专利名称：电子融合测量界位变送器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电子融合测量界位变送器及其测量方法，属于液体混合介质测量设备技术领域，尤其涉及炼油设备中的油水混合液体的界位测量技术。
背景技术：
目前，很多液态类产品为多种介质的混合体系，其中，互不相溶的介质混合体系的界位变化情况对于与其相关的生产及管理领域非常重要。但是，现今所广泛使用的界位测量装置常因测量介质变化、环境变化等因素而存在零点校正不准、测量结果误差大，进而影响与其相关的生产加工、运输管理等各方面的工作运行。特别是在石油的生产管理过程中， 储油罐中油水混合介质的界位、密度等参数的变化，对于油品质量监控及其运输管理等各方面相关工作都有重要影响，因此，需要研究开发出能够准确测量混合介质的界位的技术。现有技术中，实用新型专利ZL 03212246. 2公开了液体液位、密度、温度传感器， 包括套装在测杆上的液面浮子、密度浮子、界面浮子，测杆的另一端装有传感器头，传感器头中装有控制器，控制器通过波导线与密度浮子、液面浮子和界面浮子相连。该实用新型工作环境温度范围广，在测杆保护下抗腐蚀性好，但是该实用新型对零点的变化和环境变化对界位测量的影响没有进行考虑，从而使其测量结果在一定程度上准确度有限。发明专利ZL200910311833. 9公开了一种直接液位界位测量仪，主要由传感器外壳顺序连接界面浮球、液面浮球、安装法兰、变送器外壳组装一体而构成。使用时，使用时， 传感器外壳连接安装传感器，将该发明置入油、水混合的液体中，即可用于测量油、水界面。 但是该发明对零点的变化和环境变化对界位测量的影响也没有进行考虑，从而使其测量结果易出现较大的误差。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种电子融合测量界位变送器及其测量方法，实现高效准确测量界位，不因介质及环境变化而影响测量。本发明解决问题的技术方案是提供一种电子融合测量界位变送器，包括界位测量元件、温度测量元件、信号处理器，其中，所述界位测量元件与所述信号处理器相连接，所述温度测量元件与所述信号处理器相连接。进一步地，所述界位测量元件包括液体介电常数传感器，用于测量介质的相对介电常数(、)；所述信号处理器内设置有温度补偿元件，能够消除温度对界位测量造成的影响，保证界位测量的准确度。进一步地，在所述界位测量元件的底部设置有固定件。进一步地，所述固定件为弹簧，以提高抗震性能，并在储罐清空或进油等情况下发生膨胀或收缩时，仍能够保持以底为零点，使机械形变的影响降低到最小。进一步地，所述信号处理器位于所述界位测量元件和温度测量元件的顶端，所述温度测量元件位于所述界位测量元件的两端。
进一步地，所述界位测量元件为多个，所述温度测量元件为多个；能够有效防止单一元件测量信号偏离，进而保证测量的准确度。进一步地，本发明所述的电子融合测量界位变送器，还包括保护装置，保护界位测量元件和/或温度测量元件和/或信号处理器，防止其受外部因素影响而导致测量结果不准。本发明还提供了一种应用所述电子融合测量界位变送器的测量方法，包括如下步骤(1)确定量程测量液体储罐内混合介质的高度，将测量值输入信号处理器，设定量程(L)；(2)测量通过温度测量元件测量混合介质温度并将温度测量值输入信号处理器，通过界位测量元件测量混合介质的相对介电常数(ε r)并将混合介质的相对介电常数(ε r)测量值输入信号处理器；(3)信号处理信号处理器将接收到的混合介质的相对介电常数(ε r)测量值根据如下公式(I) 和(II)进行处理(I)h = (er-er2)/(erl-er2), (II)H = Lh ；其中，ε rl, ε r2分别为混合介质中各种介质的相对介电常数；ε r为混合介质的相对介电常数；h为界位占量程的百分比，其单位为百分数；H为界位值；L为所述步骤(1)中设定的量程；信号处理所用公式根据ε r = ε rl*h+ ε r2*(l_h) ε r得出。(4)测量值输出信号处理器对温度测量值和/或界位测量值进行处理，对于界位或者温度的单一测量，信号处理器采用4 20mA电流输出信号并显示温度测量值或界位测量值；对于界位与温度同时测量，信号处理器采用RS485通讯信号(modbus RTU总线)输出信号并显示温度测量值和界位测量值。进一步地，所述骤(2)中通过多个界位测量元件进行混合介质的相对介电常数 (ε r)测量并将混合介质的相对介电常数(ε r)测量值输入信号处理器，所述步骤( 中信号处理器对接收到的混合介质的相对介电常数(ε》测量值先进行关联判断后，依据所述公式(I)和(II)进行处理，再于所述步骤中输出信号并显示界位测量值。进一步地，所述步骤O)中通过多个温度测量元件进行温度测量并将温度测量值输入信号处理器，所述步骤中信号处理器对接收到的温度测量值进行关联判断后输出信号并显示温度测量值。进一步地，所述步骤中，所述信号处理器对所述界位测量值进行温度补偿后输出信号并显示界位测量值。所述关联判断为对多个测量值进行平均处理。所述温度补偿是所述信号处理器通过温度补偿元件根据预先测量的温度与界位的线性关系对界位进行校正。有技术相比，本发明的有益效果是1、本发明有效克服了界位测量中零点变化及温度变化等因素的影响，实现了界位的准确测量；2、本发明的创新设计，安装便捷，操作简单，测量准确，稳定性好，利于减少损耗， 降低成本，适应在不同环境下进行界位测量，适于在油码头、炼油厂等工程领域中推广应用。
图1为本发明电子融合测量界位变送器的功能结构框图；图2为本发明电子融合测量界位变送器的结构示意图；图3为本发明电子融合测量界位变送器的剖面结构示意图；图4为本发明电子融合测量界位变送器的侧部安装结构示意图。图中所示1-界位测量元件，2-温度测量元件，3-信号处理器，4-储油罐，5-安装孔，6-法兰，7-弹簧。
具体实施例方式如图1所示，本发明电子融合测量界位变送器，包括界位测量元件1、温度测量元件2、信号处理器3，其中，界位测量元件1与信号处理器3相连接，温度测量元件2与信号处理器3相连接；如图2和图3所示，信号处理器3位于界位测量元件1和温度测量元件2 的顶端，温度测量元件2位于界位测量元件1的两端，界位测量元件1包括用于测量介质的相对介电常数(ε r)的液体介电常数传感器(图中未示)。上述实施例中，还包括保护界位测量元件1和温度测量元件2以及信号处理器3 的保护装置(图中未示)；信号处理器3内设置有温度补偿元件(图中未示)；界位测量元件1的底部设置有弹簧7 (如图4所示)，界位测量元件的侧部设置有安装孔5 (如图3所示)°如图4所示，在储有汽油和水的储油罐4上通过安装孔5以法兰6固定安装本发明电子融合测量界位变送器，使界位测量元件1内部与储油罐4相连通，介质从底孔(图中未示)进入界位测量元件1，使界位与罐中的界位保持一致。应用本发明电子融合测量界位变送器进行测量时，包括如下步骤(1)确定量程测量储油罐4内混合介质的高度，将测量值输入信号处理器，设定量程(L)；(2)测量通过温度测量元件2测量混合介质温度并将温度测量值输入信号处理器3，通过界位测量元件1测量混合介质的相对介电常数(ε r)并将混合介质的相对介电常数(ε r) 测量值输入信号处理器3 ；(3)信号处理信号处理器3将接收到的混合介质的相对介电常数(ε r)测量值根据如下公式 (I)和(II)进行处理(I)h= (er-er2)/(erl-er2), (II)H = Lh5其中，ε ^为水的相对介电常数，^2为汽油的相对介电常数分别；h为界位占量程的百分比，其单位为百分数；H为界位值。(4)测量值输出
信号处理器3对温度测量值和/或界位测量值进行处理，对于界位或者温度的单一测量，信号处理器3采用4 20mA电流输出信号并显示温度测量值或界位测量值；对于界位与温度同时测量，信号处理器3采用RS485通讯信号(modbus RTU总线)输出信号并显示温度测量值和界位测量值。其中，所述步骤O)中通过2个温度测量元件2进行温度测量并将温度测量值输入信号处理器3，所述步骤(4)中信号处理器3对接收到的温度测量值进行关联判断后输出信号并显示温度测量值；所述步骤(4)中，信号处理器3对所述界位测量值通过所述温度补偿元件进行温度补偿后输出信号并显示界位测量值。本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种电子融合测量界位变送器，其特征在于包括界位测量元件、温度测量元件、信号处理器，其中，所述界位测量元件与所述信号处理器相连接，所述温度测量元件与所述信号处理器相连接。
2.根据权利要求1所述的电子融合测量界位变送器，其特征在于所述界位测量元件包括液体介电常数传感器；所述信号处理器内设置有温度补偿元件。
3.根据权利要求1所述的电子融合测量界位变送器，其特征在于在所述界位测量元件的底部设置有固定件。
4.根据权利要求3所述的电子融合测量界位变送器，其特征在于所述固定件为弹簧。
5.根据权利要求1所述的电子融合测量界位变送器，其特征在于所述信号处理器位于所述界位测量元件和温度测量元件的顶端，所述温度测量元件位于所述界位测量元件的两端。
6.一种应用权利要求1所述的电子融合测量界位变送器的测量方法，其特征在于，包括如下步骤(1)确定量程测量液体储罐内混合介质的高度，将测量值输入信号处理器，设定量程；(2)测量通过温度测量元件测量混合介质温度并将温度测量值输入信号处理器，通过界位测量元件测量混合介质的相对介电常数并将混合介质的相对介电常数测量值输入信号处理器；(3)信号处理信号处理器将接收到的混合介质的相对介电常数测量值根据如下公式(I)和(II)进行处理(I)h = (er-er2)/(erl-er2), (II)H = Lh ；其中，ε rl, ε r2分别为混合介质中各种介质的相对介电常数；ε r为混合介质的相对介电常数；h为界位占量程的百分比，其单位为百分数；H为界位值；L为所述步骤(1)中设定的量程；(4)测量值输出信号处理器对温度测量值和/或界位测量值进行处理，对于界位或者温度的单一测量，信号处理器采用4 20mA电流输出信号并显示温度测量值或界位测量值；对于界位与温度同时测量，信号处理器采用RS485通讯信号输出信号并显示温度测量值和界位测量值。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述骤O)中通过多个界位测量元件进行混合介质的相对介电常数测量并将混合介质的相对介电常数测量值输入信号处理器，所述步骤(3)中信号处理器对接收到的混合介质的相对介电常数测量值先进行关联判断后，依据所述公式(I)和(II)进行处理，再于所述步骤中输出信号并显示界位测量值。
8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于所述步骤O)中通过多个温度测量元件进行温度测量并将温度测量值输入信号处理器，所述步骤中信号处理器对接收到的温度测量值进行关联判断后输出信号并显示温度测量值。
9.根据权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于所述步骤(4)中，所述信号处理器对所述界位测量值进行温度补偿后输出信号并显示界位测量值。
全文摘要
本发明涉及一种电子融合测量界位变送器及其测量方法，属于液体混合介质测量设备技术领域，尤其涉及炼油设备中的油水混合液体的界位测量技术，包括界位测量元件、温度测量元件、信号处理器，其中，所述界位测量元件与所述信号处理器相连接，所述温度测量元件与所述信号处理器相连接。本发明有效克服了界位测量中零点变化及温度变化等因素的影响，实现了界位的准确测量；且安装便捷，操作简单，测量准确，稳定性好，利于减少损耗，降低成本，适应在不同环境下进行界位测量，适于在油码头、炼油厂等工程领域中推广应用。
文档编号G01F15/00GK102564515SQ20121003051
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者张启武, 李二刚, 贺江林 申请人:北京中油联自动化技术开发有限公司