罐区计量系统中的磁致伸缩液位传感器应用及与优劣

2018-10-23 15:01:05 信为传感器

石油、化工、粮油、食品、消防、交通、冶金、国防等行业都会划分出专门的罐区范围,罐区内遍布了许多大小不一的密封容器,用于储存液体,即储罐。精确计量储罐内液体存量,对不同行业的原料或成品库存管理、评定生产效率、核算收益等有重大意义。 

LVDT位移传感器|载重传感器|油耗仪|霍尔开关|磁致伸缩液位传感器

一般罐区计量系统,需要测量储罐内液体的液位高度(用来根据储罐形状计算出储罐内液体存量)、液体分界面高度(例如燃油中的芳香烃会吸收储罐空气中的水分,长久储存过程中会在储罐底部累积水分从而形成油水分界面)和平均温度(用于对储罐内液体存量做补偿计算)。应用于储罐液位测量的高精度液位测量技术主要有磁致伸缩液位计(如图1)、雷达液位计(如图2)、伺服液位计(如图3)。 

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图1 安装在储罐上的MTS磁致伸缩液位计  

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图2  安装在储罐上的雷达液位计 

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 图3 安装在储罐上的伺服液位计

在这三种储罐液位测量技术中,可能由于生产品牌较少的原因,磁致伸缩液位计是最少被人知道的。MTS生产的磁致伸缩原理的Level Plus液位计,包含电子模块、表头外壳、浮子以及内部含有感应元件的测量杆或者软管从罐顶延伸到罐底。

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硬杆结构磁致伸缩液位计

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硬杆结构磁致伸缩液位计


 磁致伸缩液位计的工作原理就是电子模块能检测到两个垂直相交磁场导致的机械形变,其中一个磁场由浮子内的永磁体产生,另一个磁场是由感应元件上的询问电流脉冲产生。原理如下图所示:

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相较于雷达和伺服液位计,磁致伸缩液位计的两个特点是:对液体分界面高度的测量和不同高度的多点温度的测量。液体分界面的测量需要在磁致伸缩测量杆或者软管上多套一个特定密度的浮子,这个浮子的上下两部分分别浸在上层液体和下层液体中。而多点温度测量是在测量杆内或者软管内增加一根包含多个温度传感器的测量线缆。根据具体应用,可以选择1点、5点、12点或者16点温度测量,或者其他数量的温度测量点,温度测量点的高度可以定制。电子模块会收集每个温度传感器上的测量结果,然后液位高度测量结果和温度传感器高度比较,最后计算出液面下几个温度传感器的平均温度。因为这种特性,只需要在储罐上开一个孔安装上磁致伸缩液位计,从而实现液位高度、分界面高度和平均温度的多参数的测量。 

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相对于磁致伸缩液位计,储罐上使用的更广为人知的液位计是雷达液位计。雷达液位计向被测液面发出微波,当微波被液面反射回到雷达液位计时,雷达液位计计算发出和收到微波脉冲的时间差来测量液位。雷达液位计的最大优势是工作的时候和被测液体完全分离,因此经常被用于测量非常粘稠的液体,如沥青。但是雷达液位计无法测量分界面的高度,因此如图2所示,经常在储罐底部安装一个压力变送器,压力测量结果结合雷达液位计测量结果计算出分界面高度。而且储罐顶部还要多开一个孔来安装多点温度计。因此这套系统中经常还需要一个罐旁计算仪,对分界面和平均温度进行计算。而且雷达液位计的最大测量范围受到被测液体的介电常数影响,而用户经常无法确定介电常数的具体数值,因为同一种液体在不同温度下和不同电磁频率环境下的介电常数差别很大。而且雷达液位计测量精度受到储罐内液体挥发的影响。因为雷达液位计是完全非接触测量,因此雷达液位计的安装对测量效果影响很大,一般不能离储罐壁太近,而且需要避开储罐内的突出结构。

伺服液位计结构包含伺服电机、轮毂、钢丝、浮子和其他电子部分。伺服液位计会驱动电机转动,把缠绕在轮毂上的钢丝悬挂的浮子提升或者降下。浮子下降过程中,电子模块会计算释放的钢丝的长度,同时感应钢丝上的张力。当钢丝上的浮子接触并浸入被测液体后,钢丝上的张力产生变化,这时伺服液位计会用储罐高度减去释放的钢丝长度从而计算出液位高度。浮子会继续下降,当浮子到达液体分界面时,钢丝上的张力会再次变化,从而计算出液体分界面的高度。而且通过张力变化还能计算出被测液体的密度。伺服液位计的缺点就在于其测量是非连续的,一般测量一次分界面高度需要30~60分钟,因此一般伺服液位计会在非高峰时段测量分界面和液体密度。而且安装伺服液位计也需要在储罐顶部开另一安装孔,用来安装一个多点温度计,如图3所示。另外,这里也需要一个罐旁计算仪,伺服液位计的测量结果和多点温度计的测量结果会被输入罐旁计算仪,用来计算液面下面多点温度计的平均温度。而且由于伺服液位计的浮子经常上下移动,很容易和钢丝脱离,导致日常最多的维护工作就是更换液位计浮子。而更换浮子过程中需要打开伺服液位计安装孔,如果被测液体是可挥发的易燃液体,则更换浮子过程意味着现场安全系数降低。

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综上所述,在罐区计量系统中选用MTS磁致伸缩液位计,相较于选用本文提到的另两种液位计,有以下优点:

1、 安装简单,只需要在罐上开一个孔,就可以测量液位、分界面高度和平均温度。而且安装孔的位置要求不高。

2、 不需要罐旁计算仪对分界面和平均温度进行计算,可以把这些测量结果以数字总线的方式发送到控制系统。

3、 设备功耗更低,应用在易燃易爆地区更加安全。

4、 相对于伺服液位计,结构更加结实耐用,维护成本更低。

  

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