摘要：磁致伸縮液位計是近幾年才在國內興起的一種新型液位計。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，在工程設計和實(shí)際使用中積累了一些經(jīng)驗。筆者簡(jiǎn)單的介紹一下磁致伸縮液位計的基本原理與結構并結合精細化工生產(chǎn)中的實(shí)例，探討其在工程實(shí)踐中的應用。

1、磁致伸縮液位計的工作原理與結構

磁致伸縮液位計是基于磁致伸縮原理設計的，它由3部分組成：探測桿、電路單元和浮子。浮子裝在探測桿上，內裝有一組永磁鐵，它可以沿著(zhù)探測桿隨液位的變化而上下移動(dòng)。測量時(shí)，電路單元中的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖沿著(zhù)探測桿內的波導絲傳遞時(shí)，伴隨電脈沖產(chǎn)生一個(gè)垂直于波導絲的環(huán)形磁場(chǎng)以光速沿波導絲傳遞。當脈沖環(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)扭力并在波導絲上形成一個(gè)機械扭力波以聲速傳遞返回到電路單元，在感應線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生感應脈沖。通過(guò)測量出發(fā)電脈沖與感應脈沖之間的時(shí)間差，就可以精確地計算出被測液面高度。如果將溫度傳感器(熱電阻)裝在探測桿內，就可以同時(shí)測定介質(zhì)溫度。

2、特性及優(yōu)缺點(diǎn)

由以上磁致伸縮液位計的原理結構可以得知，由于利用非接觸的敏感元件，減少了磨損機會(huì )，所以這種液位計較為可靠耐用。由于安裝容易，調試快捷，所以安裝成本較低。此外，無(wú)須定期維修或重新標定，不必庫存備件。在大致相同或較低的成本下，磁致伸縮液位計比起其他種類(lèi)的液位計具有更高的精度和更佳的經(jīng)濟效益。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

2.1 只需一臺儀表便可同時(shí)測量產(chǎn)品的液位、界面及溫度。既可以作液位計使用，又可以作界面計使用，筆者認為這是磁致伸縮液位計*主要的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 精度高，分辨率優(yōu)于0.01%FS，這是用其他液位計難以達到的精度。

2.3 安全性好，由于采用了本安防爆，使用安全，特別適合對化工原料和易燃易爆液體的測量。磁致伸縮液位計的缺點(diǎn)是：由于在結構上采用了浮球形式，它不適用于測量高粘度液體以及容易聚合的液體。另外，當被測液體容易結晶或是含雜質(zhì)較多時(shí)，浮球容易被卡住而使測量結果不準。

3、工程實(shí)際應用

下面我們結合工程實(shí)例來(lái)探討磁致伸縮液位計的應用。

3.1 在高精度液位測量中的應用

湖南衡陽(yáng)萊德生物制劑公司有一臺丙烷臥式儲罐，高度為3.3m，工藝專(zhuān)業(yè)要求精確測量液位，誤差要求控制在±5mm以?xún)?。以前廠(chǎng)方在罐上裝了一臺國產(chǎn)北京古大儀表公司生產(chǎn)的超聲波液位計。從實(shí)際使用效果看，平時(shí)靜態(tài)地顯示液位效果勉強還可以，但是當物料進(jìn)出儲罐時(shí)誤差就急劇增大，無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。從超聲波液位計的原理可知，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，更換液位計是必然的選擇。開(kāi)始我們打算上雷達液位計，從雷達液位計原理來(lái)分析，這種液位計是根據發(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)計算液位的，若介質(zhì)為導電介質(zhì)，則其能很好地反射電磁波，介質(zhì)的介電常數越大，反射信號越強，雷達液位計就越適于使用。但是丙烷屬于非導電介質(zhì)，其介電常數偏低(εr<1.9)，如使用雷達液位計測量丙烷的液位，液位計很可能接收不到足夠的反射電磁波信號。雷達液位計比較常用的頻率有6.3GHz與26GHz兩種，如用26GHz頻率的電磁波測量，液位計會(huì )因回波信號弱造成液位測量不準確；如用6.3GHz頻率的電磁波測量，電磁波甚至會(huì )直接穿透丙烷液體層，從儲罐底部返回虛假信號，以至于完全無(wú)法測量。

鑒于這種情況，只剩下伺服液位計和磁致伸縮液位計可以選擇。伺服液位計也是一種很**的液位計，它是基于浮力平衡的原理，由微伺服電動(dòng)機驅動(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)的電機轉動(dòng)角度來(lái)計算液位。它也是既可以測量液面也可以測量界面，精度*高可達±0.7mm，且不受介質(zhì)密度變化和蒸汽的影響。但是伺服液位計的價(jià)格太貴，單臺購買(mǎi)價(jià)格在7萬(wàn)元左右，業(yè)主實(shí)在無(wú)法接受，*后我們選用了一臺國產(chǎn)磁致伸縮液位計(美國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)，測量穩定可靠，誤差控制在±3mm(與理論計算出的液位值相比較)，還可以連續監測介質(zhì)溫度，節省了一臺溫度變送器的安裝費用，業(yè)主對此*為滿(mǎn)意。

3.2 在分層液體界面控制中的應用

海利常德農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，其原理結構如圖1所示：

從圖中可以看出，這是一個(gè)連續化的生產(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，物料連續地從分離罐V103的中部進(jìn)料口流入罐內，在罐內自然分層。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儲罐；油性組分必須通過(guò)液位調節閥LV103進(jìn)入V101儲罐；同時(shí)為了防止物料過(guò)多，從分離罐頂部溢出，還需設置罐內高液位時(shí)的報警。

針對這種情況，筆者選用了一臺國產(chǎn)磁致伸縮液位計來(lái)實(shí)現此功能。如圖中所示，這臺磁致伸縮液位計帶有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，故選擇液位計上浮子的密度為0.7，使之懸浮在水性組分上；選擇液位計下浮子的密度為1.1，使之懸浮在罐內的油水混合層中。罐內的液位高度和界位高度通過(guò)4~20mA信號與HART協(xié)議由屏蔽電纜送進(jìn)DCS。當油性組分液位下降，混合層液位隨之下降，液位計通過(guò)DCS控制調節閥LV103，使之開(kāi)度關(guān)小，使混合層液位恢復正常；當油性組分液位上升，混合層液位隨之上升，調節閥LV103開(kāi)度增大，使混合層液位回復正常值。當罐內整體液位過(guò)高時(shí)，DCS報警，提醒操作人員采取措施。這臺磁致伸縮液位計探測桿長(cháng)1.5m，外套聚四氟乙烯，測量精度*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，磁致伸縮液位計用于分層液體界面的測量與控制，無(wú)論從實(shí)用性還是從經(jīng)濟性角度來(lái)考慮，都是一個(gè)非常好的選擇。

4、結束語(yǔ)

作為一種較新型的測量?jì)x表，磁致伸縮液位計相比其它類(lèi)型的液位計，具有其自身獨特的優(yōu)勢。隨著(zhù)其產(chǎn)品的逐漸普及，給我們的液位測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實(shí)際應用中的2個(gè)小小的典型案例。筆者相信，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，磁致伸縮液位計必將在化工生產(chǎn)上得到更加廣泛的應用。