伺服式液位计在油水界面测量领域的广泛应用
伺服式液位计在油水界面测量领域的广泛应用
伺服式液位计一直被广泛地用于储罐液位的高精确度测量，因为它是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底等参数。
伺服式液位计基于浮力平衡的原理，由微伺服电动机驱动体积较小的浮子，能精确地测出液位等参数。浮子用测量钢丝悬挂在仪表外壳内，而测量钢丝缠绕在精密加工过的外轮鼓上；外磁铁被固定在外轮鼓内，并与固定在内轮鼓的内磁铁耦合在一起。
长期以来，油田的油水界面测量一直是工业过程测量领域的一个难题，而油水界面这一参数对于每一个采油厂都是非常重要的，其中涉及到了财务结算等关键性的问题，所以急待解决。基于这种背景，我们对这一课题进行了攻关，经过反复的实践、摸索，终于成功地利用伺服式液位计解决了这一难题。
当液位计工作时，浮子作用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩，从而引起磁通量的变化。轮鼓组件间的磁通量变化导致内磁铁上的电磁传感器(霍尔元件) 的输出电压信号发生变化。其电压值与储存于CPU 中的参考电压相比较。当浮子的位置平衡时，其差值为零。当被测介质液位变化时，使得浮子浮力发生改变。其结果是磁耦力矩被改变，使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压发生变化。该电压值与CPU 中的参考电压的差值驱动伺服电动机转动，调整浮子上下移动重新达到平衡点。整个系统构成了一个闭环反馈回路(如图1所示) ，其精确度可达±0.7mm ，而且，其自身带有的挂料补偿功能，能够补偿由于钢丝或浮子上附着被测介质导致的钢丝张力的改变。
当今，世界自动化仪表行业有很多种仪表可以进行界面测量，而为什么在油田的油水界面测量方面又几乎是一个空白呢？这主要是由于这一场合不同于其他界面测量，工艺条件极其复杂。
但是在实际应用中，现场工况要复杂得多。由于不同产地的原油密度都不尽相同，再加上进料带来的扰动、破乳剂和沉降时间等诸多因素，从而导致了在原油层与水层中间存在着一个厚薄不一、密度梯度不定的过渡层，习惯上称之为乳化层。在这一乳化层中存在着水包油(W/O)、油包水(O/W)，甚至水/油/水(W/O/W)或油/水/油(O/W/O)分层等更为复杂的体系，正是由于存在了这一如此复杂的乳化层，使得绝大多数界面仪在遇到这种工况时无法测量，而伺服式液位计能够从多界面测量仪表中脱颖而出，成功地应用于这一极端恶劣的工况，正是由于它独特的原理，以及先进的自我维护功能。
测量界面的原理与伺服式液位计基本相同，即根据原油与水两种介质密度的不同导致所受浮力的不同而进行精确的界面测量。
由于在原油层与水层之间存在着厚薄不定的乳化层，而乳化层也不是单一的层面，存在着油包水、水包油，以及化学聚合物等，所以其内部物性、理化性能均十分不稳定，再加上进料带来的扰动使得该乳化层内部互相交错，非常复杂，而射频导纳式液位计检测的是导电性发生阶跃变化的电界面，而且要求上下层的介质导电性至少相差5倍以上才能准确地进行测量，所以在介质导电性模糊不清的工况是无法很好地测量的。
由于伺服式液位计采用的是浮力平衡的原理，所以其在测量界面时只与密度的变化有关，而与其他因素无关。这样大大地提高了系统的精确度与稳定性。
总之，在油田的采油厂使用伺服式液位计测量油水界面，其精确度、重复性、稳定性都令用户满意，并且由于它工作可靠、操作简单、易于维护，使得捞样工人从繁重的劳动中解放出来，提高了全厂的自动化水平，它值得进行推广。
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