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(guò)實(shí)驗再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個(gè)磁浮子，并結合單片機緩和GSM技術(shù)實(shí)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(yè)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(guān)了山西省陽(yáng)城電廠(chǎng)，對陽(yáng)城電廠(chǎng)的酸堿罐液位檢測裝置進(jìn)行了考察；該廠(chǎng)現有大小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(guò)線(xiàn)路傳輸到計算機，進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)測。但據該廠(chǎng)技術(shù)人員介紹，超聲波液位計有一個(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，嚴重影響了測量準確度，需要工作人員定時(shí)對超聲波探頭進(jìn)行清洗。磁翻板液位計沒(méi)有數據的自動(dòng)傳輸功能，需要工作人員定時(shí)地去觀(guān)察液位刻度。為了確保酸堿液位數據的可靠性，該廠(chǎng)技術(shù)人員提出增加一套液位檢測裝置的要求，并能實(shí)現數據的自動(dòng)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(shí)現酸堿液位的非接觸式測量，并利用單片機和GSM技術(shù)，實(shí)現磁致伸縮液位信號的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)性液位傳感器，采用不導磁的不銹鋼管(測桿)、磁致伸縮線(xiàn)(波導線(xiàn))、可隨液面或界面移動(dòng)的浮球(內含磁環(huán))和電子部件等組成( 見(jiàn)圖1)，其工作原理是：脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電流脈沖，經(jīng)電子部件可轉換成沿波導線(xiàn)(Waveguide)傳播的波導脈沖(起始脈沖)；其磁場(chǎng)與浮球內的磁環(huán)磁場(chǎng)矢量相加形成螺旋磁場(chǎng)，產(chǎn)生瞬時(shí)扭力，使波導線(xiàn)扭動(dòng)并產(chǎn)生應力脈沖(Strainpulse)。這個(gè)脈沖以固定的速度沿波導線(xiàn)傳回，在電子部件的感應線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生感應電流脈沖(終止脈沖)。通過(guò)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(guò)程是連續不斷的，所以每當浮球(磁鐵)被移動(dòng)時(shí)，新的位置很快就會(huì )被感測出來(lái)。

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(jiàn)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(shí)帶動(dòng)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(guò)觀(guān)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(shí)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(gè)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(huán)磁場(chǎng)進(jìn)行了測量。磁翻板液位計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(jiàn)圖3，*強磁場(chǎng)位置在圓片中心位置，約150T；緊繞圓片周邊的磁場(chǎng)強度約80T，沿徑向磁場(chǎng)依次減小。磁致伸縮傳感器的感應桿上一般設置浮動(dòng)鐵氧體磁環(huán)作為磁浮子，其磁場(chǎng)見(jiàn)圖4，磁環(huán)中心位置的磁場(chǎng)*強，約60T。

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(lái)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量裝置，其實(shí)驗裝置圖見(jiàn)圖5。當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)，磁翻板液位計的小圓柱狀磁棍翻轉，顏色發(fā)生變化，利用旁邊的刻度尺可以觀(guān)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(méi)有數據自動(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)生的標準液位信號通過(guò)單片機進(jìn)行測量，存儲。并設定為實(shí)時(shí)測量模式，測量頻率可根據現場(chǎng)需要設定為每分鐘1次。為了實(shí)現工作人員**了解液位情況，并減少線(xiàn)路布線(xiàn)，本系統采用了基于單片機與GSM(移動(dòng)短消息傳輸)的數據無(wú)線(xiàn)傳送方式。工作時(shí)，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(fā)送調用指令，GSM便可把液位數據以短消息的形式發(fā)送到工作人員的手機上。

3、實(shí)驗與結論

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，其檢測結果與實(shí)際水位值見(jiàn)表1。

表1中實(shí)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(guò)單片機測控儀讀取的數值，磁翻板液位計測量值是通過(guò)對液位柱顯示的值人工讀取的?？梢钥闯?，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(shí)際值都吻合。我們通過(guò)單片機控制把磁致伸縮傳感器測量值進(jìn)行無(wú)線(xiàn)遠傳，實(shí)現了酸堿罐液位的實(shí)時(shí)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。