黃繼東，劉 榮

（湖南中冠電子有限公司，湖南 長沙 410006）

在食用油儲備過程中，為了及時保證儲備油的庫存數(shù)量和在儲備過程中的質(zhì)量安全，需實時監(jiān)測油罐的庫存量和油溫等數(shù)據(jù)。如何及時了解儲備油的庫存量及儲存油罐的相關(guān)參數(shù)，保證油品質(zhì)量，一直是管理人員的關(guān)注焦點。一般情況下油罐監(jiān)控主要是靠值班人員定期巡檢，人工成本高且誤差大，也有采用紅外熱像儀[1]、導(dǎo)波管[2]、雷達(dá)[3]、超聲波[4]、浮標(biāo)[5]等方式測量液位高度的報道，但未解決油溫測量與控制，遠(yuǎn)程傳輸?shù)葐栴}。本研究基于GPRS無線遠(yuǎn)程技術(shù)設(shè)計液位液溫一體化測量系統(tǒng)，在線測量油罐的液位、分層溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，若實時監(jiān)測的油溫超出儲存溫度時啟動相應(yīng)的降溫應(yīng)急設(shè)施，以期通過該系統(tǒng)解決油品的庫存量和油品儲存溫度的實時監(jiān)測問題，為管理者科學(xué)儲油提供有效的管理手段。

1 材料與方法

1.1 測試地點和材料

2020 年12 月，在湖南省糧食集團信息中心的指導(dǎo)下，湖南中冠電子有限公司在長沙帥牌油脂有限公司油庫油罐區(qū)進行了GPRS 無線遠(yuǎn)程油罐液體深度溫度一體測量系統(tǒng)進行了相關(guān)測試。參與的油品為豆油，用戶提供如下參數(shù)：

20 °C 時的密度為0.92 ×103kg/m3， 密度系數(shù)為0.000 64，測試罐高13 m。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

GPRS 無線遠(yuǎn)程油罐液位液溫一體化測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它是基于GPRS 傳輸?shù)臒o線遠(yuǎn)程測量控制儀。測量儀內(nèi)置一張SIM 卡，通過互聯(lián)網(wǎng)將采集的一路油罐液體深度和最多32 路油的數(shù)據(jù)上傳到云平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)將測量到的信號在電腦或者手機終端進行數(shù)字和圖形顯示。儀表也具有485 通訊功能，采用MODBUS 協(xié)議將采集的一路液體深度和最多32 路油的溫度數(shù)據(jù)上傳計算機，組成局域計算機液位、液溫測量控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場測量儀表采用湖南中冠電子有限公司生產(chǎn)的 ZG-20 型液位液溫一體測量儀。該儀表能夠測量一路液位和多路液溫，并在儀表的液晶屏上顯示，液位測量的初始密度值，密度與溫度的相關(guān)系數(shù)，溫度傳感器的間距，以及溫度報警值等都在儀表上輸入，以滿足不同的油罐和不同的油品儲存需求。在達(dá)到液位上限和儲存溫度上限時，相關(guān)報警以開關(guān)量形式輸出，以停止進油設(shè)備進油或者驅(qū)動降溫設(shè)備為油罐降溫。測量數(shù)據(jù)通過儀表的遠(yuǎn)程輸送DTU 發(fā)送到云端，提供給物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用戶可以在電腦終端或手機上看測量數(shù)據(jù)。

儀表具有根據(jù)測量溫度自動調(diào)整油脂密度的功能，在油脂儲備過程中，油品的密度是隨溫度變化而變化的，具有線性變化的特征。

1.3 測量原理及計算公式

1.3.1 液位液溫測量原理

液位測量采用投入式液位傳感器，根據(jù)所測液體靜壓與該液體高度呈正比的原理，采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將液壓信號轉(zhuǎn)成電信號。經(jīng)過補償和線性校正，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。其測量原理：當(dāng)液位傳感器投入到被測液體中某一深度時，傳感器受到的壓力為：

4.2.2 噴氣燃料結(jié)晶點和冰點檢測區(qū)分性 對于噴氣燃料結(jié)晶點和冰點檢測結(jié)果的區(qū)分性考察，本文采用對長嶺噴氣燃料和九江噴氣燃料進行3∶1，1∶1，1∶3的比例調(diào)和，每種調(diào)和油樣進行2次重復(fù)性試驗，以2次試驗的平均值作為該種油樣的結(jié)晶點和冰點最終檢測結(jié)果。檢測結(jié)果見表12。

式中：P 為液位計迎液面所受壓力，Pa；ρ 為被測液體密度，kg/m3；g 為重力加速度；Po為液面上大氣壓，Pa；H 為傳感器投入液體的深度，m。

同時，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po，使傳感器測得壓力為：ρ × g × H，顯然，通過測取壓力P，可以得到液位深。

液溫測量采用智能數(shù)字溫度傳感器。在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面有令人滿意的效果。根據(jù)油罐測溫的要求，按每2 m 一個測溫點封裝在測溫電纜中。將壓力和溫度測量傳感器合二為一，組成專用的溫度壓力一體變送器。

1.3.2 液位溫度傳感器數(shù)量的確定

由于測溫電纜的測溫點是固定的，油罐中的液位是變化的，因此浸入油中的溫度傳感器數(shù)量也會隨之發(fā)生變化。

首先確定油中溫度傳感器的數(shù)量。按式（1）求得輸入密度下?lián)Q算的高度值（H0），再由H0確定溫度傳感器的數(shù)量。由于制作的測溫電纜溫度傳感器的間距是2 m，因此溫度傳感器的數(shù)量n=H0/2的整數(shù)部分。

式中：H0為輸入密度下?lián)Q算的高度值，cm；ρ20為20 ℃時油脂的密度值，kg/m3；F 為液位壓力傳感器的測量值，Pa。

1.3.3 當(dāng)前溫度下油脂密度的確定

儀表單片機測量并計算出液體的平均溫度后，會自動根據(jù)式（4）計算出液體的平均密度

式中：ρ 為測量時的計算密度，kg/cm3；ρ20為20 ℃時油脂的密度（儀表輸入），kg/cm3；T 為測量時在液體中多點平均溫度，℃；K 為油脂系數(shù)（儀表輸入），0.000 64。

然后按式（2）計算并輸出較正后的液位高度。

上述的調(diào)整和計算由儀表中自動完成。

1.4 軟件功能

該系統(tǒng)測量軟件通過云組態(tài)開發(fā)，具有實時油位、油溫顯示功能，可以實時顯示相關(guān)油罐的油位，分層油溫及進行相關(guān)報警；實時顯示油位、油溫的變化曲線顯示功能；具有歷史油位、油溫查詢的功能，在歷史曲線上可以清晰地看到油品的儲存量和環(huán)境溫度曲線的變化，云寄存器可以保留2 個月的測量數(shù)據(jù)，并具有測量數(shù)據(jù)下載功能。數(shù)據(jù)下載到相關(guān)計算機后可以永久保存。

1.5 現(xiàn)場安裝

現(xiàn)場安裝示意圖見圖2。

儀表安裝：液位、液溫測量儀表既可以安裝在油罐頂部，也可以安裝在油罐的底部，為了便于觀察測試宜安裝在油罐底部。測溫電纜外部為食品級的聚乙烯保護管，深度傳感器外殼為食品級304 不銹鋼。溫度傳感器間距為2 m。

2 測試過程與結(jié)果

2.1 測試過程

測量儀表的設(shè)置：通過儀表鍵盤輸入用戶提供的密度參數(shù)（ρ20= 0.92×103kg/m3）和溫度系數(shù)（K = 0.006 4，液位報警上限（11 m），溫度報警上限（30 ℃）。由于儀表內(nèi)部已經(jīng)默認(rèn)相關(guān)數(shù)據(jù)的單位，因此儀表不再輸入。

測試時間：2020年12月11日—21日，為期10 d。

2.2 測試結(jié)果

2.2.1 實時溫度液位的顯示

系統(tǒng)在運行過程中，儀表一直處于開機狀態(tài)，開始測量后數(shù)據(jù)通過GPRS 上傳到云端，電腦和手機終端。

2.2.2 歷史溫度液位的查詢

在實時界面上可以觀察到油脂的實時液位值、分層溫度、平均溫度值及曲線，點擊查詢可以看到相關(guān)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)。

2.2.3 測量數(shù)據(jù)的比對分析

實時測量值對比：同一時刻，平均液溫為9.2 ℃時，液位的高度為10.44 m。油尺的測量值為10.40 m，二者基本吻合。在測試過程中，由于環(huán)境溫度變化較大，油罐的平均溫度由9.3 ℃下降到6.8 ℃。測量液位也發(fā)生了相應(yīng)的下降，下降后的液位在曲線圖和測量數(shù)據(jù)可以清晰地觀察到。12 月18 日油罐卸油，油罐油位變化也能在曲線上明顯地顯示出來。在測量過程中，由于溫度上限和油位上限均沒有達(dá)到設(shè)定的上限值，因此未發(fā)生報警的輸出。

3 結(jié) 論

ZG-20 型GPRS 無線遠(yuǎn)程油罐液位液溫測量系統(tǒng)，在用戶的使用和測試過程中，都達(dá)到了預(yù)期的效果。儀表及系統(tǒng)都真實地反映了在不同的溫度下，油位發(fā)生的相應(yīng)變化情況，實時反映了油罐進出油時的油位變化。系統(tǒng)的性能和精度達(dá)到了相關(guān)的設(shè)計要求得到了使用單位的認(rèn)可和好評。ZG-20型GPRS 無線遠(yuǎn)程油罐液位液溫測量系統(tǒng)的應(yīng)用，可以大大提高企業(yè)的管理水平，降低管理人員的勞動強度，為國家儲備油的安全監(jiān)管提供了有力的工具。