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磁致伸缩传感器在明渠流量比对中的应用


文章日期:2017-06-18|阅读数:


磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩效应来测量液位(位移)高度的变化,文章介绍了常见的明渠流量测量方式及存在的问题,磁致伸缩液位传感器在明渠流量比对中的实际用和数据统计分析。

引言

随着社会的发展进步,企业规模的不断扩大,随之也产生了相应的环境污染,污水排放造成的污染就是其中之一。有关部门为了更好地监管企业的污水排放量,不断增加流量测量设备,但在使用过程中还需要定期进行人工校准。为了减轻相关工作人员的工作压力,并能够快速准确完成校准工作,提出了明渠流量测量比对采集成套系统。

在整个流量测量采集比对系统中,磁致伸缩液位传感器是关键部件。本文介绍了磁致伸缩液位传感器在实际测量中的应用。

1.磁致伸缩传感器的结构组成及工作原理

1.1  结构组成

磁致伸缩位移传感器的结构由不锈钢管(测杆)、磁致伸缩线(敏感元件波导丝)、可移动磁环(内有磁铁)和电子部件等部分组成(如图1)。

结构1.jpg

1.2  工作原理

磁致伸缩液位传感器测量的工作原理是:电子仓内电子电路产生一起始脉冲,此起始脉冲在波导丝中传输时,同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场,当这个磁场与磁环或浮球中的磁场相遇时,会产生磁致伸缩效应,使波导丝发生扭动,这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲,通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差,即可测出被测的位移和液位(如图2)。

结构2.jpg

2.磁致伸缩传感器的特点

磁致伸缩传感器的特点为:1)测量精度可达0.01% FS 全量程),其非线性精度能小于0.05%FS 重复精度能小于0.01%FS2)抗干扰能力强;3)性能可靠,使用寿命长;4)安装、调试方便;5)可进行多点、多参数的液位测量, 可自校正、免维护。

3.磁致伸缩液位传感器与超声波液位传感器的比较(见下表)

结构3.jpg

4.磁致伸缩液位传感器的实际应用

在实际应用中,磁致伸缩液位传感器不是独立使用,而是要在明渠流量测量采集比对系统中应用。明渠堰槽流量计由流量测量仪和流量采集仪及软件测试系统组成(如图3所示)。

结构4.jpg

磁致伸缩液位传感器输出的液面和界面信号主要分为模拟量和串口两种形式,串口为RS485/232形式,模拟量为420mA电流模拟信号,对应量程为01m。输出的串口或者模拟信号通过屏蔽电缆传送至主板,主板通过内集成电路将接受到的串口信号或者模拟信号转换成为数字量在文本显示器上显示,由于在线监控过程中存在电机或泵等执行设备运行产生的干扰信号,且现场信号的采集点与控制柜之间存在距离问题,为减少信号在传输过程中受到干扰,故要使用优质的屏蔽电缆线。流量比对采集系统接线如图4所示;磁致伸缩液位传感器接线如图5所示。

结构5.jpg

目前常用的明渠流量测量方式主要是采用超声波液位传感器进行测量,但通过对两种传感器测量方式与手工测量数据之间的比较,不难看出磁致伸缩式液位传感器的优势更加明显。以TLK-1DR-831A两种厂家的设备为例,TLK-1的液位测量装置为超声波传感器,DR-831A的液位测量装置为磁致伸缩液位传感器,手工测量采用2m的卷尺,通过在不同堰槽的情况下手工测量方式、超声波方式和磁致伸缩方式的一系列的数据来进行说明。

1)巴歇尔槽

以某企业的车间排口流量比对数据为例,堰槽为巴歇尔槽,喉道宽度为76mmc=0.177n=1.55。通过汇总1440分到1650分时间段的三种测量方式的数据得到的数据误差结果见图6

结构6.jpg

数据误差分析:通过对该组数据的分析可知,从 1 4  0 5 分到 1 5  1 0 分的这段时间,手工数据与DR-831ATLK-1A的测量数据偏差较大,DR-831A在这个时间段与手工测量数据的***大偏差达到了7.5%,其中表现明显的在1453分、15点及155分的几个时间点,而TLK-1在这个时间段与手工测量数据的***大偏差达到了11%。主要原因是由于这个时间段水位的波动较大,而且手工测量本身的准确性也存在误差。另外一个原因是工作人员在1510分后进行换班,导致测量数据和读取时没有达到一致。1510分后的数据基本波动偏小,DR-831A的偏差基本保持在±2%的误差范围内,而TLK-1偏差基本保持在±5%的误差范围。

2)直角三角堰

 

以某企业的车间排口流量比对数据为例,堰槽为直角三角堰,P=120mmB=400mm,汇总1210分到1550分时间段三种测量方式的数据,得到的数据误差结果如图7所示。

结构7.jpg

数据误差分析:通过该组数据分析可知,在1505分到1510分左右的时间段,手工数据与DR-831ATLK-1的测量数据偏差较大。DR-831A在这个时间段与手工测量数据的***大偏差达到了2.7%TLK-1在这个时间段与手工测量数据的***大偏差达到了8%。主要原因是由于这个时间段的水位突然增加,而且手工测量本身的准确性也存在误差。其他时间段的数据误差相对平稳,基本保持在±2%的误差范围内。另外一个原因是工作人员在1510分以后进行换班,导致测量数据和读取时没有达到一致。而TLK-1的偏差基本保持在±8%的误差范围。

3)静态液位流量比对数据

采用DR-831A明渠流量计比对测量系统与手工测量数据进行比对,汇总1415分到1553分时间段的数据,数据误差结果如图8所示。

结构8.jpg

数据误差分析:通过对该组数据的分析可知,DR-831A磁致伸缩传感器的数据测量值与手工测量值基本一致,且S液位基本保持在±0.2%的范围内。

5.结语

磁致液位伸缩传感器在明渠流量测量中,测量的数值更加接近手工测量,而且具有维修简便、不需要频繁校准、使用寿命长等特点,能够快速测量液位高度,提高了工作效率,有实际应用价值,可代替手工校准,值得进一步推广。



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