1 磁致伸縮液位計(jì)的組成和原理
1.1 組成
磁致伸縮式液位計(jì)是一種可進(jìn)行連續(xù)液位、界面測(cè)量，并提供用于監(jiān)視和控制的模擬信號(hào)輸出的高精度的測(cè)量?jī)x表，由三部分組成：(A)360度內(nèi)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?？芍悄芑幊?，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(hào)，實(shí)際液位值，溫度值, 帶有偏移量的實(shí)際液位值等。
1.2 工作原理
在一非磁性傳感管內(nèi)裝有一根磁致伸縮線,在磁致伸縮線一端裝有一個(gè)壓磁傳感器,該壓磁傳感器每秒發(fā)出10個(gè)電流脈沖信號(hào)給磁致伸縮線,開始計(jì)時(shí),該電流脈沖同磁性浮子的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用，在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個(gè)扭應(yīng)力波，這個(gè)扭應(yīng)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(gè)扭應(yīng)力信號(hào)為止,壓磁傳感器可測(cè)量出起始脈沖和返回扭應(yīng)力波間的時(shí)間間隔，根據(jù)時(shí)間間隔大小來(lái)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(shí)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(shí)間間隔大小信號(hào)轉(zhuǎn)換與被測(cè)液位成比例的 4 ～2 0 m A 信號(hào)(HART)進(jìn)行輸出。
2 特性
2.1 優(yōu)點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由三部分組成;
(2)高精度，滿量程的0.01%，大誤差不超過1.27mm;
(3)標(biāo)定其簡(jiǎn)單，無(wú)需實(shí)標(biāo)，只需按按鈕或者使用 HART 協(xié)議;
(4)對(duì)于重新標(biāo)定或忘記標(biāo)定值，無(wú)需重新校驗(yàn);
(5)測(cè)量范圍大，0～22m;
(6)可同時(shí)測(cè)量總體液位和界面液位，以及溫度輸出;
(7)壓力范圍大，大207Bar，標(biāo)準(zhǔn)的是66Bar;
(8)溫度范圍大，-196℃到427℃;
(9)可現(xiàn)場(chǎng)替換差壓式，電容式，超聲波式，雷達(dá)式，外浮筒式，鋼帶或伺服馬達(dá)式等液位變送器。
2.2 缺點(diǎn)
(1)不能測(cè)量高粘度液體和泥漿，天線浸在被測(cè)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(cè)量。
(2)浮子沿著波導(dǎo)管外的護(hù)導(dǎo)管上下移動(dòng)，有時(shí)會(huì)被卡住。
3 實(shí)例分析、比較
3.1 差壓變送器和磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量界面分析比較
圖1、2是一個(gè)化工裝置中典型的化合反應(yīng)器液位測(cè)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(huì)自動(dòng)分離。工藝操作人員通過控制催化劑、油的界面(LT1測(cè)量)和油液位(LT2 測(cè)量)來(lái)保證化合反應(yīng)的生成率。兩個(gè)液位值必須精確控制在一定的范圍內(nèi)，是系統(tǒng)停車聯(lián)鎖點(diǎn)。
初期我們用差壓變送器測(cè)量，差壓變送器測(cè)量時(shí)要用油密度和催化劑密度來(lái)確定儀表的零點(diǎn)和量程，這兩個(gè)值是理論計(jì)算出來(lái)的。
以圖1為例差壓變送器(LT1)的差壓(P)計(jì)算公式為：
實(shí)際油混合物在罐內(nèi)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(shí)際兩種物質(zhì)的密度和理論值有誤差;北方地區(qū)冬天溫度在0度以下，儀表需用蒸汽伴熱，由于蒸汽伴熱會(huì)造成導(dǎo)壓管內(nèi)的液體汽化，液體汽化后密度會(huì)發(fā)生變化，基于以上原因，從計(jì)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(cè)量誤差，多的誤差可達(dá)10.0%。差壓變送器(LT2)的差壓(P)計(jì)算公式為：
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反應(yīng)器內(nèi)的油汽化會(huì)使差壓變送器(LT2)導(dǎo)壓管負(fù)壓側(cè)內(nèi)積液，因此需對(duì)導(dǎo)壓管負(fù)壓側(cè)充水。由于反應(yīng)器內(nèi)有壓力，導(dǎo)壓管負(fù)壓側(cè)內(nèi)時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)進(jìn)油，加上冬季拌熱，ρ4的密度發(fā)生改變。ρ4的變化造成LT2較大測(cè)量誤差。為保證測(cè)量的準(zhǔn)確，要定期對(duì)導(dǎo)壓管進(jìn)行沖水。
(2)采用磁致伸縮液位計(jì)(圖2)
磁致伸縮式液位計(jì)出廠是根據(jù)用戶提供的“上密度”和“下密度”確定浮子的重量。在測(cè)量界面時(shí)，實(shí)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(duì)固定的，即含油與含催化劑的百分率是相對(duì)固定的。從上面的公式可以看出ρ1、ρ2相對(duì)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(jì)的高精度測(cè)量。
磁致伸縮液位計(jì)可以同時(shí)測(cè)量液位和界面，在DCS內(nèi)加減模塊用液位值減界面值得到油的準(zhǔn)確高度，解決了圖1中LT2只能測(cè)量上部分油液位的不足，使工藝操作人員對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的情況了解的更清楚。差壓變送器導(dǎo)壓管冬天用蒸汽伴熱會(huì)造成導(dǎo)壓管內(nèi)的液體汽化，必需定期進(jìn)行排氣和充隔離液，當(dāng)物料有雜質(zhì)時(shí)會(huì)造成儀表堵塞，儀表維護(hù)人員工作量大，采用磁致伸縮式液位計(jì)后儀表維護(hù)量減少很多。
3.2 用于大型儲(chǔ)罐界面測(cè)量時(shí)和伺服馬達(dá)液位計(jì)的比較
在化工生產(chǎn)中大型儲(chǔ)罐界面的測(cè)量，伺服馬達(dá)液位計(jì)和磁致伸縮式液位計(jì)是用的多的液位計(jì)，精度都很高。但伺服馬達(dá)液位計(jì)缺點(diǎn)是:1)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不可避免帶來(lái)磨損問題;2)標(biāo)定復(fù)雜;3)液面波動(dòng)時(shí)對(duì)測(cè)量有較大影響;4)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難?；谝陨显蛭覀冇么胖律炜s式液位計(jì)優(yōu)于伺服馬達(dá)液位計(jì)。
4 小結(jié)
磁致伸縮式液位計(jì)作為一種新興的測(cè)量?jī)x表，具有精度高、穩(wěn)定性和可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。更適合于界面液位測(cè)量，未來(lái)在石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)將會(huì)有更大的市場(chǎng)。
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