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將干簧管運(yùn)用于電遠(yuǎn)傳儲(chǔ)水罐液位計(jì)的設(shè)計(jì)
儲(chǔ)水罐液位計(jì)是根據(jù)連通器的原理制作而成。磁翻板液位結(jié)構(gòu)基于旁通管,主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備內(nèi)的液位高度一致,磁性浮子浮在液面上,當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí),液位計(jì)主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降,浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦臺(tái)驅(qū)動(dòng)指示器內(nèi)的紅白翻柱翻180°,當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色,當(dāng)液位下降時(shí)磁柱由紅色轉(zhuǎn)為白色,指示器的紅白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實(shí)際高度,從而實(shí)現(xiàn)液位的指示。
干簧式液位計(jì):
干黃液位計(jì)傳感器的主導(dǎo)管內(nèi)裝有一組干簧管和精密電阻.當(dāng)管外磁性浮子隨液位上下變化時(shí).吸合相應(yīng)的干簧管。依次接通的傳感器的改變分壓電阻值使輸出電壓發(fā)生變化,接線盒內(nèi)的轉(zhuǎn)換電路模塊將其輸出電壓轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出。
靜壓投入式液位計(jì):
基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理,通過(guò)測(cè)量液體對(duì)容器底部的壓力,從而計(jì)算出液體的液位。
超聲波液位計(jì):
在容器的頂部設(shè)置超聲波發(fā)射和接受傳感器,液面反射超聲。從而測(cè)量液面高度。
儲(chǔ)水罐液位計(jì)在不需要增加其他配件的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)就地液位顯示,監(jiān)測(cè)人員可通過(guò)觀測(cè)面板翻板的變化就可以記錄液位的位置及相應(yīng)的變化,如果要將液位信號(hào)傳輸?shù)街锌厥遥瑒t需要加裝遠(yuǎn)傳裝置,監(jiān)測(cè)人員則可以在中控室便可以觀測(cè)液位數(shù)據(jù)。在目前的遠(yuǎn)傳裝置的設(shè)計(jì)中,都是使用干簧管進(jìn)行信號(hào)遠(yuǎn)傳。本設(shè)計(jì)結(jié)合磁翻板和干簧管液位計(jì)二者的優(yōu)勢(shì),本地指示采用磁翻板液位指示器,在輔以干簧管傳感器進(jìn)行電遠(yuǎn)傳。這樣本地有了直觀的顯示效果。遠(yuǎn)端可把信號(hào)輸入二次儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行組態(tài)顯示和控制,為構(gòu)成DCS系統(tǒng)提供了接口信號(hào)。
干簧管(外形如圖一),也稱(chēng)舌簧管或磁簧開(kāi)關(guān),是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān),是干簧繼電器和接近開(kāi)關(guān)的主要部件。它通常有兩個(gè)軟磁性材料做成的、無(wú)磁時(shí)斷開(kāi)的金屬簧片觸點(diǎn),有的還有*三個(gè)作為常閉觸點(diǎn)的簧片。這些簧片觸點(diǎn)被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里,玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊,并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開(kāi)關(guān)的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)。干簧管比一般機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng);而與電子開(kāi)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。
儲(chǔ)水罐液位計(jì)的傳感器電路如圖二:
傳感器部分由串聯(lián)的電阻構(gòu)成,電阻一端接電源。另一點(diǎn)接地,每個(gè)電阻分得的電壓是
這一電壓通過(guò)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,和他接近的干簧管接通,輸出的電壓反映出相應(yīng)的液位高度,兩個(gè)干簧管之間的距離及液位計(jì)的分辨率。干簧管的多少,可設(shè)計(jì)成不同的量程。
把傳感器輸出的不同電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma輸出,可采用不同的電路形式。成本低的可采用分立器件,但是為了達(dá)到比較高的精度,要保證相應(yīng)器件的匹配程度,調(diào)試也比較麻煩。TI公司推出的XTR系列工業(yè)傳感器專(zhuān)用的4-20ma的一體化變送器集成電路,采用該系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的變送器成本低,精度高,調(diào)試簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)選擇決定使用XTR115完成設(shè)計(jì)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖三:
XTR115內(nèi)含一個(gè)儀表放大器,可對(duì)輸入的小的電壓信號(hào)進(jìn)行放大,放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4—20ma,集成電路內(nèi)部還可向前級(jí)提供高精度的2.5v參考電壓源和5v的工作電壓,2.5v參考電壓提供給干簧管分壓電路,5v為本地的其他集成電路提供工作電壓。XTR115為電流放大器件,電流放大倍數(shù)100,傳輸函數(shù)為此電路的輸入電壓范圍是0—2.5V,輸出在4-20ma。由于輸入從零開(kāi)始,而輸出起點(diǎn)為4ma,需在輸入端加入一個(gè)40uA的偏置電流。加入的方法如圖四:固定電阻用電位器代替,實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)的調(diào)整。滿量程時(shí),輸入2.5v時(shí)輸出20ma,此時(shí)輸入電流為兩部分電流之和,輸入電壓形成的電路和零點(diǎn)時(shí)的偏置電流,除去40uA的偏置電流,輸入應(yīng)為16uA,因此Rin取值為15.6kΩ,實(shí)際中采用一只固定電阻加一只電位器串聯(lián)的形式,這只電位器完成輸出滿量程的調(diào)整。
前端的分壓器的輸出電壓,對(duì)于后端的輸入相當(dāng)于一個(gè)電壓源和一個(gè)內(nèi)阻,此內(nèi)阻隨著分壓器的位置會(huì)發(fā)生變化。如果直接送入XTR115進(jìn)行調(diào)理的話,會(huì)影響后級(jí)的放大倍數(shù)。因此在兩者之間必須加入采用運(yùn)放組成的電壓跟隨器作為中間隔離電路,減小前后級(jí)的相互一影響。對(duì)此運(yùn)放的要求主要有單電源工作,輸入阻抗高,軌至軌輸出,對(duì)照多種運(yùn)放,決定采用tlc27l2,該運(yùn)放采用CMOS工藝,輸入阻抗高,可采用單5V電壓工作,輸出可低至電源負(fù)。實(shí)踐運(yùn)用中,能夠滿足電路的要求。
為了讓電路可靠的工作。在電路設(shè)計(jì)中為XTR115增加了外部電流三*管,以減少集成電路的溫升,使電路工作更加穩(wěn)定。在輸出的電流回路中增加橋式整流電路,實(shí)現(xiàn)連接端子的無(wú)*性連接,給連接帶來(lái)了方便,同時(shí)起到保護(hù)設(shè)備的作用。輸出回路中增加36V穩(wěn)壓二*管,防止從輸出回路中傳入高電壓破壞集成電路。
整個(gè)電路的元件全部采用工業(yè)級(jí)芯片,封裝形式采用貼片封裝,這樣整個(gè)電路可制作在5*5mm的印刷電路板上,安裝在標(biāo)準(zhǔn)的鋁制變送器外殼上,干簧管測(cè)量部分可封裝在儲(chǔ)水罐液位計(jì)不銹鋼圓管內(nèi),適應(yīng)多種液體的測(cè)量,對(duì)應(yīng)用環(huán)境和安裝環(huán)境要求不高,為工程應(yīng)用提供的方便。
經(jīng)過(guò)以上的設(shè)計(jì),儲(chǔ)水罐液位計(jì)已完成成品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn),在實(shí)踐應(yīng)用中,本地顯示醒目直觀,遠(yuǎn)傳信號(hào)穩(wěn)定,可靠性高,得到了用戶的認(rèn)可。