摘要:磁致伸縮液位計(jì)能滿足加油站罐區(qū)的液位自動(dòng)測(cè)量方面需求,是一種性價(jià)比很高的儀表。通過分析磁致伸縮液位計(jì)的基本機(jī)構(gòu)原理,探討磁致伸縮液位計(jì)加油站油罐檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)、軟硬件設(shè)計(jì)框架、防爆性能,及應(yīng)用前景。XqX壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
1 引言
隨著國(guó)內(nèi)石油化工等行業(yè)和油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)對(duì)液位檢測(cè)和罐區(qū)自動(dòng)化管理需求的提高,尤其是對(duì)加油站地埋罐液位檢測(cè)和精細(xì)化管理的日益重視,現(xiàn)有的液位檢測(cè)技術(shù)已不能完全滿足部分領(lǐng)域的檢測(cè)需求,而磁致伸縮液位計(jì)引起了廣泛關(guān)注 [1-3] 。1980 年代,少數(shù)工業(yè)國(guó)如美國(guó)和德國(guó),利用磁致伸縮原理開發(fā)出了覺對(duì)位移傳感器。
之后美國(guó) MTS 公司shou先將磁致伸縮原理用于液位測(cè)量技術(shù)上,開發(fā)出測(cè)量油罐液位的傳感器。磁致伸縮效應(yīng)在測(cè)量長(zhǎng)度、位移等方面得到了廣泛的應(yīng)用。磁致伸縮液位計(jì)是目前公認(rèn)的精度#高、穩(wěn)定性#好的接觸式液位測(cè)量技術(shù)和應(yīng)用面#寬的產(chǎn)品,與其他的液位檢測(cè)和計(jì)量產(chǎn)品相比,具有明顯的競(jìng)
爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),推廣應(yīng)用前景廣闊,尤其在加油站液位檢測(cè)方面,被公認(rèn)為非常好適用的儀表。
2 磁致伸縮液位計(jì)的基本機(jī)構(gòu)原理和參數(shù)
磁致伸縮液位計(jì)基本原理(圖 1)是將磁浮子系統(tǒng)耦合過來的液位、界位信號(hào),以間隔微秒級(jí)別的時(shí)間發(fā)送的脈沖,以便快速、精準(zhǔn)的尋找到液位計(jì)中磁浮子的位置。這個(gè)脈沖產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿波導(dǎo)絲向下傳導(dǎo)。當(dāng)磁浮子的磁場(chǎng)和脈沖電流磁場(chǎng)相遇時(shí),產(chǎn)生“返回”脈沖。敏感元件探測(cè)到這個(gè)“返回”脈沖。根據(jù)電流脈沖與“返回”脈沖之間的時(shí)間,通過單片機(jī)計(jì)算出浮子的位置,確定被測(cè)液位或界位。
磁致伸縮液位儀外形尺寸如圖 2,可以配置現(xiàn)場(chǎng)顯示器,也可以使用一體化的無顯示結(jié)構(gòu)。其主要性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外 MTS 和 VR 兩家公司同類產(chǎn)品水平,并實(shí)現(xiàn)了智能化數(shù)據(jù)處理、RS485-MODBUS 協(xié)議或兩線制 4~20 mA DC 帶 HART 數(shù)字信號(hào)輸出。整機(jī)雙重防爆(電路本質(zhì)安全防爆和外殼隔爆)、現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)與組態(tài)、抗干擾保護(hù)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)測(cè)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(zhǔn)確度:±1 mm;(5)重復(fù)性:0.5 mm;(6)工作溫度:-45~232℃;(7)介質(zhì)密度:500~1 800 kg/m 3 ;(8)防爆標(biāo)志:NEPSI 本安和隔爆認(rèn)證。
3 通信和軟件組態(tài)
采用 TI 公司內(nèi)置 400 W 抗雷擊保護(hù)的 485 驅(qū)動(dòng)芯片,并采用低速率通信模式,另傳輸更可靠,且在錯(cuò)誤接線的情況下,保護(hù)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(tài)/調(diào)試工具(圖 5)主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備標(biāo)定、組態(tài)、診斷、維護(hù)、監(jiān)測(cè)。分為以下幾個(gè)頁面:儀表信息、儀表組態(tài)、儀表微調(diào)、監(jiān)測(cè)變量、聲速測(cè)定、維護(hù)信息、高級(jí)功能。
在聲速測(cè)定頁面中,可以對(duì)波導(dǎo)絲的超聲速進(jìn)行測(cè)定,并把聲速值設(shè)定到液位計(jì)中。修正頁面中,可對(duì)靈敏度進(jìn)行設(shè)定。不同的傳感器產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)弱不同,針對(duì)這一現(xiàn)象,我們引入了靈敏度這一概念,不論信號(hào)強(qiáng)弱,通過我組態(tài)軟件設(shè)置后,都能保證液位計(jì)正常工作。一般來講,磁浮子離電子模塊組件越遠(yuǎn),信號(hào)越弱。用組態(tài)軟件設(shè)置靈敏度時(shí),應(yīng)將磁浮子滑到液位計(jì)的#底端。
本裝置由三個(gè)按鍵(分別為 ZERO 鍵、SPAN鍵、MENU 鍵)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置功能,主要有:Z鍵用于進(jìn)入提示數(shù)據(jù)設(shè)置界面和移位;S 鍵用于進(jìn)入數(shù)據(jù)設(shè)置界面、增加數(shù)字和數(shù)據(jù)保存;M 鍵用于數(shù)據(jù)保存。
三個(gè)按鍵配合可以在快速完成以下工作:輸入操作碼;設(shè)置單位;設(shè)置量程下限;設(shè)置量程上限;設(shè)置阻尼;定點(diǎn)微調(diào)等,F(xiàn)場(chǎng)按鍵的設(shè)置方便了用戶的現(xiàn)場(chǎng)組態(tài),降低了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的費(fèi)用,提高了效率。圖 6,液位計(jì)應(yīng)用在加油站時(shí),可以在監(jiān)控室集中監(jiān)視油罐內(nèi)的液位,監(jiān)視報(bào)警軟件主要功能特點(diǎn)有:監(jiān)視#多 6 臺(tái)油罐的液面高度。每個(gè)罐都可以設(shè)置上限報(bào)警值和下限報(bào)警值。當(dāng)液位高過上限報(bào)警值和下限報(bào)警值時(shí),PC 喇叭發(fā)出報(bào)警聲音。用戶不需要安裝,直接雙擊即可運(yùn)行。
4 防爆技術(shù)研究設(shè)計(jì)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(hào)板能量限制設(shè)計(jì):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(zhuǎn)脈沖差動(dòng)感應(yīng)為偏置磁場(chǎng)下線圈內(nèi)的電信號(hào),由傳感器檢測(cè)該信號(hào),傳送至放大電路。板子上的兩個(gè)感應(yīng)線圈電感值小于 1.6 mH,兩端分別并聯(lián)有兩個(gè)二極管(V17-V20,型號(hào) BAV199)做保護(hù),#大電壓不會(huì)超過 0.7 V,符合 IIB 本安要求。
隔爆型儀表的外殼設(shè)計(jì):儀表采用全不銹鋼金屬材料設(shè)計(jì),即小巧精美又堅(jiān)固可靠。在符合 GB/T3836.2-2010 的基礎(chǔ)上,預(yù)留了充足的設(shè)計(jì)余量,比如采用 15 mm 的優(yōu)質(zhì)鋼化玻璃,已滿足 1 kg 墜落沖擊試驗(yàn)的需要。
防爆標(biāo)志:ExiaⅡCT2~T4Ga(本安);ExdⅡCT2~6Gb(隔爆)。
5 結(jié)語
磁致伸縮液位計(jì)在蘭州石油化工公司銀灘加油站和浙江、江蘇多家企業(yè)安裝、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 2 年多以來,一直運(yùn)行平穩(wěn)正常,油罐液位檢測(cè)及顯示均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,用戶反映良好。依據(jù)《磁致伸縮液位計(jì)研制開發(fā)》,完成了設(shè)計(jì)和研發(fā)工作內(nèi)容,生產(chǎn)出達(dá)到設(shè)計(jì)要求的磁致伸縮液位計(jì), 形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液位檢測(cè)新產(chǎn)品:AT100 型磁致伸縮液位計(jì),給各個(gè)地方加油站油罐使用。
磁致伸縮液位計(jì)能滿足加油站罐區(qū)的液位自動(dòng)測(cè)量方面需求,是一種性價(jià)比很高的儀表,且計(jì)量效果好,其工作性能穩(wěn)定可靠,操作安全,防護(hù)等級(jí)高,抗干擾能力強(qiáng),值得大力推廣。
目前,我們正進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施和市場(chǎng)推廣宣傳,以期盡快在中油系統(tǒng)推廣應(yīng)用,為國(guó)內(nèi)的加油站液位測(cè)量、監(jiān)測(cè)造及儲(chǔ)罐檢測(cè)計(jì)量提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]磁致伸縮液位傳感器的應(yīng)用與發(fā)展
[2]磁致伸縮液位計(jì)在加油站罐區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
[3]磁致伸縮液位儀的應(yīng)用研究
[4]本安型磁致伸縮液位儀的研制及應(yīng)用
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