浮筒液位变送器磁钢排列结构的改进.pdf

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1、第52卷第6期2016年12月石油化工自动化AUTOMATIONINPETR0一CHEMICALINDUSTRYV01．52，No．6December．2016浮筒液位变送器磁钢排列结构的改进沈峰，陈博宇，栾晓东(丹东耐能仪表电器有限公司，辽宁丹东118009)摘要：对浮筒液位变送器的测量原理和计算方法进行了介绍，针对浮筒液位变送器测量精度低的问题，对霍尔元件检测磁钢排列迸行了改进，提高了浮简液位变送器的测量精度。对改进前后霍尔元件检测磁钢排列进行了对比，详细介绍了改进后磁钢排列结构的优点，对浮筒液

2、位变送器的应用和选型提供借鉴。关键词：浮筒液位变送器霍尔元件磁钢中图分类号：TH816+．1文献标志码：B文章编号：1007—7324(2016)06一007卜02浮筒液位变送器可用来控制和测量介质的液位、界位或密度，应用较为广泛，浮筒液位变送器是由浮力带动扭力管芯轴产生角度的变化，同时也改变了变送器中霍尔元件检测磁钢位移变化而输出信号。该信号经A／D转换器、微处理器、D／A转换器等处理，输出4～20mA模拟信号并叠加HART信号，具有精度高、抗干扰能力强，远程组态、监测、维护及校准等功能。1浮筒液

3、位变送器原理及计算浮筒液位变送器是由液位检测元件、霍尔变送器和毫伏鼋安转换器组成。作为液位检测元件的内浮筒垂直地悬挂在杠杆的一端，杠杆的另一端与扭力管芯轴的一端垂直地连接在一起，并由固定在外壳上的支点所支撑。扭力管的另一端通过法兰固定在仪表外壳上，芯轴的另一端为自由端，用来输出角位移。当液位为。时，浮筒侵入液体中的深度为O，浮筒作用在杠杆上的力为Fo=w(1)式中：F0——浮筒作用在杠杆上转角最大时所受的力；W——浮筒的重量。作用在扭力管上的扭力矩为Mo=F0Z(2)式中：Mo——转角最大时作用在扭

4、力管上的扭力矩；z——浮筒中心到扭力管中心的距离。此时扭力管产生的扭角吼最大，一般为7。左右，％与Mj的关系为吼一32上』Ⅵo／7cK(矗2一d1)一32LFof／兀K(d2一d1)(3)式中：d，，d：——扭力管的内径和外径；K——转换系数；优——扭力管所产生最大扭角；L——扭力管的长度。当液位为H时，浮筒的浸没深度为H—z，作用在杠杆上的力为Fl—W—A(H—z)y(4)式中：z——浮筒上移的距离；卜液体的重度；A——浮筒的截面积。根据前面所述的变浮力法液位测量可知，z正比于H，即：z=志H(5

5、)式中：曼——比例常数。所以式(4)可变为Fl—W—AH(1一是))，(6)式中：F。——浮筒在位移z时作用在杠杆上的力。此时作用在扭力管上的扭力矩为Mj—FlZ(7)式中：M1——浮筒在位移z时作用在扭力管上的扭力矩。扭力管产生的扭角：q一32LMl／7【K(d2一d1)=32LFlZ／丌K(d2一d1)(8)式中：臼。——浮筒在位移z时扭力管所产生的扭角。随着液位的升高，扭力管产生的扭角将减小，在最高液位时，扭角最小，约为2。。由式(8)减去式(3)得：稿件收到日期：2016一07—28，修改稿

6、收到日期：2016一09—22。作者简介：沈峰，男，辽宁丹东人，现就职于丹东耐能仪表电器有限公司，主要从事仪表开发及销售工作，任工程师。石油化工自动化第52卷△口一幺一吼一32L△R／了(K(d2一d1)(9)由式(6)减去式(1)得：△F—F，一F0一一A(1一忌)m(10)将式(10)代入式(9)可得：△矽一一32儿A(1一是)yH／兀K(矗2一d1)=一K1H(11)令K1—32“A(1一是)y／7cK(d2一d1)，当7不变时，K。为常数，由式(11)可看出，舻与液位H成比例关系，即液位愈高

7、，扭角愈小。通过霍尔元件便可将舻转换成电信号进行远传。2霍尔元件原有的磁钢排列结构如图1所示，霍尔元件沿着固定弧线移动，由于芯轴在液位变化的全量程范围内输出的角位移量很小，所以可把霍尔元件在磁场中的移动看成为一直线位移△X，可以证明邰与△X具有线性关系，如式(12)所示。△X—K△口(12)f擘感器大磁制图1原有的磁钢排列结构由于霍尔元件所处的磁场是一个磁感应强度B与位移X成比例的线性磁场，所以霍尔元件的输出电势％与其位移△X成线性关系，即：VH—K△X(13)在仪表量程范围内，△X约为1．5mm，

8、VH约为10mV。从式(13)可以看出磁场位置是霍尔元件检测磁感应强度的关键，鉴于以上因素对浮筒液位变送器的磁钢排列进行改进。目前市场上生产的浮筒液位变送器的检测器结构如图1所示，采用两块大磁钢，缺点是实际生产时要求这种排列的磁中心位置磁性为零，要满足这种要求，则对磁钢的加工要求较高。另外这种磁钢排列，霍尔元件检测需要的磁钢位移时，磁场强度变化量接近所需变化量的临界值，这大幅影响仪表的精度，对仪表的温度系数的影响更大，磁场强度变化量小，信号的放大倍数就要加大，这样霍尔