劉春陽

【摘 要】本文介紹了現(xiàn)代船舶液位遙測系統(tǒng)的特點(diǎn)及該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了常用的幾種傳感器的工作原理及其功能特性。

【關(guān)鍵詞】船舶；液位遙測；傳感器

0.引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，船舶系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也越來越高。高科學(xué)技術(shù)含量的集成系統(tǒng)的大量應(yīng)用，使得船舶各系統(tǒng)更加高效、智能。液位遙測系統(tǒng)是船舶自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。經(jīng)過近十多年的發(fā)展，液位遙測系統(tǒng)的概念已拓展為液艙參數(shù)測量系統(tǒng)。在測量精度，系統(tǒng)功能，穩(wěn)定性和可靠性都上了一個(gè)新臺(tái)階，用戶不僅能知道液艙內(nèi)的液位，還能隨時(shí)知道艙內(nèi)的溫度、氣體壓力、液貨密度、重量等參數(shù)和船的壓載、吃水、穩(wěn)性、強(qiáng)度等各種參數(shù)，以確保船舶裝卸與航行的安全。

1.系統(tǒng)功能

液位遙測系統(tǒng)是船舶的核心部分，直接關(guān)系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。液位遙測系統(tǒng)能夠集成多種液位測量方法實(shí)現(xiàn)對船舶液位的監(jiān)測和報(bào)警。系統(tǒng)可以接液位顯示儀表顯示液位，也可以通過現(xiàn)場總線通訊方式將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)液位的顯示和監(jiān)視。船舶液位遙測系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)二項(xiàng)功能：①對各艙的液位、溫度、壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；②當(dāng)監(jiān)測高于報(bào)警值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

現(xiàn)代船舶液位遙測系統(tǒng)一般由信號(hào)處理單元、操作單元、液位傳感器、溫度傳感器等組成。一般情況下，液位遙測系統(tǒng)可分為兩部分，一部分集中到油艙，實(shí)時(shí)將各油艙信息傳送到機(jī)艙集中控制臺(tái)，這樣輪機(jī)部門就能及時(shí)了解各油艙消耗的情況；一部分集中到壓載艙和淡水艙，實(shí)時(shí)將各水艙的信息傳送到甲板辦公室閥門遙控系統(tǒng)和液位遙測系統(tǒng)操作站以及配載計(jì)算機(jī)，使當(dāng)班甲板部人員能夠及時(shí)的了解實(shí)時(shí)裝載、吃水等各種狀態(tài)。這樣就極大的方便船員的工作，減輕了船員的工作量，增強(qiáng)了船舶的安全性。船員可以通過集中顯示控制柜觸摸屏或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)便捷、及時(shí)、準(zhǔn)確地了解各艙室的液位、重量、體積、溫度和壓力等現(xiàn)場參數(shù)。當(dāng)某數(shù)值超過設(shè)定的上下限值時(shí)，相應(yīng)艙室的顯示框會(huì)以紅、黃色交替閃爍報(bào)警，控制柜上的蜂鳴器也會(huì)響起。操作人員可以及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，以消除報(bào)警狀態(tài)。報(bào)警消息頁面會(huì)以表格形式記錄報(bào)警的發(fā)生時(shí)間及狀態(tài)等信息，可備以后查詢，也可以通過打印機(jī)進(jìn)行打印。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

船舶液位遙測系統(tǒng)主要由集中顯示控制柜、現(xiàn)場采集箱、液位關(guān)斷箱、遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)及各種傳感器組成。 傳感器包括雷達(dá)液位傳感器、氣泡式液位變送器、投入式液位壓力傳感器和溫度傳感器等。投入式液位傳感器信號(hào)直接通過通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入船舶中控系統(tǒng)。其它的傳感器信號(hào)通過現(xiàn)場采集箱后進(jìn)入中控系統(tǒng)，通過中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和報(bào)警。

3.幾種傳感器的原理及特點(diǎn)

3.1液位遙測系統(tǒng)上位機(jī)

通過液位遙測系統(tǒng)人機(jī)界面對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對液位、溫度、壓力的監(jiān)測。監(jiān)測軟件包括通訊檢測、參數(shù)設(shè)置，圖表顯示等模塊，并能根據(jù)水溫、水密度、重力加速度自動(dòng)修正水位值，以輔助硬件系統(tǒng)達(dá)到液位計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了液位數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、傳輸、圖形顯示、參數(shù)修改、報(bào)警等功能?，F(xiàn)在用戶通過上位機(jī)不僅能方便的知道液艙內(nèi)的液位， 還能隨時(shí)知道艙內(nèi)的溫度、氣體壓力、液貨密度、重量等參數(shù)和船的壓載、吃水、穩(wěn)性、強(qiáng)度等各種狀態(tài)， 以確保船舶裝卸與航行的安全和液貨質(zhì)量。通過上位機(jī)船員可以方便的設(shè)置報(bào)警參數(shù)，當(dāng)有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，人機(jī)界面的狀態(tài)欄顯示報(bào)警的通道名稱，報(bào)警的內(nèi)容等。功能和特性如下：（1）通道報(bào)警顯示；（2）報(bào)警上下限設(shè)定；（3）報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)。

3.2吹氣式液位測量

氣泡式液位計(jì)是屬于壓力式液位計(jì)的一種，其工作原理與壓阻式壓力液位計(jì)相同，即由測量測點(diǎn)靜水壓力測得液位。只是測量靜水壓力的方法有些不同。它是將一根塑料吹氣管放入水中，管口是測點(diǎn)。在一個(gè)密封的氣體容器內(nèi)，各點(diǎn)壓強(qiáng)相等，也就是說，吹氣管出口處的氣體壓力和該點(diǎn)的靜液體壓力相等，又和整個(gè)吹氣管腔內(nèi)的壓力相等。將壓力傳感器的感壓口置于吹氣的管腔內(nèi)，位于岸上儀器內(nèi)。這樣通過壓力傳感器采集探管內(nèi)空氣壓力信號(hào)，通過已知液體密度，便可以將船舶運(yùn)行時(shí)的液位值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集模塊，就可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。采用吹氣式測量方法使被測液體完全沒“電氣”上的聯(lián)系，只有一根氣管進(jìn)人液體中，從而可以避免很多干擾、影響，構(gòu)成了它自己的使用特點(diǎn)，在電磁兼容、穩(wěn)定度、后期維護(hù)等方面有較高的優(yōu)勢。優(yōu)勢如下：（1）傳感器等換方便；（2）高性能電容性壓力傳感器；（3）穩(wěn)定性強(qiáng)，采樣率高；（4）高安全性，適應(yīng)惡劣環(huán)境；（5）性價(jià)比高。

3.3雷達(dá)式液位測量

雷達(dá)式液位測量采用導(dǎo)波式雷達(dá)可用于連續(xù)的液位測量。導(dǎo)波雷達(dá)是基于時(shí)間行程原理的“俯視”式測量。測量時(shí)從參考點(diǎn)儀表過程連接處到液位表面的距離。探頭發(fā)出高頻脈沖并沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖遇到液位表面時(shí)反射回來被儀表內(nèi)的接收器接受，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為液位信號(hào)。將此信號(hào)連接至液位測量系統(tǒng)的采集箱體上，既可提供現(xiàn)場顯示液位信息，也可通過上位機(jī)軟件顯示。測量結(jié)果不受霧氣和泡沫等工藝條件影響。 該測量方式信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，并且由于電磁波是恒定的，調(diào)校時(shí)只需輸入量程等有關(guān)參數(shù)，不需要現(xiàn)場標(biāo)定。 傳感器安裝空間小，通過艙室頂部的支撐管法蘭固定，導(dǎo)波管與變送器之間為快速萬向接頭連接，安裝和維護(hù)簡單方便。優(yōu)勢如下：（1）測量結(jié)果不受溫度，液體密度的影響；（2）不受液體表面泡沫的影響；（3）測量縣城文本清晰顯示；（4）適用于要求較高的成品油艙等。

3.4投入式液位測量

投入式液位測量采用高性能壓力傳感器作為測量元件，是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力變形后表面產(chǎn)生電荷。電荷經(jīng)放大器和測量電路的放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出給信號(hào)處理裝置。通過該傳感器把液位深度成正比的液體靜壓力準(zhǔn)確測量出來，并經(jīng)過專用信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流（4-20mA）信號(hào)輸出，建立起輸出信號(hào)與液體深度的線性對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對液體深度的精確測量。將壓力傳感器直接投入液體中，即可測量出壓力傳感器末端到液面的液位高度。優(yōu)勢如下：（1）傳感器體積小，使用方便；（2）傳感器標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)輸出；（3）通用型測量方法，適用于各種液位的測量與控制。

4.結(jié)論

對船舶液體艙的液位高度和容量進(jìn)行遙測是非常必要的， 也是可行的。選取性能可靠、穩(wěn)定、量程合適的傳感器是進(jìn)行好液位遙測的基礎(chǔ)。由于測量儀表的不斷革新，使得整個(gè)液位監(jiān)測系統(tǒng)可靠性不斷提高，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，使得船舶的液位遙測系統(tǒng)中具有更高程度的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制能力。遙測系統(tǒng)將艙室多項(xiàng)參數(shù)的現(xiàn)場測量、集中顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控有效集成在一起。隨著自動(dòng)化技術(shù)水平的發(fā)展，船舶液位遙測系統(tǒng)將更加的先進(jìn)、智能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]崔曉俊.船舶液位遙測系統(tǒng)中的新技術(shù)應(yīng)用[J].船舶工程.

[2]劉喜元，黎漢軍.船舶液體艙液位遙測方法及數(shù)據(jù)分析[J].船海工程，2005，（4）：10-12.