摘要：在簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外罐區(qū)自動(dòng)計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展的基礎(chǔ)上,介紹了BJLM-80 高精度伺服式液位計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程及其原理、特點(diǎn)、主要參數(shù)、安裝接線等。該儀表的創(chuàng)新點(diǎn)突出、性價(jià)比高、安全可靠的成功應(yīng)用填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，僅用一臺(tái)儀表就可測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)液體的多種參數(shù),其自身就構(gòu)成了先進(jìn)的混合式自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：伺服式液位計(jì)自動(dòng)計(jì)量技術(shù) 液位法 靜壓法 混合式自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)
0 引言
在石油石化行業(yè)的發(fā)展歷程中，油罐自動(dòng)計(jì)量技術(shù)一直是人們非常關(guān)注的課題。由于目前采用的儲(chǔ)罐容量較大，因此對(duì)儲(chǔ)罐計(jì)量精確度要求非常高，因?yàn)楹苄〉囊何粶y(cè)量誤差都會(huì)帶來(lái)很大的容量誤差。目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)計(jì)量方法主要有三種，即靜壓法、液位法和混合法。隨著電子、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量技術(shù)逐步從機(jī)械式向電子式、光學(xué)式方向發(fā)展，儀表呈現(xiàn)出了高精度、高可靠性、現(xiàn)場(chǎng)化的趨勢(shì)。
靜壓法是利用壓力傳感器（變送器）測(cè)量罐內(nèi)液體的靜壓力，根據(jù)儲(chǔ)罐幾何參數(shù)計(jì)算出容量和重量。
液位法是通過(guò)測(cè)量罐內(nèi)液體的液位高度及人工輸入密度溫度等參數(shù)來(lái)獲得罐內(nèi)液體的體積和重量。
混合法是最晚出現(xiàn)的，也是目前最先進(jìn)的計(jì)量方法。它是把靜壓法和液位法兩種方式混合而成的一種測(cè)量方法，具有上述兩種系統(tǒng)的全部功能。
伺服式液位計(jì)則是一種混合法智能化儀表，該儀表通過(guò)一個(gè)平衡浮子和重力敏感裝置來(lái)測(cè)量浮子在不同位置的重量，控制
伺服電機(jī)升降浮子，跟蹤液位變化，同時(shí)發(fā)出遠(yuǎn)傳信號(hào)。伺服式液位計(jì)的力敏感元器件精度很高，使液位計(jì)的液位測(cè)量精度最高可以達(dá)到±0.7mm。
1 BJLM-80 伺服式液位計(jì)的研發(fā)
BJLM-80 高精度伺服式液位計(jì)是我公司經(jīng)過(guò)5 年的不懈努力，于2003 年研發(fā)成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品獲得了3 項(xiàng)國(guó)家專利，主要適用于煉油廠和大型儲(chǔ)油庫(kù)油罐液位的精確測(cè)量，是替代機(jī)械式液位儀表的最佳選擇。同時(shí)適用于食品、化工、水處理等對(duì)液位精確計(jì)量有要求的場(chǎng)合。BJLM-80 液位計(jì)采用最先進(jìn)的伺服控制理論，自主專利的高精度力測(cè)量原理、成熟的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、軍工產(chǎn)品的加工工藝，保證了測(cè)量的高精度和設(shè)備的高可靠性。
液位計(jì)使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，很容易接入到DCS 系統(tǒng)或其他控制設(shè)備中。
1.1 主要特點(diǎn)
① 技術(shù)新穎：取得多項(xiàng)國(guó)家專利。
② 功能齊全：不僅可測(cè)量液位，還可測(cè)量不同液體的分界面、單點(diǎn)溫度、平均溫度、分段密度、平均密度以及分段壓力，一臺(tái)液位計(jì)便是一套混合式儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。
③ 測(cè)量精度高：液位的測(cè)量精度為±1mm,分界面的精度為±2mm,溫度精度±0.2℃，密度精度±0.5kg/m3。
④ 可靠性高：通過(guò)獨(dú)特的專利技術(shù)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的加工質(zhì)量，以及對(duì)壓力傳感器溫漂和時(shí)漂的處理，保證了測(cè)量精度的準(zhǔn)確可靠。
⑤ 使用簡(jiǎn)便：安裝改造方便，布線、操作、維護(hù)簡(jiǎn)單。
1.2 工作原理
BJLM-80 伺服式液位計(jì)的測(cè)量原理框圖如圖１所示。
圖1 BJLM-80 伺服式液位計(jì)測(cè)量原理圖
由圖１可知，浮子與測(cè)量尺連接，測(cè)量尺的另一端纏繞在輪轂槽內(nèi)。輪轂在防爆殼體內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)磁鐵與防爆殼體另一端腔體內(nèi)的磁離合器進(jìn)行耦合。磁離合器通過(guò)軸與
步進(jìn)電機(jī)支撐連接，通過(guò)齒輪傳動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)磁離合器轉(zhuǎn)動(dòng)，磁離合器通過(guò)磁耦合帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，輪轂帶動(dòng)浮子上下運(yùn)動(dòng)。
電機(jī)支撐“U”型支架，通過(guò)如圖１所示的兩面的軸承連接在軸上。由于電機(jī)及電機(jī)支撐的重心偏離軸心的垂直線，因此電機(jī)及電機(jī)支撐給整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系帶來(lái)一個(gè)順時(shí)針力矩F1，浮子的重量以及測(cè)量尺的重量會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)系帶來(lái)一個(gè)順時(shí)針力矩F2，由拉力桿、拉力絲連接到力傳感器，通過(guò)力傳感器給轉(zhuǎn)動(dòng)系提供一個(gè)逆時(shí)針力矩F。由力矩平衡原理可以得到F=F1-F2。由于F1 是定值，F(xiàn) 的大小僅決定于F2 的大小。而浮子在空氣中以及液體內(nèi)受的浮力不相同，因此產(chǎn)生的F2的大小不同，通過(guò)測(cè)量F 大小，可以計(jì)算出F2 的大小，從而判斷浮子是在空氣中、液體內(nèi)或浮在液體表面上。
與浮子相連接的測(cè)量尺帶有規(guī)則的孔，通過(guò)光電組件采集孔的編碼，可以計(jì)算浮子的高度，從而得到浮子從液位計(jì)的標(biāo)定點(diǎn)到液體表面的空高H 空，液位計(jì)的標(biāo)定點(diǎn)到罐底的高度可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量得到，理論上講是一個(gè)固定值H 標(biāo)，因此液體的高度可以通過(guò)公式H=H 標(biāo)-H 空 計(jì)算得到。
根據(jù)需要在浮子內(nèi)裝入壓力傳感器、溫度傳感器、水位檢測(cè)器、超大規(guī)模集成電路等，就可以測(cè)量液體的多點(diǎn)溫度、平均溫度、多點(diǎn)密度、平均密度、以及高精度的油水分界面。
ＢＪＬＭ－８０伺服式液位計(jì)測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位的示意圖如圖２所示。
圖２ BJLM-80 伺服式液位計(jì)測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位示意圖
1.3 主要技術(shù)指標(biāo)
① 液位測(cè)量精度：±1mm
② 油水測(cè)量界面：±2mm(存在乳化層不影響測(cè)量)
③ 溫度測(cè)量精度：±0.2℃
④ 密度測(cè)量精度：±0. 5kg/m3
⑤ 壓力測(cè)量精度：±0.01%
⑥ 測(cè)量高度：32m
⑦ 環(huán)境溫度：-40 -- +70℃
⑧ 防爆等級(jí)：Exd IICT6 Exia[ia] IIBT4 IP65
⑨ 電源：24V/DC
⑩ 功率：﹤10W
11 輸出：RS485，專用協(xié)議
12
總線可以連接256 臺(tái)液位計(jì)
13 重量：﹤6Kg(合金鋁)
14 尺寸：285×154×281
15 電纜出線口：2×1/2NPT
2 BJLM-80 伺服式與其它液位計(jì)的性能對(duì)比
BJLM-80 伺服式液位計(jì)與其他液位計(jì)的性能對(duì)比見(jiàn)表1，與其他同類產(chǎn)品的性能對(duì)比見(jiàn)表2。
3 BLJM-80 伺服式液位計(jì)的成功應(yīng)用
BJLM-80 多功能高精度伺服式液位計(jì)于2003 年7 月首先應(yīng)用于中石化浙江杭州石油分公司小河油庫(kù)的儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)中，系統(tǒng)投入使用后，設(shè)備性能穩(wěn)定，可靠性高，測(cè)量精度達(dá)到計(jì)量要求（精度±1mm），隨后又在浙江麗水油庫(kù)、成都軍區(qū)油料庫(kù)、華北油田河北各轉(zhuǎn)運(yùn)站等多家單位應(yīng)用成功，效果顯著，貿(mào)易交接雙方認(rèn)可。該計(jì)量系統(tǒng)的使用，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了油庫(kù)安全管理水平，使油庫(kù)的自動(dòng)化管理水平上了一個(gè)新臺(tái)階。
圖3 BJLM-80 伺服式液位計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖
BJLM-80 伺服式液位計(jì)在使用現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖如圖3 所示，與傳統(tǒng)液位計(jì)混合式安裝比較如圖4所示。基于伺服式液位計(jì)測(cè)量技術(shù)難度很大，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期研制不出此類液位計(jì)，一些油庫(kù)使用的都是從國(guó)外進(jìn)口的，其成本非常高，所以無(wú)法普及。BJLM-80 伺服式
液位計(jì)在油庫(kù)成功應(yīng)用后，許多用戶和設(shè)計(jì)院工程技術(shù)人員及專家們前往北京均友欣業(yè)科技有限公司實(shí)地查看和咨詢，專家們見(jiàn)到擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度、全功能、安全可靠、性價(jià)比高的BJLM-80 伺服式液位計(jì)時(shí)倍感欣慰和歡迎。
圖4 BLJM-80 伺服式液位計(jì)與傳統(tǒng)液位計(jì)混合式安裝比較示意圖
4 結(jié)束語(yǔ)
由中國(guó)科學(xué)技技術(shù)信息研究所出具的《科技查新報(bào)告》可知，“未見(jiàn)有與本項(xiàng)目所述查新點(diǎn)相同的文獻(xiàn)報(bào)道”，充分說(shuō)明該技術(shù)和產(chǎn)品是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的創(chuàng)新，在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平。
BJLM-80 高精度伺服式液位計(jì)非常適合于各類大型儲(chǔ)罐的液位監(jiān)測(cè)和自動(dòng)計(jì)量，解決了油庫(kù)精確計(jì)量的難題。廣泛推廣使用這一我們民族自已的高科技優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，必將為解決我國(guó)油庫(kù)油罐液位監(jiān)測(cè)和自動(dòng)計(jì)量問(wèn)題作出
