遠(yuǎn)傳型磁翻板液位計(jì)的干簧管結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳的原理

我們知道，現(xiàn)在的液位儀表都可以通過(guò)選配相關(guān)的部件達(dá)到測(cè)量信號(hào)的電遠(yuǎn)傳，輸出4-20MmA的電信號(hào)以達(dá)到遠(yuǎn)程觀測(cè)和控制的作用，磁翻板液位計(jì)是一種在工業(yè)生產(chǎn)中非常普遍在使用的液位測(cè)量?jī)x表，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量直觀，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便的諸多優(yōu)點(diǎn)，使磁翻板液位計(jì)在近年市場(chǎng)的需求量越來(lái)越大，我公司作在磁翻板液位計(jì)生產(chǎn)上已經(jīng)積累了多年的生產(chǎn)和服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，為許多企業(yè)的新建和改建、維修項(xiàng)目提供了大量的可靠產(chǎn)品，對(duì)于磁和翻板液位計(jì)是如何工作的，儀表的遠(yuǎn)傳信號(hào)是通過(guò)何種方式和何種電子部件來(lái)達(dá)到4-20mA的輸出的呢，本篇通過(guò)本公司生產(chǎn)的一款RZ-UHZ系列遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)的產(chǎn)品樣本予以說(shuō)明。

潤(rùn)中儀表科技有限公司生產(chǎn)的RZ-UHZ系列的遠(yuǎn)傳型磁翻板液位計(jì)，其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合磁翻板液位計(jì)和干簧管液位計(jì)二者的優(yōu)勢(shì)，本地指示采用磁翻板液位指示器，在輔以干簧管傳感器進(jìn)行電遠(yuǎn)傳。如此一來(lái)不僅本地有了直觀的顯示效果，通過(guò)4-20mA遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出將信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉蝺x表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行組態(tài)顯示和控制，為構(gòu)成系統(tǒng)的接口信號(hào)提供了方便。
干簧管（外形如圖一），也稱舌簧管或磁簧開關(guān)，是一種磁敏的特殊開關(guān)，是干簧繼電器和接近開關(guān)的主要部件。它通常有兩個(gè)軟磁性材料做成的、無(wú)磁時(shí)斷開的金屬簧片觸點(diǎn)，有的還有第三個(gè)作為常閉觸點(diǎn)的簧片。這些簧片觸點(diǎn)被封裝在充有惰性氣體( 如氮、氦等) 或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開關(guān)的常開或常閉觸點(diǎn)。干簧管比一般機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng)；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，工作可靠性很高。
傳感器電路如圖二：傳感器部分由串聯(lián)的電阻構(gòu)成，電阻一端接電源。另一點(diǎn)接地，每個(gè)電阻分得的電壓是

這一電壓通過(guò)吸合的干簧管連接至輸出端。隨著磁性浮子隨著液位的變化，和他接近的干簧管接通，輸出的電壓反映出相應(yīng)的液位高度，兩個(gè)干簧管之間的距離及液位計(jì)的分辨率。干簧管的多少，可設(shè)計(jì)成不同的量程。

把傳感器輸出的不同電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma輸出，可采用不同的電路形式。成本低的可采用分立器件，但是為了達(dá)到比較高的精度，要保證相應(yīng)器件的匹配程度，調(diào)試也比較麻煩。傳感器專用的4-20ma 的一體化變送器集成電路，采用該系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的變送器成本低，精度高，調(diào)試簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)選擇決定使用完成設(shè)計(jì)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖三：

內(nèi)含一個(gè)儀表放大器，可對(duì)輸入的小的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4—20ma，集成電路內(nèi)部還可向前級(jí)提供高精度的2.5v參考電壓源和5v 的工作電壓，2.5v 參考電壓提供給干簧管分壓電路，5v 為本地的其他集成電路提供工作電壓。為電流放大器件，電流放大倍數(shù)100，傳輸函數(shù)為

此電路的輸入電壓范圍是0—2.5V，輸出在4-20ma。由于輸入從零開始，而輸出起點(diǎn)為4ma，需在輸端加入一個(gè)40uA 的偏置電流。加入的方法如圖四：固定電阻用電位器代替，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)的調(diào)整。滿量程時(shí)，輸入2.5v 時(shí)輸出20ma，此時(shí)輸入電流為兩部分電流之和，輸入電壓形成的電路和零點(diǎn)時(shí)的偏置電流，除去40uA 的偏置電流，輸入應(yīng)為16uA，因此Rin取值為15.6kΩ，實(shí)際中采用一只固定電阻加一只電位器串聯(lián)的形式，這只電位器完成輸出滿量程的調(diào)整。


前端的分壓器的輸出電壓，對(duì)于后端的輸入相當(dāng)于一個(gè)電壓源和一個(gè)內(nèi)阻，此內(nèi)阻隨著分壓器的位置會(huì)發(fā)生變化。如果直接送入進(jìn)行調(diào)理的話，會(huì)影響后級(jí)的放大倍數(shù)。因此在兩者之間必須加入采用運(yùn)放組成的電壓跟隨器作為中間隔離電路，減小前后級(jí)的相互一影響。對(duì)此運(yùn)放的要求主要有單電源工作，輸入阻抗高，軌至軌輸出，對(duì)照多種運(yùn)放，決定采用tlc27l2，該運(yùn)放采用CMOS工藝，輸入阻抗高，可采用單5V 電壓工作，輸出可低至電源負(fù)。實(shí)踐運(yùn)用中，能夠滿足電路的要求。

為了讓電路可靠的工作。在電路設(shè)計(jì)中為增加了外部電流三極管，以減少集成電路的溫升，使電路工作更加穩(wěn)定。在輸出的電流回路中增加橋式整流電路，實(shí)現(xiàn)連接端子的無(wú)極性連接，給連接帶來(lái)了方便，同時(shí)起到保護(hù)設(shè)備的作用。輸出回路中增加36V 穩(wěn)壓二極管，防止從輸出回路中傳入高電壓破壞集成電路。

整個(gè)遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)電路的元件全部采用工業(yè)級(jí)芯片，封裝形式采用貼片封裝，這樣整個(gè)電路可制作在5*5mm 的印刷電路板上，安裝在標(biāo)準(zhǔn)的鋁制變送器外殼上，干簧管測(cè)量部分可封裝在不銹鋼圓管內(nèi)，適應(yīng)多種液體的測(cè)量，對(duì)應(yīng)用環(huán)境和安裝環(huán)境要求不高，為工程應(yīng)用提供的方便。