磁性浮球液位计型号3.4UHZ-58C优化

UHZ-58型磁性浮球液位计（以下简称液位计），用于工业过程中各种承压（或敞开）贮液设备（塔、缸、槽、球形容器和锅炉）的液体介质的液位检测，并能将液位信号转换为抗干扰特性优良的4～20mA电流信号输出，配合显示仪表或控制设备，能显示各种液体的液位高度及实现液位高低的自动控制。液位计的基本工作原理如下：

液位计由法兰连接液体容器，将容器内液体等高引入主体管内。根据浮力原理和磁性耦合原理，磁性浮球组件液面高低变化，使主体管外壁贴附的干簧管开关的接通数量随之发生相应变化，即检测电路随之产生电阻值的变化，再经R/V、V/I电路，将液位变化转化为4～20mA的电流信号输出。

液位计直接配带显示仪时，可就地直观地显示液位高度。

液位计的信号传送电路如图3-11所示。

液位计需与外供DC24V稳压电源、信号回路等构成二线式4～20mA电流的串联通路，如输出4～20mA电流信号可接入变频器的4～20mA频率信号输入端，控制变频器的输出转速。液位计内部电路可等效为一内阻极大的恒流源电路，其输出电流值近似为恒定值，不受外部信号电路内阻大小的影响。

液位计的电路原理（见图3-12）

图3-11 液位计的信号传送电路

图3-12 UHZ-58C磁性浮球液位计的整机电路

由浮球磁性开关（干簧管）、排电阻电路取出液位变化，将液位变化转化为电阻变化，再经后续V/I转换电路、恒流源电路，输出随排电阻变化而变化的4～20mA电流信号。(www.xing528.com)

稳压集成电路LM317，与R14、电位器RP1、4.2V稳压管，组成输出电流为4mA、输出电压为4.2V的供电电源。其中IC1、R14、RP1组成恒流源电路，调整RP1可以整定输出电流值，输入电流=1.25V/（270＋50）Ω，约为4mA。RP1又称为信号下限整定电位器，使液位信号为零时，电路的输出电流值恰为4mA。此后随液位信号上升，形成4～20mA电流信号的输出。

4.2V供电电压，又经电位器RP2调整，得到V_REF基准电压，输入加法器IC2-2的同相输入端10脚，调整RP2，使电路在最高液位信号输入下，输出电流恰好为20mA，RP2又称为信号上限整定电位器。

IC2内部的四组信号放大器，IC2-1、IC2-2构成R/V转换电路（也可认为是V/I转换电路），IC2-3、IC2-4电路构成V/I转换的恒流源电路。将液位检测的排电阻和干簧管电路等效为半可变电阻RP1，则可绘成如图3-13所示的R/V、V/I转换恒流源电路。其中关键信号点（标注为a～h）可与图3-12对照。

图3-13 R/V、V/I转换恒流源电路

IC2-1、IC2-2构成的R/V和IC2-3、IC2-4构成的V/I电路结构完全相同，前者将RP1的电阻变化转化为d点线性电压信号输出，后者将d点输入的电压信号转换为电流信号输出。

IC2-1组成电压跟随器电路，可以显著提高输入阻抗，避免对输出电流信号进行分流，使控制精度降低，起到对输入回路和输出回路的隔离作用。基准电压信号与电流采样信号经R1、R2相加后输入至加法放大器的IC2-2的输入端，在R1/R2=R3/R4的情况下，电路构成电压放大倍数为1的电压放大器，RS1两端电压是恒定的，因而流过RS1的电流也是恒定的，与RP1的电阻值变化无关。当液位变化引起RP1的电阻值由0～1kΩ变化时，在d点形成线性电压信号输出，将RP1的电阻变化转化为同比例电压输出。也可以将IC2-2当做差分放大器来看，当d点为最低（0）液位信号时，放大器9、10脚电压值相等，输入差分信号为零，输出电压为零；随着液位信号上升，RP1电阻增大，d、b点采样信号上升，IC2-2输入差分信号上升，输出电压上升。输出电压正比于RP1的电阻变化。a、b点信号电压之差与RS1的比值，即流过RS1的电流值（Va－Vb）/RS1=Io（输出电流值）。

IC2-3、IC2-4组成了V/I转换的恒流源电路，当R5/R6=R7/R8时，电路同样构成电压放大倍数为1的电压放大器，当d点电压为恒定值时，因R9、R10为固定电阻，晶体管输出电流也为恒定电流，并不受信号回路的负载电阻RL的变化影响，电路具有恒流源输出特性。当随液位上升，引起d点电压上升时，IC2-3的12、13脚之间输入的差分值同比例上升，流经RL、R9、R10的电流也同比例上升。d点输入电压的变化范围和R9、R10的取值，决定着输出恒定电流值的大小。

【故障实例4】 UHZ-58C磁性浮球液位计，受雷击损坏，测量值（由后续仪表显示）显示为液位最高值，与实际液位不对应。检查液位计电路（见图3-12），发现IC1和4.2V稳压管已经击穿损坏，更换后，测量显示值仍为最大。考虑到引入雷击后，运算电路LM324也受冲击，更换运算放电路后，故障排除。