電遠傳磁翻板液位計中的干簧管結構及運行原理

   本設計結合磁翻板液位計和干簧管液位計二者的優勢，本地指示采用磁翻板液位指示器，在輔以干簧管傳感器進行電遠傳。這樣本地有了直觀的顯示效果。遠端可把信號輸入二次儀表或計算機進行組態顯示和控制，為構成系統提供了接口信號。
   干簧管（外形如圖一），也稱舌簧管或磁簧開關，是一種磁敏的特殊開關，是干簧繼電器和接近開關的主要部件。它通常有兩個軟磁性材料做成的、無磁時斷開的金屬簧葉片觸點，有的還有第三個作為常閉觸點的簧葉片。這些簧葉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，玻璃管內平行封裝的簧葉片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構成開關的常開或常閉觸點。干簧管比一般機械開關結構簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關相比，它又有抗負載沖擊能力強等特點，工作可靠性很高。

 傳感器電路如圖二：傳感器部分由串聯的電阻構成，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，可設計成不同的量程。
      把傳感器輸出的不同電壓轉換成標準的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，但是為了達到比較高的精度，要保證相應器件的匹配程度，調試也比較麻煩。傳感器的4-20ma 的一體化變送器集成電路，采用該系列產品設計的變送器成本低，精度高，調試簡單。經過選擇決定使用完成設計。內部結構如圖三：
      內含一個儀表放大器，可對輸入的小的電壓信號進行放大，放大后的信號轉換成標準的4—20ma，集成電路內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。為電流放大器件，電流放大倍數100，傳輸函數為

       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，而輸出起點為4ma，需在輸端加入一個40uA 的偏置電流。加入的方法如圖四：固定電阻用電位器代替，實現零點的調整。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的形式，這只電位器完成輸出滿量程的調整。

        前端的分壓器的輸出電壓，對于后端的輸入相當于一個電壓源和一個內阻，此內阻隨著分壓器的位置會發生變化。如果直接送入進行調理的話，會影響后級的放大倍數。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。實踐運用中，能夠滿足電路的要求。
       為了讓電路可靠的工作。在電路設計中為增加了外部電流三極管，以減少集成電路的溫升，使電路工作更加穩定。在輸出的電流回路中增加橋式整流電路，實現連接端子的無極性連接，給連接帶來了方便，同時起到保護設備的作用。輸出回路中增加36V 穩壓二極管，防止從輸出回路中傳入高電壓破壞集成電路。
       整個電路的元件全部采用工業級芯片，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，安裝在標準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，適應多種液體的測量，對應用環境和安裝環境要求不高，為工程應用提供的方便。
       經過以上的設計，此液位計已完成成品的設計和生產，在實踐應用中，本地顯示醒目直觀，遠傳信號穩定，可靠性高，得到了用戶的認可。