磁致伸縮液位傳感器是利用磁致伸縮效應(yīng)來測(cè)量液位（位移）高度的變化，文章介紹了常見的明渠流量測(cè)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(duì)中的實(shí)際用和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)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(cè)量設(shè)備，但在使用過程中還需要定期進(jìn)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(cè)量比對(duì)采集成套系統(tǒng)。

在整個(gè)流量測(cè)量采集比對(duì)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(shí)際測(cè)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(cè)桿）、磁致伸縮線（敏感元件—波導(dǎo)絲）、可移動(dòng)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(cè)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(shí)，同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中的磁場(chǎng)相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，這一扭動(dòng)被安裝在電子倉內(nèi)的拾能機(jī)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(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差，即可測(cè)出被測(cè)的位移和液位（如圖2）。

2.磁致伸縮傳感器的特點(diǎn)

磁致伸縮傳感器的特點(diǎn)為：1）測(cè)量精度可達(dá)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(qiáng)；3）性能可靠，使用壽命長(zhǎng)；4）安裝、調(diào)試方便；5）可進(jìn)行多點(diǎn)、多參數(shù)的液位測(cè)量， 可自校正、免維護(hù)。

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(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，磁致伸縮液位傳感器不是獨(dú)立使用，而是要在明渠流量測(cè)量采集比對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用。明渠堰槽流量計(jì)由流量測(cè)量?jī)x和流量采集儀及軟件測(cè)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(hào)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(hào)，對(duì)應(yīng)量程為0～1m。輸出的串口或者模擬信號(hào)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(hào)或者模擬信號(hào)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(jī)或泵等執(zhí)行設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的干擾信號(hào)，且現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集點(diǎn)與控制柜之間存在距離問題，為減少信號(hào)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(duì)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(cè)量方式主要是采用超聲波液位傳感器進(jìn)行測(cè)量，但通過對(duì)兩種傳感器測(cè)量方式與手工測(cè)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(shì)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(cè)量裝置為超聲波傳感器，DR-831A的液位測(cè)量裝置為磁致伸縮液位傳感器，手工測(cè)量采用2m的卷尺，通過在不同堰槽的情況下手工測(cè)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(jìn)行說明。

（1）巴歇爾槽

以某企業(yè)的車間排口流量比對(duì)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(diǎn)40分到16點(diǎn)50分時(shí)間段的三種測(cè)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(duì)該組數(shù)據(jù)的分析可知，從 1 4 點(diǎn) 0 5 分到 1 5 點(diǎn) 1 0 分的這段時(shí)間，手工數(shù)據(jù)與DR-831A和TLK-1A的測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，DR-831A在這個(gè)時(shí)間段與手工測(cè)量數(shù)據(jù)的***大偏差達(dá)到了7.5%，其中表現(xiàn)明顯的在14點(diǎn)53分、15點(diǎn)及15點(diǎn)5分的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而TLK-1在這個(gè)時(shí)間段與手工測(cè)量數(shù)據(jù)的***大偏差達(dá)到了11%。主要原因是由于這個(gè)時(shí)間段水位的波動(dòng)較大，而且手工測(cè)量本身的準(zhǔn)確性也存在誤差。另外一個(gè)原因是工作人員在15點(diǎn)10分后進(jìn)行換班，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)和讀取時(shí)沒有達(dá)到一致。15點(diǎn)10分后的數(shù)據(jù)基本波動(dòng)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(duì)數(shù)據(jù)為例，堰槽為直角三角堰，P=120mm，B=400mm，匯總12點(diǎn)10分到15點(diǎn)50分時(shí)間段三種測(cè)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(diǎn)05分到15點(diǎn)10分左右的時(shí)間段，手工數(shù)據(jù)與DR-831A和TLK-1的測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大。DR-831A在這個(gè)時(shí)間段與手工測(cè)量數(shù)據(jù)的***大偏差達(dá)到了2.7%；TLK-1在這個(gè)時(shí)間段與手工測(cè)量數(shù)據(jù)的***大偏差達(dá)到了8%。主要原因是由于這個(gè)時(shí)間段的水位突然增加，而且手工測(cè)量本身的準(zhǔn)確性也存在誤差。其他時(shí)間段的數(shù)據(jù)誤差相對(duì)平穩(wěn)，基本保持在±2%的誤差范圍內(nèi)。另外一個(gè)原因是工作人員在15點(diǎn)10分以后進(jìn)行換班，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)和讀取時(shí)沒有達(dá)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(duì)數(shù)據(jù)

采用DR-831A明渠流量計(jì)比對(duì)測(cè)量系統(tǒng)與手工測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，匯總14點(diǎn)15分到15點(diǎn)53分時(shí)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(duì)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(cè)量值與手工測(cè)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(cè)量中，測(cè)量的數(shù)值更加接近手工測(cè)量，而且具有維修簡(jiǎn)便、不需要頻繁校準(zhǔn)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，能夠快速測(cè)量液位高度，提高了工作效率，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可代替手工校準(zhǔn)，值得進(jìn)一步推廣。