摘要：磁致伸缩液位计能满足加油站罐区的液位自动测量方面需求，是一种性价比很高的仪表。通过分析磁致伸缩液位计的基本机构原理，探讨磁致伸缩液位计加油站油罐检测仪表的设计方法、结构、主要技术参数、软硬件设计框架、防爆性能，及应用前景。
1 引言
随着国内石油化工等行业和油品储运系统对液位检测和罐区自动化管理需求的提高，尤其是对加油站地埋罐液位检测和精细化管理的日益重视，现有的液位检测技术已不能完全满足部分领域的检测需求，而磁致伸缩液位计引起了广泛关注 [1-3] 。1980 年代，少数工业国如美国和德国，利用磁致伸缩原理开发出了绝对位移传感器。
之后美国 MTS 公司首先将磁致伸缩原理用于液位测量技术上，开发出测量油罐液位的传感器。磁致伸缩效应在测量长度、位移等方面得到了广泛的应用。磁致伸缩液位计是目前公认的精度最高、稳定性最好的接触式液位测量技术和应用面最宽的产品，与其他的液位检测和计量产品相比，具有明显的竞
争优势，推广应用前景广阔，尤其在加油站液位检测方面，被公认为唯一适用的仪表。
2 磁致伸缩液位计的基本机构原理和参数
磁致伸缩液位计基本原理（图 1）是将磁浮子系统耦合过来的液位、界位信号，以间隔微秒级别的时间发送的脉冲，以便快速、精准的寻找到液位计中磁浮子的位置。这个脉冲产生的磁场沿波导丝向下传导。当磁浮子的磁场和脉冲电流磁场相遇时，产生“返回”脉冲。敏感元件探测到这个“返回”脉冲。根据电流脉冲与“返回”脉冲之间的时间，通过单片机计算出浮子的位置，确定被测液位或界位。
磁致伸缩液位仪外形尺寸如图 2，可以配置现场显示器，也可以使用一体化的无显示结构。其主要性能指标达到国外 MTS 和 VR 两家公司同类产品水平，并实现了智能化数据处理、RS485-MODBUS 协议或两线制 4～20 mA DC 带 HART 数字信号输出。整机双重防爆（电路本质安全防爆和外壳隔爆）、现场校准与组态、抗干扰保护等创新设计。
主要技术参数如下：（1）测量范围：1 000～21 000 mm；（2）电源：24 V DC（18～32 V）；（3）输出：4～20 mA、HART 通信、RS485 通信；（4）准确度：±1 mm；（5）重复性：0.5 mm；（6）工作温度：-45～232℃；（7）介质密度：500～1 800 kg/m 3 ；（8）防爆标志：NEPSI 本安和隔爆认证。
3 通信和软件组态
采用 TI 公司内置 400 W 抗雷击保护的 485 驱动芯片，并采用低速率通信模式，另传输更可靠，且在错误接线的情况下，保护接口电路的安全。图 3，采集板 CPU 工作流程。图 4，主控板CPU 工作流程。
组态/调试工具（图 5）主要对现场设备标定、组态、诊断、维护、监测。分为以下几个页面：仪表信息、仪表组态、仪表微调、监测变量、声速测定、维护信息、高级功能。
在声速测定页面中，可以对波导丝的超声速进行测定，并把声速值设定到液位计中。修正页面中，可对灵敏度进行设定。不同的传感器产生的信号强弱不同，针对这一现象，我们引入了灵敏度这一概念，不论信号强弱，通过我组态软件设置后，都能保证液位计正常工作。一般来讲，磁浮子离电子模块组件越远，信号越弱。用组态软件设置灵敏度时，应将磁浮子滑到液位计的最底端。
本装置由三个按键（分别为 ZERO 键、SPAN键、MENU 键）实现现场设置功能，主要有：Z键用于进入提示数据设置界面和移位；S 键用于进入数据设置界面、增加数字和数据保存；M 键用于数据保存。
三个按键配合可以在快速完成以下工作：输入操作码；设置单位；设置量程下限；设置量程上限；设置阻尼；定点微调等。现场按键的设置方便了用户的现场组态，降低了现场维护的费用，提高了效率。图 6，液位计应用在加油站时，可以在监控室集中监视油罐内的液位，监视报警软件主要功能特点有：监视最多 6 台油罐的液面高度。每个罐都可以设置上限报警值和下限报警值。当液位高过上限报警值和下限报警值时，PC 喇叭发出报警声音。用户不需要安装，直接双击即可运行。
4 防爆技术研究设计与本安、隔离防爆取证
本安防爆型仪表 [4] 的拾波线圈组件及信号板能量限制设计：本安防爆型仪表的拾波线圈组件，其作用是将磁致伸缩丝的受激扭转脉冲差动感应为偏置磁场下线圈内的电信号，由传感器检测该信号，传送至放大电路。板子上的两个感应线圈电感值小于 1.6 mH，两端分别并联有两个二极管（V17-V20，型号 BAV199）做保护，最大电压不会超过 0.7 V，符合 IIB 本安要求。
隔爆型仪表的外壳设计：仪表采用全不锈钢金属材料设计，即小巧精美又坚固可靠。在符合 GB/T3836.2-2010 的基础上，预留了充足的设计余量，比如采用 15 mm 的优质钢化玻璃，已满足 1 kg 坠落冲击试验的需要。
防爆标志：ExiaⅡCT2~T4Ga（本安）；ExdⅡCT2~6Gb（隔爆）。
5 结语
磁致伸缩液位计在兰州石油化工公司银滩加油站和浙江、西安多家企业安装、现场应用 2 年多以来，一直运行平稳正常，油罐液位检测及显示均达到设计要求，用户反映良好。依据《磁致伸缩液位计研制开发》，完成了设计和研发工作内容，生产出达到设计要求的磁致伸缩液位计， 形成了自主知识产权的液位检测新产品：AT100 型磁致伸缩液位计，给各个地方加油站油罐使用。
磁致伸缩液位计能满足加油站罐区的液位自动测量方面需求，是一种性价比很高的仪表，且计量效果好，其工作性能稳定可靠，操作安全，防护等级高，抗干扰能力强，值得大力推广。
目前，我们正进一步进行产业化的实施和市场推广宣传，以期尽快在中油系统推广应用，为国内的加油站液位测量、监测造及储罐检测计量提供优质产品和技术服务。
参考文献
[1]磁致伸缩液位传感器的应用与发展
[2]磁致伸缩液位计在加油站罐区监测系统中的应用
[3]磁致伸缩液位仪的应用研究
[4]本安型磁致伸缩液位仪的研制及应用
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