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浮力式液位儀表是利用液體對浸沒在其中的物體產(chǎn)生浮力的原理進行液位測量的,主要包括恒浮力與變浮力兩種類型??扛∽与S液面升降的位移反映液位變化的,屬于恒浮力式;靠液面升降對物體浮力改變反映液位變化的屬于變浮力式。
本文由天能儀表原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請注明出處
W-F=G
式中,W為浮標所受重力(N);G為平衡重物的重力(N);F為浮標所受的浮力(N)。
當液位H升高時,浮標所受的浮力增加,則W-F<G,原有的平衡關系被破壞,浮標上移,F下降,使(W-F)增加。當W-F=G時,浮標停留在新位置上,從與浮標相連的重物的位置(從標尺上可以讀出)就可知道被測液位的大小。反之亦然。這樣就實現(xiàn)了浮標對液位的跟蹤。在一定測量條件下W、G是常數(shù),因此浮標停留在任何高度的液面上時,F值不變,幫稱此為恒浮力法。這種方法的實質(zhì)是通過浮標把液位的變化轉(zhuǎn)換為機械位移。
在實際應用中,還可以用各種不同的結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)液位一位移的轉(zhuǎn)換,并可通過機械傳動機構(gòu)帶動指針對液位進行就地指示。若在此裝置上再配上位移-電量轉(zhuǎn)換電路,就可以將位移轉(zhuǎn)換成電信號從而zui終實現(xiàn)液位測量信號的遠傳。
恒浮力法測量液位靠繩索重錘傳動,浮子上除隨重錘的重力,還有繩索長度L1與L2不等、繩索本身的重力及滑輪的摩擦力等。這些外力改變將影響平衡關系,使浮子吃水線相對浮子上下移動,因而使讀數(shù)出現(xiàn)誤差。
繩重對浮子施加的重力載荷隨液位而變化,相當于在恒定的重錘重力W之上附加了變動成分,肯定會引起誤差。但這種誤差有規(guī)律,能夠在刻度時予以修正。
摩擦力引起的誤差zui大,且與運動方向有關,無法修正,唯有加大浮力的定位力以減小其影響。浮子的定位力是指吃水線移動△H所引起的浮力增量△F,而
△ F=ρg△V=ρgA△H
故得出定位力表達式為
△F= ρgA△H = ρgA
△H △H
可見,采用大直徑的浮子能顯著地增大定位力,這是減少摩擦阻力誤差的zui有效途徑,在被測介質(zhì)密度小時尤其如此。
變浮力法液位測量
當物體被浸沒在液體里的體積不同時,物體所受的浮力也不同。因此,通過檢測物體所受浮力的變化,便可知道液位的變化。
將一橫截面相同,重量為W的圓形金屬浮筒懸掛在彈簧上,浮筒的重量被彈簧力所平衡。當浮筒的一部分被液體浸沒時,由于受到液體的浮力作用而使浮筒的向上移動,當與彈簧力達到平衡時,浮筒才停止移動,平衡時其關系如下:
cx=W-Ahρg (1)
式中,c為彈簧的剛度(N/m);x為彈簧壓縮的位移(m);A為浮筒的截面積(m2);H為浮筒被液體浸沒的深度(m);ρ為被測液體的密度(kg/m3);g為重力加速度(m/s2)。
當容器內(nèi)液體的液位變化時,浮筒浸入部分的深度H就要發(fā)生變化,彈簧所受的力也跟著變化,則彈簧變形產(chǎn)生位移△x,形成新的平衡關系如下:
c(x-△x)=W-A(H+△H-△x) ρg (2)
將式(1)減式(2)得
c△x = A(△H-△x)ρg
△x = Aρg - △H = K△H
c+Aρg
式中,△x為浮筒的位移量;△H為液位的變化量;K為比例系數(shù)。
由此可知,浮筒的位移量與液位的變化量成正比,比例系數(shù)K只與彈簧的剛度、浮筒的截面積、液體的密度有關。欲改變量程和靈敏度,可通過改變K來實現(xiàn)。
變浮力法測量液位是通過檢測元件把液位的變化轉(zhuǎn)化為力的變化,然后再把力的變化轉(zhuǎn)換為位移。如果通過轉(zhuǎn)換器把位移轉(zhuǎn)換成電信號,就可以進行指示和遠傳。
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