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磁致伸縮液位計特性優缺點及工程實際應用
發布時間：2018-07-02 01:09:00??點擊次數：2724次
摘要：磁致伸縮液位計是近幾年才在國內興起的一種新型液位計。由于工作性質的原因，筆者也是近兩年才接觸到這種液位計，在工程設計和實際使用中積累了一些經驗。筆者簡單的介紹一下磁致伸縮液位計的基本原理與結構并結合精細化工生產中的實例，探討其在工程實踐中的應用。
1、磁致伸縮液位計的工作原理與結構
磁致伸縮液位計是基于磁致伸縮原理設計的，它由3部分組成：探測桿、電路單元和浮子。浮子裝在探測桿上，內裝有一組永磁鐵，它可以沿著探測桿隨液位的變化而上下移動。測量時，電路單元中的脈沖發生器產生的電脈沖沿著探測桿內的波導絲傳遞時，伴隨電脈沖產生一個垂直于波導絲的環形磁場以光速沿波導絲傳遞。當脈沖環形磁場與浮子磁鐵的固有磁場相遇時，二者的磁場矢量相疊加形成螺旋磁場，產生瞬時扭力并在波導絲上形成一個機械扭力波以聲速傳遞返回到電路單元，在感應線圈兩端產生感應脈沖。通過測量出發電脈沖與感應脈沖之間的時間差，就可以精確地計算出被測液面高度。如果將溫度傳感器(熱電阻)裝在探測桿內，就可以同時測定介質溫度。
2、特性及優缺點
由以上磁致伸縮液位計的原理結構可以得知，由于利用非接觸的敏感元件，減少了磨損機會，所以這種液位計較為可靠耐用。由于安裝容易，調試快捷，所以安裝成本較低。此外，無須定期維修或重新標定，不必庫存備件。在大致相同或較低的成本下，磁致伸縮液位計比起其他種類的液位計具有更高的精度和更佳的經濟效益。其主要優點如下：
2.1 只需一臺儀表便可同時測量產品的液位、界面及溫度。既可以作液位計使用，又可以作界面計使用，筆者認為這是磁致伸縮液位計*主要的優點。
2.2 精度高，分辨率優于0.01%FS，這是用其他液位計難以達到的精度。
2.3 安全性好，由于采用了本安防爆，使用安全，特別適合對化工原料和易燃易爆液體的測量。磁致伸縮液位計的缺點是：由于在結構上采用了浮球形式，它不適用于測量高粘度液體以及容易聚合的液體。另外，當被測液體容易結晶或是含雜質較多時，浮球容易被卡住而使測量結果不準。
3、工程實際應用
下面我們結合工程實例來探討磁致伸縮液位計的應用。
3.1 在高精度液位測量中的應用
湖南衡陽萊德生物制劑公司有一臺丙烷臥式儲罐，高度為3.3m，工藝專業要求精確測量液位，誤差要求控制在±5mm以內。以前廠方在罐上裝了一臺國產北京古大儀表公司生產的超聲波液位計。從實際使用效果看，平時靜態地顯示液位效果勉強還可以，但是當物料進出儲罐時誤差就急劇增大，無法滿足工藝要求。從超聲波液位計的原理可知，它不適合用于工作環境中存在蒸汽等干擾氣體的工況，因此，更換液位計是必然的選擇。開始我們打算上雷達液位計，從雷達液位計原理來分析，這種液位計是根據發射電磁波和接受反射回來的電磁波的時間間隔來計算液位的，若介質為導電介質，則其能很好地反射電磁波，介質的介電常數越大，反射信號越強，雷達液位計就越適于使用。但是丙烷屬于非導電介質，其介電常數偏低(εr<1.9)，如使用雷達液位計測量丙烷的液位，液位計很可能接收不到足夠的反射電磁波信號。雷達液位計比較常用的頻率有6.3GHz與26GHz兩種，如用26GHz頻率的電磁波測量，液位計會因回波信號弱造成液位測量不準確；如用6.3GHz頻率的電磁波測量，電磁波甚至會直接穿透丙烷液體層，從儲罐底部返回虛假信號，以至于完全無法測量。
鑒于這種情況，只剩下伺服液位計和磁致伸縮液位計可以選擇。伺服液位計也是一種很**的液位計，它是基于浮力平衡的原理，由微伺服電動機驅動體積較小的浮子，通過力傳感器感受浮子的浮力發生變化，用此時的電機轉動角度來計算液位。它也是既可以測量液面也可以測量界面，精度*高可達±0.7mm，且不受介質密度變化和蒸汽的影響。但是伺服液位計的價格太貴，單臺購買價格在7萬元左右，業主實在無法接受，*后我們選用了一臺國產磁致伸縮液位計(美國K-TEK公司的OEM產品)，價格不到2萬元，安裝后重新投產以來，測量穩定可靠，誤差控制在±3mm(與理論計算出的液位值相比較)，還可以連續監測介質溫度，節省了一臺溫度變送器的安裝費用，業主對此*為滿意。
3.2 在分層液體界面控制中的應用
海利常德農藥化工有限公司的硫磷脂生產工段中，有一套油水分離裝置，其原理結構如圖1所示：
從圖中可以看出，這是一個連續化的生產過程。進料管中的介質是氯乙酸甲酯、水與甲醇的混合物，物料連續地從分離罐V103的中部進料口流入罐內，在罐內自然分層。上層的物料是水與甲醇組成的水性組分，下層的物料是以氯乙酸甲酯為主的油性組分，中間為混合層，工藝的要求是水性組分必須從溢流管道流出進入V102儲罐；油性組分必須通過液位調節閥LV103進入V101儲罐；同時為了防止物料過多，從分離罐頂部溢出，還需設置罐內高液位時的報警。
針對這種情況，筆者選用了一臺國產磁致伸縮液位計來實現此功能。如圖中所示，這臺磁致伸縮液位計帶有2個浮子。由于上部水性組分的密度ρ1為0.95，下部油性組分的密度ρ2為1.2左右，故選擇液位計上浮子的密度為0.7，使之懸浮在水性組分上；選擇液位計下浮子的密度為1.1，使之懸浮在罐內的油水混合層中。罐內的液位高度和界位高度通過4~20mA信號與HART協議由屏蔽電纜送進DCS。當油性組分液位下降，混合層液位隨之下降，液位計通過DCS控制調節閥LV103，使之開度關小，使混合層液位恢復正常；當油性組分液位上升，混合層液位隨之上升，調節閥LV103開度增大，使混合層液位回復正常值。當罐內整體液位過高時，DCS報警，提醒操作人員采取措施。這臺磁致伸縮液位計探測桿長1.5m，外套聚四氟乙烯，測量精度*高為±1mm，帶HART通訊協議輸出，而價格不到1萬元。
從以上實例可以看出，磁致伸縮液位計用于分層液體界面的測量與控制，無論從實用性還是從經濟性角度來考慮，都是一個非常好的選擇。
4、結束語
作為一種較新型的測量儀表，磁致伸縮液位計相比其它類型的液位計，具有其自身獨特的優勢。隨著其產品的逐漸普及，給我們的液位測量工作又增加了一個有力的工具，上文所述工程實例只是磁致伸縮液位計實際應用中的2個小小的典型案例。筆者相信，隨著技術的不斷發展，磁致伸縮液位計必將在化工生產上得到更加廣泛的應用。
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