磁致伸缩原理.docx

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磁致伸缩原理

磁致伸缩原理

磁致伸缩液位计在罐区液位测量方面的应用分析

一、液位计的市场趋向

　　液位计应用场合极不相同，因而种类也繁多。

目前主要包括压力式、差压式、浮子钢带式、电容式、阻抗式、电位差式、机械式等多种方法。

生产过程中各类塔釜罐液位的检测目前仍是以压力和差压变送器为主。

这除了其自身性价比还有一定的优势外，还有设计和应用的习惯问题。

其次是磁浮子式、浮筒式、电容式液位计也有相当的应用量。

随着技术发展，磁致伸缩式、超声波式和射频导纳式液位计的用量将会迅速增加，压力（差压）式液位计比例会有所下降。

依据介质和现场条件的不同，各种液位计各展优势，将形成一个多元化的局面。

罐区储罐由于其容积很大，要求液位计精度很高，过去大多用浮子钢带式液位计，伺服式和静压式也有一定应用量。

然而无论是浮子钢带式、伺服式还是静压式液位计，都不是测量罐区储罐液位的最佳方式。

浮子钢带式液位计安装复杂，可靠性也低；静压式液位计受介质密度和温度影响很大，为消除这些影响，一套完善的静压测量系统其价格也很高；伺服式液位计精度较高，但由于其有机械传动机构，不可避免带来磨损问题，同时价格也偏高。

上个世纪九十年代以来，雷达液位计进入市场，由于其精度较高，可靠性也高，使用方便，因此在罐区中用量迅速增加，成为近十年罐区液位首选仪表。

近几年磁致伸缩式液位计异军突起，由于其高精度、高稳定、高可靠及长寿命而更适于罐区储罐液位测量，应用量也必将迅速增加，逐渐会和雷达式液位计平分秋色。

光纤液位计可以做到现场无电检测，安全性好，这是其突出的优势，缺点是仍然有很多机械传动部件，故障率就会增加，安装也复杂些。

超声波物位计精度略低些，但其安装简单价格适中，因此，也会在罐区中有一席之地。

二、罐区液位仪表的应用现状

1.对于常压罐多采用单法兰液位变送器；对于带压罐常采用双法兰液位变送器来进行测量。

这是最简单实用而且经济的方法，但此种方法需要计算液位迁移量，比较麻烦。

对于球罐或大型储罐则不太适用，尤其不适用一些高温介质及搅拌介质、高黏度介质、有毒或腐蚀性介质的液位测量。

2.对于一些测量范围比较大同时精度要求又较高的储罐测量，磁致伸缩液位计有非常大的优势。

此种液位计可采用通讯方式、模拟、数字方式实现信号远传，可内置温度传感器同时测量介质温度，也可同时完成液位、界面的测量。

3.对于非接触式液位测量可选用超声波或雷达液位计。

超声波液位计应用要考虑到探头超声波的衰减及物料表面的反射特性，从而计算出探头的最大测量范围。

总之，罐区液位选项遵循的原则是在罐体上的仪表开孔应尽量少，最好1块仪表就可以实现必要的功能。

三、磁致伸缩液位计的技术优势

1．原理描述

磁致伸缩线性位移/液位传感器的检测机理基于传感器核心检测元件—磁致伸缩波导丝与游标磁环间的魏德曼效应。

     测量时，电子仓中的激励模块在敏感检测元件（磁致伸缩波导丝）两端施加一查询脉冲，该脉冲以光速在波导丝周围形成周向安培环形磁场，该环形磁场与游标磁环的偏置永磁磁场发生耦合作用时，会在波导丝的表面形成魏德曼效应扭转应力波，扭转波以声速由产生点向波导丝的两端传播，传向末端的扭转波被阻尼器件吸收，传向激励端的信号则被检波装置接收，电子仓中的控制模块计算出查询脉冲与接收信号间的时间差，再乘以扭转应力波在波导材料中的传播速度（约2830m/s），即可计算出扭转波发生位置与测量基准点间的距离，也即游标磁环在该瞬时相对于测量基准点间的绝对距离，从而实现对游标磁环位置的实时精确测量。

磁致伸缩直线位移传感器工作原理

2．磁致伸缩液位计的技术特点

◇高精度

    由于磁致伸缩液位计是通过测量发射脉冲和返回脉冲的时间差来确定被测位移量，因此测量精度极高。

其非线性小于0.05%FS，重复性小于0.001%FS,分辩率小于0.002%FS。

如此高的测量精度在当今液位测量中是独一无二的，而其他类型的传感器很难达到此精度。

◇多参数测量

磁致伸缩液位计的另一大特点是集测量液面、界面、温度等参数于一身。

因为磁致伸缩液位计中的电子部件可以探测到由同一发射脉冲产生的连续磁波，所以在同一探测杆上可配装2个甚至多个磁浮子。

只要保证浮子重量与介质比重相对应，则可同时测得液面和界面，真正实现多参数测量。

若将多个温度传感器埋入磁致伸缩液位计的传感杆内，则在可测量液位的同时还能得到介质的多点温度及液面下的平均温度。

◇安全性高

磁致伸缩液位计的防爆等级一般有隔爆型和本安型2种，适合在各种易燃、易爆、高温、高压等危险场所使用。

且用磁致伸缩液位计测量时无需人工开启罐盖，避免了人工测量带来的不安全隐患。

◇可靠性高，故障率低，寿命长

由于磁致伸缩液位计的整个变送器密封在不锈钢管内，其传感元件和被测介质非接触，所以虽然测量过程是不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。

因此，它具有工作可靠性高、故障低、寿命长的优点，适合各种恶劣环境。

◇安装维护简便

由于磁致伸缩液位计采用法兰连接方式，帮安装极其简便，而且无需安期维护或重新标定，给使用者带来极大的方便。

◇便于自动化管理

磁致伸缩液位计一般输出信号接口采用4~20mA的标准电流信号或RS-485数字信号接口，可直接接入PLC、DCS系统或其他计算机管理系统，便于微机对信号进行处理。

3．磁致伸缩液位计与雷达、伺服液位计的比较

在测量介质介电常数低于5以下的烃类化合物方面的应用比较。

   目前在罐区市场中能够与磁致伸缩液位计竞争的产品主要有2类：

一类是雷达式液位计，另一类是伺服式液位计。

对于烃化合物罐区测量的工况特点是：

a）测量介质是烃化合物，介质有挥发而且介质介电常数低于５以下，对于雷达直接测量来讲，应用效果不会太理想。

因此内浮盘罐考虑用雷达直接来测量浮盘，相当于浮盘定位的测量。

但是固定顶罐测量效果可能就不会太理想，如需保证测量精度，也可使用价格昂贵的FMCW工作原理的计量级雷达，安装必须加装导波管。

b）罐的形式主要有固定顶贮罐和内浮顶贮罐，所以每种罐的测量特点有所区别。

（一）雷达液位计与磁致伸缩液位计相比有4点不足

1）只能测量单一液面，不能测量界面与温度，当然更无法靠单台雷达表测量密度、重量、容积等若干重要指标（注意，此概念只针对FF总线协议）。

2）价位不合理。

测量精度1mm的雷达液位计，价格高的达9万，低的也要在5万以上；与液位计的价格大体相同的产品，测量精度低，一般在几毫米到10几毫米之间，不能实现准确地监测、测量，更不能实现准确计量，更不适用于今后对库存的严格管理（提示，本文所涉及到的雷达液位计不包括国内产品）。

3）雷达液位计安装要求高，对于测量介电常数低的介质，都需要安装导波管。

4）雷达液位计受介电常数的影响，对于介电常数较低的介质测量效果不理想；不能测量液化气等。

而这一点正是磁致伸缩液位计的突出优势。

（二）伺服式液位与磁致伸缩液位计相比有5点不足

伺服式液位计也是目前应用于大库区的液位计，对比起来，该产品有以下不足：

1）仅一个伺服式液位计并不能实现的多功能测量，必须通过三套以上的装置实现，必须在一个罐上至少要开三个口，进行三次安装。

因此，工艺复杂，安装也繁锁，一般熟练工人或技术水平不高的专业人员不能胜任；而磁致伸缩液位计则不然，只要开一个口即可实现多功能测量，并安装简单，只要有机械常识的员工就可以现场操作。

2）伺服式液位计是伺服电机式原理，属于机械、电子结合类产品，调试相当复杂，必须由厂家专业调试人员到现场调试。

由于带有机械性原理，要定期标、定期调试，是售后服务量较大的产品之一。

3）伺服式液位计有一根钢线带一浮盘，浮盘随液面上、下浮动，钢线在电机轮上缠绕，因金属材料的“疲劳”特性，钢丝经常断裂，影响测量，故需要经常更换钢线，给现场管理人员又增加了技术难题。

4）有的伺服式液位计可以测界面，不像磁致伸缩液位计可同时测量，伺服式液位计只能分步测量。

5）在价格方面，1台伺服式液位计的正常在８万以上。

                          磁致、伺服、雷达对比表

磁致伸缩液位计与市场中与雷达液位计，伺服式液位计相比，有很多突出的优点，而雷达液位计以单一功能测量的不适用性，已经不能与磁致伸缩液位计相比。

伺服式液位计虽然在某些方面有一定的优点，但在用户关注的几个问题仍远远逊色于磁致伸缩液位计。

◆磁致伸缩液位计可“同时”测量并显显示液位、界位、温度3个功能信号。

雷达、伺服式液位计则不能“同时”测量、更不能“同时”显示。

◆磁致伸缩液位计的供电电压为24V，雷达、伺服式液位计供电电压为220V。

◆磁致伸缩液位计不用定期标定，一次标定，终生受用（只要介质比重在选定的范围之内）。

液位计是电磁信号原理，没有机械磨损。

◆从安装的角度看，仅仅紧固一个3/4“的NPT调节螺母，十几分钟安装完毕。

以伺服式液位计安装步骤为例，大致分为以下几步：

第一步：

在罐顶或罐底至少开2~3个孔（液位计孔、温度计孔等）。

第二步：

安装导向管

第三步：

安装液位计

第四步：

安装温度计

第五步：

安装变送器

第六步：

温度计与液位计接线

第七步：

变送器与液位计接线

第八步：

与控制室接线

第九步：

分别调试（这一道程序工作量是最大的） 

◆综合成本比较。

磁致伸缩液位计安装时间短，安装成本低；不用备件，没有备件成本；免维护，维护成本低；

四、结束语

通过近几年对磁致伸缩液位计在机械、冶金、石油化工领域的应用研究，以及我公司不断进行新产品新技术的研发，PST系列磁致伸缩液位计在各种储罐的应用也越来越成熟，成功的案例也越来越多。

相信随着磁致伸缩技术的发展和成熟，磁致伸缩液位计会逐步成为储罐液位测量的主流。