2007 年05 月, 作者参观了某大型电厂, 对该电厂的酸碱罐液位检测装置进行了考察; 该厂现有大小20 余个酸碱罐中酸碱液位的检测, 大都采用超声波液位计与侧装磁翻板液位计选型相结合的方式。超声波液位计对酸碱液位信息通过线路传输到计算机, 进行实时观测。但据该厂技术人员介绍,超声波液位计有一个致命缺点, 就是安装在罐顶部的超声波探头很容易被酸雾或碱雾笼罩, 严重影响了测量准确度, 需要工作人员定时对超声波探头进行清洗。侧装磁翻板液位计选型没有数据的自动传输功能, 需要工作人员定时地去观察液位刻度。为了确保酸碱液位数据的可靠性, 该厂技术人员提出增加一套液位检测装置的要求, 并能实现数据的自动化远程传输。为此, 作者利用磁致伸缩传感器和磁翻板相结合的办法, 以求实现酸碱液位的非接触式测量, 并利用单片机和GSM技术, 实现磁致伸缩液位信号的无线传输。
1、磁致伸缩液位传感器和侧装磁翻板液位计选型的测量原理
1.1 磁致伸缩液位传感器的工作原理
磁致伸缩线性液位传感器, 采用不导磁的不锈钢管(测杆)、磁致伸缩线(波导线)、可随液面或界面移动的浮球(内含磁环)和电子部件等组成( 见图1) ,
其工作原理是: 脉冲发生器产生电流脉冲, 经电子部件可转换成沿波导线(Waveguide)传播的波导脉冲( 起始脉冲) ; 其磁场与浮球内的磁环磁场矢量相加形成螺旋磁场, 产生瞬时扭力, 使波导线扭动并产生应力脉冲(Strainpulse)。这个脉冲以固定的速度沿波导线传回, 在电子部件的感应线圈两端产生感应电流脉冲( 终止脉冲) 。通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间周期, 并乘以这个固定的速度, 即可精确地确定被测对象的位移或液位。整个测量过程是连续不断的, 所以每当浮球(磁铁)被移动时, 新的位置很快就会被感测出来。
1.2 磁翻板液位传感器的工作原理
侧装磁翻板液位计选型属于浮力式液位计, 浮子是磁性的, 浮子随液位的变化而上升或下降, 见图2。
安装在浮子旁的翻板是薄导磁金属片( 有的是圆柱的) 制成的, 两面涂有不同的颜色。磁性浮子升降时带动翻板绕轴翻转, 浮子以上的翻板是一种颜色( 如白色) , 浮子以下的翻板为另一种颜色( 如红色) , 通过观察外面的颜色可知道液位的高低[3]。
2、磁致伸缩- 磁组合一体化翻板液位测量装置的设计
2.1 磁致伸缩- 磁翻板共用磁浮子的实验
为了避免磁致伸缩液位传感器与强酸强碱的接触, 我们把磁致伸缩传感器与侧装磁翻板液位计选型相结合,采取侧装磁翻板液位计选型和磁致伸缩传感器共用一个磁浮子的设计思路。我们把磁翻板中的磁浮子和磁致伸缩杆上的磁环磁场进行了测量。磁翻板中的磁浮子用的是一个水平放置的铁氧体磁铁圆片, 其磁场见图3,
*强磁场位置在圆片中心位置, 约150 T; 紧绕圆片周边的磁场强度约80 T, 沿径向磁场依次减小。磁致伸缩传感器的感应杆上一般设置浮动铁氧体磁环作为磁浮子, 其磁场见图4, 磁环中心位置的磁场*强,约60 T。
为把磁致伸缩杆上的磁环去掉, 采用磁翻板的磁浮子周边磁场来代替磁环的磁场; 即把磁致伸缩杆垂直竖立在磁翻板旁边, 形成磁致伸缩- 磁翻板一体化液位测量装置, 其实验装置图见图5。
当磁翻板的液体管中的液面上下变化时, 磁浮子上下浮动, 磁翻板的小圆柱状磁棍翻转, 颜色发生变化, 利用旁边的刻度尺可以观察罐中的液位变化。同时, 磁致伸缩杆也由于磁浮子的上下浮动而产生脉冲信号, 感应为位移的变化, 从而检测了管中液面的变化。
2.2 磁致伸缩- 磁翻板组合检测装置的强酸强碱罐液位检测系统
如图6 所示, 由于旧式的侧装磁翻板液位计选型都没有数据自动记录和存储功能, 我们把磁致伸缩杆安装在磁翻板旁边位置即可进行液位测量。把磁致伸缩产生的标准液位信号通过单片机进行测量, 存储。并设定为实时测量模式, 测量频率可根据现场需要设定为每分钟1 次。为了实现工作人员**了解液位情况, 并减少线路布线, 本系统采用了基于单片机与GSM( 移动短消息传输) 的数据无线传送方式[4]。工作时, 工作人员的手机号码被设定为GSM短消息传输号, 工作人员只需向GSM发送调用指令, GSM便可把液位数据以短消息的形式发送到工作人员的手机上。
3、实验与结论
我们把图5 所示的一体化检测装置进行了水位检测实验, 其检测结果与实际水位值见表1。
表1 中实际水位值是精度为1 mm 的直尺测量值, 磁致伸缩传感器测量值是通过单片机测控仪读取的数值, 磁翻板测量值是通过对液位柱显示的值人工读取的。可以看出, 磁致伸缩传感器的液位读取精度在1%, 且准确度高; 磁翻板的测量精度为1 cm, 但测量结果与实际值都吻合。我们通过单片机控制把磁致伸缩传感器测量值进行无线远传, 实现了酸碱罐液位的实时监测。因而, 磁致伸缩- 磁翻板一体化组合装置对酸碱罐液位的检测是可行的。
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