磁致伸缩液位计在液化石油气储罐上的应用

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摘 要：在液化石油气储存过程中，不但要求测量仪表具有较高的测量精度，还应能够很好地适应密闭压力容器的环境，同时达到远距离传送数据的要求。该文对磁致伸缩液位计的组成、基本原理及近年来实际应用效果进行了简要介绍，并与其它类型液位计进行了比较、分析，最终得出的结论是此类液位计凭借其高精度、低成本、免维护的独特优点使它在当今液位测量领域占较大优势。

关键词：磁致伸缩液位计 液化石油气 液位测量

中图分类号：TM390 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0121-02

在现代化的工业生产中，液位测量几乎遍及过程控制中的各个环节。在液化石油气储存过程中，不但要求测量仪表具有较高的测量精度，还应能够很好地适应密闭压力容器的环境，同时达到远距离传送数据的要求。

北京市液化石油气公司某液化石油气储备厂，每台储罐均装有两套液位计，一套是辽阳石化仪表厂生产的磁翻板式液位计，作为现场巡视人员参考使用；另一套是荷兰恩诺公司生产的伺服式液位计，作为远传液位计使用，随使用年限增长，伺服式液位计经常出现液位计浮子卡滞或液位随温度涨浮较大等状况，维修频次逐渐升高且价格昂贵。

随着自动化仪表技术的发展，测量液位的方法及相应的仪表也在不断地改进和更新，为了寻求准确、实用的液位测量仪表，降低运行、维护成本，经与其它类型液位计多方面比较，液化气公司最终选取了北京航天科智科技有限公司生产的磁致伸缩液位计（又称磁效应液位计），经实际使用及分析得知，此类液位计具有高精度、低成本、免维护等特点，为解决生产中的测量问题起到了重要促进作用。

2 磁致伸缩液位计组成及原理概述

（1）组成。

磁致伸缩液位计用于高精度高压强的液位测量，还可同时测量温度等参数。它可与智能显示仪及上位计算机一起构成液位测量管理系统，可实现液位的上、下限报警和远距离的自动控制。由360°内磁浮子、传感器、塑封全智能化电子装置三部分组成。可智能化编程，带有液晶显示，可显示总体液位、界面液位、以及温度输出的电信号，实际液位值、温度值，带有偏移量的实际液位值等。

（2）工作原理。

脉冲发生器产生的电脉冲沿外保护管内的波导丝传递，当该环形磁场遇到浮子中永久磁铁的纵向磁场时，将形成一个螺旋形磁场，它作用于波导丝上并使之扭转，产生超声扭转波，该超声扭转波返回到传感线圈（变换器）时转换成横向应力，通过传感线圈的磁通发生变化，在传感线圈两端产生感应电压，这样可以通过精确测量发射脉冲和返回扭转波的时间差来确定浮子的精确位置。由于浮子总是悬浮在液面上，且磁浮子位置随页面变化而变化，即时间间隔大小也就是页面的高低，然后通过全智能化电子装置将时间间隔大小信号转换与被测液位成比例的4～20mA信号进行输出。

3 在液化石油气储罐上的应用现状及特性

（1）安装方法。

北京市液化石油气公司某厂的其中一台2000 m3储罐，直径高达15.7 m，液位测量范围为15 m，为避免由浮筒长度过长造成的不垂直带来的计量误差及浮子卡滞，该液位计采用分段式计量法，将原有浮筒进行切割分段（每台液位计分为3段，每段计量范围为5 m），并采用可移动法兰连接、多台仪表串联的方式。

液位数据采集后，在信号处理模块中进行初步分析处理，同时通过模块传输数据传输至控制室，以便控制室人员实时监控。

（2）应用情况分析。

本例将某台储罐作为研究对象，该储罐在2013年的液位计为伺服式液位计、2014年更换为磁致液位计，以下是近几年运行过程中采集的液位计运行数据，探讨在储罐存储气质不变的情况下，夏季温差变化较大时期，两种液位计的实际测量效果及误差率。样本选取时间为夏季北京温升较高的7月，选取时段为8时、12时（该储罐上午至中午基本处于静默储存状态，液位变化仅受温度影响，测量人为同人同视角）。测量设备选用深圳市佳信电子有限公司生产的CA380非接触式红外测温仪。

测量结果。（见图1、图2）

由以上两图得知，伺服液位计误差值曲线较高，液位涨浮较大，计量误差最高达+0.3 m，而磁致液位计误差值曲线相对稳定，液位涨浮较小，计量误差在±0.2 m之间，较为精准。

4 与其它液位计分析比较

（1）光纤液位计。

以光学技术为基础，以光纤作为敏感单元，将敏感状态以光信号取出，再进行光电转换，所以易与高度发展的电子控制装置相匹配。与其它常规传感器相比，光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、电绝缘性好、体积小以及便于与光纤传输系统组成远程监测网络等特点，尤其在易燃易爆的恶劣环境中得到广泛应用。

（2）差压式液位计。

差压式液位计利用液体的压强原理，在液体的底部检测液体压强和标准大气压的压差。它通过液体底压强使半导体扩散硅薄膜产生形变，引起电桥不平衡，电路输出与液位高度相对应的电压，从而获取液位信号。具有精度高（0.7%）、漂移小、抗过载能力强等特点。但当介质的密度随介质的温度、压力、组分而变化时，差压式液位计会产生虚假液位。

（3）伺服液位计。

伺服液位计通过伺服电机控制浮子跟随液位或者界面变化。伺服型浮子液位计通过浮子在液面、液内、界面上受到不同的浮力，利用重力敏感装置测量浮子的重量。它可同时发出远传信号，采用微机进行远程控制，其动态跟踪误差可达0.1 mm，同时还能补偿液面的高低对钢丝绳产生的附加重量的误差；对液面的测量精度可达0.7 mm，灵敏度可达0.1 mm。另外，它还具有自诊断及通信功能。该液位计具有较高的可靠性。但价格比较高。

（4）雷达液位计。

利用雷达电波测量液位是近几年国内外都很关注的技术。其利用喇叭状波导管发射低功率微波（几十微瓦），遇到被测介面后，部分微波反射回来，被发射、接收组合液位计系统接收，通过测量发射、接收的时间差来间接测量液位。雷达液位计的最大特点是适用于超声波液位计应用效果不理想的环境中，其最大量程可达35 m，测量精度可达毫米级。但其缺点是价格过高，不能耐高温、高压。

（5）综合对比。

对市场中应用较为广泛的几类液位计综合对比。（见表1）

5 结语

磁致伸缩液位计作为新兴的测量仪表，在液位测量中的应用只有十几年的历史，其独特优点使它在当今液位测量领域占有很大优势。目前在北京市液化石油气公司储罐逐渐推广使用，结果发现其达到了高精度测量的目标，测量采集到的数据输出后实时存储至远端计算机内，便于运算、查询等操作，为罐区自动化目标的实现提供了可靠的依据，同时也减轻了工人的劳动强度，提高了生产过程监视及测量效率，为计量工作上升等级奠定了基础，也为企业整体决策提供了及时有效的参考依据。

随着工业生产日趋自动化，对液位检测技术的要求也越来越高。为解决生产中的测量问题，一方面是采用新的测量原理，开发新的液位检测仪表，扩大检测的手段，另一方面需朝着实现微机化和智能化的方向发展。

参考文献

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