磁致伸缩液位仪的应用研究
作者：肖亮；陶学恒





       磁致伸缩液位测量技术是目前公认的精度最高-稳定性最好的接触式液位测量技术。磁致伸缩液位仪是一种应用该技术设计和生产的一种高精度液位测量仪表，它可以同时测量液位、界面和温度，广泛应用在石油、化工、冶金等领域的油罐、加油站、水处理、中间反应器等场所-组成储罐、液位检测计量、安全监控与库存管理系统。

       国外许多厂商开始着手研制新一代的储油监测系统和磁致伸缩液位仪，众多国外著名传感器制造厂商纷纷携其储油测控系统和该系统的核心产品磁致伸缩液位仪抢滩国内市场，并形成了一定数量的应用实例。从目前在中国石化集团公司下属的一些油品储运企业的调查来看，在罐上或加油站采用了该种产品的企业，基本消除了油品的流失现象和不安全隐患，降低了物流损耗，提高了企业的经济效益。但由于该产品完全依赖进口，价格昂贵且维护不便，最终使得这种测量手段难以在国内大范围推广使用。

1、磁致伸缩液位仪的工作原理

        磁致伸缩液位仪由两部分组成：一条密封的磁致伸缩传感杆及一个坚固的电子探头。探头内含有测量与输出的电子模块。测杆外管用于保护内部用作传感的波导管。磁致伸缩液位仪的工作原理是利用磁效应和超生效应两者相结合来达到测量目的。磁效应是基于磁致伸缩原理的维德曼效应和维拉里 效应。测量时液位仪头部的电子部件产生一低电流 “询问”脉冲，此电流同时产生一磁场沿波导管内的感应线向下运行。在液位仪管外配有浮子，此浮子随液位变动沿杆上下移动。由于浮子内设有一组磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。当电流磁场与此浮子磁场相遇时 ， 即产生一种名 “波导扭曲 ” 的脉冲 ，或简称为“返回 ” 脉冲。从询问脉冲开始至返回脉冲被电子部件探测到的时间差，即是相对于液体变动的位置。通过计算可以看出-超声扭转波的传播速度为一常数-因此只需通过测量从发射电脉冲!检测!返回脉冲的时间差-就可以算出液面的位置。

2、磁致伸缩液位仪的关键技术

       经过多年的应用和实践，相比于其他液位仪表，磁致伸缩液位仪有许多突出的优点。主要表现在：

（1）工作十分可靠。由于磁致伸缩液位仪采用的是波导原理工作，所以，装置内部没有机械运动部分，不存在摩擦、磨损等弊病。整个转换器是被封闭在不锈钢管内，和被测量介质没有接触，因而传感器工作可靠，寿命期长。

（2）多参数测量。磁致伸缩液位仪另一大特点是集测量液面、界面、温度等参数于一身，因为磁致伸缩液位仪中的电子部件可以探测到由同一发射脉冲所产生的连续磁波，所以在同一传感杆上可配装两个甚至多个磁浮子，只要保证浮子重量与介质比重相对应，则可同时测得液面和界面，真正实现多参数测量。

（3）测量精度高。由于磁致伸缩液位仪是用波导脉冲来实现计量，工作中通过激励脉冲和感应脉冲的时间差来测定被测液面的位移量，因此，精度极高，这是使用其他传感器难以达到的测量精度；在大致相同或较低的成本下，磁致伸缩液位计比起其他以电容、压力、机械、超声波或伺服装置等测量系统具有更高的精度和更佳的经济效益。

（4）安全性能好。磁致伸缩液位仪的防爆等级一般有隔爆型和本安型两种，适合工作在各种易燃、易爆、高温、高压等危险场所，测量时无需人工开启罐盖，避免了人工测量带来的不安全隐患。

（5）安装维护方便。由于磁致伸缩液位仪采用法兰连接方式，故安装及其简便，而且核心元件与介质不接触，产品模块化结构，智能化设计，无需定期维护和定期标定，给使用者带来极大的方便。

（6）容易实现联网。磁致伸缩液位仪输出的是标准信号，便于微机处理，可实时将液位数据传送到网上共享；由于它是以时间为参数的测量方法，可以更好地与计算机配合，也容易使长距离传输成为可能。

3、磁致伸缩液位仪的应用

3.1应用范围

       基于磁致伸缩液位仪本身的特点，使得其应用十分广泛，包括工业流程、石油化工、电力、冶金、生化制药、食品加工等工业过程，在所有储罐液位测量应用范围内，磁致伸缩液位仪可以符合以上的应用需要，这里包括成品油、多数溶剂、酸性液体、腐蚀性液体、酒精类及药剂等。液位仪的探杆可以由防腐蚀材料制成，用于测量腐蚀性介质；也可以选用卫生型探杆用于生化制药和食品加工场合。

3.2典型应用

       在现有的工业过程模式中，液位测量的目的不外乎有两个：一是计量，二是监测控制。计量需要仪表能在不断变化的工业过程中连续满足用户高精确度计量的需求；监测控制则要求现场仪表提供可靠和实时的信号输出。在有些应用场合，用户既希望测量整体油位，同时还要知道油水界面的位置来加以控制。磁致伸缩液位仪能够满足同时测量液位、界面和温度的需求，配上合适的硬件和软件组成一个完整的液位计量和监控系统。

3.3油品计量与监控

       在胜利油田推出了一个原油储罐自动计量与网上查询系统，该系统的重要构件即是可同时测量界面和油位的磁致伸缩液位仪。这个系统中的原油储罐高，直径大；内部介质共有 ( 层，下层为水，中间为油水混合层，上部为油；采用传统的双法兰差压式液位变送器探测，安装比较复杂，测量不准，维护量大。用射频导纳变送器来检测油水界面，由于其工况条件相当复杂，乳化层的厚度以及成分都处在不断变化的过程中，加之射频导纳变送器本身精确度也较低，因此测量效果不理想。加之射频导纳变送器只能测一个量，要完成上述系统，还需要另配一台液位仪来检测油位，这将导致硬件成本的增加以及维护安装工作和人力大量投入，也并非一个理想的选择。

       磁致伸缩液位仪是一个 “多面手”，完全解决了上述问题，而且综合成本低，达到计量的要求。在该系统中，磁致伸缩液位仪能够精确获得乳化层与油的界位以及油位高度，通过 1234 协议直接将数据传送至系统，系统经过数据运算获得了比较准确的油量数据，在网络上实现了实时查询。

3.4过程监控

        磁致伸缩液位仪在工业过程控制上有着广泛的应用，工业过程控制往往要求物位仪表能在恶劣工况条件下可靠地测量。在保证可靠性的前提条件下，精确度越高越好，尤其是在温度压力比较高的场合，高精确度、高可靠性的磁致伸缩液位测量技术是一种上佳的选择。

        燕山石化集团公司66万吨乙烯改造项目，在过程控制的液位仪表选用上，选用了磁致伸缩式液位仪，较好地解决了传统的双法兰差压式液位仪在设备开孔安装上不方便、标定麻烦以及外浮筒式液位仪在冬季生产中的可靠性不够、维护量大阳城娱乐雷达式液位仪受介质介电常数影响大、安装要求高的问题。在过程控制领域，磁致伸缩液位测量技术的巨大优势得到了充分的体现。

3.4罐区监测

       在液化石油气罐液位测量中，磁致伸缩液位仪也是一个最佳选择，液化石油气由一些介电常数较低的烃类物质组成，并通常具有较大的挥发性，因此雷达或者超声波在该场合下的应用并不理想，由于电磁波对介电常数低的介质反应迟钝，回波信号弱，有些甚至直接穿透介质，返回虚假信号，导致无法测量。但是磁致伸缩液位仪不会受到这些因素的影响，而且可以测量温度。

4、结论

       综上所述，磁致伸缩液位仪由于具有高可靠性、高精确度、低故障率、广阔的适应范围、多参数测量、维护方便等突出优点，已被石油化工行业专家认为是液位和界位测量的优选仪表，是计量与过程液位监控的理想选择 。尤其是在介质介电常数低、介质挥发性强、安装要求高、需要测量界面的应用场合，因磁致伸缩特性不受介电常数、温度、压力、气象条件等因素的影响而成为用户的首选方案。在工业生产一体化与大型化的趋势下，磁致伸缩液位仪在未来的液位测量方面将会有着更加广阔的应用空间。






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