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国产多功能高精度伺服式液位计的研发与应用 |
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作者：北京均友欣业科技有限公司 范明军 |
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摘要：在简述了国内外罐区自动计量技术的应用与发展的基础上,介绍了BJLM-80 高精度伺服式液位计的开发过程及其原理、特点、主要参数、安装接线等。该仪表的创新点突出、性价比高、安全可靠的成功应用填补了国内空白，仅用一台仪表就可测量储罐内液体的多种参数,其自身就构成了先进的混合式自动计量系统。
关键词：伺服式液位计自动计量技术 液位法 静压法 混合式自动计量系统
0 引言
在石油石化行业的发展历程中，油罐自动计量技术一直是人们非常关注的课题。由于目前采用的储罐容量较大，因此对储罐计量精确度要求非常高，因为很小的液位测量误差都会带来很大的容量误差。目前国内外自动计量方法主要有三种，即静压法、液位法和混合法。随着电子、计算机和通信技术的发展，测量技术逐步从机械式向电子式、光学式方向发展，仪表呈现出了高精度、高可靠性、现场化的趋势。
静压法是利用压力传感器（变送器）测量罐内液体的静压力，根据储罐几何参数计算出容量和重量。
液位法是通过测量罐内液体的液位高度及人工输入密度温度等参数来获得罐内液体的体积和重量。
混合法是最晚出现的，也是目前最先进的计量方法。它是把静压法和液位法两种方式混合而成的一种测量方法，具有上述两种系统的全部功能。
伺服式液位计则是一种混合法智能化仪表，该仪表通过一个平衡浮子和重力敏感装置来测量浮子在不同位置的重量，控制伺服电机升降浮子，跟踪液位变化，同时发出远传信号。伺服式液位计的力敏感元器件精度很高，使液位计的液位测量精度最高可以达到±0.7mm。
1 BJLM-80 伺服式液位计的研发
BJLM-80 高精度伺服式液位计是我公司经过5 年的不懈努力，于2003 年研发成功的具有自主知识产权的新产品。该产品获得了3 项国家专利，主要适用于炼油厂和大型储油库油罐液位的精确测量，是替代机械式液位仪表的最佳选择。同时适用于食品、化工、水处理等对液位精确计量有要求的场合。BJLM-80 液位计采用最先进的伺服控制理论，自主专利的高精度力测量原理、成熟的超大规模集成电路设计、军工产品的加工工艺，保证了测量的高精度和设备的高可靠性。
液位计使用工业标准通信协议，很容易接入到DCS 系统或其他控制设备中。
1.1 主要特点
① 技术新颖：取得多项国家专利。
② 功能齐全：不仅可测量液位，还可测量不同液体的分界面、单点温度、平均温度、分段密度、平均密度以及分段压力，一台液位计便是一套混合式储罐自动计量系统。
③ 测量精度高：液位的测量精度为±1mm,分界面的精度为±2mm,温度精度±0.2℃，密度精度±0.5kg/m3。
④ 可靠性高：通过独特的专利技术设计和严格的加工质量，以及对压力传感器温漂和时漂的处理，保证了测量精度的准确可靠。
⑤ 使用简便：安装改造方便，布线、操作、维护简单。
1.2 工作原理
BJLM-80 伺服式液位计的测量原理框图如图１所示。
图1 BJLM-80 伺服式液位计测量原理图
由图１可知，浮子与测量尺连接，测量尺的另一端缠绕在轮毂槽内。轮毂在防爆壳体内可以自由转动，并通过磁铁与防爆壳体另一端腔体内的磁离合器进行耦合。磁离合器通过轴与步进电机支撑连接，通过齿轮传动，电机带动磁离合器转动，磁离合器通过磁耦合带动轮毂转动，轮毂带动浮子上下运动。
电机支撑“U”型支架，通过如图１所示的两面的轴承连接在轴上。由于电机及电机支撑的重心偏离轴心的垂直线，因此电机及电机支撑给整个转动系带来一个顺时针力矩F1，浮子的重量以及测量尺的重量会对转动系带来一个顺时针力矩F2，由拉力杆、拉力丝连接到力传感器，通过力传感器给转动系提供一个逆时针力矩F。由力矩平衡原理可以得到F=F1-F2。由于F1 是定值，F 的大小仅决定于F2 的大小。而浮子在空气中以及液体内受的浮力不相同，因此产生的F2的大小不同，通过测量F 大小，可以计算出F2 的大小，从而判断浮子是在空气中、液体内或浮在液体表面上。
与浮子相连接的测量尺带有规则的孔，通过光电组件采集孔的编码，可以计算浮子的高度，从而得到浮子从液位计的标定点到液体表面的空高H 空，液位计的标定点到罐底的高度可以通过实际测量得到，理论上讲是一个固定值H 标，因此液体的高度可以通过公式H=H 标-H 空 计算得到。
根据需要在浮子内装入压力传感器、温度传感器、水位检测器、超大规模集成电路等，就可以测量液体的多点温度、平均温度、多点密度、平均密度、以及高精度的油水分界面。
ＢＪＬＭ－８０伺服式液位计测量储罐液位的示意图如图２所示。
图２ BJLM-80 伺服式液位计测量储罐液位示意图
1.3 主要技术指标
① 液位测量精度：±1mm
② 油水测量界面：±2mm(存在乳化层不影响测量)
③ 温度测量精度：±0.2℃
④ 密度测量精度：±0. 5kg/m3
⑤ 压力测量精度：±0.01%
⑥ 测量高度：32m
⑦ 环境温度：-40 -- +70℃
⑧ 防爆等级：Exd IICT6 Exia[ia] IIBT4 IP65
⑨ 电源：24V/DC
⑩ 功率：﹤10W
11 输出：RS485，专用协议
12 总线可以连接256 台液位计
13 重量：﹤6Kg(合金铝)
14 尺寸：285×154×281
15 电缆出线口：2×1/2NPT
2 BJLM-80 伺服式与其它液位计的性能对比
BJLM-80 伺服式液位计与其他液位计的性能对比见表1，与其他同类产品的性能对比见表2。
3 BLJM-80 伺服式液位计的成功应用
BJLM-80 多功能高精度伺服式液位计于2003 年7 月首先应用于中石化浙江杭州石油分公司小河油库的储罐计量系统中，系统投入使用后，设备性能稳定，可靠性高，测量精度达到计量要求（精度±1mm），随后又在浙江丽水油库、成都军区油料库、华北油田河北各转运站等多家单位应用成功，效果显著，贸易交接双方认可。该计量系统的使用，大大减轻了工人劳动强度，提高了油库安全管理水平，使油库的自动化管理水平上了一个新台阶。
图3 BJLM-80 伺服式液位计使用现场安装示意图
BJLM-80 伺服式液位计在使用现场安装示意图如图3 所示，与传统液位计混合式安装比较如图4所示。基于伺服式液位计测量技术难度很大，国内长期研制不出此类液位计，一些油库使用的都是从国外进口的，其成本非常高，所以无法普及。BJLM-80 伺服式液位计在油库成功应用后，许多用户和设计院工程技术人员及专家们前往北京均友欣业科技有限公司实地查看和咨询，专家们见到拥有自主知识产权的高精度、全功能、安全可靠、性价比高的BJLM-80 伺服式液位计时倍感欣慰和欢迎。
图4 BLJM-80 伺服式液位计与传统液位计混合式安装比较示意图
4 结束语
由中国科学技技术信息研究所出具的《科技查新报告》可知，“未见有与本项目所述查新点相同的文献报道”，充分说明该技术和产品是填补国内空白的创新，在国际上处于领先水平。
BJLM-80 高精度伺服式液位计非常适合于各类大型储罐的液位监测和自动计量，解决了油库精确计量的难题。广泛推广使用这一我们民族自已的高科技优质产品，必将为解决我国油库油罐液位监测和自动计量问题作出新的贡献。(end)
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(12/31/2010) |
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