我國燃油加油機(jī)按JJ G443 - 2006《燃油加油機(jī)》檢定規(guī)程規(guī)定 ,主要采用容量比較法進(jìn)行。即通常將加油機(jī)確定的量注入標(biāo)準(zhǔn)量器內(nèi) ,由標(biāo)準(zhǔn)量器內(nèi)的容量示值與加油機(jī)的示值進(jìn)行比較來獲得加油機(jī)的誤差值。為保證標(biāo)準(zhǔn)金屬量器容積測(cè)量值的準(zhǔn)確 ,在量器上部設(shè)計(jì)有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的計(jì)量頸部 ,和液位顯示玻管 ,同時(shí)在玻管處安裝一個(gè)與計(jì)量頸平行的游標(biāo)卡尺 ,來讀取準(zhǔn)確的液位值。很顯然 ,容積值測(cè)量的分辨率由計(jì)量頸的截面積決定 ,而高分辨率的游標(biāo)卡尺更提升了液位讀數(shù)的準(zhǔn)確性。運(yùn)用這種技術(shù)手段來測(cè)得加油機(jī)的容積值 ,其可靠性是非常強(qiáng)的。但也存在兩點(diǎn)不足 : 一是每次檢測(cè)均需手動(dòng)推移游標(biāo)卡尺來對(duì)準(zhǔn)示液管介質(zhì)液位。二是讀取的游標(biāo)卡尺長(zhǎng)度值還得乘上計(jì)量頸的毫米單位分度容積值 ,再由標(biāo)準(zhǔn)量器名義值減去差值后才能得出被檢對(duì)象的容積值。廣大檢定員都深感這個(gè)過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力 ,同時(shí)還有可能引入讀數(shù)誤差和計(jì)算方面的誤差。隨著加油站的迅速增加 ,加油機(jī)檢定工作量越來越大 ,傳統(tǒng)的檢測(cè)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日常檢定工作的需要。因此在保留傳統(tǒng)長(zhǎng)處的基礎(chǔ)上利用新型磁致伸縮液位傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃油加油機(jī)的自動(dòng)檢測(cè)已是十分必要。
在標(biāo)準(zhǔn)金屬量器上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量 ,關(guān)鍵是計(jì)量頸液位值的穩(wěn)定可靠和準(zhǔn)確測(cè)量 ,而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置 ,這點(diǎn)尤為重要。國內(nèi)比較成熟的液位測(cè)量技術(shù)主要有以下幾種:
(1)壓力測(cè)液位式。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 形式多樣 ,但有一定的零漂 ,尤其在滿足大量程又高分辨率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面有一定的限制。
(2)幾何測(cè)距式。例如有研究機(jī)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)裝置上選用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量液位 ,這種方式測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到較高的程度 ,但需人工干預(yù)且有可能產(chǎn)生讀數(shù)誤差。
(3)微波測(cè)距式。這種類型發(fā)展很快 ,如有雷達(dá)、超聲、激光等 ,但在結(jié)構(gòu)形狀、測(cè)量準(zhǔn)確度和成本價(jià)格上有一定的不足。
(4)磁力感應(yīng)式。這種形式有很多類型 ,今年來比較成熟的在測(cè)量準(zhǔn)確度、分辨率技術(shù)指標(biāo)方面較優(yōu)的主要有磁致伸縮液位儀 ,尤其是它的安裝形式可以非常小巧和數(shù)值相當(dāng)穩(wěn)定。
從以上幾大類技術(shù)的初步分析可以得出 ,各有一定的特點(diǎn)或優(yōu)勢(shì) ,但在綜合考慮確保標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置準(zhǔn)確可靠和特殊結(jié)構(gòu)的前提下 ,滿足自動(dòng)快速獲得液位值方面磁致伸縮液位儀有著綜合和突出的優(yōu)勢(shì)。
所謂磁致伸縮效應(yīng) ,是指鐵磁體在被外磁場(chǎng)磁化時(shí) , 其體積和長(zhǎng)度將發(fā)生變化的現(xiàn)象。磁致伸縮效應(yīng)引起的體積和長(zhǎng)度變化雖是微小的 ,但其長(zhǎng)度的變化比體積變化大得多 ,是人們研究應(yīng)用的主要對(duì)象 ,又稱之為線磁致伸縮。線磁致伸縮的變化量級(jí)為 10 - 5～10 - 6 。磁致伸縮技術(shù)原理是利用兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào) ,然后計(jì)算這個(gè)信號(hào)被探測(cè)所需的時(shí)間周期 ,從而換算出準(zhǔn)確的位置。這兩個(gè)磁場(chǎng)一個(gè)來自在傳感器外面的活動(dòng)磁鐵 ,另一個(gè)則源自傳感器內(nèi)波導(dǎo)管( Waveguide) 的電流脈沖 ,而這個(gè)電流脈沖其實(shí)是由傳感器頭的固有電子部件所產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)相交時(shí) ,所產(chǎn)生的一個(gè)應(yīng)變脈沖( Strain Pulse) 會(huì)以聲音的固定速度運(yùn)行回電子部件的感測(cè)線圈。從產(chǎn)生電流脈沖的一刻到測(cè)回應(yīng)變脈沖所需要的時(shí)間周期乘以這個(gè)固定速度 ,我們便能準(zhǔn)確的計(jì)算出位置磁鐵的變動(dòng)。這個(gè)過程是連續(xù)不斷的 ,所以每當(dāng)活動(dòng)磁鐵被帶動(dòng)時(shí) ,新的位置很快就會(huì)被感測(cè)出來。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的位置輸出 ,而不是比例的或需要再放大處理的信號(hào) ,所以不存在信號(hào)飄移或變值的情況 ,因此不必像其它位移傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù)。
磁致伸縮式液位計(jì)是基于磁致伸縮原理而設(shè)計(jì)的。其工作原理是:在一非磁性傳感管內(nèi)裝有一根每秒發(fā)出10 個(gè)脈沖信號(hào)的磁致伸縮線 ,由磁性浮子產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電流脈沖間的相互作用 ,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磁性浮子的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送。具有的壓磁感應(yīng)元件組裝在發(fā)送器里 ,它將收到的機(jī)械扭應(yīng)為轉(zhuǎn)變成返回電脈沖。含有微處理器的電子裝置可測(cè)量出起始脈沖和返回脈沖間的時(shí)間間隔 ,并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)液位成比例的( 4～20)mA 信號(hào)進(jìn)行輸出。
因此磁致伸縮液位儀以下幾點(diǎn)非常好的特點(diǎn):
(1)可靠性強(qiáng):由于磁致伸縮液位計(jì)采用波導(dǎo)原理,無機(jī)械可動(dòng)部分,故無摩擦,無磨損。整個(gè)變換器封閉在不銹鋼管內(nèi),和測(cè)量介質(zhì)非接觸,傳感器工作可靠,壽命長(zhǎng)。
(2)準(zhǔn)確度高: 由于磁致伸縮液位計(jì)用波導(dǎo)脈沖工作 ,工作中通過測(cè)量起始脈沖和終止脈沖的時(shí)間來確定被測(cè)位移量 ,因此測(cè)量準(zhǔn)確度高 ,分辨率優(yōu)于 0101 %FS , 這是用其它傳感器難以達(dá)到的程度。
(3)安全性好:磁致伸縮液位計(jì)的防爆性能高 ,本安防爆 ,使用安全 ,特別適合對(duì)易燃液體的測(cè)量。
這幾點(diǎn)正好符合燃油加油機(jī)檢定標(biāo)準(zhǔn)量器液位測(cè)量的要求。標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸液位測(cè)量最重要的計(jì)量技術(shù)指標(biāo)包括分辨率、線性度、和準(zhǔn)確度。后兩項(xiàng)在前面的分析中可以看出 ,優(yōu)質(zhì)的磁致伸縮液位儀可以得到保障 , 而分辨率就必須和計(jì)量頸綜合設(shè)計(jì)。
JJ G259 - 2005《標(biāo)準(zhǔn)金屬量器》國家計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)定 ,燃油加油機(jī)檢定適用的三等標(biāo)準(zhǔn)量器的計(jì)量頸分辨容積為 0102 % ,而安裝磁致伸縮液位儀會(huì)占用計(jì)量頸的截面積 ,在保證計(jì)量頸足夠分辨率條件約束下 ,計(jì)量頸截面積分配要考慮三方面的需要: 原計(jì)量頸導(dǎo)液管介質(zhì)進(jìn)出通道;液位儀浮球通道;示液管通道。示液管在采用盡可能細(xì)的玻管后 ,所占的截面積影響量較小 ,主要考慮的截面積分配是計(jì)量頸和液位儀 ,液位儀通道在工藝許可的前提下 ,盡可能作了縮小 ,也就是對(duì)浮球做了精小型的設(shè)計(jì);同時(shí)對(duì)原計(jì)量頸的幾何尺寸在滿足對(duì)應(yīng)流量足夠排液空間的前提下 ,大幅減小計(jì)量頸直徑。
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