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便携式油品电子液位计的设计

日期：2016-08-10 09:34:43 来源：作者：

摘要: 使用电子便携式液位计对于铁路槽车进行计量有着重要意义。本文通过对便携液位计的使用功能分析，确定了液位计测量原理、进行了系统设计和外观设计。通过试验，该超声波液位计具有集成度高、反应速度快、测量精度高、性能价格比高等特点。

引言

油品计量包括静态计量与动态计量。静态计量是指油品处于静止状态下使用量油尺、温度计等计量工具的一种计量方式。包括容器计量和衡器计量两大部分。容器计量是油品在油罐、油船、铁路罐车、汽车罐车、桶等容器内进行的计量。《GB/T 13894 － 92 石油和液体石油产品也为测量法( 手工法) 》规定对于轻油( 汽油、煤油、柴油和轻质润滑油) 应检实尺; 对于原油、重质燃料油、重质润滑油应检空尺。

但是采用手工法进行油品静态检尺计量存在着诸多问题，主要有:

( 1) 检实尺时受油品性质影响检尺难度大。对于挥发性油品读数困难，需要涂上示油膏; 重质油品需要检空尺在计算得出实际油高值，过程复杂易出错。

( 2) 人工检尺存在安全风险。虽然储罐检尺口有静电接地端子，使用油尺也是防爆工具，但是仍然存在较高的安全风险，油尺尺锤和钢带需要经过油罐检尺口的气相空间，一旦发生静电释放或撞击火花，就会造成闪爆事故。

( 3) 人工检实尺的劳动强度大。油品储运厂现有各类储罐108 具，每两个小时检查核对雷达液位计或光导表油尺，存在误差需要上罐检。每月底盘点必须人工检油尺，作为统计核算数据，另外铁路罐车检油尺也是一个有很大工作量，现在月均需要检尺计量铁路槽车3000 台。因此人工检尺造成人员的劳动强度较大，且人员检尺时接触有毒有害油品时间较长，不利于职业健康。

( 4) 人工检尺效率较低。人工检尺要求油高应测量两次，两次测量值相差大于1mm 时，应重新测量，直到两次连续测量值相差不大于1mm 为止。受制于环境、检尺工具、人员操作熟练程度的影响，每个人员实际检尺时间相差较大，即便是优秀的操作人员一个有效的检尺数据也需要5 分钟才能完成，因此严重影响了工作效率，人员接触油气时间较长。

1 功能分析

设计适用于槽车检尺的液位计必须满足测量精度要求、防爆要求、测量结果读取的直观性以及尺寸与重量的编写要求:

1. 1 精度要求

电子液位计必须满足《GB/T 13894 － 92 石油和液体石油产品也为测量法( 手工法) 》中计量精度要求。

1. 2 防爆要求

依据《GB50074 － 2014 石油库设计规范》规定油品槽车人孔处为爆炸危险区域，爆炸危险等级为Ⅰ区，在该区使用设备

必须满足以下条件:

( 1) 电气防爆满足设备保护级别( EPL) Ga 或Gb 级，防爆结构可采取本安型、隔爆型、增安型、浇封型等多种防爆形式。

( 2) 考虑到计量工具与钢制容器会发生不可避免的撞击，因此该液位计必须采用黄铜等与钢材之间不会产生碰撞火花的材料制造。

( 3) 与其它计量工具一样须做好静电接地设计。

1. 3 人性化设计要求

该液位计的操作必须比空距棒更加简单方便，测量结果更加直观可读。

2 详细设计

2. 1 测量方法选择

从便携的要求考虑，优先选用非接触式测量方法。目前测距方法主要有超声波法、雷达法、红外测距法和激光测距法等。

红外测距的优点在于成本低、安全，但测量精度低、方向性差。同时如果测量面为原油等深色物质是红外线反射率低。

激光测距的优点是精确度高。但存在着能量高不利于防

爆、镜头必须保持干净等缺点。

雷达测量方法是向被测目标发射高频脉冲信号，接收回波计算被测物体的高度，适用于远距离的测量，精度高。但是信号调理电路相对复杂，设计成本高，适用于液位、物位测量。

超声波测量方法是利用超声波的在介质中恒速传播和界面反射原理进行距离测量。因为声波的传播速度相对较慢，因此对接收传感器，和信号调理电路要求不是太严格。因此在一定程度上降低了成本。同时超声波比较耐脏污，不容易受到光，灰尘的影响。缺点是精度较低。

从各方面因素考虑选择超声波法作为基本测量原理。但考虑到超声波声速易受温度影响缺点，进行了温度补偿的电路设计。

2. 2 系统设计

液位计的采用单片机进行数据处理。单片机的优势在于价格低廉，封装可靠，体积小、发热小、耗电少等一系列的优点。同时能够满足测量需要。通过驱动模块将超声波换能器与单片机联系起来，实现单片机对超声波探头的控制和超声脉冲的读取。系统配置LED 液晶显示器。同样通过专用驱动模块与单片机进行通讯，用于仪器校准和计量结果的显示。