導波レーダーレベル測定用タンクシール
タンク内のプロセス原料のレベルを測定するためのマイクロ波レベルゲージ17はセラミックシール316とマイクロ波導体218とを含んでいる。セラミックシール316はタンク内の開口に近接して配置され、回路203をプロセス原料から隔離するように構成される。マイクロ波導体は回路に電気的に接続され、ハーメチックシール316を通ってタンク内のプロセス原料まで延びている。セラミックシール316および隔離アダプタ328はマイクロ波導体をプロセス流体および外力から隔離するように協働する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンクのレベルセンサで使用される熱障壁を有するマイクロ波レベルゲージアダプタに関する。
【背景技術】
【0002】
レベルゲージは一般的にプロセス制御工業においてタンク内に収納された原料のレベルを測定するために使用される。ここで使用される、「タンク」という用語は、コンテナ、貯蔵所、容器や、気体、液体または固形物を保持するための他の装置を意味する。レーダーレベルゲージは、良性の材料から非常に腐食性または摩耗性のある混合物にまで及ぶプロセス原料であるタンク内のプロセス流体またはプロセス固形物のレベルを測定するためによく使用される。
【0003】
タンク内の原料レベルを測定するためのレベルゲージの一つのタイプはマイクロ波レベルゲージと呼ばれている。マイクロ波は高周波で短波長の電磁波である。マイクロ波はその短波長ゆえに直進性である。この特性のために、マイクロ波の反射によって目標物を検出するレーダーに応用されている。
【0004】
通常、マイクロ波つまりレーダーレベルゲージはタンク内に収納されている原料中に電磁パルスを送信し、その反射パルスを使ってプロセス原料のレベルを測定する。ここで使用されいる、「マイクロ波」という用語は高周波数の電磁波を意味する。「マイクロ波パルス」という用語はマイクロ波アンテナつまり導体上に伝送される短期間のマイクロ波信号を意味する。ここで使用されいる、「マイクロ波アンテナ」および「マイクロ波導体」という用語は、高周波数の電磁エネルギに結合される(または電磁エネルギを放出する)ように特に設計された導電性構造を意味する。一般的に、マイクロ波アンテナまたはマイクロ波導体はいずれも電磁エネルギを伝送しかつ受信することができる。
【0005】
誘導導波管組立体では、アンテナは一般的に送信機組立体からプロセス原料中に延びている。例えば、マイクロ波パルスはアンテナに沿って搬送され、このパルスは誘電率が異なる原料に突き当たったときに反射される。通常、パルスはタンク内のプロセス原料の表面の誘電率の変化に影響される。反射されたマイクロ波パルスを分析するために種々の手法を使用することができる(例えば、時間領域反射測定法(time domain reflectometry)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
タンク内のプロセス原料は腐食性であることが多く、しばしば圧力下で貯蔵されるので、センサと潜在的に活動的なタンク内の原料との間にはプロセスシールが置かれる。従来は、送信機ハウジングやセンサ電子機器をプロセス流体から隔離するために、オー(O)リングまたはテフロンシールが使われていた。プロセス流体から電子機器を隔離するのに加えて、これらのシールは、一般的にマイクロ波の反射をもたらさないように選択された材料で構成されていた。
【0007】
このようなシールは一般的にマイクロ波伝送の必要条件を満足しているとはいえ、特に高圧、高温用途にはうまく適合していない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
タンク内のプロセス流体のレベルを測定するためのマイクロ波レベルゲージが開示される。このゲージはタンクに対して開放されている下部分からタンク外の送信機台まで延びている中空アダプタボディを含んでいる。
【0009】
このゲージは、前記下部分から延びていてタンク内のアンテナに接続可能なコネクタロッドをさらに含んでいる。前記下部分内の主シールは、セラミックシールボディの外面にろう付けされ、かつ、前記コネクタロッドに溶接されている下部支持バンドを含んでいる。主シールは、シールボディの外面にろう付けされ、かつアダプタボディに密封接合されている上部支持バンドをさらに含んでいる。主シールはタンクからキャビティを密封する。アンテナから送信機にマイクロ波を接続できるように、追加的な導体が、コネクタロッドと送信機台との間を接続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1はタンクレベル監視システム10の図である。このシステム10はプロセス原料14で満たされた断面で示すプロセスタンク12を含んでいる。マイクロ波レベルゲージ組立体16がタンク12に装着されている。通常、プロセスタンク12はプロセス原料で満たされており、その高さつまりレベル30はマイクロ波レベルゲージ組立体16で測定される。
【0011】
マイクロ波レベルゲージ組立体16はねじ付きのカプラナット21によってアダプタボディ20に取り付けられた送信機ハウジング18を含んでいる。ねじ付きカプラナット21は送信機ハウジング18を点検のために都合良く取り外せるように分離ジョイントの一部分として機能する。ねじ付きナットカプラ21は、送信機ハウジング18へ電線導管を接続するのに都合のよいいかなる回転位置においても送信機ハウジング18をアダプタボディ20に組み付けることができるように、ユニオンジョイントの一部分としても機能する。アダプタボディ20はフランジ22を介してタンク12に結合される。この実施例では組立体16はタンク12の頂部であるタンク入口フランジ24でタンク12に装着される。フランジ22はボルト23でタンク入口フランジ24に固定され、適当なガスケット(図示しない)で密封される。
【0012】
また、組立体16は、タンク入口フランジ24に代えてタンク12の頂部に固定されることができる垂直なスタンドオフパイプ(図示しない)に装着することができる。スタンドオフパイプはフランジを付けるか、またはねじ付きアダプタボディのねじ付き端部と合致するようにねじを形成することができる。
【0013】
組立体16はさらにマイクロ波アンテナ26を含んでいる。通常、マイクロ波パルス28はアンテナ26(通常、タンク12のほぼ最深部に延びている)に沿って下方に向けて送信される。タンク12内の空気の誘電率はプロセス原料14の誘電率と異なっている。マイクロ波パルス28がプロセス原料14の表面30に到達した時、パルス28は、アンテナ26周囲の誘電率の不連続に遭遇し、マイクロ波エネルギの一部分を反射させて、反射されたマイクロ波パルス32を形成する。反射されたマイクロ波パルス32は送信機ハウジング18内の電子機器で受信されて、タンク12内の原料14のレベルを測定するために使用される。
【0014】
送信機ハウジング18はマイクロ波パルス28を送信して反射されたマイクロ波パルス32を受信するための、図2〜6に関して詳細に説明する電子回路を収納している。送信機ハウジング18は通信リンク36を介して制御システム34に送られる標準化信号中に感知されたマイクロ波パルス32を調合するように構成された回路を含んでもよい。標準化信号はタンク12内のプロセス原料14のレベル30を表している。送信機ハウジング18は、放射された信号(タンク12内の原料14のレベル30を表す信号を含む)を、光またはRF通信媒体からなることができる通信リンクを経由して制御システム34に送信し、かつ受信するように構成された回路をさらに含んでもよい。
【0015】
通信リンク36は有線、光ファイバ、または無線RFであることができる。通信リンク36が無線である場合、回路は無線信号を送信および受信するように構成された無線トランシーバを含んでもよい。制御システム34は通信リンク36に接続され、標準化信号を受信して典型的にはタンク12内の原料14のレベルを制御する。
【0016】
送信機ハウジング18内の電子機器は、プロセス原料14から離れており、熱的に、かつ静水的にプロセス原料14から隔離されている。電子機器が熱もしくは圧力、またはタンク12内に収納された腐食性気体にさらされた場合、レベル測定値は信頼性を無くするか、電子機器は腐食性気体にさらされることによって損傷を被る。
【0017】
図2〜6は図1のマイクロ波レベルゲージ組立体16の第1の実施例のいくつかの部分を示す。
【0018】
図2は、図1に示したアダプタボディ20、ねじ付きカプラナット21およびフランジ22の組立体48の拡大図を示す。アダプタボディ20は、連続する円周溶接部50、52によってフランジ22に溶接され、漏れ保証シールを提供している。アダプタボディ20はフランジ22内の溝56に係合する突出円周リップ54を含んでいる。タンク(図1)に圧力が掛かった場合、溝56を有するリップ54の係合部はアダプタボディ20上の軸方向の力をフランジ22に伝達してシールに対する圧力効果を増大させる。
【0019】
送信機ハウジング18(図1)の一部分であるハウジングアダプタ58は、ねじ付きカプラナット21によってアダプタボディ20に回転自在に取り付けられている。図2の組立体48を、図3に関して以下により詳細に説明する。
【0020】
図3は図2の断面線3−3に沿って切られた組立体48の内部構造の断面を示す。図示のように、組立体48は、図4に関連してより詳細に以下に説明するインピーダンス整合されたハーメチックシール組立体60と、図6に関連して以下により詳細に説明するインピーダンス整合されたシール組立体62とを含んでいる。
【0021】
シール組立体60はアダプタボディ20内に配置された主シールを提供する。主シール組立体60はアダプタボディ20の内部空洞64とタンク12(図1)内の気体66との間のハーメチックシールを提供する。シール組立体62はアダプタボディ20内に配置された副次的シールを提供する。副次的シール組立体62は内部空洞64と送信機ハウジング18内の内部空間68との間のハーメチックシールを提供する。図6に関して以下に詳細に説明するように、シール組立体60は、該主シール組立体60に漏れが生じたときにタンク12の外側の気体70に内部空洞64を開口するという特徴をさらに含んでいる。
【0022】
アダプタボディ20は上部アダプタボディ72と下部アダプタボディ74とからなる。上部アダプタボディ72はねじ付きカップリングによって下部アダプタボディ74に取り付けられ、図4に関して以下に詳細に説明するように確実な機械的接続を保証する。上部アダプタボディ72は連続する周囲溶接部76によって下部アダプタボディ74に封着され、ねじ付きカップリングによって機械的分離から保護されるシールを提供する。
【0023】
任意の保護シース78がアンテナ26(図1)を取り囲んでいる。アンテナ26の動きを低減させるために任意のアンテナ支持部材80をさらに設けることもできる。ばね荷重ピン82は、送信機ハウジング18から外部へ送信されたマイクロ波および内部へ受信したマイクロ波を接続するために中心同軸導体として供される。図4〜6の拡大図により組立体48の種々の特徴をより詳細に以下に説明する。
【0024】
図4は主シール組立体60を含む組立体48の一部分の拡大図である。
【0025】
主シール組立体60は主シールサブ組立体84を備える。主シールサブ組立体84は電気絶縁された環状セラミックシールボディ86、環状下部支持バンド88、および環状上部支持バンド90、並びに導電性ロッド92からなる。セラミックシールボディ86は、ハーメチックシール部を形成し、かつアンテナ26(図1)を吊している機械的負荷を伝達するため、上部および下部支持バンド88、90にろう付けされた外面94を有している。機械的負荷はセラミックシールボディ86の破損低減に資するように、主として外面94に沿って伝達される。
【0026】
完成した主シールサブ組立体84は下部アダプタボディ74内に配置され、それから、下部アダプタボディ74に対して主シールサブ組立体84をシールするために、下部アダプタボディ72と上部支持バンド90との間に連続環状溶接部96が設けられる。環状の応力解放溝98は、上部支持バンド90の主要部を歪ませる溶接部96からの加熱を防止する。付加的な応力解放溝99もまた溶接部96からの応力を解放する。応力解放溝98もまた溶接部96上の軸方向の力を低減する。
【0027】
ねじ付き導電性金属ロッド100はセラミックシールボディ86内のすきま孔を通過して、導電性ロッド92内の有底ねじ付き孔102内にねじ込まれる。一つまたはそれ以上の圧縮ワッシャ(皿座金:ベルビルワッシャ)104がセラミックシールボディ86の上に積み重ねられる。ナット106は金属ロッド100の上にねじ込まれて締め付けられ、圧縮ワッシャ104を部分的に圧縮する。圧縮された圧縮ワッシャ104によって提供される力は、温度変化による部品の拡張および収縮時に比較的一定であるセラミックシールボディ86に対して軸方向の圧縮を提供する。軸方向の圧縮力はアンテナ重量の懸架による軸方向のテンションを少なくとも部分的に解放し、セラミック内の正味の軸方向テンションを低減して破損を低減させる。金属ロッド100の頂部面108は副次的シール組立体62の一部分であるばね荷重ピン(スプリングピン:ポゴピン)110に接触するように成形される。金属ロッド100は、中央のマイクロ波導体に供されるとともに、セラミックシールボディ86を軸方向に圧縮する手段に供される。
【0028】
主シールサブ組立体84の密封性がその外側面に沿って完全なものとなるように主シールサブ組立体84を構成することにより、かつ応力をマイクロ波導体(金属ロッド)100から遠ざけることにより、マイクロ波導体100上にかかる応力およびその他の幾何学的構造の分析をすることなく、サブ組立体84のサイズは種々の寸法の用途に適合するように容易に調節できる。より具体的には、支持バンドは、セラミックシールボディ86上に半径方向の圧縮負荷を供給する金/ニッケルろうによってろう付けされたステンレス鋼であることができる。一般に、サブ組立体84は、新たな用途のために形状の分析や調節を要することなく、異なった用途のために寸法を大きくしたり小さくしたりすることができる。主シール構造の幾何的形状を変えることなく、寸法を調節することによって種々の取り付け構造に適応させることができる。
【0029】
セラミックシールボディ86は下部アダプタボディ74の中央凹所に設けられ、下部アダプタボディ74によって取り囲まれている。取り囲んでいる下部アダプタボディ74の熱容量は、セラミックシールボディ86の温度変化速度を制限して、緩やかな温度変化を提供する。したがって、セラミックシールボディ86の熱応力クラックの可能性が低減される。
【0030】
外部ねじを有する金属カプラ112は下部アダプタボディ74内にねじ込まれる。そして、盲孔114、116に、工具(例えば、図示しないピンスパナレンチ)が挿入され、金属カプラ112が、上部支持バンド90の内部縁118に着座するまで締め付けるために使用される。タンクの加圧によって主シールサブ組立体84上にかかる上方向への正味の力(net upward force)は縁118に伝達されて溶接部96をたわみから保護する。
【0031】
上部アダプタボディ72はねじ付き金属カプラ112上にねじ込まれ、下部アダプタボディ74上に着座するまで締め付けられる。締め付け後、下部アダプタボディ74に対して上部アダプタボディ72を密封するために、連続円形溶接接合部76が用いられる。溶接接合部76はシールを提供するが、アダプタボディ72、74上にかかる力は、ねじ付き金属カプラ112によって負担され、溶接部76上への応力は低減される。
【0032】
空気や窒素などの誘電ガスで満たされた空洞64は金属カプラ112内の中央孔を通過して下方に延びており、セラミックシールボディ86内の中央孔を通っている。この空洞は下部支持バンド88においてろう接合部によって密封されており、かつ、円形溶接部96、76によって密封されている。
【0033】
導電性ロッド92は導電性ロッド92から吊り下がっているアンテナ26(図1)を支持している。導電性ロッド92は図5によってより詳細に記載されている。導電性ロッド92および下部アダプタボディ74は、大きい直径の下部支持バンド88から小さい外径(図5)の導電性ロッド92への反射の移行が低くなるように対面する折曲円錐状(frustoconical)のテーパ部分118、120を有している。
【0034】
図5は組立体48の下端部の拡大図である。送信されたマイクロ波パルス用の送信線にインピーダンス不連続部を提供するため、符号126で示した部位において、下部アダプタボディ74の、小さい内径122は急に大きい内径124に移行する。この不連続部は導電性ロッド92の小さい直径と同心である。この不連続部はテストつまりマーカパルスを送信機に向けて反射させる。マーカパルスは、導電性ロッドが存在し、かつセラミックシールボディ86(図4)が割れていないという肯定的指示を提供する。アンテナ26はピンまたはその他の取り付け方法で導電性ロッド92に取り付けられる。シース78は内側にねじを有するナット128に溶接されるか、ねじ込まれる。ナット128は下部アダプタボディ74のねじ付き下端部にねじ込まれる。好ましい実施例では、ナット128が下部アダプタボディ74に対して回転するのを防止するため一つもしくはそれ以上の止めねじが使用される。
【0035】
図6は予備的な(圧力解放)シール組立体62を含む組立体48の上部分を示している。副次的シール61は送信機ハウジング18内の内部空間から空洞64を密封する。タンクの気体で空洞64が加圧されることによって主シール組立体に漏れが生じた場合、予備的シール組立体62はねじ付きカプラナット21を通じてタンクの気体を周囲の大気へ排出する。タンクの気体はねじ144を通じて、あるいはカプラナット21内の排出孔(図示しない)を通じて排出することができる。
【0036】
予備的なシール組立体62において、ばね荷重ピン110はオーリング140と共に全体に円筒形である栓134内に挿入されている。全体に円筒形である第2の栓132は、ばね負荷ピンに重ねられて組み付けられている。オーリング138は栓134の外面上の溝内に配置されている。栓132、134、オーリング138、140、およびピン110の組立体は、上部アダプタボディ72上の頂部開口内に挿入されている。オーリング138は軽く圧縮されるだけの寸法であるので、故障状態下では、(図7B〜7Cに関して以下に詳細に説明するように)加圧された気体を空洞64から排出する。
【0037】
全体に円筒形の栓136は、オーリング142と共に設けられ、ハウジングアダプタ58の、突き出した中央下部上に摺接している。栓136、オーリング142およびハウジングアダプタ58の組立体は上部アダプタボディ72の頂部開口内に挿入される。カプラナット21が上部アダプタボディ上のねじにねじ込まれて、栓136、134、132を押圧するように締め付けられる。
【0038】
ばね荷重ピン82、110、金属ロッド100、および導電性ロッド92(図4、5)は、送信機とアンテナとの間に延びている中央マイクロ波導体としての役目を果たす。上部および下部アダプタボディ72、74、上部支持バンド90、およびねじ付きアダプタ112は前記中央マイクロ波導体と同軸の外側マイクロ波導体としての役目を果たす。絶縁栓132、134、136、セラミックシールボディ86および空洞64は中央マイクロ波導体を外側マイクロ波導体から分離する環状の絶縁空間を提供する。マイクロ波導体の配置と環状の絶縁空間は送信機とアンテナとの間でのマイクロ波通信のための同軸導波管を形成する。導波管の構成部分の直径は導波管に沿った不連続部を全体に減少させるように設定されるが、単一の不連続部126がテスト目的で含まれている。
【0039】
好ましい実施例では、上部および下部アダプタボディは、耐腐食のため、二重のフェライト−オーステナイト合金からなる。好ましい実施例では、絶縁栓132、134、136はテフロンつまりPTFEからなる。好ましい実施例では、導電性ロッド92は耐腐食および高温特性のために316ステンレス鋼からなる。好ましい実施例では、シールボディ86は耐腐食性および引張り強度を提供するために焼結アルミナセラミックからなる。好ましい実施例では、シールボディ86と上部および下部のステンレス鋼支持バンド88、90との間のろう接合部は金/ニッケルろう接合金からなる。
【0040】
図1〜6に示した実施例の変形例は図7〜11に示したその他の実施例に関して以下に説明する。図7〜11で使用されている参照符号と、図1〜6で使用された参照符号とは同様または同等の特徴を意味する。
【0041】
図7Aは図1に示した実施例と同様のマイクロ波レベルゲージ組立体17の断面拡大を示す。組立体17は、ねじ付きカプラナット21によってアダプタボディ20に結合される送信機ハウジング18(断面および部分的に外形線で示す)を含んでいる。アダプタボディ20はフランジ22およびボルト23を介してタンク入口フランジ24に結合される。主シール組立体210はタンクの気体から密封圧力を隔離するためにタンク入口フランジ24に重ねて配置される。主シール組立体210はアダプタボディ20内の内部空洞212とタンク気体との間のハーメチックシールを提供する。送信機ハウジング18内の内部空洞213はさらに副次的シール216によって内部空洞212から密封される。送信機ハウジング18はタンク12内のプロセス原料、熱、圧力および気体から隔離される。主シール組立体210は図7Dに関してさらに詳細に記述する。
【0042】
いくつかの実施例では、アダプタボディ20はフランジ22内の対応する凹所に合致するように寸法が設定された突出リップ242を備えることができる。突出リップ242は溶接中にフランジ22に対してアダプタボディ20を一列に並べ易くし、また溶接接合部の圧力効果を改善する。
【0043】
アダプタボディ20は主シール組立体210からハウジングアダプタ214(ハウジング18の部分)まで延びる内部空洞212の外側壁25を規定する。内部空洞212はまたハウジングアダプタ214内の副次的シール216まで延びている。中央マイクロ波導体218は空洞213内の回路203から副次的シール216を通って空洞212内に延びている。コネクタ220は、主シール組立体210を通ってタンク内まで延びている主導体222にマイクロ波導体218を接続する。アダプタ214はアダプタボディ20の頂端部の所定位置で滑らかに接続されるので、コネクタ220は、ハウジングマイクロ波導体218と主導体222との間の電気的接続が動作領域をこえて連続するようにしている。この動作領域は摺動ピンおよびソケット構造、または、ポゴピン(pogo pin)接触として広く知られている可動、ばね負荷接触ピンによってコネクタ220内に収容されることができる。適当な機械的動作領域を有するその他の形式の取り付け機構を使用されることができる。一般的に、コネクタ220は、二つの導電要素を接続するため、取り付け機構がマイクロ波反射をもたらすインピーダンス不整合を生じさせる形状を有しない限り、かつコネクタ220がマイクロ波導体218と主導体222とを突き合す際に機械的構成部公差を十分に許容する機械的係合領域を有する限りいかなる形式の電気接続機構であってもよい。最後に、アンテナアダプタ224は主導体222をタンク内のマイクロ波アンテナ26に結合する。
【0044】
一般に、ハウジングアダプタ214は副次的シール216の膨張温度係数よりも高い膨張温度係数を有している。導体218は副次的シール216の膨張温度係数より低い膨張温度係数を有する。導体218の表面は、ガラスの副次的シール216を貫通する部分にはガラスとの密封性を改善するために溝を付けたり粗くしたりすることができる。組み立て工程の最中、副次的シール216はハウジングアダプタ214内の所定位置に形成される。好ましい実施例では、副次的シール216はシリカガラスから密封された電気的貫通接続を形成するのに使用されるガラス対金属形式のシールである。ガラスの組成は、該ガラスがハウジングアダプタ214より低い膨張係数を有するように調節され、したがって、成形後、冷却されると圧縮負荷の状態になる。したがって、高い圧縮負荷は導体218および副次的シール216をハウジングアダプタ214内の所定位置に固定する。
【0045】
副次的シール216はハウジングアダプタ214に対して密封する。ハウジングアダプタ214はアダプタボディ20と適合するように寸法が決定され、ねじ付きナット21を使ってアダプタボディ20に対して解放可能な状態で留められるように構成されている。ハウジングアダプタ214、ねじ付きカプラナット21およびアダプタボディ20の構成は図7Bに関して以下により詳細に説明される。
【0046】
図7Bはハウジングアダプタ214、ねじ付きカプラナット21およびアダプタボディ20が一緒になって互いに接触している領域(図7Aに円で示している)の拡大断面を示す。ねじ付きカプラナット21は押しつけながら捻られ、ハウジングアダプタ214の下面250がアダプタボディ20の上面に当接する。面250、252の当接は、オーリングのシール面254を、アダプタボディ20の溝付きオーリング取り付け面256から距離「X」の間隔だけあけるように正確に位置決めするための良好な止め部を提供する。溝260内のオーリング258は面254、256の間で軽く圧縮されて低圧シールを形成している。ねじ付きカプラナット21はまたアダプタボディ20に対してハウジングアダプタ214を解放可能な状態で留める留め手段を提供し、組立体17全体を取り外すことなく送信機のメンテナンスを行えるように、主シール組立体210と副次的シール216との間に機械的に分離された接合部を提供している。ハウジングアダプタ214およびアダプタボディ20は、特別な設置構成の要求を満すように異なる回転位置でハウジング18がアダプタボディ20上に取り付けられるようにほぼ円形または円筒形の面に沿って互いに整合している。
【0047】
図7Cに示すように、オーリング258(またはその代わりのガスケット)は、主シール組立体210の故障の際の告知機構(大気への排気)としてだけでなく低圧環境シールを提供する。主シール組立体210および副次的シール216は、図7Cに示されるような圧力シーリング領域270および272を有し、これらは、図7Cに示されるオーリングシール258の比較的低い圧力シーリング領域274と比べて比較的高い。このため、タンク12(図1)が高い圧力になって主シール組立体210が故障して漏れが生じた時、内部空洞212も加圧されることになり、タンク12内の圧力気体は図7Bに矢印276で示したようにオーリングシールを通り過ぎて外に漏れる。
【0048】
ハウジングアダプタ214およびアダプタボディ20は、加圧された気体が外へ漏れることができるように、半径方向に間隔をあけた一つまたはそれ以上の溝278、280を備えている。漏洩気体はねじ付きカプラナット21のねじの周りの間隔282を通って外へ漏れることができる。また、漏洩気体はねじ付きカプラナット21内の任意の半径方向孔284を通って排気できる。漏洩気体は可聴性の音または芳香性の臭いを発生し、主シール組立体の破損を予告する。タンク12からの気体の低減は、タンク圧力の低下を感知することによってタンク圧力感知装置(図示しない)によっても予告される。軽く圧縮されたオーリングシール258によってもたらされる圧力解放は、さもなければ副次的シールを破損させ、タンクからの気体が空洞213を通ってリード線36(図1)を保持する電気配線導管に流れるのを許容して制御システム34(図1)に被害を生じさせることがある内部空洞212内の圧力増大を防止する。
【0049】
主シール組立体210(図7A)の拡大図を図7Dに示す。主シール組立体210はタンク12(図1)内の気体と直接接触している。主シール組立体210は一般にセラミックシール236がその中にろう付けされるステンレス鋼のボディ234を含んでいる。ろう材料は一般的に華氏1740度付近の融点を有する金−ニッケル合金であるのが望ましい。ろう材料はろうペーストおよびろう予成形等周知のろう材料適用方法を使って使用することができる。
【0050】
主導体222は外側ジャケット223の中に配置される。熱膨張係数の大きい違いによって、固体の316ステンレス鋼導体をシール236等のシール内に直接接合するのは困難である。しかしながら、導体をシール236内に取り付けてハーメチックに密封する必要がある。ここで使用される「ハーメチック」という用語は、大気中の汚染物質(湿気、ほこり、その他等)またはプロセス汚染物質(プロセス流体、腐食性もしくは摩耗性のプロセス原料、その他等)の進入に対して密封する装置を意味する。例えば、一つの好ましい実施例では、シールは、1秒あたりヘリウム約1×10−7標準立方センチメートルと同じかそれ以下の漏れ速度を有する。好ましい別の実施例では、低圧または低腐食性プロセス原料での使用等では、漏れ速度は1秒あたりヘリウム1×10−7標準立方センチメートルより高くできるが、少なくとも従来のPTFEまたはグラファイトのプロセスシールよりも小さい。
【0051】
主シール組立体210を通っているマイクロ波貫通接続(主導体222および外側ジャケット223)は、いずれも能率的にマイクロ波信号を伝導し、高圧かつ高温の腐食性気体を安全にかつ高い信頼性をもって密封しなければならない。貫通接続は、シール236と貫通接続との改善された熱整合を提供するため、異なる膨張係数および異なる耐食特性を有する材料の多同心円層からなり、また、耐食性であってシール236の材料に対して良好にろう付けする外側層223を提供する。
【0052】
図7Dにおいて、主導体222は、薄壁型316ステンレス鋼管223内の低膨張合金(コバール「Kovar(登録商標)」または合金52)から成形される。したがって、主導体222および管223は耐食性または機械的強度を落とすことなく、シール236との改善された熱膨張整合を提供する複合貫通接続を形成する。複合導体222、223はセラミックシール236にろう付けされ、これによって、ハウジング18内の回路203(図7A)をタンク12(図1)内のプロセス原料から効果的に隔離するハーメチックシールを確立する。
【0053】
セラミックシール236をステンレス鋼ボディ234にろう付けすることによって、主シール組立体210は、上昇した温度および圧力のもとで耐食性を落とすことなく効果的に作用することができる。しかしながら、種々の材料間での熱膨張係数の違いは、溝238によって応力が解放されない場合、ろう付け部および溶接接合部で応力破壊を生じる。
【0054】
ろう付け工程または他の原因によって引き起こされる応力を吸収するために、応力隔離溝238がステンレス鋼ボディ234内に配置される。例えば、ろう付け工程の後、主シール組立体210が冷却されたとき、主シール組立体210(セラミックシール236とステンレス鋼ボディ234)の不均一な冷却によって引き起こされる応力を応力隔離溝238が吸収する。
【0055】
好ましい実施例では、セラミックシール236は、一般的に硬くて耐摩耗性セラミックである焼結アルミナセラミックで作られる。さらに、好ましい実施例では、副次的シール216はガラス対金属シール構成である。副次的シール216は2次プロセス障壁、環境障壁および炎通路内の炎拡大に対する障壁として機能する。副次的シール216は通常はプロセスと接触しないので、設計では、セラミック−金属シール設計も使用されるが、経済的なガラス対金属設計手法および材料を使用してもよい。
【0056】
主シール組立体210および副次的シール216は、マイクロ波信号の擬似反射が低減されるようにインピーダンスが整合されるのが好ましい。主シールおよび副次的シールがインピーダンス整合していないものである場合、インピーダンス不整合は、レベルゲージの精度に影響することがある反射伝送波を生じることがある。インピーダンス整合工程は、導体218、222を取り囲んでいる空気又はシール材料の誘電率を考慮に入れた同軸中央導体218、222の調節からなる。マイクロ波がアダプタボディ20を通過する時に、擬似反射するのを回避するために、比較的一定した特性ラインインピーダンスZ0が維持される。
【0057】
ある実施例では、マイクロ波アンテナ26を保護するために、保護シース240(図7A)または同軸管(別のアンテナ設計)を備えるのが望ましい。タンク内でのプロセス原料の動きがアンテナ26を破壊させるので、(特にアダプタ224の近くまたは主複合導体222に沿って)、特にマイクロ波アンテナ26は、10メートルまたはそれ以上の長さにでき、かつ細くすることができる。シース240はプロセス材料の動きによってアンテナが曲げモーメントを生ずるのを保護する。
【0058】
図7Eは図7Aに示されたシール216の代わりとして使用することができる副次的シール組立体281の実施例を示す。副次的シール組立体281は、その中で所定位置にガラスシール285が形成される金属管283を備える。ガラスシール285もまた中央マイクロ波導体287に対してシールされる。金属管283、ガラスシール285および中央マイクロ波導体287は分離した組立体として生産性良く製造される。金属管283はハウジングアダプタ289内に挿入されて円形溶接部291において溶接される。図7Eに示された構成は、ハウジングアダプタ289がガラス対金属シールの形成に適合しない金属で形成されることを許容している。金属管283はシール285によるガラス対金属シールの形成に適合する材料で形成されることができる。
【0059】
図8は主セラミックシール316の下部面315上にろう接合部が作られたマイクロ波レベルゲージ取り付け組立体300の拡大断面図である。図8で使用された参照番号であって、図7A、7B、7Dで使用されている参照番号と同じものは図7A、7B、7Dに関して説明したものと同じまたは同様の特徴を意味し、簡潔のために図8に関してさらに説明はしない。
【0060】
組立体300において、ろう接合部はハーメチックシールを完全なものとし、下部面315の外側でアンテナの重量又は機械的負荷を支えている。したがって、主導体222とセラミックシール316との間には、密封されているか、または負荷を受ける接合部を必要としない。主導体222には耐食性も必要としない。主導体222はセラミックシール316内の間隙孔327を通過する。他の点では、取り付け組立体300は図7A、7B、7D内に示した取り付け組立体と同様である。
【0061】
主シール組立体312はタンク内のプロセス流体から内部空洞212を隔離する。主シール組立体312はステンレス鋼ボディ234およびセラミックシール316を含んでいる。セラミックシール316は好ましくはろう接合部318によってステンレス鋼ボディ234に取り付けられる。溶接接合部320は好ましくはステンレス鋼ボディ234をアダプタボディ20に取り付ける。ろう付け工程で引き起こされる熱誘導応力を隔離するため、ステンレス鋼ボディ234内に応力隔離溝238が設けられるので、不均一な冷却および熱膨張係数の違いは、ろう接合部318及び/又は溶接接合部320を損なわない。
【0062】
主導体222は主シール316内に設けられた開口327を通って空洞212から延びている。隔離アダプタ328は開口327を覆い、かつ主導体222の周りに位置している。隔離アダプタ328は、主シール316および隔離アダプタ328の両方にろう付けされている支持バンド332によって主シール316に取り付けられている。支持バンドは好ましくはステンレス鋼からなる。アンテナ26は絶縁アダプタ328に接続されてタンク内のプロセス原料まで延びている。
【0063】
一般に、隔離アダプタ328および支持バンド332は主導体324に対してハーメチックシールを維持する。また、隔離アダプタ328および支持バンド332は、アンテナ330からの曲げモーメントおよびその他の応力を導体322から遠くへ向けさせるのに役立つ。特に、隔離アダプタ328および支持バンド332は主シール316とともにハーメチックシールを形成し、外側面上のいかなる負荷をも導体324から遠くへ伝える。
【0064】
一般に、隔離アダプタ328は耐食性および耐熱性材料で形成される。一つの実施例では、隔離アダプタ328は316Lステンレス鋼で形成される。また、別の実施例では、隔離アダプタ328は、インディアナ州ココモのヘインズインタナショナルインコーポレーティドに登録されているハステロイ(登録商標)合金を使って形成される。隔離アダプタ328はタンク内のプロセス原料から主導体222および空洞212を機械的にかつ静水的に隔離するように機能する一方、さらに導電通路を提供している。支持バンド332は、隔離アダプタ328にろう付けされた大きい環状面領域とシール316にろう付けされた大きな平坦面領域とで、強力で永続性のある取り付け部を提供する。結果としての構造は高温および高圧において耐食性を損なわずに効果的に作動させることができる。
【0065】
図9は、主シール設計の実施例の拡大図を示す。レベルゲージ組立体400はステンレス鋼ボディ402(図8のステンレス鋼ボディ234に相当)および円筒形金属ボディ404を含んでいる。円筒形金属ボディ404およびステンレス鋼ボディ402は溶接接合部406で取り付けられる。円筒形金属ボディ404は円筒形金属ボディ404を通って延長される導電性ロッド410を受け入れることができるように寸法設定された空気間隙408を規定している。
【0066】
タンク内では、セラミックシール412が空気間隙408をまたいで導電性ロッド410を囲んで延びている。セラミックシール412はセラミックシール412の外側周囲にろう付けされた上部支持バンド416によって円筒形金属ボディ404に取り付けられ、ろう付けまたは溶接によって円筒形金属ボディ404に取り付けて上部支持バンド416でシールを完全にしている。また、セラミックシール412は、セラミックシール412と導電性ロッド414の外側周囲にろう付けされた下部支持バンド418によってシールを形成するために導電性ロッド414にシールされている。好ましい実施例では、同軸管420(つまり保護シース)が、導電性ロッド414を保護するために支持バンド422を介して円筒形金属ボディ404に取り付けられる。同軸管420は好ましくは支持バンド422に溶接されている。
【0067】
一つの実施例では、導電性ロッド414は流体が満たされたタンク内へ延びる12メートルの長さのアンテナに導電性ロッド414を接続する。流動動作はアンテナに伝達されて導電性ロッド414の上に剪断応力および曲げモーメントを負わせる。同軸管420はアンテナの周りの流動動作を低減させるために保護層を提供し、導電性ロッド414上の曲げモーメントを低減させる。より重要なのは、セラミックシール412、導電性ロッド414、並びに支持バンド416および418がこれら外部応力から導電性ロッド410を隔離することである。プロセス原料から空気間隙をシールするのに加えて、支持バンド416、418はセラミックシール412の外側表面に沿って応力を円筒形金属ボディ404に伝達する。したがって、応力および曲げモーメントはセラミックシール412の外側に向けられ、導電性ロッド410から遠ざけられる。
【0068】
図9に示した実施例では、セラミックシール412は、上部支持バンド416と円筒形金属ボディ404との間の溶接接合部によってだけでなく、上部支持バンド416とセラミックシール412との間のろう接合部により、導電性ロッド410を覆ってシールしている。導電性ロッド414は、下部支持バンド418と導電性ロッド414との間の溶接接合部によってだけでなく、下部支持バンド418とセラミックシール412との間のろう接合部によって導電性ロッド410の先端を覆ってシールしている。支持バンド416、418上のろう接合部および溶接接合部はセラミックシール412および導電性ロッド414と一緒に、ハーメチックシールを効果的に維持し、導電性ロッド410および関連の電子機器のためのプロセス隔離を提供する。
【0069】
一般に、ろう付け材料は耐食性であって金属およびセラミックに接合できるいかなる材料であってもよい。好ましい実施例では、ろう付けされた上部および下部支持バンド416および418がステンレス鋼で形成され、金−ニッケルろう合金(82%/18%)でろう付けされる。
【0070】
また、円筒形金属ボディ404は、ステンレス鋼、316Lステンレス鋼、ハステロイ(登録商標)、複合(フェライト−オーステナイト合金)材料または同様の特性を有するその他のいかなる材料を含む耐食かつ耐熱タイプのいかなる材料から形成されていてもよい。
【0071】
図10は本発明の実施例に従った主シール組立体の拡大図を示す。組立体500は、ろう接合部506で結合される主シール502およびステンレス鋼ボディ504を含んでいる。一方、ステンレス鋼ボディ504は溶接接合部510によってフランジ508に結合される。
【0072】
導体512は主シール502内に配置された空気間隙514を通って延びている。アンテナコネクタ516は空気間隙514とのシールを断って導体512と接触する。アンテナコネクタ516は主シール502の湿気を帯びた面内に配置された凹所520内に部分的に位置し、該凹所520内のろう付け接合部518を介して主シール502に接続されている。ここで使用されているように、「湿気を帯びた」または「湿気を帯びた面」という用語はプロセス原料にさらされた面を意味する。導体512はアンテナコネクタ516に電気的に接続され、マイクロ波信号用の信号通路を維持する。アンテナ(図示しない)はアンテナコネクタ516に接続でき、タンク内のプロセス原料中に延長できる。
【0073】
ろう接合部518は主シール502に対してアンテナアダプタ516を接続して密封し、プロセス原料から導体512を隔離するハーメチックシールを完全なものにする。また、ろう接合部518は、曲げモーメントおよび剪断応力を導体512から離してシール502および関連する構造に伝達するのを補助し、割れを起こさせることなく応力をよりよく放散するように構成されている。
【0074】
図11は本発明のその他の実施例の拡大図を示す。図示のように、組立体600はろう接合部606によってステンレス鋼ボディ604に結合された主セラミックシール602を含んでいる。ステンレス鋼ボディ604はまた溶接接合部610を介してフランジ608に結合される。導体612は主シール602を通って空気間隙613内に延び、さらにアンテナアダプタ614内に延びている。アンテナアダプタ614は主シール602の湿気を帯びた面内に形成された凹所616内に部分的に位置している。
【0075】
アンテナアダプタ614は、所定位置に保持され、アンテナアダプタ614の周囲全体の周りに延びて主シール602とアンテナアダプタ614の双方にろう付けされている支持バンド620によって主シール602に取り付けられる。ろう付けされた支持バンド620は主シール602の端部、およびアンテナアダプタ614の周囲端部にろう付けされ、これによって、導体612をプロセス流体から密封する。
【0076】
この実施例では、ろう付けされた環状の支持バンド620はハーメチックシールを完全なものにしてアンテナアダプタ614を取り付ける。また、ろう付けされた支持バンド620はアンテナアダプタ614の基部に対する構造的支持部を提供し、本質的に曲げおよび剪断モーメントを導体612から遠ざける。一般的に、ろう付けされた支持バンド620は、アンテナアダプタ614に適合するように形成されることができる耐食性および耐熱性のいかなる材料でも形成できる。好ましい実施例では、ろう付けされた支持バンド620はステンレス鋼で形成され、82%/18%の組成を有する金/ニッケルろう材でろう付けされる。
【0077】
一般に、本発明は、タンクへの取り付け用のフランジ内に溶接されたステンレス鋼ボディ内にろう付けされたセラミックシールに関して記述した。好ましい実施例では、組立体のステンレス鋼要素間の溶接接合部を形成するために使用される溶接材料は、複合(フェライト/オーステナイト)2205ステンレス鋼、316Lステンレス鋼、またはハステロイ溶接材料である。同様の耐食および耐熱特性を有する材料等の、その他の材料も使用できる。
【0078】
本発明の主シールおよび副次的シールはハーメチックシールとインピーダンス整合されているのが好ましい。ろう付けバンドをセラミック主シールにろう付けし、ろう付けバンドをステンレス鋼ボディ内に溶接することにより、組立体は2000psiおよび華氏750度より高い圧力および温度で腐食性気体を効果的に密封することができる。
【0079】
一般的に、主シールは電子機器およびアダプタチャンバをプロセス原料およびタンク内の原料の熱と圧力から隔離する。副次的シールは主シールとインピーダンス整合されていて、福次的プロセス障壁、炎通路障壁、および環境障壁を提供する。副次的シールは従来のガラス−金属設計、エポキシ等のポッティング材料またはセラミック対金属シール設計(主シールと共に使用されるもの等)で形成できる。
【0080】
本発明は好ましい実施例を参照して説明したが、当業者は本発明の精神および範囲から離れることなく形状や詳細を変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0081】
【図1】マイクロ波レベルゲージが設置された第1の実施例におけるタンクの断面図である。
【図2】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の状態を示す。
【図3】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図4】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図5】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図6】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図7A】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7B】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7C】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7D】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7E】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図8】マイクロ波レベルゲージ装着組立体の断面図である。
【図9】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す断面図である。
【図10】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す拡大断面図である。
【図11】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【0082】
12…プロセスタンク、14…原料、16…マイクロ波レベルゲージ組立体、18…送信機ハウジング、20…アダプタボディ、22… フランジ、26…アンテナ、28…マイクロ波パルス、30…レベル、32…反射パルス、34…制御システム、36…リンク、60…主シールシール組立体、62…副次的シール組立体、84…主シールサブ組立体、92…伝導性ロッド、100…金属ロッド。
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンクのレベルセンサで使用される熱障壁を有するマイクロ波レベルゲージアダプタに関する。
【背景技術】
【0002】
レベルゲージは一般的にプロセス制御工業においてタンク内に収納された原料のレベルを測定するために使用される。ここで使用される、「タンク」という用語は、コンテナ、貯蔵所、容器や、気体、液体または固形物を保持するための他の装置を意味する。レーダーレベルゲージは、良性の材料から非常に腐食性または摩耗性のある混合物にまで及ぶプロセス原料であるタンク内のプロセス流体またはプロセス固形物のレベルを測定するためによく使用される。
【0003】
タンク内の原料レベルを測定するためのレベルゲージの一つのタイプはマイクロ波レベルゲージと呼ばれている。マイクロ波は高周波で短波長の電磁波である。マイクロ波はその短波長ゆえに直進性である。この特性のために、マイクロ波の反射によって目標物を検出するレーダーに応用されている。
【0004】
通常、マイクロ波つまりレーダーレベルゲージはタンク内に収納されている原料中に電磁パルスを送信し、その反射パルスを使ってプロセス原料のレベルを測定する。ここで使用されいる、「マイクロ波」という用語は高周波数の電磁波を意味する。「マイクロ波パルス」という用語はマイクロ波アンテナつまり導体上に伝送される短期間のマイクロ波信号を意味する。ここで使用されいる、「マイクロ波アンテナ」および「マイクロ波導体」という用語は、高周波数の電磁エネルギに結合される(または電磁エネルギを放出する)ように特に設計された導電性構造を意味する。一般的に、マイクロ波アンテナまたはマイクロ波導体はいずれも電磁エネルギを伝送しかつ受信することができる。
【0005】
誘導導波管組立体では、アンテナは一般的に送信機組立体からプロセス原料中に延びている。例えば、マイクロ波パルスはアンテナに沿って搬送され、このパルスは誘電率が異なる原料に突き当たったときに反射される。通常、パルスはタンク内のプロセス原料の表面の誘電率の変化に影響される。反射されたマイクロ波パルスを分析するために種々の手法を使用することができる(例えば、時間領域反射測定法(time domain reflectometry)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
タンク内のプロセス原料は腐食性であることが多く、しばしば圧力下で貯蔵されるので、センサと潜在的に活動的なタンク内の原料との間にはプロセスシールが置かれる。従来は、送信機ハウジングやセンサ電子機器をプロセス流体から隔離するために、オー(O)リングまたはテフロンシールが使われていた。プロセス流体から電子機器を隔離するのに加えて、これらのシールは、一般的にマイクロ波の反射をもたらさないように選択された材料で構成されていた。
【0007】
このようなシールは一般的にマイクロ波伝送の必要条件を満足しているとはいえ、特に高圧、高温用途にはうまく適合していない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
タンク内のプロセス流体のレベルを測定するためのマイクロ波レベルゲージが開示される。このゲージはタンクに対して開放されている下部分からタンク外の送信機台まで延びている中空アダプタボディを含んでいる。
【0009】
このゲージは、前記下部分から延びていてタンク内のアンテナに接続可能なコネクタロッドをさらに含んでいる。前記下部分内の主シールは、セラミックシールボディの外面にろう付けされ、かつ、前記コネクタロッドに溶接されている下部支持バンドを含んでいる。主シールは、シールボディの外面にろう付けされ、かつアダプタボディに密封接合されている上部支持バンドをさらに含んでいる。主シールはタンクからキャビティを密封する。アンテナから送信機にマイクロ波を接続できるように、追加的な導体が、コネクタロッドと送信機台との間を接続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1はタンクレベル監視システム10の図である。このシステム10はプロセス原料14で満たされた断面で示すプロセスタンク12を含んでいる。マイクロ波レベルゲージ組立体16がタンク12に装着されている。通常、プロセスタンク12はプロセス原料で満たされており、その高さつまりレベル30はマイクロ波レベルゲージ組立体16で測定される。
【0011】
マイクロ波レベルゲージ組立体16はねじ付きのカプラナット21によってアダプタボディ20に取り付けられた送信機ハウジング18を含んでいる。ねじ付きカプラナット21は送信機ハウジング18を点検のために都合良く取り外せるように分離ジョイントの一部分として機能する。ねじ付きナットカプラ21は、送信機ハウジング18へ電線導管を接続するのに都合のよいいかなる回転位置においても送信機ハウジング18をアダプタボディ20に組み付けることができるように、ユニオンジョイントの一部分としても機能する。アダプタボディ20はフランジ22を介してタンク12に結合される。この実施例では組立体16はタンク12の頂部であるタンク入口フランジ24でタンク12に装着される。フランジ22はボルト23でタンク入口フランジ24に固定され、適当なガスケット(図示しない)で密封される。
【0012】
また、組立体16は、タンク入口フランジ24に代えてタンク12の頂部に固定されることができる垂直なスタンドオフパイプ(図示しない)に装着することができる。スタンドオフパイプはフランジを付けるか、またはねじ付きアダプタボディのねじ付き端部と合致するようにねじを形成することができる。
【0013】
組立体16はさらにマイクロ波アンテナ26を含んでいる。通常、マイクロ波パルス28はアンテナ26(通常、タンク12のほぼ最深部に延びている)に沿って下方に向けて送信される。タンク12内の空気の誘電率はプロセス原料14の誘電率と異なっている。マイクロ波パルス28がプロセス原料14の表面30に到達した時、パルス28は、アンテナ26周囲の誘電率の不連続に遭遇し、マイクロ波エネルギの一部分を反射させて、反射されたマイクロ波パルス32を形成する。反射されたマイクロ波パルス32は送信機ハウジング18内の電子機器で受信されて、タンク12内の原料14のレベルを測定するために使用される。
【0014】
送信機ハウジング18はマイクロ波パルス28を送信して反射されたマイクロ波パルス32を受信するための、図2〜6に関して詳細に説明する電子回路を収納している。送信機ハウジング18は通信リンク36を介して制御システム34に送られる標準化信号中に感知されたマイクロ波パルス32を調合するように構成された回路を含んでもよい。標準化信号はタンク12内のプロセス原料14のレベル30を表している。送信機ハウジング18は、放射された信号(タンク12内の原料14のレベル30を表す信号を含む)を、光またはRF通信媒体からなることができる通信リンクを経由して制御システム34に送信し、かつ受信するように構成された回路をさらに含んでもよい。
【0015】
通信リンク36は有線、光ファイバ、または無線RFであることができる。通信リンク36が無線である場合、回路は無線信号を送信および受信するように構成された無線トランシーバを含んでもよい。制御システム34は通信リンク36に接続され、標準化信号を受信して典型的にはタンク12内の原料14のレベルを制御する。
【0016】
送信機ハウジング18内の電子機器は、プロセス原料14から離れており、熱的に、かつ静水的にプロセス原料14から隔離されている。電子機器が熱もしくは圧力、またはタンク12内に収納された腐食性気体にさらされた場合、レベル測定値は信頼性を無くするか、電子機器は腐食性気体にさらされることによって損傷を被る。
【0017】
図2〜6は図1のマイクロ波レベルゲージ組立体16の第1の実施例のいくつかの部分を示す。
【0018】
図2は、図1に示したアダプタボディ20、ねじ付きカプラナット21およびフランジ22の組立体48の拡大図を示す。アダプタボディ20は、連続する円周溶接部50、52によってフランジ22に溶接され、漏れ保証シールを提供している。アダプタボディ20はフランジ22内の溝56に係合する突出円周リップ54を含んでいる。タンク(図1)に圧力が掛かった場合、溝56を有するリップ54の係合部はアダプタボディ20上の軸方向の力をフランジ22に伝達してシールに対する圧力効果を増大させる。
【0019】
送信機ハウジング18(図1)の一部分であるハウジングアダプタ58は、ねじ付きカプラナット21によってアダプタボディ20に回転自在に取り付けられている。図2の組立体48を、図3に関して以下により詳細に説明する。
【0020】
図3は図2の断面線3−3に沿って切られた組立体48の内部構造の断面を示す。図示のように、組立体48は、図4に関連してより詳細に以下に説明するインピーダンス整合されたハーメチックシール組立体60と、図6に関連して以下により詳細に説明するインピーダンス整合されたシール組立体62とを含んでいる。
【0021】
シール組立体60はアダプタボディ20内に配置された主シールを提供する。主シール組立体60はアダプタボディ20の内部空洞64とタンク12(図1)内の気体66との間のハーメチックシールを提供する。シール組立体62はアダプタボディ20内に配置された副次的シールを提供する。副次的シール組立体62は内部空洞64と送信機ハウジング18内の内部空間68との間のハーメチックシールを提供する。図6に関して以下に詳細に説明するように、シール組立体60は、該主シール組立体60に漏れが生じたときにタンク12の外側の気体70に内部空洞64を開口するという特徴をさらに含んでいる。
【0022】
アダプタボディ20は上部アダプタボディ72と下部アダプタボディ74とからなる。上部アダプタボディ72はねじ付きカップリングによって下部アダプタボディ74に取り付けられ、図4に関して以下に詳細に説明するように確実な機械的接続を保証する。上部アダプタボディ72は連続する周囲溶接部76によって下部アダプタボディ74に封着され、ねじ付きカップリングによって機械的分離から保護されるシールを提供する。
【0023】
任意の保護シース78がアンテナ26(図1)を取り囲んでいる。アンテナ26の動きを低減させるために任意のアンテナ支持部材80をさらに設けることもできる。ばね荷重ピン82は、送信機ハウジング18から外部へ送信されたマイクロ波および内部へ受信したマイクロ波を接続するために中心同軸導体として供される。図4〜6の拡大図により組立体48の種々の特徴をより詳細に以下に説明する。
【0024】
図4は主シール組立体60を含む組立体48の一部分の拡大図である。
【0025】
主シール組立体60は主シールサブ組立体84を備える。主シールサブ組立体84は電気絶縁された環状セラミックシールボディ86、環状下部支持バンド88、および環状上部支持バンド90、並びに導電性ロッド92からなる。セラミックシールボディ86は、ハーメチックシール部を形成し、かつアンテナ26(図1)を吊している機械的負荷を伝達するため、上部および下部支持バンド88、90にろう付けされた外面94を有している。機械的負荷はセラミックシールボディ86の破損低減に資するように、主として外面94に沿って伝達される。
【0026】
完成した主シールサブ組立体84は下部アダプタボディ74内に配置され、それから、下部アダプタボディ74に対して主シールサブ組立体84をシールするために、下部アダプタボディ72と上部支持バンド90との間に連続環状溶接部96が設けられる。環状の応力解放溝98は、上部支持バンド90の主要部を歪ませる溶接部96からの加熱を防止する。付加的な応力解放溝99もまた溶接部96からの応力を解放する。応力解放溝98もまた溶接部96上の軸方向の力を低減する。
【0027】
ねじ付き導電性金属ロッド100はセラミックシールボディ86内のすきま孔を通過して、導電性ロッド92内の有底ねじ付き孔102内にねじ込まれる。一つまたはそれ以上の圧縮ワッシャ(皿座金:ベルビルワッシャ)104がセラミックシールボディ86の上に積み重ねられる。ナット106は金属ロッド100の上にねじ込まれて締め付けられ、圧縮ワッシャ104を部分的に圧縮する。圧縮された圧縮ワッシャ104によって提供される力は、温度変化による部品の拡張および収縮時に比較的一定であるセラミックシールボディ86に対して軸方向の圧縮を提供する。軸方向の圧縮力はアンテナ重量の懸架による軸方向のテンションを少なくとも部分的に解放し、セラミック内の正味の軸方向テンションを低減して破損を低減させる。金属ロッド100の頂部面108は副次的シール組立体62の一部分であるばね荷重ピン(スプリングピン:ポゴピン)110に接触するように成形される。金属ロッド100は、中央のマイクロ波導体に供されるとともに、セラミックシールボディ86を軸方向に圧縮する手段に供される。
【0028】
主シールサブ組立体84の密封性がその外側面に沿って完全なものとなるように主シールサブ組立体84を構成することにより、かつ応力をマイクロ波導体(金属ロッド)100から遠ざけることにより、マイクロ波導体100上にかかる応力およびその他の幾何学的構造の分析をすることなく、サブ組立体84のサイズは種々の寸法の用途に適合するように容易に調節できる。より具体的には、支持バンドは、セラミックシールボディ86上に半径方向の圧縮負荷を供給する金/ニッケルろうによってろう付けされたステンレス鋼であることができる。一般に、サブ組立体84は、新たな用途のために形状の分析や調節を要することなく、異なった用途のために寸法を大きくしたり小さくしたりすることができる。主シール構造の幾何的形状を変えることなく、寸法を調節することによって種々の取り付け構造に適応させることができる。
【0029】
セラミックシールボディ86は下部アダプタボディ74の中央凹所に設けられ、下部アダプタボディ74によって取り囲まれている。取り囲んでいる下部アダプタボディ74の熱容量は、セラミックシールボディ86の温度変化速度を制限して、緩やかな温度変化を提供する。したがって、セラミックシールボディ86の熱応力クラックの可能性が低減される。
【0030】
外部ねじを有する金属カプラ112は下部アダプタボディ74内にねじ込まれる。そして、盲孔114、116に、工具(例えば、図示しないピンスパナレンチ)が挿入され、金属カプラ112が、上部支持バンド90の内部縁118に着座するまで締め付けるために使用される。タンクの加圧によって主シールサブ組立体84上にかかる上方向への正味の力(net upward force)は縁118に伝達されて溶接部96をたわみから保護する。
【0031】
上部アダプタボディ72はねじ付き金属カプラ112上にねじ込まれ、下部アダプタボディ74上に着座するまで締め付けられる。締め付け後、下部アダプタボディ74に対して上部アダプタボディ72を密封するために、連続円形溶接接合部76が用いられる。溶接接合部76はシールを提供するが、アダプタボディ72、74上にかかる力は、ねじ付き金属カプラ112によって負担され、溶接部76上への応力は低減される。
【0032】
空気や窒素などの誘電ガスで満たされた空洞64は金属カプラ112内の中央孔を通過して下方に延びており、セラミックシールボディ86内の中央孔を通っている。この空洞は下部支持バンド88においてろう接合部によって密封されており、かつ、円形溶接部96、76によって密封されている。
【0033】
導電性ロッド92は導電性ロッド92から吊り下がっているアンテナ26(図1)を支持している。導電性ロッド92は図5によってより詳細に記載されている。導電性ロッド92および下部アダプタボディ74は、大きい直径の下部支持バンド88から小さい外径(図5)の導電性ロッド92への反射の移行が低くなるように対面する折曲円錐状(frustoconical)のテーパ部分118、120を有している。
【0034】
図5は組立体48の下端部の拡大図である。送信されたマイクロ波パルス用の送信線にインピーダンス不連続部を提供するため、符号126で示した部位において、下部アダプタボディ74の、小さい内径122は急に大きい内径124に移行する。この不連続部は導電性ロッド92の小さい直径と同心である。この不連続部はテストつまりマーカパルスを送信機に向けて反射させる。マーカパルスは、導電性ロッドが存在し、かつセラミックシールボディ86(図4)が割れていないという肯定的指示を提供する。アンテナ26はピンまたはその他の取り付け方法で導電性ロッド92に取り付けられる。シース78は内側にねじを有するナット128に溶接されるか、ねじ込まれる。ナット128は下部アダプタボディ74のねじ付き下端部にねじ込まれる。好ましい実施例では、ナット128が下部アダプタボディ74に対して回転するのを防止するため一つもしくはそれ以上の止めねじが使用される。
【0035】
図6は予備的な(圧力解放)シール組立体62を含む組立体48の上部分を示している。副次的シール61は送信機ハウジング18内の内部空間から空洞64を密封する。タンクの気体で空洞64が加圧されることによって主シール組立体に漏れが生じた場合、予備的シール組立体62はねじ付きカプラナット21を通じてタンクの気体を周囲の大気へ排出する。タンクの気体はねじ144を通じて、あるいはカプラナット21内の排出孔(図示しない)を通じて排出することができる。
【0036】
予備的なシール組立体62において、ばね荷重ピン110はオーリング140と共に全体に円筒形である栓134内に挿入されている。全体に円筒形である第2の栓132は、ばね負荷ピンに重ねられて組み付けられている。オーリング138は栓134の外面上の溝内に配置されている。栓132、134、オーリング138、140、およびピン110の組立体は、上部アダプタボディ72上の頂部開口内に挿入されている。オーリング138は軽く圧縮されるだけの寸法であるので、故障状態下では、(図7B〜7Cに関して以下に詳細に説明するように)加圧された気体を空洞64から排出する。
【0037】
全体に円筒形の栓136は、オーリング142と共に設けられ、ハウジングアダプタ58の、突き出した中央下部上に摺接している。栓136、オーリング142およびハウジングアダプタ58の組立体は上部アダプタボディ72の頂部開口内に挿入される。カプラナット21が上部アダプタボディ上のねじにねじ込まれて、栓136、134、132を押圧するように締め付けられる。
【0038】
ばね荷重ピン82、110、金属ロッド100、および導電性ロッド92(図4、5)は、送信機とアンテナとの間に延びている中央マイクロ波導体としての役目を果たす。上部および下部アダプタボディ72、74、上部支持バンド90、およびねじ付きアダプタ112は前記中央マイクロ波導体と同軸の外側マイクロ波導体としての役目を果たす。絶縁栓132、134、136、セラミックシールボディ86および空洞64は中央マイクロ波導体を外側マイクロ波導体から分離する環状の絶縁空間を提供する。マイクロ波導体の配置と環状の絶縁空間は送信機とアンテナとの間でのマイクロ波通信のための同軸導波管を形成する。導波管の構成部分の直径は導波管に沿った不連続部を全体に減少させるように設定されるが、単一の不連続部126がテスト目的で含まれている。
【0039】
好ましい実施例では、上部および下部アダプタボディは、耐腐食のため、二重のフェライト−オーステナイト合金からなる。好ましい実施例では、絶縁栓132、134、136はテフロンつまりPTFEからなる。好ましい実施例では、導電性ロッド92は耐腐食および高温特性のために316ステンレス鋼からなる。好ましい実施例では、シールボディ86は耐腐食性および引張り強度を提供するために焼結アルミナセラミックからなる。好ましい実施例では、シールボディ86と上部および下部のステンレス鋼支持バンド88、90との間のろう接合部は金/ニッケルろう接合金からなる。
【0040】
図1〜6に示した実施例の変形例は図7〜11に示したその他の実施例に関して以下に説明する。図7〜11で使用されている参照符号と、図1〜6で使用された参照符号とは同様または同等の特徴を意味する。
【0041】
図7Aは図1に示した実施例と同様のマイクロ波レベルゲージ組立体17の断面拡大を示す。組立体17は、ねじ付きカプラナット21によってアダプタボディ20に結合される送信機ハウジング18(断面および部分的に外形線で示す)を含んでいる。アダプタボディ20はフランジ22およびボルト23を介してタンク入口フランジ24に結合される。主シール組立体210はタンクの気体から密封圧力を隔離するためにタンク入口フランジ24に重ねて配置される。主シール組立体210はアダプタボディ20内の内部空洞212とタンク気体との間のハーメチックシールを提供する。送信機ハウジング18内の内部空洞213はさらに副次的シール216によって内部空洞212から密封される。送信機ハウジング18はタンク12内のプロセス原料、熱、圧力および気体から隔離される。主シール組立体210は図7Dに関してさらに詳細に記述する。
【0042】
いくつかの実施例では、アダプタボディ20はフランジ22内の対応する凹所に合致するように寸法が設定された突出リップ242を備えることができる。突出リップ242は溶接中にフランジ22に対してアダプタボディ20を一列に並べ易くし、また溶接接合部の圧力効果を改善する。
【0043】
アダプタボディ20は主シール組立体210からハウジングアダプタ214(ハウジング18の部分)まで延びる内部空洞212の外側壁25を規定する。内部空洞212はまたハウジングアダプタ214内の副次的シール216まで延びている。中央マイクロ波導体218は空洞213内の回路203から副次的シール216を通って空洞212内に延びている。コネクタ220は、主シール組立体210を通ってタンク内まで延びている主導体222にマイクロ波導体218を接続する。アダプタ214はアダプタボディ20の頂端部の所定位置で滑らかに接続されるので、コネクタ220は、ハウジングマイクロ波導体218と主導体222との間の電気的接続が動作領域をこえて連続するようにしている。この動作領域は摺動ピンおよびソケット構造、または、ポゴピン(pogo pin)接触として広く知られている可動、ばね負荷接触ピンによってコネクタ220内に収容されることができる。適当な機械的動作領域を有するその他の形式の取り付け機構を使用されることができる。一般的に、コネクタ220は、二つの導電要素を接続するため、取り付け機構がマイクロ波反射をもたらすインピーダンス不整合を生じさせる形状を有しない限り、かつコネクタ220がマイクロ波導体218と主導体222とを突き合す際に機械的構成部公差を十分に許容する機械的係合領域を有する限りいかなる形式の電気接続機構であってもよい。最後に、アンテナアダプタ224は主導体222をタンク内のマイクロ波アンテナ26に結合する。
【0044】
一般に、ハウジングアダプタ214は副次的シール216の膨張温度係数よりも高い膨張温度係数を有している。導体218は副次的シール216の膨張温度係数より低い膨張温度係数を有する。導体218の表面は、ガラスの副次的シール216を貫通する部分にはガラスとの密封性を改善するために溝を付けたり粗くしたりすることができる。組み立て工程の最中、副次的シール216はハウジングアダプタ214内の所定位置に形成される。好ましい実施例では、副次的シール216はシリカガラスから密封された電気的貫通接続を形成するのに使用されるガラス対金属形式のシールである。ガラスの組成は、該ガラスがハウジングアダプタ214より低い膨張係数を有するように調節され、したがって、成形後、冷却されると圧縮負荷の状態になる。したがって、高い圧縮負荷は導体218および副次的シール216をハウジングアダプタ214内の所定位置に固定する。
【0045】
副次的シール216はハウジングアダプタ214に対して密封する。ハウジングアダプタ214はアダプタボディ20と適合するように寸法が決定され、ねじ付きナット21を使ってアダプタボディ20に対して解放可能な状態で留められるように構成されている。ハウジングアダプタ214、ねじ付きカプラナット21およびアダプタボディ20の構成は図7Bに関して以下により詳細に説明される。
【0046】
図7Bはハウジングアダプタ214、ねじ付きカプラナット21およびアダプタボディ20が一緒になって互いに接触している領域(図7Aに円で示している)の拡大断面を示す。ねじ付きカプラナット21は押しつけながら捻られ、ハウジングアダプタ214の下面250がアダプタボディ20の上面に当接する。面250、252の当接は、オーリングのシール面254を、アダプタボディ20の溝付きオーリング取り付け面256から距離「X」の間隔だけあけるように正確に位置決めするための良好な止め部を提供する。溝260内のオーリング258は面254、256の間で軽く圧縮されて低圧シールを形成している。ねじ付きカプラナット21はまたアダプタボディ20に対してハウジングアダプタ214を解放可能な状態で留める留め手段を提供し、組立体17全体を取り外すことなく送信機のメンテナンスを行えるように、主シール組立体210と副次的シール216との間に機械的に分離された接合部を提供している。ハウジングアダプタ214およびアダプタボディ20は、特別な設置構成の要求を満すように異なる回転位置でハウジング18がアダプタボディ20上に取り付けられるようにほぼ円形または円筒形の面に沿って互いに整合している。
【0047】
図7Cに示すように、オーリング258(またはその代わりのガスケット)は、主シール組立体210の故障の際の告知機構(大気への排気)としてだけでなく低圧環境シールを提供する。主シール組立体210および副次的シール216は、図7Cに示されるような圧力シーリング領域270および272を有し、これらは、図7Cに示されるオーリングシール258の比較的低い圧力シーリング領域274と比べて比較的高い。このため、タンク12(図1)が高い圧力になって主シール組立体210が故障して漏れが生じた時、内部空洞212も加圧されることになり、タンク12内の圧力気体は図7Bに矢印276で示したようにオーリングシールを通り過ぎて外に漏れる。
【0048】
ハウジングアダプタ214およびアダプタボディ20は、加圧された気体が外へ漏れることができるように、半径方向に間隔をあけた一つまたはそれ以上の溝278、280を備えている。漏洩気体はねじ付きカプラナット21のねじの周りの間隔282を通って外へ漏れることができる。また、漏洩気体はねじ付きカプラナット21内の任意の半径方向孔284を通って排気できる。漏洩気体は可聴性の音または芳香性の臭いを発生し、主シール組立体の破損を予告する。タンク12からの気体の低減は、タンク圧力の低下を感知することによってタンク圧力感知装置(図示しない)によっても予告される。軽く圧縮されたオーリングシール258によってもたらされる圧力解放は、さもなければ副次的シールを破損させ、タンクからの気体が空洞213を通ってリード線36(図1)を保持する電気配線導管に流れるのを許容して制御システム34(図1)に被害を生じさせることがある内部空洞212内の圧力増大を防止する。
【0049】
主シール組立体210(図7A)の拡大図を図7Dに示す。主シール組立体210はタンク12(図1)内の気体と直接接触している。主シール組立体210は一般にセラミックシール236がその中にろう付けされるステンレス鋼のボディ234を含んでいる。ろう材料は一般的に華氏1740度付近の融点を有する金−ニッケル合金であるのが望ましい。ろう材料はろうペーストおよびろう予成形等周知のろう材料適用方法を使って使用することができる。
【0050】
主導体222は外側ジャケット223の中に配置される。熱膨張係数の大きい違いによって、固体の316ステンレス鋼導体をシール236等のシール内に直接接合するのは困難である。しかしながら、導体をシール236内に取り付けてハーメチックに密封する必要がある。ここで使用される「ハーメチック」という用語は、大気中の汚染物質(湿気、ほこり、その他等)またはプロセス汚染物質(プロセス流体、腐食性もしくは摩耗性のプロセス原料、その他等)の進入に対して密封する装置を意味する。例えば、一つの好ましい実施例では、シールは、1秒あたりヘリウム約1×10−7標準立方センチメートルと同じかそれ以下の漏れ速度を有する。好ましい別の実施例では、低圧または低腐食性プロセス原料での使用等では、漏れ速度は1秒あたりヘリウム1×10−7標準立方センチメートルより高くできるが、少なくとも従来のPTFEまたはグラファイトのプロセスシールよりも小さい。
【0051】
主シール組立体210を通っているマイクロ波貫通接続(主導体222および外側ジャケット223)は、いずれも能率的にマイクロ波信号を伝導し、高圧かつ高温の腐食性気体を安全にかつ高い信頼性をもって密封しなければならない。貫通接続は、シール236と貫通接続との改善された熱整合を提供するため、異なる膨張係数および異なる耐食特性を有する材料の多同心円層からなり、また、耐食性であってシール236の材料に対して良好にろう付けする外側層223を提供する。
【0052】
図7Dにおいて、主導体222は、薄壁型316ステンレス鋼管223内の低膨張合金(コバール「Kovar(登録商標)」または合金52)から成形される。したがって、主導体222および管223は耐食性または機械的強度を落とすことなく、シール236との改善された熱膨張整合を提供する複合貫通接続を形成する。複合導体222、223はセラミックシール236にろう付けされ、これによって、ハウジング18内の回路203(図7A)をタンク12(図1)内のプロセス原料から効果的に隔離するハーメチックシールを確立する。
【0053】
セラミックシール236をステンレス鋼ボディ234にろう付けすることによって、主シール組立体210は、上昇した温度および圧力のもとで耐食性を落とすことなく効果的に作用することができる。しかしながら、種々の材料間での熱膨張係数の違いは、溝238によって応力が解放されない場合、ろう付け部および溶接接合部で応力破壊を生じる。
【0054】
ろう付け工程または他の原因によって引き起こされる応力を吸収するために、応力隔離溝238がステンレス鋼ボディ234内に配置される。例えば、ろう付け工程の後、主シール組立体210が冷却されたとき、主シール組立体210(セラミックシール236とステンレス鋼ボディ234)の不均一な冷却によって引き起こされる応力を応力隔離溝238が吸収する。
【0055】
好ましい実施例では、セラミックシール236は、一般的に硬くて耐摩耗性セラミックである焼結アルミナセラミックで作られる。さらに、好ましい実施例では、副次的シール216はガラス対金属シール構成である。副次的シール216は2次プロセス障壁、環境障壁および炎通路内の炎拡大に対する障壁として機能する。副次的シール216は通常はプロセスと接触しないので、設計では、セラミック−金属シール設計も使用されるが、経済的なガラス対金属設計手法および材料を使用してもよい。
【0056】
主シール組立体210および副次的シール216は、マイクロ波信号の擬似反射が低減されるようにインピーダンスが整合されるのが好ましい。主シールおよび副次的シールがインピーダンス整合していないものである場合、インピーダンス不整合は、レベルゲージの精度に影響することがある反射伝送波を生じることがある。インピーダンス整合工程は、導体218、222を取り囲んでいる空気又はシール材料の誘電率を考慮に入れた同軸中央導体218、222の調節からなる。マイクロ波がアダプタボディ20を通過する時に、擬似反射するのを回避するために、比較的一定した特性ラインインピーダンスZ0が維持される。
【0057】
ある実施例では、マイクロ波アンテナ26を保護するために、保護シース240(図7A)または同軸管(別のアンテナ設計)を備えるのが望ましい。タンク内でのプロセス原料の動きがアンテナ26を破壊させるので、(特にアダプタ224の近くまたは主複合導体222に沿って)、特にマイクロ波アンテナ26は、10メートルまたはそれ以上の長さにでき、かつ細くすることができる。シース240はプロセス材料の動きによってアンテナが曲げモーメントを生ずるのを保護する。
【0058】
図7Eは図7Aに示されたシール216の代わりとして使用することができる副次的シール組立体281の実施例を示す。副次的シール組立体281は、その中で所定位置にガラスシール285が形成される金属管283を備える。ガラスシール285もまた中央マイクロ波導体287に対してシールされる。金属管283、ガラスシール285および中央マイクロ波導体287は分離した組立体として生産性良く製造される。金属管283はハウジングアダプタ289内に挿入されて円形溶接部291において溶接される。図7Eに示された構成は、ハウジングアダプタ289がガラス対金属シールの形成に適合しない金属で形成されることを許容している。金属管283はシール285によるガラス対金属シールの形成に適合する材料で形成されることができる。
【0059】
図8は主セラミックシール316の下部面315上にろう接合部が作られたマイクロ波レベルゲージ取り付け組立体300の拡大断面図である。図8で使用された参照番号であって、図7A、7B、7Dで使用されている参照番号と同じものは図7A、7B、7Dに関して説明したものと同じまたは同様の特徴を意味し、簡潔のために図8に関してさらに説明はしない。
【0060】
組立体300において、ろう接合部はハーメチックシールを完全なものとし、下部面315の外側でアンテナの重量又は機械的負荷を支えている。したがって、主導体222とセラミックシール316との間には、密封されているか、または負荷を受ける接合部を必要としない。主導体222には耐食性も必要としない。主導体222はセラミックシール316内の間隙孔327を通過する。他の点では、取り付け組立体300は図7A、7B、7D内に示した取り付け組立体と同様である。
【0061】
主シール組立体312はタンク内のプロセス流体から内部空洞212を隔離する。主シール組立体312はステンレス鋼ボディ234およびセラミックシール316を含んでいる。セラミックシール316は好ましくはろう接合部318によってステンレス鋼ボディ234に取り付けられる。溶接接合部320は好ましくはステンレス鋼ボディ234をアダプタボディ20に取り付ける。ろう付け工程で引き起こされる熱誘導応力を隔離するため、ステンレス鋼ボディ234内に応力隔離溝238が設けられるので、不均一な冷却および熱膨張係数の違いは、ろう接合部318及び/又は溶接接合部320を損なわない。
【0062】
主導体222は主シール316内に設けられた開口327を通って空洞212から延びている。隔離アダプタ328は開口327を覆い、かつ主導体222の周りに位置している。隔離アダプタ328は、主シール316および隔離アダプタ328の両方にろう付けされている支持バンド332によって主シール316に取り付けられている。支持バンドは好ましくはステンレス鋼からなる。アンテナ26は絶縁アダプタ328に接続されてタンク内のプロセス原料まで延びている。
【0063】
一般に、隔離アダプタ328および支持バンド332は主導体324に対してハーメチックシールを維持する。また、隔離アダプタ328および支持バンド332は、アンテナ330からの曲げモーメントおよびその他の応力を導体322から遠くへ向けさせるのに役立つ。特に、隔離アダプタ328および支持バンド332は主シール316とともにハーメチックシールを形成し、外側面上のいかなる負荷をも導体324から遠くへ伝える。
【0064】
一般に、隔離アダプタ328は耐食性および耐熱性材料で形成される。一つの実施例では、隔離アダプタ328は316Lステンレス鋼で形成される。また、別の実施例では、隔離アダプタ328は、インディアナ州ココモのヘインズインタナショナルインコーポレーティドに登録されているハステロイ(登録商標)合金を使って形成される。隔離アダプタ328はタンク内のプロセス原料から主導体222および空洞212を機械的にかつ静水的に隔離するように機能する一方、さらに導電通路を提供している。支持バンド332は、隔離アダプタ328にろう付けされた大きい環状面領域とシール316にろう付けされた大きな平坦面領域とで、強力で永続性のある取り付け部を提供する。結果としての構造は高温および高圧において耐食性を損なわずに効果的に作動させることができる。
【0065】
図9は、主シール設計の実施例の拡大図を示す。レベルゲージ組立体400はステンレス鋼ボディ402(図8のステンレス鋼ボディ234に相当)および円筒形金属ボディ404を含んでいる。円筒形金属ボディ404およびステンレス鋼ボディ402は溶接接合部406で取り付けられる。円筒形金属ボディ404は円筒形金属ボディ404を通って延長される導電性ロッド410を受け入れることができるように寸法設定された空気間隙408を規定している。
【0066】
タンク内では、セラミックシール412が空気間隙408をまたいで導電性ロッド410を囲んで延びている。セラミックシール412はセラミックシール412の外側周囲にろう付けされた上部支持バンド416によって円筒形金属ボディ404に取り付けられ、ろう付けまたは溶接によって円筒形金属ボディ404に取り付けて上部支持バンド416でシールを完全にしている。また、セラミックシール412は、セラミックシール412と導電性ロッド414の外側周囲にろう付けされた下部支持バンド418によってシールを形成するために導電性ロッド414にシールされている。好ましい実施例では、同軸管420(つまり保護シース)が、導電性ロッド414を保護するために支持バンド422を介して円筒形金属ボディ404に取り付けられる。同軸管420は好ましくは支持バンド422に溶接されている。
【0067】
一つの実施例では、導電性ロッド414は流体が満たされたタンク内へ延びる12メートルの長さのアンテナに導電性ロッド414を接続する。流動動作はアンテナに伝達されて導電性ロッド414の上に剪断応力および曲げモーメントを負わせる。同軸管420はアンテナの周りの流動動作を低減させるために保護層を提供し、導電性ロッド414上の曲げモーメントを低減させる。より重要なのは、セラミックシール412、導電性ロッド414、並びに支持バンド416および418がこれら外部応力から導電性ロッド410を隔離することである。プロセス原料から空気間隙をシールするのに加えて、支持バンド416、418はセラミックシール412の外側表面に沿って応力を円筒形金属ボディ404に伝達する。したがって、応力および曲げモーメントはセラミックシール412の外側に向けられ、導電性ロッド410から遠ざけられる。
【0068】
図9に示した実施例では、セラミックシール412は、上部支持バンド416と円筒形金属ボディ404との間の溶接接合部によってだけでなく、上部支持バンド416とセラミックシール412との間のろう接合部により、導電性ロッド410を覆ってシールしている。導電性ロッド414は、下部支持バンド418と導電性ロッド414との間の溶接接合部によってだけでなく、下部支持バンド418とセラミックシール412との間のろう接合部によって導電性ロッド410の先端を覆ってシールしている。支持バンド416、418上のろう接合部および溶接接合部はセラミックシール412および導電性ロッド414と一緒に、ハーメチックシールを効果的に維持し、導電性ロッド410および関連の電子機器のためのプロセス隔離を提供する。
【0069】
一般に、ろう付け材料は耐食性であって金属およびセラミックに接合できるいかなる材料であってもよい。好ましい実施例では、ろう付けされた上部および下部支持バンド416および418がステンレス鋼で形成され、金−ニッケルろう合金(82%/18%)でろう付けされる。
【0070】
また、円筒形金属ボディ404は、ステンレス鋼、316Lステンレス鋼、ハステロイ(登録商標)、複合(フェライト−オーステナイト合金)材料または同様の特性を有するその他のいかなる材料を含む耐食かつ耐熱タイプのいかなる材料から形成されていてもよい。
【0071】
図10は本発明の実施例に従った主シール組立体の拡大図を示す。組立体500は、ろう接合部506で結合される主シール502およびステンレス鋼ボディ504を含んでいる。一方、ステンレス鋼ボディ504は溶接接合部510によってフランジ508に結合される。
【0072】
導体512は主シール502内に配置された空気間隙514を通って延びている。アンテナコネクタ516は空気間隙514とのシールを断って導体512と接触する。アンテナコネクタ516は主シール502の湿気を帯びた面内に配置された凹所520内に部分的に位置し、該凹所520内のろう付け接合部518を介して主シール502に接続されている。ここで使用されているように、「湿気を帯びた」または「湿気を帯びた面」という用語はプロセス原料にさらされた面を意味する。導体512はアンテナコネクタ516に電気的に接続され、マイクロ波信号用の信号通路を維持する。アンテナ(図示しない)はアンテナコネクタ516に接続でき、タンク内のプロセス原料中に延長できる。
【0073】
ろう接合部518は主シール502に対してアンテナアダプタ516を接続して密封し、プロセス原料から導体512を隔離するハーメチックシールを完全なものにする。また、ろう接合部518は、曲げモーメントおよび剪断応力を導体512から離してシール502および関連する構造に伝達するのを補助し、割れを起こさせることなく応力をよりよく放散するように構成されている。
【0074】
図11は本発明のその他の実施例の拡大図を示す。図示のように、組立体600はろう接合部606によってステンレス鋼ボディ604に結合された主セラミックシール602を含んでいる。ステンレス鋼ボディ604はまた溶接接合部610を介してフランジ608に結合される。導体612は主シール602を通って空気間隙613内に延び、さらにアンテナアダプタ614内に延びている。アンテナアダプタ614は主シール602の湿気を帯びた面内に形成された凹所616内に部分的に位置している。
【0075】
アンテナアダプタ614は、所定位置に保持され、アンテナアダプタ614の周囲全体の周りに延びて主シール602とアンテナアダプタ614の双方にろう付けされている支持バンド620によって主シール602に取り付けられる。ろう付けされた支持バンド620は主シール602の端部、およびアンテナアダプタ614の周囲端部にろう付けされ、これによって、導体612をプロセス流体から密封する。
【0076】
この実施例では、ろう付けされた環状の支持バンド620はハーメチックシールを完全なものにしてアンテナアダプタ614を取り付ける。また、ろう付けされた支持バンド620はアンテナアダプタ614の基部に対する構造的支持部を提供し、本質的に曲げおよび剪断モーメントを導体612から遠ざける。一般的に、ろう付けされた支持バンド620は、アンテナアダプタ614に適合するように形成されることができる耐食性および耐熱性のいかなる材料でも形成できる。好ましい実施例では、ろう付けされた支持バンド620はステンレス鋼で形成され、82%/18%の組成を有する金/ニッケルろう材でろう付けされる。
【0077】
一般に、本発明は、タンクへの取り付け用のフランジ内に溶接されたステンレス鋼ボディ内にろう付けされたセラミックシールに関して記述した。好ましい実施例では、組立体のステンレス鋼要素間の溶接接合部を形成するために使用される溶接材料は、複合(フェライト/オーステナイト)2205ステンレス鋼、316Lステンレス鋼、またはハステロイ溶接材料である。同様の耐食および耐熱特性を有する材料等の、その他の材料も使用できる。
【0078】
本発明の主シールおよび副次的シールはハーメチックシールとインピーダンス整合されているのが好ましい。ろう付けバンドをセラミック主シールにろう付けし、ろう付けバンドをステンレス鋼ボディ内に溶接することにより、組立体は2000psiおよび華氏750度より高い圧力および温度で腐食性気体を効果的に密封することができる。
【0079】
一般的に、主シールは電子機器およびアダプタチャンバをプロセス原料およびタンク内の原料の熱と圧力から隔離する。副次的シールは主シールとインピーダンス整合されていて、福次的プロセス障壁、炎通路障壁、および環境障壁を提供する。副次的シールは従来のガラス−金属設計、エポキシ等のポッティング材料またはセラミック対金属シール設計(主シールと共に使用されるもの等)で形成できる。
【0080】
本発明は好ましい実施例を参照して説明したが、当業者は本発明の精神および範囲から離れることなく形状や詳細を変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0081】
【図1】マイクロ波レベルゲージが設置された第1の実施例におけるタンクの断面図である。
【図2】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の状態を示す。
【図3】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図4】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図5】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図6】マイクロ波レベルゲージの第1の実施例の一部分の他の状態を示す。
【図7A】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7B】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7C】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7D】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図7E】マイクロ波レベルゲージの第2の実施例の詳細を示す。
【図8】マイクロ波レベルゲージ装着組立体の断面図である。
【図9】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す断面図である。
【図10】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す拡大断面図である。
【図11】主シールおよびアンテナアタッチメントの実施例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【0082】
12…プロセスタンク、14…原料、16…マイクロ波レベルゲージ組立体、18…送信機ハウジング、20…アダプタボディ、22… フランジ、26…アンテナ、28…マイクロ波パルス、30…レベル、32…反射パルス、34…制御システム、36…リンク、60…主シールシール組立体、62…副次的シール組立体、84…主シールサブ組立体、92…伝導性ロッド、100…金属ロッド。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンク内のプロセス流体レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンクに向かって開口している下部部分からタンクの外側の送信機台まで延びている中空のアダプタボディと、
前記下部部分から延びており、かつタンク内のアンテナに接続可能なコネクタロッドと、
セラミックシールボディの外側面にろう付けされた下部支持バンド、および前記セラミックシールボディの外側面のろう付けされ、タンクから空洞がシールされるようにアダプタボディにシール状態で接合された上部支持バンドを含んでいる主シールと、
マイクロ波がアンテナから送信機へ接続可能となるように前記コネクタロッドおよび送信機台間に結合された導体とからなり、
前記コネクタロッドが、前記下部支持バンドから吊り下げられており、コネクタロッドの吊り下げ部からの応力がセラミックシールボディに向けられて前記導体から遠ざけられているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項2】
前記導体が、
前記コネクタロッドに留められ、前記セラミックボディ内の中央通路を通って上方のねじ端部まで延長されているねじ付きロッドと、
前記上方のねじ端部に取り付けられて前記セラミックシールボディに対して軸方向の圧縮力をかけている圧縮ワッシャとからなる請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項3】
前記空洞と送信機台との間にさらに副次的シールを備え、該副次的シールが、前記空洞とタンク外側の大気との間に通気シールを含んでおり、該通気シールが、故障状態下で前記空洞を大気へ通気する請求項2記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項4】
前記導体が、
前記ねじ付きロッドに接触し、前記副次的シールを通って延びているばね荷重されたピンを備えている請求項3記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項5】
前記上部および下部支持バンドと前記セラミックシールボディとの間のろう接合部が、前記セラミックシールボディに対して半径方向の圧縮を与えるように収縮適合されている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項6】
前記アダプタボディが、
ねじ付き上端部および該ねじ付き上端部から間隔をおいた上部溶接面を有する下部アダプタボディと、
ねじ付き下端部および該ねじ付き下端部から間隔をおいた下部溶接面を有する上部アダプタボディとからなり、
マイクロ波レベルゲージが、
前記上部および下部アダプタボディが機械的に接合されるように、前記ねじ付き上端部および下端部にねじ込まれる金属カプラと、
前記上部および下部溶接ボディが互いにシールされるように、前記上部および下部溶接面の間に配された溶接部とを備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項7】
前記下部アダプタボディが、大きい内径部から小さい内径部への移行部を備えており、該移行部がマイクロ波を部分的に反射してテストパルスを生じさせる請求項6記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項8】
送信機が前記送信機台に対して任意の回転位置で取り付けられるように前記送信機台上にねじ込まれるねじ付きカプラナットをさらに備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項9】
前記アンテナの周りに設けられた保護シースをさらに備え、該保護シースが前記下部分に取り付けられている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項10】
前記下部分に取り付けられ、タンク開口に対してシール可能なフランジ面を有するフランジ(22)をさらに備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項11】
タンク内のプロセス原料レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンク内の開口に結合されたハウジングと、
前記ハウジング内であって、プロセス原料からハウジングを隔離するためにタンク内の開口に近接して配置されるセラミックシールと、
前記ハウジングから、前記セラミックシールを通って延びているマイクロ波導体と、
マイクロ波導体を越えて延長され、前記セラミックシールに対してシールされている隔離アダプタとを備えているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項12】
前記隔離アダプタがろう付けによって前記セラミックシールに対してシールされている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項13】
前記ろう付けシールは前記セラミックシールと前記隔離アダプタとの間でカップリング接合部の全周囲に延びている請求項12記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項14】
タンクの外側に配置され、反射されたマイクロ波信号を検出するように構成された回路をさらに備えている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項15】
前記ハウジング内に配置された副次的シールをさらに備え、前記マイクロ波導体が該副次的シールを通り、該副次的シールは前記セラミックとインピーダンスがほぼ一致している請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項16】
前記副次的シールがガラスで形成されている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項17】
前記ろう付けシールは外力を前記マイクロ波導体から遠ざけるように移行させるろう付けバンドを備える請求項12記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項18】
前記隔離アダプタに結合され、タンク内のプロセス原料内に延長されているマイクロ波アンテナをさらに備えている請求項11記載記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項19】
タンク内のプロセス原料レベル測定用マイクロ波レベルゲージ組立体において、該マイクロ波レベルゲージ組立体が、
プロセス原料から送信機回路を隔離するためにタンクの開口を覆って固定され、ハーメチックシールであって、該ハーメチックシールが、
マイクロ波導体を受け入れるように寸法設定された開口を有するセラミックシールボディと、
前記開口を覆って配置され、カップリング接合部でセラミックシールボディに結合された隔離要素と、
前記セラミックシールボディに対して前記隔離要素を固定的にシールするため前記カップリング接合部を覆って配置されたろう付けシールとからなり、
マイクロ波導体が、前記開口部を通って延長され、一端が前記送信機回路に接続されているマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項20】
前記ろう付けシールが金/ニッケル合金からなる請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項21】
前記隔離要素が、
上部ろう付けシールを介して前記セラミックシールボディに結合された隔離ボディと、
下部ろう付けシールによって前記隔離ボディに結合されたアンテナアダプタとからなる請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項22】
前記ろう付けシールが、前記カップリング接合部の全周囲に延長されている請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項23】
前記タンクの開口部に近接してタンクに結合されたハウジングをさらに備え、該ハウジングが前記ハーメチックシールによってプロセス原料から隔離されたチャンバを規定している請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項24】
前記タンクに結合されたハウジングアダプタと、
前記ハウジングアダプタに対してカプラナットによって取り外し可能に結合された送信機ハウジングとを備えている請求項23記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項25】
前記アダプタボディと送信機ハウジングとの間に配置された副次的シールをさらに備えている請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項26】
前記副次的シールおよび前記ハーメチックシールがインピーダンス整合されている請求項25記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項27】
前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間に配置されたガスケットをさらに備え、該ガスケットが前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間の接合部をシールするためのものである請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項28】
前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間に配置されたオーリングシールをさらに備えている請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項29】
前記ろう付けシールが前記隔離アダプタの湿気を帯びた面およびシールボディに沿い前記マイクロ波導体から遠ざかる方向の外力を生成する請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項30】
タンク内のプロセス流体レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンク内に配置されて該タンク開口をシールするように構成されたセラミックシールと、
前記セラミックシールを通って前記タンク内に延び、ろう接合部で前記セラミックシールにシールされているマイクロ波導体とを備え、
前記マイクロ波導体が、ろう接合部から吊り下げられていて、該マイクロ波導体の吊り下げ部からの応力が前記セラミック上に指向されているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項31】
前記マイクロ波導体が、
耐腐食性材料から形成された薄壁管と、
前記薄壁管内に配置され、温度に関して低膨張係数を有する材料から形成された導電性合金とを備えているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項32】
前記導電性合金がコバール(登録商標)または合金52からなる請求項31記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項33】
前記タンクに結合され、外力からマイクロ波導体を保護するために、タンク内で前記マイクロ波導体の周りに配置される同軸管をさらに備えている請求項30記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項34】
前記同軸管の内面に結合され、該同軸管内でマイクロ波導体を中央に位置させるように構成された支持構造をさらに備えている請求項33記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項35】
タンク内のプロセス流体測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンクの外側のプロセス回路に電気的に接続され、タンクの一部に配置されたタンク開口を通って延びているマイクロ波導体と、
タンク開口内に配置され、タンク内のプロセス原料からマイクロ波導体を隔離するために、マイクロ波導体を越えて延びている、シールとからなるマイクロ波レベルゲージ。
【請求項36】
前記シールが、
タンク開口内に配置され、マイクロ波導体を受け入れるように寸法が設定された導体開口を規定するセラミックシールボディと、
前記導体開口を覆って配置され、前記セラミックシールボディに対してシールされ、前記マイクロ波導体に電気的に接続されている隔離アダプタとを備えている請求項35記載のマイクロ波レベルゲージとを備えている請求項35記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項37】
前記隔離アダプタが、
前記セラミックシールボディにシールされたアダプタボディと、
前記アダプタボディに対してシールされ、前記マイクロ波導体に結合されたアンテナアダプタとを備えている請求項36記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項38】
前記隔離アダプタとセラミックシールとの間の接合部に近接している隔離アダプタの部分を囲んで配置され、セラミックシールに対して隔離アダプタをシールするためにろう付けされた耐腐食性バンドをさらに備えている請求項36記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項39】
前記セラミックシールがマイクロ波導体を外力から隔離している請求項35記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項1】
タンク内のプロセス流体レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンクに向かって開口している下部部分からタンクの外側の送信機台まで延びている中空のアダプタボディと、
前記下部部分から延びており、かつタンク内のアンテナに接続可能なコネクタロッドと、
セラミックシールボディの外側面にろう付けされた下部支持バンド、および前記セラミックシールボディの外側面のろう付けされ、タンクから空洞がシールされるようにアダプタボディにシール状態で接合された上部支持バンドを含んでいる主シールと、
マイクロ波がアンテナから送信機へ接続可能となるように前記コネクタロッドおよび送信機台間に結合された導体とからなり、
前記コネクタロッドが、前記下部支持バンドから吊り下げられており、コネクタロッドの吊り下げ部からの応力がセラミックシールボディに向けられて前記導体から遠ざけられているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項2】
前記導体が、
前記コネクタロッドに留められ、前記セラミックボディ内の中央通路を通って上方のねじ端部まで延長されているねじ付きロッドと、
前記上方のねじ端部に取り付けられて前記セラミックシールボディに対して軸方向の圧縮力をかけている圧縮ワッシャとからなる請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項3】
前記空洞と送信機台との間にさらに副次的シールを備え、該副次的シールが、前記空洞とタンク外側の大気との間に通気シールを含んでおり、該通気シールが、故障状態下で前記空洞を大気へ通気する請求項2記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項4】
前記導体が、
前記ねじ付きロッドに接触し、前記副次的シールを通って延びているばね荷重されたピンを備えている請求項3記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項5】
前記上部および下部支持バンドと前記セラミックシールボディとの間のろう接合部が、前記セラミックシールボディに対して半径方向の圧縮を与えるように収縮適合されている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項6】
前記アダプタボディが、
ねじ付き上端部および該ねじ付き上端部から間隔をおいた上部溶接面を有する下部アダプタボディと、
ねじ付き下端部および該ねじ付き下端部から間隔をおいた下部溶接面を有する上部アダプタボディとからなり、
マイクロ波レベルゲージが、
前記上部および下部アダプタボディが機械的に接合されるように、前記ねじ付き上端部および下端部にねじ込まれる金属カプラと、
前記上部および下部溶接ボディが互いにシールされるように、前記上部および下部溶接面の間に配された溶接部とを備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項7】
前記下部アダプタボディが、大きい内径部から小さい内径部への移行部を備えており、該移行部がマイクロ波を部分的に反射してテストパルスを生じさせる請求項6記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項8】
送信機が前記送信機台に対して任意の回転位置で取り付けられるように前記送信機台上にねじ込まれるねじ付きカプラナットをさらに備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項9】
前記アンテナの周りに設けられた保護シースをさらに備え、該保護シースが前記下部分に取り付けられている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項10】
前記下部分に取り付けられ、タンク開口に対してシール可能なフランジ面を有するフランジ(22)をさらに備えている請求項1記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項11】
タンク内のプロセス原料レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンク内の開口に結合されたハウジングと、
前記ハウジング内であって、プロセス原料からハウジングを隔離するためにタンク内の開口に近接して配置されるセラミックシールと、
前記ハウジングから、前記セラミックシールを通って延びているマイクロ波導体と、
マイクロ波導体を越えて延長され、前記セラミックシールに対してシールされている隔離アダプタとを備えているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項12】
前記隔離アダプタがろう付けによって前記セラミックシールに対してシールされている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項13】
前記ろう付けシールは前記セラミックシールと前記隔離アダプタとの間でカップリング接合部の全周囲に延びている請求項12記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項14】
タンクの外側に配置され、反射されたマイクロ波信号を検出するように構成された回路をさらに備えている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項15】
前記ハウジング内に配置された副次的シールをさらに備え、前記マイクロ波導体が該副次的シールを通り、該副次的シールは前記セラミックとインピーダンスがほぼ一致している請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項16】
前記副次的シールがガラスで形成されている請求項11記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項17】
前記ろう付けシールは外力を前記マイクロ波導体から遠ざけるように移行させるろう付けバンドを備える請求項12記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項18】
前記隔離アダプタに結合され、タンク内のプロセス原料内に延長されているマイクロ波アンテナをさらに備えている請求項11記載記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項19】
タンク内のプロセス原料レベル測定用マイクロ波レベルゲージ組立体において、該マイクロ波レベルゲージ組立体が、
プロセス原料から送信機回路を隔離するためにタンクの開口を覆って固定され、ハーメチックシールであって、該ハーメチックシールが、
マイクロ波導体を受け入れるように寸法設定された開口を有するセラミックシールボディと、
前記開口を覆って配置され、カップリング接合部でセラミックシールボディに結合された隔離要素と、
前記セラミックシールボディに対して前記隔離要素を固定的にシールするため前記カップリング接合部を覆って配置されたろう付けシールとからなり、
マイクロ波導体が、前記開口部を通って延長され、一端が前記送信機回路に接続されているマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項20】
前記ろう付けシールが金/ニッケル合金からなる請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項21】
前記隔離要素が、
上部ろう付けシールを介して前記セラミックシールボディに結合された隔離ボディと、
下部ろう付けシールによって前記隔離ボディに結合されたアンテナアダプタとからなる請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項22】
前記ろう付けシールが、前記カップリング接合部の全周囲に延長されている請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項23】
前記タンクの開口部に近接してタンクに結合されたハウジングをさらに備え、該ハウジングが前記ハーメチックシールによってプロセス原料から隔離されたチャンバを規定している請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項24】
前記タンクに結合されたハウジングアダプタと、
前記ハウジングアダプタに対してカプラナットによって取り外し可能に結合された送信機ハウジングとを備えている請求項23記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項25】
前記アダプタボディと送信機ハウジングとの間に配置された副次的シールをさらに備えている請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項26】
前記副次的シールおよび前記ハーメチックシールがインピーダンス整合されている請求項25記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項27】
前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間に配置されたガスケットをさらに備え、該ガスケットが前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間の接合部をシールするためのものである請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項28】
前記アダプタボディと前記送信機ハウジングとの間に配置されたオーリングシールをさらに備えている請求項24記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項29】
前記ろう付けシールが前記隔離アダプタの湿気を帯びた面およびシールボディに沿い前記マイクロ波導体から遠ざかる方向の外力を生成する請求項19記載のマイクロ波レベルゲージ組立体。
【請求項30】
タンク内のプロセス流体レベル測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンク内に配置されて該タンク開口をシールするように構成されたセラミックシールと、
前記セラミックシールを通って前記タンク内に延び、ろう接合部で前記セラミックシールにシールされているマイクロ波導体とを備え、
前記マイクロ波導体が、ろう接合部から吊り下げられていて、該マイクロ波導体の吊り下げ部からの応力が前記セラミック上に指向されているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項31】
前記マイクロ波導体が、
耐腐食性材料から形成された薄壁管と、
前記薄壁管内に配置され、温度に関して低膨張係数を有する材料から形成された導電性合金とを備えているマイクロ波レベルゲージ。
【請求項32】
前記導電性合金がコバール(登録商標)または合金52からなる請求項31記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項33】
前記タンクに結合され、外力からマイクロ波導体を保護するために、タンク内で前記マイクロ波導体の周りに配置される同軸管をさらに備えている請求項30記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項34】
前記同軸管の内面に結合され、該同軸管内でマイクロ波導体を中央に位置させるように構成された支持構造をさらに備えている請求項33記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項35】
タンク内のプロセス流体測定用マイクロ波レベルゲージにおいて、
タンクの外側のプロセス回路に電気的に接続され、タンクの一部に配置されたタンク開口を通って延びているマイクロ波導体と、
タンク開口内に配置され、タンク内のプロセス原料からマイクロ波導体を隔離するために、マイクロ波導体を越えて延びている、シールとからなるマイクロ波レベルゲージ。
【請求項36】
前記シールが、
タンク開口内に配置され、マイクロ波導体を受け入れるように寸法が設定された導体開口を規定するセラミックシールボディと、
前記導体開口を覆って配置され、前記セラミックシールボディに対してシールされ、前記マイクロ波導体に電気的に接続されている隔離アダプタとを備えている請求項35記載のマイクロ波レベルゲージとを備えている請求項35記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項37】
前記隔離アダプタが、
前記セラミックシールボディにシールされたアダプタボディと、
前記アダプタボディに対してシールされ、前記マイクロ波導体に結合されたアンテナアダプタとを備えている請求項36記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項38】
前記隔離アダプタとセラミックシールとの間の接合部に近接している隔離アダプタの部分を囲んで配置され、セラミックシールに対して隔離アダプタをシールするためにろう付けされた耐腐食性バンドをさらに備えている請求項36記載のマイクロ波レベルゲージ。
【請求項39】
前記セラミックシールがマイクロ波導体を外力から隔離している請求項35記載のマイクロ波レベルゲージ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2008−536122(P2008−536122A)
【公表日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−505375(P2008−505375)
【出願日】平成18年3月29日(2006.3.29)
【国際出願番号】PCT/US2006/011585
【国際公開番号】WO2006/110329
【国際公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(597115727)ローズマウント インコーポレイテッド (240)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年3月29日(2006.3.29)
【国際出願番号】PCT/US2006/011585
【国際公開番号】WO2006/110329
【国際公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(597115727)ローズマウント インコーポレイテッド (240)
【Fターム(参考)】
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