1、工作原理
①磁致伸縮式液位計(jì)工作原理
如圖1所示，磁致伸縮式液位計(jì)根據(jù)磁致伸縮原理設(shè)計(jì)，其在一個(gè)非磁性傳感管內(nèi)裝有一根磁致伸縮線，在頂端裝一個(gè)壓磁傳感器，每秒發(fā)出10個(gè)電流脈沖信號(hào)，并開始計(jì)時(shí)，電流脈沖同磁性浮子在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個(gè)扭應(yīng)力波，沿磁致伸縮線向兩端傳送。測(cè)量壓磁傳感器收到這個(gè)扭應(yīng)力波信號(hào)的起始脈沖和返回扭應(yīng)力波間的時(shí)間間隔，來(lái)判斷浮子位置，即得被測(cè)液位，轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤?-20mA信號(hào)輸出。
圖1 磁致伸縮式液位計(jì)工作原理
②導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量原理
如圖2所示，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁脈沖波，遇到介電常數(shù)大的液體表面時(shí)被反射，計(jì)算脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，而得到液位位置。
圖2 導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量原理
③差壓變送器測(cè)量原理
差壓變送器傳感器是雙側(cè)壓力作用測(cè)量元件，經(jīng)壓-電轉(zhuǎn)換器，處理為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)輸出。
2、分析與比較
①差壓變送器、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)原理比較
A、磁致伸縮液位計(jì)根據(jù)磁浮子位置測(cè)得液位，測(cè)量影響因素為介質(zhì)密度，介電常數(shù)、氣相組分、工作溫度、壓力對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響。
B、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的影響因素為介電常數(shù)、氣相組分，溫度、壓力對(duì)測(cè)量也有一定影響。
C、差壓變送器是根據(jù)壓差變化測(cè)量液位，影響測(cè)量結(jié)果的因素如腔體真空或負(fù)壓產(chǎn)生虛假讀數(shù)；管路內(nèi)氣泡帶來(lái)干擾；容器內(nèi)水的密度改變導(dǎo)致測(cè)量誤差。
②差壓變送器、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)特性比較
A、磁致伸縮液位計(jì)特性
a、可靠性強(qiáng)
由于磁致伸縮液位計(jì)采用波導(dǎo)原理，整個(gè)變換器封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測(cè)量介質(zhì)無(wú)接觸，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，故無(wú)摩擦、無(wú)磨損，傳感器工作可靠，壽命長(zhǎng)。
b、精度高
由于磁致伸縮液位計(jì)用波導(dǎo)脈沖工作，通過(guò)測(cè)量起始脈沖和終止脈沖的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)位移量，因此測(cè)量精度高，分辨率優(yōu)于0.01%FS，這是用其他傳感器難以達(dá)到的精度。
c、安全性好
磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量時(shí)無(wú)需開啟罐蓋，避免了人工測(cè)量所存在的不安全因素；防爆性能高，本安防爆，使用安全，特別適用于對(duì)化工原料和易燃液體的測(cè)量。
d、易于安裝和維護(hù)
磁致伸縮液位計(jì)一般通過(guò)罐頂已有管口進(jìn)行安裝，特別適用于地下儲(chǔ)罐和已投運(yùn)儲(chǔ)罐，在安裝過(guò)程中不影響正常生產(chǎn)。
e、便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作
磁致伸縮液位計(jì)的二次儀表采用標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，提高整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。
B、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)特性
a、對(duì)液體、顆粒及漿料連續(xù)物位測(cè)量不受介質(zhì)變化、溫度變化、稀有氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。
b、液體量程小于15m時(shí)，測(cè)量精度為±5mm；量程大于15m時(shí)，測(cè)量精度為5mm±0.05%。
c、量程60m，耐250℃高溫、40kg高壓，適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。
d、對(duì)蒸汽和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力，測(cè)量不受影響。
e、頂部和底部具有盲區(qū)。
C、差壓變送器特性：
a、常規(guī)差壓變送器在許多液位測(cè)量應(yīng)用中，在液體之上有額外的蒸氣壓力。由于蒸氣壓力不是液位測(cè)量的一部分，需要使用引壓管和有密封件的毛細(xì)管來(lái)抵消它的存在。
b、電子遠(yuǎn)傳技術(shù)采用數(shù)字結(jié)構(gòu)取代機(jī)械部件，響應(yīng)速度更快，測(cè)量精度也有所提高。
c、天氣寒冷時(shí)裝置通常需要伴熱或保溫，要檢查引壓管漏水、冷凝、蒸發(fā)和堵塞。
d、距離過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管會(huì)使壓力傳輸變得誤差過(guò)大，同時(shí)安裝過(guò)程要求較高。
表1 差壓變送器、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)特性比較
儀表類型 測(cè)量精度 可靠性 安裝 泄漏點(diǎn) 維護(hù)量 壽命
差壓變送器 低 一般 復(fù)雜、附件多 較多 大 長(zhǎng)
導(dǎo)波雷達(dá) 較高 較高 簡(jiǎn)單 較少 低 較長(zhǎng)
磁致伸縮 高 高 簡(jiǎn)單 少 極低 長(zhǎng)
③工況干擾比較
實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)工況產(chǎn)生干擾和影響的情況如表2所示。
表2 實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)工況產(chǎn)生干擾和影響的情況
常見(jiàn)工況 差壓變送器 導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì) 磁致伸縮液位計(jì)
壓力變化 影響很大 無(wú)影響 無(wú)影響
溫度變化 影響很大 有影響 無(wú)影響
震動(dòng)干擾 影響很大 有影響 無(wú)影響
電磁干擾 無(wú)影響 有影響 無(wú)影響
介質(zhì) 水、汽 水、汽 水、汽
介電常數(shù) 影響很大 影響很大 無(wú)影響
介質(zhì)成分(如水、汽) 影響很大 影響很大 無(wú)影響
④適用范圍比較
差壓變送器、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)適用范圍如表3所示。
表3 差壓變送器、導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)適用范圍
適用范圍 差壓變送器 導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì) 磁致伸縮液位計(jì)
壓力0-1MPa 適用 適用 適用
壓力0-4MPa 適用 適用 適用
壓力0-30MPa 適用 —— 適用
溫度0-100℃ 適用 適用 適用
溫度0-220℃ 適用 適用 適用
溫度0-565℃ 適用 —— 適用
精度5‰-1‰ 適用 適用 適用
精度1‰ —— —— 適用
量程0-5m 適用 適用 適用
量程0-10m 適用 適用 適用
量程0-30m 適用 適用 適用
由對(duì)比分析可知：
①磁致伸縮液位計(jì)適用于電廠所有工況，精度極高，穩(wěn)定性很好，安裝與維護(hù)量很小，基本不需要維護(hù)。在電廠高加、低加、凝汽器、除氧器等容器設(shè)備以及其他輔機(jī)工位，如油站、化水等均適用。其憑借環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便、高精度、低成本、免維護(hù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今液位測(cè)量領(lǐng)域占較大優(yōu)勢(shì)。
②導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)適合的工況較好，對(duì)溫度和環(huán)境要求較高，對(duì)于安裝空間有一定的要求。安裝要求避開進(jìn)料口，以免產(chǎn)生虛假反射。不能安裝在拱形罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離罐壁很近，最佳安裝位置在容器半徑的1/2處。只有物料處于頂部盲區(qū)和底部盲區(qū)之間時(shí)，才能保證罐內(nèi)物位的可靠測(cè)量，滿足精度要求。調(diào)試較方便，運(yùn)行和維護(hù)量不大。
③差壓變送器適合的工況有限，而且傳感器零漂移嚴(yán)重；測(cè)量偏差大，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差，精度較低，受環(huán)境影響較大；安裝及維護(hù)量較大，無(wú)論是正常運(yùn)行還是例行維護(hù)，工作量都較大，現(xiàn)在基本作為一個(gè)備用選擇。
作者：李信
