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、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(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。該方式可以將兩種液位儀表的測量?jì)?yōu)點(diǎn)相結合，發(fā)揮兩種液位計的*佳測量效果。

2007 年05 月, 作者參觀(guān)了某大型電廠(chǎng), 對該電廠(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電伴熱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。電伴熱磁翻板液位計沒(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(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

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(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[3]。

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電伴熱磁翻板液位計相結合,采取電伴熱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150 T; 緊繞圓片周邊的磁場(chǎng)強度約80 T, 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(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, 由于舊式的電伴熱磁翻板液位計都沒(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[4]。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1 mm 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1 cm, 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- 磁翻板一體化組合裝置對酸堿罐液位的檢測是可行的。