磁致伸缩油罐计量传感器

来源：拿度科技 浏览量： 时间：2023-02-16 13:52

磁致伸缩油罐计量传感器
作者：Wade；D.；Peterson；袁凤

磁致伸缩液位传感器在一个仪器上提供液位和容积计量、界面和泄漏检测及温度测量的能力，使油罐计量技术产生了一次新的革命。磁致伸缩传感器在诸如石油、化学、压力控制、卫生（食物/药物）及废水处理的许多工业中获得了广泛应用。磁致伸缩油罐创安琪监测埋入浮子中的永久磁铁的直线位置。传感器是非接触式的，即：浮子不接触传感器元件，保护了传感器元件免受腐蚀液体的危害。磁致伸缩元件是一个绝对器件（与增量反向）可进行连续测量，甚至提供的电源能关能开。

2、磁致伸缩传感器元件

磁致伸缩涉及到某些金属的能力，如铁或镍。当把它们放在磁场中时，产生膨胀或收缩。在铁合金中，通常效应较小，约为30*10.单新材料已经使磁致伸缩效应增加到大于1500*10.

（1）磁致伸缩声波导管，它测量移动的永久磁铁的位置。

（2）移动的永久磁铁放置在声波导周围的被测点上。在油罐传感器中，磁铁埋入浮子内部。在磁铁附近，管子的一部分在轴向被磁化。电流脉冲在导线的周围产生环形磁场。当环形磁场的组合在管中产生很强的螺线场。螺线场产生一个称之为Wiedeman效应的磁致伸缩作用（螺旋场的转动随声波传送到管的两端）。在波导的最远端（与头部的电路反向），一个橡胶阻尼器组织了螺线场转动，并防止了管端的反射。

在传感器前端，螺线磁场的运动在铂磁致伸缩隙中转换成横向应力。利用已知的Villari效应现象，通过传感线圈而受到干扰。这就在传感线圈两端产生电压，并由内部电路进行放大。激励脉冲与声波返回脉冲之间的时间间隔转换成线性位移，因为声波通过管子的传播速度已知并且是常数。采用各种接口-4-20mA正向数字出入口和几个相同性质的电路，位移测量能传送到外部控制系统。在同一个传感器中也能使用多个移动磁铁，这有助于在系统中使用多个界面浮子。

3、磁致伸缩传感器的准确度

磁致伸缩传感器的可重复性优于0.0001″（0.00254mm），非线性小于满行程的0.05%，滞后小于0.001″（0.0254mm）。磁致伸缩传感器的温度稳定性高，这是因为声波导元件选用温度稳定的材料制作，波导元件自身的典型热性能优于3*10-5/°F（5.4*10-8/℃）。

4、测量液位和容积

磁致伸缩传感器测量液体的液位。如果对液体容积有要求。根据已知的油罐形状（油管几何尺寸）就能计算出容积。该技术称之为容积法。如果油罐的几何尺寸未知，并且复杂，采用了油罐围测技术。油管围测是一个经验技术，它将所测得离散液位位置转换成容积，然后输入数字控制器的表中。在测量期间，控制器查寻传感器的位置，并从表中读出响应的容积。对表中单个值之间的值进行内插。利用数字控制器能很方便地控制油罐几何尺寸和油罐围测技术。油罐围测技术的优点是能使用与复杂形状的油罐。缺点是必须取剖面数据（液位/容积）并且数据输入围测表，然而，大多数油罐厂家将提供标准产品液位/容积资料。

利用油罐几何尺寸计算容积在理论上有很高的的准确度，但它仅用于简单的油罐或不需要高准确度的地方，因为该技术有严重的缺点---许多打的油罐对其自己的重量变得失真，引起测量计算误差。所以，党对准确度有要求时，最好是用围测表。

5、表面波的影响

磁致伸缩油罐传感器系统能以很高的精度控制表面波的影响。液体表面的波纹或波动引起浮子上下运动，使输出信号产生“噪声”。通过对传感器输出信号平均就能克服这个影响。

6、撒谎父子

BS&W（碱、沉淀和水）系统，有时称之为双产品系统能很方便的采用磁致伸缩技术。最通用的BS&W系统是汽油罐。水和沉淀，由于他们有较高的密度而沉积到罐的底部。专用的界面浮子寻找两种液体之间界面，保证了水和汽油容积的测量。对该应用，界面浮子应比水轻，但比汽油重。浮子制作时，必须具有准确的重量和容积公差。界面浮子也允许多种产品存储在同一个罐中，一种应用是将丙酮和盐酸存储在一起，界面浮子允许用同一个传感器监测两种产品的液位，节省了时间和经费。

7、温度剖面

温度测量传感器（如热电偶或RTD）是磁伸缩油罐传感器最通用的辅助设备。它们放置在离传感器5或6的位置上，这样可以连续方式监测液体的温度剖面。液体随温度膨胀或收缩，影响油罐中产品的容积。温度传感器可对液体温度进行补偿。油罐中温度和密度变化也会引起也诶分层，多个温度传感器能获得液体的热剖面。利用液体的热膨胀系数可对容积进行修正。大多数液体的热膨胀系数是可得到的，例如，通过美国石油研究院可获得汽油和其它石油产品的热膨胀系数。温度传感器也用于需在配置前监测液体温度的工业应用中。温度传感器放置在油罐传感器的罩内，以保护他们免于腐蚀液体的危害。

8、泄露检测

泄漏检测已经获得了广泛的应用，并且在严格的新环境保护法下迫使油罐拥有者进行泄漏检测。这相当昂贵，尤其是像零售气体站这样的地下存储罐。对地下存储罐的检修时很困难的，因为必须用钩将他们吊起来再卸到地面。磁致伸缩传感器通过监测整个时间容积的变化来确定泄漏率。为防止误差，通常在没有检修的情况下对油罐进行从列昂，即当液体没有抽进或抽出油罐时，泄漏率（0.15加仑/分钟），可根据相同周期内容积的变化计算出。

9、液体补偿

磁致伸缩传感器原件外面有一个圆形罩，以保持它不受外部液体的影响。油罐传感器能用于汽油、柴油燃料、盐水、牛奶、啤酒、化学工业和许多其它腐蚀和非腐蚀液体中，罩的材料根据应用选择，通常选择铜、不锈钢、Kynar和Teflon。各种类型的浮子对液位传感器是有用的。像罩一样，浮子必须不受液体的影响。然而，也可根据液体密度、类型、粘度和响应率选择浮子。在一些情况下，浮子的尺寸和形状是非常重要的。

10、接口电路

油罐传感器系统通过各种接口可与其它电子线路相连。早期系统经常用合适的电路来指示位置和温度数据。现代系统提供标准接口，如4-20mA和直接数字寻址能力（也称之为串行I/O）。在磁致伸缩油罐传感器系统中，直接数字寻址技术变得非常普及，像字段、总线或RS-485这些接口，使多个油罐传感器分享一个公用的双纽线。这样就可连续到可编程逻辑控制器（PLC）、个人计算机或计算机网络。传感器所在的整个阵列（如压力或流率）目前能利用台式PC监测。磁致伸缩传感器需要很小的功率，这使得他们可用于诸如汽油、柴油燃料存储、潜在的爆炸应用中。这种类型的传感器称为固有安全型，因为在潜在的爆炸区域内他们限制能量低于燃烧所需的液位。

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