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　　    儲(chǔ)罐油品液位的測(cè)量，傳統(tǒng)的方法是用人工檢尺測(cè)出液位高度、視密度、視溫度，然后通過計(jì)算求出油品的質(zhì)量或體積［1］。近年來，隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，液位計(jì)的精度越來越高，綜合性能越來越好。2008 年OMIL － Ｒ085 國際建議第一次明確提出液位計(jì)可作為計(jì)量器具用于儲(chǔ)罐的液位測(cè)量。但目前國際上還沒有一套可以對(duì)儲(chǔ)罐液位計(jì)進(jìn)行在線檢定的標(biāo)準(zhǔn)裝置( 以下簡(jiǎn)稱為在線液位標(biāo)準(zhǔn)裝置) 。所以液位計(jì)在計(jì)量?jī)?chǔ)罐液位時(shí)一旦出現(xiàn)異議將無法評(píng)判，這嚴(yán)重阻礙了液位計(jì)在計(jì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。由此可見，研制一套在線液位標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)液位計(jì)的檢定是非常必要的。

 

1 在線液位標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

　　液位計(jì)的檢定，應(yīng)將被檢液位計(jì)在工作條件下的測(cè)量結(jié)果與高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)液位計(jì)在同一環(huán)境下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，為此，在不影響液位計(jì)正常工作的前提下，依據(jù)OMIL － Ｒ085 國際建議提出了一種在線液位標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)方案。

 

1． 1 方案選擇的原則

　　1) 測(cè)量精度高。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備的測(cè)量精度必須滿足計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，高于被檢定對(duì)象的3 ～ 5 倍以上。

　　2) 易于裝卸。在線標(biāo)準(zhǔn)裝置需要滿足裝卸方便的特點(diǎn)，且不能損壞現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備。

　　3) 隔離防爆。因?yàn)橛推肥且环N易燃易爆的物品，所以所選方案必須防爆。

　　4) 耐腐蝕。

　　5) 適用于大容量?jī)?chǔ)罐。

　　

1． 2 基于雙頻激光干涉儀的液位測(cè)量原理

　　綜合考慮各方面要求，該設(shè)計(jì)方案選用雙頻激光干涉儀作為液位測(cè)量設(shè)備。如圖1 所示，雙頻激光干涉儀的發(fā)射器豎直地置于儲(chǔ)罐頂部，激光透過儲(chǔ)罐頂部的玻璃照射到浮子上。浮子上的全反射棱鏡( 錐體棱鏡) 將照射來的激光束按原光路反射回雙頻激光干涉儀內(nèi)的接收裝置。當(dāng)液位變化時(shí)，浮子隨液位的上升而上升，隨液位的下降而下降。激光發(fā)射器到浮子的距離也就發(fā)生了變化。由此，利用雙頻激光干涉儀的測(cè)量原理測(cè)量液位。其液位高度計(jì)算公式為: h = H － L

　　

1． 3 在線標(biāo)準(zhǔn)裝置的方案設(shè)計(jì)

該方案的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。它主要由雙頻激光干涉儀、雙浮子( 內(nèi)設(shè)錐體棱鏡) 、導(dǎo)向鋼絲繩等組成。激光器和浮子用于液位測(cè)量。

 

1． 3． 1 采用激光測(cè)距

    激光器選用雙頻激光干涉儀，激光器包含激光發(fā)射和接收設(shè)備、濾光器、檢偏器、光電探測(cè)器和干涉條紋計(jì)數(shù)器等。目前激光器在穩(wěn)定性、測(cè)量距離( zui高距離達(dá)100 m 以上) 及測(cè)量準(zhǔn)確度( 1 ppm) 方面完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求［5］，另外該方案選用的激光器本身帶有溫度、氣壓、濕度自動(dòng)補(bǔ)償功能，通過傳感器將現(xiàn)場(chǎng)的氣壓、溫度、濕度送到補(bǔ)償器可以對(duì)

激光波長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償。

 

1． 3． 2 浮子設(shè)計(jì)方案

    采用雙浮子結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外兩浮子組成，內(nèi)浮子含有錐體棱鏡，外浮子與內(nèi)浮子相連以固定內(nèi)浮子，減少液位變化時(shí)內(nèi)浮子的晃動(dòng)，如圖3 所示。另外該浮子與傳統(tǒng)的浮子式液位計(jì)不同，傳統(tǒng)的浮子式液位計(jì)的浮子是由測(cè)量鋼絲繩懸掛著，而該浮子是沿著導(dǎo)向鋼絲繩自由地隨著液位的升降而上下運(yùn)動(dòng)，減小了傳統(tǒng)浮子式液位計(jì)存在的機(jī)械傳動(dòng)誤差和鋼絲繩張力對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響。

 

1． 3． 3 可調(diào)的激光器支架激光器支架需要經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，激光器安裝其上。支架可以進(jìn)行X，Y，Z 三維調(diào)節(jié)，可根據(jù)不同形狀罐頂?shù)囊?，調(diào)節(jié)激光器使其盡量和浮子中心同軸，避免測(cè)量數(shù)據(jù)的丟失。

1． 3． 4 導(dǎo)向鋼絲繩

鋼絲繩用作浮子的導(dǎo)軌，鋼絲繩的上端用鋼板來固定，鋼板中間開了一個(gè)和激光器筒直徑大小一致的圓孔，以便激光的發(fā)射和接收。鋼輥和重錘用來固定鋼絲繩的下端。

 

1． 3． 5 磁力座

選用磁力座來固定測(cè)量設(shè)備，旋轉(zhuǎn)其手柄可以改變它的磁極以便測(cè)量設(shè)備的組裝和拆卸。這樣在安裝和拆卸時(shí)就不會(huì)破壞現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。經(jīng)過對(duì)測(cè)量方案的分析可知該設(shè)計(jì)方案主要有以下特點(diǎn): 1) 選用測(cè)量精度非常高的雙頻激光干涉儀作為測(cè)量設(shè)備，測(cè)量準(zhǔn)確度高。2) 不使用電控部件，具有隔離防爆的特點(diǎn)。3) 可以方便地對(duì)各種立式儲(chǔ)罐用液位計(jì)進(jìn)行在線檢定。4) 浮子設(shè)計(jì)成自由的浮子，提高了整套測(cè)量裝置的精度。

 

2 待解決問題

2． 1 油氣對(duì)光路的影響

     雙頻激光干涉儀測(cè)距原理是通過測(cè)量激光的光程差來測(cè)量的。密封的儲(chǔ)油罐油氣中P( 壓強(qiáng)) ，T( 溫度) 和C( 濕度) 變化引起油氣中密度ρ 的變化，傳播光的介質(zhì)的折射率n 就會(huì)發(fā)生改變，zui終表現(xiàn)為激光光束通過儲(chǔ)罐引起的附加光程差l 的變化，使測(cè)量距離產(chǎn)生誤差，影響測(cè)量精度。另外不同油品的油氣成分是不一樣的，就是同一種油氣，其成分受油品產(chǎn)地、生產(chǎn)批次等多方面的影響，化學(xué)成分也不穩(wěn)定，這些都會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)折射率的變化，影響測(cè)量結(jié)果。所以怎么補(bǔ)償由于油氣對(duì)光路影響造成的測(cè)量誤差是一大難題。

 

2． 2 浮子重心的影響

     如果浮子重心不在它的幾何重心上，那么內(nèi)浮子里的全反射棱鏡就會(huì)傾斜，如圖4 所示。

 

2． 3 導(dǎo)向鋼絲繩穩(wěn)定性影響

導(dǎo)向鋼絲繩的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)外浮子的運(yùn)動(dòng)范圍產(chǎn)生影響，外浮子運(yùn)動(dòng)范圍過大直接影響內(nèi)浮子的運(yùn)動(dòng)范圍。內(nèi)浮子運(yùn)動(dòng)范圍過大會(huì)使雙頻激光干涉儀測(cè)量丟數(shù)，影響液位測(cè)量的準(zhǔn)確度，示意圖可參照?qǐng)D2。

 

3 結(jié)束語

在線液位標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)方案選用激光和自由浮子進(jìn)行液位計(jì)量，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)方案的提出只是整個(gè)工程的一部分，方案的進(jìn)一步設(shè)計(jì)正在進(jìn)行，其中存在的問題會(huì)在后續(xù)工作中加以解決和完善。