專(zhuān)利名稱(chēng)：磁致伸縮液位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用磁致伸縮效應(yīng)原理設(shè) 計(jì)的應(yīng)用于接觸式液位測(cè)量的磁致伸縮液位儀。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中的液位檢測(cè)目前大部分還靠人工檢尺、記錄，現(xiàn)場(chǎng)顯示也多用磁翻板或平衡指示裝置，其指示精度和可靠性均差，無(wú)輸出信號(hào)。以前應(yīng)用較廣的鋼帶液位計(jì)技術(shù)已經(jīng)落后，檢測(cè)精度、可靠性、功能等方面均不能完全滿足目前對(duì)液位檢測(cè)和罐區(qū)自動(dòng)化管理需求，而且其安裝維護(hù)技術(shù)復(fù)雜。近年來(lái)出現(xiàn)的磁致伸縮液位儀是高技術(shù)的液位檢測(cè)替代升級(jí)產(chǎn)品，已引起了廣泛關(guān)注。它基于磁致伸縮效應(yīng)的最新原理，并利用微電子和通訊技術(shù)，做到了高精度、多參數(shù)、高可靠性和低成本、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便，是目前公認(rèn)的精度最高、穩(wěn)定性最好的接觸式液位測(cè)量技術(shù)和應(yīng)用面最寬的產(chǎn)品。美國(guó)MTS和V-R公司的同類(lèi)產(chǎn)品近幾年已開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，但因沒(méi)有本地化，存在價(jià)格昂貴，供貨周期長(zhǎng)，服務(wù)和零部件支持跟不上等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)有幾家單位也正在試制，但目前還沒(méi)有達(dá)到對(duì)應(yīng)水平的成熟產(chǎn)品，其應(yīng)用很少。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是應(yīng)用磁致伸縮效應(yīng)原理設(shè)計(jì)出一種用于接觸式液位測(cè)量的磁致伸縮液位儀，以解決同類(lèi)儀表在應(yīng)用中遇到的以下問(wèn)題1)、現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有顯示，不方便巡檢記錄、監(jiān)控和操作；2)、機(jī)械結(jié)構(gòu)一體化，不便于安裝和維護(hù)；3)、儀表電路不符合安全防爆規(guī)范；4)、液位檢測(cè)精度差等，代替人工檢尺，利用二次表和上位監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)行罐區(qū)液位的集中監(jiān)控管理。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是由表頭計(jì)算顯示單元、液位檢測(cè)傳感和信號(hào)放大單元、雙層套管測(cè)量桿部件、移動(dòng)安裝接頭組件、浮球組件幾部分組成。
表頭計(jì)算顯示單元是位于儀器的最上頭，表殼為防爆殼，前面板為玻璃蓋，后為端子蓋，兩側(cè)有電纜線接口，表頭內(nèi)設(shè)置有CPU主控電路板、顯示電路板和電源/輸出板，分別完成計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、信號(hào)輸出、電源變換等功能；液位檢測(cè)傳感和信號(hào)放大單元是在表頭計(jì)算顯示單元下面，套管內(nèi)安裝有液位檢測(cè)放大電路板，其上裝有檢測(cè)線圈、鎳片和波導(dǎo)絲緊固件，連接測(cè)量?jī)?nèi)管中的波導(dǎo)絲，包含了液位/溫度信號(hào)檢測(cè)、脈沖收發(fā)、波導(dǎo)絲回路、小信號(hào)比較放大單元電路；雙層套管測(cè)量桿是在內(nèi)管頂部裝有液位信號(hào)檢測(cè)電路板，底部裝有溫度檢測(cè)板，內(nèi)管中穿有波導(dǎo)絲，外管套在內(nèi)管外面，其上安裝移動(dòng)接頭組件和浮球組件；移動(dòng)安裝接頭組件通過(guò)螺紋連接現(xiàn)場(chǎng)法蘭，可在測(cè)量桿外管上任意位置抱緊測(cè)量桿，調(diào)節(jié)液位儀安裝高度；浮球組件是由不銹鋼浮球外殼和殼內(nèi)的永久磁環(huán)套在測(cè)量桿上，可隨夜面上下浮動(dòng)。
其感應(yīng)電路是由CPU主控電路板觸發(fā)的“詢問(wèn)”脈沖產(chǎn)生的受激扭轉(zhuǎn)聲波，向上傳至檢測(cè)板上的橫穿在線圈(JSR、JSL)中的鎳片上，扭轉(zhuǎn)聲波壓縮和拉伸鎳片內(nèi)晶格，產(chǎn)生磁致伸縮的逆效應(yīng)，伸縮導(dǎo)致磁場(chǎng)變化，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。
放大比較電路是將感應(yīng)電路產(chǎn)生毫伏級(jí)感應(yīng)電壓信號(hào)，由高速低功耗視頻運(yùn)放U1、U2、U3(LM6365)組成的差動(dòng)高通放大電路進(jìn)行放大。
比較電路是將放大電路放大的信號(hào)通過(guò)U4(LM311)高速電壓比較器與參考偏置電位值進(jìn)行比較運(yùn)算，幅度高于參考偏置電位時(shí)，高速比較器U4產(chǎn)生停計(jì)時(shí)窄脈沖PSI信號(hào)。
溫度測(cè)量電路的介質(zhì)溫度測(cè)量是將測(cè)溫電阻PT1000安裝在測(cè)量管內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線引至檢測(cè)電路中，環(huán)境溫度測(cè)量則直接將測(cè)溫電阻PT1000安裝在檢測(cè)電路板上，測(cè)溫鉑電阻RT0和RT1由LM317穩(wěn)壓器IR1和IR2與R7和R8提供2.4mA的恒流激勵(lì)，鉑電阻上的電壓信號(hào)經(jīng)RC濾波保護(hù)后由AT0和AT1進(jìn)入PIC873的2、3端，按4V1基準(zhǔn)電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換測(cè)溫。
CPU主控電路板完成檢測(cè)信號(hào)的發(fā)送、放大，返回脈沖信號(hào)的計(jì)時(shí)，各種按鍵設(shè)置的運(yùn)算處理，溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換等功能。
UM1為Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F873產(chǎn)品，是一種片內(nèi)帶4KB Flash存儲(chǔ)器，有24個(gè)可獨(dú)立編程的雙向I/0接口，脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與接受、對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行處理、與溫度傳感器進(jìn)行接口、各種按鍵的控制、通過(guò)通訊接口與上位機(jī)通訊。
激勵(lì)電路是將單片機(jī)PIC-23端定時(shí)發(fā)出的激勵(lì)脈沖控制信號(hào)FKP經(jīng)UM2C、UM2D、UM2B與非門(mén)，經(jīng)過(guò)三極管T1驅(qū)動(dòng)放大，通過(guò)高速三極管T2給電容C13、C14和C12、C18瞬時(shí)泄放電流，使波導(dǎo)絲測(cè)量回路產(chǎn)生大電流激勵(lì)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)由PUL、PUH端途經(jīng)檢測(cè)電路板傳至波導(dǎo)絲測(cè)量回路。
計(jì)數(shù)電路的觸發(fā)電路由U5(74HC74)雙D觸發(fā)器及外圍電路組成，TFK(PIC-23)的脈沖控制信號(hào)分兩路，一路至激勵(lì)電路，另一路經(jīng)C15延時(shí)后，與U5觸發(fā)器SD、CD端連接，TFK＝0，使得U5A-4(SD)產(chǎn)生置位，此時(shí)U5A-5為上升沿計(jì)時(shí)開(kāi)始，當(dāng)激勵(lì)脈沖經(jīng)磁致伸縮絲返回至檢測(cè)電路放大比較電路，放大比較電路輸出PSI脈沖信號(hào)，PSI脈沖作為D觸發(fā)器U5A和U5B的時(shí)鐘信號(hào)端(CLK)，將D＝0的值送至Q和Q反端，使激勵(lì)信號(hào)TFK置位，D觸發(fā)器輸出端Q和Q均發(fā)生反轉(zhuǎn)，即U5-5(Q)為下降沿，計(jì)時(shí)停止，當(dāng)TN5(UM4D-13)與觸發(fā)電路的UM5A-5端相連，TN6為單/雙浮子端子，TN6＝SFL(與U5A-6連接時(shí))，為單浮子測(cè)量，當(dāng)CFW＝1，TN6＝SFL時(shí)，TN6無(wú)效，TN6＝DFL(與U5A-9連接時(shí))，為雙浮子測(cè)量，CFW為單/雙浮子測(cè)量界面控制信號(hào)，當(dāng)CFW＝1，TN6＝DFL時(shí)，儀表為測(cè)量液面狀態(tài)，當(dāng)CFW＝0，TN6＝DFL時(shí)，儀表為測(cè)量界面狀態(tài)，INT為計(jì)時(shí)控制信號(hào)，INT＝1，開(kāi)始計(jì)時(shí)，INT＝0，停止計(jì)時(shí)，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出的激勵(lì)脈沖信號(hào)FKP使觸發(fā)電路TN5、計(jì)時(shí)開(kāi)始信號(hào)INT翻轉(zhuǎn)，計(jì)時(shí)開(kāi)始，通過(guò)計(jì)數(shù)器UM3A將計(jì)數(shù)脈沖由FD0、FD1、FD2、FD3傳送至單片機(jī)，當(dāng)檢測(cè)線圈檢測(cè)到返回信號(hào)后，產(chǎn)生PSI脈沖，使TN5產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，同時(shí)停止計(jì)時(shí)，液位的空高與返回時(shí)間S成正比例關(guān)系，單片機(jī)通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算可得知液位高度，測(cè)量界面時(shí)，TN5不直接控制計(jì)數(shù)，TN6控制計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)浮子的液面測(cè)量完成時(shí)，PSI使TN5變成0，此時(shí)DFL＝TN6＝1時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，第二個(gè)浮子的界面產(chǎn)生PSI信號(hào)，PSI＝0時(shí)，使觸發(fā)電路U5B-9(TN6＝DFL＝0)0，停止計(jì)時(shí)，即而測(cè)得兩個(gè)浮子的間距，經(jīng)運(yùn)算處理得出界面。
輸出電路設(shè)計(jì)成RS485通訊接口、4-20mA輸出、PWM脈沖寬度輸出三種方式，PIC單片機(jī)RS485輸出采用串行異步通訊方式，將采集到的有效液位信號(hào)和溫度信號(hào)通過(guò)PIC-17、18、26端，與U1(MAX485)的TXD、RXD、SCN端相連接，經(jīng)CMA、CMB端將信號(hào)傳送給上位機(jī)，在波特率為9600時(shí)，傳送距離可達(dá)1200m，PWM脈沖寬度輸出由PIC-13經(jīng)高速驅(qū)動(dòng)三極管T1將信號(hào)傳送，4-20mA輸出是將PWM輸出信號(hào)經(jīng)C14上積分，由LM358的U2A緩沖，R4和R13分壓1/2后，U2B與R9、R10、R11、R12共4個(gè)高度匹配1M電阻和R14補(bǔ)償電阻差分放大，由R8的低溫漂電阻轉(zhuǎn)為4-20mA輸出。
本磁致伸縮液位測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)合理，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，利用磁致伸縮傳感原理和單片機(jī)結(jié)合設(shè)計(jì)，使測(cè)量精度達(dá)±1mm，可完全代替人工檢尺，采集介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)，電路按照安全防爆規(guī)范設(shè)計(jì)，適用于加油站等爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，LCD顯示表頭現(xiàn)場(chǎng)顯示液位、溫度、界面等測(cè)量數(shù)據(jù)，并利用14段條柱趨勢(shì)顯示輸出4-20mA信號(hào)——即液面與量程(或罐高)的百分比，通過(guò)表頭操作，可設(shè)置儀表工作狀態(tài)和參數(shù)，液位儀可方便的從現(xiàn)場(chǎng)安裝套管中抽出，而不需要拆卸套管及浮球等部件，便于安裝和維護(hù)，可與顯示儀表或計(jì)算機(jī)組成液位安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用管理軟件，實(shí)現(xiàn)液位、界面和溫度的檢測(cè)、密度修正、上下限報(bào)警、容積計(jì)算、圖形顯示、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印等功能。


圖1磁致伸縮液位儀整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.表頭計(jì)算顯示單元2.檢測(cè)、傳感、信號(hào)放大單元3.測(cè)量桿部件4.移動(dòng)接頭部件5.浮球組件圖2表頭計(jì)算顯示單元結(jié)構(gòu)示意圖6、面板蓋 7、電源板 8、端子蓋 9、036型殼體 10、CPU主控板 11、顯示板圖3測(cè)量桿內(nèi)保護(hù)管結(jié)構(gòu)示意圖12、液位測(cè)量板 13、安裝螺釘 14、內(nèi)管接頭 15、內(nèi)管 16、溫度測(cè)量板圖4測(cè)量桿外保護(hù)管結(jié)構(gòu)示意圖17、外管接頭 18、外管 19、堵頭圖5移動(dòng)安裝接頭組件結(jié)構(gòu)示意圖20、鎖緊螺母 21、彈性環(huán) 22、漲緊環(huán) 23、法蘭接頭圖6浮球組件結(jié)構(gòu)示意圖24、波導(dǎo)絲 25、不銹鋼浮球外殼 26、永久磁環(huán)圖7激勵(lì)電路單元線路圖圖8計(jì)數(shù)電路單元線路圖圖9放大比較電路單元線路圖圖10溫度測(cè)量電路單元線路圖圖11輸出電路單元線路圖具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖1表示的磁致伸縮液位儀整機(jī)結(jié)構(gòu)中各部分組成與裝配關(guān)系，對(duì)本實(shí)用新型所述的磁致伸縮液位儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明表頭計(jì)算顯示單元(1)見(jiàn)附圖2所示，表頭外殼(9)選用036型鑄鋁防爆表殼，前后分別為玻璃蓋面板(6)和端子蓋(8)，兩側(cè)有電纜出線接口。表頭內(nèi)集成了PIC單片機(jī)系統(tǒng)，裝有包括CPU主控電路板(10)、顯示電路板和電源/輸出板(11)，分別完成計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、信號(hào)輸出、電源變換等功能。
檢測(cè)、傳感、信號(hào)放大單元(2)表頭下面的檢測(cè)器套管內(nèi)安裝有液位檢測(cè)放大電路板，其上裝有檢測(cè)線圈(JSR、JSL)、鎳片、波導(dǎo)絲緊固件，連接測(cè)量?jī)?nèi)管中的波導(dǎo)絲，這部分包含了脈沖收發(fā)、波導(dǎo)絲回路、感應(yīng)信號(hào)檢出、小信號(hào)比較放大等單元電路。
測(cè)量桿部件(3)由不銹鋼內(nèi)、外套管(見(jiàn)附圖3、4所示)組成。內(nèi)管(15)頂部裝有液位信號(hào)檢測(cè)電路板(12)，底部裝有溫度檢測(cè)板(16)，內(nèi)管中穿有波導(dǎo)絲(24)。外管(18)套在內(nèi)管外面，其上安裝移動(dòng)接頭(17)和浮球組件(5)。
移動(dòng)接頭部件(4)見(jiàn)附圖5所示，它由鎖緊螺母(20)、彈性環(huán)(21)、漲緊環(huán)(22)、法蘭接頭(23)構(gòu)成，移動(dòng)接頭部件在現(xiàn)場(chǎng)連接安裝法蘭，可在測(cè)量桿外管上任意位置抱緊測(cè)量桿，從而可調(diào)節(jié)液位儀安裝高度。
浮球組件(5)見(jiàn)附圖6所示，他的不銹鋼浮球外殼(25)和永久磁環(huán)(26)套在測(cè)量桿上，隨液位上下浮動(dòng)，在測(cè)量桿底部裝有防脫堵頭(19)。
磁致伸縮液位儀的電路部分主要為控制電路、檢測(cè)電路、輸出電路幾部分組。
控制電路由單片機(jī)、激勵(lì)源電路、計(jì)數(shù)電路組成；激勵(lì)電路是由PIC-23端信號(hào)FKP一路經(jīng)電容C10后連接TFK輸出端，一路經(jīng)電容C15后連接到與非門(mén)UM2C的9端，再經(jīng)電阻R11連到VCC。與非門(mén)UM2D的11端與UM2C的10端相接，UM2D的12、13端連到一起后，一路經(jīng)電阻R13接地，一路經(jīng)電容C17接到UM2C的8端和UM2B的4、5端。UM2B與非門(mén)的6端經(jīng)電阻R10接到三極管T1的基極，T1的發(fā)射極經(jīng)二極管D1后接到VCC，T1集電極經(jīng)并聯(lián)的電阻R5和電容C7后連到三極管T2的基極，T2的發(fā)射極一路經(jīng)并聯(lián)的電容C12、C18后接地，一路經(jīng)電阻R14、R9反饋接回T2基極，電阻R14、R9的中間點(diǎn)一路由電容C11接地，一路經(jīng)電阻R12接到N10端，脈沖信號(hào)PUL一路與T2集電極連接，脈沖信號(hào)PUH經(jīng)R6與T2集電極連接，另一路經(jīng)R2與10V電源連接，通過(guò)電容C13、C14接地。(見(jiàn)附圖7所示)計(jì)數(shù)電路是由觸發(fā)電路、計(jì)數(shù)器電路組成，觸發(fā)電路中雙D觸發(fā)器U5A的5端經(jīng)電容C8與U5B的10端接到一起，并經(jīng)電阻R23接到VCC。觸發(fā)器U5A的1、14端接到VCC，U5A的2端與U5B的12端連到一起后接地，并經(jīng)電容C7接到VCC。U5A的3端與觸發(fā)器U5B的11端連到一起后經(jīng)電阻R21接地。觸發(fā)器U5A的7端直接接地，4端接入TFK端信號(hào)，6端輸出SFL信號(hào)，5端接TN5輸出端。觸發(fā)器U5B的13端接入TFK端信號(hào)，并經(jīng)電阻R22接到VCC，其8端不用，9端接DFL輸出端；計(jì)數(shù)器電路中與非門(mén)UM4D的13端接入TN5端信號(hào)，其12端與與非門(mén)UM2A的1、2端連到一起，其11端接到與非門(mén)UM4C的9端。與非門(mén)UM4A的1端接入TN6端信號(hào)，其2端接到與非門(mén)UM2A的3端，其3端接到與非門(mén)UM4C的10端。與非門(mén)UM4C的8端接到與非門(mén)UM4B的4端。與非門(mén)UM4B的5端經(jīng)XTR晶振后接到地，其6端接到計(jì)數(shù)器UM3A的1端。計(jì)數(shù)器UM3A的2端接入FCR信號(hào)，其3/4/5/6端分別接到FD0/1/2/3輸出端。(見(jiàn)附圖8所示)檢測(cè)電路——由感應(yīng)線圈、放大比較電路、溫度電路等組成。
放大比較電路感應(yīng)線圈JSR并聯(lián)上電阻R1后，一端接入高速運(yùn)算放大器U1的輸入端3，另一端接地。感應(yīng)線圈JSL并聯(lián)上電阻R2后，一端接入高速運(yùn)算放大器U2的輸入端3，另一端接地。運(yùn)放U1、U2的輸入端2經(jīng)電阻R5、電容C1后接到一起，并分別經(jīng)電阻R3、R4、接到2V5基準(zhǔn)電源。運(yùn)放U1的輸入端2經(jīng)電阻R6接到輸出端6，輸出端6再經(jīng)電阻R9和并聯(lián)的電阻R11、C3連到運(yùn)放U3的輸入端3。運(yùn)放U2的輸入端2經(jīng)電阻R7接到輸出端6，輸出端6再經(jīng)電阻R10和并聯(lián)的電阻R12、C4連到運(yùn)放U3的輸入端2。
二級(jí)運(yùn)放U3的輸入端3經(jīng)電阻R14接數(shù)字地VSS，輸入端2經(jīng)電阻R13接到2V5基準(zhǔn)電源，輸入端2經(jīng)反饋電阻R15接到輸出端6，輸出端6經(jīng)電阻R18接到比較器U4的輸入端3。運(yùn)放U1、U2、U3的7端均接到電源8V2，4端均接到負(fù)電源N5V。
比較器U4的輸入端2經(jīng)電阻R17接到2V5基準(zhǔn)電源，經(jīng)并聯(lián)的電阻R16、電容C6接到N2V基準(zhǔn)負(fù)電源，其輸出端1接到PSI信號(hào)端，其5、6、7、8端連到一起后接VCC，并經(jīng)電容C5后接地，其4端經(jīng)電容C2后接地。(見(jiàn)附圖9所示)溫度測(cè)量電路的恒流器件IR1、IR2的3端均接到8V電源端，IR1的1、2端接調(diào)整電阻R7，IR2的1、2端接調(diào)整電阻R8。IR1的1端接到溫度電阻Pt1000的高端RH0，IR2的1端接到溫度電阻Pt1000的高端RH1，端子AT0一路經(jīng)電阻R4接到溫度電阻Pt1000的高端RH0，一路經(jīng)電容C8接地，Pt1000的低端RL0接地。端子AT1一路經(jīng)電阻R3接到溫度電阻Pt1000的高端RH1，一路經(jīng)電容C9接地。Pt1000的低端RL1接地。(見(jiàn)附圖10所示)輸出電路由RS485通訊接口、4-20mA輸出、PWM脈沖輸出電路三部分，RS485通訊接口器件U1的1、4端分別與通訊控制信號(hào)端RXD、TXD相連，2、3端接到一起后與通訊控制信號(hào)端SCN相連，其輸出端6經(jīng)電阻R3接到CMA端子，其輸出端7經(jīng)電阻R2接到CMB端子，其5端接地，其8端接VCC，來(lái)自單片機(jī)PIC-13端的PWI信號(hào)經(jīng)電阻R5接到三極管T1的基極，T1的集電極接到脈沖寬度輸出端PWM，并經(jīng)電阻R6接到VCC，TI的發(fā)射極接地。同時(shí)PWI信號(hào)接到運(yùn)放U2A的輸入端3，并經(jīng)電容C14后接地。運(yùn)放U2A的輸入端2接到其輸出端1后，再經(jīng)串連的電阻R4、R9接到運(yùn)放U2B的輸入端5。并聯(lián)的電阻R13、C9一端接地，另一端接到電阻R4、R9之間。運(yùn)放U2B的輸入端6一路經(jīng)串連的電阻R12、R14后接地，另一路經(jīng)電阻R10接到其輸出端7。運(yùn)放U2B的輸出端7經(jīng)電阻R8后一路輸出到IOU端子，一路經(jīng)反饋電阻R11接到其輸入端5。(見(jiàn)附圖11所示)
權(quán)利要求1.一種磁致伸縮液位儀，由表頭計(jì)算顯示單元、液位檢測(cè)傳感和信號(hào)放大單元、雙層套管測(cè)量桿部件、移動(dòng)安裝接頭組件、浮球組件幾部分組成，其特征在于表頭計(jì)算顯示單元是位于儀器的最上頭，表殼為防爆，前面板為玻璃蓋，后為端子蓋，兩側(cè)有電纜線接口，表頭內(nèi)設(shè)置有CPU主控電路板、顯示電路板和電源/輸出板；液位檢測(cè)傳感和信號(hào)放大單元是在表頭計(jì)算顯示單元下面，套管內(nèi)安裝有液位檢測(cè)放大電路板，其上裝有檢測(cè)線圈、鎳片和波導(dǎo)絲緊固件，連接測(cè)量?jī)?nèi)管中的波導(dǎo)絲，包含了液位/溫度信號(hào)檢測(cè)、脈沖收發(fā)、波導(dǎo)絲回路、小信號(hào)比較放大單元電路；雙層套管測(cè)量桿是在內(nèi)管頂部裝有液位信號(hào)檢測(cè)電路板，底部裝有溫度檢測(cè)板，內(nèi)管中穿有波導(dǎo)絲，外管套在內(nèi)管外面，其上安裝移動(dòng)接頭和浮球組件；移動(dòng)安裝接頭通過(guò)螺紋連接現(xiàn)場(chǎng)法蘭，可在測(cè)量桿外管上任意位置抱緊測(cè)量桿，調(diào)節(jié)液位儀安裝高度；浮球組件是由不銹鋼浮球外殼和殼內(nèi)的永久磁環(huán)套在測(cè)量桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮液位儀，其特征在于控制電路的激勵(lì)電路是由單片機(jī)PIC的23端定時(shí)發(fā)出激勵(lì)脈沖控制信號(hào)FKP，一路經(jīng)電容C10后連接觸發(fā)器U5B的輸出端TFK，一路經(jīng)電容C15后連接到與非門(mén)UM2C的9端，再經(jīng)電阻R11，與非門(mén)UM2D的11端和與非門(mén)UM2C的10端相接，與非門(mén)UM2D的12、13端連到一起后，一路經(jīng)電阻R13接地，一路經(jīng)電容C17接到與非門(mén)UM2C的8端和與非門(mén)UM2B的4、5端，與非門(mén)UM2B的6端經(jīng)電阻R10接到三極管T1的基極，T1的發(fā)射極經(jīng)二極管D1后連到電源VCC端，集電極T1經(jīng)并聯(lián)的電阻R5和電容C7后連到三極管T2的基極，T2的發(fā)射極一路經(jīng)并聯(lián)的電容C12、C18后接地，一路經(jīng)電阻R14、R9反饋接回T2基極，電阻R14、R9的中間點(diǎn)一路由電容C11接地，一路經(jīng)電阻R12接到負(fù)電源N10端，脈沖信號(hào)PUL一端與T2集電極連接，脈沖信號(hào)PUH一路經(jīng)R6與T2集電極連接，另一路經(jīng)R2與10V電源連接，通過(guò)電容C13、C14接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮液位儀，其特征在于控制電路的計(jì)數(shù)電路是由觸發(fā)電路、計(jì)數(shù)器電路組成，觸發(fā)電路中雙D觸發(fā)器U5A的5端經(jīng)電容C8與觸發(fā)器U5B的10端接到一起，并經(jīng)電阻R23連到電源VCC端，觸發(fā)器U5A的1、14端連到電源VCC端，觸發(fā)器U5A的2端與觸發(fā)器U5B的12端連到一起后接地，并經(jīng)電容C7連到電源VCC端，觸發(fā)器U5A的3端與觸發(fā)器U5B的11端連到一起后經(jīng)電阻R21接地，觸發(fā)器U5A的7端直接接地，4端接入觸發(fā)器U5B的輸出端TFK，6端輸出與單浮子控制信號(hào)SFL連接，5端與觸發(fā)器控制端TN5連接，觸發(fā)器U5B的13端接入觸發(fā)器U5B的輸出端TFK，并經(jīng)電阻R22連到電源VCC端，其8端不用，9端接雙浮子控制信號(hào)DFL輸出端，計(jì)數(shù)器電路中與非門(mén)UM4D的13端接入觸發(fā)器控制端TN5，其12端與與非門(mén)UM2A的1、2端連到一起，其11端接到與非門(mén)UM4C的9端，與非門(mén)UM4A的1端接入單/雙浮子控制端TN6，其2端接到與非門(mén)UM2A的3端，其3端接到與非門(mén)UM4C的10端，與非門(mén)UM4C的8端接到與非門(mén)UM4B的4端，與非門(mén)UM4B的5端經(jīng)晶振XTR后接到地，其6端接到計(jì)數(shù)器UM3A的1端，計(jì)數(shù)器UM3A的2端接入單片機(jī)PIC的信號(hào)FCR輸入端，其3/4/5/6端分別接到單片機(jī)PIC的輸出端FD0/1/2/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮液位儀，其特征在于液位檢測(cè)放大電路的感應(yīng)線圈JSR并聯(lián)上電阻R1后，一端接入高速運(yùn)算放大器U1的輸入端3，另一端接地，感應(yīng)線圈JSL并聯(lián)上電阻R2后，一端接入高速運(yùn)算放大器U2的輸入端3，另一端接地，運(yùn)算放大器U1、U2的輸入端2經(jīng)電阻R5、電容C1后接到一起，并分別經(jīng)電阻R3、R4、與基準(zhǔn)電源2V5連接，運(yùn)算放大器U1的輸入端2經(jīng)電阻R6接到輸出端6，輸出端6再經(jīng)電阻R9和并聯(lián)的電阻R11、C3連到運(yùn)算放大器U3的輸入端3，運(yùn)算放大器U2的輸入端2經(jīng)電阻R7接到輸出端6，輸出端6再經(jīng)電阻R10和并聯(lián)的電阻R12、C4連到運(yùn)算放大器U3的輸入端2，二級(jí)運(yùn)算放大器U3的輸入端3經(jīng)電阻R14接地，輸入端2經(jīng)電阻R13與基準(zhǔn)電源2V5連接，輸入端2經(jīng)反饋電阻R15接到輸出端6，輸出端6經(jīng)電阻R18接到比較器U4的輸入端3，運(yùn)算放大器U1、U2、U3的7端均與電源8V2連接，4端均接到負(fù)電源N5V，比較器U4的輸入端2經(jīng)電阻R17與基準(zhǔn)電源2V5連接，經(jīng)并聯(lián)的電阻R16、電容C6與基準(zhǔn)負(fù)電源N2V連接，其輸出端1接到計(jì)時(shí)控制信號(hào)PSI端，其5、6、7、8端連到一起后接電源VCC端，并經(jīng)電容C5后接地，其4端經(jīng)電容C2后接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮液位儀，其特征在于溫度測(cè)量電路的恒流器件IR1、IR2的3端均接到8V電源端，恒流器件IR1的1、2端接調(diào)整電阻R7；IR2的1、2端接調(diào)整電阻R8；恒流器件IR1的1端接到溫度電阻Pt1000的高端RH0，恒流器件IR2的1端接到溫度電阻Pt1000的高端RH1，單片機(jī)PIC端子AT0一路經(jīng)電阻R4接到溫度電阻Pt1000的高端RH0，一路經(jīng)電容C8接地，Pt1000的低端RL0接地；單片機(jī)PIC端子AT1一路經(jīng)電阻R3接到溫度電阻Pt1000的高端RH1，一路經(jīng)電容C9接地，Pt1000的低端RL1接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮液位儀，其特征在于輸出電路由RS485通訊接口、4-20mA輸出、脈沖寬度輸出電路PWM三部分組成，RS485通訊接口器件U1的1、4端分別與通訊控制信號(hào)RXD、TXD相連，2、3端接到一起后與通訊控制信號(hào)SCN相連，其輸出端6經(jīng)電阻R3與端子插件CMA連接，其輸出端7經(jīng)電阻R2與端子插件CMB連接，其5端接地，其8端與電源連接，來(lái)自單片機(jī)PIC的13端的輸出信號(hào)經(jīng)電阻R5接到三極管T1的基極，T1的集電極接到脈沖寬度輸出電路PWM輸出端，經(jīng)電阻R6接電源VCC端，T1的發(fā)射極接地，同時(shí)單片機(jī)PIC的13端的輸出信號(hào)PWI接到運(yùn)算放大器U2A的輸入端3，并經(jīng)電容C14后接地，運(yùn)算放大器U2A的輸入端2接到其輸出端1后，再經(jīng)串連的電阻R4、R9接到運(yùn)算放大器U2B的輸入端5，并聯(lián)的電阻R13、C9一端接地，另一端接到電阻R4、R9之間，運(yùn)算放大器U2B的輸入端6一路經(jīng)串連的電阻R12、R14后接地，另一路經(jīng)電阻R10接到其輸出端7，運(yùn)算放大器U2B的輸出端7經(jīng)電阻R8后一路輸出到電流輸出端10U，一路經(jīng)反饋電阻R11接到其輸入端5。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用磁致伸縮效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的應(yīng)用于接觸式液位測(cè)量的磁致伸縮液位儀，由表頭計(jì)算顯示單元、液位檢測(cè)傳感和信號(hào)放大單元、雙層套管測(cè)量桿部件、移動(dòng)安裝接頭組件、浮球組件幾部分組成，電路部分主要為控制電路、檢測(cè)電路、輸出電路幾部分組構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度達(dá)±1mm，安全防爆，現(xiàn)場(chǎng)顯示液位、溫度、界面等測(cè)量數(shù)據(jù)，液面與量程的百分比，可設(shè)置儀表工作狀態(tài)和參數(shù)，方便在現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)，可與顯示儀表或計(jì)算機(jī)組成液位安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用管理軟件，實(shí)現(xiàn)液位、界面和溫度的檢測(cè)、密度修正、上下限報(bào)警、容積計(jì)算、圖形顯示、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印等功能。
文檔編號(hào)G01D21/02GK2769861SQ20042009604
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者劉仁, 張國(guó)鋒, 姜潔, 方巖, 王宏建, 許全科 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油蘭州煉油化工總廠