摘　要：簡單介紹了射頻電容液位計進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程。針對海上特殊應用環境的測量需求，提出分別按油、按水標定的液位檢測方案。油水混合狀態下，對２組實驗測試數據進行誤差和線性度的數值計算，通過曲線擬合對比分析，最終確定了海上溢油回收集油箱油位檢測的最優化方案—按油標定檢測。實驗證明，該方案可以滿足現場實際測量環境的要求，液位計的測量精度高、線性度好。
 
【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。仕樂克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，采用仕樂克儀表生產的SLK-700系列電容液位計，它采用國際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４～２０ｍＡ標準模擬電流信號（其中４ｍＡ 表示零信號，２０ｍＡ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，仕樂克液位計測量桿約１００ｃｍ，假設標定滿量程為Ｍ，取Ｍ 為７０ｃｍ。仕樂克儀表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５０％。現取標定滿量程的２０％處作為第１個點標定點，取標定滿量程的９０％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Ｗ１，而實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絕對誤差Ｗ１和Ｗ２。

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Ｗ１、Ｗ２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、δ２，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５０％～１００％，不僅測量精確度高，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８０ｃｍ。取標定滿量程的２５％處作為標定第１點，取標定滿量程的８７．５％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５０％～７０％平均誤差高達１８．３％；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２５％～９０％波動。如果采用按水標定的方案，則會在滿量程的２５％～５０％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２０％～１００％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，為其最佳檢測方案。

【５　結　　論】
    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。