射频导纳液位计浮力平衡原理
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。如图1所示，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。
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。
液位计系统构成
射频导纳液位计 测量界面的原理与测量液位基本相同，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。
长期以来，油田油水界面测量一直是工业过程测量领域一个难题，而油水界面这一参数每一个采油厂都是非常重要，其中涉及到了财务结算等关键性问题，急待解决。基于这种背景，我们对这一课题进行了攻关，反复实践、摸索，终于成功利用伺服式液位计解决了这一难题。
伺服式液位计一直被广泛用于储罐液位高精确度测量，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原理，由微伺服电动机驱动体积较小浮子，能精确测出液位等参数。浮子用测量钢丝悬挂仪表外壳内，而测量钢丝缠绕精密加工过外轮鼓上；外磁铁被固定外轮鼓内，并与固定内轮鼓内磁铁耦合一起。
当液位计工作时，浮子作用于细钢丝上重力外轮鼓磁铁上产生力矩，引起磁通量变化。轮鼓组件间磁通量变化导致内磁铁上电磁传感器(霍尔元件)输出电压信号发生变化。其电压值与储存于CPU中参考电压相比较。当浮子位置平衡时，其差值为零。当被测介质液位变化时，使浮子浮力发生改变。其结果是磁耦力矩被改变，使带有温度补偿霍尔元件输出电压发生变化。该电压值与CPU中参考电压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，其精确度可达±0.7mm，，其自身带有挂料补偿功能，能够补偿钢丝或浮子上附着被测介质导致钢丝张力改变。
射频导纳液位计测量界面原理与伺服式液位计基本相同，即原油与水两种介质密度不同导致所受浮力不同而进行精确界面测量。
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，而为什么油田油水界面测量方面又几乎是一个空白呢？这主这一场合不同于其他界面测量，工艺条件极其复杂。
原油从油井里被打出来后，加热，送到采油站进行计量，再中转站进行分离后进入联合站。联合站，首先计量、加热，而后将原油送至一级沉降罐一级沉降罐内原油一般常年保持60℃左右)，沉降分离送至中间罐，然后脱水泵脱水，再二次加热进入二级沉降罐二级沉降罐内原油一般常年保持80℃左右)，最后送到成品罐，需要进行油水界面测量是一级沉降罐和二级沉降罐。一级沉降罐和二级沉降罐罐高一般13m左右，罐底设有一个排水孔，罐上部大约11m左右位置设有一个溢流孔，原油进料口一般从底部伸到罐中部，大约7m左右位置。(如图2所示)。当原油从7m左右位置进入到罐中时，破乳剂及重力和浮力等因素影响，密度较小原油会向上升，密度较大水会向下沉降，从理论上讲，一定时间沉降可以到一个清晰原油与水分界面。
实际应用中，现场工况要复杂多。不同产原油密度都不尽相同，再加上进料带来扰动、破乳剂和沉降时间等诸多因素，导致了原油层与水层中间存着一个厚薄不一、密度梯度不定过渡层，习惯上称之为乳化层。这一乳化层中存着水包油(W/O)、油包水(O/W)，水/油/水(W/O/W)或油/水/油(O/W/O)分层等更为复杂体系，正是存了这一如此复杂乳化层，使绝大多数界面仪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，成功应用于这一极端恶劣工况，正是它独特原理，以及先进自我维护功能。
伺服式液位计采用是浮力平衡原理，其测量界面时只与密度变化有关，而他因素无关。这样大大提高了系统精确度与稳定性。
现场，我们把伺服式液位计与射频导纳式液位计之间测量进行了比较。
射频导纳式液位计采用是利用高频电流测量探头与容器两个极板之间电容值来计算出液位，它是传统电容式物位计基础上进行了改进，增加了探头根部抗粘附、抗冷凝功能。但射频导纳式液位计这一工况实际应用中并不理想，主要原因有两点。一是当沉降罐排水时，油水界面下降，原油层下降到罐内较低位置，一段时间后，不断进料，水不断沉降，使油水界面上升，原油附着性，探杆表面还会附着一层油膜。射频导纳液位计所测量出电容量为
C=ε×S/D。
式中 ε——电容两极板间介质介电常数
S——极板面积
D——极板间距离
由此公式可知，介质介电常数变化是影响测量关键。
使用射频导纳式液位计测量油水界面时，首先要进行实际标定，调整ε值到一适当位置，测量才能够准确。界面上升后仍然存着一层油膜附着探杆上，使该位置ε值并不代表实际应检测界面ε值，会导致很大测量误差。
其二，原油层与水层之间存着厚薄不定乳化层，而乳化层也单一层面，存着油包水、水包油，以及化学聚合物等，其内部物性、理化性能均十分不稳定，再加上进料带来扰动使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是导电性发生阶跃变化电界面，要求上下层介质导电性至少相差5倍以上才能准确进行测量，介质导电性模糊不清工况是无法很好测量。
实际现场，我们同一罐上同时使用了伺服式液位计和射频导纳式液位计，并同时送信号到控制室微机屏幕上进行显示。结果，射频导纳式液位计信号波动非常不稳定，波动最大超过了20cm，而伺服式液位计测量结果非常稳定，射频导纳液位计由此我们看到伺服式液位计测量油水界面时其稳定性和重复性是射频导纳等其他仪表所无法比拟。
总之，油田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，它工作可*、操作简单、易于维护，使捞样工人从繁重劳动中解放出来，提高了全厂自动化水平，它值进行推广。
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