BJLM伺服式液位计的设计与实现

　　0　引言

　　传统的伺服式液位计在测量油(液)水界面参数时存在一些问题,例如依据测量浮力的变化来判定油水界面,但实际工作中油水界面经常会形成一定厚度的乳化层,这时测量的误差就较大。BJLM多参数伺服式液位计采用测量液体电导的方式来直接定位油水界面,而测量液位仍依据浮力原理。由于乳化层的电导可被精确测量,再根据设定好的临界值就能精确定位油水分界点,解决了由于乳化层造成油水界面测量不准的问题,同时在浮子上安装有压力和温度传感器,能得到罐内液体的单点和平均温度、分层和平均密度等参数。在计算液体体积质量时更为精确。

　　1　BJLM伺服式液位计的构成

　　BJLM液位计的构成如图1所示。

　　高精度测量尺是带有规则孔的钢带,高精度测量尺同时作为悬挂件带动浮子上下运动。高精度测量尺的一端缠绕在轮毂槽内,轮毂槽具有导向和定位功能,防止测量钢尺缠绕时滑出,轮毂中心有一个轴插入防爆壳体的孔内,轮毂在防爆壳体内可自由转动,轮毂通过磁铁与防爆壳体另一端腔体内的磁离合器进行耦合。磁离合器通过轴与U型支架连接,轴上安装有伞齿轮,伞齿轮与轴为压紧配合。步进电机采用两相四线制,步进电机每走一步为1.8°,可实现整步运动或每一整步实现256细分,步进电机的轴固定一个与伞齿轮正交啮合的小锥齿轮,电机转动带动小锥齿轮转动,小锥齿轮带动伞齿轮旋转,从而使轮毂旋转带动浮子的运动。轮毂、磁离合器、轴在同一个转动中心线上,轴可沿轴心方向自由旋转。步进电机固定在U型支架上,通过轴承安装在轴上,安装时要求保证为水平安装。步进电机经拉杆拉线与高精度力传感器相连。由于浮子、测量尺、轮毂、磁离合盘、轴、步进电机、拉杆拉线及力传感器构成一力平衡系,当液位变化时,浮子所受浮力的变化将产生力矩作用于高精度力传感器上,因而可精确测量浮力。

　　传统的伺服式液位计的浮子内没有任何元件,浮子的作用仅限于感知浮力。而BJLM伺服式液位计赋予浮子更多的作用。随着大规模集成电路的发展,已经解决了数据采集元件的低能耗问题,从而使在浮子内放置传感器和数据采集电路成为可能。获得国家实用新型专利的浮子结构参见图2。

　　在浮子的底部通孔内安装有CCPS32干式陶瓷电容压力传感器,浮子底部盲孔内安装AD590 K级温度传感器,浮子上另装有8路24位ADC的低功耗CPU集成电路MCS1210作为智能数据采集模块,采用集成电路MAX63O1作为看门狗电路。采用集成电路MAX619作为电压转换模块。此外,浮子上还安装有水位检测元件和电容等。浮子采用电容充电方式为检测电路提供能量,充电一次可工作1~3天,充电寿命周期大于40万次。每次测量结束后电子线路会进入休眠模式以节约电能。