磁传动式浮球液位计的设计及其在VPI中的应用

一、概述

　　在真空压力浸渍(以下简称VPI)设备中，浸渍所用绝缘漆的液位测量和控制通常采用磁翻转液位计、电容式物位计及浮球等来实现。在我们为湖南某电机厂设计制造的VPI设备中，由于该厂要求VPI工艺过程的计算机动态显示，这就要求真空、压力、液位等有关参数的测量仪表必须提供与计算机的接口。其中液位测量参数的动态传输有一定的困难：一是该传感器必须能够工作在环境压力变化且有可燃性气体的条件下；二是传感器输出的必须是模拟信号；三是能够提供计算机接口。以往通常采用的液位测量装置已不能满足要求，为此，我们专门设计了一种液位计。该液位计采用了先进的磁传动技术，能够满足以上的技术要求，成本低且同时具有数显和控制功能。在实际应用中，使该电机厂VPI设备实现了计算机动态显示，同时通过几年来的改进，其稳定性得到了大大增加。在我们近几年设计的VPI设备中已全部采用该液位计，得到了用户的赞赏。

二、磁传动式浮球液位计的结构及原理

　　该液位计主要由传感器及仪表组成, 传感器的结构简图如图1所示，主要组成部分见图注。

1—浮球　2—软绳　3—主动磁铁　4—发条轮　5—轴　6—发条　7—腔　8—从动磁铁　9—齿轮　10—腔　11—齿轮　12—电位器

图1　液位计传感器的结构简图

　　其中腔1 为密封腔, 连接被测系统上, 使浮球浮于被测量的液面上。当液面下降时, 浮球下降拉动软绳使发条轮顺时针转动; 当液面上升时, 浮球上升, 发条轮靠发条的力量逆时针转动使软绳拉紧。发条轮的转动通过主动磁铁与从动磁铁的磁力偶合将扭矩传递给齿轮1, 再经齿轮2, 使电位器内的动片转动。在定片和动片之间的转动接触中存在变化的电阻, 将电位器接通电源后又产生变化的电压。通过测量电位器电压或电阻的变化就可行到液位的相对高度。

　　仪表是根据我们的要求由仪表厂制作的，其基本电气结构框图如图2 所示。

图2　液位计的基本电气结构框图

三、液位计的性能及技术指标

　　由于传感器采用了磁传动技术, 使电气元件与罐内完全隔离, 且采用低电压、电流测量, 起到了防爆的作用。从整体来看, 液位的变化与电位器的变化为线性关系, 易于仪表的测量转换。而且根据实际需要, 该液位计可提供标准的0～5V 模拟信号。在该电机厂VPI 设备中, 由于计算机动态显示的需要, 液位计为计算机提供了0～5V 的标准信号, 具体的技术指标如下。

　　传感器:

　　1.电源电压: 5V;2.输出信号: 0～5V。

　　仪表:

　　1.输入信号：0～5V;2.测量范围：0～500cm;3.输出信号：0～5V;4.误差：±1cm;5.5V标准电源输出;6.上下限继电器输出。

　　在以后的VPI 设备中，由于不需要计算机接口，所以我们又对液位计进行了改进，将仪表输入信号改为电阻型，降低了成本。在湖北某内燃机车厂等6个厂家的VPI设备中使用效果很好。其具体的技术指标如下：

　　1.仪表输入信号：0～4.7k8;2.测量范围：0～500cm;3.误差：±1cm;4.上下限继电器输出;

　　由于在VPI 设备中液位计主要不是用于测量液面精确位置而侧重控制输回漆的自动过程，因此该液位计的显示精度没有设计太高。在实际使用中我们对液位计作了误差计算，其实际误差值比显示误差要小得多。因此只要提高显示精度，该液位计的精度就会得到很大的提高。

四、结束语

　　该液位计自1993年设计并投入使用以来，通过在很多厂家VPI设备的使用和设计上的逐步改进，其结构已基本完善。特别是从近几年设计的VPI设备使用情况来看，其工作稳定、可靠，且同时具有显示和控制功能，是其它VPI设备中液位计所没有的。也正是由于该液位计成功设计，使我所设计的VPI设备实现了液位的计算机动态显示功能。