浅谈外置倒装式磁致伸缩位移传感器在油罐区的应用

袁梁 张韬 蒋建群

[摘    要] 本文阐述了外置式位移传感器在非接触油品介质情况下，不动火作业，不拆除罐体设备并快速安装，实现了安全环保作业，降低事故风险。同时选用波导丝作为测量元件，提高了测量精度。

[关键词] 外置式倒装;高精度;不动火作业;维护简易

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 048

[中图分类号] F273    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）01- 0113- 02

1      引    言

外置式位移传感器的安装可避免与介质直接接触，防介质腐蚀，延长机械寿命，避免高温对仪表舱室内电路影响，安装方便，简易维护，特别是对有防火防爆场合要求的场所，可避免动火作業。对罐体原设备不拆除，不打开，避免跑冒滴漏。采用倒装模式，可避免传统正装仪表电缆上罐等情况，利于防火防爆要求。选用波导丝作为测量元件，提高测量精度。

2      磁致伸缩位移传感器工作原理

磁致伸缩位移传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩位移传感器测杆外配有一永久磁环。当脉冲电流磁场与磁环磁场相遇时，使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在磁环所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

3      外置安装磁致伸缩位移传感器的特点

（1）外置安装采用支架式安装、可不停产、不动火、不清罐，装于罐体外壁机械导轨上。相比传统的罐顶法兰式安装，避免了作业人员上罐开孔焊接法兰等动火作业步骤。避免了作业人员处于罐顶安装孔油气挥发区域，防止中毒等意外情况发生，安全可靠。

（2）安装支架采用普通金属材料，成本低，螺栓夹紧原机械式液位计。安装时间短，基本在地面就可操作完成，避免高处作业坠落风险。支架采用工厂定制，现场可直接装配，缩短现场作业时间，避免了现场切割、磨、削、钻等动火作业行为。

（3）仪表外置安装情况下，不锈钢金属侧杆与仪表舱室远离高温高腐蚀原油，有效地保护了仪器设备的使用寿命。

（4）因为仪表外置安装，设备外观等情况一目了然，避免了传统仪表在原油中浸泡，无法察觉设备异常情况，不需要定期清洗设备，方便耐用。仪表工作可靠、稳定。

（5）磁环安装在罐外机械式浮漂上，不受油污影响，灵活不卡涩，维护简便，一人即可拆除更换，避免了传统的提表出罐，或罐体打开时油污四处滴漏的情况。

（6）外置安装时，测杆长度不影响安装，测杆可不弯曲，两人配合，镶嵌入安装支架中，传统仪表安装时，人员必须站在罐顶，法兰安装孔过小，作业人员必须高举测杆，斜45度安装进油罐中，安装过程中无法避免表头过重测杆弯曲，刮擦测杆等情况。

4      仪表倒装

（1）磁致伸缩位移传感器采用倒装方式，避免传统安装方式的电缆上罐情况，传统安装方式仪表舱室距离量油孔内原油介质过近，存在安全隐患。

（2）传统安装方式，仪表接地线连接过长，从罐顶拉至罐底接地，随处捆扎，不经济也不美观，仪表舱室放置罐底，节省电缆、钢管等材料。

（3）倒装仪表舱室处于罐底，维护人员方便操作，可不上罐，避免了高处作业风险。

图1、图2分别是位移传感器的三维效果图和安装示意图。

5      维    护

（1）仪表外置维护简便，因远离了原油介质，不需擦洗，不需拆除。

（2）仪表维护过程，问题判断直观，值班室人员通过摄像机及可观察。

（3）仪表唯一可活动部件为磁环，上下调整简易，一人在罐底就可完成，不上罐、不拆表、不接触量油口。为罐体量油口密封上锁创造有利条件。

6      磁致伸缩位移传感器的选用

（1）可靠性强：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，内置波导丝，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠、寿命长。

（2）波导丝具有显著的威德曼效应（Wiedemann effect）。由磁致伸缩丝制成的液面位置/位移传感器具有抗干扰、高灵、敏度、非接触式、可适应恶劣环境、量程大等优点，已广泛应用于油库、液体化工原料等液位测量中，在航空航天、核工业、精密机床、汽车工业、水处理等领域也有着广泛的应用前景。

（3）精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.05%FS，这是用其他传感器难以达到的精度。相对传统的单法兰液位变送器，不受温度及介质黏稠度变化的影响是它的优点。

（4）安全性好：磁致伸缩液位计的防爆。性能高、本安防爆、使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。测量时无须开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性，拆除过程，不需要开罐作业，防止跑冒滴漏。

（5）便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。模拟输出：电流/电压，数字输出：RS485信号，可双重位置测量：液位测量、界面测量，刚性测杆/柔性测杆，双屏蔽抗电磁干扰，无须定期标定和维护，高精度，隔爆、本安。

7      结    语

通过对磁致伸缩位移传感器的安装方式改变及合理选型，提高了测量精度，提高了作业效率，维护简便易上手，最重要的是，避免了油罐的动火作业，避免了高处作业，避免了管线打开作业、中毒窒息等风险，使维护更加简便、安全环保。液位通过远程即可观测、上位机实时读取，为油田安全生产建设做出贡献。

主要参考文献

[1]曾雷.磁致伸缩液位计信号调理电路设计与仿真分析[J].电工技术，2018（9）：83-86.

[2]王德利.磁致伸缩液位计原位校准技术的研究[D].郑州：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，2018.

[3]李午辰.位移传感器在热轧生产线上的应用[J].科技风，2019（20）：161.

[4]Fen Liu，Xianwen  Kan.Dual-analyte Electrochemical Sensor for Fructose and Alizarin Red S Specifically Sensitive Detection Based on Indicator Displacement Assay[J].Electrochimica Acta，2019，319：286-292.

[5]Wang Chen，Fu Feng，Dihan Chen.Precision Non-Contact Displacement Sensor Based on the Near-Field Characteristics of Fiber Specklegrams[J].Sensors & Actuators A：Physical，2019，296：1-6.

[6]张立辉，王庆纲.房屋建筑安全监测预警系统的设计[J].技术与市场，2019（5）.