电远传磁翻板液位计中的干簧管结构及运行原理

        我们都知道液位测量在工业生产中是非常重要的环节，所以它被称之为工业四大参数之一，其余三个分别是压力、流量、温度。我们翻阅历史，可以发现古代就已经有了测量液位的工具，发展到现在的智能超声波、磁翻板液位计已经经历各种超越，其中磁翻板液位计是工业上液位测量的常见工具。

       磁翻板液位计的原理，大家已经都熟知了，不知道的可以去这个网址（http://www.huoyumi.com/cfbywj/4.html）的内容看一看就了解了。那么随着工业发展的快速进步，很多时候由于各种实际条件，在现场无法清楚观测到磁翻板液位计的液位指示值，或者到现场观察有点低效率，所以根据要求就衍生了新的功能品种：远传显示磁翻板液位计甚至带有报警功能。本文主要讲下基于干簧管电远传磁翻板液位计的设计。

      本设计结合磁翻板液位计和干簧管液位计二者的优势，本地指示采用磁翻板液位指示器，在辅以干簧管传感器进行电远传。这样本地有了直观的显示效果。远端可把信号输入二次仪表或计算机进行组态显示和控制，为构成DCS 系统提供了接口信号。
   干簧管（外形如图一），也称舌簧管或磁簧开关，是一种磁敏的特殊开关，是干簧继电器和接近开关的主要部件。它通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点，有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体( 如氮、氦等) 或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。

       液位计的传感器电路如图二：传感器部分由串联的电阻构成，电阻一端接电源。另一点接地，每个电阻分得的电压是

       这一电压通过吸合的干簧管连接至输出端。随着磁性浮子随着液位的变化，和他接近的干簧管接通，输出的电压反映出相应的液位高度，两个干簧管之间的距离及液位计的分辨率。干簧管的多少，可设计成
不同的量程。
      把传感器输出的不同电压转换成标准的4-20ma输出，可采用不同的电路形式。成本低的可采用分立器件，但是为了达到比较高的精度，要保证相应器件的匹配程度，调试也比较麻烦。SC公司推出的SC 系
列工业传感器专用的4-20ma 的一体化变送器集成电路，采用该系列产品设计的变送器成本低，精度高，调
试简单。经过选择决定使用SC115 完成设计。内部结构如图三：
    SC115 内含一个仪表放大器，可对输入的小的电压信号进行放大，放大后的信号转换成标准的4—20ma，集成电路内部还可向前级提供高精度的2.5v参考电压源和5v 的工作电压，2.5v 参考电压提供给干簧管分压电路，5v 为本地的其他集成电路提供工作电压。SC115 为电流放大器件，电流放大倍数100，传输函数为

       此电路的输入电压范围是0—2.5V，输出在4-20ma。由于输入从零开始，而输出起点为4ma，需在输端加入一个40uA 的偏置电流。加入的方法如图四：固定电阻用电位器代替，实现零点的调整。满量程时，输入2.5v 时输出20ma，此时输入电流为两部分电流之和，输入电压形成的电路和零点时的偏置电流，除去40uA 的偏置电流，输入应为16uA，因此Rin取值为15.6kΩ，实际中采用一只固定电阻加一只电位器串联的形式，这只电位器完成输出满量程的调整。

        前端的分压器的输出电压，对于后端的输入相当于一个电压源和一个内阻，此内阻随着分压器的位置会发生变化。如果直接送入SC115 进行调理的话，会影响后级的放大倍数。因此在两者之间必须加入采用运放组成的电压跟随器作为中间隔离电路，减小前后级的相互一影响。对此运放的要求主要有单电源工作，输入阻抗高，轨至轨输出，对照多种运放，决定采用tlc27l2，该运放采用CMOS 工艺，输入阻抗高，可采用单5V 电压工作，输出可低至电源负。实践运用中，能够满足电路的要求。
       为了让电路可靠的工作。在电路设计中为SC115 增加了外部电流三极管，以减少集成电路的温升，使电路工作更加稳定。在输出的电流回路中增加桥式整流电路，实现连接端子的无极性连接，给连接带来了方便，同时起到保护设备的作用。输出回路中增加36V 稳压二极管，防止从输出回路中传入高电压破坏集成电路。
       整个电路的元件全部采用工业级芯片，封装形式采用贴片封装，这样整个电路可制作在5*5mm 的印刷电路板上，安装在标准的铝制变送器外壳上，干簧管测量部分可封装在不锈钢圆管内，适应多种液体的测量，对应用环境和安装环境要求不高，为工程应用提供的方便。
       经过以上的设计，此液位计已完成成品的设计和生产，在实践应用中，本地显示醒目直观，远传信号稳定，可靠性高，得到了用户的认可。