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磁致伸缩磁组合一体化翻板液位测量装置的设计

发布时间:2021-01-12 06:48:22  点击次数:292次

摘要:基于磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位检测装置的工作原理,将磁致伸缩传感器和磁翻板液位计组合,通过实验再将磁致伸缩和磁翻板装置共用一个磁浮子,并结合单片机缓和GSM技术实现了磁致伸缩-磁翻板一体化液位检测装置对强酸、强碱罐酸碱液位的非接触式测量。
目前,工业用浓酸、浓碱液罐内的液位检测手段,主要有超声波液位检测仪、磁翻板液位计、接触式防腐蚀液位检测装置等。2007年05月,作者参观了山西省阳城电厂,对阳城电厂的酸碱罐液位检测装置进行了考察;该厂现有大小20余个酸碱罐中酸碱液位的检测,大都采用超声波液位计与磁翻板液位计相结合的方式。超声波液位计对酸碱液位信息通过线路传输到计算机,进行实时观测。但据该厂技术人员介绍,超声波液位计有一个致命缺点,就是安装在罐顶部的超声波探头很容易被酸雾或碱雾笼罩,严重影响了测量准确度,需要工作人员定时对超声波探头进行清洗。磁翻板液位计没有数据的自动传输功能,需要工作人员定时地去观察液位刻度。为了确保酸碱液位数据的可靠性,该厂技术人员提出增加一套液位检测装置的要求,并能实现数据的自动化远程传输。为此,作者利用磁致伸缩传感器和磁翻板相结合的办法,以求实现酸碱液位的非接触式测量,并利用单片机和GSM技术,实现磁致伸缩液位信号的无线传输。
1、磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位计的测量原理
1.1 磁致伸缩液位传感器的工作原理
磁致伸缩线性液位传感器,采用不导磁的不锈钢管(测杆)、磁致伸缩线(波导线)、可随液面或界面移动的浮球(内含磁环)和电子部件等组成( 见图1),其工作原理是:脉冲发生器产生电流脉冲,经电子部件可转换成沿波导线(Waveguide)传播的波导脉冲(起始脉冲);其磁场与浮球内的磁环磁场矢量相加形成螺旋磁场,产生瞬时扭力,使波导线扭动并产生应力脉冲(Strainpulse)。这个脉冲以固定的速度沿波导线传回,在电子部件的感应线圈两端产生感应电流脉冲(终止脉冲)。通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间周期,并乘以这个固定的速度,即可精确地确定被测对象的位移或液位。整个测量过程是连续不断的,所以每当浮球(磁铁)被移动时,新的位置很快就会被感测出来。
1.2 磁翻板液位传感器的工作原理
磁翻板液位计属于浮力式液位计,浮子是磁性的,浮子随液位的变化而上升或下降,见图2。安装在浮子旁的翻板是薄导磁金属片(有的是圆柱的)制成的,两面涂有不同的颜色。磁性浮子升降时带动翻板绕轴翻转,浮子以上的翻板是一种颜色(如白色),浮子以下的翻板为另一种颜色(如红色),通过观察外面的颜色可知道液位的高低
2、磁致伸缩-磁组合一体化翻板液位测量装置的设计
2.1 磁致伸缩-磁翻板共用磁浮子的实验
为了避免磁致伸缩液位传感器与强酸强碱的接触,我们把磁致伸缩传感器与磁翻板液位计相结合,采取磁翻板液位计和磁致伸缩传感器共用一个磁浮子的设计思路。我们把磁翻板中的磁浮子和磁致伸缩杆上的磁环磁场进行了测量。磁翻板液位计中的磁浮子用的是一个水平放置的铁氧体磁铁圆片,其磁场见图3,最强磁场位置在圆片中心位置,约150T;紧绕圆片周边的磁场强度约80T,沿径向磁场依次减小。磁致伸缩传感器的感应杆上一般设置浮动铁氧体磁环作为磁浮子,其磁场见图4,磁环中心位置的磁场最强,约60T。
为把磁致伸缩杆上的磁环去掉,采用磁翻板的磁浮子周边磁场来代替磁环的磁场;即把磁致伸缩杆垂直竖立在磁翻板旁边,形成磁致伸缩-磁翻板一体化液位测量装置,其实验装置图见图5。当磁翻板的液体管中的液面上下变化时,磁浮子上下浮动,磁翻板液位计的小圆柱状磁棍翻转,颜色发生变化,利用旁边的刻度尺可以观察罐中的液位变化。同时,磁致伸缩杆也由于磁浮子的上下浮动而产生脉冲信号,感应为位移的变化,从而检测了管中液面的变化。
2.2 磁致伸缩-磁翻板液位计组合检测装置的强酸强碱罐液位检测系统
如图6所示,由于旧式的磁翻板液位计都没有数据自动记录和存储功能,我们把磁致伸缩杆安装在磁翻板旁边位置即可进行液位测量。把磁致伸缩产生的标准液位信号通过单片机进行测量,存储。并设定为实时测量模式,测量频率可根据现场需要设定为每分钟1次。为了实现工作人员随时了解液位情况,并减少线路布线,本系统采用了基于单片机与GSM(移动短消息传输)的数据无线传送方式。工作时,工作人员的手机号码被设定为GSM短消息传输号,工作人员只需向GSM发送调用指令,GSM便可把液位数据以短消息的形式发送到工作人员的手机上。
3、实验与结论
我们把图5所示的一体化检测装置进行了水位检测实验,其检测结果与实际水位值见表1。
表1中实际水位值是精度为1mm的直尺测量值,磁致伸缩传感器测量值是通过单片机测控仪读取的数值,磁翻板液位计测量值是通过对液位柱显示的值人工读取的。可以看出,磁致伸缩传感器的液位读取精度在1%,且准确度高;磁翻板的测量精度为1cm,但测量结果与实际值都吻合。我们通过单片机控制把磁致伸缩传感器测量值进行无线远传,实现了酸碱罐液位的实时监测。因而,磁致伸缩-磁翻板液位计一体化组合装置对酸碱罐液位的检测是可行的。

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