CN205642557U - 磁致伸缩式液位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁致伸缩式液位测量装置，包括测量头、保护套管、变送器、波导管和球状的磁性浮子，波导管的顶端连接在测量头的下端，在波导管外侧套装保护套管，在测量头内装有变送器；磁性浮子滑动套在保护套管外；变送器由依次连接的脉冲发生器、回波接收器、信号检测与处理电路组成，脉冲发生器的输入端与波导管连接；磁性浮子包括一个用于测量油位的油液面磁性浮子和一个用于测量油水界位的油水界面磁性浮子，该油水界面磁性浮子设在油液面磁性浮子的下面；在波导管的底端设置一块用于自校正的磁铁。本实用新型结构简单，密封性好，测量精度高，使用寿命长；具有自校正功能；可以测试液体表面和油水截面，扩展了使用功能。

Description

磁致伸缩式液位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种磁致伸缩式液位测量装置。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展,尤其是新材料的不断涌现和计算机、通信技术的飞速发展,液位测量原理和测量方法在不断发展和更新。同时，工业生产也对液位测量提出了越来越高的要求,要同时满足高准确度、大量程、多参数测量的要求,传统的浮子式、电阻式、电容式、超声波等液位传感器都不能很好地满足这些测量要求,采用磁致伸缩液位传感器,使这些问题得到了较好的解决。

磁致伸缩液位计是利用韦德曼效应原理，通过现代先进的电子技术手段，精密的计测脉冲波间的时间值，达到精确测量液体的液位的目的。这一方式原理生产的液位计是目前测量液位领域最为精确、简单，性能稳定可靠成熟的产品。尤其是在小量程、常温、常压这普通环境下更独具优势，是其它测量方法不可比的。磁致伸缩式液位计是一种可对动态系统中的连续液位、界面进行测量,并提供用于监视和控制模拟信号输出的高精度测量仪表,由360度内磁浮子；传感器(压磁传感器和磁致传感管):塑封全智能化电子装置组成。液位计的核心部分是由一定的磁致伸缩物质构成的波导管。

磁致伸缩意指一些金属(如铁或镍)在磁场作用下具有伸缩能力。磁致伸缩的原理是利用两个不同的磁场相交时产生的一个应变脉冲信号,然后计算出这个信号被控测所需的时间周期,从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自活动永磁铁,另一个则来自由传感器的电子部件产生的电流脉冲(该电流脉冲同时产生一个磁场)即“询问信号”。当“询问信号”同波导管上的浮子内的永磁体所产生的磁场相交时产生相互作用,波导管发生磁致伸缩现象,产生一个应变脉冲我们称之为“返回信号”。从产生询问信号的一刻到返回信号被控测到所需的时间周期乘以固定的声音速度,我们便能准确的计算出磁铁的位置变化。由于输出信号是一个绝对值,而不是比例的或需要再放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,所以此类仪表不必和其他类型的位移传感器一样需要定期重新标定。

磁致伸缩测量技术是最近20年在世界上广泛应用的液位测量技术，尤其是在加油站，目前基本上100％都使用磁致伸缩液位仪进行加油站储罐液位、水位、温度的测量，在大型储罐的油品计量也越来越多的应用。在过程控制领域，对该技术的认可也在逐步提高，采用该技术用于过程控制的高温、高压、高腐蚀性介质的液位计量。

磁致伸缩液位仪在工作时，液位计电子头产生一低电流“询问脉冲”，此电流同时产生一磁场沿波导管内的感应线向下运行，浮子内装有一组永久磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。当电流磁场与浮子磁场相遇时，立即产生一个名为“波导扭曲”的脉冲(魏德曼效应)，或简称为“返回脉冲”。从询问脉冲开始至返回脉冲被电子部件(收发器)探测到的时间便是相对液体变动的位置。

现有磁致伸缩液位仪存在的主要缺点有：结构复杂，密封性较差，不能保证测量精度，使用寿命短；不具有自校正功能；只能测试液体表面，功能单一。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种磁致伸缩式液位测量装置，以解决现有技术存在的结构复杂，密封性较差，不能保证测量精度，使用寿命短；不具有自校正功能；只能测试液体表面，功能单一的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种磁致伸缩式液位测量装置，包括测量头、保护套管、变送器、波导管和球状的磁性浮子，波导管的顶端连接在测量头的下端，在波导管外侧套装保护套管，在测量头内装有变送器；磁性浮子滑动套在保护套管外；变送器由依次连接的脉冲发生器、回波接收器、信号检测与处理电路组成，脉冲发生器的输入端与波导管连接；磁性浮子包括一个用于测量油位的油液面磁性浮子和一个用于测量油水界位的油水界面磁性浮子，该油水界面磁性浮子设在所述的油液面磁性浮子的下面。

在所述的波导管的底端设置一块用于自校正的磁铁。

本实用新型的优点是：结构简单，密封性好，测量精度高，使用寿命长；具有自校正功能；可以测试液体表面和油水截面，扩展了使用功能。

附图说明

图1是本实用新型安放于储罐中的总体结构示意图；

图2是本实用新型的变送器构成框图。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型磁致伸缩式液位测量装置，包括测量头1、保护套管2、变送器3、波导管4和球状的磁性浮子，波导管4的顶端连接在测量头1的下端，在波导管4外侧套装保护套管2，在测量头1内装有变送器3；至少一个磁性浮子滑动套在保护套管2外；变送器3由依次连接的脉冲发生器31、回波接收器32、信号检测与处理电路33组成，脉冲发生器31的输入端与波导管4连接；磁性浮子包括一个用于测量油位6的油液面磁性浮子5和一个用于测量油水界位8的油水界面磁性浮子7，该油水界面磁性浮子7设在所述的油液面磁性浮子5的下面。信号检测与处理电路33的输出端处理后的标准信号提供给计算机或二次仪表(未图示)。使用时，图1中的测量头1装置在罐体12之外,由不锈钢或铝合金材料做的保护套管套2在波导管4外,插入液体(罐体12内的上部是油液10，下部是水11)中直达罐底。若在波导管4的底端再设置一块磁铁9,还可以完成自校正功能,使本实用新型无须定期标定。

本实用新型的工作原理是：利用两个不同的磁场相交使波导管4发生波导扭曲,产生一个超声波信号,然后计算这个信号被探测所需的时间,便能换算出动磁铁的准确位置。图1中,位于中央的是磁致伸缩波导管4,在它的轴向方向配置非接触移动的油液面磁性浮子5和油水界面磁性浮子7,为磁致伸缩波导管4产生轴向磁场。当在金属线上有一个轴向的电流脉冲时,在波导管4上产生周向磁场,周向和轴向磁场矢量合成倾斜磁场,因周向磁场产生于瞬间,所以倾斜磁场也瞬间产生。一旦磁场发生瞬间变化时,根据威德曼效应,波导管4随其瞬间变形产生波导扭曲,同时产生一个应变脉冲的超声波信号,在波导管4中以固定的速度向两端传播。当超声波沿波导管4传到变送器3一端时,超声波被固连在波导管4上的回波接受装置接收转换为电脉冲,该脉冲经放大送到主要由计数器组成的信号检测与处理电路33(可以采用单片机)中。超声波在波导管4中是以恒速传播的,测出脉冲发射与脉冲接收两者之间的时间间隔,乘以这个固定速度,即可得到磁铁9的位置,实现位置检测。磁浮子距离变送器越远,声波传播所需的时间越长,测得的时间间隔也越长。这个过程是连续不断的,所以每当磁铁9移动时,新的位置就被检测出来。波导管4中超声波的传播速度一般在1800-2000m/s。当计时频率为200MHz时,以超声波传播速度2000m/s为例,本实用新型的测量分辨率＝(2000m/s)/200MHz＝0.01mm。

由此可见,只要计数脉冲的频率足够高,该磁致伸缩式液位传感器的理论分辨率可以达到无穷小,实际上可以达到甚至优于0.01mm,而且还可采用温度补偿等措施,所以磁致伸缩式液位传感器能够达到很高的准确度。测量头1内的变送器3含单片机控制系统,可以探测到同一发射脉冲所产生的连续返回脉冲,所以在同一传感器上安装2个浮子,可以同时进行油位、水位的测量。若在波导管底部(罐底)固定一个环形磁铁9,还可完成自校准功能,消除温度对波速的影响。设罐总高L,超声波从油面、油水界面和罐底返回的时间分别为T1、T2和T3,则油位:L1＝L(T3-T1)/T3；水位:L2＝L(T3-T2)/T3。所以在同一传感器上配多个活动磁浮子,可以同时进行液位、界位多参数测量。

本实用新型的使用特点:

(1)测量精度可达0.01％FS(全量程),其非线性精度能小于0.01％FS,重复精度能小于0.001％FS。在现有液位传感器中,只有伺服型浮子液位传感器、雷达液位传感器和光纤液位传感器的测量精度可达到毫米量级。测量范围大,硬杆式为91m,软缆式可达18m,一般的测量范围均可满足。测量界面时,过去一般用浮筒式、磁浮子式较多,但效果不佳。射频导纳液位传感器测界面有一定的优势,但精度不高。磁致伸缩液位传感器在测量界面上较以上各类界面仪均有优势,它不仅可靠性高,受介质变化影响小,而且准确度也高。

(2)由于采用波导管来传播超声波,故介质的雾化和蒸气、介质表面的泡沫等都不会对测量精度造成较大的影响。输出信号一般采用4～20mA标准电流信号或RS485数字信号,可直接接入DCS系统或其它计算机管理系统,便于用微机对信号进行处理。

(3)液位传感器的整个变送器3和波导管4密封在保护套管2内,其传感器元件和被测液体非接触。虽然测量时,磁性浮子不断移动,但不会对传感器造成任何磨损,所以性能可靠,使用寿命长,无故障工作时间最长可达23年,适合多种恶劣环境。

(4)安装、调试、标定简单方便。在现场安装确定之后,可准确计算出液位(或界面)零点及满量程在测量保护套管上的相应位置,在安装前即可通电调试,把浮子分别置于零点和满量程位置,调零点和满量程输出分别为4mA和20mA,无需通过液面(或界面)升降来调试、标定。由于输出信号反映的是绝对位置的输出,而不是比例或需要再处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,不需要像其它类型的液位传感器那样进行定期标定和维护,大大节省了人力和物力,为用户带来极大的方便。

(5)可进行多点、多参数的液位测量,有自校正、免维护等独特功能。安全性高,磁致伸缩液位传感器的防爆等级一般有隔爆型和本安型两种,适合工作在各种易燃、易爆、高温、高压等危险场所,测量时无需人工开启罐盖,避免了人工测量带来的不安全因素。

Claims (2)

1.一种磁致伸缩式液位测量装置，其特征在于，包括测量头(1)、保护套管(2)、变送器(3)、波导管(4)和球状的磁性浮子；其中，波导管(4)的顶端连接在测量头(1)的下端，在波导管(4)外侧套装保护套管(2)，在测量头(1)内装有变送器(3)；磁性浮子滑动套在保护套管(2)外；变送器(3)由依次连接的脉冲发生器(31)、回波接收器(32)、信号检测与处理电路(33)组成，脉冲发生器(31)的输入端与波导管(4)连接；所述的磁性浮子包括一个用于测量油位(6)的油液面磁性浮子(5)和一个用于测量油水界位(8)的油水界面磁性浮子(7)，该油水界面磁性浮子(7)设在所述的油液面磁性浮子(5)的下面。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩式液位测量装置，其特征在于，在所述的波导管(4)的底端设置一块用于自校正的磁铁(9)。