Calibration method for measuring the interface level of the float-type liquid level gauge

【abstract】The float-type liquid level gauge is a typical level detection instrument, which has been widely used in industry due to its high measurement accuracy and low price. This paper gives the adjustment method of the measuring the interface level of the float level gauge, and has received good results.

【key words】the float-type liquid level gauge；the interface level；calibration

浮筒式液位计是典型的液位检测仪表，可以实现液位和界位的测量，其测量范围大，最大可达到6m，精度高，耐高温高压，现场调试方便，易于检查和维护，既能够现场指示也可以进行4-20mA的信号远传，因此在工业生产的各个领域都有广泛的应用。

1.浮筒式液位计的工作原理

浮筒式液位计为变浮力式液位计的一种，当液位发生变化时浮筒浸泡于液体内的体积也发生变化，因而所受到的浮力也不同，会使浮筒产生轻微位移，通过机械传动机构转换为角位移，从而实现液位的测量，如图1 浮筒式液位计的结构。

图1浮筒式液位计的结构

1—仪表外壳；2—芯轴；3—扭力管；4—杠杆；5—固定支点；6—浮筒；

浮筒6悬挂在杠杆4一端，杠杆的另一端与扭力管3、芯轴2的一端固连在一起，并由固定支点5所组成。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外壳1上。芯轴2是一种密封式的输出轴，利用扭力管3的弹性变形把浮筒上的力变成芯轴的转动。

对浮筒进行受力分析可知：

杠杆对浮筒的拉力f=浮筒的重力W-浮筒所受的浮力F            （1）

当杠杆悬挂浮筒处的拉力为f，在扭力管上产生的力矩为M，扭力管产生的扭角变形用θ表示，其大小：

            （2）

式中：M—作用在扭力管上的扭力矩；  d1、d2—分别为扭力管的内、外径； C—扭力管横向弹性系数； L0—扭力管的长度。L—浮筒中心到扭力管中心的距离；

可知：为常数。

由式（1）可知，当液位为0时，即低于浮筒下端时，浮筒重力W全部作用在杠杆上，f=W最大，扭力管扭角达到最大，。

随着液位的升高，扭力管产生的扭角减小，在液位最高时，最小（约为2°）。其扭力角变化，也就是输出芯轴角位移的变化量为：

                         （3）

与液位H成正比关系，负号表示液位H越高，扭角越小。

芯轴带动差动变压器动臂传动时，输出线圈上的感应电压△U变化与成正比。△U变为直流电压V，送入差分放大器U放大，其输出电压经解调器将功率放大器转换为4～20mA电流I₀输出。

2. 干校法的工作原理

用干校法校验时是将浮筒取下后，在传动杆上挂上砝码托盘，置与各校验点对应的某一质量的标准砝码，来模拟不同液位时浮筒（包括挂链）所产生的重力与该校验点所受的浮力之差。挂砝码遵循：挂重砝码的重力等于浮筒自身包括挂链的重力减去液位浮力，还要考虑减去挂砝码托盘的重力。即：

              （4）

-挂砝码的质量；-浮筒的质量；d-浮筒的直径；-被测介质的密度；-托盘的质量；L-液面的高度；

用挂法码干校浮筒液位计。该砝码所产生的重力f应等于浮筒的重力(包括挂链或挂杆的重力)W与液面在校验点时浮筒所受的浮力F之差，接线如图2所示。

3.浮筒界位计的校验原理

当测量两种介质的界面高度时

       （5）

——液面在被校点H处砝码的重力，N；D——浮筒外径，m；L——仪表量程，m；

H——液面高度，m；——重组分液体的密度，kg／m³；——轻组分液体的密度，kg／m³。

则所挂砝码的质量为

              （6）

——液面在被校点H处砝码的质量，kg；M——浮筒、挂链或挂杆的质量，kg。

4.浮筒界位计干校法实施步骤

（1）将变送器的表头按工作位置固定在支架上，在杠杆吊杆端挂上砝码吊盘

（2）旋开仪表电源盖，按照二线制的接线方法将变送器、电阻箱、直流电源连接在一起，构成闭合回路。预热5分钟，其间挂砝码，使变送器有一固定输出，轻敲外壳，漂移不超过允许误差。

（3）砝码重量计算

界位为0%，25%，50%，75%，100%挂砝码的重量分别为

=

=

=

（4）调整及校验

a.在砝码盘里放置同等值的砝码，调整下限旋钮Z使输出为4mA。

b.在在砝码盘里放置同等值的砝码，调整上限旋钮S使输出为20mA。

c.按零点与满量程调试步骤反复调整几次即可。

d.中间各点的校验，根据计算出的砝码的质量，每份砝码对应的电流输出分别应为4mA、8mA、12mA、16mA、20mA。

e.最后按规定和标准填写校验单及清理现场。

5.结论

用干校法校验浮筒式界位计广泛应用在仪表标定车间，该校验方法方便、准确，很好的解决了企业界位检测仪表的校验问题。