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【技術(shù)前沿】超高精度磁致伸縮液位儀技術(shù)研究
發(fā)布時間:2022-03-17 11:03:27

1、選用技術(shù)

本文研究采用的磁致伸縮液位傳感器具備高可靠性、高精度、易操作性、安全性出色、自動化程度高等特點,在波導(dǎo)脈沖原理支持下,起始和終止脈沖的測量能夠保證位移量的準確得出,存在1mm的分辨率和0.5mm的計量精度。在磁性浮子驅(qū)動下,磁致伸縮液位傳感器能夠?qū)橘|(zhì)液位連續(xù)測量,在測量重復(fù)性方面的表現(xiàn)也較為出色,輔以設(shè)置的軟密封法蘭,在法蘭蓋上開螺紋,磁致伸縮液位傳感器的安裝和維護能夠更好實現(xiàn)。需將擋環(huán)和浮球卸下后進行軟密封法蘭安裝,在法蘭蓋上擰緊液位計,擋環(huán)和浮球安裝后依次裝回容器。

2、設(shè)計目標

以處理器S3C6410作為超高精度磁致伸縮液位儀的控制核心,高精度的時間測量基于時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器實現(xiàn),磁致伸縮液位測量器的外接可完成罐車液位精確測量。聲波傳感器與該時間測量方案的結(jié)合可同時實現(xiàn)聲波回波時間高精度測量,結(jié)合油品體積與罐車液位的關(guān)系模型,油品體積測算可同時完成,溫度傳感器可用于油品體積在固定溫度下的反推。對于設(shè)計涉及的姿態(tài)傳感器,其屬于基于微機電系統(tǒng)的高性能技術(shù)測量系統(tǒng),研究使用基于四元數(shù)的三維算法和特殊數(shù)據(jù)融合技術(shù),實時輸出零漂移三維姿態(tài)方位數(shù)據(jù),具體以四元數(shù)和歐拉角表示,以此滿足移動式油罐的傾斜檢測需要,通過自動液位補償,即可更準確測量液位。為得到HART接口正常輸出,固定溫度下的油品體積能夠由此順利獲取。本文研究的超高精度磁致伸縮液位儀用于移動式罐體,需實現(xiàn)不同溫度不同情況下罐車內(nèi)油品真正有可比性的超高精度測量,液位誤差、體積誤差控制需分別控制在1mm、0.1%內(nèi)。

3、硬件框架

基于發(fā)出詢問脈沖到接收返回扭應(yīng)力脈沖的時間差,磁致伸縮液位傳感器可實現(xiàn)液位高度計算,扭應(yīng)力脈沖反射后且被接收器接收時,檢測出的扭應(yīng)力脈沖會向電信號轉(zhuǎn)換并送入信號處理系統(tǒng),放大后處理后進入電壓比較器?;谌⌒盘柕臅r刻,電壓比較器向時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片發(fā)送嘀嗒信號,發(fā)射脈沖和反射脈沖間的時間差由時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片完成計算,經(jīng)由串行外圍設(shè)備接口的時間數(shù)據(jù)送至微控制處理器。液位數(shù)據(jù)在由微控制處理器處理后,通過轉(zhuǎn)換和調(diào)制,分別由數(shù)字信號HART協(xié)議和模擬量4-20mA信號輸出。

微控制處理器接收HART接口數(shù)據(jù),信號處理后接入姿態(tài)傳感器和磁致伸縮傳感器,另外通過脈沖接收和脈沖發(fā)射送至超聲波傳感器,其信號處理存在類似于磁致伸縮傳感器的原理,因此采用相同信號處理系統(tǒng)完成超聲波信號處理,輔以信號通道選擇開關(guān),設(shè)計得以實現(xiàn)分時復(fù)用,信號的多通道處理順利完成。本文設(shè)計的超高精度磁致伸縮液位儀能夠綜合應(yīng)用溫度傳感器、姿態(tài)傳感器及磁致伸縮液位計,輔以罐容表查詢,即可準確測量移動式罐體的罐容。選擇高速微控制處理器接入傳感器的輸出數(shù)據(jù),具體選擇ARM11系列,設(shè)計成本和開發(fā)難度可由此下降。

本文設(shè)計的超高精度磁致伸縮液位儀主要具備以下幾方面特點:

第一,存在不能折彎的磁致伸縮探測桿,波導(dǎo)絲損壞帶來的靈敏度下降問題能夠有效規(guī)避;

第二,在接卸油環(huán)節(jié),由于傳感器原理接卸油管口設(shè)置,油品流動壓力可能帶來的損壞問題有效規(guī)避,測量精度不會受到影響;

第三,浮子與容器壁不會出現(xiàn)碰撞,基于活動靈活的浮球、螺紋(法蘭蓋上開螺紋)與容器的牢固連接、保持垂直的探頭,儀器作用能夠更好發(fā)揮;

第四,通過接地處理和接觸良好的通信線路,接地螺栓上得以連接雙芯雙絞屏蔽電纜和地線屏蔽層,在防爆穿線盒上設(shè)置接地螺栓,盒外接地端子與罐體的接地點相連接;

第五,選用的磁致伸縮液位計為PVDF軟纜材質(zhì),能夠得到較為準確的顯示數(shù)據(jù)和正常的通信信號,連接穩(wěn)定性也較高。

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