摘要：磁致伸縮液位計能滿足加油站罐區的液位自動測量方面需求，是一種性價比很高的儀表。通過分析磁致伸縮液位計的基本機構原理，探討磁致伸縮液位計加油站油罐檢測儀表的設計方法、結構、主要技術參數、軟硬件設計框架、防爆性能，及應用前景。
1 引言
隨著國內石油化工等行業和油品儲運系統對液位檢測和罐區自動化管理需求的提高，尤其是對加油站地埋罐液位檢測和精細化管理的日益重視，現有的液位檢測技術已不能完全滿足部分領域的檢測需求，而磁致伸縮液位計引起了廣泛關注 [1-3] 。1980 年代，少數工業國如美國和德國，利用磁致伸縮原理開發出了絕對位移傳感器。
之后美國 MTS 公司首先將磁致伸縮原理用于液位測量技術上，開發出測量油罐液位的傳感器。磁致伸縮效應在測量長度、位移等方面得到了廣泛的應用。磁致伸縮液位計是目前公認的精度最高、穩定性最好的接觸式液位測量技術和應用面最寬的產品，與其他的液位檢測和計量產品相比，具有明顯的競
爭優勢，推廣應用前景廣闊，尤其在加油站液位檢測方面，被公認為唯一適用的儀表。
2 磁致伸縮液位計的基本機構原理和參數
磁致伸縮液位計基本原理（圖 1）是將磁浮子系統耦合過來的液位、界位信號，以間隔微秒級別的時間發送的脈沖，以便快速、精準的尋找到液位計中磁浮子的位置。這個脈沖產生的磁場沿波導絲向下傳導。當磁浮子的磁場和脈沖電流磁場相遇時，產生“返回”脈沖。敏感元件探測到這個“返回”脈沖。根據電流脈沖與“返回”脈沖之間的時間，通過單片機計算出浮子的位置，確定被測液位或界位。
磁致伸縮液位儀外形尺寸如圖 2，可以配置現場顯示器，也可以使用一體化的無顯示結構。其主要性能指標達到國外 MTS 和 VR 兩家公司同類產品水平，并實現了智能化數據處理、RS485-MODBUS 協議或兩線制 4～20 mA DC 帶 HART 數字信號輸出。整機雙重防爆（電路本質安全防爆和外殼隔爆）、現場校準與組態、抗干擾保護等創新設計。
主要技術參數如下：（1）測量范圍：1 000～21 000 mm；（2）電源：24 V DC（18～32 V）；（3）輸出：4～20 mA、HART 通信、RS485 通信；（4）準確度：±1 mm；（5）重復性：0.5 mm；（6）工作溫度：-45～232℃；（7）介質密度：500～1 800 kg/m 3 ；（8）防爆標志：NEPSI 本安和隔爆認證。
3 通信和軟件組態
采用 TI 公司內置 400 W 抗雷擊保護的 485 驅動芯片，并采用低速率通信模式，另傳輸更可靠，且在錯誤接線的情況下，保護接口電路的安全。圖 3，采集板 CPU 工作流程。圖 4，主控板CPU 工作流程。
組態/調試工具（圖 5）主要對現場設備標定、組態、診斷、維護、監測。分為以下幾個頁面：儀表信息、儀表組態、儀表微調、監測變量、聲速測定、維護信息、高級功能。
在聲速測定頁面中，可以對波導絲的超聲速進行測定，并把聲速值設定到液位計中。修正頁面中，可對靈敏度進行設定。不同的傳感器產生的信號強弱不同，針對這一現象，我們引入了靈敏度這一概念，不論信號強弱，通過我組態軟件設置后，都能保證液位計正常工作。一般來講，磁浮子離電子模塊組件越遠，信號越弱。用組態軟件設置靈敏度時，應將磁浮子滑到液位計的最底端。
本裝置由三個按鍵（分別為 ZERO 鍵、SPAN鍵、MENU 鍵）實現現場設置功能，主要有：Z鍵用于進入提示數據設置界面和移位；S 鍵用于進入數據設置界面、增加數字和數據保存；M 鍵用于數據保存。
三個按鍵配合可以在快速完成以下工作：輸入操作碼；設置單位；設置量程下限；設置量程上限；設置阻尼；定點微調等。現場按鍵的設置方便了用戶的現場組態，降低了現場維護的費用，提高了效率。圖 6，液位計應用在加油站時，可以在監控室集中監視油罐內的液位，監視報警軟件主要功能特點有：監視最多 6 臺油罐的液面高度。每個罐都可以設置上限報警值和下限報警值。當液位高過上限報警值和下限報警值時，PC 喇叭發出報警聲音。用戶不需要安裝，直接雙擊即可運行。
4 防爆技術研究設計與本安、隔離防爆取證
本安防爆型儀表 [4] 的拾波線圈組件及信號板能量限制設計：本安防爆型儀表的拾波線圈組件，其作用是將磁致伸縮絲的受激扭轉脈沖差動感應為偏置磁場下線圈內的電信號，由傳感器檢測該信號，傳送至放大電路。板子上的兩個感應線圈電感值小于 1.6 mH，兩端分別并聯有兩個二極管（V17-V20，型號 BAV199）做保護，最大電壓不會超過 0.7 V，符合 IIB 本安要求。
隔爆型儀表的外殼設計：儀表采用全不銹鋼金屬材料設計，即小巧精美又堅固可靠。在符合 GB/T3836.2-2010 的基礎上，預留了充足的設計余量，比如采用 15 mm 的優質鋼化玻璃，已滿足 1 kg 墜落沖擊試驗的需要。
防爆標志：ExiaⅡCT2~T4Ga（本安）；ExdⅡCT2~6Gb（隔爆）。
5 結語
磁致伸縮液位計在蘭州石油化工公司銀灘加油站和浙江、西安多家企業安裝、現場應用 2 年多以來，一直運行平穩正常，油罐液位檢測及顯示均達到設計要求，用戶反映良好。依據《磁致伸縮液位計研制開發》，完成了設計和研發工作內容，生產出達到設計要求的磁致伸縮液位計， 形成了自主知識產權的液位檢測新產品：AT100 型磁致伸縮液位計，給各個地方加油站油罐使用。
磁致伸縮液位計能滿足加油站罐區的液位自動測量方面需求，是一種性價比很高的儀表，且計量效果好，其工作性能穩定可靠，操作安全，防護等級高，抗干擾能力強，值得大力推廣。
目前，我們正進一步進行產業化的實施和市場推廣宣傳，以期盡快在中油系統推廣應用，為國內的加油站液位測量、監測造及儲罐檢測計量提供優質產品和技術服務。
參考文獻
[1]磁致伸縮液位傳感器的應用與發展
[2]磁致伸縮液位計在加油站罐區監測系統中的應用
[3]磁致伸縮液位儀的應用研究
[4]本安型磁致伸縮液位儀的研制及應用
注明，仕樂克儀表文章均為原創，轉載請標明本文地址
