Подробный анализ принципа работы поплавкового уровнемера.

Принцип работы датчика уровня поплавком:

Датчик уровня поплавка Используйте принцип Архимеда для наблюдения за уровнем жидкости путем непрерывного измерения нагрузки на поплавковый стержень, погруженный в технологическую жидкость.

Устройство для перемещения имеет цилиндрическую форму, непрерывное поперечное сечение и может быть любой желаемой длины. Нормальный диапазон высоты составляет от четырнадцати до ста двадцати дюймов.

По мере повышения уровня поплавок испытывает большую плавучесть, из-за чего измерительный прибор кажется легче, а прибор интерпретирует потерю веса как повышение уровня и передает пропорциональный сигнал O/P.

По мере снижения уровня выталкивающая сила, действующая на вытесняющий стержень, уменьшается, а вес соответственно увеличивается. Это интерпретируется как понижение уровня датчиком уровня и последующее выдача пропорционального выходного сигнала.

Ниже показана типичная схема установки поплавкового уровнемера:

Хотя основные принципы работы были изложены для более высокого уровня, чем тот, что характерен для практичного поплавкового датчика уровня, конструкция разработана для достижения заданной цели измерения посредством сложной электронной схемы.

В таких поплавковых датчиках уровня поплавок соединен с пружиной, которая ограничивает его движение при каждом увеличении плавучести (т.е. при изменении уровня).

Для отслеживания увеличения и уменьшения положения вытеснительного стержня по мере изменения уровня используется передатчик, включающий линейный дифференциальный трансформатор переменного тока (LVDT). Затем сложная электроника, как правило, обрабатывает сигнал напряжения от LDVT и преобразует его в выходной сигнал 4-20 мА.

Принцип Архимеда, примененный к перемещающимся объектам

Согласно принципу Архимеда, выталкивающая сила, действующая на погруженный объект, обычно равна нагрузке на объем жидкости, вытесненной этим объектом.

Предположим, что в магнитный поплавковый датчик уровня У нас имеется цилиндрический поплавковый стержень с плотностью ρ, радиусом r, длиной L и плотностью рабочей жидкости У. При установке длина вытесняющего стержня пропорциональна измеряемому уровню:

Объем вытесняющего стержня, V = πr²L

Датчик уровня с вытеснителем, показанный на рисунке, установлен над сосудом, и как только сосуд заполняется, стержень вытеснителя полностью погружается в технологическую жидкость, поэтому объем вытекающей технологической жидкости составляет V = πr²L. Как только сосуд опустеет или достигнет своего минимального уровня, объем вытекающей технологической жидкости V = нулю.

Поэтому:

Сила плавучести, действующая на поплавковый стержень, когда судно заполнено, определяется следующим уравнением:

Плавучесть = вес вытесненной технологической жидкости

= πr2LУg (g = ускорение свободного падения)

Фактический вес вытеснителя = πr2Lρg

После заполнения сосуда чистый вес вытеснителя, определяемый датчиком LVDT, передатчиком и соответствующей электроникой, составляет:

= πr2Lρg - πr2LУg = πr2Lg(ρ-У) = Vg(ρ-У)

Из вышеизложенного видно, что чистый вес, определяемый датчиком LVDT, пропорционален разности плотностей между вытесняющим стержнем (ρ) и рабочей жидкостью (У).

Следовательно, относительная плотность вытесняющего стержня должна быть ниже плотности измеряемого уровня, а удельная плотность жидкости должна быть обязательно указана.

Типичная относительная плотность жидкостей находится в диапазоне от 0,25 до 1,5 независимо от используемого датчика уровня. Стоит также отметить, что диапазон показаний вытеснительного уровнемера зависит только от длины (L) штока вытеснителя, указанной для конкретного применения.

Когда судно пусто или уровень воды самый низкий,

Плавучесть поплавка = 0

Следовательно, датчик LVDT обнаруживает вес = πr2Lρg

Датчик LVDT регистрирует сигнал напряжения на минимальном уровне сосуда и выдает соответствующий сигнал. Длина вытеснителя определяется номинальным рабочим диапазоном (диапазоном), удельной плотностью рабочей жидкости, давлением и температурой. Заводские расчеты диаметров и единиц измерения удельной массы обеспечивают правильную работу и точный выходной сигнал 4-20 мА.