目前, 工業(yè)用濃酸、濃堿液罐內(nèi)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(shí)驗(yàn)再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個磁浮子, 并結(jié)合單片機(jī)緩和GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了磁致伸縮- 磁翻板一體化液位檢測裝置對強(qiáng)酸、強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，發(fā)揮兩種液位計的*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(jìn)行了考察; 該廠現(xiàn)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(jié)合的方式。超聲波液位計對酸堿液位信息通過線路傳輸?shù)接嬎銠C(jī), 進(jìn)行實(shí)時觀測。但據(jù)該廠技術(shù)人員介紹,超聲波液位計有一個致命缺點(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)重影響了測量準(zhǔn)確度, 需要工作人員定時對超聲波探頭進(jìn)行清洗。電伴熱磁翻板液位計沒有數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的可靠性, 該廠技術(shù)人員提出增加一套液位檢測裝置的要求, 并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化遠(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(dǎo)磁的不銹鋼管(測桿)、磁致伸縮線(波導(dǎo)線)、可隨液面或界面移動的浮球(內(nèi)含磁環(huán))和電子部件等組成( 見圖1) ,

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) ; 其磁場與浮球內(nèi)的磁環(huán)磁場矢量相加形成螺旋磁場, 產(chǎn)生瞬時扭力, 使波導(dǎo)線扭動并產(chǎn)生應(yīng)力脈沖(Strainpulse)。這個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(xù)不斷的, 所以每當(dāng)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(dǎo)磁金屬片( 有的是圓柱的) 制成的, 兩面涂有不同的顏色。磁性浮子升降時帶動翻板繞軸翻轉(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[3]。

2 磁致伸縮- 磁組合一體化翻板液位測量裝置的設(shè)計

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電伴熱磁翻板液位計相結(jié)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(shè)計思路。我們把磁翻板中的磁浮子和磁致伸縮桿上的磁環(huán)磁場進(jìn)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,

*強(qiáng)磁場位置在圓片中心位置, 約150 T; 緊繞圓片周邊的磁場強(qiáng)度約80 T, 沿徑向磁場依次減小。磁致伸縮傳感器的感應(yīng)桿上一般設(shè)置浮動鐵氧體磁環(huán)作為磁浮子, 其磁場見圖4, 磁環(huán)中心位置的磁場*強(qiáng),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來代替磁環(huán)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(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, 磁浮子上下浮動, 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, 磁致伸縮桿也由于磁浮子的上下浮動而產(chǎn)生脈沖信號, 感應(yīng)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(qiáng)酸強(qiáng)堿罐液位檢測系統(tǒng)

如圖6 所示, 由于舊式的電伴熱磁翻板液位計都沒有數(shù)據(jù)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(jìn)行液位測量。把磁致伸縮產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)液位信號通過單片機(jī)進(jìn)行測量, 存儲。并設(shè)定為實(shí)時測量模式, 測量頻率可根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)定為每分鐘1 次。為了實(shí)現(xiàn)工作人員**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( 移動短消息傳輸) 的數(shù)據(jù)無線傳送方式[4]。工作時, 工作人員的手機(jī)號碼被設(shè)定為GSM短消息傳輸號, 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

我們把圖5 所示的一體化檢測裝置進(jìn)行了水位檢測實(shí)驗(yàn), 其檢測結(jié)果與實(shí)際水位值見表1。

表1 中實(shí)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(jī)測控儀讀取的數(shù)值, 磁翻板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(zhǔn)確度高; 磁翻板的測量精度為1 cm, 但測量結(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量值進(jìn)行無線遠(yuǎn)傳, 實(shí)現(xiàn)了酸堿罐液位的實(shí)時監(jiān)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。