湖北省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金年度總投入規(guī)模超2.1億元
近日，湖北省科技廳設(shè)立的省自然科學(xué)基金聯(lián)[詳情]1．氣墊測(cè)量方法及原理
根據(jù)氣體的物理性質(zhì)，一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強(qiáng)與體積成反比（P1/P2=V2/V1,即P1×V1=P2×V2）.在這一條件下，把一只空燒杯口向下，緩慢放入水中，這時(shí)杯中的空氣，就會(huì)形成一個(gè)氣墊。氣墊壓力的大小，隨著液位高低而變化。把氣墊的壓力 用細(xì)導(dǎo)管引入傳感器中，即可測(cè)量液位的高低。
氣墊測(cè)量液位方框圖
①測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行。用儀表氣源管（Ф6×1）把氣墊壓力傳到U形管，直接讀取液位的高低;②將氣墊壓力傳到擴(kuò)散硅變送器，由數(shù)顯表顯示液位，并實(shí)現(xiàn)液位上下限報(bào)警。
現(xiàn)以EJA變送器測(cè)量方法為例，進(jìn)一步說明氣墊測(cè)量液位的原理。測(cè)量方法見圖2.
現(xiàn)以EJA變送器測(cè)量方法為例，進(jìn)一步說明氣墊測(cè)量液位的原理。測(cè)量方法見圖2.
，①椎形氣墊沉桶，②不銹鋼軟管。
屬軟管兩端分別與EJA變送器和沉桶相連，上緊接活接頭后，把沉桶緩慢沉到水池底部。沉桶中的空氣被壓縮成氣墊，水池液位的高度經(jīng)氣墊轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的壓力信號(hào)，再經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA電信號(hào)送到數(shù)顯表，顯示液位高低，實(shí)現(xiàn)液位自控。
2氣墊沉桶的制作
氣墊沉桶一般加工成等邊圓錐形，
在沉桶底部開一個(gè)Ф50的導(dǎo)壓孔，此孔可根據(jù)沉桶實(shí)際配重確定孔徑。
屬軟管兩端分別與EJA變送器和沉桶相連，上緊接活接頭后，把沉桶緩慢沉到水池底部。沉桶中的空氣被壓縮成氣墊，水池液位的高度經(jīng)氣墊轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的壓力信號(hào)，再經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA電信號(hào)送到數(shù)顯表，顯示液位高低，實(shí)現(xiàn)液位自控。
2氣墊沉桶的制作
氣墊沉桶一般加工成等邊圓錐形，
在沉桶底部開一個(gè)Ф50的導(dǎo)壓孔，此孔可根據(jù)沉桶實(shí)際配重確定孔徑。
沉桶投入水中，會(huì)產(chǎn)生一定的浮力，若是浮力大于沉桶重量，沉桶就會(huì)浮于水面，因此沉桶的重量必須大于浮力，沉桶才能沉于水中，在桶內(nèi)形成人工氣墊以進(jìn)行液位測(cè)量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，沉桶的重量為二倍的浮力為宜，這樣既節(jié)約材料，又能提高沉桶在液體中的穩(wěn)定性。現(xiàn)以測(cè)量10m的水池液位為例，計(jì)算氣墊沉桶的測(cè)量精度。
空氣是一種理想氣體，一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程為：P1V1/T1=P2×V2/T2
一定質(zhì)量的氣體作等容變化時(shí)，溫度每升高（或降低）1℃，其增加（或減少）的壓強(qiáng)等于它在0℃時(shí)壓強(qiáng)的1/273。在實(shí)際測(cè)量中，被測(cè)介質(zhì)的溫度變化范圍不大，可以近似為T1≈T2,即P1V1=P2×V2。
當(dāng)水池為零液位時(shí)，水未進(jìn)入氣墊沉桶內(nèi)，氣墊的體積P1V1=1V2.當(dāng)水池為 10m液位時(shí)，氣墊的體積P2×V21=P1×V1,即2V2=P1×V1,即2V2=P1×V1，則V2=1/2V1，也就是說水池液位為10m時(shí)，氣墊的體積被壓縮成一半。計(jì)算水進(jìn)入沉桶內(nèi)高度，設(shè)：水未進(jìn)入氣墊沉桶時(shí)，錐形氣墊的半徑為r1=140/2=70mm，高度為h1=r1×tg60°=121mm;氣墊壓縮后，椎形氣墊的半徑為：r2,高度為：h2.
V2=1/2V1
1/3×π×9r22×h2=1/2×1/3×π×702×121×9r22×h2=296450
∵r2=h2×tg30°
∴h2=96.16mm
則沉桶內(nèi)水的高度=121-96.16=25mm
沉桶的測(cè)量精度=25/（10×1000）=0.25%
當(dāng)水池液位從0~10000mm水柱變化時(shí)，而氣墊壓力變化 是從0~9975mm水柱，水池液位變換，經(jīng)氣墊轉(zhuǎn)換少了25mm水柱。在這樣間接測(cè)量的條件下，把變送器的實(shí)際量程改為0~99.75kP，而變送器的輸出為4~20mA則仍然顯示0~10m的液位，這樣義消除了氣墊沉桶的測(cè)量誤差。
在實(shí)際應(yīng)用中，一般不需要做氣墊誤差修正。測(cè)量值與實(shí)際值若有微波偏差，只需把沉桶懸掛的高度上下移動(dòng)十幾毫米即可。
