船舶液位遥测系统的应用研究

刘春阳

【摘 要】本文介绍了现代船舶液位遥测系统的特点及该系统的总体结构，并详细介绍了常用的几种传感器的工作原理及其功能特性。

【关键词】船舶；液位遥测；传感器

0.引言

随着自动化技术的不断进步和发展，船舶系统的自动化程度也越来越高。高科学技术含量的集成系统的大量应用，使得船舶各系统更加高效、智能。液位遥测系统是船舶自动化系统中的一个重要组成部分。经过近十多年的发展，液位遥测系统的概念已拓展为液舱参数测量系统。在测量精度，系统功能，稳定性和可靠性都上了一个新台阶，用户不仅能知道液舱内的液位，还能随时知道舱内的温度、气体压力、液货密度、重量等参数和船的压载、吃水、稳性、强度等各种参数，以确保船舶装卸与航行的安全。

1.系统功能

液位遥测系统是船舶的核心部分，直接关系到船舶在海上航行的安全性和可靠性。液位遥测系统能够集成多种液位测量方法实现对船舶液位的监测和报警。系统可以接液位显示仪表显示液位，也可以通过现场总线通讯方式将数据上传到上位机，通过上位机实现液位的显示和监视。船舶液位遥测系统主要实现二项功能：①对各舱的液位、温度、压力等进行实时监测；②当监测高于报警值时发出报警信号。

现代船舶液位遥测系统一般由信号处理单元、操作单元、液位传感器、温度传感器等组成。一般情况下，液位遥测系统可分为两部分，一部分集中到油舱，实时将各油舱信息传送到机舱集中控制台，这样轮机部门就能及时了解各油舱消耗的情况；一部分集中到压载舱和淡水舱，实时将各水舱的信息传送到甲板办公室阀门遥控系统和液位遥测系统操作站以及配载计算机，使当班甲板部人员能够及时的了解实时装载、吃水等各种状态。这样就极大的方便船员的工作，减轻了船员的工作量，增强了船舶的安全性。船员可以通过集中显示控制柜触摸屏或远程计算机便捷、及时、准确地了解各舱室的液位、重量、体积、温度和压力等现场参数。当某数值超过设定的上下限值时，相应舱室的显示框会以红、黄色交替闪烁报警，控制柜上的蜂鸣器也会响起。操作人员可以及时采取相应的处理措施，以消除报警状态。报警消息页面会以表格形式记录报警的发生时间及状态等信息，可备以后查询，也可以通过打印机进行打印。

2.系统总体结构

船舶液位遥测系统主要由集中显示控制柜、现场采集箱、液位关断箱、远程监控计算机及各种传感器组成。 传感器包括雷达液位传感器、气泡式液位变送器、投入式液位压力传感器和温度传感器等。投入式液位传感器信号直接通过通讯网络进入船舶中控系统。其它的传感器信号通过现场采集箱后进入中控系统，通过中控室远程监控计算机进行显示和报警。

3.几种传感器的原理及特点

3.1液位遥测系统上位机

通过液位遥测系统人机界面对数据进行运算实现对液位、温度、压力的监测。监测软件包括通讯检测、参数设置，图表显示等模块，并能根据水温、水密度、重力加速度自动修正水位值，以辅助硬件系统达到液位计的技术指标，实现了液位数据自动采集、存储、传输、图形显示、参数修改、报警等功能。现在用户通过上位机不仅能方便的知道液舱内的液位， 还能随时知道舱内的温度、气体压力、液货密度、重量等参数和船的压载、吃水、稳性、强度等各种状态， 以确保船舶装卸与航行的安全和液货质量。通过上位机船员可以方便的设置报警参数，当有报警产生时，人机界面的状态栏显示报警的通道名称，报警的内容等。功能和特性如下：（1）通道报警显示；（2）报警上下限设定；（3）报警信息统计。

3.2吹气式液位测量

气泡式液位计是属于压力式液位计的一种，其工作原理与压阻式压力液位计相同，即由测量测点静水压力测得液位。只是测量静水压力的方法有些不同。它是将一根塑料吹气管放入水中，管口是测点。在一个密封的气体容器内，各点压强相等，也就是说，吹气管出口处的气体压力和该点的静液体压力相等，又和整个吹气管腔内的压力相等。将压力传感器的感压口置于吹气的管腔内，位于岸上仪器内。这样通过压力传感器采集探管内空气压力信号，通过已知液体密度，便可以将船舶运行时的液位值转换为电信号，通过数据采集模块，就可以实现上位机的远程监测。采用吹气式测量方法使被测液体完全没“电气”上的联系，只有一根气管进人液体中，从而可以避免很多干扰、影响，构成了它自己的使用特点，在电磁兼容、稳定度、后期维护等方面有较高的优势。优势如下：（1）传感器等换方便；（2）高性能电容性压力传感器；（3）稳定性强，采样率高；（4）高安全性，适应恶劣环境；（5）性价比高。

3.3雷达式液位测量

雷达式液位测量采用导波式雷达可用于连续的液位测量。导波雷达是基于时间行程原理的“俯视”式测量。测量时从参考点仪表过程连接处到液位表面的距离。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到液位表面时反射回来被仪表内的接收器接受，并将距离信号转化为液位信号。将此信号连接至液位测量系统的采集箱体上，既可提供现场显示液位信息，也可通过上位机软件显示。测量结果不受雾气和泡沫等工艺条件影响。 该测量方式信号抗干扰能力强，并且由于电磁波是恒定的，调校时只需输入量程等有关参数，不需要现场标定。 传感器安装空间小，通过舱室顶部的支撑管法兰固定，导波管与变送器之间为快速万向接头连接，安装和维护简单方便。优势如下：（1）测量结果不受温度，液体密度的影响；（2）不受液体表面泡沫的影响；（3）测量县城文本清晰显示；（4）适用于要求较高的成品油舱等。

3.4投入式液位测量

投入式液位测量采用高性能压力传感器作为测量元件，是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力变形后表面产生电荷。电荷经放大器和测量电路的放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出给信号处理装置。通过该传感器把液位深度成正比的液体静压力准确测量出来，并经过专用信号调理电路转换成标准电流（4-20mA）信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，实现对液体深度的精确测量。将压力传感器直接投入液体中，即可测量出压力传感器末端到液面的液位高度。优势如下：（1）传感器体积小，使用方便；（2）传感器标准4-20mA信号输出；（3）通用型测量方法，适用于各种液位的测量与控制。

4.结论

对船舶液体舱的液位高度和容量进行遥测是非常必要的， 也是可行的。选取性能可靠、稳定、量程合适的传感器是进行好液位遥测的基础。由于测量仪表的不断革新，使得整个液位监测系统可靠性不断提高，随着现场总线技术的发展，使得船舶的液位遥测系统中具有更高程度的自动化和远程控制能力。遥测系统将舱室多项参数的现场测量、集中显示和远程监控有效集成在一起。随着自动化技术水平的发展，船舶液位遥测系统将更加的先进、智能。

【参考文献】

[1]崔晓俊.船舶液位遥测系统中的新技术应用[J].船舶工程.

[2]刘喜元，黎汉军.船舶液体舱液位遥测方法及数据分析[J].船海工程，2005，（4）：10-12.