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關(guān)于耐高溫強磁磁翻板液位計(液位傳感器)的設(shè)計方案解析
本文概述：目前在國內(nèi)市場上生產(chǎn)與使用的譬如象耐高溫強磁磁翻板液位計，浮球式液位變送器都是采用的干簧管進行遠傳信號的傳輸，但是由于傳統(tǒng)的干簧管式液位計接觸點易產(chǎn)生抖動、長期穩(wěn)定性差等缺點，設(shè)計了一種利用開關(guān)式霍爾元件作為敏感元件的液位傳感器，采用此元件生產(chǎn)的液位儀表穩(wěn)定性與精確度都得到了很大的提升。本文介紹了其工作原理和設(shè)計方案，并利用ANSYS軟件對磁性浮子進行了磁場仿真計算，通過分析可根據(jù)測量精度確定所需永磁體大小，簡化工藝流程，縮減了工作量。該傳感器可根據(jù)需要輸出標準電流信號4、20 m A或數(shù)字通信RS-485，并可配備LED現(xiàn)場指示器，實驗表明:該傳感器具有有效距離大、不易受干擾、響應(yīng)速度快、可靠性高等特點。建議有條件的單位可以加以推廣。
引言
常見的遠傳液位傳感器是利用磁鐵驅(qū)動干簧管吸合改變同路中的阻抗實現(xiàn)液位測量的，但是這種原理有很多缺點。由于干簧管的觸點和簧片相當小而精致，所以難以承受高壓或大電流。電流過大時，簧片會因過熱失去彈性，接觸點*易產(chǎn)生抖動，并且接點接觸電阻大等等。
本文設(shè)計的液位傳感器利用陣列式霍爾開關(guān)作為敏感元件感受液位變化，與耐高溫強磁磁翻板液位計配合可真止實現(xiàn)液位現(xiàn)場顯示和遠傳。耐高溫強磁磁翻板液位計是將與磁鐵組成為一體的浮球置于非磁性的金屬管中，浮球隨養(yǎng)管中的液位上升或下降，管外裝有指示單元，指示單元為一系列止而為白色，背而為紅色的磁性翻板組成。翻板受磁性浮球移動的吸引而翻轉(zhuǎn)1800，通過顏色的變化來指示液體的液位。指示單元還可以做成LED光柱顯示而板，同樣通過LED光柱顏色變化指示液位，行業(yè)標準為液綠汽紅[3 ]。該液位計除了木地顯示功能外，還可以配備遠傳液位傳感器，將液位信號轉(zhuǎn)換成4一20 m A電流輸出或者數(shù)字通信RS-485輸出，實現(xiàn)遠距離監(jiān)測和}控制。該系列產(chǎn)品特別適合高溫高壓、高粘度、強腐蝕性條件下液位的檢測。
1傳感器工作原理
圖1傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
2傳感器設(shè)計方案
2.1電路設(shè)計
圖2 傳感器電路原理框圖
2.2磁場計算
耐高溫強磁磁翻板液位計在工程上通常用于鍋爐等大型設(shè)備液位的測量，因此該液位計長度長，重量大，如若被測設(shè)備內(nèi)部存在較大壓力，相應(yīng)地需要將液位計的壁厚增加，勢必會導(dǎo)致液位計重量加大，在傳感器調(diào)試階段，需要將浮子內(nèi)部的磁鐵和霍爾開關(guān)相匹配，為了避免虛假液位和保證測量的精確度，必須保證任一時刻*多只有2個霍爾開關(guān)處于開啟狀態(tài)。若僅利用試驗手段反復(fù)測試磁鐵和霍爾開關(guān)的匹配度，需要多次拆裝液位計，因此需要在設(shè)計階段準確計算出霍爾開關(guān)周圍的磁通密度，進而減少工作量[5,6]
圖3 霍爾開關(guān)與磁鐵位置圖
圖4 磁鐵與空氣層節(jié)點磁通密度云圖
圖5 35mm空氣層節(jié)點磁通密度趨勢
磁鐵大小確定后，根據(jù)阿基米德定律計算出浮子的高度，保證磁鐵的中心位置與水而處于同一位置，可根據(jù)式(1)計算得到磁鐵在浮子內(nèi)的安裝位置
4結(jié)束語
磁性浮子式液位傳感器利用霍爾開關(guān)替代了干簧管，提升了傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，更適合應(yīng)用于惡劣環(huán)境條件下。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用ANSYS仿真軟件等輔助手段較準確地計
算出磁性浮子的磁場分布，根據(jù)測量精確度、霍爾開關(guān)的磁場強度閡值、霍爾開關(guān)到浮子的距離等己知條件計算出浮子內(nèi)磁鐵的大小，簡化了工藝流程，減少了工作量。在程序設(shè)計時，
同一時刻僅使一只霍爾開關(guān)處于工作狀態(tài)，降低了功耗，避免了虛假液位。
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