CN2793705Y - 磁致伸缩液位计 - Google Patents

Abstract

一种磁致伸缩液位计，用于各种液罐的液位计量，能同时测量液位和液液界面及多点温度。它包括信号电缆，电子仓，探测杆，电子仓内装有液位计检测电路，与电子仓上部信号电缆相连接，电子仓下部由两根导线连接一检测线圈，所述的探测杆接电子仓下部，内装有磁致伸缩线，还装有温度测量元件，磁致伸缩线与电子仓内液位计检测电路相连接，温度测量元件与电子仓内液位计检测电路相连接，探测杆上非接触套装一液位浮子和一界面浮子。本实用新型(1)可靠性强：(2)精度高，分辨率优于0.01％FS；(3)安全性好，防爆性能高；(4)易于安装；(5)便于系统自动化工作，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

Description

磁致伸缩液位计

                          技术领域

本实用新型涉及一种液位计，尤其涉及一种磁致伸缩液位计，可广泛应用于石油、化工、制药、食品、饮料等各种液罐的液位计量。

                          背景技术

检测仪表与执行器是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，随着工业自动化技术的发展，将发挥越来越重要的作用。如果没有性能好、精度高、质量可靠的仪表检测现场各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。在这一领域，近年来我国研究开发的新成果迭出。物位仪表当前发展的重要领域是罐区管理及其计量自动化。储罐计量是指对大型储罐内储液存量进行测量，从而获得储库库存量，它是一个企业掌握库存资料，以便指导生产和销售的重要管理项目。采用储罐计量会比采用流量计更经济、精度更高。因此，库存量测量要求高的测量精度和高的测量复现性。现用测量方法有3种：一种是体积测量法，通过液位和温度测量而计算出储液体积，然后再换算成重量，主要由压力传感器，温度传感器和具有分析计算作用的软件等机部分组成；另一种是重量测量法，通过液柱静压强测量而计算出储液重量，主要包括压力传感器和具有分析计算作用的软件等机部分组成；第三种是混合式测量系统，其优点是能实现高精度液位和界位测量，能获得高精度的体积，又能实现高精度平均密度测量，从而获得高精度质量计量，测量系统的构成中和了1、2两种情况。在这里，能否高精度测量储罐液位及油水界面是系统的关键，因此液位计的选择至关重要。目前在大量程液位计中可达到1mm精度的有雷达物位计、伺服型浮子液位计和磁致伸缩式液位计，它包括信号电缆，电子仓，探测杆，相比之下，用磁致伸缩式液位计装在储罐顶上，同时在罐底安装高精度压力变送器，然后配上一套包括数据采集器的现场监测计算机管理系统和一套供业务管理的远程计算机管理系统，就可以组成十分完善的混合式储罐计算系统。

                          发明内容

本实用新型的目的是提供一种测量精度高的磁致伸缩液位计。

为实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种磁致伸缩液位计，它包括信号电缆，电子仓，探测杆，电子仓内装有液位计检测电路，与电子仓上部信号电缆相连接，电子仓下部由两根导线连接一检测线圈，探测杆接电子仓下部，内装有磁致伸缩线，还装有温度测量元件，磁致伸缩线与电子仓内液位计检测电路相连接，温度测量元件与电子仓内液位计检测电路相连接，探测杆上非接触套装一液位浮子和一界面浮子。

本实用新型磁致伸缩液位计是将磁致伸缩线性位移传感器引用来测量高精度大量程的新型液位计，能同时测量液位和液液界面及多点温度。传感元件是非接触式的，由一根测杆和套在杆上可滑动浮子组成，两个不同比重的浮子浮在液面和油水界面，测杆由保护外管、波导管及铜导线三层组成，主要解决了原来液位测量仪表的液位测量精度低，非本安防爆，多参数测量，自动化程度低，不能形成网络控制和远程维修等许多难题，具有无磨损，可靠耐用，能耐高温、高压、不受介质比重影响，不受过程压力变化的影响的许多优异特性。

本实用新型具有测量精度高、稳定可靠、寿命长、结构精巧、环境适应性强等优点，油罐顶部安装无需放油，安全、方便、快捷。

本实用新型的具体优点是：(1)可靠性强：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。(2)精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01％FS，这是用其它传感器难以达到的精度。(3)安全性好：磁致伸缩液位计防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。测量时无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。(4)易于安装：维护简单磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装，并可在安装过程中不影响正常生产。(5)便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

                          附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中的温度测量元件安装示意图。

图3是本实用新型中液位计检测电路原理图。

图4是本实用新型中液位计检测电路方框图。

图5是本实用新型安装示意图。

                       具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型主要技术参数：

采用不锈钢测杆

电源                DC24-26V电流400mA

通讯协议            EIA-485串行接口

测量范围            600-3800mm

液面精度            ±0.5mm

界面精度            ±2mm

分辨率              0.1mm

检测速度            0.01s/次

温度测点            1～5可选

温度检测分辨率      0.1℃

界面下盲区          11mm

液界盲区            95mm

无界面时液面下盲区  20～30mm

液面上盲区          110mm

测量液体温度范围    -25-70℃

使用环境温度范围    -25-70℃

防爆等级            Exia II BT4

本实用新型如图1所示，磁致伸缩液位计包括信号电缆1，电子仓2，探测杆4，电子仓2内装有液位计检测电路，与电子仓2上部信号电缆1相连接，电子仓2下部由两根导线连接一检测线圈3，所述的探测杆4接电子伸缩线(波导丝)与电子仓内2液位计检测电路相连接，温度测量元件与电子仓2内液位计检测电路相连接，所述的探测杆4上非接触套装一液位浮子5和一界面浮子6。

液位计检测电路原理图如图3所示，电路方框图如图4所示，由直流24V和5V电源由直流稳压电源提供，24V电源用于信号整形放大电路和高频脉冲电流放大器及温度测量电路使用，5V直流电源供单片机电路、单片机电源监控电路、RS485信号收发电路使用，由时钟电路产生单片机电路工作时所需要的时钟脉冲，量程选择开关主要用来满足不同量程的需要，由温度传感器完成温度的现场测量以后，将温度电流或者电压信号通过温度测量信号输入电路进行换算，然后输入单片机，单片机以五个温度测量点的平均数据为基准，完成罐内温度的计量和校准工作，通过对被测液体温度的测量并将温度数据进行数模转换，然后输入到上位机，完成温度测量、被测液体密度计算、罐内液体质量计算，并显示被测液体质量，如超过警戒温度，则发出声光报警信号，单片机在某一时刻发出脉冲信号，开启高频脉冲电流放大器，将由放大器输出一大电流高频脉冲信号，电流经波导丝向前传递，然后返回放大器，构成一个闭环回路，那么高频电流将在波导丝的轴向形成环行磁场，当环行磁场和浮子的永久磁场叠加时，将会改变磁场的分布形式，从而导致波导丝的形变，在此称为磁致形变，形变所产生的回波沿波导丝回传，将会在波导丝的轴向上产生环行的磁场变化，当磁场的变化被信号接受线圈接受后即转换为电流信号，经信号接受和放大器电路，输入单片机，单片机通过测量高频信号发出和回波接收的时间差，将时间差经过单片机内置程序的运算，就可以确定液位的高低和液界面的位置，然后将信号数字化，通过RS485信号收发电路，传输至上位机，以显示液面和液界的高度、存量、温度、另种液体的存量，从而完成了液位和液界面的测量任务。在此测量过程中，单片机内置或外置监控电路将检测时间差的大小是否在预期时间范围内，超出预期设定时间量，此次测量无效，重新开始测量的新循环，通过单片机电源监控电路检测单片机的工作状态，并保持数据状态，在上位机内通过建立各种油品的密度-温度对应数据库和专门的管理系统，共同形成完善的检测和控制网络，同时通过网络完成远程检测和维修、系统更新等任务。探测杆4由不导磁的不锈钢制成。磁致伸缩线(波导丝)直径0.635mm，经挤压和热处理过程后保持电磁特性。

本实用新型中的温度测量元件安装示意图如图2所示，温度测量元件由排线7，多个温度芯片8，多个转接板9组成，转接板9粘在温度芯片8上，温度芯片8粘地排线7上。液位浮子5和界位浮子6内有永久磁体。图5为本实用新型安装示意图。

本实用新型中液位计检测电路的主要元气件选型如下：

U1：AVR单片机AT90S8515 OR PHILIPS LPC2100系列32位ARM微控制器

U2：RS485串行接口电路，低功耗RS485收发器SN65HVD3082E

U3：电源监控集成电路，CAT1161PI3.0V OR CAT1162PI5.0V

U4高频电流驱动器，威圣公司MOEFET多功能直流高频大电流驱动器SI9936DY

U5：运算放大器OP37

U6：三端稳压器LM7824

U7：三端稳压器LM7805

J1：外接半导体温度传感器

J2：外接铜质导线构成的信号检测线圈

J3：外接具有磁致伸缩效应的波导丝

J4：外接PC机串行接口

XTAL：外部时钟频率，11MHZ

其余为一般通用元件选型。

Claims (6)

1.一种磁致伸缩液位计，它包括信号电缆(1)，电子仓(2)，探测杆(4)，其特征在于：电子仓(2)内装有液位计检测电路，液位计检测电路与电子仓(2)上部的信号电缆相连接，电子仓(2)下部由两根导线连接有一检测线圈(3)；探测杆(4)接电子仓(2)下部，内装有磁致伸缩线和温度测量元件，磁致伸缩线与电子仓(2)内的液位计检测电路相连接，温度测量元件与电子仓(2)内的液位计检测电路相连接；探测杆(4)上套装有一液位浮子(5)和一界面浮子(6)。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于：所述的液位计检测电路由直流稳压电源提供，直流电源用于信号整形放大电路和高频脉冲电流放大器及温度测量电路使用，以及供单片机电路、单片机电源监控电路、信号收发电路使用，由时钟电路产生单片机电路工作时所需要的时钟脉冲，量程选择开关主要用来满足不同量程的需要，由温度传感器完成温度的现场测量以后，将温度电流或者电压信号通过温度测量信号输入电路进行换算，然后输入单片机，单片机以五个温度测量点的平均数据为基准，完成罐内温度的计量和校准工作，通过对被测液体温度的测量并将温度数据进行数模转换，然后输入到上位机，完成温度测量、被测液体密度计算、罐内液体质量计算，并显示被测液体质量，如超过警戒温度，则发出声光报警信号，单片机在某一时刻发出脉冲信号，开启高频脉冲电流放大器，将由放大器输出一大电流高频脉冲信号，电流经波导丝向前传递，然后返回放大器，构成一个闭环回路，那么高频电流将在波导丝的轴向形成环行磁场，当环行磁场和浮子的永久磁场叠加时，将会改变磁场的分布形式，从而导致波导丝的形变，在此称为磁致形变，形变所产生的回波沿波导丝回传，将会在波导丝的轴向上产生环行的磁场变化，当磁场的变化被信号接受线圈接受后即转换为电流信号，经信号接受和放大整形电路，输入单片机，单片机通过测量高频信号发出和回波接收的时间差，将时间差经过单片机内置程序的运算，就可以确定液位的高低和液界面的位置，然后将数字信号，通过信号收发电路，传输至上位机，以显示液面和液界的高度、存量、温度、另种液体的存量，从而完成了液位和液界面的测量任务；在此测量过程中，单片机内置或外置监控电路将检测时间差的大小是否在预期时间范围内，超出预期设定时间量，此次测量无效，重新开始测量的新循环，通过单片机电源监控电路检测单片机的工作状态，并保持数据状态，在上位机内通过建立各种油品的密度-温度对应数据库和专门的管理系统，共同形成完善的检测和控制网络，同时通过网络完成远程检测和维修、系统更新任务。

3.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于所述的探测杆(4)由不导磁的不锈钢制成。

4.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于所述的磁致伸缩线直径为0.635mm，经挤压和热处理过程后保持电磁特性。

5.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于所述的温度测量元件由排线(7)，多个温度芯片(8)，多个转接板(9)组成，转接板(9)粘在温度芯片(8)上，温度芯片(8)粘地排线(9)上。

6.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计，其特征在于所述的液位浮子(5)和界面浮子(6)内有永久磁体。

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