目前, 工業(yè)用濃酸、濃堿液罐內(nèi)的液位檢測(cè)手段,主要有磁致伸縮液位傳感器、超聲波液位檢測(cè)儀、磁翻板液位計(jì)、接觸式防腐蝕液位檢測(cè)裝置等[1]。2007 年 05 月, 作者參觀了山西省陽城電廠, 對(duì)陽城電廠的酸堿罐液位檢測(cè)裝置進(jìn)行了考察; 該廠現(xiàn)有大小 20 余個(gè)酸堿罐中酸堿液位的檢測(cè), 大都采用超聲波液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)相結(jié)合的方式。超聲波液位計(jì)對(duì)酸堿液位信息通過線路傳輸?shù)接?jì)算機(jī), 進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。但據(jù)該廠技術(shù)人員介紹,超聲波液位計(jì)有一個(gè)致命缺點(diǎn), 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(yán)重影響了測(cè)量準(zhǔn)確度, 需要工作人員定時(shí)對(duì)超聲波探頭進(jìn)行清洗。磁翻板液位計(jì)沒有數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸功能, 需要工作人員定時(shí)地去觀察液位刻度。為了確保酸堿液位數(shù)據(jù)的可靠性, 該廠技術(shù)人員提出增加一套液位檢測(cè)裝置的要求, 并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化遠(yuǎn)程傳輸。為此, 作者利用磁致伸縮傳感器和磁翻板相結(jié)合的辦法, 以求實(shí)現(xiàn)酸堿液位的非接觸式測(cè)量, 并利用單片機(jī)和 GSM技術(shù), 實(shí)現(xiàn)磁致伸縮液位信號(hào)的無線傳輸[2]。
1 磁致伸縮液位傳感器和磁翻板液位計(jì)的測(cè)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(dǎo)磁的不銹鋼管(測(cè)桿)、磁致伸縮線(波導(dǎo)線)、可隨液面或界面移動(dòng)的浮球(內(nèi)含磁環(huán))和電子部件等組成 , 其工作原理是: 脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電流脈沖, 經(jīng)電子部件可轉(zhuǎn)換成沿波導(dǎo)線(Waveguide)傳播的波導(dǎo)脈沖( 起始脈沖) ; 其磁場(chǎng)與浮球內(nèi)的磁環(huán)磁場(chǎng)矢量相加形成螺旋磁場(chǎng), 產(chǎn)生瞬時(shí)扭力 , 使波導(dǎo)線扭動(dòng)并產(chǎn)生應(yīng)力脈沖(Strain pulse)。這個(gè)脈沖以固定的速度沿波導(dǎo)線傳回, 在電子部件的感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電流脈沖 ( 終止脈沖) 。通過測(cè)量起始脈沖與終止脈沖之間的時(shí)間周期, 并乘以這個(gè)固定的速度, 即可精確地確定被測(cè)對(duì)象的位移或液位。整個(gè)測(cè)量過程是連續(xù)不斷的, 所以每當(dāng)浮球(磁鐵)被移動(dòng)時(shí), 新的位置很快就會(huì)被感測(cè)出來。
1.2 磁翻板液位傳感器的工作原理
磁浮式翻板液位計(jì)屬于浮力式液位計(jì), 浮子是磁性的, 浮子隨液位的變化而上升或下降。安裝在浮子旁的翻板是薄導(dǎo)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(shí)帶動(dòng)翻板繞軸翻轉(zhuǎn), 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(cè)量裝置的設(shè)計(jì)
2.1 磁致伸縮- 磁翻板共用磁浮子的實(shí)驗(yàn)
為了避免磁致伸縮液位傳感器與強(qiáng)酸強(qiáng)堿的接觸, 我們把磁致伸縮傳感器與磁翻板液位計(jì)相結(jié)合,采取磁翻板液位計(jì)和磁致伸縮傳感器共用一個(gè)磁浮子的設(shè)計(jì)思路。我們把磁翻板中的磁浮子和磁致伸縮桿上的磁環(huán)磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。磁翻板中的磁浮子用的是一個(gè)水平放置的鐵氧體磁鐵圓片, 其磁場(chǎng)見圖 3,磁場(chǎng)位置在圓片中心位置, 約 150 T; 緊繞圓片周邊的磁場(chǎng)強(qiáng)度約 80 T, 沿徑向磁場(chǎng)依次減小。磁致伸縮傳感器的感應(yīng)桿上一般設(shè)置浮動(dòng)鐵氧體磁環(huán)作為磁浮子, 磁環(huán)中心位置的磁場(chǎng),約 60 T。
為把磁致伸縮桿上的磁環(huán)去掉, 采用磁翻板的磁浮子周邊磁場(chǎng)來代替磁環(huán)的磁場(chǎng); 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(cè)量裝置, 其實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖 5。當(dāng)磁翻板的液體管中的液面上下變化時(shí), 磁浮子上下浮動(dòng), 磁翻板的小圓柱狀磁棍翻轉(zhuǎn), 顏色發(fā)生變化, 利用旁邊的刻度尺可以觀察罐中的液位變化。同時(shí), 磁致伸縮桿也由于磁浮子的上下浮動(dòng)而產(chǎn)生脈沖信號(hào), 感應(yīng)為位移的變化, 從而檢測(cè)了管中液面的變化。
2.2 磁致伸縮- 磁翻板組合檢測(cè)裝置的強(qiáng)酸強(qiáng)堿罐液位檢測(cè)系統(tǒng)
由于舊式的磁翻板液位計(jì)都沒有數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)功能, 我們把磁致伸縮桿安裝在磁翻板旁邊位置即可進(jìn)行液位測(cè)量。把磁致伸縮產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)液位信號(hào)通過單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量, 存儲(chǔ)。并設(shè)定為實(shí)時(shí)測(cè)量模式, 測(cè)量頻率可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)定為每分鐘1 次。為了實(shí)現(xiàn)工作人員隨時(shí)了解液位情況, 并減少線路布線, 本系統(tǒng)采用了基于單片機(jī)與 GSM( 移動(dòng)短消息傳輸) 的數(shù)據(jù)無線傳送方式[4]。工作時(shí), 工作人員的被設(shè)定為 GSM短消息傳輸號(hào), 工作人員只需向GSM發(fā)送調(diào)用指令, GSM便可把液位數(shù)據(jù)以短消息的形式發(fā)送到工作人員的手機(jī)上。
3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
我們把一體化檢測(cè)裝置進(jìn)行了水位檢測(cè)實(shí)驗(yàn), 其檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際水位值是精度為 1 mm 的直尺測(cè)量值, 磁致伸縮傳感器測(cè)量值是通過單片機(jī)測(cè)控儀讀取的數(shù)值, 磁翻板測(cè)量值是通過對(duì)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(zhǔn)確度高; 磁翻板的測(cè)量精度為 1 cm, 但測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值都吻合。我們通過單片機(jī)控制把磁致伸縮傳感器測(cè)量值進(jìn)行無線遠(yuǎn)傳, 實(shí)現(xiàn)了酸堿罐液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因而, 磁致伸縮- 磁翻板一體化組合裝置對(duì)酸堿罐液位的檢測(cè)是可行的。
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