摘要：基于磁致伸縮液位傳感器和磁翻板液位檢測(cè)裝置的工作原理，將磁致伸縮傳感器和磁翻板液位計(jì)組合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)再將磁致伸縮和磁翻板裝置共用一個(gè)磁浮子，并結(jié)合單片機(jī)緩和GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了磁致伸縮-磁翻板一體化液位檢測(cè)裝置對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿罐酸堿液位的非接觸式測(cè)量。

目前，工業(yè)用濃酸、濃堿液罐內(nèi)的液位檢測(cè)手段，主要有超聲波液位檢測(cè)儀、磁翻板液位計(jì)、接觸式防腐蝕液位檢測(cè)裝置等。2007年05月，作者參觀了山西省陽(yáng)城電廠，對(duì)陽(yáng)城電廠的酸堿罐液位檢測(cè)裝置進(jìn)行了考察；該廠現(xiàn)有大小20余個(gè)酸堿罐中酸堿液位的檢測(cè)，大都采用超聲波液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)相結(jié)合的方式。超聲波液位計(jì)對(duì)酸堿液位信息通過(guò)線路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。但據(jù)該廠技術(shù)人員介紹，超聲波液位計(jì)有一個(gè)致命缺點(diǎn)，就是安裝在罐頂部的超聲波探頭很容易被酸霧或堿霧籠罩，嚴(yán)重影響了測(cè)量準(zhǔn)確度，需要工作人員定時(shí)對(duì)超聲波探頭進(jìn)行清洗。磁翻板液位計(jì)沒(méi)有數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸功能，需要工作人員定時(shí)地去觀察液位刻度。為了確保酸堿液位數(shù)據(jù)的可靠性，該廠技術(shù)人員提出增加一套液位檢測(cè)裝置的要求，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化遠(yuǎn)程傳輸。為此，作者利用磁致伸縮傳感器和磁翻板相結(jié)合的辦法，以求實(shí)現(xiàn)酸堿液位的非接觸式測(cè)量，并利用單片機(jī)和GSM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮液位信號(hào)的無(wú)線傳輸。

1、磁致伸縮液位傳感器和磁翻板液位計(jì)的測(cè)量原理

1.1 磁致伸縮液位傳感器的工作原理

磁致伸縮線性液位傳感器，采用不導(dǎo)磁的不銹鋼管(測(cè)桿)、磁致伸縮線(波導(dǎo)線)、可隨液面或界面移動(dòng)的浮球(內(nèi)含磁環(huán))和電子部件等組成( 見(jiàn)圖1)，其工作原理是：脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電流脈沖，經(jīng)電子部件可轉(zhuǎn)換成沿波導(dǎo)線(Waveguide)傳播的波導(dǎo)脈沖(起始脈沖)；其磁場(chǎng)與浮球內(nèi)的磁環(huán)磁場(chǎng)矢量相加形成螺旋磁場(chǎng)，產(chǎn)生瞬時(shí)扭力，使波導(dǎo)線扭動(dòng)并產(chǎn)生應(yīng)力脈沖(Strainpulse)。這個(gè)脈沖以固定的速度沿波導(dǎo)線傳回，在電子部件的感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電流脈沖(終止脈沖)。通過(guò)測(cè)量起始脈沖與終止脈沖之間的時(shí)間周期，并乘以這個(gè)固定的速度，即可精確地確定被測(cè)對(duì)象的位移或液位。整個(gè)測(cè)量過(guò)程是連續(xù)不斷的，所以每當(dāng)浮球(磁鐵)被移動(dòng)時(shí)，新的位置很快就會(huì)被感測(cè)出來(lái)。

1.2 磁翻板液位傳感器的工作原理

磁翻板液位計(jì)屬于浮力式液位計(jì)，浮子是磁性的，浮子隨液位的變化而上升或下降，見(jiàn)圖2。安裝在浮子旁的翻板是薄導(dǎo)磁金屬片(有的是圓柱的)制成的，兩面涂有不同的顏色。磁性浮子升降時(shí)帶動(dòng)翻板繞軸翻轉(zhuǎn)，浮子以上的翻板是一種顏色(如白色)，浮子以下的翻板為另一種顏色(如紅色)，通過(guò)觀察外面的顏色可知道液位的高低

2、磁致伸縮-磁組合一體化翻板液位測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

2.1 磁致伸縮-磁翻板共用磁浮子的實(shí)驗(yàn)

為了避免磁致伸縮液位傳感器與強(qiáng)酸強(qiáng)堿的接觸，我們把磁致伸縮傳感器與磁翻板液位計(jì)相結(jié)合，采取磁翻板液位計(jì)和磁致伸縮傳感器共用一個(gè)磁浮子的設(shè)計(jì)思路。我們把磁翻板中的磁浮子和磁致伸縮桿上的磁環(huán)磁場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量。磁翻板液位計(jì)中的磁浮子用的是一個(gè)水平放置的鐵氧體磁鐵圓片，其磁場(chǎng)見(jiàn)圖3，*強(qiáng)磁場(chǎng)位置在圓片中心位置，約150T；緊繞圓片周邊的磁場(chǎng)強(qiáng)度約80T，沿徑向磁場(chǎng)依次減小。磁致伸縮傳感器的感應(yīng)桿上一般設(shè)置浮動(dòng)鐵氧體磁環(huán)作為磁浮子，其磁場(chǎng)見(jiàn)圖4，磁環(huán)中心位置的磁場(chǎng)*強(qiáng)，約60T。

為把磁致伸縮桿上的磁環(huán)去掉，采用磁翻板的磁浮子周邊磁場(chǎng)來(lái)代替磁環(huán)的磁場(chǎng)；即把磁致伸縮桿垂直豎立在磁翻板旁邊，形成磁致伸縮-磁翻板一體化液位測(cè)量裝置，其實(shí)驗(yàn)裝置圖見(jiàn)圖5。當(dāng)磁翻板的液體管中的液面上下變化時(shí)，磁浮子上下浮動(dòng)，磁翻板液位計(jì)的小圓柱狀磁棍翻轉(zhuǎn)，顏色發(fā)生變化，利用旁邊的刻度尺可以觀察罐中的液位變化。同時(shí)，磁致伸縮桿也由于磁浮子的上下浮動(dòng)而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，感應(yīng)為位移的變化，從而檢測(cè)了管中液面的變化。

2.2 磁致伸縮-磁翻板液位計(jì)組合檢測(cè)裝置的強(qiáng)酸強(qiáng)堿罐液位檢測(cè)系統(tǒng)

如圖6所示，由于舊式的磁翻板液位計(jì)都沒(méi)有數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)功能，我們把磁致伸縮桿安裝在磁翻板旁邊位置即可進(jìn)行液位測(cè)量。把磁致伸縮產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)液位信號(hào)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量，存儲(chǔ)。并設(shè)定為實(shí)時(shí)測(cè)量模式，測(cè)量頻率可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)定為每分鐘1次。為了實(shí)現(xiàn)工作人員**了解液位情況，并減少線路布線，本系統(tǒng)采用了基于單片機(jī)與GSM(移動(dòng)短消息傳輸)的數(shù)據(jù)無(wú)線傳送方式。工作時(shí)，工作人員的手機(jī)號(hào)碼被設(shè)定為GSM短消息傳輸號(hào)，工作人員只需向GSM發(fā)送調(diào)用指令，GSM便可把液位數(shù)據(jù)以短消息的形式發(fā)送到工作人員的手機(jī)上。

3、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

我們把圖5所示的一體化檢測(cè)裝置進(jìn)行了水位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，其檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際水位值見(jiàn)表1。

表1中實(shí)際水位值是精度為1mm的直尺測(cè)量值，磁致伸縮傳感器測(cè)量值是通過(guò)單片機(jī)測(cè)控儀讀取的數(shù)值，磁翻板液位計(jì)測(cè)量值是通過(guò)對(duì)液位柱顯示的值人工讀取的。可以看出，磁致伸縮傳感器的液位讀取精度在1%，且準(zhǔn)確度高；磁翻板的測(cè)量精度為1cm，但測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值都吻合。我們通過(guò)單片機(jī)控制把磁致伸縮傳感器測(cè)量值進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)了酸堿罐液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因而，磁致伸縮-磁翻板液位計(jì)一體化組合裝置對(duì)酸堿罐液位的檢測(cè)是可行的。