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(jì)、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(jì)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(jì)組合,通過實(shí)驗(yàn)再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個(gè)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(jì)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(gè)酸堿罐中酸堿液位的檢測, 大都采用超聲波液位計(jì)與電伴熱磁翻板液位計(jì)相結(jié)合的方式。超聲波液位計(jì)對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。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)重影響了測量準(zhǔn)確度, 需要工作人員定時(shí)對超聲波探頭進(jìn)行清洗。電伴熱磁翻板液位計(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(jì)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(dòng)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(shí)扭力, 使波導(dǎo)線扭動(dòng)并產(chǎn)生應(yīng)力脈沖(Strainpulse)。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對象的位移或液位。整個(gè)測量過程是連續(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(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, 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(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[3]。

2 磁致伸縮- 磁組合一體化翻板液位測量裝置的設(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電伴熱磁翻板液位計(jì)相結(jié)合,采取電伴熱磁翻板液位計(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)磁場進(jìn)行了測量。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(dòng)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(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, 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(jì)都沒有數(shù)據(jù)自動(dòng)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(shí)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(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(shí)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。