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            磁致伸縮液位計及其在油庫的應用

            來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2021-05-24 10:31

              

                   隨著測量技術的不斷發展,近年來利用磁致伸縮原理進行測量的液位計在油庫得到了大量的應用。本文主要介紹了磁致伸縮液位計的工作原理、技術特點及其在油庫的應用事項,以促進油庫技術改造,提高油庫系統計量的準確度及自動化水平。
                   液位測量技術是最基本的油氣儲運技術,目前主要包括壓力式、差壓式、浮子鋼帶式、電容式、阻抗式、電位差式、機械式等多種方法。隨著測量技術的不斷發展,近年來,利用磁致伸縮原理進行測量的液位計在油庫得到了大量的應用,磁致伸縮液位計具有精度高、功能多、免維護、壽命長等特點,應用前景看好。
            1、磁致伸縮液位計的工作原理
            1.1磁致伸縮液位計的組成
                   磁致伸縮液位計主要由電子頭、探測桿、浮子三部分組成。磁致伸縮液位計的探測桿由3條同軸的圓管組成;外管由防腐蝕材料制成,以提供保護作用;中間的圓管裝配有一個或多個數字測溫傳感器;最中心的是波導管,其內部是由磁致伸縮材料構成的波導絲。在液位計探測桿外配有內含磁鐵隨液位變化的浮子。
            1.2磁致伸縮液位計的工作過程
                   磁致伸縮液位計的工作原理主要是利用磁致伸縮效應和超聲效應的結合來達到測量目的。磁效應即魏德曼效應和維拉里效應。
                   液位計電子頭中的脈沖發生器首先在磁致伸縮波導絲上施加一個電脈沖信號,此電脈沖同時伴隨一個環形磁場,以光速沿磁致伸縮波導絲向下傳遞。當該環形磁場遇到浮子中磁鐵產生的縱向磁場時,將與之進行矢量疊加,形成一個螺旋形的磁場。根據魏德曼效應,當磁致伸縮材料所處的磁場發生變化時,磁致伸縮材料所處的磁場發生變化時,磁致伸縮材料本身的無力吃醋也會隨著發生白哪壺。因此,當合成磁場發生變化行程螺旋形磁場時,磁致伸縮波導絲會產生沿螺旋形磁場的伸縮變形,導致波導絲產生扭曲變形,從而激發扭轉波(或返回脈沖)。該扭轉波沿波導絲以超聲波的形式回傳到傳感頭中的感應線圈時,將轉換成橫向應力。根據維拉里效應,磁致伸縮材料發生物理變形時,會在磁致伸縮材料內引起磁場強度的變化,因此,通過傳感器線圈的磁通將發生變化,因此,通過傳感器線圈的磁通將發生變化,在傳感線圈兩端將產生一個可以被檢測到的感應電動勢。超生扭轉波的傳播 速度為一常數(2838m/s左右)。因此,從發射電流脈沖的一刻到檢測到感應電動勢的時間差乘以這個固定速度,便能精確的算出磁鐵(浮子)的位置。
            2、磁致伸縮液位計的技術特點
            2.1、高精度
                   由于磁致伸縮液位計是通過測量發射脈沖和返回脈沖的時間差來確定被測位移量,因此測量精度極高。其非線性小于0.05%FS,重復性小于0.001%FS,分辨率小于0.002%FS。如此高的測量精度在當今液位測量中是獨一無二的,而其他類型的傳感器很難達到此精度。
            2.2、多參數測量
                   磁致伸縮液位計的另一大特點是集測量液面、界面、溫度等參數于一身。因為磁致伸縮液位計中的電子部件可以探測到由同一發射脈沖產生的連續磁波,所以在同一探測桿上可裝配2個甚至多個磁浮子。只要保證浮子重量與介質比重相對應,則可同時測得液面和界面,真正實現多參數測量。
                   若將多個溫度傳感器埋入磁致伸縮液位計的傳感桿內,則在可測量液位的同時還能得到介質的多點溫度及液面下的平均溫度。
            磁致伸縮液位計
            2.3、安全性高
                   磁致伸縮液位計的防爆等級一般有隔爆型和本安型2種,適合在各種易燃、易爆、高溫、高壓等危險場所使用。且用磁致伸縮液位計測量時無需人工開啟灌蓋,避免了人工測量帶來的不安全隱患。
            2.4、可靠性高,故障率低,壽命長
                   由于磁致伸縮液位計的整個變送器密封在不銹鋼管內,其傳感元件和被測介質非接觸,所以雖然測量過程是不斷重復的,也不會對傳感器造成任何磨損。因此,它具有工作可靠性高、故障率低、壽命長的優點,適合各種惡劣環境。
            2.5、安裝維護簡便
                   由于磁致伸縮液位計采用法蘭連接放回寺,固安裝極其簡便,而且無需定期維護或重新標定,給使用者帶來極大的方便。
            2.6、便于自動化管理
                   磁致伸縮液位計一般輸出信號接口采用4-20mA的標準電流信號或RS-485數字信號接口,可直接接入PLC、DCS系統或其它計算機管理系統,便于危機對信號進行處理。
            3、磁致伸縮液位計油庫應用事項
            3.1計量系統的構成
                   某油庫的計量系統包括磁致伸縮液位計、西門子OS77操作站及PLC,其中PLC還用來對優酷的定量裝車進行控制。油庫共有12個油管,高度均為9-15m,因此選用拿度公司的TFBGB系列產品(柔性加長數字系列)。采用4總線結構,布線簡單,其中2線為DC24V電源,另2線為RS-485總線(DDA系列)??紤]到系統電源的容量,每6個罐由1路電源供電。液位計信號由RS485總線經PLC的485模塊進入PLC系統,PLC的處理數據通過Profinbus總線進入西門OS77操作站(CELSIUS400),由軟件做進一步處理。
            3.2計量系統的功能
            ①實現油品計量全部自動化,即逐罐顯示、打印油品的油高、水高、溫度、體積、質量等,實現24h全天候液位監控。
            ②具有高、低液位的報警與連鎖功能,杜絕冒油、抽空等事故的發生。
            ③實現油罐泄露的檢測及報警,防止油品泄露。
            ④完成業務管理功能。
            3.3計量系統的其它形式
                    除了直接接入PLC系統外,磁致伸縮液位計還可以接入DCS或其它計算機管理系統,但要注意其485數字信號采用的通訊協議由DDA協議、MODBUS協議等。因此要對相應PLC、DCS系統的通訊參數進行正確設置,以保證通訊暢通。液位計直接接入計算機時,一般需要RS485/232轉換卡將485信號變為232信號,在練到計算機的232接口(如果計算機本身帶485接口則不必)。
            3.4防爆問題
                   對于油罐計量,防爆是需要首先考慮的問題??赏ㄟ^選擇本安型液位儀、防爆接線箱、安全柵來實現系統的防爆。磁致伸縮液位計具有本安認證,是本安型儀表,可以完全滿足油罐的防爆要求。液位計與系統總線連接時,應選用防爆接線箱,以以消除中間隱患。安全柵安裝在控制室內,作為控制 室儀表與現場儀表的關聯設備,即可傳輸信號,又可控制流入危險場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點火能量一下,從而將危險場所與非危險場所隔開,起到防爆作用。系統總線進入機柜后,通過安全柵再與PLC及電源相連。信號線及電源線分別選用不同型號的專用安全柵。安全柵在使用時要注意只有在系統調試完成之后才能投入使用,否則很容易由于短路等意外原因導致損壞,尤其在附近進行點焊作業時,電焊機的接地與機柜接地相通,很容易使安全柵反向擊穿。
            3.5故障處理
                    磁致伸縮液位計故障率低,基本是免維護的。如果個別時候發現其不能跟正常工工作或液位長期不變等,則可能是電子頭的集成電路板和模塊損壞了,更換相應部件即可。也有可能是冬天油品掛蠟,導致浮子補鞥呢隨油品正常移動,所以液位不變,這需要將固定法蘭或縮進的NPT裝置松開,搖動探測桿或取出進行簡單清理。
            3.6液位計的安裝
                   順著油罐的法蘭孔將液位計放入油罐,在固定重錘的作用下,探測桿自然拉直,到達罐底后,使液位計電子頭及下面的硬桿及柔性探測桿保持一條子線,鎖緊NPT裝置即可。
            3.7布線和接地
                    電源和信號線的屏蔽只在安全柵端接地,接地電阻小于1Ωm,不要在液位計端或整個網絡的任何其它點接地;線纜布線應盡量使網絡主干線短,盡量避開感染源(如電機等);網絡包括主干線、主干線到液位計的抽頭連接(防爆接線盒到液位計的連接);最大抽頭連接長度應小于62m;線纜最好不要直接暴露于空氣中,由鋼管或防爆撓性軟管保護。
            3.8確定零點
                    在液位計安裝調試歐,要確定它的零點。一般而言,液位計直接顯示的數值比人工測量值要高100-200mm。對于每個液位計,這個數值是固定的,這就是液位計的零點。液位計的測量值減去零點便是真是的油高。在進行正式標定確定零點時,最好只是用一把新標定的尺,由檢尺技術較高的計量員來操作。對不合理的檢尺結果,應由多人用同一把尺子測量多次。
            3.9內浮頂罐安裝
                    在內浮頂罐安裝上安裝磁致伸縮液位計時,在內浮盤上開孔,由膠板密封,上面有十字型開口,探測桿在開口的中央位置。開口位置上下要有防濺加長管;浮盤上部分高度100-150mm,作用是防止密封膠板下壓浮子;浮盤下部分高度與浮直徑相同,作用是防止浮子卡在浮盤下。
            4、結束語
            磁致伸縮液位計可以代替人工上罐計量,滿足油庫實際計量要求。各油庫應加大磁致伸縮液位計的應用力度,以提高油庫系統計量的準確度及自動化水平。
             


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