摘 要：浮筒液位計作為一種液位測量儀表，在油氣的生產(chǎn)過程中得到了極其廣泛的應(yīng)用。浮筒液位計主要應(yīng)用于敞口或者壓力容器的液位測量和界面測量。本文通過對于油氣生產(chǎn)中廣泛使用的浮筒液位計的相關(guān)原理和開發(fā)目的進行的詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：浮筒液位計；校驗儀器；設(shè)計與開發(fā)

中圖分類號：TP216

浮筒液位計將浮筒作為檢測元件，是一種主要用于測量液位和液界面的儀器裝置。在生產(chǎn)過程中，浮筒液位計具有很多優(yōu)點，是一種相對比較理想的綜合性的裝置。它的穩(wěn)定性很高，測量準(zhǔn)確度也相對較高，同時更具有調(diào)試方便、測量范圍廣泛、耐高溫、耐高壓等等優(yōu)點。在工業(yè)工廠生產(chǎn)敞口或者帶壓容器內(nèi)的介質(zhì)液位和液界位的連續(xù)測量和廣成控制中，尤其在石油、化工、電力、電磁力、制藥生產(chǎn)、冶金工業(yè)工程、造紙工業(yè)、水污染處理工業(yè)等等方面有著很重要的應(yīng)用。本文從大體上提出了兩種浮筒液位計校驗儀的設(shè)計思路與開發(fā)方法。并針對這兩種方法各自的優(yōu)缺點進行了相對詳細(xì)的比較，并在實際的生產(chǎn)生活中得到了極其廣泛的應(yīng)用。

1 浮筒液位計校驗儀的總體設(shè)計

1.1 浮筒液位計校驗儀的基本設(shè)計內(nèi)容。新式浮筒液位計校驗儀由三個主要部分組成，分別為模擬輸入部分、數(shù)字部分、以及開關(guān)輸入輸出部分。三個組成部分相互隔離、互不干擾，屏蔽地可直接接于現(xiàn)場。在此三部分一下又分為六個小部分，分別為浮筒式液位計、力傳感元件、力發(fā)生裝置、步進電機、驅(qū)動器、以及校驗儀。在校驗時，將校驗儀的力發(fā)生裝置所對應(yīng)的專用鏈接器連接到液位計的浮筒吊桿上，通過手操器輸入液位計的零點量程和滿量程的時候浮筒的自重和它所受到浮力的差值和校驗的點數(shù)，這時，由于浮筒液位計校驗儀具有自動化計算的功能，校驗儀可以自動的、并且準(zhǔn)確的計算出各個校驗點所需要產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的拉力的數(shù)值。通過校驗儀可以產(chǎn)生一個0～5V的驅(qū)動脈沖傳到驅(qū)動器中，從而對步進電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的所需要的標(biāo)準(zhǔn)拉力進行控制，在這個系統(tǒng)中，力傳感元件的作用是對于拉力值進行準(zhǔn)確的檢測，并且輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的信號作為反饋量，在大體上形成了一個閉環(huán)控制儀器。

1.2 浮筒液位計校驗儀設(shè)計的測量電路。測量電路主要采用的是CD 4052 等等芯片，從而達到實現(xiàn)模擬信號的數(shù)據(jù)采集、處理、放大、以及模擬信號與數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換等等功能。這個系統(tǒng)一共有四路模擬量的輸入，可以對四個范圍的模擬量信號分別進行處理。

每一個通道采用的都是差動設(shè)計，從而抑制共模干擾，緊接著進行電容濾波。與此同時，每個通道的輸入電阻盡可能采用最大的電阻，原因是因為電阻的大小直接的影響著儀器的測量準(zhǔn)確性，電阻越大，電流越小，電流的最大值大多在10微安左右，在此方式下，對于每一個輸入信號來說，通道基本上都可以看作是虛斷的。用此設(shè)計方法對測量電路進行設(shè)計，可以在最大程度上對信號的失真情況進行改善和抑制。

1.3 浮筒液位計校驗儀設(shè)計中的信號放大電路。信號放大電路在浮筒液位計校驗儀的設(shè)計當(dāng)中是不可或缺的組成部分，對于浮筒液位計校驗儀的基本功能也起著至關(guān)重要的作用。在信號調(diào)理電路部分中，本次設(shè)計采用高共模抑制比的差動放大方式，以達到抑制干擾信號的目的。與此同時，在此設(shè)計中，采用的是放大幾十倍的信號放大電路，以達到將測量信號滿足在模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的輸入允許范圍內(nèi)，以及滿足測量精度的要求的目的。本電路使用了集成運算放大器LM324構(gòu)建了一個儀用放大器，浮筒液位計校驗儀的信號放大電路的設(shè)計方法基本上如以上所述。

1.4 浮筒液位計校驗儀設(shè)計中的AD轉(zhuǎn)換后具體設(shè)計。模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換結(jié)束后，裝置端口會并行的輸出五組4位BCD碼，按照萬位、千位、百位、十位、個位的排列順序，將其與能夠?qū)PU進行控制的端口P0口進行連接，從而達到進行對于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取操作的目的，也可以同時進行對數(shù)據(jù)的基性和超量程進行判斷。

2 浮筒液位計校驗儀的總體設(shè)計技術(shù)改造

2.1 附加軟彈簧法。將軟彈簧放置于下法蘭和浮子之間，其相應(yīng)的作用是對于浮子下球形圓面與下法蘭內(nèi)圓面接觸。此種方法中，對于彈簧有極高的要求。首先，彈簧的直徑必須小于浮筒內(nèi)徑，需要大于下法蘭孔，但是不能占據(jù)法蘭密封面。其次，彈簧的長度不能太長也不能太短，彈簧的長度必須能夠隔開浮子下球形圓面和下法蘭圓面。與此同時，彈簧的彈度系數(shù)也要適中，要針對設(shè)計的設(shè)計要求與原理進行選擇，對于彈性的基本要求是材質(zhì)以柔軟為最佳選材，從而能夠避免掛傷浮子。

2.2 下法蘭內(nèi)圓開槽法。下法蘭內(nèi)圓開槽法在現(xiàn)場具有很明顯的優(yōu)點，簡單易行，操作簡便。此種方法只需要用刀在法蘭的內(nèi)邊緣處到兩道邊即可以進行浮筒液位計校驗儀的總體設(shè)計的技術(shù)改造。但需要注意，在劃道時，切記不能夠劃傷法蘭的密封面。

2.3 兩種技術(shù)改造方法的比較。在方法的實行可行度方面，兩種方法都比較簡單易行、易于操作、對于附加軟彈簧方法，方法需要軟彈簧，而下法蘭內(nèi)圓開槽法而不需要增加任何的附件，所以相對來說，下法蘭內(nèi)圓開槽法操作起來更加簡單、方便；在對計量結(jié)果的影響方面，附加軟彈簧法的零點會產(chǎn)生變化，需要對零點進行重新確定。而下法蘭內(nèi)圓開槽法對計量的結(jié)果不會產(chǎn)生任何影響，相對來說優(yōu)于附加軟彈簧法；在對液位計的影響方面，附加軟彈簧法對液位計沒有任何影響，下法蘭內(nèi)圓開槽法對液位計進行下法蘭開槽；在現(xiàn)場使用情況方面，附加軟彈簧法需要再進行測試之前，對軟彈簧的零點進行準(zhǔn)確的確定，相對來說比較麻煩。而下法蘭內(nèi)圓開槽法的現(xiàn)場使用情況比較簡單易行，由此可見，在此方面，下法蘭內(nèi)圓開槽法相對來說優(yōu)于附加軟彈簧法。

3 浮筒液位計校驗儀的優(yōu)點比較

浮筒液位計是一種變浮力式液位測量儀表，由四部分組成，分別為浮筒、力轉(zhuǎn)換機構(gòu)、變送部分、以及顯示器組成。目前，對于浮筒液位計的校驗所采用的傳統(tǒng)的校驗方法有掛重法和水校法。掛重法是將已拆下浮筒的液位計按工作的位置固定在支架上，計算出液位計零點、百分之二十五、百分之五十、百分之七十五、百分之一百（滿量程）對應(yīng)的砝碼的質(zhì)量，現(xiàn)在浮筒吊桿上方掛上與零點砝碼質(zhì)量值相等的砝碼，調(diào)節(jié)校驗計以達到零點輸出；在運用同樣的方法在其上方掛上與滿量程等重的砝碼，調(diào)節(jié)校驗計以達到滿量程輸出。測試幾次之后，再分別掛上中間各個刻度的等質(zhì)量砝碼，分別對校驗液位計中的各個校驗點進行校驗。常用于在實驗室校驗各種安裝形式的浮筒式液位計。但是，掛重法在校驗時計算出的掛重砝碼值大多不是整數(shù)，在每一次的校驗中都需要取砝碼值的整數(shù)重新進行計算，不僅使操作變得復(fù)雜，更會增大誤差。水較法是利用水位的高度進行測量。但是，水較法不能夠準(zhǔn)確的調(diào)校兩種介質(zhì)密度都大于水的界位計，同時，在校驗密度大于水的介質(zhì)時，不能夠校驗百分之百時的刻度值?；谝陨系娜秉c，新時代浮筒式液位計校驗儀對以上兩個方面均進行了顯著性的改進。

4 結(jié)束語

浮筒液位計校驗儀在實際的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有了相對廣泛的應(yīng)用。例如，在我國最大的整裝凝析氣田，牙哈凝析氣田中，壓力容器上都已經(jīng)安裝了浮筒液位計，用于實現(xiàn)液位的現(xiàn)場指導(dǎo)和遠(yuǎn)傳的浮筒液位計。因此，為了對于浮筒液位計的使用效果進行有效的監(jiān)督，浮筒液位計校驗儀也隨著浮筒液位計的廣泛應(yīng)用變得越來越重要。尤其是采用了本文中所提到的措施對浮子液位計進行的改造技術(shù)之后，傳統(tǒng)的浮筒液位計所產(chǎn)生的坐死現(xiàn)象的發(fā)生幾率幾乎為零。同時大大降低了維修成本。

參考文獻：

[1]牟娟.一種新式的浮筒式液位計校驗儀[J].中國計量，2011（90）：15-16.

[2]陳敏.熱工儀表校驗儀應(yīng)用技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（08）：20-21.

作者簡介：金瑟（1981.06-），女，沈陽人，工程師，工程碩士，研究方向：計算機技術(shù)。

作者單位：沈陽計量測試院，沈陽 110179