油品密度的在线测量方法

　　1　测量原理

　　油品密度是石油产品加工过程中的一个重要指标。所研制的防爆超声波密度仪利用超声波测时法在线测量油品密度(见图1)。利用超声波在不同介质中传播速度不同的原理,通过超声波换能器在测量室内发射及接收超声波,然后检测超声波脉冲通过规定声程的时间,最后计算出油品的相应密度值。

　　通过对原油、重油、润滑油、柴油及调合油进行大量的试验和测试,得出油品的密度ρt,超声波传播距离L,油品温度T是超声波传播时间t的函数。

　　对于绝大多数单一油品,当把温度(T)恒定,声程(L)选定后,t就在一定的范围内与密度成线性关系:

　　设所需测量的油品密度的量程为ρt1~ρt2,对应的超声波传播时间用t1、t2表示,由(1)式可得到下列关系:

　　从(3)式可见,把测量油品的密度问题归纳为测量超声波在密度为ρt和ρt1两种油品中传播时间的差值,是人为规定的,其相应的τ值可由实验测定得出。现在如果测出t′值,根据(3)式就能计算出ρt值。

　　由此设计一测量室如图1所示,当油品流进测量室并充满其中时,超声波换能器按一定的发射周期向油品发出超声波脉冲,通过油品后被接收下来,测量电路测出超声波脉冲从发射到接收所需要的时间(简称声时t),排除其它因素对声时t的影响后,对声时t进行变换和运算后就可知道油品的密度值。

　　在本仪表中,超声波脉冲的发射和接收,相应的数据处理计算都由单片机系统完成。

　　2　仪表电路工作原理

　　仪表电路以8031单片机为核心,以专用大规模集成电路作为外围电路,全部工作在单片机控制下完成,电路框图如图2所示,包括时间测量、恒温控制、数据显示、4~20mA直流信号输出、超声波发射接收电路和单片机系统。

　　时间测量在单片机控制下完成,单片机首先对定时器芯片82C54进行初始化,使82C54的T0工作在频率发生器方式,T1工作在方波发生器方式,T2工作在计数器方式。T0按一定周期输出发射脉冲,同时通过发射电路启动T2计数器开始计数,当超声波换能器接收到通过油品后的超声波脉冲信号并经过处理后,关闭计数器T2,并同时向单片机申请中断,这时单片机从T2中取出的计数值即为超声波从发射到接收之间的时差,单片机将此时差代入相关的方程式中,进行计算,就可得到所对应的油品密度值,并将其送入显示器显示,同时变换为对应的电流值输出,供记录和作为控制信号使用。

　　恒温控制由恒温油浴中的温度传感器测出油浴温度信号,送入A/D7109进行变换成为数字量,单片机将此测量值与给定值相比较,按照设计的控制算法进行升温或降温控制,以保持油浴温度恒定,所测得温度值由显示器显示。当恒温系统出现超温时,仪表立即发出报警信号(声响),并同时切断加热电源。油浴中还装有一个50℃温敏继电器,一旦油浴温度超过50℃,温敏继电器立即动作,通过功率继电器切断加热电源。