1 概述
在石化企業、化工油品銷售及食品加工等行業需要對各種儲罐的液位進行測量 ,尤其是生產過程中各種液位物料的配比和油品儲罐內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品。這些液位測量儀表 ,雖然都已廣泛應用于工業過程中 ,但都不能滿足企業的不同要求。在國內石化企業 ,近幾年開始從國外購進磁致伸縮液位計 ,用于罐區的液位計量管理 ,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 ,在國內組裝而成的 ,其主要技術指標與國外產品相同 ,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、較低的價格和穩定的性能將成為石化企業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 原理與結構
磁性材料具有結晶體的構造 ,在材料內部由于電子自旋而產生元磁矩。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 ,材料內部磁場平衡受到破壞 ,所有磁疇的磁場方向轉向與外磁場平行,由于在磁化過程中磁疇的界限發生移動 ,晶體產生變形 ,因而導致材料產生機械變形 ,此現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 ,其結構如圖 1 所示。控制板向磁致伸縮傳感件發射電流脈沖 ;電流脈沖周圍產生的電磁場與浮子內置磁鋼的磁場相遇 ,在磁致伸縮傳感件上發生磁致伸縮效應 ;產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射電流脈沖與接收應力波時間間隔計量精度有關 ,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 ,定期發射探測溫度變化的電流脈沖 ,通過微電腦內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構上可以看出 ,儀表無易損件 ,只要材料選擇正確 ,不產生腐蝕 ,儀表可穩定運行幾十年。
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 ,儀表內設量程調整按鈕 ,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 ,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 數字通信信號 ,以滿足不同的用戶要求 ,數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) 、側裝和側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 ,儀表選型時應根據設備的開孔選擇安裝方式 ;根據量程范圍選擇軟導管或硬導管 ;根據介質的腐蝕情況選擇不同的材質。正確的儀表選型是儀表可靠運行的前提。
5 結束語
磁致伸縮技術用于物位測量在國外已獲廣泛的應用 ,并已形成技術壟斷。此次 WCM 型磁致伸縮液位變送器的技術引進、消化和國產化必將推動國內液位測量儀表的發展 ,該儀表以其優異的性能價格比將成為今后液位儀表選用的主流產品。
