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摘 要：詳細(xì)描述了伺服在線液位計(jì)的組成，解釋了伺服在線液位計(jì)每個(gè)部分的作用，以及伺服在線液位計(jì)的工作原理。對(duì)油罐中油水密度及界面的測(cè)量難點(diǎn)進(jìn)行了分析，指出常規(guī)測(cè)量方法難以有效計(jì)量的原因，同時(shí)對(duì)比分析了伺服在線液位計(jì)與傳統(tǒng)計(jì)量工具在測(cè)量精度及重復(fù)性上的優(yōu)勢(shì)。最后對(duì)伺服在線液位計(jì)的實(shí)際應(yīng)用做出了解釋。

關(guān)鍵詞：伺服在線液位計(jì)；油罐；自動(dòng)計(jì)量

Abstract：The composition of the servo on-line liquid level meter is described in detail， explaining the role of each part of the servo on-line liquid level meter and the working principle of the servo on-line liquid level meter. The difficulties in measuring the oil-water density and interface in the oil tank were analyzed. The reasons why the conventional measurement method was difficult to measure effectively were pointed out. At the same time， the advantages of servo on-line densitometer and traditional dose tool in measurement accuracy and repeatability were compared and analyzed. Finally， the practical application of the servo on-line liquid level meter is explained.

Keywords：Servo on-line liquid level meter；oil tank；automatic metering

在成品油開采及成品油儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，對(duì)油罐內(nèi)液面監(jiān)測(cè)及管內(nèi)液體液位計(jì)量具有較高精度要求，又由于油罐儲(chǔ)量越來(lái)越大，油水易分層，傳統(tǒng)的測(cè)量方法如檢尺法、靜壓法和液位法均采用單獨(dú)測(cè)量油罐內(nèi)液面高度的辦法，不能準(zhǔn)確測(cè)量出油水分界面及油水密度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)油罐自動(dòng)計(jì)量的有效性與準(zhǔn)確性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，油罐計(jì)量技術(shù)已經(jīng)逐步從物理方法升級(jí)到光電一體化測(cè)量技術(shù)。在如今大規(guī)模應(yīng)用的現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)中，伺服液位計(jì)由于既可以測(cè)量液面高度同時(shí)還可以測(cè)量油水界面、高度、罐底等參數(shù)，具有較高精確度而被廣泛使用。下面，重點(diǎn)介紹伺服液位計(jì)工作原理及實(shí)際應(yīng)用。

1 伺服液位計(jì)工作原理

1.1 伺服液位計(jì)組成

伺服式液位計(jì)一般由浮子、測(cè)量鋼絲、輪鼓、齒輪、伺服電機(jī)、編碼器、磁耦器、CPU等原件組成，如圖1所示。伺服式液位計(jì)浮子在油罐中受到重力及浮力兩個(gè)力的作用，在微伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，可以精確的測(cè)出油罐中液面高度、油水分界面等參數(shù)。

當(dāng)伺服式液位計(jì)正常工作時(shí)，浮子重力與浮力的差值通過(guò)測(cè)量鋼絲傳遞到外輪鼓，通過(guò)置于內(nèi)部的磁鐵耦合，產(chǎn)生磁偶力矩，改變磁通量，再通過(guò)帶有溫度補(bǔ)償?shù)碾姶艂鞲衅?霍爾原件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。浮子處于平衡位置時(shí)，即輸出電壓與CPU參考電壓相同。當(dāng)浮子失去平衡，通過(guò)測(cè)量鋼絲傳遞到輪鼓，引起磁通量變化，即輸出電壓發(fā)生變化，與CPU電壓差值會(huì)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，調(diào)整浮子位置重新處于平衡狀態(tài)。伺服式液位計(jì)精度可以達(dá)到0.7±m(xù)m。

1.2 液位測(cè)量

一般伺服式液位計(jì)浮子重量為250g，直徑為50mm，體積為140mL，當(dāng)浮子處于平衡狀態(tài)時(shí)體積為整個(gè)體積的1/2，即70mL。

其中M1為平衡重量，單位為g；M2為浮子重量，單位為g；V1為平衡體積，為70mL；ρ為介質(zhì)密度，0.8g/mL。

1mm液位引起的重量變化為：

其中M為1mm液位引起的重量變化，單位為g；S為浮子截面積，單位為cm2，ρ為介質(zhì)密度，0.8g/mL。

1.3 界面測(cè)量

伺服式液位計(jì)可以對(duì)油罐兩個(gè)界面進(jìn)行測(cè)量。理想工況下，假設(shè)油水界面非常清晰，在CPU輸入“上密度”和“中密度”值，牽引浮子的測(cè)量鋼絲受力為：

其中F為牽引浮子的測(cè)量鋼絲受力，G為浮子受到的重力，V為浮子體積，ρ1為上部液體密度，ρ2為下部液體密度，Vb為浮子平衡時(shí)浸入中部被測(cè)介質(zhì)的體積。

在實(shí)際工況中，由于油水分層現(xiàn)象不明顯，導(dǎo)致ρ1及ρ2不是完全選擇油水密度，必須根據(jù)油水界面實(shí)際密度來(lái)選擇ρ1及ρ2的值。

1.4 密度測(cè)量

油罐內(nèi)液體液位測(cè)量采用阿基米德公式，即：

其中：G為浮子重力；F為牽引浮子的測(cè)量鋼絲受力；V為浮子體積。

2 系統(tǒng)安裝后可以實(shí)現(xiàn)以下效果

①實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)的油位，減少95%以上的爬罐作業(yè)，降低了安全事故風(fēng)險(xiǎn)；

②實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)密度、多點(diǎn)溫度、油水界面的自動(dòng)測(cè)量，減少了因人為原因帶來(lái)的偏差；

③實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)密度、標(biāo)準(zhǔn)體積、質(zhì)量的自動(dòng)換算，幫助油庫(kù)進(jìn)行日常的運(yùn)營(yíng)管理；

④實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)罐由上至下多點(diǎn)密度的自動(dòng)測(cè)量以及定點(diǎn)高度的密度測(cè)量，能夠比較直觀的發(fā)現(xiàn)油品分層問(wèn)題；

⑤液位計(jì)可設(shè)置液位安全高度，能夠?qū)崿F(xiàn)高、低液位報(bào)警功能，保證油品不會(huì)溢出，杜絕溢油安全事故的發(fā)生，維護(hù)油庫(kù)安全；

⑥通過(guò)該系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門沒(méi)有關(guān)閉或者關(guān)嚴(yán)，甚至儲(chǔ)罐滲漏等現(xiàn)象，降低油品損失；

⑦遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看、分析儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)，有助于管理層高效制定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃，提高綜合管理水平；

⑧實(shí)時(shí)了解儲(chǔ)罐狀態(tài)信息，杜絕滴、跑、冒、漏。

伺服式液位計(jì)不僅測(cè)量精度上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量重復(fù)性上也非常好。伺服式液位計(jì)采用浮力平衡原理，通過(guò)測(cè)量鋼絲將浮子受到的力的變化傳遞到輪鼓中，由于測(cè)量鋼絲精度高，自帶溫度補(bǔ)償功能，所以傳遞過(guò)程中不容易出現(xiàn)力的損耗及慣性，對(duì)油罐中液體浮力表現(xiàn)更加真實(shí)，即液體密度測(cè)量更加準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

在成品油儲(chǔ)運(yùn)及成品油輸送中，尤其是成品油這類成分復(fù)雜，狀態(tài)多變的混合物進(jìn)行計(jì)量，大多數(shù)依靠浮力測(cè)量油水界面及密度的方法均不能很好地進(jìn)行計(jì)量。伺服液位計(jì)不僅解決了儲(chǔ)罐液位精準(zhǔn)測(cè)量問(wèn)題，還可測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)液體的多點(diǎn)密度、溫度，實(shí)時(shí)掌握儲(chǔ)罐密度分布情況，并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)密度、標(biāo)準(zhǔn)體積、質(zhì)量的自動(dòng)換算，幫助油庫(kù)進(jìn)行日常的運(yùn)營(yíng)管理，減少95%以上的爬罐作業(yè)，降低安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。

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