磁致伸缩液位计应用于成品油储罐油库的信息系统，实现成品油储罐的实时监测和测量管理。
1. 引言
为了实时、准确地掌握储罐的运行信息，例如 储罐内储存介质的液位、密度、压力、温度、体积和质量等，保障储罐安全，国内外对多种储油罐的检测测量方法和装置进行了研究，例如静压法、液位计、混合法等，并设计了多种测量技术，如压力式、伺服式、雷达式、磁致伸缩式、浮体钢带式等。
由于技术、经济、应用等诸多因素的限制，我国油库对储油罐的监测、测量和安全管理主要依赖于人工标尺、人工测量和人工巡检，其测量精度、可靠性、可维护性和实时性难以满足油库信息化建设的发展需求。
基于磁致伸缩测量技术的油罐液位计 结构简单，测量精度高。它可同时测量液位、边界液位、多点温度等多种参数。
今年，它越来越多地应用于油库的监测计量，例如中化南通油库。因此，磁致伸缩液位计被应用于成品油储罐油库的信息系统，实现成品油储罐的实时监测和计量管理。它不仅可以实时采集、存储和管理油库的收发信息，还可以减少人员投入，提高效率，改善油库管理。
2. 磁致伸缩液位计的工作原理
2.1 磁致伸缩液位计的组成
磁致伸缩液位计主要由浮子（内部装有磁环）、发射器（或电子仓，由脉冲发生器和接收器组成）、装有磁致伸缩线的波导管和温度检测器组成。发射器（或电子仓）装有磁致伸缩线波导管和温度检测器，采用模块化集成设计。
2.2 磁致伸缩液位计的工作原理
磁致伸缩液位计的工作原理主要是利用磁效应和超产生效应的结合来实现测量目的。磁效应、魏德曼效应和维拉里效应共同作用。
当发射器通电时，脉冲发生器和接收器开始工作。液位计电子头中的脉冲发生器首先向磁致伸缩波导管施加电脉冲信号。该电脉冲伴随着一个环形磁场。当磁场与浮体中磁体以光速产生的纵向磁场相遇时，两者会发生矢量叠加，形成螺旋磁场。
根据魏德曼效应，当磁致伸缩材料的磁场发生变化时，其自身的磁场强度也会相应改变。因此，当合成磁场发生变化形成螺旋磁场时，磁致伸缩波导会发生扭曲变形，从而激发扭转波（或回波脉冲）。
扭转波会以超声波的形式沿波导返回到传感器头的感应线圈，并发生改变。当传感器线圈受到这种改变时，会将其转化为横向应力。
根据维拉里效应，当磁致伸缩材料发生物理形变时，其内部的磁场强度也会发生变化。因此，穿过传感器线圈的磁通量会发生变化，并在传感器线圈的两端产生可检测的感应电动势。该感应扭转波的传播速度仅与磁致伸缩波导丝的弹性模量和密度有关，而这两者均为常数。
因此，从电流脉冲发出到检测到感应电动势的时间差乘以该固定速度 V，即可精确计算磁体（浮子）的位置及其液位高度 L = V * (t1 – t2)。
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2.3 磁致伸缩液位计的技术特点
石油化工行业逐渐重视油位监测。根据其工作原理，液位计大致可分为以下几种类型：
- 机械浮球式液位计。价格低廉，但精度较低，无法满足测量仪器的使用要求。且故障率较高，钢带容易卡住。
- 电容式液位计。价格适中，测量精度尚可接受。但由于其温度漂移较大，稳定性不足，累积误差较大，测量值不准确。
- 光导式液位计。价格适中，但测量精度较低，稳定性较差。
- 雷达式液位计。价格较高，但液位精度、可靠性和稳定性均较为理想，安装也非常方便，适用于多种介质。
- 磁致伸缩式液位计。价格更高，稳定性更好，且易于安装。但它不能用于高粘度、高密度的重油。当然，磁致伸缩液位计还有许多其他突出的优点。具体来说：
① 工作非常可靠。由于第二代伸缩式液位计采用波导原理工作，因此设备内部没有机械运动部件，也不存在磨损等缺陷。整个转换器封装在不锈钢管内，与被测介质无接触。因此，传感器工作可靠，使用寿命长。
②多参数测量。磁致伸缩液位计的另一个主要特点是它可以同时测量液位、水界面、温度等参数。因为磁致伸缩液位计中的电子元件可以检测到同一发射脉冲产生的连续磁波，所以可以在同一传感器上安装两个或多个磁性浮子。只需确保浮子的重量与介质的比重相匹配，即可同时测量液位和水界面，实现多参数测量。
③测量精度高。由于 磁致伸缩液位计 利用波导脉冲进行测量，其工作过程中，通过测量激励脉冲和感应脉冲之间的时间差来测量被测液面的位移。因此，其测量精度极高，这是其他传感器难以达到的。在成本大致相同或更低的情况下，磁致伸缩液位计比其他采用电容式、压力式、机械式、超声波式或伺服式等测量系统的精度更高，经济效益更佳。
④ 安全性能好。磁致伸缩液位计的防爆等级通常为防爆型和本质安全型，适用于各种易燃、易爆、高温、高压等危险场所。测量过程中无需手动打开灌装盖，避免了手动测量带来的安全隐患。
⑤ 安装维护简便。磁致伸缩液位计采用法兰连接，安装极其简便。此外，其核心部件不与介质接触，且产品采用模块化结构。智能设计，无需定期维护和校准，为用户带来极大的便利。
⑥易于实现联网。磁致伸缩液位计输出标准信号，便于危机管理，并能更好地与计算机配合使用，也便于远距离运输。
当然，介质密度的变化会对磁致伸缩液位计的精度产生一定影响。但可以通过安装合适的浮子来解决。减少浮子的浸没深度，减小浮子的外径，并通过温度补偿最大程度地克服和避免这种影响。经现场测试，磁致伸缩液位计与 雷达 液位计一样，存在盲区，对罐底油位测量不准确。
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3. 磁致伸缩液位计在珠海中化二期成品油储罐中的应用
目前，总容量41.2万立方米的珠海中化二期晨品油库已竣工。其中，包含 含12个总容量19.2万立方米轻质成品油储罐的在线液位监测系统 采用了磁致伸缩液位计。该液位监测系统由磁致伸缩液位计、H-500现场显示器、H-1000（油库）10.4英寸彩色触摸屏控制器以及YSMK-YK油库信息监控管理系统组成。
该系统可通过H-500现场显示器显示液位、界面高度和温度。在控制室，则使用H-1000（油库）控制器以三维图形和数字方式实时显示数据，并采用声光报警功能防止溢油和缺油。因此，该系统的详细功能如下：
- 精确实时测量油位、水位和温度。采用10.4英寸彩色液晶显示屏，存储精度点数不限。可根据客户的流量计进行定制，以图形和数字方式显示油位、水位、温度、体积和剩余体积。
- 报警功能。系统具有多种报警功能，例如高液位（预警）报警、低液位（预警）报警和高水位报警。采用声光报警，防止溢油和缺油。
- 自诊断、管理和设备故障报警。
- 进油报告。可对比进油前后的液位。自动计算并保存进出油量。
- 通信功能。系统通过485接口连接传感器进行数据采集。同时，提供内置以太网接口、2个RS-232接口以及开放协议，可与本地系统和远程服务器进行数据通信。
- 产品防雷设计。具备内部防雷和外部防雷功能。发生雷击时，内部电路会自动释放强雷电流，避免爆炸或引燃可燃气体。外部布线钢管连接至 储罐 的保护接地系统。
- 主动通信和定时数据传输设置。系统可连接外部设备实现主动通信设置，能够设置目标服务器的IP地址、端口、用户名、密码和数据发送时间，并按指定时间将数据上传至目标服务器，实现定时轮班。
- 泄漏检测功能。由于测量精度高，可实时监测油罐的静态和动态液位，并可根据管道泄漏检测程序进行管道泄漏监测。
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由于中化珠海二期油库目前尚不具备进油条件，因此无法对该仪器和系统进行全面测试和验证。但通过其他石化企业已将 磁致伸缩液位计 应用于油罐液位监测系统，可以深入了解其应用。上述功能均可实现，且其测量精度与手动标尺进行了仔细对比，发现精度非常高，基本达到测量精度。
综上所述，磁致伸缩液位计具有高可靠性、高精度、低故障率和多参数测量等突出优势，已被石化行业专家公认为液位和边界液位测量的首选仪器，是计量和过程液位监测的理想选择。尤其适用于介质介电常数低、介质易挥发以及需要测量接口的应用场合。由于磁致伸缩特性不受介电常数、温度、压力和气象条件等因素的影响，因此成为用户的首选。在工业生产一体化和规模化生产的趋势下，磁致伸缩液位计在未来的液位测量领域将拥有更广阔的应用空间。
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吴鹏出生于1980年，是一位备受尊敬且成就卓著的男性工程师，在自动化领域拥有丰富的经验。凭借20多年的行业经验，吴鹏在学术和工程领域都做出了卓越的贡献。
在其职业生涯中，吴鹏参与了许多国内外工程项目。他最著名的项目包括炼油厂智能控制系统的开发、石化厂尖端分布式控制系统的设计以及天然气管道控制算法的优化。