CN1086311A

CN1086311A - 多路液位测量装置

Info

Publication number: CN1086311A
Application number: CN 93116408
Authority: CN
Inventors: 顾天骠
Original assignee: LANZHOU OIL REFINING CHEMICAL GENERNAL PLANT CHINESE PETRO-CHEMICAL CORP
Current assignee: LANZHOU OIL REFINING CHEMICAL GENERNAL PLANT CHINESE PETRO-CHEMICAL CORP
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1994-05-04

Abstract

多路液位测量装置用于包括油罐在内的罐区现场高精度测量贮罐内液位，并可与计算机联网，实现大量贮罐液位数据的集中处理。它由液位继动器和多路压力测量仪构成。其中液位继动器为单膜两室型；多路压力测量仪由多路标准压力信号发生器、电磁气阀、气电转换器和微计算机装在防爆箱内组成。本测量装置精度可达0.15％，适用于汽油、稠油等各种液体的液体测量和自校正。

Description

本发明涉及液位测量技术，特别涉及油类等液体贮罐内液位测量装置。

目前，广泛采用静压法测量容器内液位。可用多种方法测得容器内液柱的静压，继而换算出对应的液位高度。利用钟罩充气憋压采样即是最常使用的方法之一。这是将钟罩置于容器底部，由一条通风管线向钟罩内充气，待罩内气压与液压平衡，憋住气压，就能用诸如振动筒式压力仪表测得此时的平衡气压，于是得到液体压力值。常用的压力仪表如兰州恒达计量技术咨询服务部制造的《LHWY-微机贮罐计量仪》，这是当前颇受重视的钟罩法测液位中所用的压力仪表。图1示出这种压力仪表的结构框图。借助振动筒式压力变送单元，将来自钟罩的气压信号引入该计量仪，经微处理器控制并显示被测气压值。还可通过其中的标准RS-232C串行通讯接口，实现仪器与计算机直接通讯，或打印制表等。

借助这种计量仪，利用钟罩法对贮罐内液体产品计量/监测，可分为单罐测量和多罐测量两种方式。图2示出使用该计量仪，经切换，对多个（做为示意，图中画出2个贮罐）液体贮罐测量的示意图。如果选择对其中1号罐施行测量，可先打开手阀130和140，这时其它阀全部关闭，对1号钟罩充气，待气压与液压平衡后，关闭手阀140，即可通过与之相连的贮罐计量仪150读得该罐罐内的液体静压。余仿此，则实现一台贮罐计量仪对多个贮罐的液压（位）测量。

采用上述钟罩充气憋压采样与贮罐压力仪表相结合的测量液位方法和装置，要求风管线及各切换手阀有严格的密封，任何轻微的漏气都将造成较大的测量误差。如有漏气，则既使所用贮罐压力仪表的精度高达0.1%，整个测量系统的精度往往也只能达到0.3%-0.5%。另外，上述这种多罐测量系统的重要操作环节-阀的切换，以及所用压力仪表的频繁排空清零均由人工操作，不仅切换周期长（每切换一点需充气平衡30秒），也不能实现自动监测。而且由于所用计量仪表属非防爆结构，计量仪表只能远离罐区放置，这就使得所用引压风线很长，既增加投资，也使系统复杂化。这种方法也不适宜对诸如汽油、稠油（渣油、原油等）的测量，前者易挥发，后者易堵塞风管。特别是所用的贮罐计量仪不能实现多台联网，难于满足大量液罐自动数据采集及与计算机联网的要求。

本发明的目的在于提供一种可在包括油罐在内的罐区现场使用的高精度多路液位测量装置。本装置可与计算机联网，实现罐区液位的集中数据处理。

为实现上述发明目的，本发明的多路液位测量装置由液位继动器和多路压力测量仪两部分构成。其中液位继动器将液柱静压信号精确地等值地转换成气压信号;多路压力测量仪本身具有微机控制和自校正及数据远传功能。本装置将多台贮罐的液位继动器输出气压信号接到同一台多路压力测量仪进行切换控制和测量显示，进而多台本发明的装置又可由上位计算机集中数据处理。

本发明装置所用的液位继动器为最新设计的单膜两室型液位继动器，即由一个聚脂材料制成的膜片将上下环室分隔成受压室A和B。将该液位继动器安装在液罐底部，受压室A接收液压信号，受压室B接收气压信号。膜片中央有硬芯，硬芯中心有挡板，档板的正上方装有喷咀。喷咀、挡板的工作保证膜片两面压力严格平稳，从而将液压值精确地等值转换为气压信号，送入所述多路压力测量仪测量、显示和处理。

本发明装置所用的多路压力测量仪系在一防爆箱内装有多路标准压力信号发生器、电磁气阀、气电转换器和微计算机组成。

其中多路标准压力信号发生器系将多个浮球压力装置安装在同一块管路板上，由同一气源供气。每个浮球装置进气通道入口处装有孔径各异的恒节流孔板，并配以固定的、质量各不相同的砝码。砝码的重量与节流孔板的孔径配合，可输出恒定的标准压力信号。信号稳定性好，精度高。

将多个贮罐的液位继动器输出气压信号及多个标准压力信号经电磁气阀切换，逐个送入气电转换器，转换成电信号后送入微计算机，实现数字显示及对液位信号自校正，消除气电转换器及模数转换的转换误差。

其中电磁气阀及与之配套使用的电子采样开关的数量等于本发明装置中液位继动器与标准压力信号及一个气源压力监测信号的数目总和。它们共用一个气电转换器，并由逻辑控制电路依序切换和控制各套电磁气阀的动作。

所述微计算机采用MC-51系列单片机为核心的最小配置，其中CPU为8031，EPROM为2764，8K只读存储器。除能控制本装置的切换操作及数字显示外，还可通过RS-232C串行通信口与上位计算机数字通信。

采用本发明的多路液位测量装置可实现多路贮罐液位的测量及自校正，并且利用本装置的可互连的串行通信口实现与计算机的一对多的通讯。仅就液位测量而言，本装置可将测量精度提高到0.15%，并扩大顾使用范围，能对包括汽油、原油、渣油在内的油类及其它液体贮罐广泛适用。本装置可置于罐区现场使用。由于本装置具有自动切换能力并能与计算机实现一对多通讯，可实现对大量液罐（比如240个）集中数据采集与监督，投资也比现有装置减少1/2至3/4。

以下结合附图通过具体实例详细描述本发明的具体实施方式。其中：

图1是现有技术LHWY微机贮罐计量仪的结构框图;

图2是使用图1计量仪的多罐测量系统示意图;

图3是本发明多路液位测量装置实施例的结构框图;

图4是图3所示实施例中单膜液位继动器的结构剖面图;

图5是图3所示实施例中多路压力测量仪的内部结构示意图;

图6是图5所示压力测量仪的俯视图;

图7是图5所示压力测量仪中多路标准信号发生器结构示意图;

图8是图5所示压力测量仪中微计算机原理图;

图9是图8所示微计算机线路图;

图10表示多台本发明多路液位测量装置与上位计算机通讯接口线路图。

对照图3，示出按照本发明的12路贮罐液位测量装置实施例的结构框图。图中用点划线标出的方框1表示多个液位继动器，本例中即1^＃至12^＃，分别安装在第1^＃至12^＃待测贮罐的底部，将各贮罐的液柱压力信号转换成气压信号待测。框中13^＃表示提供气源压力监测信号的装置，它是个气阻分压元件，把气源压力0.14兆帕分压为小于0.1兆帕的压力值，随前述各液位继动器的输出压力信号（0-0.1兆帕）一起送入微计算机，以监测气源的波动情况。

图中点划线标出的方框2为多路标准压力信号发生器，在本例中为三路情况，即分别给出0.097兆帕，0.055兆帕和0.01兆帕三种标准压力信号，供微计算机选用，逐个对测量值进行校正，获得精确的液压值。

图中点划线标出的方框3中共示出16个电磁气阀，分别与前述液位继动器的输出气口、气源压力监测信号和标准压力信号发生器各输出气口相连，在微计算机5控制下，依序切换各信号，送入气电转换器4将各气压信号转换成电信号，送入微计算机5进行测量、校正和显示。进而，本实施例的微计算机5的串行口RS-232C及远程数据收发器将测得的液压值远传至上位计算机，实现数据集中处理。

其中多路标准信号发生器2、电磁气阀3、气电转换器4和微计算机5装入一个防爆箱内，组成多路压力测量仪。

对照图5和图6示出一个多路压力测量仪的结构示意图。其中防爆箱体10和防爆箱盖9组成防爆箱。箱体10内装有左右两组电磁气阀20，每组8个，由管路板17内的管路互相连通，并与箱体10上的气接头23相通，用“O”形圈16密封。箱体10中间固定有气电转换器21。三个气容13安置在箱体10外面的下部。防爆箱体10与多路标准信号箱体11铸造成一体，里面布置有三个标准信号发生器（浮球装置）12。

防爆箱盖9内装有微计算机线路板6，远程数据收发器8和电源变压器7。

对照图4，示出本发明多路液位测量装置一个实施例的液位继动器剖面图，它由上环室22、下环室23、上盖19和过滤器18叠合而成，上、下环室之间由聚脂膜片24分隔成A、B两个受压室，受压器的几何尺寸相同。

膜片24的上、下表面分别有上硬芯25和下硬芯26。截面为“T”型的上硬芯的凸台部分套入下硬芯的中心孔内，上硬芯凸台部分的中心孔内装有挡板27，挡板可在上硬芯的中心孔内滑动。

上环室中心处有喷咀28，喷咀恰在挡板上方，喷咀气孔孔径为1毫米，其一端开口与受压室B相通，另一端开口经放空通道与大气相通。

迷宫式过滤器18中布置有进气通道，输出通道和放空通道。进气通道中部依次装有过滤片29和微孔节流板30，板上有一个孔径为0.3毫米的节流孔。压缩空气沿进气通道经过滤片29过滤，以保证气源的纯净，再经微孔节流板30可精确地调节和控制进入受压室B的气流流量，以灵敏地响应受压室A中输入液压信号的变化，有效地保证了输出信号与输入信号的精确等值性。

环室外圆尺寸为φ120毫米，内径为80毫米。整个继动器可直接沉入贮罐底部，以支腿支撑。也可将支腿换成法兰，在罐底侧壁开口，把继动器的A受压室通过法兰与该开口相连。

在图7所示的多路标准压力信号发生器结构示意图中，包括三个浮球装置12，它们装在一块管路板31上，由同一气源供气。各浮球装置进气通道与喷咀芯32相接的入口处各装有孔径不同的恒节流节流孔板33。图中由左至右各浮球装置节流孔板的孔径依次为0.5毫米、0.4毫米、0.3毫米。每个浮球装置各有自己的输出接头，并各与一气容13相通。气容13均为150毫米×80毫米×60毫米的长方体容器，通过管线与管路板31相连。

三个浮球装置分别配以不同重量的砝码。图中从左至右三个砝码的外径均为60毫米，内径均为26毫米，高则分别为55毫米、27毫米、5.5毫米，与前述各装置的节流孔径配合，分别给出0.097兆帕、0.055兆帕、0.01兆帕的标准压力信号。

本实施例的多路压力测量仪中所用电磁气阀系由螺管电磁力驱动挡板吸合喷咀，关断气路的电磁气阀;所用气电转换器可为市售灵敏度高，分辨率高，线性好的扩散硅式压力传感器。

图8和图9给出本实施例所用压力测量仪中微计算机的原理图和线路图。它采用MC-51系列单片机为核心，其中CPU为8031，主频6MHZ。微计算机的运行程序储存于8K的EPROM2764中。本机采用了八位锁存器74LS373，用ALE锁存信号把低八位地址锁存在该片中。

为扩展随机存贮器（RAM）及输入、输出（I/O）口，本机选用8155 RAM/IO可编程扩展器。

图中P₁为电磁气阀控制信号输出口，控制十六个电磁气阀。经4位锁存/4-16译码器C4515锁存译码，外设驱动电路MC1416驱动它们动作。

七块寄存/译码/LED显示器LCL002集寄存、译码、显示功能于一身，实现数据显示。前两位显示测量点号;后五位显示测量值，每块的数字码由A、B、C、D四脚输入，它们与8155 P_A口的0-3号脚相连。P_A口的4、5、6脚经三-八译码器控制各块的选通。显示器的BL脚可控制显示亮度，高电位（+5V）时灭，低电位时亮。

八个功能键K₂-K₉产生的操作信号，经八位优选编码器C4532送至8155的P_B口;中断信号则从C4532的E_O脚直接送至8031的P₃₃脚。八键的任何一个动作，E_O脚均产生中断，CPU响应中断，随即从P_B口读取键入码，产生相应的操作。

六个发光二极管E₁-E₆指出循环、定点、半循环工作方式和测量、液重、液高三种测量。它们由8155的P_C口控制，外设驱动电路MC1416驱动。

气电转换后的电压信号，由12位A/D转换器7109转换为数字量，并经总线由P_O口进入8031。A/D转换器的基准电压由W1403A精密电压基准电源供给。

8031 P₃口的P₃₀、P₃₁两脚接有串行口RS232的电平转换MC1488和MC1489，经此两片电路即可实现本液位测量装置与上位计算机的数字通信。利用图10所示的接口线路，还可实现一台上位计算机与多台本发明液位测量装置的主从式数字通信。

图10给出利用MC1488、MC1489的门电路，把多台本发明的多路液位测量装置的串行口串联起来，将上位计算机来的信号同时送到各台装置的串行输入端，而每台装置的输出，可经MC1488的与非门相加后送至上位计算机。若上位计算机与罐区相距较远，可在第一台测量装置与该上位机之间增设远程数据收发器，使通信距离可达数公里之遥。

Claims

1、一种多路贮罐液位测量装置，由液位继动器和多路压力测量仪组成，其特征在于：

-液位继动器安装在贮罐内的底部，多个液位继动器的输出接口与一台多路压力测量仪相连；

-所述液位继动器均为单膜两室型，由一个聚脂材料制成的膜片将上、下环室分隔成受压室A和B，分别接收液压信号和气压信号，膜片中央硬芯的中心有一档板，档板的正上方装有喷咀；

-所述压力测量仪为一防爆箱内装有多路标准压力信号发生器、电磁气阀、气电转换器和微计算机；

-所述多路标准压力信号发生器是将多个浮球装置与同一气源相接，分别输出，各浮球装置进气通道装有孔径各异的恒节流孔板，并配以不同质量的固定砝码；

-气源、各液位继动器输出接口及多路标准压力信号发生器的各输出接口各经一电磁气阀与一气电转换器相连，气电转换器与微计算机的模入口相连；

-所述微计算机的CPU采用MC-51系列单片机8031，并经RS-232C串行通讯口和远程数据收发器实现数据远传。

2、一种如权利要求1所述的多路液位测量装置，其特征在于所说液位继动器共12个，分别安装在12台液体贮罐内的底部。

3、一种如权利要求1所述的多路液位测量装置，其特征在于所说多路标准压力信号发生器有三个浮球装置，其节流板孔径分别为0.5毫米、0.4毫米、0.3毫米;对应地，分别配有高度为55毫米、27毫米、5.5毫米的砝码，砝码的外径均为60毫米，内径均为26毫米。

4、一种如权利要求1所述的多路液位测量装置，其特征在于所说液位继动器的上环室外面有过滤器，过滤器中布置有进气通道、输出通道和放空通道，进气通道中有过滤片和微孔节流板，板上有一个孔径为0.3毫米的节流孔。

5、一种如权利要求4所述的多路液位测量装置，其特征在于所述节流孔径为0.3毫米。

6、一种如权利要求1、2、4、或5中任一项所述的多路液位测量装置，其特征在于所述喷咀气孔孔径为1毫米，其一端开口与接受气压信号的受压室B相通，另一端开口经放空通道与大气相通。

7、一种如权利要求3所述的多路液位测量装置，其特征在于每个浮球装置各与一气容相通。

8、一种如权利要求7所述的多路液位测量装置，其特征在于所说气容均为150毫米×80毫米×60毫米的长方体容器。

9、一种如权利要求1、2、3、4、5、7或8中任一项所述的多路液位测量装置，其特征在于所述微计算机的运行程序储存于8K的EPROM 2764中;采用八位锁存器74LS 373，用ALE锁存信号把低八位地址锁存在其中;选用8155 RAM/IO可编程扩展器，还有七块寄存/译码/LED显示器LCL002。

10、一种如权利要求6所述的多路液位测量装置，其特征在于所述微计算机的运行程序储存于8K的EPROM 2764中;采用八位锁存器74LS373，用ALE锁存信号把低八位地址锁存在其中;选用8155 RAM/IO可编程扩展器，还有七块寄存/译码/LED显示器LCL 002。