儲罐油品液位的測量，傳統的方法是用人工檢尺測出液位高度、視密度、視溫度，然后通過計算求出油品的質量或體積［1］。近年來，隨著電子技術和傳感器技術的飛速發展，液位計的精度越來越高，綜合性能越來越好。2008 年OMIL － Ｒ085 國際建議第一次明確提出液位計可作為計量器具用于儲罐的液位測量。但目前國際上還沒有一套可以對儲罐液位計進行在線檢定的標準裝置( 以下簡稱為在線液位標準裝置) 。所以液位計在計量儲罐液位時一旦出現異議將無法評判，這嚴重阻礙了液位計在計量領域的廣泛應用。由此可見，研制一套在線液位標準裝置實現對液位計的檢定是非常必要的。

 

1 在線液位標準裝置的設計

　　液位計的檢定，應將被檢液位計在工作條件下的測量結果與高一級標準液位計在同一環境下的測量結果進行比較，為此，在不影響液位計正常工作的前提下，依據OMIL － Ｒ085 國際建議提出了一種在線液位標準裝置的設計方案。

 

1． 1 方案選擇的原則

　　1) 測量精度高。標準測量設備的測量精度必須滿足計量標準的要求，高于被檢定對象的3 ～ 5 倍以上。

　　2) 易于裝卸。在線標準裝置需要滿足裝卸方便的特點，且不能損壞現場原有設備。

　　3) 隔離防爆。因為油品是一種易燃易爆的物品，所以所選方案必須防爆。

　　4) 耐腐蝕。

　　5) 適用于大容量儲罐。

　　

1． 2 基于雙頻激光干涉儀的液位測量原理

　　綜合考慮各方面要求，該設計方案選用雙頻激光干涉儀作為液位測量設備。如圖1 所示，雙頻激光干涉儀的發射器豎直地置于儲罐頂部，激光透過儲罐頂部的玻璃照射到浮子上。浮子上的全反射棱鏡( 錐體棱鏡) 將照射來的激光束按原光路反射回雙頻激光干涉儀內的接收裝置。當液位變化時，浮子隨液位的上升而上升，隨液位的下降而下降。激光發射器到浮子的距離也就發生了變化。由此，利用雙頻激光干涉儀的測量原理測量液位。其液位高度計算公式為: h = H － L

　　

1． 3 在線標準裝置的方案設計

該方案的設計結構圖如圖2 所示。它主要由雙頻激光干涉儀、雙浮子( 內設錐體棱鏡) 、導向鋼絲繩等組成。激光器和浮子用于液位測量。

 

1． 3． 1 采用激光測距

    激光器選用雙頻激光干涉儀，激光器包含激光發射和接收設備、濾光器、檢偏器、光電探測器和干涉條紋計數器等。目前激光器在穩定性、測量距離( zui高距離達100 m 以上) 及測量準確度( 1 ppm) 方面完全能夠滿足設計要求［5］，另外該方案選用的激光器本身帶有溫度、氣壓、濕度自動補償功能，通過傳感器將現場的氣壓、溫度、濕度送到補償器可以對

激光波長進行實時自動補償。

 

1． 3． 2 浮子設計方案

    采用雙浮子結構，由內外兩浮子組成，內浮子含有錐體棱鏡，外浮子與內浮子相連以固定內浮子，減少液位變化時內浮子的晃動，如圖3 所示。另外該浮子與傳統的浮子式液位計不同，傳統的浮子式液位計的浮子是由測量鋼絲繩懸掛著，而該浮子是沿著導向鋼絲繩自由地隨著液位的升降而上下運動，減小了傳統浮子式液位計存在的機械傳動誤差和鋼絲繩張力對測量數據的影響。

 

1． 3． 3 可調的激光器支架激光器支架需要經過專門設計，激光器安裝其上。支架可以進行X，Y，Z 三維調節，可根據不同形狀罐頂的要求，調節激光器使其盡量和浮子中心同軸，避免測量數據的丟失。

1． 3． 4 導向鋼絲繩

鋼絲繩用作浮子的導軌，鋼絲繩的上端用鋼板來固定，鋼板中間開了一個和激光器筒直徑大小一致的圓孔，以便激光的發射和接收。鋼輥和重錘用來固定鋼絲繩的下端。

 

1． 3． 5 磁力座

選用磁力座來固定測量設備，旋轉其手柄可以改變它的磁極以便測量設備的組裝和拆卸。這樣在安裝和拆卸時就不會破壞現場設備。經過對測量方案的分析可知該設計方案主要有以下特點: 1) 選用測量精度非常高的雙頻激光干涉儀作為測量設備，測量準確度高。2) 不使用電控部件，具有隔離防爆的特點。3) 可以方便地對各種立式儲罐用液位計進行在線檢定。4) 浮子設計成自由的浮子，提高了整套測量裝置的精度。

 

2 待解決問題

2． 1 油氣對光路的影響

     雙頻激光干涉儀測距原理是通過測量激光的光程差來測量的。密封的儲油罐油氣中P( 壓強) ，T( 溫度) 和C( 濕度) 變化引起油氣中密度ρ 的變化，傳播光的介質的折射率n 就會發生改變，zui終表現為激光光束通過儲罐引起的附加光程差l 的變化，使測量距離產生誤差，影響測量精度。另外不同油品的油氣成分是不一樣的，就是同一種油氣，其成分受油品產地、生產批次等多方面的影響，化學成分也不穩定，這些都會導致介質折射率的變化，影響測量結果。所以怎么補償由于油氣對光路影響造成的測量誤差是一大難題。

 

2． 2 浮子重心的影響

     如果浮子重心不在它的幾何重心上，那么內浮子里的全反射棱鏡就會傾斜，如圖4 所示。

 

2． 3 導向鋼絲繩穩定性影響

導向鋼絲繩的穩定性會對外浮子的運動范圍產生影響，外浮子運動范圍過大直接影響內浮子的運動范圍。內浮子運動范圍過大會使雙頻激光干涉儀測量丟數，影響液位測量的準確度，示意圖可參照圖2。

 

3 結束語

在線液位標準裝置設計方案選用激光和自由浮子進行液位計量，測量精度高，穩定性好。設計方案的提出只是整個工程的一部分，方案的進一步設計正在進行，其中存在的問題會在后續工作中加以解決和完善。