磁致伸缩液位仪介质密度变化对测量精度的影响

　　1　引言

　　磁致伸缩液位仪具有测量精度高、工作寿命长、价格较低、安装容易、无须重新标定等优点,且能同时测量油水和油气界面,是理想的接触型大罐液位测量装置之一。但是,由于它采用了浮子作为液位和油水界面的感应元件,因而介质密度的变化必将给测量精度带来影响,这种影响有时甚至会远远超过液位仪的测量精度。

　　2　磁致伸缩液位仪的工作原理及测量精度

　　2·1　安装图

　　大罐磁致伸缩液位仪的安装如图1所示。柔性不锈钢外管安装在液位仪波导管的外部,并通过重物或磁铁及球形固定装置固定在大罐底部。液面和油水界面浮子穿套在柔性不锈钢外管外,并随液面和油水界面的变化而上下移动,是液位的感应元件。

　　2·2　工作原理

　　测量时,液位计发出低电流“询问”脉冲,产生电流磁场。该电流磁场沿波导管向下传导,与浮子内磁铁产生的磁场相遇,产生“波导扭曲”效应及“返回”脉冲。询问脉冲与返回脉冲之间的时间差即对应液位和油水界面的高低,如图2所示。

　　大罐磁致伸缩液位仪采用的是基于大罐底部的测量技术,对大罐外壁和顶部的变形不敏感,但会随着大罐底部的移动而移动。

　　2·3　测量精度

　　磁致伸缩液位仪的测量精度高,文献[1]推出的量程为7.62m的产品,其测量精度达满量程的0.025%(测量误差不超过0.8 mm);另一种量程为18.3 m的产品,其测量精度达0.005%(测量误差不超过0.5mm)。

　　3　介质密度变化对测量精度的影响

　　对于不同类型的浮子,介质密度变化对测量精度产生不同的影响,以一种典型的球形浮子来说明介质密度变化的影响。

　　3·1　磁致伸缩液位仪的浮子

　　一般情况下,磁致伸缩液位仪的生产厂家会提供多种密度不同、形状各异的浮子供用户选择。图3是一种典型的球形浮子尺寸图。

　　3·2　介质密度变化影响测量精度的公式推导

　　设浮子浸入介质的深度为h,浮子排开介质的体积为V1,浮子的体积为V2,Δh,ΔV1,ΔV2为相应的微增量,浮子的密度为ρ1,介质的密度为ρ2,并假定浮子的密度ρ1和浮子的体积V2不变,且忽略内孔对浮子高度尺寸的影响,则利用阿基米德浮力定律和微增量公式,得：

　　由此可见,如果介质密度ρ2的相对变化量为Δρ2/ρ2,则浮子浸入深度h的变化量为- kΔρ2/ρ2 ,负号表示浮子浸入介质深度随密度的增加而减小。

　　3·3　仿真分析