液位计在线标准检定装置各组成部分的设计方案

 储罐油品液位的测量，传统的方法是用人工检尺测出液位高度、视密度、视温度，然后通过计算求出油品的质量或体积［1］。近年来，随着电子技术和传感器技术的飞速发展，液位计的精度越来越高，综合性能越来越好。2008 年OMIL － Ｒ085 国际建议***次明确提出液位计可作为计量器具用于储罐的液位测量。但目前国际上还没有一套可以对储罐液位计进行在线检定的标准装置( 以下简称为在线液位标准装置) 。所以液位计在计量储罐液位时一旦出现异议将无法评判，这严重阻碍了液位计在计量领域的广泛应用。由此可见，研制一套在线液位标准装置实现对液位计的检定是***必要的。

 

1 在线液位标准装置的设计

液位计的检定，应将被检液位计在工作条件下的测量结果与高一级标准液位计在同一环境下的测量结果进行比较，为此，在不影响液位计正常工作的前提下，依据OMIL － Ｒ085 国际建议提出了一种在线液位标准装置的设计方案。

 

1． 1 方案选择的原则

1) 测量精度高。标准测量设备的测量精度必须满足计量标准的要求，高于被检定对象的3 ～ 5 倍以上。

2) 易于装卸。在线标准装置需要满足装卸方便的特点，且不能损坏现场原有设备。

3) 隔离防爆。因为油品是一种易燃易爆的物品，所以所选方案必须防爆。

4) 耐腐蚀。

5) 适用于大容量储罐。

 

1． 2 基于双频激光干涉仪的液位测量原理

综合考虑各方面要求，该设计方案选用双频激光干涉仪作为液位测量设备。如图1 所示，双频激光干涉仪的发射器竖直地置于储罐顶部，激光透过储罐顶部的玻璃照射到浮子上。浮子上的全反射棱镜( 锥体棱镜) 将照射来的激光束按原光路反射回双频激光干涉仪内的接收装置。当液位变化时，浮子随液位的上升而上升，随液位的下降而下降。激光发射器到浮子的距离也就发生了变化。由此，利用双频激光干涉仪的测量原理测量液位。其液位高度计算公式为: h = H － L

 

 

 

1． 3 在线标准装置的方案设计

该方案的设计结构图如图2 所示。它主要由双频激光干涉仪、双浮子( 内设锥体棱镜) 、导向钢丝绳等组成。激光器和浮子用于液位测量。

 

 

 

1． 3． 1 采用激光测距

激光器选用双频激光干涉仪，激光器包含激光发射和接收设备、滤光器、检偏器、光电探测器和干涉条纹计数器等。目前激光器在稳定性、测量距离( ***高距离达100 m 以上) 及测量准确度( 1 ppm) 方面完全能够满足设计要求［5］，另外该方案选用的激光器本身带有温度、气压、湿度自动补偿功能，通过传感器将现场的气压、温度、湿度送到补偿器可以对

激光波长进行实时自动补偿。

 

1． 3． 2 浮子设计方案

采用双浮子结构，由内外两浮子组成，内浮子含有锥体棱镜，外浮子与内浮子相连以固定内浮子，减少液位变化时内浮子的晃动，如图3 所示。另外该浮子与传统的浮子式液位计不同，传统的浮子式液位计的浮子是由测量钢丝绳悬挂着，而该浮子是沿着导向钢丝绳自由地随着液位的升降而上下运动，减小了传统浮子式液位计存在的机械传动误差和钢丝绳张力对测量数据的影响。

 

 

1． 3． 3 可调的激光器支架激光器支架需要经过专门设计，激光器安装其上。支架可以进行X，Y，Z 三维调节，可根据不同形状罐顶的要求，调节激光器使其尽量和浮子中心同轴，避免测量数据的丢失。

 

 

1． 3． 4 导向钢丝绳

钢丝绳用作浮子的导轨，钢丝绳的上端用钢板来固定，钢板中间开了一个和激光器筒直径大小一致的圆孔，以便激光的发射和接收。钢辊和重锤用来固定钢丝绳的下端。

 

1． 3． 5 磁力座

选用磁力座来固定测量设备，旋转其手柄可以改变它的磁极以便测量设备的组装和拆卸。这样在安装和拆卸时就不会破坏现场设备。经过对测量方案的分析可知该设计方案主要有以下特点: 1) 选用测量精度***高的双频激光干涉仪作为测量设备，测量准确度高。2) 不使用电控部件，具有隔离防爆的特点。3) 可以方便地对各种立式储罐用液位计进行在线检定。4) 浮子设计成自由的浮子，提高了整套测量装置的精度。

 

2 待解决问题

2． 1 油气对光路的影响

双频激光干涉仪测距原理是通过测量激光的光程差来测量的。密封的储油罐油气中P( 压强) ，T( 温度) 和C( 湿度) 变化引起油气中密度ρ 的变化，传播光的介质的折射率n 就会发生改变，***终表现为激光光束通过储罐引起的附加光程差l 的变化，使测量距离产生误差，影响测量精度。另外不同油品的油气成分是不一样的，就是同一种油气，其成分受油品产地、生产批次等多方面的影响，化学成分也不稳定，这些都会导致介质折射率的变化，影响测量结果。所以怎么补偿由于油气对光路影响造成的测量误差是一大难题。

 

2． 2 浮子重心的影响

如果浮子重心不在它的几何重心上，那么内浮子里的全反射棱镜就会倾斜，如图4 所示。

 

 

2． 3 导向钢丝绳稳定性影响

导向钢丝绳的稳定性会对外浮子的运动范围产生影响，外浮子运动范围过大直接影响内浮子的运动范围。内浮子运动范围过大会使双频激光干涉仪测量丢数，影响液位测量的准确度，示意图可参照图2。

 

3 结束语

在线液位标准装置设计方案选用激光和自由浮子进行液位计量，测量精度高，稳定性好。设计方案的提出只是整个工程的一部分，方案的进一步设计正在进行，其中存在的问题会在后续工作中加以解决和完善。