摘要：本文介紹了工業(yè)液位測量的主要方法，提出了采用磁翻板和干簧管組合設(shè)計液位計的方法，對電路的設(shè)計和元器件的選擇進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對工業(yè)液位測量儀表的設(shè)計和開發(fā)有一定的參考價值。

液位測量作為工業(yè)生產(chǎn)中的*重要的工作參數(shù)，其與溫度，壓力，流量堪稱工業(yè)四大工作參數(shù)?？萍及l(fā)展到**，產(chǎn)生了無數(shù)種的液位測量方法，從古老的標(biāo)尺，發(fā)展到現(xiàn)代的超聲波，雷達(dá)測量儀, 液位的測量技術(shù)也經(jīng)歷了質(zhì)的飛躍。下面就介紹比較常見的工業(yè)液位測量儀表。

磁翻板液位計：

磁翻板是根據(jù)連通器的原理制作而成。磁翻板液位結(jié)構(gòu)基于旁通管，主導(dǎo)管內(nèi)的液位和容器設(shè)備內(nèi)的液位高度一致，磁性浮子浮在液面上，當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦臺驅(qū)動指示器內(nèi)的紅白翻柱翻180°，當(dāng)液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當(dāng)液位下降時磁柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，指示器的紅白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位的指示。

干簧式液位計：

干黃液位計傳感器的主導(dǎo)管內(nèi)裝有一組干簧管和精密電阻，當(dāng)管外磁性浮子隨液位上下變化時，吸合相應(yīng)的干簧管。依次接通的傳感器的改變分壓電阻值使輸出電壓發(fā)生變化，接線盒內(nèi)的轉(zhuǎn)換電路模塊將其輸出電壓轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出。

靜壓投入式液位計：

基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，通過測量液體對容器底部的壓力，從而計算出液體的液位。

超聲波液位計：

在容器的頂部設(shè)置超聲波發(fā)射和接受傳感器，液面反射超聲。從而測量液面高度。

本設(shè)計結(jié)合磁翻板和干簧管液位計二者的優(yōu)勢，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。這樣本地有了直觀的顯示效果。遠(yuǎn)端可把信號輸入二次儀表或計算機(jī)進(jìn)行組態(tài)顯示和控制，為構(gòu)成DCS系統(tǒng)提供了接口信號。

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。它通常有兩個軟磁性材料做成的、無磁時斷開的金屬簧片觸點，有的還有*三個作為常閉觸點的簧片。這些簧片觸點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。干簧管比一般機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強等特點，工作可靠性很高。

液位計的傳感器電路如圖二：

傳感器部分由串聯(lián)的電阻構(gòu)成，電阻一端接電源。另一點接地，每個電阻分得的電壓是

這一電壓通過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，兩個干簧管之間的距離及液位計的分辨率。干簧管的多少，可設(shè)計成不同的量程。

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。TI公司推出的XTR 系列工業(yè)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)計的變送器成本低，精度高，調(diào)試簡單。經(jīng)過選擇決定使用XTR115完成設(shè)計。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖三：

XTR115 內(nèi)含一個儀表放大器，可對輸入的小的電壓信號進(jìn)行放大，放大后的信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4—20ma，集成電路內(nèi)部還可向前級提供高精度的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。XTR115為電流放大器件，電流放大倍數(shù)100，傳輸函數(shù)為Io=100Iin

轉(zhuǎn)換成輸入電壓：

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，而輸出起點為4ma，需在輸入端加入一個40uA的偏置電流。加入的方法如圖四：固定電阻用電位器代替，實現(xiàn)零點的調(diào)整。滿量程時，輸入2.5v時輸出20ma，此時輸入電流為兩部分電流之和，輸入電壓形成的電路和零點時的偏置電流，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，對于后端的輸入相當(dāng)于一個電壓源和一個內(nèi)阻，此內(nèi)阻隨著分壓器的位置會發(fā)生變化。如果直接送入XTR115進(jìn)行調(diào)理的話，會影響后級的放大倍數(shù)。因此在兩者之間必須加入采用運放組成的電壓跟隨器作為中間隔離電路，減小前后級的相互一影響。對此運放的要求主要有單電源工作，輸入阻抗高，軌至軌輸出，對照多種運放，決定采用tlc27l2，該運放采用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)。實踐運用中，能夠滿足電路的要求。

為了讓電路可靠的工作。在電路設(shè)計中為XTR115增加了外部電流三*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，實現(xiàn)連接端子的無*性連接，給連接帶來了方便，同時起到保護(hù)設(shè)備的作用。輸出回路中增加36V穩(wěn)壓二*管，防止從輸出回路中傳入高電壓破壞集成電路。

整個電路的元件全部采用工業(yè)級芯片，封裝形式采用貼片封裝，這樣整個電路可制作在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，干簧管測量部分可封裝在不銹鋼圓管內(nèi)，適應(yīng)多種液體的測量，對應(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。

經(jīng)過以上的設(shè)計，此液位計已完成成品的設(shè)計和生產(chǎn)，在實踐應(yīng)用中，本地顯示醒目直觀，遠(yuǎn)傳信號穩(wěn)定，可靠性高，得到了用戶的認(rèn)可。