磁致伸缩液位仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种利用磁致伸缩效应原理设计的应用于接触式液位测量的磁致伸缩液位仪，由表头计算显示单元、液位检测传感和信号放大单元、双层套管测量杆部件、移动安装接头组件、浮球组件几部分组成，电路部分主要为控制电路、检测电路、输出电路几部分组构成，设计合理，结构简单，测量精度达±１ｍｍ，安全防爆，现场显示液位、温度、界面等测量数据，液面与量程的百分比，可设置仪表工作状态和参数，方便在现场安装和维护，可与显示仪表或计算机组成液位安全监测系统，利用管理软件，实现液位、界面和温度的检测、密度修正、上下限报警、容积计算、图形显示、统计报表打印等功能。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种利用磁致伸缩效应原理设 计的应用于接触式液位测量的磁致伸缩液位仪。
技术介绍
国内油品储运系统中的液位检测目前大部分还靠人工检尺、记录，现场显示也多用磁翻板或平衡指示装置，其指示精度和可靠性均差，无输出信号。以前应用较广的钢带液位计技术已经落后，检测精度、可靠性、功能等方面均不能完全满足目前对液位检测和罐区自动化管理需求，而且其安装维护技术复杂。近年来出现的磁致伸缩液位仪是高技术的液位检测替代升级产品，已引起了广泛关注。它基于磁致伸缩效应的最新原理，并利用微电子和通讯技术，做到了高精度、多参数、高可靠性和低成本、安装维护简单方便，是目前公认的精度最高、稳定性最好的接触式液位测量技术和应用面最宽的产品。美国MTS和V-R公司的同类产品近几年已开始进入中国市场，但因没有本地化，存在价格昂贵，供货周期长，服务和零部件支持跟不上等问题。国内有几家单位也正在试制，但目前还没有达到对应水平的成熟产品，其应用很少。
技术实现思路
本技术的目的是应用磁致伸缩效应原理设计出一种用于接触式液位测量的磁致伸缩液位仪，以解决同类仪表在应用中遇到的以下问题1)、现场没有显示，不方便巡检记录、监控和操作；2)、机械结构一体化，不便于安装和维护；3)、仪表电路不符合安全防爆规范；4)、液位检测精度差等，代替人工检尺，利用二次表和上位监控系统，可进行罐区液位的集中监控管理。本技术的设计方案是由表头计算显示单元、液位检测传感和信号放大单元、双层套管测量杆部件、移动安装接头组件、浮球组件几部分组成。表头计算显示单元是位于仪器的最上头，表壳为防爆壳，前面板为玻璃盖，后为端子盖，两侧有电缆线接口，表头内设置有CPU主控电路板、显示电路板和电源/输出板，分别完成计算、存储、数据显示、信号输出、电源变换等功能；液位检测传感和信号放大单元是在表头计算显示单元下面，套管内安装有液位检测放大电路板，其上装有检测线圈、镍片和波导丝紧固件，连接测量内管中的波导丝，包含了液位/温度信号检测、脉冲收发、波导丝回路、小信号比较放大单元电路；双层套管测量杆是在内管顶部装有液位信号检测电路板，底部装有温度检测板，内管中穿有波导丝，外管套在内管外面，其上安装移动接头组件和浮球组件；移动安装接头组件通过螺纹连接现场法兰，可在测量杆外管上任意位置抱紧测量杆，调节液位仪安装高度；浮球组件是由不锈钢浮球外壳和壳内的永久磁环套在测量杆上，可随夜面上下浮动。其感应电路是由CPU主控电路板触发的“询问”脉冲产生的受激扭转声波，向上传至检测板上的横穿在线圈(JSR、JSL)中的镍片上，扭转声波压缩和拉伸镍片内晶格，产生磁致伸缩的逆效应，伸缩导致磁场变化，产生感应电压。放大比较电路是将感应电路产生毫伏级感应电压信号，由高速低功耗视频运放U1、U2、U3(LM6365)组成的差动高通放大电路进行放大。比较电路是将放大电路放大的信号通过U4(LM311)高速电压比较器与参考偏置电位值进行比较运算，幅度高于参考偏置电位时，高速比较器U4产生停计时窄脉冲PSI信号。温度测量电路的介质温度测量是将测温电阻PT1000安装在测量管内通过导线引至检测电路中，环境温度测量则直接将测温电阻PT1000安装在检测电路板上，测温铂电阻RT0和RT1由LM317稳压器IR1和IR2与R7和R8提供2.4mA的恒流激励，铂电阻上的电压信号经RC滤波保护后由AT0和AT1进入PIC873的2、3端，按4V1基准电压进行A/D转换测温。CPU主控电路板完成检测信号的发送、放大，返回脉冲信号的计时，各种按键设置的运算处理，温度信号的转换等功能。UM1为Microchip公司生产的PIC16F873产品，是一种片内带4KB Flash存储器，有24个可独立编程的双向I/0接口，脉冲信号的产生与接受、对接受到的信号进行处理、与温度传感器进行接口、各种按键的控制、通过通讯接口与上位机通讯。激励电路是将单片机PIC-23端定时发出的激励脉冲控制信号FKP经UM2C、UM2D、UM2B与非门，经过三极管T1驱动放大，通过高速三极管T2给电容C13、C14和C12、C18瞬时泄放电流，使波导丝测量回路产生大电流激励脉冲信号，该脉冲信号由PUL、PUH端途经检测电路板传至波导丝测量回路。计数电路的触发电路由U5(74HC74)双D触发器及外围电路组成，TFK(PIC-23)的脉冲控制信号分两路，一路至激励电路，另一路经C15延时后，与U5触发器SD、CD端连接，TFK＝0，使得U5A-4(SD)产生置位，此时U5A-5为上升沿计时开始，当激励脉冲经磁致伸缩丝返回至检测电路放大比较电路，放大比较电路输出PSI脉冲信号，PSI脉冲作为D触发器U5A和U5B的时钟信号端(CLK)，将D＝0的值送至Q和Q反端，使激励信号TFK置位，D触发器输出端Q和Q均发生反转，即U5-5(Q)为下降沿，计时停止，当TN5(UM4D-13)与触发电路的UM5A-5端相连，TN6为单/双浮子端子，TN6＝SFL(与U5A-6连接时)，为单浮子测量，当CFW＝1，TN6＝SFL时，TN6无效，TN6＝DFL(与U5A-9连接时)，为双浮子测量，CFW为单/双浮子测量界面控制信号，当CFW＝1，TN6＝DFL时，仪表为测量液面状态，当CFW＝0，TN6＝DFL时，仪表为测量界面状态，INT为计时控制信号，INT＝1，开始计时，INT＝0，停止计时，当单片机发出的激励脉冲信号FKP使触发电路TN5、计时开始信号INT翻转，计时开始，通过计数器UM3A将计数脉冲由FD0、FD1、FD2、FD3传送至单片机，当检测线圈检测到返回信号后，产生PSI脉冲，使TN5产生翻转，同时停止计时，液位的空高与返回时间S成正比例关系，单片机通过对计数器信号进行运算可得知液位高度，测量界面时，TN5不直接控制计数，TN6控制计数，当第一个浮子的液面测量完成时，PSI使TN5变成0，此时DFL＝TN6＝1时，开始计时，第二个浮子的界面产生PSI信号，PSI＝0时，使触发电路U5B-9(TN6＝DFL＝0)0，停止计时，即而测得两个浮子的间距，经运算处理得出界面。输出电路设计成RS485通讯接口、4-20mA输出、PWM脉冲宽度输出三种方式，PIC单片机RS485输出采用串行异步通讯方式，将采集到的有效液位信号和温度信号通过PIC-17、18、26端，与U1(MAX485)的TXD、RXD、SCN端相连接，经CMA、CMB端将信号传送给上位机，在波特率为9600时，传送距离可达1200m，PWM脉冲宽度输出由PIC-13经高速驱动三极管T1将信号传送，4-20mA输出是将PWM输出信号经C14上积分，由LM358的U2A缓冲，R4和R13分压1/2后，U2B与R9、R10、R11、R12共4个高度匹配1M电阻和R14补偿电阻差分放大，由R8的低温漂电阻转为4-20mA输出。本磁致伸缩液位测量仪设计合理，机械结构简单，成本低，利用磁致伸缩传感原理和单片机结合设计，使测量精度达±1mm，可完全代替人工检尺，采集介质温度、环境温度等参数，电路按照安全防爆规范设计，适用于加油站等爆炸危险区域，LCD显示表头现场显示液位、温度、界面等测量数据，并利用1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致伸缩液位仪，由表头计算显示单元、液位检测传感和信号放大单元、双层套管测量杆部件、移动安装接头组件、浮球组件几部分组成，其特征在于：　　　　表头计算显示单元是位于仪器的最上头，表壳为防爆，前面板为玻璃盖，后为端子盖，两侧有电缆线接口，表头内设置有ＣＰＵ主控电路板、显示电路板和电源／输出板；　　　　液位检测传感和信号放大单元是在表头计算显示单元下面，套管内安装有液位检测放大电路板，其上装有检测线圈、镍片和波导丝紧固件，连接测量内管中的波导丝，包含了液位／温度信号检测、脉冲收发、波导丝回路、小信号比较放大单元电路；　　　　双层套管测量杆是在内管顶部装有液位信号检测电路板，底部装有温度检测板，内管中穿有波导丝，外管套在内管外面，其上安装移动接头和浮球组件；　　　　移动安装接头通过螺纹连接现场法兰，可在测量杆外管上任意位置抱紧测量杆，调节液位仪安装高度；　　　　浮球组件是由不锈钢浮球外壳和壳内的永久磁环套在测量杆上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仁，张国锋，姜洁，方岩，王宏建，许全科，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油兰州炼油化工总厂，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]