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磁致伸縮液位傳感器和電伴熱磁翻板液位計的測量原理與裝置設計

發布時間:2021-01-22 15:23:28??點擊次數:612次

目前, 工業用濃酸、濃堿液罐內的液位檢測手段,主要有超聲波液位檢測儀、電伴熱磁翻板液位計、接觸式防腐蝕液位檢測裝置等。本文所介紹的這種測量方式,是基于磁致伸縮液位傳感器和電伴熱磁翻板液位計檢測裝置的工作原理, 將磁致伸縮傳感器和電伴熱磁翻板液位計組合,通過實驗再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個磁浮子, 并結合單片機緩和GSM技術實現了磁致伸縮- 磁翻板一體化液位檢測裝置對強酸、強堿罐酸堿液位的非接觸式測量。該方式可以將兩種液位儀表的測量優點相結合,發揮兩種液位計的最佳測量效果。
2007 年05 月, 作者參觀了某大型電廠, 對該電廠的酸堿罐液位檢測裝置進行了考察; 該廠現有大小20 余個酸堿罐中酸堿液位的檢測, 大都采用超聲波液位計與電伴熱磁翻板液位計相結合的方式。超聲波液位計對酸堿液位信息通過線路傳輸到計算機, 進行實時觀測。但據該廠技術人員介紹,超聲波液位計有一個致命缺點, 就是安裝在罐頂部的超聲波探頭很容易被酸霧或堿霧籠罩, 嚴重影響了測量準確度, 需要工作人員定時對超聲波探頭進行清洗。電伴熱磁翻板液位計沒有數據的自動傳輸功能, 需要工作人員定時地去觀察液位刻度。為了確保酸堿液位數據的可靠性, 該廠技術人員提出增加一套液位檢測裝置的要求, 并能實現數據的自動化遠程傳輸。為此, 作者利用磁致伸縮傳感器和磁翻板相結合的辦法, 以求實現酸堿液位的非接觸式測量, 并利用單片機和GSM技術, 實現磁致伸縮液位信號的無線傳輸。
1 磁致伸縮液位傳感器和電伴熱磁翻板液位計的測量原理
1.1 磁致伸縮液位傳感器的工作原理
磁致伸縮線性液位傳感器, 采用不導磁的不銹鋼管(測桿)、磁致伸縮線(波導線)、可隨液面或界面移動的浮球(內含磁環)和電子部件等組成( 見圖1) ,
其工作原理是: 脈沖發生器產生電流脈沖, 經電子部件可轉換成沿波導線(Waveguide)傳播的波導脈沖( 起始脈沖) ; 其磁場與浮球內的磁環磁場矢量相加形成螺旋磁場, 產生瞬時扭力, 使波導線扭動并產生應力脈沖(Strainpulse)。這個脈沖以固定的速度沿波導線傳回, 在電子部件的感應線圈兩端產生感應電流脈沖( 終止脈沖) 。通過測量起始脈沖與終止脈沖之間的時間周期, 并乘以這個固定的速度, 即可精確地確定被測對象的位移或液位。整個測量過程是連續不斷的, 所以每當浮球(磁鐵)被移動時, 新的位置很快就會被感測出來。
1.2 磁翻板液位傳感器的工作原理
電伴熱磁翻板液位計屬于浮力式液位計, 浮子是磁性的, 浮子隨液位的變化而上升或下降, 見圖2。
安裝在浮子旁的翻板是薄導磁金屬片( 有的是圓柱的) 制成的, 兩面涂有不同的顏色。磁性浮子升降時帶動翻板繞軸翻轉, 浮子以上的翻板是一種顏色( 如白色) , 浮子以下的翻板為另一種顏色( 如紅色) , 通過觀察外面的顏色可知道液位的高低[3]。
2 磁致伸縮- 磁組合一體化翻板液位測量裝置的設計
2.1 磁致伸縮- 磁翻板共用磁浮子的實驗
為了避免磁致伸縮液位傳感器與強酸強堿的接觸, 我們把磁致伸縮傳感器與電伴熱磁翻板液位計相結合,采取電伴熱磁翻板液位計和磁致伸縮傳感器共用一個磁浮子的設計思路。我們把磁翻板中的磁浮子和磁致伸縮桿上的磁環磁場進行了測量。磁翻板中的磁浮子用的是一個水平放置的鐵氧體磁鐵圓片, 其磁場見圖3,
最強磁場位置在圓片中心位置, 約150 T; 緊繞圓片周邊的磁場強度約80 T, 沿徑向磁場依次減小。磁致伸縮傳感器的感應桿上一般設置浮動鐵氧體磁環作為磁浮子, 其磁場見圖4, 磁環中心位置的磁場最強,約60 T。
為把磁致伸縮桿上的磁環去掉, 采用磁翻板的磁浮子周邊磁場來代替磁環的磁場; 即把磁致伸縮桿垂直豎立在磁翻板旁邊, 形成磁致伸縮- 磁翻板一體化液位測量裝置, 其實驗裝置圖見圖5。
當磁翻板的液體管中的液面上下變化時, 磁浮子上下浮動, 磁翻板的小圓柱狀磁棍翻轉, 顏色發生變化, 利用旁邊的刻度尺可以觀察罐中的液位變化。同時, 磁致伸縮桿也由于磁浮子的上下浮動而產生脈沖信號, 感應為位移的變化, 從而檢測了管中液面的變化。
2.2 磁致伸縮- 磁翻板組合檢測裝置的強酸強堿罐液位檢測系統
如圖6 所示, 由于舊式的電伴熱磁翻板液位計都沒有數據自動記錄和存儲功能, 我們把磁致伸縮桿安裝在磁翻板旁邊位置即可進行液位測量。把磁致伸縮產生的標準液位信號通過單片機進行測量, 存儲。并設定為實時測量模式, 測量頻率可根據現場需要設定為每分鐘1 次。為了實現工作人員隨時了解液位情況, 并減少線路布線, 本系統采用了基于單片機與GSM( 移動短消息傳輸) 的數據無線傳送方式[4]。工作時, 工作人員的手機號碼被設定為GSM短消息傳輸號, 工作人員只需向GSM發送調用指令, GSM便可把液位數據以短消息的形式發送到工作人員的手機上。
3 實驗與結論
我們把圖5 所示的一體化檢測裝置進行了水位檢測實驗, 其檢測結果與實際水位值見表1。
表1 中實際水位值是精度為1 mm 的直尺測量值, 磁致伸縮傳感器測量值是通過單片機測控儀讀取的數值, 磁翻板測量值是通過對液位柱顯示的值人工讀取的??梢钥闯? 磁致伸縮傳感器的液位讀取精度在1%, 且準確度高; 磁翻板的測量精度為1 cm, 但測量結果與實際值都吻合。我們通過單片機控制把磁致伸縮傳感器測量值進行無線遠傳, 實現了酸堿罐液位的實時監測。因而, 磁致伸縮- 磁翻板一體化組合裝置對酸堿罐液位的檢測是可行的。

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