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磁致伸縮磁組合一體化翻板液位計的原理與設計
發布時間：2021-01-12 06:51:52??點擊次數：2260次
摘要：基于磁致伸縮液位傳感器和磁翻板液位檢測裝置的工作原理，將磁致伸縮傳感器和磁翻板液位計組合，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。
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、磁翻板液位計、接觸式防腐蝕液位檢測裝置等。2007年05月，作者參觀了山西省陽城電廠，對陽城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。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
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
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磁翻板液位計相結合，采取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。磁翻板液位計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，*強磁場位置在圓片中心位置，約150T；緊繞圓片周邊的磁場強度約80T，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*強，約60T。
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，磁翻板液位計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-磁翻板液位計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**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。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1mm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，磁翻板液位計測量值是通過對液位柱顯示的值人工讀取的。可以看出，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1cm，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-磁翻板液位計一體化組合裝置對酸堿罐液位的檢測是可行的。
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