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          射頻電容液位計在海上溢油液位檢測中的應用
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          射頻電容液位計在海上溢油液位檢測中的應用

          時間:2016-05-28

          摘 要:簡單介紹了射頻電容液位計進行油水雙液位檢測的基本原理,闡述了海上溢油回收檢測裝置的基本構造及其工作過程。針對海上特殊應用環境的測量需求,提出分別按油、按水標定的液位檢測方案。油水混合狀態下,對2組實驗測試數據進行誤差和線性度的數值計算,通過曲線擬合對比分析,非常終確定了海上溢油回收集油箱油位檢測的非常優化方案—按油標定檢測。實驗證明,該方案可以滿足現場實際測量環境的要求,液位計的測量精度高、線性度好。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
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          【1、引  言】PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          在海上溢油回收過程中,實時檢測集油箱油水混合物中油位的高度,是溢油回收檢測與控制系統的關鍵。目前常用的液位檢測傳感器有:超聲波式、磁致伸縮式、浮子式、微波式等。但以上方法均無法實現油水混合狀態下油位的檢測。針對海上溢油回收檢測的特殊要求,必須找出一種能夠進行油水識別的檢測的方案。分段電容液位計,在傳統電容檢測的基礎上,進行了改進,可以對油水液位進行檢測,但是寄生電容影響較大,而且在段與段的分界處存在檢測盲區,嚴重影響檢測精度。三暢射頻電容液位計具有測量精度高、線性度好、抗干擾能力強等優點,可以滿足海上復雜環境下,油水液位的檢測。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
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          【2、射頻電容液位計的測量原理】PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
                  射頻電容液位計是基于介質的射頻阻抗理論,負載射頻阻抗隨油水混合液中不同油水比例而變化,使電容傳感器輸出相應的電信號。在溢油回收過程中,采用三暢儀表生產的SC-700系列電容液位計,它采用國際上先進的射頻電容技術。電容液位計的探極及金屬外殼構成電容器。將集油箱中待測液體作為電介質,射頻振蕩器施加于電容器兩端構成回路。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
                  據電容感應原理,當被測介質浸汲測量電極的高度變化時,引起其電容的變化,電容的變化引起振蕩器輸出頻率的變化,微控制器根據這一頻率的變化計算輸出4~20mA標準模擬電流信號(其中4mA 表示零信號,20mA表示信號的滿刻度),遠傳至操作控制室供二次儀表或計算機進行集中顯示、報警或自動控制,其原理圖如圖1所示。在工業現場,電流對噪聲并不敏感,電流輸出增加了傳感器的抗干擾能力。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          射頻電容液位計原理PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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          【3、海上溢油液位檢測裝置基本構造】PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
              海上溢油回收液位檢測裝置如圖2所示。集油箱是上下開口的金屬容器,射頻電容傳感器安裝固定到集油箱中央,測量探極底部處在油水交界處。溢油回收過程中,斜帶轉筒由液壓站提供順時針方向的牽引力,溢油跟隨斜帶轉筒聚集到集油箱底部。當集油箱內部油層積累到一定厚度,啟動抽油泵開始抽油。所以,實時檢測集油箱中油位的高度,是溢油回收控制的關鍵。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          集油箱液位檢測示意圖PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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             溢油回收過程中,集油箱內為油水混合介質,所以理論上電容傳感器應該采用油水混合標定的方法。而實際測量中,油水混合比例是動態變化的,所以實驗分別采用按水、按油標定的方式,進行集油箱油水混合液位的測量。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          4 射頻電容液位計測量數據分析PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          4.1 液位計在水標定下的測量分析PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          在該實驗中,三暢液位計測量桿約100cm,假設標定滿量程為M,取M 為70cm。三暢儀表為確定液位測量的線性關系,首先需要確定2個標定點,且2個標定點之差不得低于50%。現取標定滿量程的20%處作為第1個點標定點,取標定滿量程的90%處作為第2個標定點。實驗測量過程中,向容器內緩緩注入油水混合物(水多油少),具體實驗數據及誤差、線性度分析如表1所示。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          水標定實驗數據及誤差、線性度表格PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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          表1主要記錄了水標定下,注入油位H、注入水位L及液位顯示百分比P。采用對比實驗數據分析的方法,分別按式(1)、式(2)計算出理論油水混合計算比例P1及理論水位計算比例P2。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          QQ截圖20160528105633.jpgPNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          精度表征了儀器儀表測量誤差的大小,誤差表示測量值與真實值之間的差異,它表征了測量結果的準確度及可信度。按水標定實驗過程中,假設實際油水計算比例誤差為W1,而實際水位計算比例誤差為W2,測量顯示比例為P,分別按式(3)、式(4)計算2種情況下的計算比例與測量顯示比例的絕對誤差W1和W2。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          QQ截圖20160528105638.jpgPNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          傳感器的被測量與傳感器輸出之間的關系一般是非線性的。為了更加形象直觀地分析2種計算誤差隨水位變化的趨勢,分別繪制其誤差W1、W2的擬合曲線如圖3所示。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          W1和W1的水位變化趨勢圖PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          由圖3誤差曲線趨勢可以得出:在按水標定的情況下,理論油水混合計算比例誤差相對較大,并且上下頻繁波動沒有一定的規律性;而理論水位計算比例誤差相對偏小,且呈現出一定的規律性———隨著水位增加(接近滿量程),誤差越來越小,在標定滿量程的50%~100%平均誤差約為2.5%。誤差在一定程度上反映了傳感器在該系統應用上測量的準確度,線性度則表征了測試系統的輸出與輸入與理想系統的線性比例關系,他們都是實驗過程中對數據檢測的重要依據。假設理論油水混合計算比例及理論水位計算比例的線性度分別為δ1、δ2,按式(5)、式(6)分別對兩者的線性度進行計算。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          QQ截圖20160528105752.jpgPNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          計算數據表明,線性度與誤差隨水位變化曲線基本吻合。即在水標定的情況下,在標定滿量程的50%~100%,不僅測量精確度高,而且線性度也好。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          4.2 油標定下的測量分析PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          在實驗中,按油標定滿量程M 為80cm。取標定滿量程的25%處作為標定第1點,取標定滿量程的87.5%處作為標定1第2點。實驗測量過程中,向容器內緩緩注入油水混合物(油多水少),實驗數據及誤差、線性度分析如表2所示。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

           油標定實驗數據及誤差、線性度PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          表2主要記錄了按油標定的情況下的實驗數據。按照表1相同的計算方法,分別計算出各自的比例、誤差及線性度,并繪制出的誤差曲線如圖4所示。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          W1和W3隨油位變化的趨勢圖PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          由圖4曲線可以明顯看出:在油標定的情況下,隨著油水高度的增加,理論油水計算比例誤差反而有上漲的趨勢,而且在標定滿量程的50%~70%平均誤差高達18.3%;而理論水位計算比例誤差相對偏小(平均誤差約為2.4%)并且呈現出一定的規律性———隨著油位增加(接近滿量程),誤差越來越小。同樣,線性度與誤差隨油位變化趨勢大體相近。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          4.3 檢測方案的選定PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
          實際液位測量過程中,集油箱液位高度一般在滿量程的25%~90%波動。如果采用按水標定的方案,則會在滿量程的25%~50%產生較大的測量誤差,并且線性度不好。而按油標定的方案,在標定滿量程的20%~100%誤差已經很小,線性度較好。所以,綜合2組實驗數據的誤差、線性度估算及現場實際測量3方面的因素,按油標定不僅測量精度高,而且線性度好,為其非常佳檢測方案。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

          【5 結  論】PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
              電容液位計一般用于石油化工行業密閉容器液位的測量,將其應用于半封閉的海上溢油回收液位測量裝置中,采取油、水標定下的實驗對比分析法,從2種測量方案的誤差、線性度估算出發,對集油箱油水混合液位中油層厚度的測量,采取按油標定的方案,其測量精度及線性度較高,滿足了現場溢油回收控制系統的需要。PNe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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