磁致伸縮液位計(jì)工作原理

1、磁致伸縮液位計(jì)工作原理液位變送器由三個(gè)主要部分組成。外管部分是耐腐蝕，耐工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品材料。變送器的核心部分是最內(nèi)核的波導(dǎo)管，它是由一定的磁致伸縮物質(zhì)構(gòu)成。變送器的電子部分產(chǎn)生一個(gè)低電流的詢問(wèn)脈沖，該脈沖同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，并沿波導(dǎo)管向下傳播。當(dāng)該磁場(chǎng)和波導(dǎo)管上的浮子內(nèi)的永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖，或叫波導(dǎo)扭曲。應(yīng)變脈沖沿波導(dǎo)管返回并被電子單元所接收，通過(guò)精確測(cè)量詢問(wèn)脈沖和返回脈沖之間的時(shí)間間隔，可獲得高精度、高重復(fù)性的液位值。磁性浮子液位計(jì)原理液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦

2、合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。油罐液位儀表的設(shè)計(jì)及應(yīng)用一、概述（一）油品計(jì)量的現(xiàn)狀洛陽(yáng)石化總廠油品罐區(qū)（包括原料油罐、成品油罐和中間原料油罐共18個(gè)罐區(qū)約108臺(tái)油罐）自動(dòng)化水平較低，油罐的檢測(cè)儀表比較落后，大部分是80年代建廠時(shí)安裝的鋼帶液位計(jì)及其換代產(chǎn)品光導(dǎo)液位計(jì)。該類儀表傳動(dòng)部件較多，容易發(fā)生故障，且檢測(cè)精度較低，現(xiàn)有儀表的控制水平越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的需要，隨著儀表技術(shù)的發(fā)展及儲(chǔ)罐計(jì)量要求的提高，更換一批精度高、性能穩(wěn)定的罐區(qū)檢測(cè)儀

3、表是非常必要的，本文對(duì)油罐液位儀表的使用情況及設(shè)計(jì)選型中的考慮要點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹。（二）油品儲(chǔ)罐（簡(jiǎn)稱油罐）計(jì)量油品儲(chǔ)罐（簡(jiǎn)稱油罐）計(jì)量的目的儲(chǔ)罐計(jì)量指對(duì)大型儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存液量進(jìn)行測(cè)量，從而獲得儲(chǔ)罐庫(kù)存量。通過(guò)儲(chǔ)罐計(jì)量得到庫(kù)存量是一個(gè)企業(yè)掌握庫(kù)存資料以便指導(dǎo)生產(chǎn)和銷售的重要管理項(xiàng)目，因此，對(duì)庫(kù)存量的測(cè)量精度和重現(xiàn)性要求較高。購(gòu)進(jìn)原料和輸轉(zhuǎn)產(chǎn)品往往也可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐計(jì)量，煉油廠內(nèi)的半成品中間罐區(qū)對(duì)儲(chǔ)罐計(jì)量精度要求不高，但測(cè)量的可靠性及重現(xiàn)性卻非常重要。不管是原料罐、成品罐或中間罐，由于儲(chǔ)罐泄漏或油氣排放導(dǎo)致的環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失都是需要避免的，所以必須要有可靠而穩(wěn)定的儲(chǔ)罐計(jì)量測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)油罐液位的測(cè)量原理，

4、可分為兩大類，一類為直接測(cè)量高度法，另一類為壓強(qiáng)法。直接測(cè)量高度法主要是依靠下述方法或儀表來(lái)完成油罐液位測(cè)量，如人工檢測(cè)尺測(cè)量、浮子鋼帶測(cè)量、伺服式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、電容式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等?；趬簭?qiáng)法測(cè)量原理的測(cè)量系統(tǒng)主要有靜壓式測(cè)量液位系統(tǒng)、稱重儀等。二、各種液位計(jì)的特點(diǎn)（一）人工檢測(cè)尺利用浸入式刻度鋼皮尺測(cè)量液位，取樣測(cè)量油溫和比重，通過(guò)計(jì)算得到儲(chǔ)液體積和重量。這是古老的也是至今仍被全世界廣泛使用的儲(chǔ)罐計(jì)量方法，它可以用作現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)其他測(cè)量?jī)x表的參考手段。人工液位測(cè)量的精確度一般認(rèn)為是使用的刻度鋼尺精度加上土2mm勺人為誤差。（二）浮子式鋼帶液面計(jì)如大連自動(dòng)化儀表五廠

5、的UHZ-m系列，這種液面計(jì)在國(guó)外30年代開(kāi)始使用至今仍有較高的市場(chǎng)占有率，這種儀表的優(yōu)點(diǎn)是比較直觀，價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是傳動(dòng)部件多，容易發(fā)生故障，尤其是對(duì)安裝要求比較高。如不符合要求，可能一開(kāi)工就不能用，因此選用這種儀表時(shí)，在說(shuō)明書(shū)中都提出生產(chǎn)廠家必須指導(dǎo)安裝的要求。在投資有限的項(xiàng)目中，中小型罐仍可考慮選用該表。但16m以上的罐不適合選用該種儀表，因?yàn)楣拊礁?，安裝的平行度、垂直度以及盤(pán)簧的質(zhì)量要求越高；外浮頂罐也不適合，因?yàn)橐挥酗L(fēng)吹，指針上下擺動(dòng)，不穩(wěn)定，并容易損壞衡力盤(pán)簧。光導(dǎo)液位計(jì)也列入這一行列，屬同類產(chǎn)品，選用哪一種一般應(yīng)與用戶協(xié)商確定。這些產(chǎn)品目前在中小煉廠、小油庫(kù)及中間原料油罐區(qū)還有

6、選用的余地。（三）伺服液位計(jì)伺服液位計(jì)因其用一臺(tái)伺服電機(jī)，使浮子跟隨液位或者界面變化故得其名。如荷蘭Enraf公司的UEBF854B21C2A型液位計(jì)。這種液位計(jì)功能強(qiáng)，可測(cè)液位、界位、介質(zhì)比重等，精度高（土0.9mm）,故障率比較低，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)比較方便，受到操作和維護(hù)人員的歡迎，但價(jià)格比較高，在設(shè)計(jì)選型過(guò)程中，往往在審查初步設(shè)計(jì)階段就會(huì)遇到障礙。圖2為伺服液位計(jì)原理圖。（四）雷達(dá)液位計(jì)利用雷達(dá)電波測(cè)量液位是近幾年國(guó)內(nèi)外都很關(guān)注的技術(shù)。如德國(guó)Endress+Hauser公司的FMR130-OVAD2DAIA1液位計(jì)。由于液位計(jì)不接觸介質(zhì)，又無(wú)可動(dòng)部件，故障率低，而且精度也很高，是一種對(duì)用戶很

7、有吸引力的液位計(jì)。不論雷達(dá)液位計(jì)還是伺服液位計(jì)都是性能很好的儀表，但目前由于價(jià)格偏高，在國(guó)內(nèi)大面積推廣還有一定困難，但隨著技術(shù)的發(fā)展，這些儀表性能價(jià)格比的不斷改善，使用會(huì)越來(lái)越廣泛地被采用。（五）磁致伸縮液位計(jì)這是一種剛剛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的新型液位計(jì)。它的測(cè)量原理是利用磁場(chǎng)脈沖波，測(cè)量時(shí)液位計(jì)的頭部（罐的上部）發(fā)出電流“詢問(wèn)脈沖”，此脈沖同時(shí)產(chǎn)生一磁場(chǎng)，沿著波導(dǎo)管內(nèi)的感應(yīng)線向下運(yùn)行，在液位計(jì)管外配有浮子，浮子可隨液位、沿側(cè)桿上下移動(dòng)，浮子內(nèi)藏有一組磁鐵，并產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)相遇則產(chǎn)生一個(gè)新的變化磁場(chǎng)，隨之產(chǎn)生新的“返回脈沖”測(cè)出“詢問(wèn)脈沖”和“返回脈沖”的周期便可知道液體的變化位置。該液位計(jì)可

8、動(dòng)部分只有浮子，故維護(hù)工作量小、安裝比較簡(jiǎn)單、精度也比較高，另一個(gè)特點(diǎn)是可同時(shí)測(cè)溫，但它不適合重質(zhì)油品的檢測(cè)。（六）靜壓式液位計(jì)利用測(cè)量液體壓強(qiáng)的方式獲得液位的儀表，最簡(jiǎn)單的HTG（HydrostaticTankGaugings）系統(tǒng)只有一個(gè)變送器，將測(cè)得的壓強(qiáng)乘以儲(chǔ)罐的面積就可以得到液體的重量。但早期的差壓變送器測(cè)量精度低、環(huán)境溫度影響比較大，對(duì)操作工來(lái)說(shuō)又不直觀，所以采用這種測(cè)量方式的用戶不多，對(duì)于不用遠(yuǎn)傳儀表的用戶更無(wú)法使用。但是這種測(cè)量方式因?yàn)榭蓜?dòng)部件少，維護(hù)工作量小而且方便，設(shè)計(jì)人員在一些重質(zhì)油罐上，用單法蘭差壓變送器，對(duì)于一些較小的煉廠或油庫(kù)要搞遠(yuǎn)傳監(jiān)控也采用了這種測(cè)量方式。由于變

9、送器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，靜壓式測(cè)量液位近年來(lái)又取得了新的進(jìn)展，精度和可靠性都有很大提高，從統(tǒng)計(jì)資料看雖然總數(shù)不多，但遞增幅度較大。此外，還有電容式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)，也都各有特點(diǎn)，因現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)量較少在此不做比較和分析。三、各類油罐計(jì)量測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用1 .各類油罐計(jì)量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用性能的比較，參見(jiàn)表1。2 .幾種儀表在洛陽(yáng)石化總廠的應(yīng)用，參見(jiàn)表2。3 .各種儀表的介質(zhì)使用情況，參見(jiàn)表3。4 .各種儀表在庫(kù)存計(jì)量中的誤差，參見(jiàn)表4。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，對(duì)儲(chǔ)罐計(jì)量測(cè)量?jī)x表系統(tǒng)的要求應(yīng)是：精度高（重量、液位）、高重現(xiàn)性、絕對(duì)安全、易操作、易維護(hù)、高可靠性、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與接口標(biāo)準(zhǔn)化等。四、設(shè)計(jì)選型的原則1 .考

10、慮油罐的大小和特點(diǎn)對(duì)10,000100,000m3油罐，以及較大的液化氣罐選用較高的液位計(jì)，中、小罐可以選用一般液位計(jì)。2 .考慮油罐的種類直接售油或者進(jìn)油的罐，選用高精度液位計(jì)，中間罐、一般儲(chǔ)料罐可以采用一般儀表。3 .考慮介質(zhì)的特性重油盡量采用與被測(cè)介質(zhì)不接觸或少接觸類型儀表，輕油可用一般儀表。如果用戶整體水平很高，投資限制不嚴(yán)格，可采用性能較高的液位計(jì)。老廠改造或新增加的罐區(qū)要考慮原來(lái)采用的液位計(jì)使用情況，如果使用狀況良好，盡量統(tǒng)一選型，以減少維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。在用戶方面操作人員希望液位計(jì)使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，儀表車間希望液位計(jì)工作可靠減少維護(hù)人員。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該給予考慮。洛陽(yáng)石化總廠就是按照該

11、設(shè)計(jì)選型原則，對(duì)于容積大于2000m3以上的重質(zhì)油罐及不易揮發(fā)的油品（如50,000m3原油罐）且計(jì)量精度要求高的場(chǎng)合選用了計(jì)量級(jí)雷達(dá)液位計(jì)，易揮發(fā)且計(jì)量精度要求高的汽柴油及液化氣罐液位測(cè)量采用伺服液位計(jì)。一些計(jì)量精度要求不高的油品儲(chǔ)罐一般采用鋼帶及光導(dǎo)液位計(jì)計(jì)量，這種設(shè)計(jì)思想既滿足了計(jì)量精度要求，也為總廠節(jié)省了投資。五、結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)液位計(jì)在不同場(chǎng)合的合理選用，為洛陽(yáng)石化總廠罐區(qū)自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的依據(jù)，使全廠油品計(jì)量精度大大提高，不僅找回了該廠原油長(zhǎng)期虧損的原因，還為挖潛增效提供了可靠的依據(jù)；同時(shí)也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，為計(jì)量上等級(jí)奠定了基礎(chǔ)。儲(chǔ)罐液位儀表的應(yīng)用及發(fā)展儲(chǔ)

12、罐應(yīng)用在各行各業(yè)，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)物料貯存和數(shù)量交接，因此，對(duì)罐內(nèi)物料的計(jì)量是一項(xiàng)很重要的工作。下面就油庫(kù)液體物料儲(chǔ)罐液位儀表的應(yīng)用和發(fā)展談?wù)勔恍┛捶?。一、油罐液位的測(cè)量方法目前，我們測(cè)量液位所使用的測(cè)量?jī)x表種類較多，但其測(cè)量方法基本上可以分為兩大類，一是直接測(cè)量法，二是間接測(cè)量法。直接測(cè)量法即人工測(cè)量法，是利用計(jì)量工具直接測(cè)取液位，不需要任何中間轉(zhuǎn)換。例如，石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)用的人工量油尺，浮子鋼帶式直讀液位表（如讀取光導(dǎo)表一次表刻度值），磁性翻版液位儀等等。這種測(cè)量方法直觀、可信度高、使用簡(jiǎn)單，并且造價(jià)低，但人為讀數(shù)誤差較大。目前在多數(shù)石化企業(yè)人工檢尺仍是測(cè)量、控制液位的主要方法，并且經(jīng)常

13、作為標(biāo)定其他儀表的主要參考。間接測(cè)量法是利用傳感元件測(cè)出與液位有關(guān)的信號(hào)后，再利用電量的轉(zhuǎn)換得到所測(cè)液位儀。例如：某油庫(kù)45號(hào)罐區(qū)所使用的差壓式液位儀就是測(cè)量液體在不同高度所產(chǎn)生的壓力差，然后利用計(jì)算機(jī)通過(guò)密度換算，溫度補(bǔ)償?shù)鹊玫揭何恢?。再比如光?dǎo)液位儀表是利用光電原理從與浮子罐內(nèi)浮子相連的信息碼帶上讀取液位編碼信息，然后通過(guò)二次表翻譯成液位值。此種測(cè)量方法較為復(fù)雜，成本高，系統(tǒng)誤差大，但可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，能有效及時(shí)的避免溢罐等安全事故的發(fā)生，容易實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐區(qū)自動(dòng)化管理。二、油庫(kù)液位儀表的使用現(xiàn)狀目前油庫(kù)液位儀表種類繁雜，先進(jìn)程度不一，質(zhì)量參差不齊，儀表精度較低。下面按儀表引進(jìn)年代逐個(gè)介紹。2

14、0世紀(jì)80年代中期大部分油庫(kù)引進(jìn)了浮子鋼帶液位儀，比較典型的有蘭州東升儀表廠生產(chǎn)的HIC-B型和YZJ-1型恒力彈簧液位儀，幾乎裝備了所有儲(chǔ)罐，目前在小容量?jī)?chǔ)罐上還有一定的占有量。這種液位儀表利用了重力平衡式原理和彈簧平衡式原理，編碼采用碼盤(pán)編碼。該表優(yōu)點(diǎn)是精度較高，維護(hù)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)一次表指示清楚，價(jià)格低；缺點(diǎn)是對(duì)安裝要求較高，機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)為復(fù)雜，機(jī)械摩擦力、安裝精度和鋼帶線性膨脹等都會(huì)影響測(cè)量精度。特別是一次表內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜如同鐘表一般，任何一個(gè)零件失效將直接影響儀表運(yùn)行。該表還有一個(gè)缺點(diǎn)是鋼帶容易卡帶脫槽，導(dǎo)致儀表不能運(yùn)行。由于二次表碼盤(pán)制造比較粗糙，銅制電路板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)容易磨損和受到油氣腐

15、蝕，使得觸點(diǎn)接觸失效，二次表顯示錯(cuò)誤，很容易形成安全隱患。該類儀表目前已經(jīng)淘汰停產(chǎn)，油庫(kù)也在陸續(xù)淘汰。上世紀(jì)90年代初各油庫(kù)引進(jìn)安裝了一批差壓液位儀，比如某油庫(kù)引進(jìn)了蘭煉儀表廠生產(chǎn)的FPA35WB也差壓表。這種儀表屬靜壓式儲(chǔ)罐計(jì)量?jī)x表，是利用帕斯卡定理進(jìn)行測(cè)量的。該表優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需安裝罐內(nèi)儀表，具有性能穩(wěn)定可靠，便于操作、易于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)該表的原理及理論計(jì)算公式P=(gh)可知，理論誤差幾乎是不存在的，但是實(shí)際使用過(guò)程中并非如此。該儀表的誤差主要是從測(cè)量?jī)x表如壓力、溫度變送器的測(cè)量誤差引入的；還有一個(gè)最重要的影響因素就是密度，就目前大部分油庫(kù)使用情況來(lái)看，密度是在每次質(zhì)檢分析部門(mén)測(cè)

16、得后才輸入的，然而由于收發(fā)油的影響，密度變化很大，與同實(shí)際情況多有不同，因此導(dǎo)致計(jì)算機(jī)計(jì)算值誤差也很大，一般在30500mm該表要求安裝條件也比較高，首先壓力變送器取壓孔應(yīng)位于儲(chǔ)罐上油品相對(duì)靜止的地方，以防止進(jìn)油或發(fā)油時(shí)產(chǎn)生油品擾動(dòng)，而可能產(chǎn)生附加壓力；其次壓力變送器的固定支架應(yīng)與罐壁成一體，以防止外力施加與變送器上使變送器受力從而增大測(cè)量誤差。該表還有一個(gè)缺點(diǎn)就是一次表校驗(yàn)比較麻煩，必須倒掉罐內(nèi)油品并拆下儀表進(jìn)行校驗(yàn)，在生產(chǎn)緊張時(shí)儀表將長(zhǎng)時(shí)間得不到維修和標(biāo)定。從某些油庫(kù)的使用情況來(lái)看，只能作為監(jiān)測(cè)目的使用。近年來(lái)，隨著變送器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們將靜壓測(cè)量?jī)x表的變送器增加到23個(gè)，從而消除

17、影響儀表精度的一些不確定因素，比如可以通過(guò)帶有兩個(gè)壓力變送器的差壓表測(cè)出的壓力值聯(lián)立方程組得出密度等，從而消除認(rèn)為測(cè)量密度產(chǎn)生的誤差對(duì)儀表精度的影響。該種改進(jìn)表稱為HTG系列靜壓測(cè)量系統(tǒng)。比單變送器靜壓測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度高了很多。但是也有不足之處，比如由于實(shí)際存在的儲(chǔ)液溫度和密度的分層，是影響該表精度的主要原因，當(dāng)然也存在壓力、變送器的測(cè)量誤差，但較之單變送器靜壓液位儀來(lái)說(shuō)已經(jīng)相當(dāng)精確了。另外該表還可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)密度、液位、溫度、體積、質(zhì)量等變量的測(cè)量。從1995年起某些油庫(kù)開(kāi)始引進(jìn)內(nèi)存碼多功能液位儀，代表產(chǎn)品比如溫州達(dá)達(dá)儀表廠生產(chǎn)的型號(hào)為ZD-B10型液位儀表。該表一次表是鋼帶浮子式，外部鋼

18、帶為信息碼帶，刻有讀數(shù)和大小一樣的信息碼孔，當(dāng)鋼帶產(chǎn)生位移時(shí)變送器將移過(guò)探頭的信息碼孔數(shù)量進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)，然后換算成長(zhǎng)度后加上初始值即得到液位。該表優(yōu)點(diǎn)是一次表精度很高，缺點(diǎn)是由于初始值必須在儀表加電后輸入(即輸入人工檢尺值或相應(yīng)信息碼孔邊的讀數(shù))，所以每次在掉電后都必須重新輸入初始值；再一個(gè)就是該表一次表變送器防潮功能較差，某油庫(kù)共引進(jìn)了4臺(tái)安裝于柴油罐上，由于柴油罐冬天加溫后內(nèi)外溫度相差大，冷凝水沿儀表鋼帶槽盒下來(lái)后直接損壞變送器，導(dǎo)致二次表失效。此類型的儀表短暫的存在后即迅速淘汰。在引進(jìn)內(nèi)存碼多功能液位儀后不久，光導(dǎo)液位儀表就出現(xiàn)了，比較具有代表性的是由航天部三院三部智控所研制的UBG系列光導(dǎo)液位儀。這種儀表從根本上解決了東升表，內(nèi)存碼多功能液位儀存在的問(wèn)題。UBG系列光導(dǎo)液位儀一次表同鋼帶浮子式液位儀一樣采用重力平衡方式，但是它的變送器采用了光導(dǎo)測(cè)量原理。該表的信息碼帶信息碼孔不同于多功能液位儀，每一種孔型代表一種數(shù)字編碼，并且采用多排并列，碼帶的任一位置代表唯一的液位讀數(shù)，因此不需要再輸入初始值，當(dāng)儀表加電后變送器即刻讀出碼帶上的液位信息，不需要再進(jìn)行別的運(yùn)算。當(dāng)然信息碼帶上也印有刻度值，可供肉眼讀取。該表的信息碼值是利用光電原理直接從碼帶上讀取并以數(shù)字信號(hào)方式直接傳給二次表，信息的讀取變送沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何機(jī)械類機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換或電流電壓轉(zhuǎn)換，碼