液位測量系統(tǒng)設(shè)計(完整版)實用資料

液位測量系統(tǒng)設(shè)計（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

液位測量系統(tǒng)設(shè)計液位測量系統(tǒng)設(shè)計（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)安全快速有效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，經(jīng)常需要對液位進(jìn)行精確測量，繼而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)、智能控制使生產(chǎn)結(jié)果更趨完善。通常進(jìn)行液位測量的方法有二十多種，分為直接法和間接法。直接液位測量法是以直觀的方法檢測液位的變化情況，如玻璃管或玻璃板法。然而隨著工業(yè)自動化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐漸被間接測量方法取代。目前國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用間接的液位測量方法，如浮子式、液壓式、電容法、超聲波法、磁致伸縮式、光纖等。其中電容式液位測量價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單，是間接測量方法中最常用的方法之一一，結(jié)構(gòu)簡介在柱形電容器的極板之間，充以不同高度的介質(zhì)時，電容量的大小也會有所不同。因此，可通過測量電容量的變化來檢測液位。上圖是一種由兩個同軸圓筒極板組成的電容器，在兩圓筒之間充以介電常數(shù)為的介質(zhì)時，則兩圓筒間的電容量表達(dá)式為式中L為兩極板相互遮蓋部分的長度；d與D分別為圓筒形內(nèi)電極的外徑和外電極的內(nèi)徑；為兩電極間介質(zhì)的介電常數(shù)。所以，當(dāng)D和d一定時，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)的積成比例。這樣，將電容傳感器（探頭）插入被檢測物料中，電極浸入物料中的深度隨物位高低變化，必然引起電容量的變化，從而可檢測出物位。二，傳感器的組成它主要是由細(xì)長的不銹鋼管(半徑為)、同軸絕緣導(dǎo)線(半徑為)以及其被測液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。該傳感器主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化,從而引起對應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測量。忽略邊緣效應(yīng)（L>>D），則液位為0時，，（）當(dāng)液位變化時，因此，用此傳感器就可以把液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓Ｈ?，電路及測量原理電容、被加上一個可控高頻振蕩電源，振蕩角頻率保持恒定，高頻振蕩供電電壓變化以保證，而做為電路的輸出。因此：因為故將換居一固定電容，其電容值等于（即），將換成測量筒電容。這樣，當(dāng)液位為0時，，輸出為0；當(dāng)液位增加時，增加，電路輸出增加。當(dāng)液位為H時，調(diào)整滿量程旋鈕，使電路輸出達(dá)滿量程電流。這樣，就把液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐份敵鲭娏鞯淖兓Ｋ?，測量精度分析根據(jù)單元組合儀表原理可知，電路理論輸出應(yīng)為：式中：為液位為H時電容變化最大值即。而實際輸出應(yīng)為：則誤差將、、代入上式得：故精度等級為五，誤差分析誤差來源主要包括：（1）溫度對結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的影響（2）溫度對介電常數(shù)的影響（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計中邊緣效應(yīng)的影響（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用絕緣材料的影響（5）寄生電容的干擾的影響六，影響液位測量的主要因素及解決方法（1）電容極板結(jié)構(gòu)對測量的影響增加初始值，可以使寄生電容和相對電容傳感器的電容量較小。電容極板板間距離大，寄生電容大、精度低；板間距離小，寄生電容小、精度高。所以應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇合適的電容極板尺寸。另外電容傳感器的材料和電信號引線的選用，也會對液位測量的精度產(chǎn)生影響。（2）溫度對測量的影響在不同溫度下，傳感器所用材料都將發(fā)生不同程度的尺寸變化，這些都將影響傳感器的精度。同時，各種介質(zhì)的介電常數(shù)也是隨溫度的變化而變化的。所以應(yīng)當(dāng)選用適當(dāng)?shù)臏囟妊a償電路，減小溫度帶來的影響。電容極板設(shè)計時需注意消除和減小邊緣效應(yīng)和寄生電容的影響，同時要保證平板電容良好的絕緣性能和抗外界干擾性。油罐液位檢測系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計王偉麗（勝利油田現(xiàn)河采油廠）摘要在石油化工行業(yè)中，液位測量對于儲運自動化和罐區(qū)管理有十分重要的意義。浮球液位檢測系統(tǒng)通過在現(xiàn)河采油廠的試驗及應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種測量方式安全可靠，操作簡單，能夠直觀反映大罐液位，具有雙重高度計量，誤差實時可校正，具有很好的實用性，是值得推廣的一種大罐液位計量方式。關(guān)鍵詞液位檢測自動化石油化工在石油化工行業(yè)中，液位測量對于儲運自動化和罐區(qū)管理具有十分重要的意義。油罐液位檢測是油田集輸過程、煉油廠、油庫、加油站等部門的一項重要工作，是油罐自動化計量管理的基本內(nèi)容之一。但是當(dāng)前油田測量自動化技術(shù)發(fā)展還比較緩慢，測量方法還停留在比較原始的階段。研究一種性能穩(wěn)定，安裝方便的新型液位檢測系統(tǒng)是十分必要的。依據(jù)液位測量儀表的安全性、可靠性、安裝和維護(hù)的方便性及性能價格比等指標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場中存在的問題，對傳統(tǒng)的浮球式液位檢測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠?qū)τ凸薜挠臀缓陀退缑孢M(jìn)行檢測，并把現(xiàn)場信號反饋到控制室計算機(jī)，實現(xiàn)對現(xiàn)場儲運系統(tǒng)的自動化管理和調(diào)度。１常用液位檢測系統(tǒng)度來判斷的。因此，在檢測液位中，不僅需要檢測出油面高度，還要檢測出油水界面的高度。但是，根據(jù)現(xiàn)場要求，縱觀目前測量液位的各種方法，都存在著缺點。因為在油罐液位檢測過程中，根據(jù)油田的安全標(biāo)準(zhǔn)，是不允許有任何電信號進(jìn)入罐內(nèi)的，即使測量中的電信號很小，數(shù)量級為微安級。但這也是與安全要求相違背的。例如在測量油水界面時，利用步進(jìn)電機(jī)帶動電極進(jìn)入原油中，也就給工廠帶來了安全隱患。另外原油罐中，由于原油表層泡沫的存在，如果使用雷達(dá)測量，就會對液位測量的產(chǎn)生很大影響。因此有必要對檢測系統(tǒng)作出適當(dāng)改進(jìn)。正是基于這種考慮，在研究中選擇了以浮球檢測系統(tǒng)為對象，進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)式浮球檢測系統(tǒng)是根據(jù)力學(xué)原理來同步完成對油面和界面檢測的。在現(xiàn)河污水站的實驗研究中，檢測原油液位浮球裝置與檢測油水界面裝置共同組成一套完整系統(tǒng)，檢測部分相互獨立工作，但信號變送傳輸則統(tǒng)一完成。該系統(tǒng)的機(jī)械部分為：浮球、鋼帶、滑輪、標(biāo)尺等；儀表部分為：旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開關(guān)、計數(shù)器（ＭＪＳ系列智能計數(shù)器）、ＲＭ４４６模塊、ＲＳ４８５接口、觸摸屏顯示器、工業(yè)控制機(jī)，檢測系統(tǒng)的軟件部分為ｖｉｓｕａｌｂａｓｉｃ編程。３７００ｇ，現(xiàn)河污水站原油密度為０．８７ｇ／ｃｍ３，鋼帶一端連接浮球，另一端固定在滑輪的鏈條上，且配有重物。該配重為３００ｇ設(shè)滑輪摩擦力為１Ｎ．可以推理出，浮球在原油液面保持平衡，并隨液面變化浮動，浮球浸沒入原油中部分為５０ｍｍ。如圖所示。在檢測油罐油水界面裝置中，浮球質(zhì)量為５７００ｇ，直徑為２５０ｍｍ，滑輪摩擦力為１Ｎ，配重為７００ｇ。配重要比檢測原油液面時重，因為在原油的油水界面處，原油與水的密度之間相差較小，浮球的浮動變化不靈敏，需要體積較大的浮球，才能更靈敏地反映出油水界面的變化。浮球質(zhì)量的增加，就需要質(zhì)量更大的配重，才能夠牽動浮球，以隨油水界面液位變化而變化。在這種情況下，浮球在原油的油水界面保持平衡。浮球在水中的的部分為２０ｍｍ。（２）旋轉(zhuǎn)編碼器原理分析。編碼器主要分為脈沖盤式和碼盤式兩大類，這兩種形式的數(shù)字傳感器，由于具有高精度、高分辨率和高可靠性，已廣泛應(yīng)用于各種位移量的測量。目前，使用最多的是光電編碼器，本次實驗研究中的旋轉(zhuǎn)編碼器就是光電編碼器。光電編碼器由于使用了體積小、易于集成的光電元件代替了機(jī)械的接觸電刷，測量精度和分辨率達(dá)到了很高水平，所以在自動控制和自動測量中都得到了廣泛的應(yīng)用。光電編碼器最大特點是使用壽命長和可靠性高，是一種絕對編碼器。（３）ＭＪＳ系列智能計數(shù)器使用分析。在液位檢測系統(tǒng)中，智能計數(shù)器是一個比較關(guān)鍵的儀表。旋轉(zhuǎn)編碼器輸送出的電脈沖信號連接到計數(shù)器上，計數(shù)器計量出電脈沖信號個數(shù)，并通過ＲＳ４８５接口把信號傳送到主機(jī)處理。（４）ＲＭ４４６工作原理分析及使用。ＲＭ４４６時遠(yuǎn)端開關(guān)量輸入／輸出模塊，適用于各類工業(yè)現(xiàn)場，可采用１６路開關(guān)量輸入信號和控制４路開關(guān)量輸出狀態(tài)，通過ＲＳ４８５接口，與上位機(jī)進(jìn)行實（轉(zhuǎn)１２９頁）（１）光電式液位檢測系統(tǒng)。當(dāng)前，國內(nèi)外油罐液位測量儀表根據(jù)測量方法的不同可分為接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式是指測量用傳感器直接與罐內(nèi)存儲介質(zhì)相接觸，從而獲得測量參數(shù)的方法，以浮子式和電容式為傳感器得儲罐測量系統(tǒng)就屬于這一類。浮子式液位檢測系統(tǒng)是根據(jù)力平衡原理進(jìn)行液位檢測的。機(jī)械裝置主要由浮球、鋼帶、齒輪、鏈條等組成，儀表裝置主要由轉(zhuǎn)碼轉(zhuǎn)換器、計數(shù)器、主機(jī)、顯示器等組成。如果需要測量油罐中的油水界面，就必須再加上步進(jìn)電動機(jī)、探極等設(shè)備。（２）電容式液位檢測系統(tǒng)。電容式液位檢測系統(tǒng)的原理是根據(jù)電容原理，采用分段電容式物位傳感器。它與傳統(tǒng)電容物位原理不同，物位值不再是探極電容值的簡單函數(shù)，而是由單片機(jī)對各段電容值進(jìn)行該段空料滿料分析，對界面料段進(jìn)行定時校正，然后將滿料段總長于界面長度相加，作為物位檢測結(jié)果輸出。因此，原來由于介電常數(shù)變化等產(chǎn)生的誤差均被消除，保證了原理上的高精度和長期工作穩(wěn)定性，這種辦法不僅能夠精確地測量油罐的液位，而且具有獨特的油水界面檢測功能。該系統(tǒng)主要由探極和變送器組成。（３）雷達(dá)式液位檢測系統(tǒng)。微波雷達(dá)式液位計、激光雷達(dá)式液位計、光導(dǎo)液位計及超聲波液位計屬非接觸式液位檢測系統(tǒng)，其特點是測量手段并非采用浮球之類的固態(tài)物，而是采用聲、光、射線等能量。液位計不和被測介質(zhì)接觸，不受被測介質(zhì)影響，也不影響被測介質(zhì)而適合廣泛，可用于接觸式測量儀表不能滿足的場合，如高粘度、強(qiáng)腐蝕性、污染性強(qiáng)、易結(jié)晶的介質(zhì)。光導(dǎo)液位檢測系統(tǒng)不常用，這主要因為在塵霧環(huán)境下使用不穩(wěn)定，容易造成傳感鏡片的污染。雷達(dá)液位計精度較高、可靠性與穩(wěn)定性較好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。超聲波液位計具有廣泛的應(yīng)用性，可以更具不同的測量場合的需要，采用氣體介質(zhì)、固體介質(zhì)、液體介質(zhì)導(dǎo)聲。既可以測量航道、水庫等的液位高度，也可以測量液化氣罐、化工塔等密閉容器內(nèi)的液位高度。由于超聲波液位計沒有可動部件，不存在機(jī)械磨損和機(jī)械故障，其可靠性和使用壽命比浮子式液位計和伺服液位計有很大提高。超聲波液位計測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，不需要其他附加設(shè)施，安裝、使用、和維護(hù)都比較方便。但其主要缺點是：音速隨溫度、儲存物料的化學(xué)成分和罐內(nèi)蒸汽的運動而變化，對測量精度影響很大。２浮球改進(jìn)式檢測系統(tǒng)（１）浮球改進(jìn)式檢測系統(tǒng)原理組成。在油田現(xiàn)場實際生產(chǎn)中，油罐中的原油成分非常復(fù)雜，尤其是在一次沉降罐中，一次儲油罐的主要功能是作為緩沖設(shè)備。在聯(lián)合站中，原油被輸送到一次儲油罐中，需要對原油進(jìn)行破乳、脫水、沉降等處理，除去原油中的水和鹽等部分雜質(zhì)。而對油罐開關(guān)閥的控制，是根據(jù)油罐中的液位和油層厚緣沉積創(chuàng)造了條件。４結(jié)論給充足，因此形成了中厚～厚層的以水下分流河道砂為骨架的扇三角洲沉積體系見圖２。從初期圖２（ａ、ｂ），河道的水體較淺，主要發(fā)育水下分流河道和分流間薄層砂微相；在中期圖２（ｃ、ｄ），湖盆范圍擴(kuò)大，河道的水體變深，水動力變?nèi)?，水下分流河道發(fā)育變?nèi)酰练e物的粒度變細(xì)。可見，水體能量與河道的展布具有重要的耦合關(guān)系。水體能量越強(qiáng)，河道沖刷能力就越強(qiáng)，河道就越發(fā)育。水體的圖３興隆臺油層沉積模式圖能量越小，河道沖刷能力就越小，河道發(fā)育局限。綜合以上的研究成果，建立了杜２２９塊興隆臺油層的沉積模式圖見圖３。３主控地質(zhì)因素分析（１）沉積古地形和邊界同生斷層是扇三角洲形成的重要條件。古近系沙河街組沉積中后時期，遼河油田西部斜坡地區(qū)構(gòu)造抬升，地層遭受強(qiáng)烈剝蝕，而興Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組是在沙三末期長期抬升遭受剝蝕復(fù)雜古地形條件下形成的沉積，并受制于杜３２同生斷層下降盤地質(zhì)地理條件，并且與西部凹陷的湖波相毗鄰，這為扇三角洲沉積創(chuàng)造了條件。（２）湖平面的相對變化控制了沉積微相的展布。興隆臺油層沉積時期，盆地正處在擴(kuò)張期，湖平面處于不斷的上升階段，沉積物的供給速率相對比較低，這為研究區(qū)目的層主要發(fā)育水下的扇三角洲前（接１１７頁）時通訊，同時采用光電隔離技術(shù)，使模塊的抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)。（５）光電復(fù)位開關(guān)的工作原理分析。在液位檢測系統(tǒng)中，根據(jù)光電開關(guān)通斷來清零。當(dāng)檢測系統(tǒng)電源停電時，需要對系統(tǒng)重新標(biāo)定清零。具體操作是：搖動滑輪，使浮球上升，在浮球到達(dá)油罐的最高處時，把手放在光電開關(guān)處，此時光電開關(guān)為“斷”狀態(tài)，光電開關(guān)Ｚ指示燈變亮，光電開關(guān)信號被送到計數(shù)器，計數(shù)器此時清零。檢測系統(tǒng)把該位置視為最高點，再搖動滑輪使浮球下放，當(dāng)浮球在液面保持平衡時，系統(tǒng)根據(jù)計數(shù)器所計數(shù)值計算出此時液面的實際高度。３液位檢測系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用情況及誤差分析［５］（１）遼河油田杜２２９塊興隆臺油層扇三角洲主要發(fā)育水下的扇三角洲前緣亞相沉積，而扇三角洲平原和前扇三角洲在研究區(qū)未見。扇三角洲平原進(jìn)一步細(xì)分為水下分流河道、分流間淺灘、分流間薄層砂、河口壩以及分流間洼地等５種微相類型。（２）自下而上，研究區(qū)興隆臺油層總體表現(xiàn)為湖泊擴(kuò)張，由淺水到深水的逐漸演化過程，水下分流河道和分流間薄層砂為主要沉積相帶，也是研究區(qū)主要儲油相帶，是目前剩余油分布的主要區(qū)域。（３）遼河油田杜２２９塊興隆臺油層扇三角洲沉積主要受古地形、邊界同生斷層以及湖平面的相對變化等因素控制。參考文獻(xiàn)［１］任德生，劉立，陳江，等．遼河坳陷西部凹陷曙北地區(qū)古近系層序地層格架［Ｊ］．石油勘探與開發(fā)，２００４，３１（１）：４８－５０［２］于興河．碎屑巖系油氣儲層沉積學(xué)［Ｍ］．北京：石油工業(yè)出版社，２００２［３］劉寶珺主編．沉積巖石學(xué)［Ｍ］．北京：石油工業(yè)出版社，１９８０［４］裘懌楠，陳子琪．油藏描述［Ｍ］．北京：石油工業(yè)出版社，１９９６［５］包連純，支印民，段憲余，等．曙一區(qū)興隆臺油層超稠油油藏地質(zhì)特征及成藏條件分析［Ｊ］．特種油氣藏，２０００，７：１－３作者簡介于景鋒（１９８２－），碩士，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），現(xiàn)從事油田開發(fā)研究工作。（收稿日期：２０１０－１２－２１）帶的熱膨脹系數(shù)很小，因此其拉伸變形的影響可以忽略不計。液位檢測系統(tǒng)在現(xiàn)河聯(lián)合站的實驗檢測結(jié)果如下表：根據(jù)以上實驗檢測結(jié)果，系統(tǒng)對誤差影響進(jìn)行了補償修正。４結(jié)束語因為浮球液位檢測系統(tǒng)是根據(jù)力平衡原理來設(shè)計的，所以，摩擦力的影響是導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的主要原因。在該系統(tǒng)中，采用了精密軸承組成的導(dǎo)向滑輪組，并由精密鏈條導(dǎo)向，以最大限度減小滑輪摩擦力，使系統(tǒng)的摩擦力降至約１Ｎ。系統(tǒng)同時采用了鋼帶牽引浮球，鋼（接１３７頁）儲層的裂縫、斷裂的發(fā)育對烴源巖起破壞作用。但頁巖氣藏中１６％￣８０％的氣體以吸附狀態(tài)存在，并且頁巖氣藏為不間斷供氣、連續(xù)聚集成藏，所以頁巖氣藏即使遭受構(gòu)造運動破壞，整個頁巖氣藏保持不間斷持續(xù)供氣、連續(xù)聚集，游離氣散失，吸附氣仍然可以保存下來，所以與常規(guī)油氣藏相比，頁巖氣藏對保存條件要求較低。５結(jié)論通過在現(xiàn)河采油廠的試驗及應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種測量方式安全可靠，操作簡單，能夠直觀反映大罐液位，具有雙重高度計量，誤差實時可校正，具有很好的實用性。（收稿日期：２０１０－１２－１４）（１）頁巖氣藏為自生自儲型氣藏，與常規(guī)氣藏成藏條件不同。生烴條件、儲集條件、保存條件相互影響，息息相關(guān)。（２）有機(jī)碳含量和熱成熟度是評價頁巖氣藏的重要指標(biāo)，一般來說有機(jī)碳含量高，有機(jī)質(zhì)成熟度越高，頁巖氣藏含氣性越好，但這兩個參數(shù)不是唯一指標(biāo)，運用這些參數(shù)時，要考慮頁巖氣藏類型。（３）頁巖氣藏儲層致密，孔隙度和滲透率極低。儲集性能受礦物成分、裂縫等的控制，粘土礦物增加了吸附氣的吸附量，而石英、方解石等增加了巖石的脆性，有利于裂縫的形成，裂縫則增加了頁巖氣藏的滲濾能力，提高了頁巖氣藏的產(chǎn)能。（４）頁巖氣藏由于是自生自儲型氣藏，可以不斷供氣，連續(xù)聚集成藏，對保存條件要求不高。參考文獻(xiàn)［１］張金川，金之均，袁明生，等．頁巖氣成藏機(jī)理和分布［Ｊ］．天然氣工業(yè)，２００４，２４（７）：１５－１８［２］李登華，李建忠，王社教，等．頁巖氣藏形成條件分析．天然氣工業(yè)，２００９，２９（５）：２２－２６［３］ＧＡＲＥＴＨＲ，ＣＨＡＬＭＳＲＳＲ，ＭＡＲＣＢＵＳＴＩＮ．ＬｏｗｅｒＣｒｅｔａｃｅｏｕｓｇａｓｓｈａｌｅｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＢｒｉｔｉｓｈＣｏｌｕｍｂｉａ：Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｏｎｇａｓｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｒｅｇｉｏｎａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｐｏｔｅｎｔｉａｌｒｅｓｏｕｒｃｅ［Ｃ］．ＡＡＰＧＡｎｎｕａｌＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎ．ＳａｎＡｎｔｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ：ＡＡＰＧ，２００８［４］ＲＯＢＥＲＴＧＬＯＵＣＫＳ，ＳＴＥＰＨＥＮＣＲＵＰＰＥＬ．Ｍｉｓｓｉｓ－ｓｉｐｐｉａｎＢａｒｎｅｔｔＳｈａｌｅ：Ｌｉｔｈｏｆａｃｉｅｓａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｓｅｔｔｉｎｇｏｆａｄｅｅｐ－ｗａｔｅｒｓｈａｌｅ－ｇａｓｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅＦｏｒｔＷｏｒｔｈＢａｓｉｎ，Ｔｅｘａｓ［Ｊ］．ＡＡＰＧ，２００７，９１（４）：５７９－６０１［５］ＣＵＲＴＩＳＪＢ．Ｆｒａｃｔｕｒｅｄｓｈａｌｅ－ｇａｓｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＡＡＰＧＢｕｌｌｅｔｉｎ，２００２，８６（１１）：１９２１－１９３８［６］ＲｕｌｌｋｔｔｅｒＪＲ，Ｍａｒｚｉ，ＭｅｙｅｒｓＰＡ，ｅｔａｌ．ＢｉｏｌｏｇｉｃａｌｍａｒｋｅｒｓｉｎＰａｌｅｏｚｏｉｃｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓａｎｄｃｒｕｄｅｏｉｌｓｆｒｏｍｔｈｅＭｉｃｈｉｇａｎｂａｓｉｎ：Ｒｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｒｍａｌｈｉｓｔｏｒｙｏｆｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ［Ｇ］／／ＳｃｈｉｄｌｏｗｓｋｉＭ．Ｅａｒｌｙｏｒｇａｎｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｍｉｎｅｒａｌａｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｂｅｒｌｉｎ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，１９９２：３２４－３３５［７］ＪＡＲＶＩＥＤ．ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｓｔｏｒａｇｅｉｎｔｈｅＢａｒｎｅｔｔｓｈａｌｅ，Ｆｏｒｔｗｏｒｔｈｂａｓｉｎ，Ｔｅｘａｓ［Ｒ］．Ｔｅｘａｓ：ＨｕｍｂｌｅｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｅｒｉｃｅｓＤｉｖｉｓｉｏｎ，２００４作者簡介黃菲，畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣勘探工作。（收稿日期：２０１０－１１－２４）第33卷第6期Vol.33No.62007年11月OPTICALTECHNIQUENov.2007光學(xué)技術(shù)03文章編號:10021582(2007060813油罐光纖傳感液位測量系統(tǒng)的研究王艷菊1,2,劉靜1,王玉田2,王忠東3(3.大慶石油學(xué)院分院,河北秦皇島066004(1.河北師范大學(xué)電子系,石家莊050031;2.燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北秦皇島066004摘要:采用先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)在人工浮子液位計的基礎(chǔ)上研制了一種新型的液位測量系統(tǒng)。系統(tǒng)利用力平衡原理測量液位,利用光纖傳感器探測和傳輸信號,采用自制的光學(xué)編碼盤實現(xiàn)光信號的調(diào)節(jié)。測試結(jié)果表明,在0~1000mm測量范圍內(nèi),測量誤差6mm,相對誤差<2%?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,該系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)符合生產(chǎn)要求,運行穩(wěn)定,性能可靠。關(guān)鍵詞:光纖;液位;光學(xué)編碼盤;油罐;浮子液位計中圖分類號:TQ056;TN247文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AStudyonopticfibersensingliquidlevelmeasuringsystemforoilstoragetanksWANGYanju,LIUJing,WANGYutian,WANGZhongdong(1.Departmentofelectronicengineering,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050031,China(2.InstituteofElectricalEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China(3.DaqingPetroleumInstitute,Qinhuangdao066004,ChinaAbstract:Liquidlevelmeasuringsystemwiththeadvancedfiberopticsensingtechnologybasedonthetraditionalfloaterlevelmeterisdeveloped.Itmeasurestheliquidlevelofanoiltankbyusingtheprincipleofforcebalance,capturesandtransmitsopticalsignalsbymeansofthefiberopticsensors,implementsopticalsignalmodulationwiththeselfmadelightcodedisc.Thetestingresultsindicatethatthemeasurementerroris6mm,relativeerroris<2%,whenitsmeasuringrangeis0~1000mm.Byapplyinginachemicalplant,itisprovedthateveryspecificationofthesystemmeetsthedemandsofitsusersanditsperformanceisreliable.Keywords:opticfiber;liquidlevel;lightcodedisc;oilstoragetank;floaterlevelmeter1,21231引言在石油、化工、交通、儲運等部門,油罐是廣泛用于儲存易燃、易爆油料的重要設(shè)備。油罐的液位是計算油品儲量的依據(jù),是儲罐運行管理的主要參數(shù),根據(jù)現(xiàn)場各儲罐的液位數(shù)據(jù),可迅速協(xié)調(diào)各個罐的容量,以平穩(wěn)生產(chǎn)過程。目前,大多數(shù)油罐仍采用機(jī)械浮子式液位測量裝置,而且是靠人工的方法來記錄和判斷液位的,工作效率低、誤差大,無法實現(xiàn)自動化控制和管理。光纖是一種新型材料,具有體積小、重量輕、靈敏度高等特點,具有良好的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性,適宜于在易燃、易爆等危險、惡劣的環(huán)境中使用。優(yōu)良的傳輸性能可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測。光纖傳感技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一門技術(shù)。光纖傳感器[1]把被測參量轉(zhuǎn)化為光信號,克服了傳統(tǒng)傳感器的許多缺點,極大地提高了測量精度和動態(tài)測量范圍,同時還可以通過局域網(wǎng)技術(shù)連接成傳感器網(wǎng)絡(luò),能夠滿足飛速發(fā)展的工業(yè)現(xiàn)代化對傳感器提出的更高要求[1~4]。將光纖傳感技術(shù)與液位測量技術(shù)相結(jié)合,通過對傳統(tǒng)浮子式液位計進(jìn)行重新設(shè)計,設(shè)計出了一種浮球式光纖傳感液位測量系統(tǒng)。2光纖液位測量系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)的基本原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖液位測量系統(tǒng)硬件由測量單元(浮球、鋼絲繩、重錘、導(dǎo)向輪、繩輪、磁力耦合器等機(jī)械部分、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、二次儀表及光纜等五部分構(gòu)成?，F(xiàn)場安裝有測量單元和光纖傳感器,監(jiān)控安全裝有光電變送器和二次儀表。收稿日期:20061016;收到修改稿日期:20070112Email:Wangyj2003@基金項目:河北省科技攻關(guān)資助項目(042135128;河北省教育廳科學(xué)研究基金資助項目(2004447作者簡介:王艷菊(1967,女,河南省人,河北師范大學(xué)副教授,博士,主要從事檢測技術(shù)及光電傳感器方面的研究。光學(xué)技術(shù)術(shù)實現(xiàn)對液位的檢測[2~第33卷測量系統(tǒng)利用力平衡原理和先進(jìn)的光纖傳感技4]調(diào)制后的兩組光信號返回各自的光纖中,沿光纜傳輸至光敏元件,從而產(chǎn)生一連串的電脈沖。采用兩路光纖探頭的原因是因為不僅要記錄液位變化的大小,而且要判斷液位變化的方向。設(shè)兩路光纖的中心距離為脈沖周期長度的四分之一,便于計數(shù)處理。光學(xué)編碼盤和光纖探頭的安裝位置示意圖如圖3所示。當(dāng)光學(xué)編碼盤工作時,有順時針和逆時針兩種轉(zhuǎn)動方向,即液位上升或下降,也就是。當(dāng)油罐液位上、下變化時,磁力耦合檢測系統(tǒng)跟蹤隨液位變化的磁性浮球,通過與隔壓導(dǎo)管內(nèi)的磁錘的相互作用,驅(qū)動與磁芯繩索連接的滑輪旋轉(zhuǎn),通過將液位的上、下運動轉(zhuǎn)換成光學(xué)編碼盤的旋轉(zhuǎn),測出光學(xué)編碼盤旋轉(zhuǎn)的角度和方向,這樣就可確定球罐中液位的高度。光學(xué)編圖1系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)說它對光纖傳感器中的光有兩種調(diào)制方向,其結(jié)果會產(chǎn)生兩種光脈沖。如果光學(xué)編碼盤為順時針轉(zhuǎn)動,則A探頭和B探頭的信號圖3光學(xué)編碼盤和光纖探頭的安裝位置示意圖碼盤旋轉(zhuǎn)的角度和方向可表示出液位變化的高度和變化方向(升或降。通過光纜將檢測到的液位信息傳輸?shù)焦怆娮兯推?光電變送器將兩組帶有液位變化信息(一組作為位移計數(shù),一組作為方向判斷的光脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號,在經(jīng)二次儀表對其進(jìn)行放大整形、判向計數(shù)后,顯示出油罐內(nèi)液位的高度。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。2.2光纖傳感器光纖傳感器主要由LED光源、光纖、兩組固化的聚集式光纖探頭、光學(xué)編碼盤等組成。光學(xué)編碼盤是一個沿圓周編有信息碼的薄盤,它與磁輪同軸,密封在光盤室中,完全與環(huán)境隔離。被測的液位變化帶動光學(xué)編碼盤的轉(zhuǎn)動,對由兩路光纖探頭分別發(fā)出的兩束紅外光進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制后的兩組光脈沖信號沿光纜傳輸給二次儀表。通過測量脈沖數(shù)即可測出液位高度,檢測兩路脈沖的相位即可判斷液位是增加還是減少。光纖探頭是光纖傳感器的關(guān)鍵部分,在探頭中輸入光纖和輸出光纖的端面分別固定在兩個聚集透鏡的焦點上,則在聚集透鏡之間形成平行光。采用可靠的固化措施,將其與光學(xué)編碼盤室外殼鑲嵌連接,嚴(yán)格地使探頭兩邊的透鏡光軸中心線對正,確保這一精密光學(xué)器件的正常工作。光纖傳感器工作原理圖如圖2所示。變化按A有光和B無光、A有光和B有光、A無光和B有光、A無光和B無光的規(guī)則循環(huán)進(jìn)行;如果光學(xué)編碼盤為逆時針旋轉(zhuǎn),則A探頭和B探頭的信號變化按A有光和B無光、A無光和B無光、A無光和B有光、A有光和B有光循環(huán)進(jìn)行。A探頭和B探頭的光強(qiáng)不會相等,但差值不大,光脈沖如圖4所示。從圖4可以看出,在由兩路光脈沖疊加的一個周期T內(nèi),有4種不同的狀態(tài)。光電轉(zhuǎn)換裝置與計數(shù)處理系統(tǒng)正是根據(jù)光路的這一特點進(jìn)行工作的。這取決于液位檢測裝置機(jī)械系統(tǒng)的傳動關(guān)系,也就是浮球的升降高度與光學(xué)編碼盤的齒孔距離的關(guān)系。假設(shè)浮球升降高度差為H,光學(xué)編碼盤轉(zhuǎn)過的齒孔數(shù)為M(即輸出M對脈沖,并形成4!M個排列均勻的脈沖前后沿,則L=H/M(1式中,L為一個齒孔的距離(圖4,即每對脈沖的液位變化,L越小,測量越準(zhǔn)確,即測量系統(tǒng)的分辨率圖4光脈沖圖(光盤順時針轉(zhuǎn)動圖2光纖傳感器工作原理示意圖越高。設(shè)初始液位高度為H0,總高度為Y,則Y=H0+LM(2經(jīng)調(diào)制的光脈沖信號通過兩路輸出光纖到達(dá)各自的光電轉(zhuǎn)換器,每只光電轉(zhuǎn)換器接收的光信號來自光路始端的LED光源,它可以連續(xù)工作105h。光光學(xué)編碼盤是一個沿圓周刻出的與液位變化相對應(yīng)的100個齒孔的薄盤。當(dāng)光學(xué)編碼盤因被測液位變化而轉(zhuǎn)動時,它對在兩個光纖探頭內(nèi)的紅外光分別進(jìn)行調(diào)制,即遮擋或通過,使之成為交變光。第6期王艷菊,等:油罐光纖傳感液位測量系統(tǒng)的研究表1測試結(jié)果(20個數(shù)據(jù)No.12Counter(entries51031522253338424850545963667074788088100Secondarymeterdisplay/mmAbsoluteerror/mm023323434303-2-3-4-5-6-4-5-6Relativeerror/%0.002.002.001.500.800.911.050.710.830.600.000.510.320.450.570.680.770.500.570.60敏元件采用硅光電池PIN,把光纜傳來的光脈沖經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和整形放大后變成為標(biāo)準(zhǔn)的CMOS電壓信號,傳輸給智能二次儀表(單片機(jī)控制儀表,在單片機(jī)內(nèi)完成可逆判向邏輯處理等功能,由LED顯示出液位。本系統(tǒng)