磁致伸縮液位計的組成和原理

　　1.1 組成

　　磁(ci)(ci)致伸(shen)縮式液位(wei)計是一(yi)種可進行連續液位(wei)、界(jie)面測量(liang)，并提供用于監視和(he)控制(zhi)的(de)(de)模擬信號(hao)輸出的(de)(de)高精度(du)的(de)(de)測量(liang)儀表，由三部分組成：(A)360度(du)內磁(ci)(ci)浮(fu)子;(B)傳(chuan)感(gan)器 (壓磁(ci)(ci)傳(chuan)感(gan)器和(he)磁(ci)(ci)致傳(chuan)感(gan)管);(C)塑封(feng)全智能化電子裝(zhuang)置(zhi)。可智能化編程，帶有液晶顯(xian)示(shi)，可顯(xian)示(shi)總(zong)體液位(wei)，界(jie)面液位(wei)，以(yi)及溫度(du)輸出的(de)(de)電信號(hao)，實際液位(wei)值(zhi)，溫度(du)值(zhi), 帶有偏移量(liang)的(de)(de)實際液位(wei)值(zhi)等。

　　1.2 工作原(yuan)理

　　在一(yi)非磁(ci)(ci)(ci)(ci)性傳(chuan)(chuan)感管內裝有一(yi)根(gen)磁(ci)(ci)(ci)(ci)致(zhi)(zhi)(zhi)伸縮(suo)(suo)線(xian),在磁(ci)(ci)(ci)(ci)致(zhi)(zhi)(zhi)伸縮(suo)(suo)線(xian)一(yi)端裝有一(yi)個(ge)壓(ya)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi),該(gai)壓(ya)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)每(mei)秒發出(chu)(chu)10個(ge)電(dian)(dian)流脈(mo)沖(chong)(chong)信(xin)(xin)號(hao)(hao)給磁(ci)(ci)(ci)(ci)致(zhi)(zhi)(zhi)伸縮(suo)(suo)線(xian),開始計(ji)時(shi)(shi),該(gai)電(dian)(dian)流脈(mo)沖(chong)(chong)同磁(ci)(ci)(ci)(ci)性浮(fu)子(zi)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場產(chan)生(sheng)相互作用，在磁(ci)(ci)(ci)(ci)致(zhi)(zhi)(zhi)伸縮(suo)(suo)線(xian)上產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)扭(niu)(niu)應力波(bo)，這個(ge)扭(niu)(niu)應力波(bo)以已知的(de)(de)(de)速(su)度從浮(fu)子(zi)的(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi)沿磁(ci)(ci)(ci)(ci)致(zhi)(zhi)(zhi)伸縮(suo)(suo)線(xian)向兩端傳(chuan)(chuan)送。直到壓(ya)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)收到這個(ge)扭(niu)(niu)應力信(xin)(xin)號(hao)(hao)為(wei)止,壓(ya)磁(ci)(ci)(ci)(ci)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)可測(ce)量(liang)出(chu)(chu)起始脈(mo)沖(chong)(chong)和返回扭(niu)(niu)應力波(bo)間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)，根(gen)據時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)大小(xiao)來判斷浮(fu)子(zi)的(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi),由(you)于浮(fu)子(zi)總是(shi)懸(xuan)浮(fu)在液(ye)(ye)面(mian)上,且磁(ci)(ci)(ci)(ci)浮(fu)子(zi)位置(zhi)(zhi)隨液(ye)(ye)面(mian)的(de)(de)(de)變化而(er)變化,即(ji)時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)大小(xiao)也就是(shi)液(ye)(ye)面(mian)的(de)(de)(de)高(gao)低(di),然后通過全智能化電(dian)(dian)子(zi)裝置(zhi)(zhi)將時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔(ge)(ge)大小(xiao)信(xin)(xin)號(hao)(hao)轉換與被測(ce)液(ye)(ye)位成(cheng)比例的(de)(de)(de) 4 ～2 0 m A 信(xin)(xin)號(hao)(hao)(HART)進行輸出(chu)(chu)。

　　2 特性

　　2.1 優點

　　(1)結構簡(jian)單，僅由三部分(fen)組成;

　　(2)高精度，滿量(liang)程的(de)0.01%，最大誤(wu)差不(bu)超過1.27mm;

　　(3)標定極其(qi)簡單(dan)，無需(xu)實標，只需(xu)按按鈕或者使用 HART 協議;

　　(4)對于重(zhong)新(xin)標定或忘記標定值，無需重(zhong)新(xin)校驗;

　　(5)測量范圍大(da)，0～22m;

　　(6)可同時測量總體液位和界面液位，以及溫度輸出(chu);

　　(7)壓力(li)范圍大(da)(da)，最大(da)(da)207Bar，標(biao)準的是66Bar;

　　(8)溫度范(fan)圍大，-196℃到427℃;

　　(9)可現場替換差壓(ya)式(shi)(shi)(shi)，電容式(shi)(shi)(shi)，超聲(sheng)波(bo)式(shi)(shi)(shi)，雷達式(shi)(shi)(shi)，外浮(fu)筒式(shi)(shi)(shi)，鋼帶(dai)或伺服馬(ma)達式(shi)(shi)(shi)等液位(wei)變送器。

　　2.2 缺點

　　(1)不(bu)能測(ce)量高粘度液體(ti)(ti)和泥漿，天線浸在被測(ce)液體(ti)(ti)或其飽(bao)和汽(qi)體(ti)(ti)中工作，不(bu)適(shi)用于有(you)壓、自聚、有(you)腐蝕、有(you)毒、高黏度液體(ti)(ti)的測(ce)量。

　　(2)浮子(zi)沿著波導管外的(de)護導管上(shang)下移動，有時會被卡住。

　　3 實(shi)例(li)分析、比較

　　3.1 差壓(ya)變送器(qi)和(he)磁致(zhi)伸縮液(ye)位(wei)計測(ce)量界面分析比(bi)較

　　圖(tu)1、2是(shi)一(yi)個(ge)(ge)化(hua)(hua)工裝置中典型的化(hua)(hua)合(he)反應(ying)器液(ye)(ye)位測量(liang)(liang)示(shi)意圖(tu)。上面(mian)是(shi)油(苯(ben)及其化(hua)(hua)合(he)物)下(xia)面(mian)是(shi)液(ye)(ye)體(ti)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)。由于(yu)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)的密度比油大，兩(liang)種物料會(hui)自(zi)動(dong)分(fen)離。工藝(yi)操作人(ren)員通過控制催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)、油的界面(mian)(LT1測量(liang)(liang))和油液(ye)(ye)位(LT2 測量(liang)(liang))來(lai)保證化(hua)(hua)合(he)反應(ying)的生(sheng)成率(lv)。兩(liang)個(ge)(ge)液(ye)(ye)位值必須精確控制在一(yi)定的范圍(wei)內，是(shi)系統(tong)停車聯(lian)鎖點。

(1)采用差(cha)(cha)壓(ya)變送器測量界面誤差(cha)(cha)原因分析(圖1)

　　初(chu)期我們用差壓變(bian)送器(qi)測量，差壓變(bian)送器(qi)測量時要用油密度(du)(du)和催化劑(ji)密度(du)(du)來確定儀表(biao)的零點和量程，這兩個值是(shi)理論計(ji)算出來的。

　　以(yi)圖1為例差壓變(bian)送器(LT1)的差壓(P)計算公式為：

　　實際(ji)油(you)混合物在(zai)罐內分離(li)后(hou)。上面(mian)的(de)(de)(de)油(you)含有(you)催(cui)化(hua)劑(ji)，下(xia)面(mian)的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)也含有(you)油(you)，且在(zai)水與油(you)界面(mian)存在(zai)厚薄不一(yi)、密(mi)度(du)(du)不一(yi)的(de)(de)(de)過(guo)度(du)(du)層，實際(ji)兩種(zhong)物質(zhi)的(de)(de)(de)密(mi)度(du)(du)和理(li)論值有(you)誤(wu)(wu)差(cha);北方地區(qu)冬天溫度(du)(du)在(zai)0度(du)(du)以下(xia)，儀表(biao)需用蒸汽(qi)伴熱，由于蒸汽(qi)伴熱會造(zao)成導壓管(guan)內的(de)(de)(de)液(ye)體汽(qi)化(hua)，液(ye)體汽(qi)化(hua)后(hou)密(mi)度(du)(du)會發生變(bian)化(hua)，基(ji)于以上原因，從計算公(gong)式(shi)可以看出ρ1、ρ2密(mi)度(du)(du)值的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)造(zao)成了差(cha)壓液(ye)位變(bian)送器較大的(de)(de)(de)測量誤(wu)(wu)差(cha)，最多的(de)(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)可達10.0%。差(cha)壓變(bian)送器(LT2)的(de)(de)(de)差(cha)壓(P)計算公(gong)式(shi)為：

　　反應器(qi)內(nei)的(de)(de)油汽化會使(shi)差壓(ya)(ya)變(bian)送器(qi)(LT2)導壓(ya)(ya)管負(fu)(fu)壓(ya)(ya)側內(nei)積液，因(yin)此(ci)需對導壓(ya)(ya)管負(fu)(fu)壓(ya)(ya)側充水。由(you)于反應器(qi)內(nei)有(you)壓(ya)(ya)力(li)，導壓(ya)(ya)管負(fu)(fu)壓(ya)(ya)側內(nei)時間長了會進油，加上冬季拌熱，ρ4的(de)(de)密度發生改(gai)變(bian)。ρ4的(de)(de)變(bian)化造成LT2較大測量誤差。為保證測量的(de)(de)準(zhun)確，要(yao)定期(qi)對導壓(ya)(ya)管進行沖水。

　　(2)采用磁致伸縮液位計(圖2)

　　磁致伸縮式液位計出廠是(shi)(shi)根據(ju)用戶提(ti)供(gong)的(de)“上(shang)(shang)密度”和(he)“下密度”確定浮子的(de)重量。在測(ce)量界面時，實際上(shang)(shang)是(shi)(shi)浮子浮在界面上(shang)(shang)，所受的(de)浮力和(he)重力相(xiang)等。公式為：

　　由于浮子(zi)(zi)所(suo)處位(wei)置的(de)(de)(de)(de)(de)密度是相對(dui)固(gu)定的(de)(de)(de)(de)(de)，即(ji)含油與(yu)含催化劑的(de)(de)(de)(de)(de)百分(fen)率是相對(dui)固(gu)定的(de)(de)(de)(de)(de)。從(cong)上面的(de)(de)(de)(de)(de)公(gong)式可以看(kan)出ρ1、ρ2相對(dui)固(gu)定，浮子(zi)(zi)所(suo)受到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)浮力是固(gu)定的(de)(de)(de)(de)(de)。浮子(zi)(zi)精(jing)確的(de)(de)(de)(de)(de)浮在界面和液面從(cong)而保(bao)證(zheng)了磁致(zhi)伸(shen)縮式液位(wei)計的(de)(de)(de)(de)(de)高精(jing)度測量。

　　磁致伸縮液(ye)位(wei)計(ji)(ji)可以同時測量液(ye)位(wei)和界面，在(zai)DCS內(nei)加減模塊用液(ye)位(wei)值(zhi)減界面值(zhi)得到油的(de)準確高(gao)度，解決了(le)圖1中LT2只(zhi)能測量上部分油液(ye)位(wei)的(de)不足(zu)，使工藝操作(zuo)人員對反應(ying)器內(nei)的(de)情況了(le)解的(de)更(geng)清楚。差(cha)壓(ya)(ya)變送器導(dao)壓(ya)(ya)管冬(dong)天用蒸汽伴熱會造成導(dao)壓(ya)(ya)管內(nei)的(de)液(ye)體(ti)汽化，必需(xu)定期進行排氣和充(chong)隔離(li)液(ye)，當物(wu)料有雜質時會造成儀表堵(du)塞，儀表維護人員工作(zuo)量大，采用磁致伸縮式液(ye)位(wei)計(ji)(ji)后儀表維護量減少很多。

　　3.2 用于大型(xing)儲罐界面測量時和伺服(fu)馬達液(ye)位計的(de)比較

　　在(zai)化(hua)工(gong)生產(chan)中大型儲(chu)罐界(jie)面(mian)(mian)的(de)測量，伺(si)服馬(ma)達液(ye)位計(ji)和磁致伸縮(suo)式液(ye)位計(ji)是用的(de)最(zui)多的(de)液(ye)位計(ji)，精度(du)都很高(gao)。但伺(si)服馬(ma)達液(ye)位計(ji)缺點是:1)機械(xie)傳動機構，不(bu)可避(bi)免(mian)帶來磨損問(wen)題;2)標定(ding)復雜;3)液(ye)面(mian)(mian)波動時對測量有較大影響;4)結構復雜，維(wei)修困難(nan)。基于以上(shang)原(yuan)因我們(men)用磁致伸縮(suo)式液(ye)位計(ji)優于伺(si)服馬(ma)達液(ye)位計(ji)。

　　4 小結

　　磁(ci)致(zhi)伸(shen)縮(suo)式(shi)液(ye)位計作為一(yi)種新興的(de)測(ce)量儀表(biao)，具有(you)精度高、穩定(ding)性和可靠性好的(de)優點(dian)。更(geng)適合于界面(mian)液(ye)位測(ce)量，未來在(zai)石油、化工、醫藥等行業(ye)將(jiang)會有(you)更(geng)大的(de)市場。