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磁致伸縮液位計(jì)特性?xún)?yōu)缺點(diǎn)及工程實(shí)際應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2018-07-02 01:09:00??點(diǎn)擊次數(shù):1990次

摘要:磁致伸縮液位計(jì)是近幾年才在國(guó)內(nèi)興起的一種新型液位計(jì)。由于工作性質(zhì)的原因,筆者也是近兩年才接觸到這種液位計(jì),在工程設(shè)計(jì)和實(shí)際使用中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。筆者簡(jiǎn)單的介紹一下磁致伸縮液位計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)并結(jié)合精細(xì)化工生產(chǎn)中的實(shí)例,探討其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。
1、磁致伸縮液位計(jì)的工作原理與結(jié)構(gòu)
磁致伸縮液位計(jì)是基于磁致伸縮原理設(shè)計(jì)的,它由3部分組成:探測(cè)桿、電路單元和浮子。浮子裝在探測(cè)桿上,內(nèi)裝有一組永磁鐵,它可以沿著探測(cè)桿隨液位的變化而上下移動(dòng)。測(cè)量時(shí),電路單元中的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖沿著探測(cè)桿內(nèi)的波導(dǎo)絲傳遞時(shí),伴隨電脈沖產(chǎn)生一個(gè)垂直于波導(dǎo)絲的環(huán)形磁場(chǎng)以光速沿波導(dǎo)絲傳遞。當(dāng)脈沖環(huán)形磁場(chǎng)與浮子磁鐵的固有磁場(chǎng)相遇時(shí),二者的磁場(chǎng)矢量相疊加形成螺旋磁場(chǎng),產(chǎn)生瞬時(shí)扭力并在波導(dǎo)絲上形成一個(gè)機(jī)械扭力波以聲速傳遞返回到電路單元,在感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)脈沖。通過(guò)測(cè)量出發(fā)電脈沖與感應(yīng)脈沖之間的時(shí)間差,就可以精確地計(jì)算出被測(cè)液面高度。如果將溫度傳感器(熱電阻)裝在探測(cè)桿內(nèi),就可以同時(shí)測(cè)定介質(zhì)溫度。
2、特性及優(yōu)缺點(diǎn)
由以上磁致伸縮液位計(jì)的原理結(jié)構(gòu)可以得知,由于利用非接觸的敏感元件,減少了磨損機(jī)會(huì),所以這種液位計(jì)較為可靠耐用。由于安裝容易,調(diào)試快捷,所以安裝成本較低。此外,無(wú)須定期維修或重新標(biāo)定,不必庫(kù)存?zhèn)浼?。在大致相同或較低的成本下,磁致伸縮液位計(jì)比起其他種類(lèi)的液位計(jì)具有更高的精度和更佳的經(jīng)濟(jì)效益。其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
2.1 只需一臺(tái)儀表便可同時(shí)測(cè)量產(chǎn)品的液位、界面及溫度。既可以作液位計(jì)使用,又可以作界面計(jì)使用,筆者認(rèn)為這是磁致伸縮液位計(jì)*主要的優(yōu)點(diǎn)。
2.2 精度高,分辨率優(yōu)于0.01%FS,這是用其他液位計(jì)難以達(dá)到的精度。
2.3 安全性好,由于采用了本安防爆,使用安全,特別適合對(duì)化工原料和易燃易爆液體的測(cè)量。磁致伸縮液位計(jì)的缺點(diǎn)是:由于在結(jié)構(gòu)上采用了浮球形式,它不適用于測(cè)量高粘度液體以及容易聚合的液體。另外,當(dāng)被測(cè)液體容易結(jié)晶或是含雜質(zhì)較多時(shí),浮球容易被卡住而使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。
3、工程實(shí)際應(yīng)用
下面我們結(jié)合工程實(shí)例來(lái)探討磁致伸縮液位計(jì)的應(yīng)用。
3.1 在高精度液位測(cè)量中的應(yīng)用
湖南衡陽(yáng)萊德生物制劑公司有一臺(tái)丙烷臥式儲(chǔ)罐,高度為3.3m,工藝專(zhuān)業(yè)要求精確測(cè)量液位,誤差要求控制在±5mm以?xún)?nèi)。以前廠方在罐上裝了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)北京古大儀表公司生產(chǎn)的超聲波液位計(jì)。從實(shí)際使用效果看,平時(shí)靜態(tài)地顯示液位效果勉強(qiáng)還可以,但是當(dāng)物料進(jìn)出儲(chǔ)罐時(shí)誤差就急劇增大,無(wú)法滿足工藝要求。從超聲波液位計(jì)的原理可知,它不適合用于工作環(huán)境中存在蒸汽等干擾氣體的工況,因此,更換液位計(jì)是必然的選擇。開(kāi)始我們打算上雷達(dá)液位計(jì),從雷達(dá)液位計(jì)原理來(lái)分析,這種液位計(jì)是根據(jù)發(fā)射電磁波和接受反射回來(lái)的電磁波的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算液位的,若介質(zhì)為導(dǎo)電介質(zhì),則其能很好地反射電磁波,介質(zhì)的介電常數(shù)越大,反射信號(hào)越強(qiáng),雷達(dá)液位計(jì)就越適于使用。但是丙烷屬于非導(dǎo)電介質(zhì),其介電常數(shù)偏低(εr<1.9),如使用雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量丙烷的液位,液位計(jì)很可能接收不到足夠的反射電磁波信號(hào)。雷達(dá)液位計(jì)比較常用的頻率有6.3GHz與26GHz兩種,如用26GHz頻率的電磁波測(cè)量,液位計(jì)會(huì)因回波信號(hào)弱造成液位測(cè)量不準(zhǔn)確;如用6.3GHz頻率的電磁波測(cè)量,電磁波甚至?xí)苯哟┩副橐后w層,從儲(chǔ)罐底部返回虛假信號(hào),以至于完全無(wú)法測(cè)量。
鑒于這種情況,只剩下伺服液位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)可以選擇。伺服液位計(jì)也是一種很**的液位計(jì),它是基于浮力平衡的原理,由微伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子,通過(guò)力傳感器感受浮子的浮力發(fā)生變化,用此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)計(jì)算液位。它也是既可以測(cè)量液面也可以測(cè)量界面,精度*高可達(dá)±0.7mm,且不受介質(zhì)密度變化和蒸汽的影響。但是伺服液位計(jì)的價(jià)格太貴,單臺(tái)購(gòu)買(mǎi)價(jià)格在7萬(wàn)元左右,業(yè)主實(shí)在無(wú)法接受,*后我們選用了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)磁致伸縮液位計(jì)(美國(guó)K-TEK公司的OEM產(chǎn)品),價(jià)格不到2萬(wàn)元,安裝后重新投產(chǎn)以來(lái),測(cè)量穩(wěn)定可靠,誤差控制在±3mm(與理論計(jì)算出的液位值相比較),還可以連續(xù)監(jiān)測(cè)介質(zhì)溫度,節(jié)省了一臺(tái)溫度變送器的安裝費(fèi)用,業(yè)主對(duì)此*為滿意。
3.2 在分層液體界面控制中的應(yīng)用
海利常德農(nóng)藥化工有限公司的硫磷脂生產(chǎn)工段中,有一套油水分離裝置,其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示:
從圖中可以看出,這是一個(gè)連續(xù)化的生產(chǎn)過(guò)程。進(jìn)料管中的介質(zhì)是氯乙酸甲酯、水與甲醇的混合物,物料連續(xù)地從分離罐V103的中部進(jìn)料口流入罐內(nèi),在罐內(nèi)自然分層。上層的物料是水與甲醇組成的水性組分,下層的物料是以氯乙酸甲酯為主的油性組分,中間為混合層,工藝的要求是水性組分必須從溢流管道流出進(jìn)入V102儲(chǔ)罐;油性組分必須通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥LV103進(jìn)入V101儲(chǔ)罐;同時(shí)為了防止物料過(guò)多,從分離罐頂部溢出,還需設(shè)置罐內(nèi)高液位時(shí)的報(bào)警。
針對(duì)這種情況,筆者選用了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)磁致伸縮液位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。如圖中所示,這臺(tái)磁致伸縮液位計(jì)帶有2個(gè)浮子。由于上部水性組分的密度ρ1為0.95,下部油性組分的密度ρ2為1.2左右,故選擇液位計(jì)上浮子的密度為0.7,使之懸浮在水性組分上;選擇液位計(jì)下浮子的密度為1.1,使之懸浮在罐內(nèi)的油水混合層中。罐內(nèi)的液位高度和界位高度通過(guò)4~20mA信號(hào)與HART協(xié)議由屏蔽電纜送進(jìn)DCS。當(dāng)油性組分液位下降,混合層液位隨之下降,液位計(jì)通過(guò)DCS控制調(diào)節(jié)閥LV103,使之開(kāi)度關(guān)小,使混合層液位恢復(fù)正常;當(dāng)油性組分液位上升,混合層液位隨之上升,調(diào)節(jié)閥LV103開(kāi)度增大,使混合層液位回復(fù)正常值。當(dāng)罐內(nèi)整體液位過(guò)高時(shí),DCS報(bào)警,提醒操作人員采取措施。這臺(tái)磁致伸縮液位計(jì)探測(cè)桿長(zhǎng)1.5m,外套聚四氟乙烯,測(cè)量精度*高為±1mm,帶HART通訊協(xié)議輸出,而價(jià)格不到1萬(wàn)元。
從以上實(shí)例可以看出,磁致伸縮液位計(jì)用于分層液體界面的測(cè)量與控制,無(wú)論從實(shí)用性還是從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)考慮,都是一個(gè)非常好的選擇。
4、結(jié)束語(yǔ)
作為一種較新型的測(cè)量?jī)x表,磁致伸縮液位計(jì)相比其它類(lèi)型的液位計(jì),具有其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著其產(chǎn)品的逐漸普及,給我們的液位測(cè)量工作又增加了一個(gè)有力的工具,上文所述工程實(shí)例只是磁致伸縮液位計(jì)實(shí)際應(yīng)用中的2個(gè)小小的典型案例。筆者相信,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,磁致伸縮液位計(jì)必將在化工生產(chǎn)上得到更加廣泛的應(yīng)用。

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