磁致伸縮液位傳感器是利用磁致伸縮效應(yīng)來測量液位（位移）高度的變化，文章介紹了常見的明渠流量測量方式及存在的問題，磁致伸縮液位傳感器在明渠流量比對中的實際用和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

引言

隨著社會的發(fā)展進步，企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，隨之也產(chǎn)生了相應(yīng)的環(huán)境污染，污水排放造成的污染就是其中之一。有關(guān)部門為了更好地監(jiān)管企業(yè)的污水排放量，不斷增加流量測量設(shè)備，但在使用過程中還需要定期進行人工校準(zhǔn)。為了減輕相關(guān)工作人員的工作壓力，并能夠快速準(zhǔn)確完成校準(zhǔn)工作，提出了明渠流量測量比對采集成套系統(tǒng)。

在整個流量測量采集比對系統(tǒng)中，磁致伸縮液位傳感器是關(guān)鍵部件。本文介紹了磁致伸縮液位傳感器在實際測量中的應(yīng)用。

1.磁致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1  結(jié)構(gòu)組成

磁致伸縮位移傳感器的結(jié)構(gòu)由不銹鋼管（測桿）、磁致伸縮線（敏感元件—波導(dǎo)絲）、可移動磁環(huán)（內(nèi)有磁鐵）和電子部件等部分組成（如圖1）。

1.2  工作原理

磁致伸縮液位傳感器測量的工作原理是：電子倉內(nèi)電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時，同時產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)這個磁場與磁環(huán)或浮球中的磁場相遇時，會產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動，這一扭動被安裝在電子倉內(nèi)的拾能機構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過電子電路計算出兩個脈沖之間的時間差，即可測出被測的位移和液位（如圖2）。

2.磁致伸縮傳感器的特點

磁致伸縮傳感器的特點為：1）測量精度可達0.01% FS（ 全量程），其非線性精度能小于0.05%FS， 重復(fù)精度能小于0.01%FS；2）抗干擾能力強；3）性能可靠，使用壽命長；4）安裝、調(diào)試方便；5）可進行多點、多參數(shù)的液位測量， 可自校正、免維護。

3.磁致伸縮液位傳感器與超聲波液位傳感器的比較（見下表）

4.磁致伸縮液位傳感器的實際應(yīng)用

在實際應(yīng)用中，磁致伸縮液位傳感器不是獨立使用，而是要在明渠流量測量采集比對系統(tǒng)中應(yīng)用。明渠堰槽流量計由流量測量儀和流量采集儀及軟件測試系統(tǒng)組成（如圖3所示）。

磁致伸縮液位傳感器輸出的液面和界面信號主要分為模擬量和串口兩種形式，串口為RS485/232形式，模擬量為4～20mA電流模擬信號，對應(yīng)量程為0～1m。輸出的串口或者模擬信號通過屏蔽電纜傳送至主板，主板通過內(nèi)集成電路將接受到的串口信號或者模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量在文本顯示器上顯示，由于在線監(jiān)控過程中存在電機或泵等執(zhí)行設(shè)備運行產(chǎn)生的干擾信號，且現(xiàn)場信號的采集點與控制柜之間存在距離問題，為減少信號在傳輸過程中受到干擾，故要使用優(yōu)質(zhì)的屏蔽電纜線。流量比對采集系統(tǒng)接線如圖4所示；磁致伸縮液位傳感器接線如圖5所示。

目前常用的明渠流量測量方式主要是采用超聲波液位傳感器進行測量，但通過對兩種傳感器測量方式與手工測量數(shù)據(jù)之間的比較，不難看出磁致伸縮式液位傳感器的優(yōu)勢更加明顯。以TLK-1和DR-831A兩種廠家的設(shè)備為例，TLK-1的液位測量裝置為超聲波傳感器，DR-831A的液位測量裝置為磁致伸縮液位傳感器，手工測量采用2m的卷尺，通過在不同堰槽的情況下手工測量方式、超聲波方式和磁致伸縮方式的一系列的數(shù)據(jù)來進行說明。

（1）巴歇爾槽

以某企業(yè)的車間排口流量比對數(shù)據(jù)為例，堰槽為巴歇爾槽，喉道寬度為76mm，c=0.177，n=1.55。通過匯總14點40分到16點50分時間段的三種測量方式的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)誤差結(jié)果見圖6。

數(shù)據(jù)誤差分析：通過對該組數(shù)據(jù)的分析可知，從 1 4 點 0 5 分到 1 5 點 1 0 分的這段時間，手工數(shù)據(jù)與DR-831A和TLK-1A的測量數(shù)據(jù)偏差較大，DR-831A在這個時間段與手工測量數(shù)據(jù)的***大偏差達到了7.5%，其中表現(xiàn)明顯的在14點53分、15點及15點5分的幾個時間點，而TLK-1在這個時間段與手工測量數(shù)據(jù)的***大偏差達到了11%。主要原因是由于這個時間段水位的波動較大，而且手工測量本身的準(zhǔn)確性也存在誤差。另外一個原因是工作人員在15點10分后進行換班，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)和讀取時沒有達到一致。15點10分后的數(shù)據(jù)基本波動偏小，DR-831A的偏差基本保持在±2%的誤差范圍內(nèi)，而TLK-1偏差基本保持在±5%的誤差范圍。

（2）直角三角堰

以某企業(yè)的車間排口流量比對數(shù)據(jù)為例，堰槽為直角三角堰，P=120mm，B=400mm，匯總12點10分到15點50分時間段三種測量方式的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)誤差結(jié)果如圖7所示。

數(shù)據(jù)誤差分析：通過該組數(shù)據(jù)分析可知，在15點05分到15點10分左右的時間段，手工數(shù)據(jù)與DR-831A和TLK-1的測量數(shù)據(jù)偏差較大。DR-831A在這個時間段與手工測量數(shù)據(jù)的***大偏差達到了2.7%；TLK-1在這個時間段與手工測量數(shù)據(jù)的***大偏差達到了8%。主要原因是由于這個時間段的水位突然增加，而且手工測量本身的準(zhǔn)確性也存在誤差。其他時間段的數(shù)據(jù)誤差相對平穩(wěn)，基本保持在±2%的誤差范圍內(nèi)。另外一個原因是工作人員在15點10分以后進行換班，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)和讀取時沒有達到一致。而TLK-1的偏差基本保持在±8%的誤差范圍。

（3）靜態(tài)液位流量比對數(shù)據(jù)

采用DR-831A明渠流量計比對測量系統(tǒng)與手工測量數(shù)據(jù)進行比對，匯總14點15分到15點53分時間段的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)誤差結(jié)果如圖8所示。

數(shù)據(jù)誤差分析：通過對該組數(shù)據(jù)的分析可知，DR-831A磁致伸縮傳感器的數(shù)據(jù)測量值與手工測量值基本一致，且S液位基本保持在±0.2%的范圍內(nèi)。

5.結(jié)語

磁致液位伸縮傳感器在明渠流量測量中，測量的數(shù)值更加接近手工測量，而且具有維修簡便、不需要頻繁校準(zhǔn)、使用壽命長等特點，能夠快速測量液位高度，提高了工作效率，有實際應(yīng)用價值，可代替手工校準(zhǔn)，值得進一步推廣。