1 引言

        隨著(zhù)國內石油化工等行業(yè)和油品儲運系統對液位檢測和罐區自動(dòng)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(shù)已不能完全滿(mǎn)足部分領(lǐng)域的檢測需求，而磁致伸縮液位計引起了廣泛關(guān)注 [1-3] 。1980 年代，少數工業(yè)國如美國和德國，利用磁致伸縮原理開(kāi)發(fā)出了覺(jué)對位移傳感器。

 

        之后美國 MTS 公司shou先將磁致伸縮原理用于液位測量技術(shù)上，開(kāi)發(fā)出測量油罐液位的傳感器。磁致伸縮效應在測量長(cháng)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#高、穩定性#好的接觸式液位測量技術(shù)和應用面#寬的產(chǎn)品，與其他的液位檢測和計量產(chǎn)品相比，具有明顯的競

爭優(yōu)勢，推廣應用前景廣闊，尤其在加油站液位檢測方面，被公認為非常好適用的儀表。

 

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(guò)來(lái)的液位、界位信號，以間隔微秒級別的時(shí)間發(fā)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(gè)脈沖產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿波導絲向下傳導。當磁浮子的磁場(chǎng)和脈沖電流磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生“返回”脈沖。敏感元件探測到這個(gè)“返回”脈沖。根據電流脈沖與“返回”脈沖之間的時(shí)間，通過(guò)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(chǎng)顯示器，也可以使用一體化的無(wú)顯示結構。其主要性能指標達到國外 MTS 和 VR 兩家公司同類(lèi)產(chǎn)品水平，并實(shí)現了智能化數據處理、RS485-MODBUS 協(xié)議或兩線(xiàn)制 4～20 mA DC 帶 HART 數字信號輸出。整機雙重防爆（電路本質(zhì)安全防爆和外殼隔爆）、現場(chǎng)校準與組態(tài)、抗干擾保護等創(chuàng )新設計。

        主要技術(shù)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(zhì)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(tài)

        采用 TI 公司內置 400 W 抗雷擊保護的 485 驅動(dòng)芯片，并采用低速率通信模式，另傳輸更可靠，且在錯誤接線(xiàn)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(tài)/調試工具（圖 5）主要對現場(chǎng)設備標定、組態(tài)、診斷、維護、監測。分為以下幾個(gè)頁(yè)面：儀表信息、儀表組態(tài)、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(yè)面中，可以對波導絲的超聲速進(jìn)行測定，并把聲速值設定到液位計中。修正頁(yè)面中，可對靈敏度進(jìn)行設定。不同的傳感器產(chǎn)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(guò)我組態(tài)軟件設置后，都能保證液位計正常工作。一般來(lái)講，磁浮子離電子模塊組件越遠，信號越弱。用組態(tài)軟件設置靈敏度時(shí)，應將磁浮子滑到液位計的#底端。

 

        本裝置由三個(gè)按鍵（分別為 ZERO 鍵、SPAN鍵、MENU 鍵）實(shí)現現場(chǎng)設置功能，主要有：Z鍵用于進(jìn)入提示數據設置界面和移位；S 鍵用于進(jìn)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(gè)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(diǎn)微調等�，F場(chǎng)按鍵的設置方便了用戶(hù)的現場(chǎng)組態(tài)，降低了現場(chǎng)維護的費用，提高了效率。圖 6，液位計應用在加油站時(shí)，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(diǎn)有：監視#多 6 臺油罐的液面高度。每個(gè)罐都可以設置上限報警值和下限報警值。當液位高過(guò)上限報警值和下限報警值時(shí)，PC 喇叭發(fā)出報警聲音。用戶(hù)不需要安裝，直接雙擊即可運行。

4 防爆技術(shù)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(xiàn)圈組件及信號板能量限制設計：本安防爆型儀表的拾波線(xiàn)圈組件，其作用是將磁致伸縮絲的受激扭轉脈沖差動(dòng)感應為偏置磁場(chǎng)下線(xiàn)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(gè)感應線(xiàn)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 BAV199）做保護，#大電壓不會(huì )超過(guò) 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(yōu)質(zhì)鋼化玻璃，已滿(mǎn)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(yǔ)

        磁致伸縮液位計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、現場(chǎng)應用 2 年多以來(lái)，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(hù)反映良好。依據《磁致伸縮液位計研制開(kāi)發(fā)》，完成了設計和研發(fā)工作內容，生產(chǎn)出達到設計要求的磁致伸縮液位計， 形成了自主知識產(chǎn)權的液位檢測新產(chǎn)品：AT100 型磁致伸縮液位計，給各個(gè)地方加油站油罐使用。

 

        磁致伸縮液位計能滿(mǎn)足加油站罐區的液位自動(dòng)測量方面需求，是一種性?xún)r(jià)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(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(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。