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一體化磁致伸縮與磁翻板液位計檢測裝置對罐酸堿液位的非接觸式測量方法
本文概述
在工業(yè)平臺，關(guān)于濃酸和濃堿的的液位測量，當前主要使用的測量儀表有接觸式防腐蝕液位檢測裝置、磁翻板液位計、超聲波液位檢測儀等等。根據(jù)技術(shù)人員對于山西省陽城電廠的調(diào)查,生產(chǎn)廠區(qū)共有20 余大小不等的酸堿罐，對于這些罐體中酸堿液位的檢測, 大都采用超聲波液位計與磁翻板液位計相結(jié)合的方式。具體即是超聲波液位計對酸堿液位信息通過線路傳輸?shù)接嬎銠C, 進行及時觀測。
不過在與生產(chǎn)現(xiàn)場的技術(shù)人員溝通過打聽到，使用超聲波液位計有一個致命缺點, 即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, 需要工作人員定時對超聲波探頭進行清洗。而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, 并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化遠程傳輸。為此, 作者行使磁致伸縮傳感器和磁翻板相結(jié)合的辦法, 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,通過實驗再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個磁浮子, 并結(jié)合單片機緩和GSM技術(shù)實現(xiàn)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。實現(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, 采用不導磁的不銹鋼管(測桿)、磁致伸縮線(波導線)、可隨液面或界面挪動的浮球(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)換成沿波導線(Waveguide)傳播的波導脈沖( 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, 使波導線扭動并產(chǎn)生應力脈沖(Strainpulse)。這個脈沖以固定的速度沿波導線傳回, 在電子部件的感應線圈兩端產(chǎn)生感應電流脈沖( 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, 所以每當浮球(磁鐵)被挪動時, 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
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) , 通過觀察表面的顏色可曉得液位的高低
磁致伸縮傳感器和磁浮子液位計原理圖
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(jié)合,采取磁翻板液位計和磁致伸縮傳感器共用一個磁浮子的設計思路。我們把磁翻板中的磁浮子和磁致伸縮桿上的磁環(huán)磁場進行了測量。磁翻板液位計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,非常強磁場位置在圓片中心位置, 約150 T; 緊繞圓片周邊的磁場強度約80 T, 沿徑向磁場依次減小。磁致伸縮傳感器的感應桿上一般設置浮動鐵氧體磁環(huán)作為磁浮子, 其磁場見圖4, 磁環(huán)中心位置的磁場非常強,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來代替磁環(huán)的磁場; 即把磁致伸縮桿垂直豎立在磁翻板附近, 形成磁致伸縮- 磁翻板一體化液位測量裝置, 其實驗裝置圖見圖5。當磁翻板的液體管中的液面上下變化時, 磁浮子上下浮動, 磁翻板液位計的小圓柱狀磁棍翻轉(zhuǎn), 顏色發(fā)生變化, 行使附近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(tǒng)
由于老式的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附近位置即可進行液位測量。把磁致伸縮產(chǎn)生的標準液位信號通過單片機進行測量, 存儲。并設定為及時測量模式, 測量頻率可根據(jù)現(xiàn)場需要設定為每分鐘1 次。為了實現(xiàn)工作人員隨時打聽液位情況, 并減少線路布線, 本系統(tǒng)采用了基于單片機與GSM( 挪動短消息傳輸) 的數(shù)據(jù)無線傳送方式[4]。工作時, 工作人員的被設定為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上。
一體化檢測裝置的檢測精度數(shù)據(jù)
表1 中實際水位值是精度為1 mm 的直尺測量值, 磁致伸縮傳感器測量值是通過單片機測控儀讀取的數(shù)值, 磁翻板液位計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%, 且準確度高; 磁翻板的測量精度為1 cm, 但測量結(jié)果與實際值都吻合。我們通過單片機控制把磁致伸縮傳感器測量值進行無線遠傳, 實現(xiàn)了酸堿罐液位的及時監(jiān)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。