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聯系我們１、引言
在海上溢油回收過程中， 實時檢測集油箱油水混合物中油位的高度， 是溢油回收檢測與控制系統的關鍵。目前常用的液位檢測傳感器有： 超聲波式、 磁致伸縮式、 浮子式、微波式等。但以上方法均無法實現油水混合狀態下油位的檢測。針對海上溢油回收檢測的特殊要求， 必須找出一種能夠進行油水識別的檢測的方案。分段電容液位計， 在傳統電容檢測的基礎上， 進行了改進， 可以對油水液位進行檢測， 但是寄生電容影響較大， 而且在段與段的分界處存在檢測盲區， 嚴重影響檢測精度。射頻電容液位計具有測量精度高、 線性度好、 抗干擾能力強等優點， 可以滿足海上復雜環境下， 油水液位的檢測。
２、射頻電容液位計的測量原理
射頻電容液位計是基于介質的射頻阻抗理論， 負載射頻阻抗隨油水混合液中不同油水比例而變化， 使電容傳感器輸出相應的電信號。在溢油回收過程中， 采用奧脈絡控制工程有限公司生產的 ＡＭ ９ ０ ８ ０ 系列電容液位計， 它采用上先進的射頻電容技術。電容液位計的探極及金屬外殼構成電容器。將集油箱中待測液 體作為電介質， 射頻振蕩器施加于電容器兩端構成回路。
據電容感應原理， 當被測介質浸汲測量電極的高度變化時， 引起其電容的變化， 電容的變化引起振蕩器輸出頻率的變化， 微控制器根據這一頻率的變化計算輸出４～２ ０ｍＡ標準模擬電流信號（ 其中４ｍＡ 表示零信號，２ ０ｍＡ 表示信號的滿刻度） ， 遠傳至操作控制室供二次儀表或計算機進行集中顯示、 報警或自動控制， 其原理圖如圖１所示。在工業現場， 電流對噪聲并不敏 感， 電流輸出增加了傳感器的抗干擾能力。
３、海上溢油液位檢測裝置基本構造
海上溢油回收液位檢測裝置如圖 ２ 所示。集油箱是上下開口的金屬容器， 射頻電容傳感器安裝固定到集油箱中央， 測量探極底部處在油水交界處。溢油回收過程中， 斜帶轉筒由液壓站提供順時針方向的牽引力， 溢油跟隨斜帶轉筒聚集到集油箱底部。當集油箱內部油層積累到一定厚度， 啟動抽油泵開始抽油。所以， 實時檢測集油箱中油位的高度， 是溢油回收控制的關鍵。
溢油回收過程中， 集油箱內為油水混合介質， 所以理論上電容傳感器應該采用油水混合標定的方法。而實際測量中， 油水混合比例是動態變化的， 所以實驗分別采用按水、 按油標定的方式， 進行集油箱油水混合液位的測量。
４、射頻電容液位計測量數據分析
４． １ 液位計在水標定下的測量分析
在該實驗中， 液位計測量桿約１ ０ ０ｃ ｍ ， 假設標定滿量程為 Ｍ， 取Ｍ 為７ ０ｃ ｍ 。為確定液位測量的線性關系， 首先需要確定 ２ 個標定點， 且 ２ 個標定點之差不得低于 ５ ０％ 。
現取標定滿量程的 ２ ０％ 處作為第 １ 個點標定點， 取標定滿量程的９ ０％處作為第２個標定點。實驗測量過程中， 向容器內緩緩注入油水混合物（ 水多油少） ， 具體實驗數據及誤差、 線性度分析如表 １ 所示。
表１主要記錄了水標定下， 注入油位 Ｈ 、注入水位 Ｌ 及液位顯示百分比 Ｐ 。 采用對比實驗數據分析的方法， 分別按式（１）、式（２） 計算出理論油水混合計算比例 Ｐ１及理論水位計算比例 Ｐ ２ 。
精度表征了儀器儀表測量誤差的大小， 誤差表示測量值與真實值之間的差異， 它表征了測量結果的準確度及可信度。按水標定實驗過程中，假設實際油水計算比例誤差為 Ｗ １ ， 而實際水位計算比例誤差為 Ｗ ２ ， 測量顯示比例為 Ｐ ， 分別按式（ ３ ） 、 式（ ４ ） 計算 ２ 種情況下的計算比例與測量顯示比例的誤差 Ｗ１和Ｗ２ 。
Ｗ １ ＝｜ Ｐ １ － Ｐ ｜
Ｗ ２ ＝｜ Ｐ ２ － Ｐ ｜
傳感器的被測量與傳感器輸出之間的關系一般是非線性的。 為了更加形象直觀地分析 ２ 種計算誤差隨水位變化的趨勢， 分別繪制其誤差 Ｗ １ 、 Ｗ ２ 的擬合曲線如圖 ３ 所示。
由圖３誤差曲線趨勢可以得出： 在按水標定的情況下，理論油水混合計算比例誤差相對較大， 并且上下頻繁波動沒有一定的規律性； 而理論水位計算比例誤差相對偏小， 且呈現出一定的規律性— — —隨著水位增加（ 接近滿量程） ， 誤差越來越小， 在標定滿量程的 ５ ０％～１ ０ ０％ 平均誤差約為２． ５％ 。誤差在一定程度上反映了傳感器在該系統應用上測量的準確度， 線性度則表征了測試系統的輸出與輸入與理想系統的線性比例關系， 他們都是實驗過程中對數據檢測的重要依據。假設理論油水混合計算比例及理論水位計算比例的線性度分別為 δ１ 、 δ ２ ， 按式（ ５ ） 、 式（ ６ ）分別對兩者的線性度進行計算。
計算數據表明， 線性度與誤差隨水位變化曲線基本吻合。即在水標定的情況下， 在標定滿量程的 ５ ０％～１ ０ ０％ ，不僅測量度高， 而且線性度也好。
４． ２ 油標定下的測量分析
在實驗中， 按油標定滿量程 Ｍ 為８ ０ｃ ｍ 。取標定滿量程的２ ５ ％處作為標定第１點， 取標定滿量程的８ ７ ． ５ ％處作為標定１第 ２ 點。實驗測量過程中， 向容器內緩緩注入油水混
合物（ 油多水少） ， 實驗數據及誤差、 線性度分析如表２所示。
表 ２ 主要記錄了按油標定的情況下的實驗數據。按照表 １ 相同的計算方法， 分別計算出各自的比例、 誤差及線性度， 并繪制出的誤差曲線如圖 ４ 所示。
由圖４曲線可以明顯看出： 在油標定的情況下， 隨著油水高度的增加， 理論油水計算比例誤差反而有上漲的趨勢， 而且在標定滿量程的 ５ ０ ％～ ７ ０ ％ 平均誤差高達 １ ８ ． ３ ％ ； 而理論水位計算比例誤差相對偏小（ 平均誤差約為２ ． ４ ％ ） 并且呈現出一定的規律性— — —隨著油位增加（ 接近滿量程） ， 誤差越來越小。同樣， 線性度與誤差隨油位變化趨勢大體相近。
４． ３ 檢測方案的選定
實際液位測量過程中， 集油箱液位高度一般在滿量程的２ ５％～９ ０％波動。如果采用按水標定的方案， 則會在滿量程的２ ５％～５ ０％ 產生較大的測量誤差， 并且線性度不好。而按油標定的方案， 在標定滿量程的２ ０％～１ ０ ０％誤差已經很小， 線性度較好。所以， 綜合２組實驗數據的誤差、 線性度估算及現場實際測量 ３ 方面的因素， 按油標定不僅測量精度高， 而且線性度好， 為其檢測方案。
電容液位計一般用于石油化工行業密閉容器液位的測量， 將其應用于半封閉的海上溢油回收液位測量裝置中， 采取油、 水標定下的實驗對比分析法， 從 ２ 種測量方案的誤差、 線性度估算出發， 對集油箱油水混合液位中油層厚度的測量， 采取按油標定的方案， 其測量精度及線性度較高， 滿足了現場溢油回收控制系統的需要。
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