變浮力式液位檢測儀表 當物體被液體浸沒的體積不同時，所受的浮力也不同，因此，可以根據物體所受浮力的大小來測得物體被浸沒的高位（液位），故稱為變浮力式液位計。浮筒式液位計正是根據這一原理制成的液位計檢測儀表，它主要由變送器和顯示儀表兩部分組成。液位計因不用軸、軸套、填料等進行密封，故他能測量較高壓力的液體介質的液位，最高可達32MPa。檢測元件浮筒的長度決定了儀表的量程，一般為300~2000mm。 浮筒式液位計由液位傳感器和轉換器構成。 液位傳感器的檢測元件，是一沉浸與液體之中的浮筒，一般使用不銹鋼制成的空心長圓柱體，被垂直地懸掛在被測介質之中，測量過程中位移極小，不漂移在液體表面上，故也稱為沉筒。浮筒在液體中的浮力是用扭力管的扭力來平衡的。 如圖3-11所示，檢測元件浮筒1垂直地懸掛在杠桿2的一端，杠桿2的另一端與扭力管3、芯軸4的一端垂直固接在一起。扭力管的另一端通過法蘭固定在儀表外殼5上。芯軸4的另一端呈自由狀態作為傳感器的輸出，它的輸出信號時機械角位移θ。 當液位為零時，即浮筒浸入液體中的深度為零，浮筒的全部重量W作用在杠桿上，此時扭力管上扭力矩最大，同時產生的扭角最大，一般為7°左右，即 作用在杠桿的力 F0=W 扭力矩 M0=F0l 扭角 式中 M0--作用在扭力管上的扭力矩； d1、d2--分別為扭力管的內徑和外徑； l--浮筒中心到扭力管中心的距離； F0--杠桿左端受到的力； k--扭力管的橫向彈性系數； L--扭力管的長度。 當液面上升，高于浮筒的下端，上升液位為H時，作用在杠桿上的力，變為浮筒的重量W與浮筒所受浮力之間的差值。隨著液位的逐漸升高，扭力矩逐漸減小，扭力管輸出的扭角也相應減小，當在最高液位時，扭角最小，一般為2°，即 作用在杠桿的力 F1=W-A(H-X)ρg 由于X是正比于H，所以其中X=kH,故上式可改寫為 F1=W-AH(1-k)ρg 扭力矩：M1=F1l 由此可知，Δθ與液位H成比例關系，式中負號說明，液位變化越高，則扭角越小。 浮筒式液位計的轉換器按其傳輸信號的不同，可分為兩類：即氣動式和電動式。 1.電動浮筒式液位計的轉換器 圖3-12b是霍爾變換裝置的示意圖。在扭力管的芯軸上固定一個推板3，當芯軸轉角變化Δθ時，芯軸便帶動推板3推動推桿4，并使支撐件5轉動一個與液位計H相對應的角度，使霍爾片沿著固定弧線移動。由于芯軸在液位變化的全量程范圍內輸出的角位移量很小，因此可把霍爾片在磁場中的移動視為一直線位移Δx，即 Δx=k2Δθ 式中 K2--轉換系數。 由于霍爾片所處的磁場是一個磁感應強度B與位移x成比例的線性磁場，其原理如圖3-12c所示，因此霍爾片的輸出電勢VH與其位移Δx成線性關系。即 VH=K3Δx 式中 K3--轉換系數 在儀表量程范圍內，位移Δx約為1.5mm，輸出電勢VH約為10mV DC. 毫伏-毫安轉換器將霍爾輸出電勢VH轉換成4~20mA的標準電流信號，以便于其他控制儀表、顯示儀表等配套使用。其轉換原理如圖3-13所示，圖中放大器包括調制、交流放大、整流和功率放大等部分。霍爾變送器的輸出電勢與反饋電壓UB比較后，將其差值調制成交流信號，并經交流放大、整流和功率放大后，輸出一標準的4~20mA直流電流信號。 由圖3-13可知，放大器的輸出和輸入的關系為： I0(RH+R1)=K4(VH-UB) I0=K4(VH-UB)/(RH+R1) 式中 K4--轉換器的并環放大倍數。 其中的反饋電壓 UB=I0R1(RW1+RW2)/(R2+RW1+RW2)=K5R0 式中 K5--反饋系數，(RW1+RW2)/(R2+RW1+RW2)=K5 電路圖中的電位器RW1\RW2可用來修正介質的密度，改變儀表的量程和調節儀表的滿度值。 2.氣動浮筒式液位計的轉換器 氣動轉換器與電動勢的區別在于，扭力管芯軸轉角Δθ的運動傳給擋板以控制噴嘴，并輸出氣動標準信號，如圖3-14所示。 氣動儀表是自動化儀表中的一個重要類型，特別適用于防爆要求嚴格的煉油化工等工業部門。能源是壓力穩定干凈的壓縮空氣，其傳輸信號為20~100kPa.氣動儀表的核心部分為噴嘴擋板機構，氣動放大器，杠桿機構。噴嘴擋板機構將檢測環節輸出的微位移δ轉換成噴嘴背壓PB變化，經氣動放大器將較小的PB變化放大為20~100kPa的p0輸出，同時，p0通過負反饋波紋管作用到杠桿機構上，與檢測信號在杠桿上達到力矩平衡，使儀表的輸出p0與輸入的被測變量一一對應。 3.智能浮筒式液位計 智能浮筒式液位（界面）變送器是電動浮筒液位計變送器的更新換代產品，如圖3-15，塔是可通信的，以處理器為基礎的液位、界面或密度檢測儀表。除提供4~20mA的電流信號外，還疊加了符合通信協議的數字信號。可以很方便地使用手操器，獲得來自過程、儀表或傳感的信息，可查詢、組態、標定或測試。利用通信協議，來自現場的信息可下載到控制系統中，按單個回路的信息接受。
