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變送器在氣墊沉桶液位計(jì)中的應(yīng)用

2011年03月11日 10:15:27 來源:江蘇華清儀表有限公司

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.
,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。
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。
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