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磁敏雙色液位計(jì)的設(shè)計(jì)思路與產(chǎn)品特色
磁翻板液位計(jì)是一種普遍應(yīng)用于各類液體介質(zhì)的液位測量儀表,，其結(jié)構(gòu)簡單,，維護(hù)方便，使用范圍非常廣泛,。但是磁翻板液位計(jì)有一個(gè)較為明顯的缺點(diǎn),，就是在陰雨天氣或夜間光照條件差的情況下，對(duì)于顯示面板的觀測則會(huì)相當(dāng)困難,，如果不輔助外部光源,，則有時(shí)候無法進(jìn)行測量數(shù)字的讀取。鑒于此類情況,，針對(duì)現(xiàn)有的磁翻板液位計(jì)存在的不足,研制開發(fā)了一種磁敏雙色液位計(jì),。此液位計(jì)采用磁耦合原理和浮力原理,當(dāng)無水時(shí)顯示全紅,滿水全綠;紅綠交界處就是容器內(nèi)的實(shí)際液位,液綠汽紅,一目了然。當(dāng)接近零水位或者滿水位觸發(fā)報(bào)警,。該液位計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了液位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,、記錄、報(bào)警,而且提高了液位監(jiān)測的精度,實(shí)現(xiàn)了液位監(jiān)測的智能化和多樣化,符合各種塔,、罐,、槽、球型容器和鍋爐等設(shè)備的介質(zhì)液位檢測要求,。
1 引言
液位的測量廣泛應(yīng)用于石油化工,、工業(yè)控制、鋼鐵,、水文,、水力發(fā)電等領(lǐng)域。現(xiàn)在廣泛使用的是根據(jù)磁性原理,、阿基米德等原理巧妙地結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)的特性而開發(fā)研制的磁翻板液位計(jì),液位由紅白兩色圓柱體顯示,簡單直觀,穩(wěn)定可靠,精確度高,且沒有爆炸的危險(xiǎn),解決了玻璃式云母管等老式液位計(jì)精度低,、安全性差、故障率高等問題,。但是液位顯示部分由于自身無光源,在強(qiáng)光環(huán)境下不易讀數(shù),且隨著使用時(shí)間的延長,玻璃會(huì)老化發(fā)黃影響讀數(shù)[1],。由于工作環(huán)境是工業(yè)大工廠,環(huán)境中的粉塵金屬屑會(huì)堆積在翻板柱間卡死翻板,造成誤差或者無法讀數(shù)。并且本身無通信模塊,不能與上位機(jī)進(jìn)行通信,無法更好的監(jiān)控液位數(shù)值。
為改進(jìn)磁翻板液位計(jì),設(shè)計(jì)了磁敏雙色液位計(jì),針對(duì)顯示問題,采用雙色LED燈,LED燈由干簧管控制,。提供了光源,即使玻璃管老化發(fā)黃讀數(shù)也無影響,。環(huán)境中的粉塵和金屬屑也無法影響電路。并且設(shè)計(jì)了硬件電路,利用52系列單片機(jī)與上位機(jī)通信,既有液晶顯示液位也有上位機(jī)軟件顯示,。
2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)
2.1 液位計(jì)本體設(shè)計(jì)此液位計(jì)本體根據(jù)連通器的原理制作而成,。顯示箱結(jié)構(gòu)基于旁通管,主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備液體通過連通管相連,即液位高度一致。主導(dǎo)管內(nèi)有浮子,浮子內(nèi)包含放置有磁束單元,當(dāng)磁性浮子浮在液面上,當(dāng)被測容器中的液位升降時(shí),液位計(jì)主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降,浮子內(nèi)的磁束單元驅(qū)動(dòng)顯示箱內(nèi)的磁感應(yīng)模塊,而磁感應(yīng)模塊對(duì)應(yīng)控制雙色LED燈顏色的變化,當(dāng)無水時(shí)顯示全紅,滿水全綠;紅綠交界處就是容器內(nèi)的實(shí)際液位,液紅汽綠,。
2.2 磁感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)
磁敏雙色液位計(jì)的磁感應(yīng)模塊由一組干簧管和精密電阻組成,當(dāng)磁性浮子隨液位上下變化時(shí),吸合相應(yīng)的干簧管,依次接通的分壓電阻使得輸出電壓發(fā)生變化,雙色LED燈改變顏色,。
這一電壓通過吸合的干簧管連接至輸出端,隨著磁性浮子隨著液位的變化,和它接近的干簧管連通,輸出電壓反映相應(yīng)的液位高度,兩個(gè)干簧管之間的距離即為液位計(jì)的分辨率。而干簧管的多少,就可以控制液位計(jì)的量程,。干簧管也稱舌簧管或磁簧開關(guān),是一種磁敏的特殊開關(guān),是干簧管繼電器盒接近開關(guān)的主要部件,。干簧管比一般的機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小,、速度高,、工作壽命長;而與電子開關(guān)相比,它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn),工作可靠性很高。
4-20mA輸出模塊由外供DC24V穩(wěn)壓源,、信號(hào)回路等構(gòu)成二線式4～20mA電流的輸出模塊,。考慮到成本的和精度的原因,使用了能直接操作的LM324芯片,帶有四個(gè)獨(dú)立的高增益的內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器,。無需提供額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓,。穩(wěn)壓電源模塊,先將交流電220V通過一個(gè)變壓器轉(zhuǎn)為24VAC,然后由全橋整流電路進(jìn)行整流,后使用芯龍公司的XL6009升降壓芯片輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓。
RXD與上位機(jī)通信過程如下:RXD默認(rèn)的中斷號(hào)是4,當(dāng)接收完一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后,接收中斷標(biāo)志R1置邏輯“1”,就進(jìn)入RXD的中斷子程序,在中斷子程序中,單片機(jī)用CRC檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)接收到的是否為正確碼,若不正確則退出中斷子程序,若正確則根據(jù)接收來的一幀數(shù)據(jù)的位判斷是否是當(dāng)前機(jī)器號(hào),如果機(jī)器號(hào)正確則繼續(xù)通信,否則,退出中斷子程序,。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以PC機(jī)為人機(jī)交互工具,利用串行口和單片機(jī)進(jìn)行通信,所用的編程環(huán)境是VB語言環(huán)境,。可以控制單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送液位值及各種工作參數(shù),對(duì)單片機(jī)設(shè)置時(shí)間日期,、修改工作參數(shù)等,。可知,無論是磁敏雙色液位計(jì)的LED現(xiàn)場指示的液位高度還是液晶顯示的液位高度,可靠性都很高,基本等同于液位的實(shí)際高度,。但是由于連通管內(nèi)的水柱溫度總是要比汽包內(nèi)飽和水的溫度要低,因此水位計(jì)顯示的水位總是低于汽包內(nèi)實(shí)際水位高度,所以必須給一個(gè)本地的補(bǔ)償值使得水位計(jì)的顯示值與汽包內(nèi)實(shí)際的水位一致,。
3 結(jié)論
磁敏雙色液位計(jì)是在廣泛使用的磁翻板液位計(jì)的基礎(chǔ)上,吸收了其顯示簡單直觀,穩(wěn)定可靠,精確度高,且沒有爆炸的危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn),改良了其一系列的缺點(diǎn),如液位在強(qiáng)光環(huán)境中不易讀數(shù),在有金屬屑等大工廠環(huán)境下故障率高,無通信接口,無信號(hào)輸出等。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)可知,此液位計(jì)顯示清晰,可靠顯示半徑達(dá)200m,讀數(shù)液位分辨率為0.01m,誤差為±0.01m,與上位機(jī)通信良好,上下限報(bào)警正常,可直接用于工業(yè)生產(chǎn),。