本文概述：目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上生產(chǎn)與使用的譬如象磁翻板液位計(jì)，浮球式液位變送器都是采用的干簧管進(jìn)行遠(yuǎn)傳信號(hào)的傳輸，但是由于傳統(tǒng)的干簧管式液位計(jì)接觸點(diǎn)易產(chǎn)生抖動(dòng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種利用開(kāi)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(jì)方案，并利用ANSYS軟件對(duì)磁性浮子進(jìn)行了磁場(chǎng)仿真計(jì)算，通過(guò)分析可根據(jù)測(cè)量精度確定所需永磁體大小，簡(jiǎn)化工藝流程，縮減了工作量。該傳感器可根據(jù)需要輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4、20 m A或數(shù)字通信RS-485，并可配備LED現(xiàn)場(chǎng)指示器，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。建議有條件的單位可以加以推廣。
 
0引言
         常見(jiàn)的遠(yuǎn)傳液位傳感器是利用磁鐵驅(qū)動(dòng)干簧管吸合改變同路中的阻抗實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的，但是這種原理有很多缺點(diǎn)。由于干簧管的觸點(diǎn)和簧片相當(dāng)小而精致，所以難以承受高壓或大電流。電流過(guò)大時(shí)，簧片會(huì)因過(guò)熱失去彈性，接觸點(diǎn)極易產(chǎn)生抖動(dòng)，并且接點(diǎn)接觸電阻大等等。
 
         本文設(shè)計(jì)的液位傳感器利用陣列式霍爾開(kāi)關(guān)作為敏感元件感受液位變化，與磁翻板液位計(jì)配合可真止實(shí)現(xiàn)液位現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)傳。磁翻板液位計(jì)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(dòng)的吸引而翻轉(zhuǎn)1800，通過(guò)顏色的變化來(lái)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(guò)LED光柱顏色變化指示液位，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為液綠汽紅[3 ]。該液位計(jì)除了木地顯示功能外，還可以配備遠(yuǎn)傳液位傳感器，將液位信號(hào)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和}控制。該系列產(chǎn)品特別適合高溫高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕性條件下液位的檢測(cè)。
 
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(jì)方案
 2.1電路設(shè)計(jì)

 
圖2 傳感器電路原理框圖

2.2磁場(chǎng)計(jì)算
磁翻板液位計(jì)在工程上通常用于鍋爐等大型設(shè)備液位的測(cè)量，因此該液位計(jì)長(zhǎng)度長(zhǎng)，重量大，如若被測(cè)設(shè)備內(nèi)部存在較大壓力，相應(yīng)地需要將液位計(jì)的壁厚增加，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)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(kāi)關(guān)相匹配，為了避免虛假液位和保證測(cè)量的精確度，必須保證任一時(shí)刻多只有2個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)。若僅利用試驗(yàn)手段反復(fù)測(cè)試磁鐵和霍爾開(kāi)關(guān)的匹配度，需要多次拆裝液位計(jì)，因此需要在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確計(jì)算出霍爾開(kāi)關(guān)周圍的磁通密度，進(jìn)而減少工作量[5,6]

 圖3 霍爾開(kāi)關(guān)與磁鐵位置圖

圖4  磁鐵與空氣層節(jié)點(diǎn)磁通密度云圖


圖5  35mm空氣層節(jié)點(diǎn)磁通密度趨勢(shì)




磁鐵大小確定后，根據(jù)阿基米德定律計(jì)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(jì)算得到磁鐵在浮子內(nèi)的安裝位置
 
4結(jié)束語(yǔ)
    磁性浮子式液位傳感器利用霍爾開(kāi)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(jì)中，利用ANSYS仿真軟件等輔助手段較準(zhǔn)確地計(jì)
算出磁性浮子的磁場(chǎng)分布，根據(jù)測(cè)量精確度、霍爾開(kāi)關(guān)的磁場(chǎng)強(qiáng)度閡值、霍爾開(kāi)關(guān)到浮子的距離等己知條件計(jì)算出浮子內(nèi)磁鐵的大小，簡(jiǎn)化了工藝流程，減少了工作量。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，
同一時(shí)刻僅使一只霍爾開(kāi)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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