磁致伸縮液位儀具有測(cè)量精度高、工作壽命長(zhǎng)、價(jià)格較低、安裝容易、無須重新標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn) ,且能同時(shí)測(cè)量油水和油氣界面 ,是理想的接觸型大罐液位測(cè)量裝置之一。但是 ,由于它采用了浮子作為液位和油水界面的感應(yīng)元件 ,因而介質(zhì)密度的變化必將給測(cè)量精度帶來影響 ,這種影響有時(shí)甚至?xí)h(yuǎn)遠(yuǎn)超過液位儀的測(cè)量精度。
1、磁致伸縮液位儀的工作原理及測(cè)量精度
1.1安裝
柔性不銹鋼外管安裝在液位儀波導(dǎo)管的外部 ,并通過重物或磁鐵及球形固定裝置固定在大罐底部。液面和油水界面浮子穿套在柔性不銹鋼外管外 ,并隨液面和油水界面的變化而上下移動(dòng) ,是液位的感應(yīng)元件。
1.2工作原理
測(cè)量時(shí) ,液位計(jì)發(fā)出低電流“詢問”脈沖 ,產(chǎn)生電流磁場(chǎng)。該電流磁場(chǎng)沿波導(dǎo)管向下傳導(dǎo) ,與浮子內(nèi)磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相遇 ,產(chǎn)生“波導(dǎo)扭曲”效應(yīng)及“返回”脈沖。詢問脈沖與返回脈沖之間的時(shí)間差即對(duì)應(yīng)液位和油水界面的高低 。
大罐磁致伸縮液位儀采用的是基于大罐底部的測(cè)量技術(shù) ,對(duì)大罐外壁和頂部的變形不敏感 ,但會(huì)隨著大罐底部的移動(dòng)而移動(dòng)。
1.3測(cè)量精度
磁致伸縮液位儀的測(cè)量精度高 ,量程為 7. 62 m 的產(chǎn)品 ,其測(cè)量精度達(dá)滿量程的 0. 025 %(測(cè)量誤差不超過 0. 8 mm) ;另一種量程為 18. 3 m 的產(chǎn)品 ,其測(cè)量精度達(dá) 0. 005 % (測(cè)量誤差不超過 0. 5 mm) 。
2、介質(zhì)密度變化對(duì)測(cè)量精度的影響
對(duì)于不同類型的浮子 ,介質(zhì)密度變化對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生不同的影響 ,以一種典型的球形浮子來說明介質(zhì)密度變化的影響。
2.1磁致伸縮液位儀的浮子
一般情況下 ,磁致伸縮液位儀的生產(chǎn)廠家會(huì)提供多種密度不同、形狀各異的浮子供用戶選擇。
2.2介質(zhì)密度變化影響測(cè)量精度的公式推導(dǎo)
設(shè)浮子浸入介質(zhì)的深度為 h , 浮子排開介質(zhì)的體積為 V 1 ,浮子的體積為 V 2 ,Δh ,ΔV 1 ,ΔV 2 為相應(yīng)的微增量 ,浮子的密度為ρ1 ,介質(zhì)的密度為ρ2 ,并假定浮子的密度ρ1 和浮子的體積 V 2 不變 ,且忽略內(nèi)孔對(duì)浮子高度尺寸的影響 ,則利用阿基米德浮力定律和微增以上將 k 定義為 - Δρ2/ρ2 →Δh 的傳遞系數(shù)。由此可見 , 如果介質(zhì)密度 ρ2 的相對(duì)變化量為Δρ2/ρ2 ,則浮子浸入深度 h 的變化量為 - kΔρ2/ρ2 ,負(fù)號(hào)表示浮子浸入介質(zhì)深度隨密度的增加而減小。
2.3仿真分析
利用 MA TLAB 程序?qū)Ω∽舆M(jìn)行仿真分析 ,得出 h - k 曲線 可見 ,在液位不變而介質(zhì)密度變化的情況下 ,浮子的高度 h 會(huì)發(fā)生變化 ,這就意味著磁致伸縮液位儀的液位讀數(shù)會(huì)發(fā)生變化 ,從而造成測(cè)量誤差。例如 ,當(dāng) h = 45 mm 時(shí)(即浮子約一半浸入介質(zhì)) , k = 28. 4433 ,即只要介質(zhì)密度 ρ2 的相對(duì)變化量Δρ2/ρ2 為 2. 5 % , 就會(huì)產(chǎn)生01711 mm 的測(cè)量誤差 ,超過上述量程為 18. 3 m 的產(chǎn)品的測(cè)量. 5 mm.
3、減小介質(zhì)密度變化影響測(cè)量精度的措施
由于磁致伸縮液位儀測(cè)量精度很高 ,因此 ,盡量減小介質(zhì)密度變化對(duì)測(cè)量精度的影響非常重要?？紤]到球形浮子內(nèi)孔徑尺寸主要由波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)決定 ,可變的范圍較小 ,因此 ,針對(duì)浮子 ,主要分析了采用 3 種方法 ,即選擇浮子浸入深度 h 、改變浮子外徑 R 和溫度補(bǔ)償 ,來減小介質(zhì)密度變化對(duì)測(cè)量精度的影響。
3.1減小浮子浸入深度 h
浮子浸入介質(zhì)的深度 h 值越小 ,則 k值越小。因此 ,在選擇浮子時(shí) ,可選擇密度稍小的浮子 ,減小浮子浸入介質(zhì)的深度 h ,繼而減小 k 值 ,從而減小介質(zhì)密度變化對(duì)測(cè)量精度的影響。在使用磁致伸縮液位儀時(shí) ,當(dāng)介質(zhì)密度變化時(shí) ,應(yīng)對(duì)液位讀數(shù)進(jìn)行修正。
3.2減小浮子外徑 R
R 為 55 mm、40 mm、30 mm、20 mm 時(shí)的h - k曲線 ,對(duì)應(yīng)浮子浸入深度 h 等于 R 時(shí)的 k 值分別為 35. 55 、25. 04、17. 60、8. 20 ,因此減小外徑 R 也能減小 k 值。
3.3溫度補(bǔ)償
溫度的變化會(huì)造成介質(zhì)密度的變化 ,從而使磁致伸縮液位儀產(chǎn)生測(cè)量誤差。不同介質(zhì)的溫度特性不同 ,以下僅分析油料介質(zhì)的溫度補(bǔ)償。油料的比重定義為 t ℃的油料的重量與 4 ℃同體積蒸餾水重量之比 ,用 dt 表示。溫度為 20 ℃的油料的比重稱為標(biāo)準(zhǔn)比重 ,用 d240 表示。dt 與 d240 有如下的關(guān)系dt = d240 - α( t - 20) (1)式中α為油料比重的溫度修正系數(shù)。不同標(biāo)準(zhǔn)比重的油料的α值不同 , d240 為 0. 78～0. 79 的油料的α值為 0. 000792。因此 ,當(dāng)溫度變化大于某一臨界值時(shí) ,溫度變化對(duì)液位讀數(shù)的影響將超過其測(cè)量精度。對(duì)于上述的量程為 7. 62 m 的產(chǎn)品 ,溫度變化臨界值約為 28 ℃;對(duì)于上述的量程為 18. 3 m的產(chǎn)品 ,溫度變化臨界值約為 18 ℃。因此 ,當(dāng)介質(zhì)溫度變化后 ,應(yīng)根據(jù)公式 (1) 計(jì)算比重的變化量 ,再由前面的仿真結(jié)果對(duì)磁致伸縮液位儀的液位讀數(shù)進(jìn)行修正。
4、結(jié)束語
從本質(zhì)上看 ,采用浮子作為液位感應(yīng)元件會(huì)帶來介質(zhì)密度變化影響測(cè)量精度的后果。但由于浮子液位儀本身的測(cè)量精度較低 ,該影響可以忽略 ;磁致伸縮液位儀由于其測(cè)量精度很高 ,致使該影響非常突出 ;伺服液位儀采用靈敏的測(cè)重裝置可以部分消除這種影響 ,從而提高測(cè)量精度。
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