KR20070045888A

KR20070045888A - Level gauge

Info

Publication number: KR20070045888A
Application number: KR1020060019269A
Authority: KR
Inventors: 외빈드 옌센; 외빈드 톰메라스; 오드브외른 말뫼
Original assignee: 콩스버그 마리타임 에이에스
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-05-02
Also published as: NO20055030D0; CN101297182A; JP2009513971A; WO2007049966A1; KR100891572B1; CN101297182B; JP4757920B2; NO323548B1

Abstract

본 발명은 유체 표면을 향해 신호를 전송하는 안테나를 갖는 레이더 측정장치와, 에코 신호를 검출하는 수단을 포함하는 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치에 있어서, 용기 기준 신호를 제공하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 방법 및 시스템을 포함한다.The present invention provides a radar measuring device having an antenna for transmitting a signal toward a fluid surface, and an apparatus for determining a fluid level in a container comprising means for detecting an echo signal, the apparatus comprising providing a container reference signal. Characterized in that it is a device for determining the fluid level in a container. The invention also includes methods and systems for determining fluid levels in a vessel.

Description

레벨 게이지 {LEVEL GAUGE}Level gauge {LEVEL GAUGE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 도면,1 is a view showing a first embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 도면,2 is a view showing a second embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면,3 is a view showing a third embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 실시예의 변형예를 나타낸 도면,4 is a view showing a modification of the embodiment of FIG.

도 5 및 도 6은 유체 특성의 측정을 가능하게 하는 본 발명의 실시예들을 나타낸 도면.5 and 6 illustrate embodiments of the present invention that enable measurement of fluid properties.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

10: 기준핀 11: 슬릿10: reference pin 11: slit

12: 레이더 스틸 파이프 13: 차폐 장치12: radar steel pipe 13: shielding device

14: 디스크 15: 지지핀14: disc 15: support pin

16: 칼라 링 17, 18: 반사기16: color ring 17, 18: reflector

19, 20: 스틸 파이프 기준핀 21, 22: 고정된 마커19, 20: Steel pipe reference pins 21, 22: Fixed marker

23: 이동 가능한 기준핀 100: 벽부23: movable reference pin 100: wall portion

101: 바닥부 102: 개구101: bottom 102: opening

본 발명은 그 내용이 이에 의해 본 발명에서 참조되는, 출원인의 노르웨이 특허출원 제NO20054466호에 기재되어 있는 바와 같은 유체 레벨을 결정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for determining a fluid level as described in Applicant's Norwegian Patent Application No. 2005026666, the content of which is hereby referred to in the present invention.

상기 장치는 레이더 기구에 의해, 일부 실시예에서는 바닥부에 의해 유체 레벨을, 측정하는 파장 차폐기(wave shield)를 포함한다.The device includes a wave shield that measures the fluid level by the radar mechanism, and in some embodiments by the bottom.

따라서, 본 발명은 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 장치에 관한 것이며, 유체는 LNG이고 용기는 베슬(vessel) 내에 놓인 탱크인 실시예에 의해 상세히 설명될 것이나, 상기 장치는 예를 들면, 육상 LNG 저장탱크, 석유제품 탱크, 화학제품 탱크 및 액체 자양물 탱크와 같은, 임의의 다른 레이더 측정 시스템에서 사용될 수 있다.Accordingly, the present invention relates to an apparatus for measuring the fluid level in a vessel, which will be described in detail by the embodiment where the fluid is LNG and the vessel is a tank placed in a vessel, but the apparatus is for example a land LNG storage. It can be used in any other radar measurement system, such as tanks, petroleum tanks, chemical tanks and liquid nourishment tanks.

통상적인 레벨 측정 레이더(level gauging radars)는 탱크의 루프에 의해 지지된다. 탱크의 바닥(탱크 깊이)과 레이더원(radar source) 사이에는 정해진 거리가 존재하는 것으로 가정된다. 측정 레이더는 (유체 표면과 레이더원 사이의 거리인) 공간율(ullage)을 측정하고, 유체 레벨은 탱크 깊이와, 측정된 공간율 사이의 차이에 비례하여 계산된다. 이 방법은 여러 가지 이유로 깊이가 깊은 탱크 내에서 낮은 레벨을 측정할 수 있을 정도로 충분히 정확하지 않다.Conventional level gauging radars are supported by the roof of the tank. It is assumed that a predetermined distance exists between the bottom of the tank (tank depth) and the radar source. The measuring radar measures the voidage (the distance between the fluid surface and the radar source) and the fluid level is calculated in proportion to the difference between the tank depth and the measured void fraction. This method is not accurate enough to measure low levels in deep tanks for a variety of reasons.

ISO 13689에 따르면, 레벨 측정은 기본 레벨(datum level)에 관한 것일 수 있으며, 기본 레벨은 "탱크 교정표에서 0 레벨과 동일한 기준 레벨(reference level)이고, 액체의 깊이는 기준 레벨로부터 측정된다"(ISO/CD 13689.3§3.6). 액 체의 깊이는 "탱크 내의 액체 표면과 기본 레벨 사이의 거리"이다(§3.7). 본 발명은 (용기 바닥의) 탱크 기본 레벨에 직접적으로 관계될 수 있는 (용기 상부의) 레이더 측정을 위해 고정된 기준 위치를 설정하는 실제적인 문제를 다룬다. 탱크 루프의 열팽창은 단지 (레이더와 바닥 사이의 거리를 변경함으로써) CTS 적용을 위한 요구 정확도보다 더 탱크 깊이에 영향을 미칠 가능성을 갖는다. 레이더가 고정되는 탱크 루프의 열 팽창은 주로 갑판 위의 태양 복사로 인한 것이며, 이는 탱크 상부가 용기 내부의 저온 액체 가스로부터 단열되기 때문이다. 이러한 현상은 종래 기술의 시스템에서는 고려되지 않았다. 또한, LNG 적용시 레이더 스틸 파이프(radar still pipe)의 열수축에 대한 레벨 측정을 교정하는데 사용되는 방법에 상당한 오차원(source of error)이 존재한다.According to ISO 13689, the level measurement may relate to a datum level, where the base level is "the reference level equal to the 0 level in the tank calibration table, and the depth of the liquid is measured from the reference level". (ISO / CD 13689.3§3.6). The depth of the liquid is "the distance between the liquid surface in the tank and the base level" (§3.7). The present invention addresses the practical problem of setting a fixed reference position for radar measurements (upper vessel) which can be directly related to the tank base level (at the bottom of the vessel). Thermal expansion of the tank loop only has the potential to affect the tank depth more than the required accuracy for CTS applications (by changing the distance between the radar and the bottom). Thermal expansion of the tank loop to which the radar is fixed is mainly due to solar radiation on the deck because the tank top is insulated from the cold liquid gas inside the vessel. This phenomenon has not been considered in prior art systems. In addition, there is a significant source of error in the method used to calibrate the level measurements for heat shrinkage of radar still pipes in LNG applications.

WO2004/083791은 제품 표면의 레벨이 측정되는 시스템을 설명한다. 이 시스템은 두 개의 레벨 게이지를 포함하며, 제 1 레벨 게이지는 제품 표면상에 배치되고, 제 2 레벨 게이지는 용기의 바닥에 인접하게 배치되어, 측정값이 미리 결정된 값보다 작을 때 제품 레벨을 결정한다. 이 장치는 낮은 레벨에 대해 정확한 측정을 제공하고자 하며, 주로 층화 저장탱크(stratified tank) 내의 밀도가 더 높은 액체(즉, 오일 탱크 바닥의 물)의 레벨을 측정할 수 있다. 그러나 제 2 레벨 게이지가 포함되면, 다음과 같은 단점, 즉, 설치 단계에 추가 비용, 복잡성, 및 LNG 저장 탱크 내의 매우 낮은 온도에서 침지되는 것과 같이, 작업시 증가되는 고장 위험성을 갖는다.WO2004 / 083791 describes a system in which the level of the product surface is measured. The system includes two level gauges, wherein the first level gauge is disposed on the product surface and the second level gauge is disposed adjacent the bottom of the vessel to determine the product level when the measurement is less than the predetermined value. do. The device seeks to provide accurate measurements for low levels and can mainly measure the level of higher density liquids (ie water at the bottom of the oil tank) in stratified tanks. The inclusion of a second level gauge, however, has the following disadvantages: additional cost, complexity, and increased risk of failure in operation, such as being immersed at very low temperatures in the LNG storage tank.

종래 기술은 깊이가 깊은 탱크에서 유체 레벨을 측정하는 임의의 만족할만한 방법을 제공하지 못하는데, 이는 탱크 바닥에 사용된 기준 레벨이 충분히 정확한 방식으로 높이 변화를 고려하지 않기 때문이다.The prior art does not provide any satisfactory method of measuring fluid levels in deep tanks because the reference level used at the tank bottom does not account for height changes in a sufficiently accurate manner.

본 발명의 목적은 용기의 바닥에 대한 레벨 측정을 위해 정확한 기준 신호를 제공하는 용기 기준 장치(container reference device)를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a container reference device that provides an accurate reference signal for level measurement on the bottom of the container.

본 발명의 다른 목적은 유체 레벨을 측정할 때 용기 및/또는 측정 시스템의 열 팽창/수축을 고려하는 것이다.Another object of the present invention is to consider the thermal expansion / contraction of the vessel and / or the measurement system when measuring the fluid level.

본 발명의 또 다른 목적은 용기에 용이하게 고정되는 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus which is easily fixed to a container.

본 발명의 또 다른 목적은 스틸 파이프의 열 수축/팽창을 고려하는 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus which takes into account the heat shrink / expansion of the steel pipe.

본 발명의 또 다른 목적은 바람직하게는 직접적으로(즉, 별도의 측정요구 및 작업자가 입력한 값 없이) 유체내의 파장 전파 속도(wave propagation speed) 또는 유전율(유전 상수)을 결정하여, 측정된 시간 지연으로부터 액체상을 통하여 레이더 신호의 이동 거리가 계산될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to determine the wavelength propagation speed or permittivity (dielectric constant) in the fluid, preferably directly (i.e. without separate measurement requirements and values entered by the operator), so that the measured time It is to provide a way in which the travel distance of the radar signal can be calculated from the delay through the liquid phase.

본 발명의 여타 목적들은, 유체 표면을 향해 신호를 전송하는 안테나를 갖는 레이더 측정장치와, 에코 신호를 검출하는 수단을 포함하는 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치에 있어서, 용기 기준 신호를 제공하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치에 의해 획득된다.Another object of the invention is a device for determining a fluid level in a container comprising a radar measuring device having an antenna for transmitting a signal towards a fluid surface and means for detecting an echo signal, the device providing a container reference signal. And a device for determining a fluid level in the container.

일 실시예에서 레이더 측정 장치는 스틸 파이프와 차폐 장치(sheltering device)를 포함한다. 이 실시예의 변형예에서, 용기 기준 장치는, 스틸 파이프의 대체로 수직인 슬릿 내에서 미끄러지며 차폐 장치의 개구 내에 수용되는 기준핀을 포함한다. 다른 변형예에서, 용기 기준 장치는 디스크와 지지핀을 포함하고, 디스크는 기준 마커이며 지지핀 상에 놓인다. 다른 변형예에서, 용기 기준 장치는 반사기를 포함하며, 차폐 장치는 바닥부를 포함하여, 상기 반사기가 차폐 장치의 바닥부로부터 편향된 에너지의 일부를 반사시킴으로써 다시 스틸 파이프로 바닥 기준 신호를 지연시키는데 사용된다. 이 실시예의 변형예에서, 반사기는 차폐 장치의 벽부 또는 상부 에지에 위치된 칼라 링이며, 다른 변형예에서, 반사기는 오프셋 거리에 관하여 유연성을 제공하는 별개의 반사기이다.In one embodiment the radar measuring device comprises a steel pipe and a sheltering device. In a variant of this embodiment, the vessel reference device includes a reference pin that slides in a generally vertical slit of the steel pipe and is received in the opening of the shielding device. In another variation, the container reference device includes a disc and a support pin, the disc being a reference marker and resting on the support pin. In another variation, the vessel reference device includes a reflector, the shielding device including a bottom portion, which is used to delay the floor reference signal back to the steel pipe by reflecting a portion of the energy deflected from the bottom portion of the shielding device. . In a variant of this embodiment, the reflector is a collar ring located at the wall or top edge of the shielding device, and in another variant, the reflector is a separate reflector that provides flexibility in terms of offset distance.

본 발명의 또 다른 변형예에서, 상기 장치는 파장 전파 속도를 측정하는 추가의 수단을 포함한다. 이 실시예의 변형예에서, 상기 수단은 스틸 파이프의 대체로 수직인 슬릿 내에서 미끄러지는 두 개의 핀을 포함하며, 다른 변형예에서는 고정된 마커를 포함한다.In another variant of the invention, the device comprises an additional means for measuring the wavelength propagation speed. In a variant of this embodiment, the means comprises two pins that slide in a generally vertical slit of the steel pipe and in another variant a fixed marker.

또한, 본 발명은, 유체 표면을 향해 신호를 전송하는 단계를 포함하는 레이더 시스템에 의해 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 방법에 있어서, 유체 표면으로부터 제 1 에코 신호를 검출하는 단계, 용기 기준 장치로부터 제 2 신호를 검출하는 단계, 및 상기 제 1 및 제 2 에코 신호를 기초로, 바람직하게는 이들 신호와 파장 전파 속도 사이의 지연 시간동안 유체 레벨을 표시하는 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이더 시스템에 의해 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 방법을 포함한다. 일 실시예에서, 유체의 특성 (및 파장 전파 속도)는 공 지되어 있고, 다른 실시예에서, 유체의 특성은 공지되어 있지 않으며, 유전율 또는 파장 전파 속도는 상기 시스템에 의해 직접적으로 측정된다.The invention also provides a method of measuring a fluid level in a vessel by a radar system comprising transmitting a signal towards a fluid surface, the method comprising the steps of: detecting a first echo signal from the fluid surface; Detecting a second signal and providing a signal indicative of the fluid level during the delay time between these signals and the wavelength propagation rate, preferably based on the first and second echo signals. And a method for measuring the fluid level in the vessel by the radar system. In one embodiment, the properties (and wavelength propagation rate) of the fluid are known, and in other embodiments, the properties of the fluid are not known and the permittivity or wavelength propagation rate is measured directly by the system.

또한, 본 발명은 유체 표면을 향해 신호를 전송하는 안테나를 갖는 레이더 측정장치와, 유체 표면으로부터 제 1 에코 신호를 검출하는 수단을 포함하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 시스템에 있어서, 제 2 에코 신호를 제공하는 용기 기준 장치, 상기 제 2 신호를 검출하는 수단, 및 상기 제 1 및 제 2 에코 신호를 기초로 유체 레벨을 표시하는 신호를 제공하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 시스템을 포함한다.In addition, the present invention includes a radar measuring device having an antenna for transmitting a signal toward a fluid surface, and a means for detecting a first echo signal from the fluid surface, wherein the system determines a fluid level in a vessel. Further comprising means for providing a signal, means for detecting said second signal, and means for providing a signal indicating a fluid level based on said first and second echo signals. A system for determining fluid levels.

제 1 및 제 2 에코 신호 사이의 시간 지연이 측정되어 시간 지연에 파장 전파 속도를 곱하여 유체 레벨을 표시하는 신호를 제공한 후, 실제 용기 바닥과 용기 기준 위치 사이의 거리를 적절히 수정한다. The time delay between the first and second echo signals is measured to provide a signal indicative of the fluid level by multiplying the time delay by the wavelength propagation velocity, and then appropriately modifying the distance between the actual vessel bottom and the vessel reference position.

본 발명의 일 실시예에서, 기준 장치는 용기의 바닥에 연결된다. 다른 실시예에서, 기준 장치는 용기의 바닥에 위치된다. 또 다른 실시예에서, 기준 장치는 차폐 장치에 연결되며, 이 실시예의 변형예에서, 기준 장치는 차폐 장치의 파장 스크린에 연결된다.In one embodiment of the invention, the reference device is connected to the bottom of the container. In another embodiment, the reference device is located at the bottom of the container. In another embodiment, the reference device is connected to the shielding device, and in a variant of this embodiment, the reference device is connected to the wavelength screen of the shielding device.

명확성을 위해 본 발명의 상이한 특징들이 상이한 실시예로서 제시되었으나, 당업자는 이들 특징을 결합하여 구체적인 사용에 따라 상기 장치를 변형할 수 있음을 이해할 것이다.While different features of the present invention have been presented as different embodiments for clarity, those skilled in the art will understand that those features can be combined to modify the device according to specific use.

본 발명은 두 개 이상의 에코 신호를 제공하도록 두 개 이상의 용기 기준 장치의 추가 사용을 포함한다. 또한, 용기 기준 장치와 함께 움직이는 트랙 및 스틸 파이프에 연결된 장치인 스틸 파이프 기준 장치의 사용이 가능하다.The present invention involves the further use of two or more vessel reference devices to provide two or more echo signals. It is also possible to use a steel pipe reference device, a device connected to a steel pipe and a track that moves with the container reference device.

본 발명에 따르면, 바닥으로부터 계산 가능한 거리에 있거나, 고정되어 있는 바닥을 따르는 마커로부터의 바닥 에코 또는 에코는, 유체 표면 에코와 실제 또는 지연된/진전된 바닥 에코 사이의 시간 지연을 기초로 유체 레벨을 측정 또는 계산하는데 사용된다.According to the present invention, a floor echo or echo from a marker along a fixed floor or at a calculable distance from the floor is based on a fluid level based on the time delay between the fluid surface echo and the actual or delayed / advanced floor echo. Used to measure or calculate.

이러한 특징은 노르웨이 특허출원 제NO20054466호에서 설명하는 바와 같이, 바닥 에코 감쇠기를 구비하는 차폐 장치에 겸비될 수 있다. 바닥 에코에 비해 진전되거나 지연된 마커 에코(기준 장치의 결합 구조에 의해 제어됨)를 사용하면 정확도가 높고 종래 기술에서보다 바닥에 더 인접한 유체 표면 에코의 트래킹(tracking)을 가능하게 한다.This feature can be combined with a shielding device having a floor echo attenuator, as described in Norwegian patent application No. 20050466. The use of advanced or delayed marker echoes (controlled by the coupling mechanism of the reference device) compared to the floor echoes allows for tracking of fluid surface echoes that are more accurate and closer to the floor than in the prior art.

이하 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.

도 1은 (바람직하게는 감쇠기를 포함하는) 벽부(100)와 바닥부(101)를 갖는 차폐 장치(13)를 도시하고 있다. 바닥부(101)는 탱크 바닥에 연결되거나 탱크 바닥 상에 놓인다. 벽부(100)는 기준핀(10)을 수용하는 개구(102)를 구비하고, 핀(10)과 바닥부(101) 사이에 일정한 거리를 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 용기 기준 장치는 이 실시예에서 기준핀(10)을 포함하며, 기준핀은 관통되어 레이더 스틸 파이프(12)의 두 개의 직경 대향 슬릿(11)에서 미끄러지게 된다. 기준핀(10)은 차폐 장치(13)의 상부 에지에 놓임으로써 상기 차폐 장치(13)와 탱크 바닥의 움직임을 따른다. 슬릿(11)의 높이는 용기 상부의 만곡부(curving)를 겸비한 스틸 파이프(12)의 최대 열수축(루프의 열팽창)을 허용한다. 레이더는 스틸 파이프에 고정되며, 스틸 파이프는 용기의 루프 또는 상부에 연결된다. 슬릿(11)은 이들 현상으로 인해 높이 내에서 핀의 변위를 가능하게 한다. 통상적으로 슬릿(11)은 90 내지 120 mm일 것이며, 바람직하게는 30 m 깊이의 탱크에 대해 100 mm일 것이다. 바람직하게 슬릿(11)의 폭은 레이더 신호의 원치 않는 교란을 막기 위해 5 mm보다 작다. 핀(10)은, 예를 들면, 금속 또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있으며, 검출이 용이하지만 레벨 에코(level echo)보다 낮도록(바람직하게는 레벨 에코보다 10 내지 20 dB 낮도록) 시그니처(signature)가 선택되어 레벨 에코의 간섭을 최소화한다. 바람직하게 차폐 장치(13)의 바닥으로부터 기준핀(10)까지의 거리는 20 cm보다 더 크며, 보다 바람직하게는 25 cm보다 더 커서, 임계 바닥 영역(critical bottom zone)에 임의의 원치 않는 레벨 에코의 간섭을 막을 수 있다.1 shows a shielding device 13 having a wall portion 100 and a bottom portion 101 (preferably comprising an attenuator). The bottom 101 is connected to or lies on the tank bottom. The wall portion 100 has an opening 102 for receiving the reference pin 10 and provides a constant distance between the pin 10 and the bottom portion 101. Thus, the container reference device according to the invention comprises a reference pin 10 in this embodiment, the reference pin being penetrated so as to slide in two diameter opposed slits 11 of the radar steel pipe 12. The reference pin 10 is placed on the upper edge of the shield 13 to follow the movement of the shield 13 and the tank bottom. The height of the slit 11 allows for maximum heat shrinkage (thermal expansion of the loop) of the steel pipe 12 with the curved portion of the vessel top. The radar is fixed to the steel pipe, which is connected to the roof or top of the vessel. The slits 11 allow for the displacement of the pin within the height due to these phenomena. Typically the slit 11 will be from 90 to 120 mm, preferably 100 mm for a tank 30 meters deep. Preferably the width of the slit 11 is less than 5 mm to prevent unwanted disturbance of the radar signal. The pin 10 can be made of, for example, a metal or plastic material, and is easy to detect but has a signature that is lower than the level echo (preferably 10 to 20 dB lower than the level echo). ) Is selected to minimize the interference of the level echo. Preferably the distance from the bottom of the shield device 13 to the reference pin 10 is greater than 20 cm, more preferably greater than 25 cm, so as to avoid any unwanted level echoes in the critical bottom zone. Interference can be prevented.

레이더 신호는 유체 표면 및 기준핀에 의해 반사될 것이며, 탱크 바닥과 기준핀 사이의 거리가 고정되어 있으며 공지되어 있기 때문에, 이들 신호의 비교는 유체 레벨의 정도를 제공할 것이다.The radar signal will be reflected by the fluid surface and the reference pin, and since the distance between the tank bottom and the reference pin is fixed and known, the comparison of these signals will provide a degree of fluid level.

도 2에는 본 발명의 제 2 실시예에 의해 동일한 목표물이 구현되는데, 상기 실시예의 용기 기준 장치는 플라스틱 또는 다른 비금속 재료로 제조된 지지핀(15) 상에 놓인 기준 마커(디스크(14))를 포함한다. 지지핀(15)은 바닥부(101)에 고정되며, 이 경우 레이더 신호는 디스크(14)와 유체 표면에 의해 반사될 것이다. The same target is realized in FIG. 2 by a second embodiment of the present invention, wherein the container reference device includes a reference marker (disc 14) placed on a support pin 15 made of plastic or other nonmetallic material. Include. The support pin 15 is fixed to the bottom 101, in which case the radar signal will be reflected by the disk 14 and the fluid surface.

도 3에 도시되어 있는 본 발명의 제 3 실시예에서, 용기 기준 장치는 차폐 장치(13)의 상부 에지에 놓인 칼라 링(16)을 포함한다. 또한, 칼라 링(16)은, 이 경우 벽부 상의 링형 돌기(ring protrusion)로서 설계되는 차폐 장치의 상부 에지보다 저 레벨인 차폐 장치(13)의 벽부에 놓일 수 있다. 칼라 링(16)은 용기 바닥부(101)에서 제 2 반사를 통해 레이더 에너지의 특정 부분을 다시 스틸 파이프로 반사하도록 설계된다. 바람직하게 이러한 반사 강도는 레벨 에코와 동일한 크기이어야 하지만, 레벨 에코에 비해 지연되기 때문에, 낮은 액체 레벨에서도 레벨 측정 정확도가 저하되지 않고 더 강한 신호가 수용될 수 있다. 따라서 칼라 링(16)은 차폐 장치(13)의 바닥부(101)로부터 편향된 에너지의 일부를 다시 스틸 파이프(12)로 반사시킴으로써 바닥 기준 신호를 지연시키는데 사용된다. 레이더에 의해 전송된 신호는, 그 후, 세 개의 반사 단계(200으로 지시된 화살표)를 거쳐, 수신기에 도달하기 전에 직접유체 레벨 에코(유체 표면 에코)에 비해 지연되고, 따라서 유체 레벨이 낮은(탱크 바닥에 인접한) 유체 레벨 에코를 간섭하지 않을 것이다. 그러나 이러한 에코의 지연은 탱크 바닥과 레이더 사이의 거리에 좌우될 것이므로 탱크 깊이의 정도가 될 것이다. In a third embodiment of the invention shown in FIG. 3, the container reference device comprises a collar ring 16 lying on the upper edge of the shielding device 13. The collar ring 16 may also be placed in the wall portion of the shielding device 13, which in this case is lower than the upper edge of the shielding device, which is designed as a ring protrusion on the wall. The collar ring 16 is designed to reflect a particular portion of radar energy back into the steel pipe through the second reflection at the vessel bottom 101. This reflection intensity should preferably be the same magnitude as the level echo, but is delayed relative to the level echo, so that even at low liquid levels, a stronger signal can be accommodated without degrading the level measurement accuracy. The collar ring 16 is thus used to delay the floor reference signal by reflecting some of the energy deflected from the bottom 101 of the shield 13 back into the steel pipe 12. The signal transmitted by the radar is then delayed relative to the direct fluid level echo (fluid surface echo) before reaching the receiver, through three reflection stages (arrows indicated by 200), thus having a low fluid level ( Will not interfere with the fluid level echo (adjacent to the tank bottom). However, the delay of this echo will depend on the distance between the tank bottom and the radar, so it will be a degree of tank depth.

도 4에서는 본 발명의 제 4 실시예에 의해 도 3에서와 동일한 외관이 획득되는데, 상기 실시예의 용기 기준 장치는 별개의 반사기(17)를 포함한다. 이 실시예는 도 3의 실시예보다 오프셋 거리(offset distance)에 대해 더 유연하다.In FIG. 4 the same appearance as in FIG. 3 is obtained by a fourth embodiment of the present invention, wherein the container reference device of this embodiment includes a separate reflector 17. This embodiment is more flexible with respect to offset distance than the embodiment of FIG. 3.

NO20054466에서 언급된 바와 같이, 차폐 장치(13)의 바닥부(101)는, 예를 들면, 감쇠기, 반사기 또는 1/4 파장 스텝장치(quarter wave step device)일 수 있다.As mentioned in NO20054466, the bottom 101 of the shielding device 13 may be, for example, an attenuator, reflector or quarter wave step device.

(도 1 및 도 2에 도시되어 있는 실시예에서와 같이) 바닥부 전방 또는 (기준 장치의 에코가 바닥 반사보다 경로가 더 긴 반사 신호를 갖는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 실시예에서와 같이) 바닥부 후위에 기준 장치를 위치시킴으로써, 마커 에코(marker echo)는 바닥 에코에 비해 진전되거나 지연될 것이며, 바닥에 인접하여 높은 정확도가 달성된다.As in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, in front of the bottom (as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2) or in which the echo of the reference device has a reflected signal whose path is longer than the bottom reflection. Likewise, by placing the reference device behind the bottom, the marker echo will be advanced or delayed relative to the floor echo, and high accuracy is achieved close to the floor.

도 3 및 도 4의 실시예는 레이더 에너지의 충분한 부분이 1/4 파장 스텝 또는 다른 유형의 반사기(18)에 의해 반사기 쪽으로 반사되도록 바닥부로부터의 반사에 기초를 둔다. 이들 실시예에서 유체(액체)의 파장 전파 속도는 탱크를 로딩/언로딩하는 동안 레이더에 의해 상이하게 측정되거나 공지되어 있어야 한다. 또한, 파장 전파 속도는, 예를 들면, 도 5 및 도 6에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 미끄러지거나 공지된 고정된 간격에 있는 두 개의 스틸 파이프 기준핀(19,20,21,22)을 이용함으로써(도 5) 직접적으로 측정될 수 있다(도 5 및 도 6). 스틸 파이프 기준핀(19,20,21,22)은 불변강(Invar)으로 제조된 간격 홀더(201)에 의해 분리될 수 있거나, 온도 변화에 불변이 아닌 재료로 제조되는 경우에는 공지된 열적 보정 인자를 이용하여 LNG에서 실제 간격이 계산될 수 있다.3 and 4 are based on reflection from the bottom such that a sufficient portion of radar energy is reflected towards the reflector by a quarter wave step or other type of reflector 18. In these embodiments the wavelength propagation velocity of the fluid (liquid) should be measured or known differently by the radar during loading / unloading of the tank. In addition, the wavelength propagation speed can be achieved by using two steel pipe reference pins 19, 20, 21, 22 at sliding or known fixed spacing, for example, as shown in FIGS. 5 and 6, respectively. Can be measured directly (FIG. 5) (FIGS. 5 and 6). The steel pipe reference pins 19, 20, 21, 22 can be separated by a gap holder 201 made of invar or known thermal correction if made of a material that is not invariant to temperature changes. The factor can be used to calculate the actual spacing in LNG.

도 6은 두 개의 고정된 마커(21,22)와 이동 가능한 기준핀(23)(도 1의 실시예와 상응하며 바닥부를 따르는 마커)을 도시하고 있다. 기준핀(23)은 차폐 장치(13)(미도시)와 접촉할 것이다.FIG. 6 shows two fixed markers 21, 22 and a movable reference pin 23 (marker corresponding to the bottom of the embodiment of FIG. 1). The reference pin 23 will be in contact with the shield 13 (not shown).

침지될 때, 수증기에서의 파장 전파 속도(및 공간율)를 계산하는데 사용되는 임의의 반사기 쌍(콩스버그 아우트로칼^®시스템에 사용되는 것과 같은 디스크)이 LNG에서 유전율을 계산하는데 사용될 수 있거나, 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 실시예에서 설명되는 바와 같이, 디스크의 임의의 조합, 추가 기준핀 및 마커가 그들 사이의 간격이 공지되어 있는 한 사용될 수 있다.When dipping, or any reflector pair are used to calculate the wave propagation velocity (and area ratio) in the water vapor (disk, such as those used in kongseu bug outro local ^® system) can be used to calculate the permittivity in the LNG, Fig. As described in the embodiment shown in Figures 1-4, any combination of disks, additional reference pins and markers may be used as long as the spacing therebetween is known.

파장 전파 속도(즉, 전기 유전율)가 직접적으로 측정되는 경우, LNG 내의 다양한 탄화수소율에 대한 선험적 지식은 불필요하며, 레이더로부터 탱크 바닥까지의 간격은 레벨이 바닥영역에 있을 때뿐만 아니라, 모든 레벨에 대해 전술한 레이더 측정치로부터 계산될 수 있다.If the wavelength propagation velocity (ie the electrical permittivity) is measured directly, a priori knowledge of the various hydrocarbon rates in the LNG is not necessary, and the distance from the radar to the tank bottom is determined at all levels, not just when the level is at the bottom area. Can be calculated from the radar measurements described above.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 시스템, 및 레이더 시스템에 의해 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 방법은, 용기의 바닥에 대한 레벨 측정을 위해 정확한 기준 신호를 제공하는 용기 기준 장치를 제공하고, 유체 레벨을 측정할 때 용기 및/또는 측정 시스템의 열 팽창/수축을 고려하며, 직접적으로 유체의 파장 전파 속도 또는 유전율을 결정하여, 측정된 시간 지연으로부터 액체상을 통하여 레이더 신호의 이동 거리가 계산될 수 있는 방법을 제공할 수 있다. As mentioned above, an apparatus for determining a fluid level in a container according to the present invention, a system for determining a fluid level in a container, and a method for measuring a fluid level in the container by a radar system include measuring the level of the bottom of the container. Providing a vessel reference device that provides an accurate reference signal to the device, taking into account the thermal expansion / contraction of the vessel and / or measurement system when measuring fluid levels, and directly determining the wave propagation rate or permittivity of the fluid, It is possible to provide a method by which the travel distance of the radar signal can be calculated from the time delay through the liquid phase.

Claims

유체 표면을 향해 신호를 전송하는 안테나를 갖는 레이더 측정장치와, 에코 신호를 검출하는 수단을 포함하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치에 있어서,A device for determining a fluid level in a container, comprising: a radar measuring device having an antenna for transmitting a signal towards a fluid surface; and means for detecting an echo signal

용기 기준 신호를 제공하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,A device for providing a vessel reference signal,

용기 내의 유체 레벨을 결정하는 장치.A device for determining the fluid level in the vessel.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 레이더 측정장치가 스틸 파이프(12)와 차폐 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는,Said radar measuring device comprises a steel pipe 12 and a shielding device 13,

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 용기 기준 장치가, 상기 스틸 파이프(12)의 대체로 수직인 슬릿(11) 내에서 미끄러지며 상기 차폐 장치(13)의 개구(102) 내에 수용되는 기준핀(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는,The vessel reference device is characterized in that it comprises a reference pin 10 which slides in a generally vertical slit 11 of the steel pipe 12 and is received in the opening 102 of the shielding device 13. ,

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 용기 기준 장치가 디스크(14)와 지지핀(15)을 포함하며, 상기 디스크가 기준 마커이고 상기 지지핀 상에 놓이는 것을 특징으로 하는,The vessel reference device comprises a disc 14 and a support pin 15, wherein the disc is a reference marker and rests on the support pin,

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 용기 기준 장치가 반사기를 포함하며, 상기 차폐 장치가 바닥부(101)를 포함하여, 상기 반사기가 상기 차폐 장치(13)의 바닥부(101)로부터 편향된 에너지의 일부를 다시 상기 스틸 파이프(12)로 반사시킴으로써 바닥 기준 신호를 지연시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는,The vessel reference device comprises a reflector and the shielding device comprises a bottom portion 101 such that the reflector returns some of the energy deflected from the bottom portion 101 of the shielding device 13 to the steel pipe 12. Characterized in that it is used to delay the floor reference signal by reflecting

제 5 항에 있어서,The method of claim 5,

상기 반사기가 상기 차폐 장치(13)의 상부 에지 또는 벽부(100)에 위치되는 칼라 링(16)인 것을 특징으로 하는,The reflector is characterized in that the collar ring 16 located on the upper edge or wall portion 100 of the shielding device 13,

제 5 항에 있어서,The method of claim 5,

상기 반사기가 오프셋 거리에 관하여 유연성을 제공하는 별개의 반사기(17)인 것을 특징으로 하는,Said reflector is a separate reflector 17 which provides flexibility with respect to the offset distance,

제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7,

파장 전파 속도를 측정하는 추가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,Characterized in that it comprises additional means for measuring the wavelength propagation speed,

제 8 항에 있어서,The method of claim 8,

상기 수단이 상기 스틸 파이프(12)의 대체로 수직인 슬릿 내에서 미끄러지는 두 개의 핀(19,20)을 포함하는 것을 특징으로 하는, Said means comprise two pins 19, 20 which slide in a generally vertical slit of the steel pipe 12,

제 8 항에 있어서,The method of claim 8,

상기 수단이 고정된 마커(21,22)를 포함하는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the means comprises a fixed marker (21, 22),

유체 표면을 향해 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 레이더 시스템에 의해 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 방법에 있어서,A method for measuring a fluid level in a vessel by a radar system, comprising transmitting a signal toward a fluid surface, the method comprising:

상기 유체 표면으로부터 제 1 에코 신호를 검출하는 단계;Detecting a first echo signal from the fluid surface;

용기 기준 장치로부터 제 2 신호를 검출하는 단계; 및Detecting a second signal from the vessel reference device; And

상기 제 1 및 제 2 에코 신호를 기초로 상기 유체 레벨을 표시하는 신호를 제공하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,And providing a signal indicative of the fluid level based on the first and second echo signals.

레이더 시스템에 의해 용기 내의 유체 레벨을 측정하는 방법.A method for measuring fluid levels in a vessel by a radar system.

제 11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein

상기 제 1 및 제 2 에코 신호에 대한 특성 파라미터를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Comparing the characteristic parameters for the first and second echo signals,

제 12 항에 있어서,The method of claim 12,

상기 유체 레벨을 표시하는 신호가 상기 제 1 및 제 2 신호 사이의 시간 지연 및 파장 전파 속도를 기초로 제공되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that a signal indicative of the fluid level is provided based on the time delay and the wavelength propagation speed between the first and second signals,

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 유체의 특성과 그에 따른 파장 전파 속도를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Providing a property of the fluid and thus the wavelength propagation rate,

제 14 항에 있어서,The method of claim 14,

상기 유체의 특성이 미공지되어 있으며, 상기 방법이 유전율 또는 파장 전파 속도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the properties of the fluid are unknown and the method comprises measuring the dielectric constant or the wavelength propagation rate,

제 11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein

상기 기준 장치가 용기의 바닥에 연결되거나, 용기의 바닥에 위치되거나, 또는 차폐 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that the reference device is connected to the bottom of the container, located at the bottom of the container, or connected to the shielding device,

제 16 항에 있어서,The method of claim 16,

상기 기준 장치가 차폐 장치의 파장 스크린에 연결되는 것을 특징으로 하는,The reference device is connected to the wavelength screen of the shielding device,

유체 표면을 향해 신호를 전송하는 안테나를 갖는 레이더 측정장치와, 상기 유체 표면으로부터 제 1 에코 신호를 검출하는 수단을 포함하는, 용기 내의 유체 레벨을 결정하는 시스템에 있어서,A system for determining a fluid level in a container, comprising: a radar measuring device having an antenna for transmitting a signal towards a fluid surface; and means for detecting a first echo signal from the fluid surface;

제 2 에코 신호를 제공하는 용기 기준 장치;A container reference device for providing a second echo signal;

상기 제 2 에코 신호를 검출하는 수단; 및Means for detecting the second echo signal; And

상기 제 1 및 제 2 에코 신호를 기초로 상기 유체 레벨을 표시하는 신호를 제공하는 하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는,Means for providing a signal indicating the fluid level based on the first and second echo signals;

용기 내의 유체 레벨을 결정하는 시스템.A system for determining the fluid level in a vessel.

제 18 항에 있어서,The method of claim 18,

상기 제 1 및 제 2 에코 신호를 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,Means for comparing the first and second echo signals,

제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,The method of claim 17 or 18,

탱크의 바닥 영역에서의 유체의 전기 유전율 또는 파장 전파 속도를 결정하는 레이더 레벨 게이지에 통합되는 것을 특징으로 하는,Characterized in that it is incorporated into a radar level gauge that determines the electrical permittivity or wavelength propagation velocity of the fluid in the bottom region of the tank,

탱크 바닥 영역에서의 유체의 전기 유전율 또는 파장 전파 속도를 결정하는 레이더 레벨 게이지와 통합되는 시스템에 있어서,A system incorporating a radar level gauge that determines the electrical permittivity or wavelength propagation velocity of a fluid in the tank bottom region,

제 1 항 내지 제 10 항에 따른 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는,A device comprising the device according to claim 1, characterized in that

레이더 레벨 게이지와 통합되는 시스템.System integrated with radar level gauge.