磁致伸縮液位計在水流量裝置上的應用研究

楊存青

（大慶石油管理局有限公司技術監督中心，黑龍江 大慶 163453）

在靜態容積法水流量標準裝置上，仍然主要依靠人工對罐中液位進行讀數，不可避免地會產生隨機誤差，而且也不能實現與計算機相連。由于水流量裝置的罐體體積都比較大，玻璃管液位計的安裝位置也比較高，依靠人工讀數不方便也不安全，嚴重影響了檢定過程的效率。本文介紹了三種典型的液位計，通過對其各自的優缺點進行分析比較，最終得出，磁致伸縮液位計在靜態容積法水流量裝置的液位測量上優勢比較明顯。

1 常用的液位傳感器的介紹

液位傳感器主要是依靠各種不同的敏感元件來檢測液位的變化，并將其轉換成相應的距離，再轉換成標準電信號或相應的數字信號。

本文挑選了三種具有代表性的液位計進行分析比較。

1.1 雷達式液位計

依據圖1 表明，發生器在雷達液位計上部安裝，其會發生電磁脈沖波，脈沖波方向為向下，一旦其與介電常數較高的頁面相遇情況下，電磁脈沖波進行反射，通過計算其傳播時間從而能夠準確地得到液面的位置。雷達式液位計是21世紀初出現的一種新型液位計，其主要利用電磁脈沖來測量液位。雷達液位計由于測量時不與被測物體接觸，避免了因磨損而產生的機械摩擦問題，在接觸式液位計不能使用的場合它幾乎全能滿足，因此適用范圍非常廣，但雷達液位計的成本非常高。

圖1 雷達液位計

1.2 差壓液位計

如圖2 所示，差壓液位計上有一個隔離膜片，作用在液位計上的雙重壓力會向測量元件傳遞，依靠密封液進行，并最終向標準電信號輸出轉化，主要由壓電轉換器進行。差壓液位計通常安裝在容器的最底部，依據壓力信號計算出液位高度。

圖2 差壓液位計

1.3 磁致伸縮液位計

磁致伸縮液位計是近年來出現的一種新型液位計，它主要是利用磁致伸縮材料的磁致伸縮效應和逆磁致伸縮效應的原理制成。

如圖3 所示。磁致伸縮液位計一般由三部分組成，分別是檢測桿、電路單元和浮子。浮子套在探測桿上，探測桿上裝有一組永磁體。會隨著液位的變化沿著檢測桿上下移動。當發射機通電時，接收機與脈沖發電機正常生產情況下，會將小電流查詢脈沖信號向低端位置發送，主要由發射機進行，脈沖磁場及脈沖由磁致伸縮線方向運轉。若是浮球中的磁場與脈沖信號二者磁場碰撞，將會使其向磁致伸縮線兩端位置傳送，阻尼會吸收向下傳遞的扭轉應力脈沖，接收器會對向上發生的扭轉應力進行接收后開展檢測。依據時間差（查詢脈沖發出至接受扭應力返回），對液位高度進行計算，并將其金屬輸出信號的轉化，其為4 ～20mA。

圖3 磁致伸縮液位計原理及結構示意圖

2 三種典型液位計的分析比較

2.1 特性比較

（1）雷達液位計的特點：①液位測量不受溫度變化、介質變化的干預。②若是液位的范圍在15m 以下，其測量的精度誤差在5mm 范圍內，若是液位范圍在15m 以上，精度測量數值為5mm±0.05%。③頂部和底部都有盲區。

（2）差壓式液位計的特點：①許多安裝有傳統差壓式液位計的場合中，液體上方都有額外的蒸汽壓力。由于蒸汽壓力不屬于液位測量內容，所以必須對其存在進行抵消，抵消方式為毛細管及帶密封的元件。②機械零件依靠數字結構進行代替，其屬于電子元傳輸技術的一種，具有更快的響應速度和更高的測量精度。③在天氣嚴寒的情況下，必須采取保溫措施或者伴熱措施干預，對壓力管道內的漏水狀況、冷凝情況,是否存在蒸發和堵塞狀況進行嚴格檢查。④若是毛細管之間的間距過大，將對壓力傳遞產生不良影響，加大誤差，所以必須提升安裝工藝。

（3）磁致伸縮液位計特征：①較強的可靠性，由于磁致伸縮液位計的應用原理為波導，不銹鋼管內進行了轉換器的封裝，其不會接觸測量介質，并未安裝機械活動的部件，也不會產生摩擦磨損，傳感器的工作方式可靠，具有較長的使用壽命。②精度較高。博導脈沖工作屬于磁致伸縮液位計應用的方法，其會對起始脈沖進行測量，對結束脈沖時間進行測定，以此對被測的位移進行確定，具有較高的測量精準度，其分辨率在0.01%FS 以上，是其他傳感器無法匹敵的。③高安全性。罐蓋無法應用磁致伸縮液位計展現，降低了由于人工測量而導致的不安全因素存在，具有較高的防爆性能，應用方式安全，可在依然液體及化學原料測量中應用。④磁致伸縮液位計采用高精度傳感器元件，便于系統自動化。通過處理器計算脈沖電流與扭波脈沖的時間差，可以準確地確定浮子位置。它充分考慮了各種信號連接方式，依靠標準輸出信號，將其與通信接口連接，可優化信號處理方式，有效進行聯網，促進測量系統自動化工作水平的提升，提升改造程度。

設備特性比較如表1 所示。

表1 設備特性比較

2.2 對比工況干擾

實際工作中，工況干擾及影響狀況見表2。

表2 干擾及影響狀況分析

由對比分析可知。

（1）雷達液位計適用于工作條件好、溫度和環境要求高、安裝場合空間要求高，安裝時必須規避進料口，降低假反射，不可在拱形罐中間位置安裝，不能在罐壁位置安裝，最好在容器半徑一半的位置安裝。

（2）差壓液位計適用于有限工況，傳感器產生嚴重的零點漂移，其產生較大的測量偏差，具有較差的穩定性和精準性，極易受到環境影響，維護量較大，日常維護及運行會受到影響，維護安裝難度較大，日常維護及運行中，工作負載很大。

（3）磁致伸縮液位計可在所有工況中應用，穩定性及精準度較高，具有較小的安裝維護量，無須進行維護。

3 結語

通過分析以上三種液位計，磁致伸縮液位計采用的是非接觸式敏感元件，避免產生磨損，因此有較高的使用壽命。此外，在現場安裝調試都比較簡單，所需成本也較低。與其他類型的液位計相比，磁致伸縮液位計在成本基本相同或更低的情況下，能夠具有更高的精度和更好的經濟效益。因此，將其應用于水流量標準裝置的液位測量，完全可以滿足高精度、自動化測量的要求。在水流量裝置上安裝磁致伸縮液位計后，能夠很好地實現液位的高精度、自動化測量。由于檢定人員不再需要經常與罐體接觸，裝置的檢定效率也會得到極大的提高。