磁翻板液位计是一种普遍应用于各类液体介质的液位测量仪表，其结构简单，维护方便，使用范围广泛。但是磁翻板液位计有一个较为明显的缺点，就是在阴雨天气或夜间光照条件差的情况下，对于显示面板的观测则会相当困难，如果不辅助外部光源，则有时候无法进行测量数字的读取。鉴于此类情况，针对现有的磁翻板液位计存在的不足,研制开发了一种磁敏双色液位计。此液位计采用磁耦合原理和浮力原理,当无水时显示全红,满水全绿;红绿交界处就是容器内的实际液位,液绿汽红,一目了然。当接近零水位或者满水位触发报警。该液位计不仅实现了液位数据的实时监测、记录、报警,而且提高了液位监测的精度,实现了液位监测的智能化和多样化,符合各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测要求。
1 引言
液位的测量广泛应用于石油化工、工业控制、钢铁、水文、水力发电等领域。现在广泛使用的是根据磁性原理、阿基米德等原理巧妙地结合机械传动的特性而开发研制的磁翻板液位计,液位由红白两色圆柱体显示,简单直观,稳定可靠,且没有爆炸的危险,解决了玻璃式云母管等老式液位计精度低、安全性差、故障率高等问题。但是液位显示部分由于自身无光源,在强光环境下不易读数,且随着使用时间的延长,玻璃会老化发黄影响读数[1]。由于工作环境是工业大工厂,环境中的粉尘金属屑会堆积在翻板柱间卡死翻板,造成误差或者无法读数。并且本身无通信模块,不能与上位机进行通信,无法更好的监控液位数值。为改进磁翻板液位计,设计了磁敏双色液位计,针对显示问题,采用双色LED灯,LED灯由干簧管控制。提供了光源,即使玻璃管老化发黄读数也无影响。环境中的粉尘和金属屑也无法影响电路。并且设计了硬件电路,利用52系列单片机与上位机通信,既有液晶显示液位也有上位机软件显示。
2 系统软硬件设计
2.1 液位计本体设计此液位计本体根据连通器的原理制作而成。显示箱结构基于旁通管,主导管内的液位和容器设备液体通过连通管相连,即液位高度一致。主导管内有浮子,浮子内包含放置有磁束单元,当磁性浮子浮在液面上,当被测容器中的液位升降时,液位计主导管中的浮子也随之升降,浮子内的磁束单元驱动显示箱内的磁感应模块,而磁感应模块对应控制双色LED灯颜色的变化,当无水时显示全红,满水全绿;红绿交界处就是容器内的实际液位,液红汽绿。
2.2 磁感应模块设计
磁敏双色液位计的磁感应模块由一组干簧管和电阻组成,当磁性浮子随液位上下变化时,吸合相应的干簧管,依次接通的分压电阻使得输出电压发生变化,双色LED灯改变颜色。
这一电压通过吸合的干簧管连接至输出端,随着磁性浮子随着液位的变化,和它接近的干簧管连通,输出电压反映相应的液位高度,两个干簧管之间的距离即为液位计的分辨率。而干簧管的多少,就可以控制液位计的量程。干簧管也称舌簧管或磁簧开关,是一种磁敏的特殊开关,是干簧管继电器盒接近开关的主要部件。干簧管比一般的机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强等特点,工作可靠性很高。
4-20mA输出模块由外供DC24V稳压源、信号回路等构成二线式4～20mA电流的输出模块。使用了能直接操作的LM324芯片,带有四个独立的高增益的内部频率补偿运算放大器。无需提供额外的±15V电源标准的5V电源电压。稳压电源模块,先将交流电220V通过一个变压器转为24VAC,然后由全桥整流电路进行整流,zui后使用芯龙公司的XL6009升降压芯片输出一个稳定的电压。
RXD与上位机通信过程如下:RXD默认的中断号是4,当接收完一个数据字节后,接收中断标志R1置逻辑“1”,就进入RXD的中断子程序,在中断子程序中,单片机用CRC检验方法检验接收到的是否为正确码,若不正确则退出中断子程序,若正确则根据接收来的一帧数据的**位判断是否是当前机器号,如果机器号正确则继续通信,否则,退出中断子程序。上位机监控系统以PC机为人机交互工具,利用串行口和单片机进行通信,所用的编程环境是VB语言环境。可以控制单片机向上位机发送液位值及各种工作参数,对单片机设置时间日期、修改工作参数等。
可知,无论是磁敏双色液位计的LED现场指示的液位高度还是液晶显示的液位高度,可靠性都很高,基本等同于液位的实际高度。
但是由于连通管内的水柱温度总是要比汽包内饱和水的温度要低,因此水位计显示的水位总是低于汽包内实际水位高度,所以给一个本地的补偿值使得水位计的显示值与汽包内实际的水位一致。
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