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(shù)字的讀取。鑒于此類情況，針對現(xiàn)有的磁翻板液位計存在的不足,研制開發(fā)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(nèi)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(fā)報警。該液位計不僅實現(xiàn)了液位數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、記錄、報警,而且提高了液位監(jiān)測的精度,實現(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(yè)控制、鋼鐵、水文、水力發(fā)電等領域。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合機械傳動的特性而開發(fā)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(wěn)定可靠,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(huán)境下不易讀數(shù),且隨著使用時間的延長,玻璃會老化發(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,不能與上位機進行通信,無法更好的監(jiān)控液位數(shù)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(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(tǒng)軟硬件設計
2.1 液位計本體設計此液位計本體根據(jù)連通器的原理制作而成。顯示箱結構基于旁通管,主導管內(nèi)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(nèi)有浮子,浮子內(nèi)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(nèi)的磁束單元驅動顯示箱內(nèi)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(nèi)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(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(wěn)壓源、信號回路等構成二線式4～20mA電流的輸出模塊。使用了能直接操作的LM324芯片,帶有四個獨立的高增益的內(nèi)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(wěn)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,zui后使用芯龍公司的XL6009升降壓芯片輸出一個穩(wěn)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(shù)據(jù)字節(jié)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(jù)接收來的一幀數(shù)據(jù)的**位判斷是否是當前機器號,如果機器號正確則繼續(xù)通信,否則,退出中斷子程序。上位機監(jiān)控系統(tǒng)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(huán)境是VB語言環(huán)境。可以控制單片機向上位機發(fā)送液位值及各種工作參數(shù),對單片機設置時間日期、修改工作參數(shù)等。
可知,無論是磁敏雙色液位計的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,因此水位計顯示的水位總是低于汽包內(nèi)實際水位高度,所以給一個本地的補償值使得水位計的顯示值與汽包內(nèi)實際的水位一致。
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