SE512510C2

SE512510C2 - Measuring device for level of medium inside tank, uses sensor to record changes in distance between tank roof and the device, in order to compensate for any tank roof movement

Info

Publication number: SE512510C2
Application number: SE9803377A
Authority: SE
Inventors: Lennart Haegg; Bo Wass
Original assignee: Saab Marine Electronics
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2000-03-27
Also published as: SE9803377D0; SE9803377L

Abstract

An essentially upright and movable measuring device (8) has its top end located a given distance from the fixed structure supporting a measuring instrument (6) above the surface of the medium, and its bottom end is secured to the tank floor (3), preferably at the zero reference point (4). Movement of the fixed structure in the vertical direction is detected as a result of a sensor (10) recording the change in distance between fixed structure and measuring device. The recorded change in distance is used to compensate for the level measurement carried out by the instrument, so that a more accurate value for the level (14) of the medium in relation to the zero reference point is obtained. The measured level corresponds to the distance between the top surface of the medium and a zero reference in the tank floor, and the measuring device comprises a fixed structure positioned above the surface of the medium and integral with the tank floor. An instrument mounted in the fixed structure measures the distance between the instrument and the surface of the medium.

Description

...__ .ikh-ikh ul i... 10 15 20 25 30 35 512 510 Z instrumentets avstånd från nollreferensen för att erhålla ett sant värde på tankinnehållets nivå relaterad till nollreferensen. ...__ .ikh-ikh ul i ... 10 15 20 25 30 35 512 510 Z the distance of the instrument from the zero reference to obtain a true value of the tank content level related to the zero reference.

Takets rörelse i en tank är mycket svår att förutse med någon större noggrannhet. En idag mycket använd och en av de bättre grundteknologierna för att mäta nivån hos ett medium i en tank är utnyttj andet av en FMCW -radar som nivåmätinstrument. Vid användning av en sådan radar placeras instrumentets antenn i tarikens tak för mätning av gångtiden hos en rnikrovågssignal som utsänds från antennen mot mediets yta och tillbaka till antennen, varvid nivåinstrumentets nivåmätvärde avseende avståndet från nivåinstrumentet till tankinnehållet erhålls ur den erhållna gångtiden. Om tankens tak är utsatt för rörelser och då i synnerhet i höjdled kommer nivåmät- ningen att påverkas av takrörelserna, vilket kan ge ett litet och okänt fel i nivåbestämningen.The movement of the roof in a tank is very difficult to predict with any greater accuracy. One that is widely used today and one of the better basic technologies for measuring the level of a medium in a tank is the use of an FMCW radar as a level measuring instrument. When using such a radar, the instrument's antenna is placed in the taric ceiling to measure the travel time of a microwave signal transmitted from the antenna to the surface of the medium and back to the antenna, the level instrument level measurement value of the distance from the level instrument to the tank contents being obtained from the obtained travel time. If the roof of the tank is exposed to movements and then especially in height, the level measurement will be affected by the roof movements, which can give a small and unknown error in the level determination.

Denna typ av fel kommer naturligtvis att ge sig till känna vid all nivåmätning, där olika typer av instrument monterade i tankens tak utnyttjas.This type of fault will of course be reflected in all level measurements, where different types of instruments mounted in the roof of the tank are used.

Anledningarna till att nivåinstrumentets position i förhållande till nollreferensen ej är konstant beror bl a på - mekanisk deformation av tankens mantel vid olika statiskt tryck (beroende på tankens fyllnads- grad), - termisk och mekanisk påverkan på tankmanteln, - termisk och mekanisk påverkan på tankens tak.The reasons why the position of the level instrument in relation to the zero reference is not constant depend on, among other things, - mechanical deformation of the tank jacket at different static pressures (depending on the tank's degree of filling), - thermal and mechanical impact on the tank jacket, - thermal and mechanical impact on the tank ceiling.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett antal aspekter av uppfinningen utgörs av anordningar-na beskrivna och definierade genom patentkraven.DESCRIPTION OF THE INVENTION A number of aspects of the invention consist of the devices described and defined by the claims.

En fördel med anordningen enligt uppfinningen är att det blir möjligt att reducera inverkan på nivåbestämningen orsakade av rörelser i tankens tak , varvid noggrannheten i bestämningen av ett mediums volym eller massa i en tank ökar betydligt. *i 10 15 20 25 30 35 512 510 3 FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar principen för avkännin g av takrörelser i en tank, där ett mätorgan är utfört som en wire kopplad mellan tankens golv och tak.An advantage of the device according to the invention is that it becomes possible to reduce the effect on the level determination caused by movements in the roof of the tank, whereby the accuracy in the determination of a volume or mass of a medium in a tank increases considerably. * i 10 15 20 25 30 35 512 510 3 DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 shows the principle for sensing roof movements in a tank, where a measuring means is designed as a wire connected between the floor and roof of the tank.

Figur 2 visar principen för avkänning av takrörelser i en tank, där ett mätorgan är utfört som ett rör, vilket tjänstgör som vågledare.Figure 2 shows the principle for sensing roof movements in a tank, where a measuring means is designed as a pipe, which serves as a waveguide.

Figur 3 åskådliggör en anordning enligt uppfinningsaspekten där mätorganet är anordnat i ett pejlrör i en tanktyp med ett tak ﬂytande på mediet.Figure 3 illustrates a device according to the aspect of the invention where the measuring means is arranged in a sounding pipe in a tank type with a roof ande surface on the medium.

BESKRIVNING AV ÖLIKA UTFÖRANDEN Ett antal olika utföranden av uppfinningen exemplifieras och redovisas i det följande med stöd av figurerna.DESCRIPTION OF DIFFERENT EMBODIMENTS A number of different embodiments of the invention are exemplified and reported in the following with the aid of the figures.

Ifigur 1 och 2 är en tank 1 åskådliggjord schematiskt. Tankens tak är betecknad med 2 och dess golv med 3. Vid tankgolvet 3 är en referensplatta 4 monterad på en infästning 5. Referensplattan utgör nollreferens för tankens botten. Tankens volym eller tankkapaciteten beräknas alltid från denna nollreferens. I tankens tak 2 är ett instrument, en nivåmätare 6 anordnad. Så som visas i ﬁgur 1 kan också en temperaturgivare 7 finnas monterad i tankens innandöme för upprnätning av tankmediets temperatur.In Figures 1 and 2, a tank 1 is schematically illustrated. The roof of the tank is denoted by 2 and its floor by 3. At the tank floor 3, a reference plate 4 is mounted on a fastening 5. The reference plate constitutes zero reference for the bottom of the tank. The tank volume or tank capacity is always calculated from this zero reference. An instrument, a level gauge 6, is arranged in the roof 2 of the tank. As shown in Figure 1, a temperature sensor 7 can also be mounted in the interior of the tank to network the temperature of the tank medium.

Enligt figur 1 används som mätorgan en tunn wire 8 som nedtill är fast invid eller på referens- plattan 4 på ett sånt sätt att infastningspunkten ej kan röra sig signifikant relativt referensplattan 4. Wirens 8 övre ände är fast vid tanktaket 2 så som anges nedan och är väl upplinjerad längs lodlinjen. Wiren 8 är vidare infast i taket 2 i en punkt som om möjligt ligger lika långt från tankens vägg som nivåinätarens 6 antennaxel och nära nivårnätaren 6. Anslutningen till taket 2 är utförd så att en linjär ﬁäder 9 med känd fjäderkonstant är kopplad mellan Wiren 8 och en linjär lägesgivare 10 som är fast i tankens tak 2 i en punkt som i sin tur utgör mätorganets fastpunkt 15 mot tanktaket. Givaren 10 kan vara utförd på ﬂera olika sätt. Som ett exempel kan den utgöras av en kraftmätande lägesgivare som t ex utnyttjar trådtöjningsgivare. Positionsförändringar som . :Ål Ii Ü 10 15 20 30 35 512510 '1 påverkar wirens 8 översta läge kan naturligtvis uppmätas med varjehanda linjär lägesgivare.According to Figure 1, a thin wire 8 is used as measuring means which is fixed at the bottom next to or on the reference plate 4 in such a way that the attachment point cannot move significantly relative to the reference plate 4. The upper end of the wire 8 is fixed to the tank roof 2 as indicated below and is well aligned along the vertical. The wire 8 is further attached to the roof 2 at a point which, if possible, is as far from the wall of the tank as the antenna axis of the level net 6 and close to the level net 6. The connection to the roof 2 is made so that a linear spring 9 with known spring constant is connected between Wire 8 and a linear position sensor 10 which is fixed in the roof 2 of the tank at a point which in turn constitutes the fixed point 15 of the measuring means against the tank roof. The sensor 10 can be designed in ﬂ your different ways. As an example, it can consist of a force-measuring position sensor which, for example, uses wire strain gauges. Position changes such as. : Ål Ii Ü 10 15 20 30 35 512510 '1 affects the top position of the wire 8 can of course be measured with all kinds of linear position sensors.

Lägesgivaren 10 kopplas till nivåmätaren 6. I riivårnätaren 6 eller i annan yttre beräkningsenhet utförs de beräkningar som korrigerar beräknad medienivå i beroende av de längdförändringar som lägesgivaren 10 detekterar. Värden från temperaturgivaren 7 utnyttjas också för att kompensera för wirens 8 egen temperatur.The position sensor 10 is connected to the level meter 6. In the spring network 6 or in another external calculation unit, the calculations that correct the calculated media level are performed depending on the length changes that the position sensor 10 detects. Values from the temperature sensor 7 are also used to compensate for the wire 8's own temperature.

För att undslippa problemet med eventuella terrníska längdförändringar av wiren 8 utformas wiren företrädesvis i ett material som har en terrnisk utvidgningskoefﬁcient som är avsevärt lägre än tankmaterialet. På så sätt blir trådens längd konstant sett i relation till tanken, varvid man ej behöver kompensera för temperaturförändringar i wirens 8 material. Ett material lämpat för att åstadkomma detta är invar.In order to avoid the problem of possible ternary length changes of the wire 8, the wire is preferably designed in a material which has a ternary expansion coefficient which is considerably lower than the tank material. In this way, the length of the wire is constantly seen in relation to the tank, whereby one does not have to compensate for temperature changes in the wire's 8 material. One material suitable for accomplishing this is invar.

I figur 2 visas en variant av mätorganet. Här har mätorganet utformats som ett rör, exempelvis fast vid sidan av referensplattan 4 eller i anslutning till denna på ett väl kontrollerat sätt och röret 11 monterat längs lodlinjen. Röret äri sin övre ände kortslutet, dvs pluggat. Denna pluggade ände 12 av röret 11 löper vid taket i ett annat yttre, omgivande rör 13 som har en sådan innerdimension att god passning mot det inre röret 11 erhålls Det omgivande röret 13 används som vågledare för mikrovågor och är ﬁxerat vid tankens tak 2. Förslutningen av röret 11 kommer på grund av längdförändringar som uppkommer p g a temperaturförändringar i tankmediet att glida fram och åter i vågledaren 13 och fungerar således även som kortslutning av vågledaren 13.Figure 2 shows a variant of the measuring means. Here, the measuring means has been designed as a tube, for example fixed next to the reference plate 4 or in connection therewith in a well-controlled manner and the tube 11 mounted along the vertical line. The tube in its upper end is short-circuited, ie plugged. This plugged end 12 of the tube 11 runs at the roof of another outer, surrounding tube 13 which has such an inner dimension that a good fit to the inner tube 11 is obtained. The surrounding tube 13 is used as a waveguide for microwaves and is axed at the tank roof 2. of the tube 11 will, due to changes in length which arise due to temperature changes in the tank medium, slide back and forth in the waveguide 13 and thus also function as a short circuit of the waveguide 13.

En tätning kan också anbringas mellan röret 11 och vågledaren 13 i form av exempelvis ett par teﬂonringar. En i anslutning till mätorganet monterad nivåmätare 6 i detta fall försedd med 2 RF-kanaler, varvid en av kanalema utnyttjas för bestämning av av medieytans nivå i tanken 1 på känt sätt, medan den andra kanalen används för att anslutas till vågledaren 13 för detektering av de förändringar som uppträder i distansen mellan röret 11 i tanken och tankens tak (2), vilket är möjligt genom att nämnda distansförändringar i motsvarande mån ändrar längden på vågledaren 13 via den pluggade änden 12. De uppmätta distansförändringarna används därefter i nivåmätaren 6 för kompensering av mätvärdet som anger mediets yta, så att en sann nivåmätning erhålls genom att hänsyn tas även till takrörelserna.. Vågledaren 13 kan exciteras antingen via en koaxialledning (eller annan transmissionsledning) eller med en vågledare från själva nivåmätaren 6. Denna nivåmätare kan utgöras av en pulsradar, impulsradar eller radar av FMCW-typ. Även i detta utförande utnyttjas temperaturkompensering med hjälp av temperaturgivaren 7. 10 15 512 510 S På marknaden förekommer även tankar där tankens tak (2) ﬂyter ovanpå mediet, varvid taket kommer att höja och sänka sig i takt med nivåförändringar i tanken. I dessa fall är det vanligt att man installerar ett stålrör, ett s k pejlrör (16) (även kallat stillpipe eller stilling well) som står på tankens (1) botten (3) och löper genom taket i ett genom nämnda tak upptaget hål med hjälp av en montering som gör att taket kan glida fritt i vertikalled. Pejlröret (16) har öppningar som tillåter mediet att inrätta sig på samma nivå i röret (16) som mediets nivå (14) i tanken. Pejlrörets överkant används i dessa sammanhang som monteringsstället för nivåinstrumentet (6) och lägesgivaren (10), varvid samma problem kan uppträda vid rörelser hos pejlröret som kan förändra det relativa avståndet mellan nivåinstrument (6) och medieyta ( 14) som vid montering av instrument (6) och givare (10) i ett fast tanktak (2). Anordningen enligt uppfinningsaspekten är sålunda tillämpbar även vid installationer där ﬂytande tak och pejlrör ( 16) används.A seal can also be applied between the tube 11 and the waveguide 13 in the form of, for example, a pair of tee rings. A level meter 6 mounted in connection with the measuring means in this case provided with 2 RF channels, one of the channels being used for determining the level of the media surface in the tank 1 in a known manner, while the other channel is used to be connected to the waveguide 13 for detecting the changes that occur in the distance between the pipe 11 in the tank and the roof of the tank (2), which is possible by said distance changes correspondingly changing the length of the waveguide 13 via the plugged end 12. The measured distance changes are then used in the level meter 6 to compensate The measuring value 13 indicates the surface area of the medium, so that a true level measurement is obtained by also taking into account the roof movements. The waveguide 13 can be excited either via a coaxial line (or other transmission line) or with a waveguide from the level meter 6. This level meter can be a pulse radar , impulse radar or FMCW type radar. Also in this embodiment, temperature compensation is used with the aid of the temperature sensor 7. 10 15 512 510 S There are also tanks on the market where the tank's roof (2) ﬂ surfaces on top of the medium, whereby the roof will rise and fall in step with level changes in the tank. In these cases, it is common to install a steel pipe, a so-called bearing pipe (16) (also called still pipe or position well) which stands on the bottom (3) of the tank (1) and runs through the roof in a hole occupied by said roof by means of of a mounting that allows the roof to slide freely in the vertical direction. The sounding tube (16) has openings that allow the medium to align with the same level in the tube (16) as the level (14) of the medium in the tank. The top edge of the sounding tube is used in these contexts as the mounting point for the level instrument (6) and the position sensor (10), whereby the same problem can occur during movements of the sounding tube that can change the relative distance between level instrument (6) and media surface (14). 6) and sensors (10) in a fixed tank roof (2). The device according to the invention aspect is thus also applicable to installations where surface roofs and sounding pipes (16) are used.

Claims

.._íuitl tlu Ä li tt 10 15 20 25 30 35 5 12 5 1 0 6 PATENTKRAV.._ íuitl tlu Ä li tt 10 15 20 25 30 35 5 12 5 1 0 6 PATENTKRAV

1. Anordning för mätning av ett mediums nivå (14) i en tank (1), där nivån avser avståndet mellan mediets övre yta och en nollreferens (4) vid tankens botten (3), där anordningen innefattar en över mediets yta anordnad fast struktur sarnrnanbyggd med tankens botten (2)och ett vid den fasta strukturen placerat instrument (6) avsett för bestämning av avståndet mellan instrumentet och mediets yta, kännetecknad av att ett i huvudsak lodrätt monterat mätorgan (8, ll) är rörligt angjort med sin övre ände på en viss distans från den fasta strukturen och med sin nedre ände ñxt monterat vid tankens botten (3), företrädesvis vid nollreferensen (4) och att den fasta strukturens rörelse i vertikalled detekteras genom att en förändring av distansen mellan den fasta strukturen och mätorganet (8, ll) registreras av en detektor (10, 13), varvid den registrerade förändringen av distansen används för kompensering av den nivåbestärrining som utförs med hjälp av nivåmätningsinstiumentet (6) så att ett noggrannare värde på mediets nivå i förhållande till nollreferensen (4) kan bestämrnas.Device for measuring the level (14) of a medium in a tank (1), wherein the level refers to the distance between the upper surface of the medium and a zero reference (4) at the bottom (3) of the tank, the device comprising a solid structure arranged above the surface built with the bottom (2) of the tank and an instrument (6) placed at the fixed structure intended for determining the distance between the instrument and the surface of the medium, characterized in that a substantially vertically mounted measuring means (8, 11) is movably arranged with its upper end at a certain distance from the fixed structure and with its lower end mounted next to the bottom of the tank (3), preferably at the zero reference (4) and that the movement of the solid structure in the vertical direction is detected by a change in the distance between the fixed structure and the measuring means ( 8, 11) is detected by a detector (10, 13), the recorded change of the distance being used to compensate for the level disturbance performed by means of the level measuring instrument (6) so that a sufficient closer value of the medium level relative to the zero reference (4) can be determined.

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den fasta strukturen utgörs av tankens (1) tak (2).Device according to claim 1, characterized in that the solid structure consists of the roof (2) of the tank (1).

3. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att anordningen innefattar ett på mediet ﬂytande tak samt ett genom närnnda tak löpande pejlrör (16) som är angjort vid tankens botten och där den fasta strukturen utgörs av pejlrörets (16) överkantDevice according to claim 1, characterized in that the device comprises a roof surface on the medium samt and a bearing tube (16) running through said roof which is arranged at the bottom of the tank and where the fixed structure is formed by the upper edge of the bearing tube (16)

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att nivåmätaren (6) utgörs av en radar.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the level meter (6) consists of a radar.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 3, kännetecknad av att mätorganet utgörs av en wire (8) som är rörligt infast vid strukturen och ﬁxerad vid nollreferensen (4).Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the measuring means consists of a wire (8) which is movably attached to the structure and ﬁxated at the zero reference (4).

6. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad av att en lägesgivare (10), exempelvis i form av en linjär givare eller av en kraftmätande givare, är ansluten mellan wiren (8) och strukturen, varvid lägesgivaren (10) detekterar förändringar av distansen mellan wirens (8) översta ända och strukturen. 11 5 10 15 20 512 510 7.Device according to claim 5, characterized in that a position sensor (10), for example in the form of a linear sensor or of a force-measuring sensor, is connected between the wire (8) and the structure, the position sensor (10) detecting changes in the distance between the wires. (8) top end and structure. 11 5 10 15 20 512 510 7.

7. Anordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att detekterad förändring av distansen utnyttjas i nivåmätaren (6) för korrigering av uppmätt medienivåDevice according to Claim 6, characterized in that the detected change in distance is used in the level meter (6) for correcting the measured media level.

8. Anordning enligt något av patentkraven 1 till 3, kännetecknad av att mätorganet utgörs av ett rör (1 1) tillslutet i sin övre ände eller av en stång som löper i en från strukturen nedhängande vågledare (13), varigenom vågledarens (13) längd förändras i takt med förändringar av distansen mellan mätorganet och strukturen och sålunda nyttjas som den detektor som avkänner förändringar av nämnda distansDevice according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the measuring means consists of a tube (1 1) closed at its upper end or of a rod running in a waveguide (13) hanging from the structure, whereby the length of the waveguide (13) changes in step with changes in the distance between the measuring means and the structure and is thus used as the detector which detects changes in said distance

9. Anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att vågledarens (13) längd bestäms med hjälp av rnikrovågor, varefter den bestämda vågledarlängden motsvarande nämnda distans förs till nivåmätaren (6) för korrigering av uppmätt medienivå. lO. Anordning enligt patentkrav 9, kännetecknad av att mikrovågorna leds till vågledaren ( 13) via en transmissionskabel eller via en vågledare. ll. Anordning enligt patentkrav 10, kännetecknad av att nivåmätaren (6), när denna utgörs av en radar har 2 RF-kanaler varav den ena kanalen utnyttjas i vågledaren (13) för bestämning av den nämnda distansen.Device according to claim 8, characterized in that the length of the waveguide (13) is determined by means of microwaves, after which the determined waveguide length corresponding to said distance is passed to the level meter (6) for correcting the measured media level. lO. Device according to Claim 9, characterized in that the microwaves are led to the waveguide (13) via a transmission cable or via a waveguide. ll. Device according to claim 10, characterized in that the level meter (6), when constituted by a radar, has 2 RF channels, one channel of which is used in the waveguide (13) for determining said distance.