密度補償）以生成具有流體密度補償?shù)牧黧w水平面測量值。

圖3B是根據(jù)示例性實施例的安裝于罐的頂部上的示例性的基于超聲的水平面多輸出發(fā)送器組合350的描述。水平面發(fā)送器組合350包含超聲水平面發(fā)送器370以及壓力傳感器330和顯示為相對于圖3A中所示的水平面發(fā)送器組合300所描述的RTD的溫度傳感器216。超聲水平面發(fā)送器370包含導(dǎo)電（例如，金屬）連接器371，其將包括充當(dāng)探頭傳感器的壓電晶體的超聲波變換器（變換器）372耦合到相關(guān)聯(lián)的具有輸出的水平面收發(fā)器230，該輸出’耦合到處理器225的輸入。處理器225的輸出耦合到顯示耦合到天線229的發(fā)送器235的輸入。

連同變換器372一起，水平面收發(fā)器230’和運行超聲波水平面確定算法227’’的處理器225操作以為所發(fā)送的超聲波脈沖及其所反射的回波確定時間以便作出在變換器372與所感測材料水平面之間完整回程。變換器372爆發(fā)式地將聲波向下指引到將測量其水平面的材料的表面上，并且變換器372內(nèi)部的壓電晶體將電脈沖轉(zhuǎn)換成以處于所建立頻率并處于在給定介質(zhì)中的恒定速度的波的形式行進的聲能。返回到變換器372的這些波的回波耦合到處理器225，處理器225實施計算以將聲波行進的距離轉(zhuǎn)換成罐中液體水平面的測量值。發(fā)送聲音爆發(fā)與接收返回回波之間逝去的時間與所述變換器372和器皿中材料之間的距離直接成比例。

所公開實施例還通常應(yīng)用于任何流體水平面檢測系統(tǒng)。例如，如上文所公開，應(yīng)用于基于超聲波和雷達的系統(tǒng)?；诶走_的系統(tǒng)可以是接觸（例如，GWR）或非接觸雷達。

雖然上文已描述各種所公開實施例，但應(yīng)理解，其僅以示例方式而非限制方式呈現(xiàn)?？稍诓槐畴x本公開內(nèi)容的精神或范圍的情況下根據(jù)本公開內(nèi)容作出對本文中所公開主題物的眾多改變。另外，雖然可能已關(guān)于數(shù)個實施方案中的僅一個實施方案公開特定特征，但這種特征可與作為可能期望的其它實施方案的一個或多個其它特征以及對于給定的或特定的應(yīng)用的優(yōu)點組合。