磁致伸缩-磁翻板一体化强酸强碱罐液位检测装置的研究

　　0 引 言

　　目前, 工业用浓酸、浓碱液罐内的液位检测手段,主要有超声波液位检测仪、磁翻板液位计、接触式防腐蚀液位检测装置等[1]。2007 年 05 月, 作者参观了山西省阳城电厂, 对阳城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磁翻板液位计相结合的方式。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。磁翻板液位计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[2]。

　　1 磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位计的测量原理

　　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

　　磁浮式翻板液位计属于浮力式液位计, 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磁翻板液位计相结合,采取磁翻板液位计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,最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最强,约 60 T。