[發明專利]采用低功率雷達電平發送器的多過程產品界面檢測

有效

• 申請號: 00800010.7
• 申請日: 2000-01-18
• 公開（公告）號: CN1293755A
• 公開（公告）日: 2001-05-02
• 發明（設計）人: 庫爾特·C·迪德;布賴恩·E·里克特
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S13/88
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 劉曉峰

工業過程控制領域利用過程變量發送器監視與在化工、紙漿、石油、制藥、食品和其它食品加工工廠中的諸如固體、懸浮體、液體、水蒸氣和氣體等物質有關的過程變量。過程變量包括壓力、溫度、流量、料位、濁度、密度、濃度、化學成分和其它特性。過程變量發送器通過過程控制回路可以向控制室提供一個與檢測出的過程變量有關的輸出，從而實現對過程的監視和控制。

過程控制回路可以是一個兩線4-20mA過程控制回路。采用這樣一種過程控制回路，激勵能級充分的低，因而甚至在故障條件下，回路一般也不具有足以產生電火花的電能。此點對易燃的環境是特別有利的。過程變量發送器往往可以在這種低能級上工作，因而它可以接收來自4-20mA回路的所有電能。控制回路也可以具有根據諸如HART數字協議等工業過程控制標準協議的加在兩線回路上的數字信號。

目前采用低功率時域反射雷達(LPTDRR)儀測量在儲存罐中的過程產品的料位(液體或固體)。在采用時域反射的方法時，由一個源發射電磁能，并且該電磁能被非連續地反射。接收脈沖的渡越時間取決于傳播電磁能的介質。一種被稱作微功率雷達(MIR)的LPTDRR是由勞倫斯．利弗莫爾實驗室研制出的。

低功率雷達電路通常可以檢測某一時刻一種產品在罐內的料位。但常常儲罐內有多種產品，一種在另一種的上面。這樣在具有不同介電常數的產品之間就形成了多個界面，在這些界面上發送的微波將被反射。例如在一個裝有水基物料和油基物料的罐內通常有兩個界面，一個是空氣和油之間的界面，另一個是油與水基物料間的界面。有時在產品界面附近也會產生有限的混合物。慣用的低功率雷達發送器不能檢測兩種產品的界面，因而如果沒有用戶提供的主要的介電常數數據，是不能檢測兩種產品的料位的。另外，一旦過程產品的介電常數發生變化，必須把它們重新輸入，否則就會造成系統的誤差。

本發明提出一種采用低功率雷達發送器進行的多過程產品界面檢測。為對在罐內的第一和第二產品的料位進行計算，計算出第一產品的介電常數。一終端伸展進入罐內的第一和第二產品中。一發送脈沖發生器沿終端發送一個脈沖進入第一和第二產品中。一個低功率時域反射雷達(LPTDRR)脈沖接收器分別接收第一和第二反射波脈沖，所述第一反射波脈沖與在第一產品界面上反射的發送脈沖的第一部分相符，所述第二反射波脈沖與在第二產品界面上反射的發送脈沖第二部分相符。一門限控制器產生出用于檢測第一反射波脈沖的第一門限和用于檢測第二反射波脈沖的第二門限。介電常數計算器計算出作為第一反射波脈沖函數的第一產品的介電常數。料位計算機計算出第一和第二產品的料位。

圖1為說明本發明實施例環境的微波電平發送器的示意圖；

圖2為本發明實施例的電路的方框圖；

圖3為本發明另一實施例的電路的方框圖；

圖4和5為說明低功率時域反射雷達(LPTDRR)等效時間波控制門限的曲線圖；

圖6為控制接收門限電路的示意圖；

圖7為說明LPTDRR等效時間波的曲線圖；

圖8和9為說明由根據本發明的一個實施例的電平發送器實施的方法的流程圖。

圖1為說明安裝在儲罐12、13、17、24環境下的電平發送器100的示意圖，所述儲罐含有過程產品，所述產品一種在另一種上面。如圖所示，儲罐12含有第一產品14，該產品在第二產品15之上。電平發送器100包括機殼16和終端110。發送器100與過程控制回路20耦合，并通過回路20向控制室30或與過程控制回路20耦合的其它設備(圖中未示出)發送有關過程產品高度的信息(該回路被模化為電壓源和電阻)。回路20為發送器100的電源并且可以采用諸如4-20mA、基礎現場總線(FoundationFieldbus)或HART等任何工業標準通信協議。作為低功率雷達發送器的發送器100可以完全由通過4-20mA過程控制回路接收的能量供電。

圖1示出采用雷達電平發送器的各種應用。例如，儲罐12中過程產品14和15是液體，而在儲罐13中的過程產品18和19為固體。儲罐17中的過程產品21和22是液體，所述液體的液位與管23連通，一個終端110伸展入該管中。另外儲罐24，如圖所示，含有產品25和26，并具有安裝在罐24頂部的輻射型終端。盡管在圖1中表述的是罐12、13、17和24，但本發明的實施例也可以在沒有罐的環境下，例如湖泊或水庫中得以實現。