磁致伸縮液位儀及其在油庫(kù)的應(yīng)用

1、磁致伸縮液位儀及其在油庫(kù)的應(yīng)用摘 要   隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)利用磁致伸縮原理進(jìn)行測(cè)量的液位儀在油庫(kù)得到了大量的應(yīng)用。本文主要介紹了磁致伸縮液位儀的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及其在油庫(kù)的應(yīng)用事項(xiàng)，以促進(jìn)油庫(kù)技術(shù)改造，提高油庫(kù)系統(tǒng)講師的準(zhǔn)確度及自動(dòng)化水平。      液位測(cè)量技術(shù)是最基本的油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，目前主要包括壓力式、差壓式、浮子鋼帶式、電容式、阻抗式、電位差式、機(jī)械式等多種方法。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)，利用磁致伸縮原理進(jìn)行測(cè)量的液位儀在油庫(kù)得到了大量的應(yīng)用。磁致伸縮液位儀具有精度高、功能多、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)

2、，應(yīng)用前景看好。     磁致伸縮液位儀的工作原理     磁致伸縮液位儀的組成     磁致伸縮液位儀主要由電子頭、探測(cè)桿、浮子三部分、組成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖1  磁致伸縮液位儀結(jié)構(gòu)示意圖     磁致伸縮液位儀的探測(cè)桿由3條同軸的圓管組成：外管由防腐蝕材料制成，以提供保護(hù)作用；中間的圓管裝配有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字測(cè)溫傳感器；最中心的是波導(dǎo)管，其內(nèi)部是由磁致伸縮材料構(gòu)成的波導(dǎo)絲。在液位儀探測(cè)桿外配有內(nèi)含磁鐵隨液位變化的浮子。磁致伸

3、縮液位儀的工作過(guò)程     磁致伸縮液位儀的工作原理主要是利用效應(yīng)和超聲效應(yīng)的結(jié)合來(lái)達(dá)到測(cè)量目的。磁效應(yīng)即維德曼效應(yīng)（Wiedemann）和維拉里（Viuary）效應(yīng)。     液位義電子頭中的脈沖發(fā)生器首先在磁致伸縮波導(dǎo)絲上施加一個(gè)電脈部信號(hào)，此電脈部同時(shí)伴隨一個(gè)環(huán)型磁場(chǎng)，以光速沿磁致伸縮波導(dǎo)絲向下傳遞。當(dāng)該環(huán)開(kāi)磁場(chǎng)遇到浮子中磁鐵產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)時(shí)，將與之進(jìn)行矢量疊加，形成一個(gè)螺旋形的磁場(chǎng)。根據(jù)維德曼效應(yīng)，當(dāng)磁致伸縮材料本身的物理尺寸也會(huì)路著發(fā)生變化。因此，當(dāng)合成磁場(chǎng)發(fā)生變化形成螺旋形磁場(chǎng)時(shí)，磁致伸縮波導(dǎo)絲會(huì)產(chǎn)生沿

4、螺旋形磁場(chǎng)的伸縮變形，導(dǎo)致波導(dǎo)絲產(chǎn)生扭曲變形，從而激發(fā)扭轉(zhuǎn)波（或返回脈沖）。該扭轉(zhuǎn)波沿波導(dǎo)絲以超聲波的形式回傳到傳感頭中的感應(yīng)線圈時(shí)，將轉(zhuǎn)換成橫向應(yīng)力。根據(jù)維拉里效應(yīng)，磁致伸縮材料發(fā)生物理變形時(shí)，會(huì)在磁致伸縮材料內(nèi)引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，因此，通過(guò)傳感器線圈的磁通將發(fā)生變化，在傳感器線圈兩端將產(chǎn)生一個(gè)可以被檢測(cè)到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。超聲扭轉(zhuǎn)波的傳播速度為一常數(shù)（2838m/s左右）。因此，從發(fā)射電流脈沖的一刻到檢測(cè)到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間差乘以這個(gè)固定速度，便能精確地算出磁鐵（浮子）的位置。磁致伸縮液位儀的技術(shù)特點(diǎn)高精度     由于磁致伸縮液位儀是通過(guò)測(cè)量發(fā)射脈沖和返

5、回脈沖的時(shí)間差來(lái)確定被測(cè)位移量，因此測(cè)量精度極高。其非線性小于0.05%FS，重復(fù)性小于0.001%FS,分辯率小于0.002%FS。如此高的測(cè)量精度在當(dāng)今液位測(cè)量中是獨(dú)一無(wú)二的，而其他類型的傳感器很難達(dá)到此精度。多參數(shù)測(cè)量     磁致伸縮液位儀的另一大特點(diǎn)是集測(cè)量液面、界面、溫度等參數(shù)于一身。因?yàn)榇胖律炜s液位儀中的電子部件可以探測(cè)到由同一發(fā)射脈沖產(chǎn)生的連續(xù)磁波，所以在同一探測(cè)桿上可配裝2個(gè)甚至多個(gè)磁浮子。只要保證浮子重量與介質(zhì)比重相對(duì)應(yīng)，則可同時(shí)測(cè)得液面和界面，真正實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量。     若將多個(gè)溫度傳感器埋

6、入磁致伸縮液位儀的傳感桿內(nèi)，則在可測(cè)量液位的同時(shí)還能得到介質(zhì)的多點(diǎn)溫度及液面下的平均溫度。安全性高     磁致伸縮液位儀的防爆等級(jí)一般有隔爆型和本安型2種，適合在各種易燃、易爆、高溫、高壓等危險(xiǎn)場(chǎng)所使用。且用磁致伸縮液位儀測(cè)量時(shí)無(wú)需人工開(kāi)啟罐蓋，避免了人工測(cè)量帶來(lái)的不安全隱患。可靠性高，故障率低，壽命長(zhǎng)     由于磁致伸縮液位儀的整個(gè)變送器密封在不銹鋼管內(nèi)，其傳感元件和被測(cè)介質(zhì)非接觸，所以雖然測(cè)量過(guò)程是不斷重復(fù)的，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損。因此，它具有工作可靠性高、故障低、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，適合各種惡劣環(huán)境。安裝

7、維護(hù)簡(jiǎn)便     由于磁致伸縮液位儀采用法蘭連接方式，幫安裝極其簡(jiǎn)便，而且無(wú)需安期維護(hù)或重新標(biāo)定，給使用者帶來(lái)極大的方便。便于自動(dòng)化管理     磁致伸縮液位儀一般輸出信號(hào)接口采用420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或RS-485數(shù)字信號(hào)接口，可直接接入PLC、DCS系統(tǒng)或其他計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，便于微機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。磁致伸縮液位儀油庫(kù)應(yīng)用事項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)的構(gòu)成     某油庫(kù)的計(jì)量系統(tǒng)包括磁致伸縮液位儀、西門(mén)子OS77操作站及PLC，其中PLC還用來(lái)對(duì)油庫(kù)的定量裝車進(jìn)行控制。油庫(kù)共有12個(gè)油

8、罐，高度均為915m，因此選用了美國(guó)MTS公司的LDF系列產(chǎn)品（柔性加長(zhǎng)數(shù)字系列）。采用4總線結(jié)構(gòu)，布線簡(jiǎn)單，其中2線為DC24V電源，另2線為RS-485總線（DDA協(xié)議）?？紤]到系統(tǒng)電源的容量，每6個(gè)罐由1路電源供電。液位儀信號(hào)由RS-485總線經(jīng)PLC的485模塊進(jìn)入PLC系統(tǒng)，PLC的處理數(shù)據(jù)通過(guò)Profibus總線送入西門(mén)子OS77操作站（CELSIUS400），由軟件做進(jìn)一步處理。計(jì)量系統(tǒng)的功能     1、實(shí)現(xiàn)油器計(jì)量全部自動(dòng)化，即逐罐顯示、打印油品的油高、水高、溫度、體積、質(zhì)量等，實(shí)現(xiàn)24h全天侯液位監(jiān)控。  

9、0;  2、具有高、低液位的報(bào)警與連鎖功能，杜絕冒油、抽空等事故的發(fā)生。     3、實(shí)現(xiàn)油罐的檢測(cè)及報(bào)警，防止油品泄漏     4、完成業(yè)務(wù)管理功能計(jì)量系統(tǒng)的其他形式     除了直接接入PLC系統(tǒng)外，磁致伸縮液位儀還可以接入DCS或其他計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，但要注意其485數(shù)字信號(hào)采用的通訊協(xié)議有DDA協(xié)議、MODBUS協(xié)議等，因此要對(duì)相應(yīng)PLC、DCS系統(tǒng)的通訊參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置，以保證通訊暢通。液位儀直接接入計(jì)算機(jī)時(shí)，一般需要RS485/232轉(zhuǎn)換卡將485信號(hào)變?yōu)?/p>

10、232信號(hào)，再連到計(jì)算機(jī)的232接口（如果計(jì)算機(jī)本身帶485接口則不必）。     防爆對(duì)于油罐計(jì)量需要首先考慮的問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)選擇本安型液位儀、防爆接線箱、安全柵來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的防爆。磁致伸縮液位儀具有本安認(rèn)證，是本安型儀表，可以完全滿足油罐的防爆要求。液位儀與系統(tǒng)總線連接時(shí)，應(yīng)選用防爆接線箱，以消除中間隱患。安全柵安裝在控制室內(nèi)，作為控制室儀表與現(xiàn)場(chǎng)儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，既可傳輸信號(hào)，又可控制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，從而獎(jiǎng)危險(xiǎn)場(chǎng)所與非危險(xiǎn)場(chǎng)所隔開(kāi)，起到防爆作用。系統(tǒng)總線進(jìn)入機(jī)柜后，通過(guò)安全柵再與PLC及電源相連。信號(hào)線及電源線分別選

11、用不同型號(hào)的專用安全柵。安全柵在使用時(shí)要注意只有在系統(tǒng)調(diào)試完成之后才能投入使用，否則很容易由于短路等意外原因?qū)е聯(lián)p壞，尤其在附近進(jìn)行電焊作業(yè)時(shí)，電焊機(jī)的接地與機(jī)柜接地相通，很容易使安全柵反向擊穿。故障處理     磁致伸縮液位儀故障率低，基本是免維護(hù)的。如果個(gè)別時(shí)候發(fā)現(xiàn)其不能正常工作或液位長(zhǎng)期不變等，則可能是電子頭的集成電路析和模塊損壞了，更換相應(yīng)部件即可。也有可能是冬天油品掛蠟，導(dǎo)致浮子不能隨油品正常移動(dòng)，所以液位不變，這需要將固定法蘭或鎖緊的NPT裝置松開(kāi)，搖動(dòng)探測(cè)桿或取出進(jìn)行簡(jiǎn)單清理。液位儀的安裝     順

12、著油罐的法蘭孔將液位儀放入油罐，在固定重錘的作用下，探測(cè)桿自然拉直，到達(dá)罐底后，使液位儀電子頭及下面的硬桿及柔性探測(cè)桿保持一條直線，鎖緊NPT裝置即可。布線及接地     電源和信號(hào)線纜的屏蔽只在安全柵端接地，接地電阻小于1m。不要在液位儀端或整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的任何其他點(diǎn)接地；線纜布線盡量使網(wǎng)絡(luò)主干線短，盡量避開(kāi)干擾源（如電機(jī)等）；網(wǎng)絡(luò)包括主干線、主干線到液位儀的抽關(guān)連接（防爆接線盒到液位儀的連接）；最大抽頭連線長(zhǎng)度小于61m；線纜最好不要直接暴露于空氣中，由鋼管或防爆撓性軟管保護(hù)。確定零點(diǎn)在液位儀安裝調(diào)試后，要確定它的零點(diǎn)。一般而言，液位儀直接顯示的數(shù)值比人工測(cè)量值要高100200mm。對(duì)于每個(gè)液位儀，這個(gè)數(shù)值是固定的，這就是淮位儀的零點(diǎn)。液位儀的測(cè)量值減去零點(diǎn)便是真實(shí)的油高。在進(jìn)行正式標(biāo)定確定零點(diǎn)時(shí)，最好只使用一把新標(biāo)定的尺，由檢尺技術(shù)較高的計(jì)量員來(lái)操作。對(duì)不合理的檢尺結(jié)果，應(yīng)由多人用同一把尺測(cè)量多次。內(nèi)浮頂罐安裝     在內(nèi)浮頂罐安裝上安裝磁致伸縮液位儀時(shí)，在內(nèi)浮盤(pán)上