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便攜式油品電子液位計的設計

日期：2016-08-10 09:34:43 來源：作者：

摘要: 使用電子便攜式液位計對于鐵路槽車進行計量有著重要意義。本文通過對便攜液位計的使用功能分析，確定了液位計測量原理、進行了系統(tǒng)設計和外觀設計。通過試驗，該超聲波液位計具有集成度高、反應速度快、測量精度高、性能價格比高等特點。

引言

油品計量包括靜態(tài)計量與動態(tài)計量。靜態(tài)計量是指油品處于靜止狀態(tài)下使用量油尺、溫度計等計量工具的一種計量方式。包括容器計量和衡器計量兩大部分。容器計量是油品在油罐、油船、鐵路罐車、汽車罐車、桶等容器內進行的計量。《GB/T 13894 － 92 石油和液體石油產品也為測量法( 手工法) 》規(guī)定對于輕油( 汽油、煤油、柴油和輕質潤滑油) 應檢實尺; 對于原油、重質燃料油、重質潤滑油應檢空尺。

但是采用手工法進行油品靜態(tài)檢尺計量存在著諸多問題，主要有:

( 1) 檢實尺時受油品性質影響檢尺難度大。對于揮發(fā)性油品讀數困難，需要涂上示油膏; 重質油品需要檢空尺在計算得出實際油高值，過程復雜易出錯。

( 2) 人工檢尺存在安全風險。雖然儲罐檢尺口有靜電接地端子，使用油尺也是防爆工具，但是仍然存在較高的安全風險，油尺尺錘和鋼帶需要經過油罐檢尺口的氣相空間，一旦發(fā)生靜電釋放或撞擊火花，就會造成閃爆事故。

( 3) 人工檢實尺的勞動強度大。油品儲運廠現有各類儲罐108 具，每兩個小時檢查核對雷達液位計或光導表油尺，存在誤差需要上罐檢。每月底盤點必須人工檢油尺，作為統(tǒng)計核算數據，另外鐵路罐車檢油尺也是一個有很大工作量，現在月均需要檢尺計量鐵路槽車3000 臺。因此人工檢尺造成人員的勞動強度較大，且人員檢尺時接觸有毒有害油品時間較長，不利于職業(yè)健康。

( 4) 人工檢尺效率較低。人工檢尺要求油高應測量兩次，兩次測量值相差大于1mm 時，應重新測量，直到兩次連續(xù)測量值相差不大于1mm 為止。受制于環(huán)境、檢尺工具、人員操作熟練程度的影響，每個人員實際檢尺時間相差較大，即便是優(yōu)秀的操作人員一個有效的檢尺數據也需要5 分鐘才能完成，因此嚴重影響了工作效率，人員接觸油氣時間較長。

1 功能分析

設計適用于槽車檢尺的液位計必須滿足測量精度要求、防爆要求、測量結果讀取的直觀性以及尺寸與重量的編寫要求:

1. 1 精度要求

電子液位計必須滿足《GB/T 13894 － 92 石油和液體石油產品也為測量法( 手工法) 》中計量精度要求。

1. 2 防爆要求

依據《GB50074 － 2014 石油庫設計規(guī)范》規(guī)定油品槽車人孔處為爆炸危險區(qū)域，爆炸危險等級為Ⅰ區(qū)，在該區(qū)使用設備

必須滿足以下條件:

( 1) 電氣防爆滿足設備保護級別( EPL) Ga 或Gb 級，防爆結構可采取本安型、隔爆型、增安型、澆封型等多種防爆形式。

( 2) 考慮到計量工具與鋼制容器會發(fā)生不可避免的撞擊，因此該液位計必須采用黃銅等與鋼材之間不會產生碰撞火花的材料制造。

( 3) 與其它計量工具一樣須做好靜電接地設計。

1. 3 人性化設計要求

該液位計的操作必須比空距棒更加簡單方便，測量結果更加直觀可讀。

2 詳細設計

2. 1 測量方法選擇

從便攜的要求考慮，優(yōu)先選用非接觸式測量方法。目前測距方法主要有超聲波法、雷達法、紅外測距法和激光測距法等。

紅外測距的優(yōu)點在于成本低、安全，但測量精度低、方向性差。同時如果測量面為原油等深色物質是紅外線反射率低。

激光測距的優(yōu)點是精確度高。但存在著能量高不利于防

爆、鏡頭必須保持干凈等缺點。

雷達測量方法是向被測目標發(fā)射高頻脈沖信號，接收回波計算被測物體的高度，適用于遠距離的測量，精度高。但是信號調理電路相對復雜，設計成本高，適用于液位、物位測量。

超聲波測量方法是利用超聲波的在介質中恒速傳播和界面反射原理進行距離測量。因為聲波的傳播速度相對較慢，因此對接收傳感器，和信號調理電路要求不是太嚴格。因此在一定程度上降低了成本。同時超聲波比較耐臟污，不容易受到光，灰塵的影響。缺點是精度較低。

從各方面因素考慮選擇超聲波法作為基本測量原理。但考慮到超聲波聲速易受溫度影響缺點，進行了溫度補償的電路設計。

2. 2 系統(tǒng)設計

液位計的采用單片機進行數據處理。單片機的優(yōu)勢在于價格低廉，封裝可靠，體積小、發(fā)熱小、耗電少等一系列的優(yōu)點。同時能夠滿足測量需要。通過驅動模塊將超聲波換能器與單片機聯系起來，實現單片機對超聲波探頭的控制和超聲脈沖的讀取。系統(tǒng)配置LED 液晶顯示器。同樣通過專用驅動模塊與單片機進行通訊，用于儀器校準和計量結果的顯示。