磁翻板液位計(jì)是一種普遍應(yīng)用于各類液體介質(zhì)的液位測量儀表，其結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，使用范圍非常廣泛。但是磁翻板液位計(jì)有一個較為明顯的缺點(diǎn)，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(dāng)困難，如果不輔助外部光源，則有時候無法進(jìn)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(jì)存在的不足，研制開發(fā)了一種雙色液位計(jì)。此液位計(jì)采用磁耦合原理和浮力原理，當(dāng)無水時顯示全紅，滿水全綠；紅綠交界處就是容器內(nèi)的實(shí)際液位，液綠汽紅，一目了然。當(dāng)接近零水位或者滿水位觸發(fā)報(bào)警。該液位計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了液位數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測、記錄、報(bào)警，而且提高了液位監(jiān)測的精度，實(shí)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(shè)備的介質(zhì)液位檢測要求。

 

1 引言

液位的測量廣泛應(yīng)用于石油化工、工業(yè)控制、鋼鐵、水文、水力發(fā)電等領(lǐng)域?，F(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(jié)合機(jī)械傳動的特性而開發(fā)研制的磁翻板液位計(jì)，液位由紅白兩色圓柱體顯示，簡單直觀,穩(wěn)定可靠，***度高，且沒有爆炸的危險，解決了玻璃式云母管等老式液位計(jì)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(qiáng)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)。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(jī)進(jìn)行通信，無法更好的監(jiān)控液位數(shù)值。

 

為改進(jìn)磁翻板液位計(jì)，設(shè)計(jì)了雙色液位計(jì)，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(shè)計(jì)了硬件電路，利用52系列單片機(jī)與上位機(jī)通信，既有液晶顯示液位也有上位機(jī)軟件顯示。

 

2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 液位計(jì)本體設(shè)計(jì)此液位計(jì)本體根據(jù)連通器的原理制作而成。顯示箱結(jié)構(gòu)基于旁通管，主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備液體通過連通管相連，即液位高度一致。主導(dǎo)管內(nèi)有浮子，浮子內(nèi)包含放置有磁束單元，當(dāng)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計(jì)主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的***磁束單元驅(qū)動顯示箱內(nèi)的磁感應(yīng)模塊，而磁感應(yīng)模塊對應(yīng)控制雙色LED燈顏色的變化，當(dāng)無水時顯示全紅，滿水全綠；紅綠交界處就是容器內(nèi)的實(shí)際液位，液紅汽綠。

 

2.2 磁感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

雙色液位計(jì)的磁感應(yīng)模塊由一組干簧管和精密電阻組成，當(dāng)磁性浮子隨液位上下變化時，吸合相應(yīng)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(yīng)的液位高度，兩個干簧管之間的距離即為液位計(jì)的分辨率。而干簧管的多少，就可以控制液位計(jì)的量程。干簧管也稱舌簧管或磁簧開關(guān)，是一種磁敏的特殊開關(guān)，是干簧管繼電器盒接近開關(guān)的主要部件。干簧管比一般的機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，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(gòu)成二線式4～20mA電流的輸出模塊。考慮到成本的和精度的原因，使用了能直接操作的LM324芯片，帶有四個獨(dú)立的高增益的內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器。無需提供額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)為24VAC，然后由全橋整流電路進(jìn)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(jī)通信過程如下：RXD默認(rèn)的中斷號是4，當(dāng)接收完一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，接收中斷標(biāo)志R1置邏輯“1”就進(jìn)入RXD的中斷子程序，在中斷子程序中，單片機(jī)用CRC檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)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(dāng)前機(jī)器號，如果機(jī)器號正確則繼續(xù)通信，否則，退出中斷子程序。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以PC機(jī)為人機(jī)交互工具，利用串行口和單片機(jī)進(jìn)行通信，所用的編程環(huán)境是VB語言環(huán)境?？梢钥刂茊纹瑱C(jī)向上位機(jī)發(fā)送液位值及各種工作參數(shù)，對單片機(jī)設(shè)置時間日期、修改工作參數(shù)等。

 

可知，無論是雙色液位計(jì)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(shí)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(jì)顯示的水位總是低于汽包內(nèi)實(shí)際水位高度，所以必須給一個本地的補(bǔ)償值使得水位計(jì)的顯示值與汽包內(nèi)實(shí)際的水位一致。