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浮筒式液位计原理

变浮力式液位检测仪表
当物体被液体浸没的体积不同时,所受的浮力也不同,因此,可以根据物体所受浮力的大小来测得物体被浸没的高位(液位),故称为变浮力式液位计。浮筒式液位计正是根据这一原理制成的液位计检测仪表,它主要由变送器和显示仪表两部分组成。液位计因不用轴、轴套、填料等进行密封,故他能测量较高压力的液体介质的液位,最高可达32MPa。检测元件浮筒的长度决定了仪表的量程,一般为300~2000mm。
浮筒式液位计由液位传感器和转换器构成。
液位传感器的检测元件,是一沉浸与液体之中的浮筒,一般使用不锈钢制成的空心长圆柱体,被垂直地悬挂在被测介质之中,测量过程中位移极小,不漂移在液体表面上,故也称为沉筒。浮筒在液体中的浮力是用扭力管的扭力来平衡的。
如图3-11所示,检测元件浮筒1垂直地悬挂在杠杆2的一端,杠杆2的另一端与扭力管3、芯轴4的一端垂直固接在一起。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外壳5上。芯轴4的另一端呈自由状态作为传感器的输出,它的输出信号时机械角位移θ。
浮筒式液位计原理
当液位为零时,即浮筒浸入液体中的深度为零,浮筒的全部重量W作用在杠杆上,此时扭力管上扭力矩最大,同时产生的扭角最大,一般为7°左右,即
作用在杠杆的力 F0=W
扭力矩 M0=F0l
扭角
式中
M0--作用在扭力管上的扭力矩;
d1、d2--分别为扭力管的内径和外径;
l--浮筒中心到扭力管中心的距离;
F0--杠杆左端受到的力;
k--扭力管的横向弹性系数;
L--扭力管的长度。
当液面上升,高于浮筒的下端,上升液位为H时,作用在杠杆上的力,变为浮筒的重量W与浮筒所受浮力之间的差值。随着液位的逐渐升高,扭力矩逐渐减小,扭力管输出的扭角也相应减小,当在最高液位时,扭角最小,一般为2°,即
作用在杠杆的力 F1=W-A(H-X)ρg
由于X是正比于H,所以其中X=kH,故上式可改写为
F1=W-AH(1-k)ρg
扭力矩:M1=F1l

由此可知,Δθ与液位H成比例关系,式中负号说明,液位变化越高,则扭角越小。
浮筒式液位计的转换器按其传输信号的不同,可分为两类:即气动式和电动式。
 

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