本安型磁致伸缩液位仪的研制及应用
作者：姜洁；刘仁；张国锋；许全科





       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。本安型磁致伸缩液位仪是一种应用该技术设计和生产 ,并符合本安防爆设计规范的高精度液位测量仪表 ,它广泛应用在石油、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。

1、工作原理

       本安 型磁致伸缩液位仪的传感主控电路激发的电流查询脉冲 ,沿磁致伸缩材料的金属丝向下传播 ,电流在金属丝周围产生的磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互迭加产生一个很强的瞬间螺旋磁场 ,从而使磁丝产生磁致伸缩效应 ,扭转并激发一扭转声波。此声波在金属丝中以固定声速上传返回至顶端的检测电路。电路检测到此脉冲 ,并计算出激发脉冲至返回脉冲的时间即可测得浮子的位置 ,从而测出了液位。由于声波在金属丝中的声速不受介质影响 ,温度对金属中的声速影响也较小 ,因此磁致伸缩液位仪有很高的测量精度和稳定性。

2、技术指标

测量参数 :液位、界面、介质温度和环境温度 ;

液位测量范围 (量程) :100 mm～4 m ;

液位测量精度 :0. 05 %或 ±1 mm ;

输出信号 : 4 线 EIA2RS2485、3 线 PWM 脉宽调制 ;3 线 4～20 mA 输出 ;

环境温度 : - 20～70 ℃;

介质温度 : - 20～120 ℃;

工作压力 :0. 25 MPa ,1. 6 MPa ;　

结构材料 :316 ,1Cr18Ni9 Ti ;

本安防爆等级 : Exia ⅡB T4。。

3 、技术特点

1) 利用磁致伸缩传感原理再加上最新型单片机系统设计 , 使得测量显示精度达 ±1 mm ,同时可采集到介质温度、环境温度。

2) 整机电路严格按照本安防爆规范设计 ,接线分布电容及电感等参数满足 S805 安全栅规定 : U i = 21 V , Ii = 130 mA , Ci = 90 μF , L i = 22 mH的要求 ,通过 S805 型齐纳安全栅与显示仪表或 18 V 直流电源构成本安防爆系统 ,特别适用于加油站等爆炸危险区域。

3) LCD 表头显示现场液位、温度、界面等测量数据 ,并且利用 14 段条柱趋势显示输出 4～20 mA信号、即液面与量程 (或罐高) 的百分比。通过表头按键操作 ,设置仪表工作状态和参数。

4) 采用可移动接头和法兰安装 ,安全便捷 ,液位仪本体可方便地从安装套管中抽出 ,便于维护。

5) 可单台或多台使用 ,与显示仪表 (单路或多路巡检) 或计算机组成液位安全监测系统 ,利用管理软件 ,实现液位、界面和温度的检测、密度修正、上下限报警、容积计算、图形显示、统计报表打印等功能。

4、整机电路的本安防爆设计是研发的关键技术

       它由本安防爆信号检测板 ,本安防爆信号放大板和主控板、无电容液晶显示板等部分设计组成。按照 GB3836. 122000 , GB3836. 422000 防爆标准对本安仪表规定 ,主要电路及工艺参数设计如下。

1) 本安防爆型信号检测板感应线圈有左右两个组件 ,其作用是将磁致伸缩丝的受激扭转脉冲差动感应为偏置磁场下线圈内的电信号。通过 2. 2V稳压管箝位 ,使输出小于 2. 2 V/ 80 mA ,功率小于0.2 W ,不存在引爆爆炸性气体的危险。

2)本安信号放大板采用双重化限压保护电路 ,并使 PWM 型输出箱位保护在 12 V ,RS2485 通讯输出箝位保护在 6. 2 V , 使板上总电容为 4. 3μF。

3) 主控板 ,元器件经过老化筛选 ,电路板布线及结构设计 ,焊接和胶封涂敷均按本安电路工艺技术条件执行。

5 、应用情况

       磁致伸缩测量技术国外仅有 VR 和 M TS 两家公司掌握和生产。在较低的成本下 ,该仪表比其他电容、压力、钢带式、浮筒式、超声波等测量系统具有更高的精度和更佳的经济效益以及易安装性。由于加油站多为地埋卧式罐 ,压力式液位变送器、钢带式液位仪等仪表无法安装 ,而磁致伸缩液位仪其测量范围及安装方式均适合在加油站中使用。在石油化工装置的中间反应器液位测量中 ,较多地使用电浮筒液位仪表 ,而电浮筒液位仪价格较高 ,安装不便 ,在球形罐中使用的雷达仪表价格亦较高。自 1998 年国外磁致伸缩液位仪产品进入国内以来 ,经多方测评 ,在加油站液位测量中得到了普遍好评 ,目前成为中石油和中石化标准加油站液位测量中优选的液位测量仪表。本安=型磁致伸缩式液位仪 ,尤其适合在加油站及石化领域储罐等爆炸危险场合使用。它是一种精度高、安装维护简便、可靠性好同时价格较低的液位检测仪表 ,可以替换电浮筒、电浮球用于中间反应器液位测量 ,可以替代雷达液位仪等仪表用于罐区液位测量。

       目前本安 型磁致伸缩液位仪已在以下的装置获得应用 :在兰州石化公司一套常减压污油罐用于检测油品液位 (100 mm～2. 6 m) ,并远传至控制室进行 0～100 %显示和报警控制 ;在兰州石化公司动力厂污水车间 ,用于检测回水池液位 (100 mm～1. 8 m) , 并远传至控制室 DCS 主机进行液位监测记录 ;在白银银光公司硝化厂两个药品罐上安装 (100 mm～3. 3 m) ,并远传至控制室二次表进行液位监控 ;在兰炼银滩加油站 3 个地埋罐上安装(100 mm～2. 6 m) ,用于进出油液位显示监控。以上用户均反应仪表性能稳定、符合设计指标及应用要求 ,使用效果良好。






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