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磁致伸缩液位计特性优缺点及工程实际应用

发布时间:2018-07-02   点击次数:

摘要:磁致伸缩液位计是近几年才在国内兴起的一种新型液位计。由于工作性质的原因,笔者也是近两年才接触到这种液位计,在工程设计和实际使用中积累了一些经验。笔者简单的介绍一下磁致伸缩液位计的基本原理与结构并结合精细化工生产中的实例,探讨其在工程实践中的应用。
1、磁致伸缩液位计的工作原理与结构
磁致伸缩液位计是基于磁致伸缩原理设计的,它由3部分组成:探测杆、电路单元和浮子。浮子装在探测杆上,内装有一组永磁铁,它可以沿着探测杆随液位的变化而上下移动。测量时,电路单元中的脉冲发生器产生的电脉冲沿着探测杆内的波导丝传递时,伴随电脉冲产生一个垂直于波导丝的环形磁场以光速沿波导丝传递。当脉冲环形磁场与浮子磁铁的固有磁场相遇时,二者的磁场矢量相叠加形成螺旋磁场,产生瞬时扭力并在波导丝上形成一个机械扭力波以声速传递返回到电路单元,在感应线圈两端产生感应脉冲。通过测量出发电脉冲与感应脉冲之间的时间差,就可以精确地计算出被测液面高度。如果将温度传感器(热电阻)装在探测杆内,就可以同时测定介质温度。
2、特性及优缺点
由以上磁致伸缩液位计的原理结构可以得知,由于利用非接触的敏感元件,减少了磨损机会,所以这种液位计较为可靠耐用。由于安装容易,调试快捷,所以安装成本较低。此外,无须定期维修或重新标定,不必库存备件。在大致相同或较低的成本下,磁致伸缩液位计比起其他种类的液位计具有更高的精度和更佳的经济效益。其主要优点如下:
2.1 只需一台仪表便可同时测量产品的液位、界面及温度。既可以作液位计使用,又可以作界面计使用,笔者认为这是磁致伸缩液位计最主要的优点。
2.2 精度高,分辨率优于0.01%FS,这是用其他液位计难以达到的精度。
2.3 安全性好,由于采用了本安防爆,使用安全,特别适合对化工原料和易燃易爆液体的测量。磁致伸缩液位计的缺点是:由于在结构上采用了浮球形式,它不适用于测量高粘度液体以及容易聚合的液体。另外,当被测液体容易结晶或是含杂质较多时,浮球容易被卡住而使测量结果不准。
3、工程实际应用
下面我们结合工程实例来探讨磁致伸缩液位计的应用。
3.1 在高精度液位测量中的应用
湖南衡阳莱德生物制剂公司有一台丙烷卧式储罐,高度为3.3m,工艺专业要求精确测量液位,误差要求控制在±5mm以内。以前厂方在罐上装了一台国产北京古大仪表公司生产的超声波液位计。从实际使用效果看,平时静态地显示液位效果勉强还可以,但是当物料进出储罐时误差就急剧增大,无法满足工艺要求。从超声波液位计的原理可知,它不适合用于工作环境中存在蒸汽等干扰气体的工况,因此,更换液位计是必然的选择。开始我们打算上雷达液位计,从雷达液位计原理来分析,这种液位计是根据发射电磁波和接受反射回来的电磁波的时间间隔来计算液位的,若介质为导电介质,则其能很好地反射电磁波,介质的介电常数越大,反射信号越强,雷达液位计就越适于使用。但是丙烷属于非导电介质,其介电常数偏低(εr<1.9),如使用雷达液位计测量丙烷的液位,液位计很可能接收不到足够的反射电磁波信号。雷达液位计比较常用的频率有6.3GHz与26GHz两种,如用26GHz频率的电磁波测量,液位计会因回波信号弱造成液位测量不准确;如用6.3GHz频率的电磁波测量,电磁波甚至会直接穿透丙烷液体层,从储罐底部返回虚假信号,以至于完全无法测量。
鉴于这种情况,只剩下伺服液位计和磁致伸缩液位计可以选择。伺服液位计也是一种很优秀的液位计,它是基于浮力平衡的原理,由微伺服电动机驱动体积较小的浮子,通过力传感器感受浮子的浮力发生变化,用此时的电机转动角度来计算液位。它也是既可以测量液面也可以测量界面,精度最高可达±0.7mm,且不受介质密度变化和蒸汽的影响。但是伺服液位计的价格太贵,单台购买价格在7万元左右,业主实在无法接受,最后我们选用了一台国产磁致伸缩液位计(美国K-TEK公司的OEM产品),价格不到2万元,安装后重新投产以来,测量稳定可靠,误差控制在±3mm(与理论计算出的液位值相比较),还可以连续监测介质温度,节省了一台温度变送器的安装费用,业主对此极为满意。
3.2 在分层液体界面控制中的应用
海利常德农药化工有限公司的硫磷脂生产工段中,有一套油水分离装置,其原理结构如图1所示:
从图中可以看出,这是一个连续化的生产过程。进料管中的介质是氯乙酸甲酯、水与甲醇的混合物,物料连续地从分离罐V103的中部进料口流入罐内,在罐内自然分层。上层的物料是水与甲醇组成的水性组分,下层的物料是以氯乙酸甲酯为主的油性组分,中间为混合层,工艺的要求是水性组分必须从溢流管道流出进入V102储罐;油性组分必须通过液位调节阀LV103进入V101储罐;同时为了防止物料过多,从分离罐顶部溢出,还需设置罐内高液位时的报警。
针对这种情况,笔者选用了一台国产磁致伸缩液位计来实现此功能。如图中所示,这台磁致伸缩液位计带有2个浮子。由于上部水性组分的密度ρ1为0.95,下部油性组分的密度ρ2为1.2左右,故选择液位计上浮子的密度为0.7,使之悬浮在水性组分上;选择液位计下浮子的密度为1.1,使之悬浮在罐内的油水混合层中。罐内的液位高度和界位高度通过4~20mA信号与HART协议由屏蔽电缆送进DCS。当油性组分液位下降,混合层液位随之下降,液位计通过DCS控制调节阀LV103,使之开度关小,使混合层液位恢复正常;当油性组分液位上升,混合层液位随之上升,调节阀LV103开度增大,使混合层液位回复正常值。当罐内整体液位过高时,DCS报警,提醒操作人员采取措施。这台磁致伸缩液位计探测杆长1.5m,外套聚四氟乙烯,测量精度最高为±1mm,带HART通讯协议输出,而价格不到1万元。
从以上实例可以看出,磁致伸缩液位计用于分层液体界面的测量与控制,无论从实用性还是从经济性角度来考虑,都是一个非常好的选择。
4、结束语
作为一种较新型的测量仪表,磁致伸缩液位计相比其它类型的液位计,具有其自身独特的优势。随着其产品的逐渐普及,给我们的液位测量工作又增加了一个有力的工具,上文所述工程实例只是磁致伸缩液位计实际应用中的2个小小的典型案例。笔者相信,随着技术的不断发展,磁致伸缩液位计必将在化工生产上得到更加广泛的应用。

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