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Ｔ诖笾孪嗤蜉^低的成本下，磁致伸縮液位計(jì)比起其他種類的液位計(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，工藝專業(yè)要求精確測(cè)量液位，誤差要求控制在±5mm以內(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。