玻璃管液位计的非接触监控原理与计算调试目的

 

1、引言

        在油田气、液两相分离器中,需要监控液位,以测量液体与气体流量。目前,多数玻璃管液位计采用的接触式电极,是利用液体与气体导电性能的差别来控制电路的通断,并将其信息传送给测控系统,交替地测量出液体与气体的流量。这种接触式玻璃管液位计的zui大缺点是随使用时间的增长,液体中的胶质悬浮物将不断地附着在电极表面,形成一层导电性能较差的包裹层,当电极与液体接触时,使其导电能力变差而影响电路通断,影响计量结果。因此必须经常更换电极,这样既影响测试,也增加了劳动强度。所以需要研究新的技术方法来监控水位。而玻璃管水液位的非烤触监控的研究取得了阶段性成果0。

 

2、基本原理

        在常温下,水的相对介电常数约为80,而空气(或天然气)仅略大于1。利用水与空气相对介电常数的不同,可把插到玻璃管中的电极由包在玻璃管外的两个半圆筒面极板组成的电容器来代替,这就把接触式变为非接触式。因此,可由电容器电容量的变化来反映出玻璃管中介质状态的变化。由于这种介质状态的改变而引起半圆筒面电容器电容量的变化很小,仅为几个PF,很容易被外界电磁干扰或引线电容淹没掉。经过多次探索研究,我们采用了短波谐振电路,利用谐振技术的放大方法将电容量的微小变化转换为较大的电压变化(约几伏特)输出,便可启动继电器工作,实现非接触监控。其电路原理如图1所示。图中R为导线电阻与电感器电阻的总和;L为电感器电感和引线电感的总和;C为电容器电容和引线电容的总和;r为并联损耗电阻(极板间泻漏电阻与极板间介质损耗等效电阻之和);侧为负载电阻(约几十千欧);V,为甚高频(短波)交流电压源(由晶振电路提供);V为输出电压信号(伏特级)。

        由此可见,当玻璃管中为水时,电容器电容量较大,可使LC谐振回路处在谐振状态,振荡电压较高,经检波后有较大电压输出,可启动继电器接通控制电路。当玻璃管中为空气时,电容器电容量较小,LC回路调离谐振状态,振荡电压很低,经检波后输出电压较小,不足启动继电器,继电器复位,断开控制电路。采用的谐振放大技术,可以检测出很小的电容变化量,故灵敏度很高。

 

3.半圆筒面电容器电容量的计算

        紧贴在圆形玻璃管外的两半圆筒面电极板组成的电容器的横截面如图2所示。图中a为玻璃管外半径(即电容器内半径);b为玻璃管内半径,且有b>a(一b),l为电容器沿玻璃管轴向长度(图中未画出);2a为电容器横截面上的一极板相对于圆心的张角。

 

        调试的目的:

        (l)保证有恰当的电容量C水,使电路的振荡电压不超过谐振的峰值电压,而检波后的输出电压又能启动继电器,使之处于接通状态(常闭)。

        (2)当水位下降致使电容器内玻璃管中为空气时,电路的输出电压小于继电器的复位电压,使继电器处于断开状态(常开)。

 

        对于已装好的半圆筒面电容器,l和a2多数是定值。这时可采用并联接入电容量为1~3PF的瓷片电容以改变其电容值。也可适当调整固紧装置的松紧程度以改变分布电容来实现电容量的微调。当两者都不能凑效时,应更换电容器以改变l和a2来达到实用要求。

 

结论

 

        玻璃管液位计水位的非接触监控已在胜利油田的一个采油计量站试用,工作半年多整机装置无故障。能准确地向测试系统提供通与断的信息,无缓延现象,一致性和重复性好,有利于计量指令的执行,提高了计量的可靠性和准确性。

 

        综合现场反映的问题,还要在下列几方面继续进行完善工作。

 

        (l)进一步完善短波谐振电路和半圆筒面电容器的配接,减少分布电容的影响,提高抗电磁干扰的能力。

        (2)改进电容器的结构设计与制造工艺,使之有较大的适应性,并能简便地调整其电容值,以使电路有合适的输出电压启动继电器工作。从而起到了玻璃管中接触电极的作用。

        (3)根据用户的具体情况,建议改进测试系统,直接采用电压的变化作为指令信号,以提高整机装置的防爆性能。

        (4)这种玻璃管液位计水位的非接触监控简单方便、准确可靠,是监控水位的一种新方法。可将其应用在锅炉水位的自动监控,是有发展前景的应用技术。