摘要：本文列舉了幾種常用的液位計(jì)，在分析比較各種液位計(jì)原理與特點(diǎn)及其局限性的基礎(chǔ)上，選擇并改進(jìn)了一種適用于我車間的新型液位計(jì)——靜磁柵尺液位計(jì)。用一種比較新穎的方法較好地解決了液位監(jiān)測(cè)與控制的問(wèn)題。
　　　
　　液體液位的檢測(cè)與控制是保護(hù)各企業(yè)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程、、安全、平穩(wěn)運(yùn)行和改善環(huán)境的重要手段。現(xiàn)代企業(yè)對(duì)流量計(jì)量的要求越來(lái)越高，主要反映在滿足準(zhǔn)確性、可靠性、及時(shí)性和自動(dòng)化水平的程度等方面。
　　
　　1、常用的幾種液位檢測(cè)方法簡(jiǎn)述：
　　
　　1.1 玻璃管液位計(jì)
　　
　　通過(guò)連通器原理，將玻璃管液位計(jì)上、下閥與容器連接構(gòu)成連通器，透過(guò)玻璃管可直接讀得容器內(nèi)介質(zhì)液位的高度。儀表兩端均裝有針形閥，針形閥內(nèi)裝鋼球，當(dāng)玻璃管因意外事故而破裂時(shí)，鋼球在容器內(nèi)液體壓力作用下自動(dòng)關(guān)閉液流通道，以防止容器內(nèi)介質(zhì)外流。
　　
　　玻璃管液位計(jì)是現(xiàn)場(chǎng)直讀式儀表，主要用來(lái)直接指示各工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)罐、塔、槽、箱等容器內(nèi)介質(zhì)液位的高度。玻璃管液位計(jì)沒有電信號(hào)，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)值遠(yuǎn)傳功能。
　　
　　1.2 電容式液位計(jì)
　　
　　電容式液位計(jì)是通過(guò)被測(cè)物體介電常數(shù)的不同來(lái)檢測(cè)液位的，許多微小的電極，分布在絕緣檢測(cè)棒的測(cè)量方向上，微電容檢測(cè)電路組成網(wǎng)絡(luò)，在液面變化時(shí)計(jì)算它的高度。電容式液位計(jì)采用浸入式檢測(cè)法，液體流掛帶來(lái)的顯著誤差，微電容檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字處理電路受外界條件的影響也十分顯著。
　　
　　1.3 超聲波物位計(jì)
　　
　　1.3.1超聲波物位變送器利用換能器中的壓電晶體發(fā)射超聲波，并接收從物位表面反射回來(lái)的回波，通過(guò)測(cè)量超聲波發(fā)射及接收的時(shí)間間隔，計(jì)算超聲波的傳輸距離，從而完成物位的準(zhǔn)確測(cè)量。超聲波物位計(jì)具有以下特點(diǎn)：
　　
　　1.3.1.1非接觸式測(cè)量，可以測(cè)量普通液體、漿狀物、固體等介質(zhì)及腐蝕性液體；
　　
　　1.3.1.2測(cè)量范圍寬，通常可測(cè)量0.25~60m量程，有的產(chǎn)品甚至可達(dá)125m；
　　
　　1.3.1.3測(cè)量不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性的影響，在一定范圍內(nèi)容器里的壓力也不影響測(cè)量；
　　
　　1.3.1.4測(cè)量精度高，大致在0.1~0.25%之間；
　　
　　1.3.1.5可利用兩線制傳輸系統(tǒng)的DC24V電源，可帶HART、PROFIBUS-PA等類型的現(xiàn)場(chǎng)總線。
　　
　　1.3.2但超聲波物位計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，如泡沫、粉塵、霧氣、多分層的情況下不能準(zhǔn)確測(cè)量。另外對(duì)安裝的一致性要求也特別高，一般很難做好。
　　
　　1.4 WNA靜磁柵尺
　　
　　由磁鋼組成的磁柵編碼陣列和霍爾開關(guān)元件組成的霍爾編碼陣列協(xié)調(diào)工作。磁柵編碼陣列和霍爾編碼陣列形成該傳感器的兩個(gè)*的單元，其中，磁柵編碼陣列單元稱之為“靜磁柵源”，霍爾編碼陣列單元稱之為“靜磁柵尺”，當(dāng)“靜磁柵源”保持一定間隙沿“靜磁柵尺”軸線表面移動(dòng)時(shí)，由“靜磁柵尺”實(shí)時(shí)解析出毫米級(jí)示值誤差的位移量數(shù)字信號(hào)。機(jī)理有如“游標(biāo)卡尺”，游標(biāo)卡尺1毫米的刻度可以辨別出0.02毫米，其分辨率提高了50倍。磁柵編碼陣列間距和霍爾編碼陣列間距不同，有如游標(biāo)卡尺上下差分滑尺的不同刻度，再經(jīng)過(guò)一套反復(fù)推演的算法，使得靜磁柵編碼器的分辨率可達(dá)0.25毫米或者更小。
　　
　　請(qǐng)注意，霍爾編碼陣列元件只有開和關(guān)兩種狀態(tài)。由于物理位置不同，每只霍爾開關(guān)元件含有不同的位置信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)高速掃描辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)了“空間直線位置編碼”，無(wú)論量程多長(zhǎng)，只要保證安裝精度，就能獲得非常小的示值誤差?；静皇芡饨鐪囟?、濕度、雜散磁場(chǎng)、電磁干擾等因素影響。
　　
　　綜合以上的描述以及使用的經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)了上面四種傳感器的對(duì)比列表：　　
　　2、車間液位計(jì)現(xiàn)狀：
　　
　　加料工序是制絲生產(chǎn)的關(guān)鍵的工序，加料的精度直接影響煙絲的吸味和口感。長(zhǎng)久以來(lái)，操作工在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)依靠人工觀查加料罐內(nèi)液位的變化來(lái)判斷,一但流量計(jì)計(jì)量出現(xiàn)問(wèn)題加料精度得不到保正,影響煙絲的吸味和口感.車間液位計(jì)有偏差又不能參入比較和控制上述原因大大增加了由于人為失誤,和流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)造成加料不合格的幾率。
　　
　　車間現(xiàn)場(chǎng)液位測(cè)量與控制中，基本為罐內(nèi)液位的精密檢測(cè)。這類液位控制度要求高，溫度高且有攪拌現(xiàn)象，有揮發(fā)性，有泡沫。由于上述原因，車間以前也試用過(guò)多種液位計(jì)，如電容式以及超聲波液位計(jì)等，但一直存在檢測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，所以一直都沒有讓其參與控制。另，車間加（送）料、加（送）香的管路與地溝都直接相聯(lián)，閥門誤動(dòng)作會(huì)出現(xiàn)漏料，以前就出現(xiàn)過(guò)由于閥門不到位，而導(dǎo)致料液進(jìn)入地溝或泄露的情況。但由于以前車間的液位計(jì)沒有參與控制，出現(xiàn)此類情況時(shí)就未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致質(zhì)量事故的發(fā)生。針對(duì)車間的現(xiàn)狀，在總結(jié)以往液位檢測(cè)設(shè)備的使用中經(jīng)驗(yàn)和分析目前液位檢測(cè)領(lǐng)域中各檢測(cè)儀性能后，我們對(duì)WNA靜磁柵液位計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)后在梗加料和片葉加料處試用。
　　
　　3.1 WNA靜磁柵尺的改進(jìn)
　　
　　WNA靜磁柵尺的改進(jìn)后安裝示意圖如下：　　
　　WNA靜磁柵以前用于對(duì)運(yùn)動(dòng)物體位置的檢測(cè)，WNA靜磁柵源只需固定于被測(cè)物體上即可。通過(guò)被測(cè)物體的移動(dòng)來(lái)檢測(cè)移動(dòng)位置.我們要用在液位進(jìn)行檢測(cè),于是我們便在料液罐外安裝一玻璃管并與料液罐連通，這就是旁通玻璃管，將WNA靜磁柵源改制成浮子式的靜磁柵源（我們簡(jiǎn)稱浮子）放進(jìn)旁通玻璃管中。我們將浮子設(shè)計(jì)位兩頭粗中間細(xì)的形狀，粗端為不規(guī)則形，只有三個(gè)點(diǎn)與玻璃管接觸，這樣減小浮子在旁通玻璃管中的阻力，當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)“靜磁柵源”即“浮子”能在旁通管內(nèi)隨液位的變化而自由移動(dòng)，減小了測(cè)量誤差。靜磁柵尺就能對(duì)應(yīng)輸出4－20（或0-29ma、1-5v、0-5v、1-10v等等）毫安的模擬信號(hào)，也可連接Devicenet、Profobus等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
　　
　　3.2 靜磁柵液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　靜磁柵液位計(jì)是一種新型的液位傳感器。采用靜磁柵原理工作，直接輸出液位數(shù)據(jù)，無(wú)需變送器單元。它具有量程長(zhǎng)、分辨度適中、無(wú)接觸等特點(diǎn)，失電后能長(zhǎng)時(shí)間保存液位數(shù)據(jù)。耐沖擊、防水、抗油、抗粉塵、抗污染、不怕泡沫、讀數(shù)直觀、具有多種輸出信號(hào)、與車間現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)方便、便于維修置換等性能使其成為液位檢測(cè)與控制的設(shè)備。
　　
　　靜磁柵源和靜磁柵尺兩者非接觸工作，分辨率為1mm，使用環(huán)境溫度-20℃～100℃，抗撞擊約50g。
　　
　　在安裝上它的優(yōu)點(diǎn)更為突出,由于其體積小,結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量與信號(hào)轉(zhuǎn)換一體化，不需外置信號(hào)轉(zhuǎn)換，供電和信號(hào)為三線或四線均可的接線方式，特別是與PLC控制系統(tǒng)的連接更為方便，機(jī)柜直接提供24V電源，這給安裝提供了極為方便的條件。
　　
　　3.3 靜磁柵液位計(jì)的應(yīng)用：
　　
　　靜磁柵液位計(jì)的輸出信號(hào)可以直接送入到現(xiàn)場(chǎng)的PLC中，在送料和加料的過(guò)程中都得以應(yīng)用。料罐形狀為U形，zui底部有8KG的液體為不可測(cè)的，上面為均勻的圓柱體，在此范圍靜磁柵尺上刻度沒變化1mm，料罐液位就變化1.1KG。
　　
　　在送料過(guò)程中：
　　
　　△L=LL-LC-K
　　
　　L%=（△L/LL）*
　　
　　LL=理論上送入料罐的料液重量/1.1
　　
　　K=（底部不可測(cè)料液重量8KG送料管路中的料液重量）/1.1
　　
　　注:靜磁柵尺的讀數(shù)每變化1mm而罐內(nèi)料液重量變化1.1kg.
　　
　　其中LL為理論液位，LC為測(cè)量液位即靜磁柵尺的讀數(shù)，K為補(bǔ)償系數(shù)（定值）。
　　
　　由于送料流量較大為1800KG/H，考慮到送料管路和料罐底部的料液無(wú)法測(cè)量到，所以送料開始30S后，PLC程序開始每5秒鐘對(duì)料罐中液位進(jìn)行一次讀入、計(jì)算和比較。如果對(duì)某時(shí)刻讀入到PLC中的數(shù)值經(jīng)過(guò)運(yùn)算比較后得出：L%>±0.5%時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出精度偏低的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在集控電腦和現(xiàn)場(chǎng)電腦上顯示出報(bào)警信息。如果得出L%>±1%，系統(tǒng)就發(fā)出精度偏低停車的信號(hào)，使設(shè)備停機(jī)，同時(shí)在集控電腦和現(xiàn)場(chǎng)電腦上顯示報(bào)警信息,通知維修人員檢查。
　　
　　送料全過(guò)程的數(shù)據(jù)變化也將保存在集控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中,隨時(shí)可以調(diào)出進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。　　
　　送料控制信息方框圖
　　
　　在加料過(guò)程中：
　　
　　△L=實(shí)際用料量-（LC0-LC1-K）*1.1
　　
　　L%=（△L/實(shí)際用料量）*
　　
　　注:1.靜磁柵尺的讀數(shù)每變化1mm而罐內(nèi)料液重量變化1.1kg.
　　
 　　3.4 實(shí)際用料量為質(zhì)量流量計(jì)顯示的重量
　　
　　其中LC0為加料前靜磁柵尺的讀數(shù)，LC1為加料過(guò)程中某時(shí)刻靜磁柵尺的讀數(shù)，K為補(bǔ)償系數(shù)即加料管路中的料液重量（定值）。
　　
　　由于剛開車時(shí)，煙葉流量較小導(dǎo)致用料量還比較小，達(dá)不到靜磁柵液位計(jì)的檢測(cè)精度，不能進(jìn)行讀數(shù)和比較。當(dāng)煙葉流量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，PLC程序開始每60秒鐘對(duì)料罐中液位進(jìn)行一次讀入、計(jì)算和比較。如果對(duì)某時(shí)刻讀入到PLC中的數(shù)值經(jīng)過(guò)運(yùn)算比較后得出：L%>±1%時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出精度偏低的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在集控電腦和現(xiàn)場(chǎng)電腦上顯示出報(bào)警信息。如果得出L%>±2%，并經(jīng)過(guò)10S延時(shí)后，系統(tǒng)就發(fā)出精度偏低停車的信號(hào)，使設(shè)備停機(jī)，同時(shí)在集控電腦和現(xiàn)場(chǎng)電腦上顯示報(bào)警信息,通知維修人員檢查。
　　
　　送料全過(guò)程的數(shù)據(jù)變化也將保存在集控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中,隨時(shí)可以進(jìn)行每批加料情況的數(shù)據(jù)分析,來(lái)判斷加料系統(tǒng)是否完好。　　　　
　　4、結(jié)論
　　
　　使用靜磁柵液位計(jì)后，可以對(duì)料罐內(nèi)的料液及加料設(shè)備進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。如有故障及時(shí)報(bào)警及停機(jī)，減少質(zhì)量事故的發(fā)生和提高加料質(zhì)量。
　　
　　在近3個(gè)月的運(yùn)行中，靜磁柵液位計(jì)能滿足生產(chǎn)中計(jì)量及控制的要求，達(dá)到了我們此次改造的目的，但部分細(xì)節(jié)還有待于進(jìn)一步的完善。