硝酸銨溶液是一種生產(chǎn)炸藥的原料，儲(chǔ)存要求較為嚴(yán)格，貯罐的液位測(cè)量為貯罐內(nèi)硝酸銨溶液的分層保溫、余料監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)投料提供了液位數(shù)據(jù)。由于硝酸銨澄澈具有腐蝕性和易結(jié)晶的特點(diǎn)，如果經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不保溫和不攪拌的情況，采用插入式壓力液位變送器則會(huì)產(chǎn)生在貯罐底的 嚴(yán)重結(jié)晶現(xiàn)象，隔離膜片也常常會(huì)被結(jié)晶體抱死，即便是后來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的保溫仍未能正常工作，給生產(chǎn)監(jiān)控以及槽罐車(chē)的正常卸料造成了影響，在影響工藝生產(chǎn)的同時(shí)也大大增加了儀表的維護(hù)工作。。因此，筆者通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液位測(cè)量技術(shù)的對(duì)比，尋找一種有效的硝酸銨溶液液位測(cè)量應(yīng)用方法，盡量減少因液位測(cè)量不真實(shí)而對(duì)硝酸銨溶液應(yīng)用系統(tǒng)造成的影響。針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比幾種液位儀在硝酸銨溶液貯罐中的使用情況，總結(jié)出一種適合測(cè)量硝酸銨溶液貯罐液位的磁致伸縮式液位儀，并應(yīng)用于上杭新建硝酸銨溶液貯罐的液位測(cè)量。
1.1壓力變送式液位儀

常用的硝酸銨貯罐多采用壓力式液位變送器，它是一種直接測(cè)量液體壓力，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出的液位變送器。
插人式變送器的壓力隔離膜片直接與被測(cè)
介質(zhì)接觸，連通入高壓室；低壓室壓力采用大氣壓或真空，作用在S元件（即敏感元件）的兩側(cè)隔離膜片上，通過(guò)隔離膜片和元件內(nèi)的填
充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。壓力式液位測(cè)量原理圖如圖1所示，當(dāng)貯罐內(nèi)有硝酸銨溶液時(shí)，隔離膜片受其液面壓力，由變送器輸出電流信號(hào)。根據(jù)流體靜力學(xué)原理，換算出液位或物料重量信息。
優(yōu)點(diǎn)：工業(yè)壓力式液位變送器的技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于工藝領(lǐng)域。轉(zhuǎn)換精度高，通過(guò)隔離膜片，能測(cè)量較高溫度的液體。
缺點(diǎn)：壓力式液位變送器因其測(cè)量原理，必須安裝在貯罐底部。一旦硝酸銨溶液的溫度下降，溶液C罐底部出現(xiàn)大量結(jié)晶。硝酸銨溶液結(jié)晶后，插人的隔離膜片被硝酸銨結(jié)晶包裹，受到結(jié)晶晶體的應(yīng)力，出現(xiàn)壓力超量程的情況，不能真實(shí)反映出硝酸銨貯罐的液位情況。同時(shí)硝酸銨溶液底部結(jié)晶不易溶化，為生產(chǎn)投料及安全控制帶來(lái)了不少的麻煩。
1.2磁性浮子液位儀
硝酸銨溶液生產(chǎn)企業(yè)里多數(shù)使用磁性浮子防爆型磁翻板液位計(jì)，防爆型磁翻板液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成，如圖2所示。

當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，防爆型磁翻板液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降
時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。當(dāng)加上磁性行程開(kāi)關(guān)后，可轉(zhuǎn)換為位置量測(cè)量信號(hào)，用以輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，供控制系統(tǒng)使用。
優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量直接可觀，且價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：安裝較復(fù)雜，需加裝連通管，上下法蘭面要求在同一垂直平面內(nèi)，防爆型磁翻板液位計(jì)下端應(yīng)略高于罐體下法蘭口。應(yīng)用于硝酸銨貯罐，因磁翻轉(zhuǎn)防爆型磁翻板液位計(jì)需通過(guò)連通容器將被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)引入，一旦硝酸銨溶液結(jié)
晶將不能導(dǎo)通測(cè)量室內(nèi)的液位。因此，不適用于硝酸銨溶液忙罐。
1.3超聲波液位儀
超聲波液位儀（見(jiàn)圖3)工作原理是由超聲波換能器（探頭）發(fā)出高頻脈沖聲波，遇到被測(cè)物位（物料）表面被反射折回，反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
聲波的傳播時(shí)間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。聲波傳輸距離與聲速和聲傳輸時(shí)間的關(guān)系可用公式表亦：
S=c • T/2
(1)式中，s為聲波傳輸距離；c為聲速；r為聲波傳輸時(shí)間。
探頭部分發(fā)射出超聲波，然后被液面反射，探頭部分再接收，通過(guò)信號(hào)處理，超聲波變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)給控制系統(tǒng)。
優(yōu)點(diǎn)：由于超聲波液位儀在測(cè)量物位時(shí)，與被測(cè)介質(zhì)不接觸，同時(shí)為全密閉防腐結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于黏稠的、腐蝕性的、渾濁的等各種液體的液位測(cè)量，效果*佳。工作可靠，在惡劣的工作環(huán)境中仍能正常
使用。安裝簡(jiǎn)便，可在罐頂直接拆裝。使用周期長(zhǎng)，免維護(hù)。
缺點(diǎn)：由于溫度對(duì)聲速具有影響，所以測(cè)得的液位也受到溫度影響。并且硝酸銨溶液貯罐內(nèi)溫度較高，貯罐罐頂溫度低，硝酸銨受冷容易凝結(jié)在儀表的發(fā)射頭及接收頭處，影響儀表的正常測(cè)量。

1.4雷達(dá)液位儀
雷達(dá)液位儀與超聲波液位儀原理相似，是通過(guò)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量功能的一種新型的液位儀表。通過(guò)發(fā)射能量*低的*短微波脈沖信號(hào)，配合天線系統(tǒng)對(duì)反射回信號(hào)的接收，實(shí)現(xiàn)判斷液面高度的目的。
缺點(diǎn)：同樣因探頭安裝在貯罐頂部，容易被硝酸銨結(jié)晶包裹，影響儀表的正常測(cè)量。
1.5磁致伸縮液位儀
磁致伸縮液位儀（見(jiàn)圖4)，是近十年來(lái)隨著單片機(jī)及復(fù)雜可編程邏輯器件技術(shù)發(fā)展而被廣泛使用的一
種高精度液位測(cè)量?jī)x表。其通過(guò)內(nèi)部非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的絕對(duì)位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的，且作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無(wú)直接接觸，因此可應(yīng)用在*惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油潰、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?。

磁致伸縮式液位儀是利用磁致伸縮原理，通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成。
測(cè)量過(guò)程是由測(cè)量頭中的脈沖發(fā)射電路不斷向波導(dǎo)管發(fā)射詢(xún)問(wèn)電流脈沖，該電流產(chǎn)生周向磁場(chǎng)并沿波導(dǎo)管傳播，與磁浮子形成的軸向磁場(chǎng)相交時(shí)矢量疊加，形成螺旋磁場(chǎng)。在該磁場(chǎng)作用下，波導(dǎo)管發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)而產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲，該應(yīng)變波以超聲波速沿波導(dǎo)管向兩端傳播，當(dāng)傳回測(cè)量頭一端時(shí)，基于逆磁致伸縮效應(yīng)，通過(guò)回波接收線圈轉(zhuǎn)換為電脈沖。
由于電流以光速傳遞，從發(fā)射端到磁浮子之間電流傳遞時(shí)間可忽略不計(jì)，因此測(cè)出發(fā)射電脈沖與返回應(yīng)變脈沖之間的時(shí)間間隔，即可得到浮子距檢測(cè)零點(diǎn)的距離fc，實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)。這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不斷的，所以，每當(dāng)磁浮子隨液位移動(dòng)時(shí)，新的液位就被檢測(cè)出來(lái)，其防爆型磁翻板液位計(jì)算方法如下：
h = Tv (2)
H 二 L-Tv (3)
式中，好為液位；L為罐高；r為時(shí)差；〃為應(yīng)變波傳播速度。
缺點(diǎn)：磁浮子的活動(dòng)阻力不應(yīng)過(guò)大，因此不能測(cè)量高黏度液體和泥漿；天線浸在被測(cè)液體或其飽和汽體中工作，不適用于有壓、自聚、有毒、高黏度液體的測(cè)量。浮子沿著波導(dǎo)管外的護(hù)導(dǎo)管上下移動(dòng)，有時(shí)會(huì)被卡住。
優(yōu)點(diǎn)：磁致伸縮式液位儀是通過(guò)移動(dòng)磁性浮球的位置來(lái)測(cè)量的，而磁性浮球始終處于液面的頂端。因
此，在硝酸鞍溶液貯罐的液位測(cè)量中，即使硝酸銨溶液因未加熱保溫出現(xiàn)結(jié)晶，其液面位置仍正確可靠。因此，將磁致伸縮式液位儀應(yīng)用于上杭分公司新建的硝酸銨溶液貯罐控制系統(tǒng)中。
2、液位測(cè)量?jī)x的選用
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液位測(cè)量方法應(yīng)用于硝酸銨溶液的測(cè)量中存在的優(yōu)勢(shì)及弊端來(lái)分析，發(fā)現(xiàn)磁致伸縮式液位儀具有較突出的優(yōu)勢(shì)，隔離了活動(dòng)元件與測(cè)量元件，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，在硝酸銨溶液It罐控制系統(tǒng)中可以正常使用，能夠滿(mǎn)足預(yù)期的測(cè)量效果。
2.1磁致伸縮式液位儀的選用
上杭新建硝酸銨溶液貯罐控制系統(tǒng)的基本情況為：貯存易結(jié)晶，易腐蝕的濃溶液，溶液溫度在110 ~130T，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91% ~93%。因此，在選用磁致伸縮式防爆型磁翻板液位計(jì)時(shí)，除了需要考慮工作壓力、工作溫度、防爆、防腐等要求和所測(cè)量的液面變化范圍外，還要根據(jù)密度選擇合適的浮子規(guī)格、尺寸、材質(zhì)。筆者選用了美國(guó)的MTS液位傳感器。
2.2磁致伸縮傳感器的安裝
使用的硝酸銨溶液C罐為直徑4m、高4m的不鋼銹貯罐，在頂部開(kāi)口，以法蘭安裝MTS液位傳感器。其安裝示意圖如圖5所示。

硝酸銨溶液貯罐的液位信號(hào)加入了硝酸銨溶液應(yīng)用控制系統(tǒng)中，給控制系統(tǒng)的分層保溫、液位顯示、余料監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)投料提供了貯罐液位的數(shù)據(jù)。MTS液位傳感器自帶變送輸出，其與控制系統(tǒng)連接如圖6所示。
2.3磁致伸縮傳感器的調(diào)試、使用
MTS的磁致伸縮式液位儀為法蘭安裝，貯罐罐頂已留有預(yù)留孔。安裝時(shí)，調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單，只需通過(guò)調(diào)試測(cè)量頭上的智能型儀表，標(biāo)定上、下限液位數(shù)據(jù)后即可。輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4 ~ 20mA通過(guò)隔離光柵直接與PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。
貯罐剛投入使用時(shí)，出現(xiàn)液位指示有時(shí)不變，經(jīng)分析主要原因是浮子和測(cè)桿之間的間隙太小，硝酸銨溶液的密度較大，表面張力也較大，導(dǎo)致液面下降時(shí)浮子掛在桿子上。后與廠商聯(lián)系，通過(guò)更換較大內(nèi)徑的磁性浮球后，此現(xiàn)象消除，測(cè)量要求得到了滿(mǎn)足。
經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的使用情況追蹤，確定貯罐液位精密計(jì)量的精確度可達(dá)1mm，并且輸出信號(hào)穩(wěn)定，無(wú)誤檢測(cè)情況，為JC罐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了可靠的液位檢測(cè)。同時(shí)安裝簡(jiǎn)單、可靠性離、無(wú)需日常維護(hù)。需特別注意的是，因工業(yè)炸藥用硝酸銨溶液的密度較大（1.42g/cm3),具有腐蝕性，因此選擇了特殊結(jié)構(gòu)的界面浮子，以適用于硝酸銨溶液。

3、結(jié)論
上杭乳化新線硝酸銨溶液C罐防爆型磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：磁致伸縮式液位儀用于測(cè)量易結(jié)晶的硝酸銨溶液是成功的。磁致伸縮式液位儀有效地將敏感元件與惡劣的工作狀況相分隔，保證了液位測(cè)量的高精度、高可靠性，且具有穩(wěn)定性好、溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)。其在液位檢測(cè)技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)，將促使它在化工應(yīng)用行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。