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磁敏雙色液位計的設計思路與產品特色
磁翻板液位計是一種普遍應用于各類液體介質的液位測量儀表，其結構簡單，維護方便，使用范圍非常廣泛。但是磁翻板液位計有一個較為明顯的缺點，就是在陰雨天氣或夜間光照條件差的情況下，對于顯示面板的觀測則會相當困難，如果不輔助外部光源，則有時候無法進行測量數字的讀取。鑒于此類情況，針對現有的磁翻板液位計存在的不足,研制開發了一種磁敏雙色液位計。此液位計采用磁耦合原理和浮力原理,當無水時顯示全紅,滿水全綠;紅綠交界處就是容器內的實際液位,液綠汽紅,一目了然。當接近零水位或者滿水位觸發報警。該液位計不僅實現了液位數據的實時監測、記錄、報警,而且提高了液位監測的精度,實現了液位監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備的介質液位檢測要求。
1 引言
液位的測量廣泛應用于石油化工、工業控制、鋼鐵、水文、水力發電等領域。現在廣泛使用的是根據磁性原理、阿基米德等原理巧妙地結合機械傳動的特性而開發研制的磁翻板液位計,液位由紅白兩色圓柱體顯示,簡單直觀,穩定可靠,精確度高,且沒有爆炸的危險,解決了玻璃式云母管等老式液位計精度低、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,在強光環境下不易讀數,且隨著使用時間的延長,玻璃會老化發黃影響讀數[1]。由于工作環境是工業大工廠,環境中的粉塵金屬屑會堆積在翻板柱間卡死翻板,造成誤差或者無法讀數。并且本身無通信模塊,不能與上位機進行通信,無法更好的監控液位數值。
為改進磁翻板液位計,設計了磁敏雙色液位計,針對顯示問題,采用雙色LED燈,LED燈由干簧管控制。提供了光源,即使玻璃管老化發黃讀數也無影響。環境中的粉塵和金屬屑也無法影響電路。并且設計了硬件電路,利用52系列單片機與上位機通信,既有液晶顯示液位也有上位機軟件顯示。
2 系統軟硬件設計
2.1 液位計本體設計此液位計本體根據連通器的原理制作而成。顯示箱結構基于旁通管,主導管內的液位和容器設備液體通過連通管相連,即液位高度一致。主導管內有浮子,浮子內包含放置有磁束單元,當磁性浮子浮在液面上,當被測容器中的液位升降時,液位計主導管中的浮子也隨之升降,浮子內的磁束單元驅動顯示箱內的磁感應模塊,而磁感應模塊對應控制雙色LED燈顏色的變化,當無水時顯示全紅,滿水全綠;紅綠交界處就是容器內的實際液位,液紅汽綠。
2.2 磁感應模塊設計
磁敏雙色液位計的磁感應模塊由一組干簧管和精密電阻組成,當磁性浮子隨液位上下變化時,吸合相應的干簧管,依次接通的分壓電阻使得輸出電壓發生變化,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,輸出電壓反映相應的液位高度,兩個干簧管之間的距離即為液位計的分辨率。而干簧管的多少,就可以控制液位計的量程。干簧管也稱舌簧管或磁簧開關,是一種磁敏的特殊開關,是干簧管繼電器盒接近開關的主要部件。干簧管比一般的機械開關結構簡單、體積小、速度高、工作壽命長;而與電子開關相比,它又有抗負載沖擊能力強等特點,工作可靠性很高。
4-20mA輸出模塊由外供DC24V穩壓源、信號回路等構成二線式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,帶有四個獨立的高增益的內部頻率補償運算放大器。無需提供額外的±15V電源標準的5V電源電壓。穩壓電源模塊,先將交流電220V通過一個變壓器轉為24VAC,然后由全橋整流電路進行整流,后使用芯龍公司的XL6009升降壓芯片輸出一個穩定的電壓。
RXD與上位機通信過程如下:RXD默認的中斷號是4,當接收完一個數據字節后,接收中斷標志R1置邏輯“1”,就進入RXD的中斷子程序,在中斷子程序中,單片機用CRC檢驗方法檢驗接收到的是否為正確碼,若不正確則退出中斷子程序,若正確則根據接收來的一幀數據的位判斷是否是當前機器號,如果機器號正確則繼續通信,否則,退出中斷子程序。上位機監控系統以PC機為人機交互工具,利用串行口和單片機進行通信,所用的編程環境是VB語言環境。可以控制單片機向上位機發送液位值及各種工作參數,對單片機設置時間日期、修改工作參數等。可知,無論是磁敏雙色液位計的LED現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際高度。但是由于連通管內的水柱溫度總是要比汽包內飽和水的溫度要低,因此水位計顯示的水位總是低于汽包內實際水位高度,所以必須給一個本地的補償值使得水位計的顯示值與汽包內實際的水位一致。
3 結論
磁敏雙色液位計是在廣泛使用的磁翻板液位計的基礎上,吸收了其顯示簡單直觀,穩定可靠,精確度高,且沒有爆炸的危險等優點,改良了其一系列的缺點,如液位在強光環境中不易讀數,在有金屬屑等大工廠環境下故障率高,無通信接口,無信號輸出等。經仿真實驗可知,此液位計顯示清晰,可靠顯示半徑達200m,讀數液位分辨率為0.01m,誤差為±0.01m,與上位機通信良好,上下限報警正常,可直接用于工業生產。