摘 要：簡(jiǎn)單介紹了射頻電容液位計進(jìn)行油水雙液位檢測的基本原理，闡述了海上溢油回收檢測裝置的基本構造及其工作過(guò)程。針對海上特殊應用環(huán)境的測量需求，提出分別按油、按水標定的液位檢測方案。油水混合狀態(tài)下，對２組實(shí)驗測試數據進(jìn)行誤差和線(xiàn)性度的數值計算，通過(guò)曲線(xiàn)擬合對比分析，#終確定了海上溢油回收集油箱油位檢測的#優(yōu)化方案—按油標定檢測。實(shí)驗證明，該方案可以滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際測量環(huán)境的要求，液位計的測量精度高、線(xiàn)性度好。
【１、引 言】
在海上溢油回收過(guò)程中，實(shí)時(shí)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(guān)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(wú)法實(shí)現油水混合狀態(tài)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(jìn)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(jìn)行了改進(jìn)，可以對油水液位進(jìn)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。三暢射頻電容液位計具有測量精度高、線(xiàn)性度好、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足海上復雜環(huán)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(zhì)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(guò)程中，采用三暢儀表生產(chǎn)的SC-700系列電容液位計，它采用國際上先金的射頻電容技術(shù)。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(zhì)，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(zhì)浸汲測量電極的高度變化時(shí)，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４～２０ｍＡ標準模擬電流信號（其中４ｍＡ 表示零信號，２０ｍＡ表示信號的滿(mǎn)刻度），遠傳至操作控制室供二次儀表或計算機進(jìn)行集中顯示、報警或自動(dòng)控制，其原理圖如圖１所示。在工業(yè)現場(chǎng)，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(kāi)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(guò)程中，斜帶轉筒由液壓站提供順時(shí)針?lè )较虻臓恳�，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(dòng)抽油泵開(kāi)始抽油。所以，實(shí)時(shí)檢測集油箱中油位的高度，是溢油回收控制的關(guān)鍵。
溢油回收過(guò)程中，集油箱內為油水混合介質(zhì)，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(shí)際測量中，油水混合比例是動(dòng)態(tài)變化的，所以實(shí)驗分別采用按水、按油標定的方式，進(jìn)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(shí)驗中，三暢液位計測量桿約１００ｃｍ，假設標定滿(mǎn)量程為Ｍ，�。� 為７０ｃｍ。三暢儀表為確定液位測量的線(xiàn)性關(guān)系，shou先需要確定２個(gè)標定點(diǎn)，且２個(gè)標定點(diǎn)之差不得低于５０％�，F取標定滿(mǎn)量程的２０％處作為第１個(gè)點(diǎn)標定點(diǎn)，取標定滿(mǎn)量程的９０％處作為第２個(gè)標定點(diǎn)。實(shí)驗測量過(guò)程中，向容器內緩緩注入油水混合物（水多油少），具體實(shí)驗數據及誤差、線(xiàn)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(shí)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Ｐ２。
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(shí)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(shí)驗過(guò)程中，假設實(shí)際油水計算比例誤差為Ｗ１，而實(shí)際水位計算比例誤差為Ｗ２，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覺(jué)對誤差Ｗ１和Ｗ２。
傳感器的被測量與傳感器輸出之間的關(guān)系一般是非線(xiàn)性的。為了更加形象直觀(guān)地分析２種計算誤差隨水位變化的趨勢，分別繪制其誤差Ｗ１、Ｗ２的擬合曲線(xiàn)如圖３所示。
由圖３誤差曲線(xiàn)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(dòng)沒(méi)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(zhù)水位增加（接近滿(mǎn)量程），誤差越來(lái)越小，在標定滿(mǎn)量程的５０％～１００％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(xiàn)性度則表征了測試系統的輸出與輸入與理想系統的線(xiàn)性比例關(guān)系，他們都是實(shí)驗過(guò)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(xiàn)性度分別為δ１、δ２，按式（５）、式（６）分別對兩者的線(xiàn)性度進(jìn)行計算。
計算數據表明，線(xiàn)性度與誤差隨水位變化曲線(xiàn)基本吻合。即在水標定的情況下，在標定滿(mǎn)量程的５０％～１００％，不僅測量精que度高，而且線(xiàn)性度也好。
４．２ 油標定下的測量分析
在實(shí)驗中，按油標定滿(mǎn)量程Ｍ 為８０ｃｍ。取標定滿(mǎn)量程的２５％處作為標定第１點(diǎn)，取標定滿(mǎn)量程的８７．５％處作為標定１第２點(diǎn)。實(shí)驗測量過(guò)程中，向容器內緩緩注入油水混合物（油多水少），實(shí)驗數據及誤差、線(xiàn)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(shí)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(xiàn)性度，并繪制出的誤差曲線(xiàn)如圖４所示。
由圖４曲線(xiàn)可以明顯看出：在油標定的情況下，隨著(zhù)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(mǎn)量程的５０％～７０％平均誤差高達１８．３％；而理論水位計算比例誤差相對偏�。ㄆ骄`差約為２．４％）并且呈現出一定的規律性———隨著(zhù)油位增加（接近滿(mǎn)量程），誤差越來(lái)越小。同樣，線(xiàn)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(shí)際液位測量過(guò)程中，集油箱液位高度一般在滿(mǎn)量程的２５％～９０％波動(dòng)。如果采用按水標定的方案，則會(huì )在滿(mǎn)量程的２５％～５０％產(chǎn)生較大的測量誤差，并且線(xiàn)性度不好。而按油標定的方案，在標定滿(mǎn)量程的２０％～１００％誤差已經(jīng)很小，線(xiàn)性度較好。所以，綜合２組實(shí)驗數據的誤差、線(xiàn)性度估算及現場(chǎng)實(shí)際測量３方面的因素，按油標定不僅測量精度高，而且線(xiàn)性度好，為其#佳檢測方案。
【５ 結 論】
電容液位計一般用于石油化工行業(yè)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(shí)驗對比分析法，從２種測量方案的誤差、線(xiàn)性度估算出發(fā)，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(xiàn)性度較高，滿(mǎn)足了現場(chǎng)溢油回收控制系統的需要。
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