本发明专利技术涉及一种用于确定液体介质140的密度或压缩性的测量系统100。测量系统100包括：至少一个压力传感器114、124，其配置成测量介质140的静水压力；至少一个超声传感器112、122，其配置成测量沿包括介质140的液位表面处的点的第一传播路径110的第一飞行时间，并且测量沿与第一传播路径110不同的第二传播路径120的第二飞行时间；以及控制单元150。控制单元150配置成基于所测量的静水压力、第一飞行时间和第二飞行时间来确定介质140的密度或压缩性。。。
【技术实现步骤摘要】
用于确定容器中的液体性质的测量系统
[0001]本专利技术涉及用于确定液体介质的密度或压缩性的测量系统、用于确定这些液体性质的方法、测量系统、控制单元、计算机程序元素和计算机可读介质的使用。
技术介绍
[0002]若干工业过程要求液体性质(包括密度和压缩性)的连续测量以用于有效操作，并且确保产品的质量和一致性。应用包括糖酒厂（sugar and ethanol mill）、啤酒厂、乳制品制造厂、化学和石化、采矿以及纸浆和造纸工业。尽管众多方式，但是只有几种技术能够在工业环境中实际应用于在无需提取的情况下测量容器内部的液体的密度。通常的密度和压缩性测量基于侵入或提取方法，并且要求实验室仪器（instrumentation）。例如，振动叉可被放置在容器内部并且与液体直接接触。液体介质的密度变化在音叉的谐振频率偏移中表明。感测叉处的气泡或者产品沉积或沉淀的存在可限制该方法的适用性。在另外的示例中，从主流来分接液体。通过考虑校准容器中的压力差和液位来确定液体参数(气体体积分数和密度)。在这里，采用超声多普勒传感器来测量液位，这限制精度，因为音速随温度而改变。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是要提供用于以改进的测量可靠性无创地确定液体参数的系统和方法。
[0004]此问题通过独立权利要求的主题来解决。实施例通过从属权利要求、以下描述和附图来提供。
[0005]所述的实施例类似地涉及用于确定介质的液体性质的测量系统、用于确定介质的液体性质的方法、测量系统、控制单元、计算机程序元素和计算机可读介质的使用。协同效应可起因于实施例的不同组合，但是可能没有详细描述它们。
[0006]更进一步，应该注意，涉及方法的本专利技术的全部实施例可能采用如所述的步骤的顺序来执行，但是这不必是该方法步骤的唯一且必不可少的顺序。本文提出的方法能够采用所公开步骤的另一种顺序来执行，而没有背离相应方法实施例，除非在下文中另有明确相反地提及。
[0007]技术术语根据其常识来使用。如果针对某些术语传达特定含意，则在下面将在使用术语的上下文中给出术语的定义。
[0008]按照第一方面，提出一种用于确定液体介质的密度或压缩性的测量系统。该测量系统包括：至少一个压力传感器，其配置成测量介质的静水压力；至少一个超声传感器，其配置成测量沿包括介质的液位表面处的点的第一传播路径的第一飞行时间，并且测量沿与第一传播路径不同的第二传播路径的第二飞行时间；以及控制单元。控制单元配置成基于所测量的静水压力、第一飞行时间和第二飞行时间来确定介质的密度
或压缩性。
[0009]术语“容器”在这里代表性地用于槽、池、箱等，它们适合接纳液体介质，特别是为了工业处理的目的，并且它们适合于执行如本公开中所述的测量。术语“介质”涉及液体介质。术语“超声传感器”与术语“超声换能器”或“换能器”等效地使用。(一个或多个)超声传感器可以能够发送和接收超声信号。控制单元可包括硬件，例如处理器、用于通过有线或者通过空中从传感器接收数据、用于向传感器发送信号并且可选地用于与网络装置进行通信的通信装置。控制单元可进一步包括用于存储代码和数据的存储装置。控制单元可以是壳体内部的单个装置或者由若干本地分布硬件装置所组成的逻辑装置。代替超声传感器，也可使用雷达传感器，因此，术语“超声传感器”的范围还应当包括能够发送和接收信号并且测量信号的飞行时间的雷达传感器或其他传感器。
[0010]超声传感器能够被布置在容器外部处，使得无创地测量飞行时间。因此，不必预见用来将传感器放置在容器内部或者与介质接触以便分析介质的钻孔或开口。
[0011]介质中的音速c是温度相关的。由于使用第二超声测量在当前温度下确定速度，所以这个相关性相对于音速c的确定中的误差只具有可忽略作用。
[0012]密度可通过下式表达为液体高度h、(槽底部与槽上方的位置之间的)差压和重力常数的函数以及压缩性通过下式与音速c和液体密度相关。
[0013]能够消除未知变量h和c，使得和取决于已知常数和所测量的飞行时间和。该消除假定传播路径包括液位高度(或者更准确来说，按照确定性和已知方式取决于液位高度)。如果液位高度能够通过包括和c的几何项来表达，则液位高度不必显式计算。
[0014]按照实施例，压力传感器是差分传感器布置，该差分传感器布置配置成测量容器底部处和液位表面上方的压力的差。备选地，容器配备有两个压力传感器。传感器测量容器中的压力差。传感器可以是现有液位测量系统的组成部分。通常，用于的入口端口被安装在容器底部处，而用于的入口端口位于容器的顶部处，从而提供顶层空间中的压力。
[0015]例如，容器具有圆筒形状，并且已知长度对应于容器的直径D。容器的直径通常是已知的，以及沿直径在某个方向(例如水平地)上的传播路径通常易于实现。在直径为未知的情况下，它可通过应用已知方法来测量。备选地，容器的形状为矩形。在这种情况下，传播路径可在与容器壁平行的水平方向上延伸，使得壁侧的长度为已知长度。
[0016]按照实施例，测量系统包括第一超声传感器和第二超声传感器。第一超声传感器配置成在竖直方向上发射第一超声信号，并且接收在介质表面处所反射的信号，以便测量第一飞行时间。第二超声传感器配置成在水平方向上发射第二超声信号，并且接收在容器壁处在与第二超声传感器相对的点处所反射的信号，以便测量第二飞行时间。当容器
壁处的充分空间可用来安装第二传感器时，例如可应用传感器的这个布置。此外，它允许使用在水平方向上发射和接收信号的一个传感器以确定音速c，并且使用在竖直方向上发射和接收信号的另一个传感器以确定液位h。必须注意，确定液位h对于确定密度和压缩性不是必要的，因为液位h能够根据c和(以及几何因数，这取决于传播路径)来表达。在圆筒形容器的情况下，优选地，在水平方向上的传播路径径向延伸，使得已知直径D能够用作几何常数。这种布置的实现以及是简单的，超声传感器的控制也是简单的，因为它们能够相对于频率和时间完全无关地操作。
[0017]按照另外的实施例，测量系统又包括第一超声传感器和第二超声传感器。第一超声传感器与第二超声传感器相对布置，并且定位在与第二超声传感器相同的高度处。第一超声传感器配置成：接收第一超声信号，以便测量第一飞行时间；并且在方向上水平地向第二超声传感器发射第二超声信号。第二超声传感器配置成：发射第一超声信号，使得第一超声信号在介质表面处被反射，并且所反射信号到达（hit）第一超声传感器；以及接收第二超声信号，以便测量第二飞行时间。能够采用传播路径的几何结构的知识(例如发射和接收信号以接收最大幅度的角度以及传感器相对于容器底部的高度)来确定液位h。例如，如果在容器底部处不存在用于安装超声传感器的空间而是在侧壁处存在空间，则可使用这个布置。
[0018]按照另外的实施例，测量系统包括一个单超声传感器，其例如用于确定介质的密度和压缩性。所述一个超声传感器配置成在竖直方向上发射第一超声信号，并且接收在介质表面处所反射的第一超声信号，以便测量第一飞行时间。所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于确定容器(102)中的液体介质(140)的密度或压缩性的测量系统(100)，包括至少一个压力传感器(114，124)，其配置成测量所述介质(140)的静水压力；至少一个超声传感器(112，122)，其配置成测量沿包括所述介质(140)的液位表面(142)处的点的第一传播路径(110)的第一飞行时间，并且测量沿与所述第一传播路径(110)不同的第二传播路径(120)的第二飞行时间；控制单元，其配置成基于所测量的静水压力、所述第一飞行时间和所述第二飞行时间来确定所述介质(140)的所述密度或所述压缩性。2.如权利要求1所述的测量系统(100)，其中，所述至少一个压力传感器(114，124)是差分传感器布置，所述差分传感器布置配置成测量所述容器(102)的底部处和所述液位表面(142)上方的压力的差。3.如权利要求1或2所述的测量系统(100)，其中，所述密度从下列形式的函数g来求值，其中所述函数g仅取决于所测量的所述第一飞行时间和所述第二飞行时间的比率以及通过所述容器(102)和所述第一传播路径和所述第二传播路径所定义的几何常数。4.如前述权利要求中的任一项所述的测量系统(100)，其中，所述测量系统(100)包括第一超声传感器(112)和第二超声传感器(122)；其中所述第一超声传感器(112)配置成在竖直方向上发射第一超声信号，并且接收在所述介质(140)的所述表面处反射的所述信号，以便测量所述第一飞行时间；以及其中所述第二超声传感器(122)配置成在水平方向上发射第二超声信号，并且接收在所述容器(102)的壁处在与所述第二超声传感器(122)相对的点处所反射的所述信号，以便测量所述第二飞行时间。5.如权利要求1至3中的任一项所述的测量系统(100)，其中所述测量系统(100)包括第一超声传感器(112)和第二超声传感器(122)；所述第一超声传感器(112)与所述第二超声传感器(122)相对布置，并且布置在与所述第二超声传感器(122)相同的高度；所述第一超声传感器(112)配置成接收第一超声信号，以便测量所述第一飞行时间，并且在方向上水平地向所述第二超声传感器发射第二超声信号；所述第二超声传感器(122)配置成发射所述第一超声信号，使得所述第一超声信号在所述介质(140)的所述表面处被反射，并且所述所反射信号到达所述第一超声传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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