磁致伸缩液位计在水流量装置上的应用研究

杨存青

（大庆石油管理局有限公司技术监督中心，黑龙江 大庆 163453）

在静态容积法水流量标准装置上，仍然主要依靠人工对罐中液位进行读数，不可避免地会产生随机误差，而且也不能实现与计算机相连。由于水流量装置的罐体体积都比较大，玻璃管液位计的安装位置也比较高，依靠人工读数不方便也不安全，严重影响了检定过程的效率。本文介绍了三种典型的液位计，通过对其各自的优缺点进行分析比较，最终得出，磁致伸缩液位计在静态容积法水流量装置的液位测量上优势比较明显。

1 常用的液位传感器的介绍

液位传感器主要是依靠各种不同的敏感元件来检测液位的变化，并将其转换成相应的距离，再转换成标准电信号或相应的数字信号。

本文挑选了三种具有代表性的液位计进行分析比较。

1.1 雷达式液位计

依据图1 表明，发生器在雷达液位计上部安装，其会发生电磁脉冲波，脉冲波方向为向下，一旦其与介电常数较高的页面相遇情况下，电磁脉冲波进行反射，通过计算其传播时间从而能够准确地得到液面的位置。雷达式液位计是21世纪初出现的一种新型液位计，其主要利用电磁脉冲来测量液位。雷达液位计由于测量时不与被测物体接触，避免了因磨损而产生的机械摩擦问题，在接触式液位计不能使用的场合它几乎全能满足，因此适用范围非常广，但雷达液位计的成本非常高。

图1 雷达液位计

1.2 差压液位计

如图2 所示，差压液位计上有一个隔离膜片，作用在液位计上的双重压力会向测量元件传递，依靠密封液进行，并最终向标准电信号输出转化，主要由压电转换器进行。差压液位计通常安装在容器的最底部，依据压力信号计算出液位高度。

图2 差压液位计

1.3 磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计是近年来出现的一种新型液位计，它主要是利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应的原理制成。

如图3 所示。磁致伸缩液位计一般由三部分组成，分别是检测杆、电路单元和浮子。浮子套在探测杆上，探测杆上装有一组永磁体。会随着液位的变化沿着检测杆上下移动。当发射机通电时，接收机与脉冲发电机正常生产情况下，会将小电流查询脉冲信号向低端位置发送，主要由发射机进行，脉冲磁场及脉冲由磁致伸缩线方向运转。若是浮球中的磁场与脉冲信号二者磁场碰撞，将会使其向磁致伸缩线两端位置传送，阻尼会吸收向下传递的扭转应力脉冲，接收器会对向上发生的扭转应力进行接收后开展检测。依据时间差（查询脉冲发出至接受扭应力返回），对液位高度进行计算，并将其金属输出信号的转化，其为4 ～20mA。

图3 磁致伸缩液位计原理及结构示意图

2 三种典型液位计的分析比较

2.1 特性比较

（1）雷达液位计的特点：①液位测量不受温度变化、介质变化的干预。②若是液位的范围在15m 以下，其测量的精度误差在5mm 范围内，若是液位范围在15m 以上，精度测量数值为5mm±0.05%。③顶部和底部都有盲区。

（2）差压式液位计的特点：①许多安装有传统差压式液位计的场合中，液体上方都有额外的蒸汽压力。由于蒸汽压力不属于液位测量内容，所以必须对其存在进行抵消，抵消方式为毛细管及带密封的元件。②机械零件依靠数字结构进行代替，其属于电子元传输技术的一种，具有更快的响应速度和更高的测量精度。③在天气严寒的情况下，必须采取保温措施或者伴热措施干预，对压力管道内的漏水状况、冷凝情况,是否存在蒸发和堵塞状况进行严格检查。④若是毛细管之间的间距过大，将对压力传递产生不良影响，加大误差，所以必须提升安装工艺。

（3）磁致伸缩液位计特征：①较强的可靠性，由于磁致伸缩液位计的应用原理为波导，不锈钢管内进行了转换器的封装，其不会接触测量介质，并未安装机械活动的部件，也不会产生摩擦磨损，传感器的工作方式可靠，具有较长的使用寿命。②精度较高。博导脉冲工作属于磁致伸缩液位计应用的方法，其会对起始脉冲进行测量，对结束脉冲时间进行测定，以此对被测的位移进行确定，具有较高的测量精准度，其分辨率在0.01%FS 以上，是其他传感器无法匹敌的。③高安全性。罐盖无法应用磁致伸缩液位计展现，降低了由于人工测量而导致的不安全因素存在，具有较高的防爆性能，应用方式安全，可在依然液体及化学原料测量中应用。④磁致伸缩液位计采用高精度传感器元件，便于系统自动化。通过处理器计算脉冲电流与扭波脉冲的时间差，可以准确地确定浮子位置。它充分考虑了各种信号连接方式，依靠标准输出信号，将其与通信接口连接，可优化信号处理方式，有效进行联网，促进测量系统自动化工作水平的提升，提升改造程度。

设备特性比较如表1 所示。

表1 设备特性比较

2.2 对比工况干扰

实际工作中，工况干扰及影响状况见表2。

表2 干扰及影响状况分析

由对比分析可知。

（1）雷达液位计适用于工作条件好、温度和环境要求高、安装场合空间要求高，安装时必须规避进料口，降低假反射，不可在拱形罐中间位置安装，不能在罐壁位置安装，最好在容器半径一半的位置安装。

（2）差压液位计适用于有限工况，传感器产生严重的零点漂移，其产生较大的测量偏差，具有较差的稳定性和精准性，极易受到环境影响，维护量较大，日常维护及运行会受到影响，维护安装难度较大，日常维护及运行中，工作负载很大。

（3）磁致伸缩液位计可在所有工况中应用，稳定性及精准度较高，具有较小的安装维护量，无须进行维护。

3 结语

通过分析以上三种液位计，磁致伸缩液位计采用的是非接触式敏感元件，避免产生磨损，因此有较高的使用寿命。此外，在现场安装调试都比较简单，所需成本也较低。与其他类型的液位计相比，磁致伸缩液位计在成本基本相同或更低的情况下，能够具有更高的精度和更好的经济效益。因此，将其应用于水流量标准装置的液位测量，完全可以满足高精度、自动化测量的要求。在水流量装置上安装磁致伸缩液位计后，能够很好地实现液位的高精度、自动化测量。由于检定人员不再需要经常与罐体接触，装置的检定效率也会得到极大的提高。