磁致伸缩液位计受振动的影响及预防

磁致伸缩液位计受振动的影响及预防

谷亚辉 ， 闫恒瑞

中海石油（中国）有限公司天津分公司， 天津 300450

摘要： 在液位计量中，磁致伸缩液位计因其精度高、可靠性强、测量范围大、自动化程度高、便于维护等特点，被广泛应用于石油石化过程控制中的液位检测。本文通过分析磁致伸缩液位计的结构原理，总结出磁致伸缩液位计受到振动的影响，并且分析其产生的原因，并提出相关预防策略。

关键词：磁致伸缩液位计；振动；影响；预防

1引言

石油石化行业中，流程储罐液位的准确测量关系着生产处理和反应的稳定性和安全性，液位计作为液位控制和安全联锁装置的信号源具有十分重要的作用。特别是在风险较高的海洋石油领域，溢油和火灾爆炸的风险极大，造成的损失和环保影响更是无法估量，因此液位监视的重要性可见一斑。磁致伸缩液位计是采用“磁致伸缩”原理设计的液位测量仪表，具有测量精度高、稳定性好及应用简单等优点，主要应用于各类液体的液位测量。然而，磁致伸缩液位计在使用过程中，经常受到振动的影响，从而造成液位计损坏或出现假信号，因此，本文主要研究磁致伸缩液位计受到振动的影响，并提出相应的预防措施，从而提高磁致伸缩液位计的使用寿命和稳定性。

2磁致伸缩液位计结构及原理

某些金属合金、铁磁材料和稀土金属化合物在磁场中磁化时，其几何尺寸会发生伸长或缩短，去掉磁场后，其又恢复原来的形状，这一现象被称为磁致伸缩效应 。若在外磁场作用下导致材料长度发生变化，被称为线性磁致伸缩；若外磁场作用下导致材料体积发生变化，被称为体积磁致伸缩。通常情况下材料长度的变化要比材料体积的变化明显很多，用途较为广泛，故通常将线性磁致伸缩简称为磁致伸缩。

磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数来表示。如果磁致伸缩材料沿长度 L 方向磁化，产生的变化量为 ΔL，则磁致伸缩系数为：

_{若λ>0，表示沿磁化方向磁致伸缩材料尺寸伸长，若λ<0，表示沿磁化方向磁致伸缩材料尺寸缩短。随着磁场强度的变化磁致伸缩系数λ 也会随之改变，当磁场强度达到某一数值时，λ 达到相应饱和值，此时若磁场强度继续增大，λ 的值将不会增大，这时沿外磁场方向的磁致伸缩系数称为饱和磁致伸缩系数。}

_{图1 磁致伸缩液位计结构图}

_{磁致伸缩液位计由电子探测头、不锈钢保护管（又称导杆）、波导丝、浮子和下垫等几部分构成。电子探测头安装在罐顶，不锈钢保护管连同波导丝从罐顶插入到罐内液体中并直达油罐底部，其末端用法兰或者支架固定，浮子浮于被测液体表面，可以随着不锈钢保护管上下滑动。浮子内部嵌入永久磁铁，为传感器提供永久磁场。液位计测量时，电子探测头内的脉冲发射电路首先在波导丝上施加一个激励电脉冲信号，此电脉冲信号以光速沿着波导丝向下传播并在其周围产生环形磁场，当环形磁场与浮子产生的轴向磁场相遇时，两个磁场矢量叠加形成螺旋形磁场。由磁致伸缩原理可知，当磁致伸缩材料所在的磁场发生改变时，磁致伸缩材料的几何尺寸也会随之发生改变，即威德曼效应。当两个磁场相遇时，波导丝会伸缩变形产生扭转波，该扭转波以恒定的速度沿波导丝向两端传递其中，向下传递的扭转波被末端的衰减阻尼器吸收，向上传递的扭转波沿波导丝回传入电子探测头的超声换能器中。}

_{3 磁致伸缩液位计受到振动的影响}

_{一般液位变送器都有抗振的要求，但当振动过大时，超过了仪表安装环境的要求，而液位变送器挂扣在测量筒上没有缓冲垫，加剧了振动的影响，直接体现在几个方面：}

_{（1）数值大范围跳变}

_{受到振动的干扰，磁致伸缩液位计一直不稳定，始终处于跳变状态，跳变幅度范围比较大，但未达到关停设点值；大部分时间运行较为稳定，但偶尔出现向上或向下的尖峰跳变，超过高低设定值，引起关停；液位变化时输出不变，液位显示逐渐从正常值降低至最低液位等。}

2. _{磁致伸缩液位计没有液位显示或显示最小}

_{受到振动的作用，会使得磁致伸缩液位计的浮子卡死，或者浮子泄露，并且使的浮子上面出现相应的污染物，使得输出的电流非常小；另外，受到振动的作用，磁致伸缩液位计的跳线非常容易出现相应的松动，致使磁致伸缩液位计没有相应的示数，从而造成液位计不工作的情况。}

2. _{磁致伸缩液位计液位显示有偏差}

_{受到振动的作用，磁致伸缩液位计的接线端容易受到液体的影响，从而出现相应的进水、受潮的情况，另外，传感器模块在振动的过程会出现数值上的偏差，从而使得显示的数值也出现偏差。}

_{另外，受到振动的影响，会造成磁致伸缩液位计加速元器件的老化；影响电子元器件工作稳定性；受振动的影响，浮子与探杆之间的间距突变，影响磁场的稳定性等，从而影响到了液位显示的稳定。人为对液位变送器探杆进行小幅度的击打实验，明显地观察到了液位显示值的跳变。}

_{4 预防磁致伸缩液位计振动的影响方法}

_{为了降低振动对于磁致伸缩液位计的影响，可以采取以下方法：}

_{（1）在探杆与测量筒之间增加隔振环，重新调整设置探杆与浮子之间的间距。}

_{（2）采用增加屏蔽等措施降低电磁辐射；严格按照规范要求做好各项屏蔽接地；在变送器与中控卡件之间增加模拟信号隔离器，过滤降低跳变信号的干扰，提高稳定性；中控程序中增加延时滤波程序，降低电磁干扰的影响。}

_{（3）掌握磁致伸缩液位工作原理及日常维护处理方法，当变送模块、探杆、浮子等出现故障时，及时锁定故障根源，维修或替换备件。}

_{（4）选型时必须充分考虑现场高振动干扰的特殊情况，对液位变送器本身提出更高的要求；同时，可选择电气回路更简单的干簧电阻式液位变送器，经过实践检验，其在抗振和抗电磁干扰方面表现远优于磁致伸缩液位变送器。}

_{（4）磁致液位变送器在之前的实际应用中也经历过大范围跳变的情况，针对液位计硬件与软件设施的电磁兼容的多项要求进行大量的升级改造工作，在承受射频电磁场辐射、射频场磁感应的传导骚扰、电快速瞬变冲群、浪涌冲击等方面，大大提升了液位变送器的稳定性。}

_结束语

_{本文根据磁致伸缩液位计的结构和原理，分析其受到振动的影响，总结出数值大范围跳变、磁致伸缩液位计没有液位显示或显示最小、磁致伸缩液位计液位显示有偏差等主要影响，从而提出了降低振动对于磁致伸缩液位计的影响的方法使得系统液位计量稳定准确，发挥了磁致伸缩液位计应有的优势，为石油石化过程控制系统的正常稳定运行提供了保障。}

_参考文献

[1]关精.超高精度磁致伸缩液位仪分析[J].科学技术创新,2021(31):33-35.

[2]杨存青.磁致伸缩液位计在水流量装置上的应用研究[J].中国设备工程,2021(17):222-223.

[3]谢秀飞,张翼飞,田海东,黄琴,隋宇博.一种磁致伸缩液位计在线检定装置的开发与应用[J].化学工程与装备,2020(12):100-101+111.DOI:10.19566/j.cnki.cn35-1285/tq.2020.12.042.

[4]乔磊,孙安斌,高廷.一种立式磁致伸缩液位计校准装置的研制[J].计测技术,2020,40(05):43-47.

[5]吴高波,王桂钧.海上平台磁致伸缩液位计跳变原因及解决办法[J].化工管理,2020(03):132-133.

[6]肖鹏.对磁致伸缩液位计的创新改造及应用[J].科技创新导报,2019,16(27):112-114.DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2019.27.112.

[7]姜云贺,孙宏泉,邓君.高压型磁翻板捆绑磁致伸缩组合式液位计研究[J].自动化与仪器仪表,2019(08):210-214.DOI:10.14016/j.cnki.1001-9227.2019.08.210.