磁致伸縮液位計的組成和原理

磁致伸縮液位計的組成和原理

　　1.1 組成

　　磁致伸縮式液位計是一種可進行連續液位、界面測量，并提供用于監視和控制的模擬信號輸出的高精度的測量儀表，由三部分組成：(A)360度內磁浮子;(B)傳感器 (壓磁傳感器和磁致傳感管);(C)塑封全智能化電子裝置。可智能化編程，帶有液晶顯示，可顯示總體液位，界面液位，以及溫度輸出的電信號，實際液位值，溫度值, 帶有偏移量的實際液位值等。

　　1.2 工作原理

　　在一非磁性傳感管內裝有一根磁致伸縮線,在磁致伸縮線一端裝有一個壓磁傳感器,該壓磁傳感器每秒發出10個電流脈沖信號給磁致伸縮線,開始計時,該電流脈沖同磁性浮子的磁場產生相互作用，在磁致伸縮線上產生一個扭應力波，這個扭應力波以已知的速度從浮子的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送。直到壓磁傳感器收到這個扭應力信號為止,壓磁傳感器可測量出起始脈沖和返回扭應力波間的時間間隔，根據時間間隔大小來判斷浮子的位置,由于浮子總是懸浮在液面上,且磁浮子位置隨液面的變化而變化,即時間間隔大小也就是液面的高低,然后通過全智能化電子裝置將時間間隔大小信號轉換與被測液位成比例的 4 ～2 0 m A 信號(HART)進行輸出。

　　2 特性

　　2.1 優點

　　(1)結構簡單，僅由三部分組成;

　　(2)高精度，滿量程的0.01%，誤差不超過1.27mm;

　　(3)標定極其簡單，無需實標，只需按按鈕或者使用 HART 協議;

　　(4)對于重新標定或忘記標定值，無需重新校驗;

　　(5)測量范圍大，0～22m;

　　(6)可同時測量總體液位和界面液位，以及溫度輸出;

　　(7)壓力范圍大，207Bar，標準的是66Bar;

　　(8)溫度范圍大，-196℃到427℃;

　　(9)可現場替換差壓式，電容式，超聲波式，雷達式，外浮筒式，鋼帶或伺服馬達式等液位變送器。

　　2.2 缺點

　　(1)不能測量高粘度液體和泥漿，天線浸在被測液體或其飽和汽體中工作，不適用于有壓、自聚、有腐蝕、有毒、高黏度液體的測量。

　　(2)浮子沿著波導管外的護導管上下移動，有時會被卡住。

　　3 實例分析、比較

　　3.1 差壓變送器和磁致伸縮液位計測量界面分析比較

　　圖1、2是一個化工裝置中典型的化合反應器液位測量示意圖。上面是油(苯及其化合物)下面是液體催化劑。由于催化劑的密度比油大，兩種物料會自動分離。工藝操作人員通過控制催化劑、油的界面(LT1測量)和油液位(LT2 測量)來保證化合反應的生成率。兩個液位值必須精確控制在一定的范圍內，是系統停車聯鎖點。

(1)采用差壓變送器測量界面誤差原因分析(圖1)

 初期我們用差壓變送器測量，差壓變送器測量時要用油密度和催化劑密度來確定儀表的零點和量程，這兩個值是理論計算出來的。

　　以圖1為例差壓變送器(LT1)的差壓(P)計算公式為：

實際油混合物在罐內分離后。上面的油含有催化劑，下面的催化劑也含有油，且在水與油界面存在厚薄不一、密度不一的過度層，實際兩種物質的密度和理論值有誤差;北方地區冬天溫度在0度以下，儀表需用蒸汽伴熱，由于蒸汽伴熱會造成導壓管內的液體汽化，液體汽化后密度會發生變化，基于以上原因，從計算公式可以看出ρ1、ρ2密度值的變化造成了差壓液位變送器較大的測量誤差，最多的誤差可達10.0%。差壓變送器(LT2)的差壓(P)計算公式為：

　　反應器內的油汽化會使差壓變送器(LT2)導壓管負壓側內積液，因此需對導壓管負壓側充水。由于反應器內有壓力，導壓管負壓側內時間長了會進油，加上冬季拌熱，ρ4的密度發生改變。ρ4的變化造成LT2較大測量誤差。為保證測量的準確，要定期對導壓管進行沖水。

　　(2)采用磁致伸縮液位計(圖2)

　　磁致伸縮式液位計出廠是根據用戶提供的“上密度”和“下密度”確定浮子的重量。在測量界面時，實際上是浮子浮在界面上，所受的浮力和重力相等。公式為：

由于浮子所處位置的密度是相對固定的，即含油與含催化劑的百分率是相對固定的。從上面的公式可以看出ρ1、ρ2相對固定，浮子所受到的浮力是固定的。浮子精確的浮在界面和液面從而保證了磁致伸縮式液位計的高精度測量。

　　磁致伸縮液位計可以同時測量液位和界面，在DCS內加減模塊用液位值減界面值得到油的準確高度，解決了圖1中LT2只能測量上部分油液位的不足，使工藝操作人員對反應器內的情況了解的更清楚。差壓變送器導壓管冬天用蒸汽伴熱會造成導壓管內的液體汽化，必需定期進行排氣和充隔離液，當物料有雜質時會造成儀表堵塞，儀表維護人員工作量大，采用磁致伸縮式液位計后儀表維護量減少很多。

　　3.2 用于大型儲罐界面測量時和伺服馬達液位計的比較

　　在化工生產中大型儲罐界面的測量，伺服馬達液位計和磁致伸縮式液位計是用的最多的液位計，精度都很高。但伺服馬達液位計缺點是:1)機械傳動機構，不可避免帶來磨損問題;2)標定復雜;3)液面波動時對測量有較大影響;4)結構復雜，維修困難。基于以上原因我們用磁致伸縮式液位計優于伺服馬達液位計。

　　4 小結

　　磁致伸縮式液位計作為一種新興的測量儀表，具有精度高、穩定性和可靠性好的優點。更適合于界面液位測量，未來在石油、化工、醫藥等行業將會有更大的市場。