磁致伸缩液位传感器

磁致伸缩液位传感器
作者：康健




       二十一世纪已经进入以知识经济为特征的信息时代。传感器技术、计算机技术与通信技术称为现代信息技术的三大支柱。以此相适应的，新一代工业过程检测仪表将朝着数字化、智能化和微型化的方向发展。因此，人们正在利用新的测量园林和超声波、激光、微波等声、光、电新技术，开发新的检测仪表产品，扩大自动检测的新领域。磁致伸缩液位传感器就是近十年在国内外液位测量领域涌现出的新一代液位测量产品。本文将对磁致伸缩液位传感器的原理及其应用进行简要的分析。

1、磁致伸缩液位传感器简介

       磁致伸缩现象是由美国科学家James Prescott Joule于1842年发现的，1940年磁致伸缩技术受限成功应用在潜艇声呐探测距离系统上。20世纪80年代，以美国MTS公司、美国Schaevitz公司为代表的生产厂家，已经成功的将磁致伸缩技术批量的应用在了位移、液位测量领域。利用磁致伸缩效应制作的液位传感器，由于采用非接触式敏感元件，减少了机械磨损，故具有较高的可靠性。根据美国太空总署的测定，磁致伸缩液位传感器的敏感组件之平均无故障时间为23年。同时，由于其安装方便，调试快捷、测量精度高、成本较低，比传统的机械、电容、压力、超声波或伺服装置等测量系统具有更高的应用和经济价值。

       由于磁致伸缩液位传感器具有测量精度高、技术先进、测量范围大(最大可至18m）、测量参数多（可输出位移、脉冲和速度信号）、工况适应性强，使用安全可靠、经久耐用等特点，因此可广泛应用于石油、化工、只要、环保、水利、冶金、电力、饮食加工等各个领域中。

2、磁致伸缩液位传感器工作原理

       磁致伸缩线性液位传感器，由采用不导磁的不锈钢管（测杆）、磁致伸缩线（波导线）、可随液面或界面移动的浮球（内含磁环）和电子部件等部分组成，其工作原理简述如下：

       脉冲发生器产生电流脉冲，经电子部件加以变换，转换成沿波导线传播的博导脉冲即起始脉冲。其产生的磁场与浮球内的磁环形成的磁场矢量相加形成螺旋磁场，产生瞬时扭力，使波导线扭动并产生应力脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导线传回，在电子部件的感应线圈两端产生感应电流脉冲及终止脉冲。通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间周期，乘以这个固定速度，即可精确的确定被测对象的位移或液位。整个测量过程是连续不断地，所以每当浮球（磁铁）被移动时，新的位置很快就会被感测出来。由于输出信号是一个真正的绝对位置输出，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，也不需要像其它类型为宜或液位传感器那样进行定期标定和维护。

       磁致伸缩位移或液位传感器不但可以测量物体的位移或液位，而且可以测量液体的界面（只要适当改变浮球的重量），还可以测量运动物体的速度。

3、磁致伸缩液位传感器的应用及发展趋势

       磁致伸缩液位传感器是采用磁致伸缩原理制造的高精度、长行程、绝对位置测量的液位测量传感器。由于磁致伸缩液位传感器原理先进、结构简单、测量范围较宽、价格适中故可以广泛应用于各种液位测量环境和领域，特别是油田灌区管理及其计量方面。

       传统的库区罐群液位测量一般采用钢带浮子液位计，是利用恒力弹簧来平衡浮子重力的自力式伺服型液位计。这种原理的仪表精度最高约为2-3mm，不能达到油罐库存计量的精度要求（1mm）。国内用的较多的光导电子液位计，是靠重锤平衡浮子种子里的自力式私服系统，虽然其采用光电方式读取码带的精度可以很高，但由于机械结构上的限制，其测量精度一般也仅有2-3mm，也不能作为计量级的液位计的使用。

       磁致伸缩液位传感器其测量范围宽（最大可达18m），测量精度高（一般为0.02%-0.05%或0.1-0.5mm），重复性好（一般为0.002%）且其温度系数较低（一般为0.005%/℃-0.01%/℃），同时可以对油罐的油位、油水界面及多点温度（一般采用5点）进行测量，由于磁致伸缩液位传感器采用非接触传感元件，故具有较高的使用寿命和免维修或标定特性，再加上其安装调试方便（无需清罐）、输出信号多样（有模拟量、脉冲信号、数字信号）、安全防爆（本质安全型和隔爆型）、价格适中（国内价格一般为五千元左右）。因此，磁致伸缩液位传感器已经成为现今库区油罐液位测量比较理想的测量仪表。

       随着现代技术的发展以及各种应用领域的需要，磁致伸缩液位传感器正在朝着大量程、多结构、多参数、防腐、卫生、数字化（如带有RS232或RS485等接口）和智能化（如与HART协议网络兼容）方向发展，数字化和智能化的产品将会成为磁致伸缩液位传感器产品发展的主流。

4、国内磁致伸缩液位传感器身缠现状及发展前景

       磁致伸缩液位传感器在上个实际80年代进入中国市场，其典型产品为美国MTS公司和美国Schaevitz公司的产品，主要应用于进口生产线设备的配套。国内某些科研单位和生产企业早在90年代初便积极开展对磁致伸缩液位传感器的研究和试制工作，但其规模都比较小，且其监测手段也都十分有限，多数产品现今还处于试用性阶段。90年中期，广东康宇测控仪器仪表工程有限公司从美国Schaevitz公司引进全套技术和生产线，生产磁致伸缩位移/液位传感器，绝大多数产品返销美国市场。随着近几年国内市场需求量的迅速增长，该产品已经越来越多的应用到我国国民经济的各个领域，并远远超出了国外市场的需求量。特别是由于该产品充分利用了国内智造的综合技术、生产优势，使其茶品售价仅相当于国外同类产品售价的一半左右，因此在国内市场中具有较强的市场竞争力。

       液位测量技术是随着当今科技进步、生产力迅猛发展的。由于我国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自身的优势和特有的作用。进口产品虽然在性能和质量上面具有较大的优势，但只要国内企业（包括三资企业）抓住机遇，积极引进或开发具有较高技术、性能和质量、且具有较强的价格优势的新型茶品，必将会有十分光明的市场前景，也将会对振兴我国仪器仪表产业做出积极贡献。





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