双浮子磁致伸缩液位传感器的结构设计

双浮子磁致伸缩液位传感器的结构设计
作者：安世锋；张晖





       测量技术随着科技进步、生产力的迅猛发展以及社会需求不断增长而迅速发展。由于国内液位测量市场需求较大，因此各种类型的液位测量装置正在利用其自身的特点发挥着其绝对的优势和特有的作用。磁致伸缩液位传感器是采用磁致伸缩原理设计的高精度、长行程、绝对位置测量的液位测量传感器，由于其结构简单、测量范围较宽且价格适中，故可广泛应用于各种液位测量领域，特别是加油站油罐区液位的计量。单浮子磁致伸缩液位传感器仅能测量油位，不能检测油罐底部水的液位，也不能对温度进行测量。为此，中国石油兰州石化公司仪表厂自主研发了双浮子磁致伸缩液位传感器，可以同时对油罐的油位、油水界面和多点温度进行测量，现就其工作原理和结构设计进行详细介绍。

1、工作原理

       磁致伸缩液位传感器是基于磁致伸缩效应、浮力原理、电磁感应及电子技术等综合技术设计的高精度液位测量仪表，将浮子式位移量检测的接触法测量变为磁浮子式时间量检测的非接触法测量，以获得高精度的测量结果。该仪表由探芯( 含温度组件) 、探管、电路( 含线圈组件) 、表壳、油浮子和界位浮子 6 部分组件构成。由于电路组件可探测由同一询问脉冲所产生的连续返回脉冲，因此可在同一传感器上配备多个活动磁浮子，同时进行液位及界位等多参数的测量。在实际测量过程中，电路组件发出一个询问脉冲，此脉冲电流同时产生一环形磁场，同时沿探管随液位上升的浮子组件内置一永久磁铁，产生轴向磁场，当两磁场相交时产生的螺旋磁场使波导丝产生应变，并以超声波速度运行到电路组件的检测线圈，测量从发射电流脉冲的时刻到返回应变脉冲的时间乘以应变运行的速度，即可得到被测液位。

2 结构

       磁致伸缩液位传感器采用非接触测量方法测量活动磁铁，由于磁铁和传感器不直接接触，因此即使在恶劣工业环境下( 如油渍、溶液、尘埃或其他污染环境) 也能正常工作。

2.1探芯组件

       探芯组件是传感器的核心部件，包含测量信号用的磁致丝与温度测量部件。探芯组件中要合理安排回流导线与温度检测部件的电源信号线，同时合理分布温度检测部件的位置。探芯组件的设计，主要是采用规格化的支撑管构成基本支架，支撑管每段长 200mm，这样组成的探芯组件长度就能以 200mm 长的整倍数增加。支撑管按照截面半圆形设计，在两个开放的边设置凹凸对称的筋，两个支撑管对向卡接成一个密封直管，多组支撑管首位相接构成支撑管的基本支架。

2． 2 探管组件

       探管组件是传感器的外部结构，用于保护探芯组件，该组件全部由 316 不锈钢制成，能适应很多的使用环境。同时，材料的选用也充分考虑了对传感信号的干扰，最大程度地保证了传感信号传递的精确度。探管组件由基座与表壳组件密封连接，可以很好地保护电路元件不受侵蚀。

2． 3 表壳组件

       表壳组件用于保护电路组件，设计时充分考虑确保电路组件的安全性，同时也保证电路组件与外界的隔绝和互不干扰。该组件采用304 不锈钢制成，充分考虑了材料的成本及其对传感器性能的影响。这个部位小量的磁性并不影响整个传感器的性能，故采用会产生少量磁性的304 不锈钢。其上端的外螺纹是为方便加油站安装使用，由于加油站的安全要求，从传感器引出的电缆必须经防爆挠管接入防爆接线盒内，此外螺纹正好用来与防爆挠管配合安装。

2． 4 电路组件

       电路组件是传感器结构中产生、接收信号并进行计算的组件，也是核心组件。电路组件在研制过程中模拟使用现场，通过多种软、硬件的设计并不断改进，解决了磁致缩液位仪上、下死区及双浮子之间的干扰等问题，使其测量精度更高，避免特殊情况时出现参数读取不准确的问题，解决了磁致伸缩液位仪的测量瓶颈。

       为了保证磁致丝由探芯组件连接到电路组件的直线性高且信号传递不受干扰，中国石油兰州石化公司仪表厂在电路板的安置中设计了电路板支撑架，使电路组件能够平稳放置，并在电路板上设计安装了磁致丝焊接柱，在磁致丝穿过焊接柱的同轴孔后张紧并用一字槽顶丝压紧，不仅使磁致丝张紧，而且能很好地保证磁致丝的直线性，减少了对信号不必要的干扰。

2.5油浮子组件和界位浮子组件

       油浮子组件和界位浮子组件是反射信号组件。根据各种油品的密度经统计计算确定这两种浮子的比重关系，保证两种浮子在油罐中处于理想位置，从而保证读取的数据准确。在油浮子组件和界位浮子组件的装配过程中，注意磁环要轻拿轻放。油浮子组件比界位浮子组件少一块配重片，只在磁环的上端有一块配重。

3 结束语

       磁致伸缩液位传感器经过多次反复试验和修改，通过在试点加油站进行试运行，产品结构现已定型。磁致伸缩技术应用于液位测量已经被油品销售企业重视和青睐，集中配送管理模式的运行与行业内推广、管理决策的网络化将能使其发挥更有效的作用，为油品进、销、存环节的管理手段现代化提供硬件保证。






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