1 概述
在石化企業(yè)、化工油品銷售及食品加工等行業(yè)需要對各種儲罐的液位進行測量 ,尤其是生產(chǎn)過程中各種液位物料的配比和油品儲罐內(nèi)存儲物料的計量管理 ,都需要一種成本低、壽命長、安裝簡便而測量精度高的液位儀表。目前 ,用于液位測量的儀表很多 ,主要有鋼帶 (光導) 浮子液位計、磁致伸縮液位計、壓力式液位變送器、電容式液位變送器、電動浮筒液位變送器、伺服式液位計、超聲波液位計和雷達液位計等產(chǎn)品。這些液位測量儀表 ,雖然都已廣泛應用于工業(yè)過程中 ,但都不能滿足企業(yè)的不同要求。在國內(nèi)石化企業(yè) ,近幾年開始從國外購進磁致伸縮液位計 ,用于罐區(qū)的液位計量管理 ,并獲得滿意的使用效果。該儀表的液位測量精度小于 1mm ,高于目前所有的液位測量儀表精度 ,而且其主要敏感件的平均時間達 20 幾年之久 ,是其它儀表的 ,但該進口儀表價格較高 ,很難在國內(nèi)獲得廣泛應用。WCM 型磁致伸縮液位變送器 (以下簡稱 WCM 儀表) 是引進和主要部件 ,在國內(nèi)組裝而成的 ,其主要技術(shù)指標與國外產(chǎn)品相同 ,但價格中只有國外的三分之一 ,該儀表以其精確的液位測量、較低的價格和穩(wěn)定的性能將成為石化企業(yè)各種儲罐液位測量的計量儀表。
幾種儲罐液位測量方式對比表。
2 原理與結(jié)構(gòu)
磁性材料具有結(jié)晶體的構(gòu)造 ,在材料內(nèi)部由于電子自旋而產(chǎn)生元磁矩。相鄰的元磁矩組成微小磁疇 ,相鄰磁疇之間相互作用力很小 ,而且互相均衡 ,材料總的磁化強度等于零。當有外磁場作用時 ,材料內(nèi)部磁場平衡受到破壞 ,所有磁疇的磁場方向轉(zhuǎn)向與外磁場平行,由于在磁化過程中磁疇的界限發(fā)生移動 ,晶體產(chǎn)生變形 ,因而導致材料產(chǎn)生機械變形 ,此現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應。WCM 型磁致伸縮液位變送器正是利用此原理進行液位測量 ,其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。控制板向磁致伸縮傳感件發(fā)射電流脈沖 ;電流脈沖周圍產(chǎn)生的電磁場與浮子內(nèi)置磁鋼的磁場相遇 ,在磁致伸縮傳感件上發(fā)生磁致伸縮效應 ;產(chǎn)生的應力波以可知的速度向兩端傳播 ,向上傳播的應力波被控制板所接收 ,計量出發(fā)射電流脈沖與接收到應力波的時間間隔 ,即可計算出浮子的位置 ,也就知道液位高度。
3 儀表特性
3. 1 儀表測量精度
從儀表的測量原理可以看出 ,儀表的測量精度主要受發(fā)射電流脈沖與接收應力波時間間隔計量精度有關(guān) ,時間計量精度的高低依賴于時鐘頻率高低 ,時鐘頻率越高 ,時間計量精度就越高。WCM 儀表采用 6MHz時鐘 ,經(jīng)分頻后 ,對 20m 的量程范圍 ,其分辨率達 0. 25mm。
3. 2 溫度自動補償
應力波在磁致伸縮傳感件上的傳播速度受溫度影響是很微小的 ,但對高精度液位測量儀表來說 ,其影響是不可忽略的 ,所以必須進行溫度補償 ,WCM 儀表采用微電腦做為控制芯片 ,定期發(fā)射探測溫度變化的電流脈沖 ,通過微電腦內(nèi)置軟件對液位測量值進行自動補償。
3. 3 測量界面
界面的測量是通過調(diào)整浮子的比重 ,使浮子浮在兩種液體的交界上 ,其測量原理不變。
3. 4 無需定期維修
從儀表的工作原理和結(jié)構(gòu)上可以看出 ,儀表無易損件 ,只要材料選擇正確 ,不產(chǎn)生腐蝕 ,儀表可穩(wěn)定運行幾十年。
3. 5 無須標定
WCM 儀表采用 EEPROM 存儲芯片 ,出廠時對量程和輸出信號已做好設定 ,使用時無需重新標定。為方便使用 ,儀表內(nèi)設量程調(diào)整按鈕 ,把浮子移到零位 ,按壓零位按鈕輸出 4mA ,把浮子移到滿量程位置 ,按壓滿量程按鈕輸出 20mA ,儀表自動把量程范圍寫入EEPROM 片內(nèi) ,即使斷電也不影響其記憶。
3. 6 輸出信號
WCM 儀表提供 4～20mA 模擬信號和 RS485 數(shù)字通信信號 ,以滿足不同的用戶要求 ,數(shù)字信號可限度地利用該儀表提供精確液位信號 ,以便提高計量的準確性。
3. 7 儀表安裝
本儀表提供頂裝法蘭 (螺紋) 、側(cè)裝和側(cè)頂裝等多種安裝方式 ,只要垂直安裝 ,把儀表法蘭與設備開孔法蘭連接密封好即可。
4 儀表選型
WCM 儀表適用于高溫、高壓和強腐蝕場合 ,可替代鋼帶 (光導) 液位計、超聲波液位計、雷達液位計和電動浮筒液位變送器等其它液位測量儀表。本儀表可分為長量程 (20m) 和短量程 (6m) 兩種 ,長量程采用金屬軟導管 ,短量程采用硬導管 ,儀表選型時應根據(jù)設備的開孔選擇安裝方式 ;根據(jù)量程范圍選擇軟導管或硬導管 ;根據(jù)介質(zhì)的腐蝕情況選擇不同的材質(zhì)。正確的儀表選型是儀表可靠運行的前提。
5 結(jié)束語
磁致伸縮技術(shù)用于物位測量在國外已獲廣泛的應用 ,并已形成技術(shù)壟斷。此次 WCM 型磁致伸縮液位變送器的技術(shù)引進、消化和國產(chǎn)化必將推動國內(nèi)液位測量儀表的發(fā)展 ,該儀表以其優(yōu)異的性能價格比將成為今后液位儀表選用的主流產(chǎn)品。
