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一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置

2021-02-26 09:04:24

一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置

  技术领域

  本发明涉及石油化工液态物料储运、装卸过程中静电安全防护领域,具体公开了一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置。

  背景技术

  低电导率的液态可燃物料如成油品因流动、碰撞极易产生静电,当带电液态物料进入储罐内产生较大液面电位时,罐内液面以上空间形成较大静电电场,就可能诱导液面与罐壁、液面孤立导体与罐壁间发生引燃性静电放电,造成静电燃爆事故。通常采用降低流速和设备良好接地的方式抑制液态物料积聚静电,但单一采用降低流速的方式控制静电限制了石化企业作业效率的提高。为此,需考虑全面的石化可燃物料静电安全监测、预警及防控方法。

  液面电位是石化液态物料储运、装卸的重要安全指标因素。如GB 6951-1986《轻质油品装油安全液面电位值》规定,利用液面电位作为成品油装卸过程安全管理要求,保证油品装卸作业安全。然而,目前液面电位检测方法,如用EST202液面电位测量系统及公告号为CN202848438U的中国专利公开的一种油面电位测量系统,公开号为CN 104627932A的中国专利公开的一种闭环电位反馈的装卸原油静电危害预警方法及装置均采用浮球测试油面电位方法,漂浮于液面的浮球因晃动随液面波动而容易接触管壁,而不适合在线监测,难以用于对液态物料液面电位异常监测及预警。

  发明内容

  本发明的目的是针对上述不足,提出了一种能够对液态物料在储罐内液位高度和液面电位进行实时监测的安全型液面高度及液面电位综合测试装置。

  本发明具体采用如下技术方案:

  一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置,包括外壳,其特征在于,用于液态物料在储罐内液位高度和液面电位实时监测。

  所述外壳上设有上盖、静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元,外壳内设有信号处理与控制单元,静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元电控连接信号处理与控制单元。

  优选地,所述外壳包括方形本体,方形本体的一个端面上伸出一端圆柱形的头部,信号处理与控制单元位于方形本体内,静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元位于头部。

  优选地,所述头部的末端设有一端螺纹,当该装置工作时,将头部通过螺纹旋于储罐上实现与储罐的连接。

  优选地,所述头部的末端设有一端插接部,当该装置工作时,将头部通过插接部插于储罐上实现与储罐的连接。

  优选地,所述静电敏感探头单元用于测试液面以上空间的电场强度,液面高度传感探头单元用于测试液面与液面高度传感探头之间的距离。

  优选地,所述静电敏感探头单元为基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元,或者振动电容式电场敏感单元、音叉式电场敏感单元、光学式电场敏感单元,或其它种类的电场敏感单元,静电敏感探头单元的静电敏感探头的屏蔽电极接地,在驱动电压作用下,产生与被测电场幅值成正比的电流信号,获得电流信号经放大电路、滤波器、AD采样模块,并经过信号处理与控制单元处理后获得被测电场强度信息。

  优选地,所述液面高度传感探头单元采用超声测距模块,超声测距模块工作时控制芯片通过TRIG引脚产生一个大于10us的脉冲来激活测距模块并记下当时的时间值,通过ECHO引脚检测回声到达的信号,并记下当时的时间值,通过时间差和声速计算出距离值,用于测量液面到传感器即罐顶的距离,实时检测液态物料液位高度。

  优选地,所述外壳为防爆外壳,信号处理与控制单元模块安装在防爆外壳内,静电敏感探头单元的感应电极和液面高度传感探头单元的超声发生元件通过屏蔽线与信号处理与控制单元相连。

  优选地,所述信号处理与控制单元用于为静电敏感探头单元提供振动的驱动信号,并对敏感芯片的输出信号进行解调,获取待测电场信息;同时采集测距传感器探测结果,结合动态校准参数,计算液面电位。

  优选地,所述外壳内还设有通信单元。

  优选地,所述通信单元采用RS232、RS485、CAN、SPI或IIC总线方式进行通信,将液面电位值、液面到罐顶的距离值发送至上位机。

  本发明具有如下有益效果:

  该装置采用低功耗的MEMS电位传感单元实现电厂测试,进而实现对液面电位的高灵敏,高精度测量,同时降低成本,减小体积;同时具备液位监测功能,用于监测罐内液位数据,设备体积小,改造安装方便。

  附图说明

  图1为一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置的整体结构示意图,具体示出了装置的外部结构;

  图2为一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置的整体结构示意图,具体示出了装置的内部结构;

  图3为一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置电路结构框图。

  其中,1为静电敏感探头单元,2为液面高度传感探头单元,3为外壳,4为静电敏感探头电极,5为静电敏感探头绝缘件,6为液面高度传感探头测距单元,7为信号处理与控制单元,8为通信线卡线扣,9为上盖。

  具体实施方式

  下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明:

  如图1-图3所示:

  实施例一

  一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置,包括外壳,用于液态物料在储罐内液位高度和液面电位实时监测。

  外壳上设有上盖9、静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2,静电敏感探头单元1可以为非接触式微机电系统(MEMS)静电敏感探头单元,外壳3内设有信号处理与控制单元7,静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2电控连接信号处理与控制单元7。

  外壳3一个端面上伸出一端圆柱形的头部,信号处理与控制单元位于方形本体内,静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元位于头部。

  静电敏感探头单元1用于测试液面以上空间的电场强度,液面高度传感探头单元2用于测试液面与液面高度传感探头之间的距离。

  静电敏感探头单元1为基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元,或者振动电容式电场敏感单元、音叉式电场敏感单元、光学式电场敏感单元,或其它种类的电场敏感单元,静电敏感探头单元的静电敏感探头4的屏蔽电极接地,通过静电敏感探头绝缘件5将静电敏感探头电极4与外壳3隔离,在驱动电压作用下,产生与被测电场幅值成正比的电流信号,获得电流信号经放大电路、滤波器、AD采样模块,并经过信号处理与控制单元处理后获得被测电场强度信息。

  液面高度传感探头单元采用超声测距模块,包括液面高度传感探头测距单元6,超声测距模块工作时控制芯片通过TRIG引脚产生一个大于10us的脉冲来激活测距模块并记下当时的时间值,通过ECHO引脚检测回声到达的信号,并记下当时的时间值,通过时间差和声速计算出距离值,用于测量液面到传感器即罐顶的距离,实时检测液态物料液位高度。

  外壳为防爆外壳,信号处理与控制单元模块安装在防爆外壳内,静电敏感探头单元的感应电极和液面高度传感探头单元的超声发生元件通过屏蔽线与信号处理与控制单元相连。

  信号处理与控制单元7用于为静电敏感探头单元提供振动的驱动信号,并对敏感芯片的输出信号进行解调,获取待测电场信息;同时采集测距传感器探测结果,结合动态校准参数,计算液面电位。

  外壳内还设有通信单元,通信单元通过通信线缆连接外部通信设备,通信线缆通过通信线卡线扣8固定与外壳处,通信单元采用RS232、RS485、CAN、SPI或IIC总线方式进行通信,将液面电位值、液面到罐顶的距离值发送至上位机。

  为保证设计的一种安全型液面高度及液面电位综合测试设备可用于o区,测试设备的电路满足GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》、GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》对于“ia”保护级别的要求;采用超声测距的液面高度传感探头,超声波源根据GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定关于电气设备超声波源的输出参数不超过下列值:连续源——0.1W/cm2和10MHz;脉冲源——0.1W/cm2和2mJ/mm2。

  除MEMS静电敏感探头的感应电极和液面高度传感探头的超声发生元件外,安全型液面高度及液面电位综合测试设备的本安型信号处理与控制单元模块的带电部件、元件、印制电路的基板等,需根据GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》和GB 3836.9-2014《爆炸性环境第9部分:由浇封型“m”保护的设备》要求进行浇封处理。

  实施例二

  一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置,包括外壳,用于液态物料在储罐内液位高度和液面电位实时监测。

  外壳上设有上盖9、静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2,静电敏感探头单元1可以为非接触式微机电系统(MEMS)静电敏感探头单元,外壳3内设有信号处理与控制单元7,静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2电控连接信号处理与控制单元7。

  外壳3包括方形本体,方形本体的一个端面上伸出一端圆柱形的头部,信号处理与控制单元位于方形本体内,静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元位于头部。

  静电敏感探头单元1用于测试液面以上空间的电场强度,液面高度传感探头单元2用于测试液面与液面高度传感探头之间的距离。

  静电敏感探头单元1为基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元,或者振动电容式电场敏感单元、音叉式电场敏感单元、光学式电场敏感单元,或其它种类的电场敏感单元,静电敏感探头单元的静电敏感探头4的屏蔽电极接地,通过静电敏感探头绝缘件5将静电敏感探头电极4与外壳3隔离,在驱动电压作用下,产生与被测电场幅值成正比的电流信号,获得电流信号经放大电路、滤波器、AD采样模块,并经过信号处理与控制单元处理后获得被测电场强度信息。

  液面高度传感探头单元采用超声测距模块,包括液面高度传感探头测距单元6,超声测距模块工作时控制芯片通过TRIG引脚产生一个大于10us的脉冲来激活测距模块并记下当时的时间值,通过ECHO引脚检测回声到达的信号,并记下当时的时间值,通过时间差和声速计算出距离值,用于测量液面到传感器即罐顶的距离,实时检测液态物料液位高度。

  外壳为防爆外壳,信号处理与控制单元模块安装在防爆外壳内,静电敏感探头单元的感应电极和液面高度传感探头单元的超声发生元件通过屏蔽线与信号处理与控制单元相连。

  信号处理与控制单元7用于为静电敏感探头单元提供振动的驱动信号,并对敏感芯片的输出信号进行解调,获取待测电场信息;同时采集测距传感器探测结果,结合动态校准参数,计算液面电位。

  外壳内还设有通信单元,通信单元通过通信线缆连接外部通信设备,通信线缆通过通信线卡线扣8固定与外壳处,通信单元采用RS232、RS485、CAN、SPI或IIC总线方式进行通信,将液面电位值、液面到罐顶的距离值发送至上位机。

  为保证设计的一种安全型液面高度及液面电位综合测试设备可用于o区,测试设备的电路满足GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》、GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》对于“ia”保护级别的要求;采用超声测距的液面高度传感探头,超声波源根据GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定关于电气设备超声波源的输出参数不超过下列值:连续源——0.1W/cm2和10MHz;脉冲源——0.1W/cm2和2mJ/mm2。

  除MEMS静电敏感探头的感应电极和液面高度传感探头的超声发生元件外,安全型液面高度及液面电位综合测试设备的本安型信号处理与控制单元模块的带电部件、元件、印制电路的基板等,需根据GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》和GB 3836.9-2014《爆炸性环境第9部分:由浇封型“m”保护的设备》要求进行浇封处理。

  实施例三

  一种安全型液面高度及液面电位综合测试装置,包括外壳,用于液态物料在储罐内液位高度和液面电位实时监测。

  外壳上设有上盖9、静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2,静电敏感探头单元1可以为非接触式微机电系统(MEMS)静电敏感探头单元,外壳3内设有信号处理与控制单元7,静电敏感探头单元1和液面高度传感探头单元2电控连接信号处理与控制单元7。

  外壳3包括方形本体,方形本体的一个端面上伸出一端圆柱形的头部,信号处理与控制单元位于方形本体内,静电敏感探头单元和液面高度传感探头单元位于头部。

  头部的末端设有一端螺纹,当该装置工作时,将头部通过螺纹旋于储罐上实现与储罐的连接。

  或者,头部的末端设有一端插接部,当该装置工作时,将头部通过插接部插于储罐上实现与储罐的连接。

  静电敏感探头单元1用于测试液面以上空间的电场强度,液面高度传感探头单元2用于测试液面与液面高度传感探头之间的距离。

  静电敏感探头单元1为基于微机电系统技术的谐振式电场敏感单元,或者振动电容式电场敏感单元、音叉式电场敏感单元、光学式电场敏感单元,或其它种类的电场敏感单元,静电敏感探头单元的静电敏感探头4的屏蔽电极接地,通过静电敏感探头绝缘件5将静电敏感探头电极4与外壳3隔离,在驱动电压作用下,产生与被测电场幅值成正比的电流信号,获得电流信号经放大电路、滤波器、AD采样模块,并经过信号处理与控制单元处理后获得被测电场强度信息。

  液面高度传感探头单元采用超声测距模块,包括液面高度传感探头测距单元6,超声测距模块工作时控制芯片通过TRIG引脚产生一个大于10us的脉冲来激活测距模块并记下当时的时间值,通过ECHO引脚检测回声到达的信号,并记下当时的时间值,通过时间差和声速计算出距离值,用于测量液面到传感器即罐顶的距离,实时检测液态物料液位高度。

  外壳为防爆外壳,信号处理与控制单元模块安装在防爆外壳内,静电敏感探头单元的感应电极和液面高度传感探头单元的超声发生元件通过屏蔽线与信号处理与控制单元相连。

  信号处理与控制单元7用于为静电敏感探头单元提供振动的驱动信号,并对敏感芯片的输出信号进行解调,获取待测电场信息;同时采集测距传感器探测结果,结合动态校准参数,计算液面电位。

  外壳内还设有通信单元,通信单元通过通信线缆连接外部通信设备,通信线缆通过通信线卡线扣8固定与外壳处,通信单元采用RS232、RS485、CAN、SPI或IIC总线方式进行通信,将液面电位值、液面到罐顶的距离值发送至上位机。

  为保证设计的一种安全型液面高度及液面电位综合测试设备可用于o区,测试设备的电路满足GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》、GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》对于“ia”保护级别的要求;采用超声测距的液面高度传感探头,超声波源根据GB 3836.1-2010《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定关于电气设备超声波源的输出参数不超过下列值:连续源——0.1W/cm2和10MHz;脉冲源——0.1W/cm2和2mJ/mm2。

  除MEMS静电敏感探头的感应电极和液面高度传感探头的超声发生元件外,安全型液面高度及液面电位综合测试设备的本安型信号处理与控制单元模块的带电部件、元件、印制电路的基板等,需根据GB 3836.4-2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》和GB 3836.9-2014《爆炸性环境第9部分:由浇封型“m”保护的设备》要求进行浇封处理。

  需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

  当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。

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