磁致伸縮液位傳感器在一個儀器上提供液位和容積計量、界面和泄漏檢測及溫度測量的能力,使油罐計量技術(shù)產(chǎn)生了一次新的革命。磁致伸縮傳感器在諸如石油、化學、壓力控制、衛(wèi)生(食物/藥物)及廢水處理的許多工業(yè)中獲得了廣泛應用。磁致伸縮油罐創(chuàng)安琪監(jiān)測埋入浮子中的磁鐵的直線位置。傳感器是非接觸式的,即:浮子不接觸傳感器元件,保護了傳感器元件免受腐蝕液體的危害。磁致伸縮元件是一個器件(與增量反向)可進行連續(xù)測量,甚至提供的電源能關(guān)能開。
2、磁致伸縮傳感器元件
磁致伸縮涉及到某些金屬的能力,如鐵或鎳。當把它們放在磁場中時,產(chǎn)生膨脹或收縮。在鐵合金中,通常效應較小,約為30*10.單新材料已經(jīng)使磁致伸縮效應增加到大于1500*10.
(1)磁致伸縮聲波導管,它測量移動的磁鐵的位置。
(2)移動的磁鐵放置在聲波導周圍的被測點上。在油罐傳感器中,磁鐵埋入浮子內(nèi)部。在磁鐵附近,管子的一部分在軸向被磁化。電流脈沖在導線的周圍產(chǎn)生環(huán)形磁場。當環(huán)形磁場的組合在管中產(chǎn)生很強的螺線場。螺線場產(chǎn)生一個稱之為Wiedeman效應的磁致伸縮作用(螺旋場的轉(zhuǎn)動隨聲波傳送到管的兩端)。在波導的最遠端(與頭部的電路反向),一個橡膠阻尼器組織了螺線場轉(zhuǎn)動,并防止了管端的反射。
在傳感器前端,螺線磁場的運動在鉑磁致伸縮隙中轉(zhuǎn)換成橫向應力。利用已知的Villari效應現(xiàn)象,通過傳感線圈而受到干擾。這就在傳感線圈兩端產(chǎn)生電壓,并由內(nèi)部電路進行放大。激勵脈沖與聲波返回脈沖之間的時間間隔轉(zhuǎn)換成線性位移,因為聲波通過管子的傳播速度已知并且是常數(shù)。采用各種接口-4-20mA正向數(shù)字出入口和幾個相同性質(zhì)的電路,位移測量能傳送到外部控制系統(tǒng)。在同一個傳感器中也能使用多個移動磁鐵,這有助于在系統(tǒng)中使用多個界面浮子。
3、磁致伸縮傳感器的準確度
磁致伸縮傳感器的可重復性優(yōu)于0.0001″(0.00254mm),非線性小于滿行程的0.05%,滯后小于0.001″(0.0254mm)。磁致伸縮傳感器的溫度穩(wěn)定性高,這是因為聲波導元件選用溫度穩(wěn)定的材料制作,波導元件自身的典型熱性能優(yōu)于3*10-5/°F(5.4*10-8/℃)。
4、測量液位和容積
磁致伸縮傳感器測量液體的液位。如果對液體容積有要求。根據(jù)已知的油罐形狀(油管幾何尺寸)就能計算出容積。該技術(shù)稱之為容積法。如果油罐的幾何尺寸未知,并且復雜,采用了油罐圍測技術(shù)。油管圍測是一個經(jīng)驗技術(shù),它將所測得離散液位位置轉(zhuǎn)換成容積,然后輸入數(shù)字控制器的表中。在測量期間,控制器查尋傳感器的位置,并從表中讀出響應的容積。對表中單個值之間的值進行內(nèi)插。利用數(shù)字控制器能很方便地控制油罐幾何尺寸和油罐圍測技術(shù)。油罐圍測技術(shù)的優(yōu)點是能使用與復雜形狀的油罐。缺點是必須取剖面數(shù)據(jù)(液位/容積)并且數(shù)據(jù)輸入圍測表,然而,大多數(shù)油罐廠家將提供標準產(chǎn)品液位/容積資料。
利用油罐幾何尺寸計算容積在理論上有很高的的準確度,但它僅用于簡單的油罐或不需要高準確度的地方,因為該技術(shù)有嚴重的缺點---許多打的油罐對其自己的重量變得失真,引起測量計算誤差。所以,黨對準確度有要求時,是用圍測表。

5、表面波的影響
磁致伸縮油罐傳感器系統(tǒng)能以很高的精度控制表面波的影響。液體表面的波紋或波動引起浮子上下運動,使輸出信號產(chǎn)生“噪聲”。通過對傳感器輸出信號平均就能克服這個影響。
6、撒謊父子
BS&W(堿、沉淀和水)系統(tǒng),有時稱之為雙產(chǎn)品系統(tǒng)能很方便的采用磁致伸縮技術(shù)。的BS&W系統(tǒng)是汽油罐。水和沉淀,由于他們有較高的密度而沉積到罐的底部。專用的界面浮子尋找兩種液體之間界面,保證了水和汽油容積的測量。對該應用,界面浮子應比水輕,但比汽油重。浮子制作時,必須具有準確的重量和容積公差。界面浮子也允許多種產(chǎn)品存儲在同一個罐中,一種應用是將丙酮和鹽酸存儲在一起,界面浮子允許用同一個傳感器監(jiān)測兩種產(chǎn)品的液位,節(jié)省了時間和經(jīng)費。
7、溫度剖面
溫度測量傳感器(如熱電偶或RTD)是磁伸縮油罐傳感器的輔助設(shè)備。它們放置在離傳感器5或6的位置上,這樣可以連續(xù)方式監(jiān)測液體的溫度剖面。液體隨溫度膨脹或收縮,影響油罐中產(chǎn)品的容積。溫度傳感器可對液體溫度進行補償。油罐中溫度和密度變化也會引起也誒分層,多個溫度傳感器能獲得液體的熱剖面。利用液體的熱膨脹系數(shù)可對容積進行修正。大多數(shù)液體的熱膨脹系數(shù)是可得到的,例如,通過美國石油研究院可獲得汽油和其它石油產(chǎn)品的熱膨脹系數(shù)。溫度傳感器也用于需在配置前監(jiān)測液體溫度的工業(yè)應用中。溫度傳感器放置在油罐傳感器的罩內(nèi),以保護他們免于腐蝕液體的危害。
8、泄露檢測
泄漏檢測已經(jīng)獲得了廣泛的應用,并且在嚴格的新環(huán)境保護法下迫使油罐擁有者進行泄漏檢測。這相當昂貴,尤其是像零售氣體站這樣的地下存儲罐。對地下存儲罐的檢修時很困難的,因為必須用鉤將他們吊起來再卸到地面。磁致伸縮傳感器通過監(jiān)測整個時間容積的變化來確定泄漏率。為防止誤差,通常在沒有檢修的情況下對油罐進行從列昂,即當液體沒有抽進或抽出油罐時,泄漏率(0.15加侖/分鐘),可根據(jù)相同周期內(nèi)容積的變化計算出。
9、液體補償
磁致伸縮傳感器原件外面有一個圓形罩,以保持它不受外部液體的影響。油罐傳感器能用于汽油、柴油燃料、鹽水、牛奶、啤酒、化學工業(yè)和許多其它腐蝕和非腐蝕液體中,罩的材料根據(jù)應用選擇,通常選擇銅、不銹鋼、Kynar和Teflon。各種類型的浮子對液位傳感器是有用的。像罩一樣,浮子必須不受液體的影響。然而,也可根據(jù)液體密度、類型、粘度和響應率選擇浮子。在一些情況下,浮子的尺寸和形狀是非常重要的。
10、接口電路
油罐傳感器系統(tǒng)通過各種接口可與其它電子線路相連。早期系統(tǒng)經(jīng)常用合適的電路來指示位置和溫度數(shù)據(jù)。現(xiàn)代系統(tǒng)提供標準接口,如4-20mA和直接數(shù)字尋址能力(也稱之為串行I/O)。在磁致伸縮油罐傳感器系統(tǒng)中,直接數(shù)字尋址技術(shù)變得非常普及,像字段、總線或RS-485這些接口,使多個油罐傳感器分享一個公用的雙紐線。這樣就可連續(xù)到可編程邏輯控制器(PLC)、個人計算機或計算機網(wǎng)絡。傳感器所在的整個陣列(如壓力或流率)目前能利用臺式PC監(jiān)測。磁致伸縮傳感器需要很小的功率,這使得他們可用于諸如汽油、柴油燃料存儲、潛在的爆炸應用中。這種類型的傳感器稱為固有安全型,因為在潛在的爆炸區(qū)域內(nèi)他們限制能量低于燃燒所需的液位。