CN102749125B - 扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法。相对于扭矩管的扭转力，调整弹簧的加载力，向中心轴施加反方向的加载力，实现温度补偿。转动基板(30)由加载力调整机构(31)的卡定部(33)限制顺时针方向的转动，由螺旋弹簧(34a、34b)经加载力附加臂(29)施加逆时针方向的扭转力，向与中心轴连结的连结杆(25)施加与扭矩管的扭转力反方向的加载力。此加载力，是通过使螺纹轴(32)旋转，使卡定部(33)移动，由转动基板(30)的转动限制部(30a)调整弹簧钩挂部(30b、30c)的转动停止位置，由螺旋弹簧(34a、34b)赋予。此调整以与中心轴连结的连结杆(35)的旋转量与扭矩管的扭转力平衡的方式，也就是以基于与中心轴连结的连结杆(25)的检测角度为0的方式进行。

Description

扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种容易受温度的影响的扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法。
背景技术
图6是在扭矩管式液面计的扭矩管上产生扭转量的机构的模式图。扭矩管3由液位为x％时的置换器1的载荷经载荷传递臂2扭转，作为此扭矩管3的扭转角(rad)的由下述的(1)式表示。
A：载荷传递臂2的长度(mm)
d1：扭矩管3的外径(mm)
d2：扭矩管3的内径(mm)
Lt：扭矩管3的长度(mm)
Gt(T)：在温度T的扭矩管3的横弹性系数(Kg/mm2)
F(x)：液位为x％时的置换器1的载荷(Kgf)
另外，在本说明书中，在表现液位L时，将置换器1开始浸渍于液体，即置换器1的底面接触到液位L的状态称为液位0％，反之，将置换器1完全浸渍在液体中，受到了最大的浮力的状态称为液位100％。另外，在置换器1的一半的体积浸渍在液体中的状态下，载荷成为液位0％和液位100％时的载荷的中间，将此时的液位L称为液位50％。这样，在扭矩管式液面计中，由于置换器1的载荷的变化，扭矩管3的扭转角变化，由此，进行液位L的测定。
在扭矩管式液面计中，将与施加于浸渍在液体中的置换器1的浮力对应的扭矩管3的扭转量经与扭矩管3一起扭转的中心轴4向角度传感器传递，以中心轴4的旋转量为基础测定液位L。但是，若环境气体温度变化，则扭矩管3、中心轴4的横弹性系数变化，存在即使是相同液位L，扭矩管3等的扭转角也变化的问题。
图7是此情况下的扭矩管3的相对于液位L的扭转角的按温度区分的坐标图，若环境气体温度升高，则即使是相同液位L，扭转角也变大。
为了除去这样的因温度变化产生的误差的影响，例如，在专利文献1中公开了使用配置在扭矩管3的附近的温度传感器的输出，通过演算来除去误差的影响的情况。
另外，在专利文献2中，公开了使用螺旋弹簧防止产生因温度变化而产生的以扭矩管3为起因的测定误差的手段。
[在先技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2003-21550号公报
专利文献2：日本实公昭62-19940号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献2中，如图8所示，经载荷传递臂2向扭矩管3传递置换器1的载荷，将此扭矩管3的扭转作为旋转量向在载荷传递臂2侧与扭矩管3做成了一体的中心轴4传递。但是，由于因温度变化产生的扭转角的变动施加于扭矩管3，所以，由经输入梁5与中心轴4连接的温度补偿用螺旋弹簧6的弹性力对此变动进行补偿。
即，通过由螺旋弹簧6以将中心轴4向与扭矩管3的扭转方向相反的方向扭回的方式对中心轴4赋予加载力，能够消除因温度而产生的误差的一部分。
在此引用文献2中，确实具有由螺旋弹簧6产生的温度补偿效果，但是，必须选定具有合适的弹性力的螺旋弹簧6，进而，关于螺旋弹簧6的加载力的安装方法、调整也没有公开，在批量生产时，存在难以与各个液面计对应这样的实用方面的问题。
本发明的目的是提供一种消除上述的问题点，使扭矩管和中心轴成为相同材料，使用使动作上的旋转负荷成为最小限度的加载力的安装构造和能够进行加载力的调整的弹簧，即使存在温度变化，也能够简便地实现温度补偿的扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法。
为了解决课题的手段
为了实现上述目的的有关本发明的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，该扭矩管式液面计由圆筒状的扭矩管、棒状的中心轴和角度传感器构成，该扭矩管将一端固定在壳体上，在另一端受到来自置换器的载荷而扭转；该中心轴贯通该扭矩管内，受到与该扭矩管相同的扭转力而旋转，并具有与上述扭矩管对温度同等的弹性系数；该角度传感器安装在该中心轴的前端，检测该中心轴的旋转角，该扭矩管式液面计的温度补偿机构具备：安装在上述中心轴上的加载力附加臂；可转动地配置在上述中心轴的周围的转动基板；夹设在上述加载力附加臂和上述转动基板之间，相对于上述加载力附加臂向与上述中心轴的旋转力相反方向供给上述加载力的弹簧；在规定的停止位置停止上述转动基板的转动，调整上述弹簧的加载力的加载力调整机构。
另外，有关本发明的扭矩管式液面计的温度补偿方法，其特征在于，该扭矩管式液面计由圆筒状的扭矩管、棒状的中心轴和角度传感器构成，该扭矩管将一端固定在壳体上，在另一端受到来自置换器的载荷而扭转；该中心轴贯通该扭矩管内，受到与该扭矩管相同的扭转力而旋转，并具有与上述扭矩管对温度同等的弹性系数；该角度传感器安装在该中心轴的前端，检测该中心轴的旋转角，该扭矩管式液面计的温度补偿机构具备：安装在上述中心轴上的加载力附加臂；可转动地配置在上述中心轴的周围的转动基板；夹设在上述加载力附加臂和上述转动基板之间，相对于上述加载力附加臂向与上述中心轴的旋转力相反方向供给上述加载力的弹簧；在规定的停止位置停止上述转动基板的转动，调整上述弹簧的加载力的加载力调整机构，通过上述加载力调整机构，一面使上述转动基板的转动停止位置移动，一面以上述角度传感器的输出为基础调整上述弹簧的加载力。
发明的效果
根据有关本发明的扭矩管式液面计的温度补偿机构以及温度补偿方法，通过相对于扭矩管的扭转方向调整由弹簧产生的反方向的加载力而向中心轴施加，能够补偿向角度传感器传递的位移角的因温度变化而产生的变动。
附图说明
图1是实施例的从置换器到扭矩管的连结部的剖视图。
图2是从扭矩管到角度传感器的连结部的沿图1的A-A线的剖视图。
图3是沿图2的B-B线的剖视图。
图4是相对于中心轴的扭转，向反方向施加加载力的机构的原理图。
图5是中心轴的相对于施加了加载力的情况下的液位的扭转角的坐标图。
图6是由于液位而在扭矩管上产生扭转量的原理图。
图7是以往例的扭矩管的相对于液位的扭转角的坐标图。
图8是以往例的基于螺旋弹簧的校正机构的说明图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
基于图1～图5所示的实施例，详细说明本发明。另外，在图1～图3中，附图的倍率是分别不同地图示的。
图1是固定在容器的顶部的扭矩管式液面计的从置换器到扭矩管的连结部的剖视图。在容器T内储存了应测定液位L的例如高温的液体。液面计的第一壳体11经法兰12固定在容器T的顶部，在第一壳体11上连结着后述的第二壳体，进而，在第二壳体上连结着第三壳体，法兰12保持着液面计的重量，即包括第一至第三壳体在内的全部重量。
从第一壳体11的向下的开放口经法兰12的孔部，经链条14悬挂着作为配重的置换器13。链条14与钩15连结，将置换器13的载荷向载荷传递臂16的前端部的臂钩16a传递。载荷传递臂16，设置在其一端的切入部16b由支点18支承，该支点18由固定于第二壳体17上的刀口构成，载荷传递臂16以如下的方式做成，即，根据置换器13的载荷的轻重，以支点18为中心略微倾斜转动。另外，在载荷传递臂16的另一端，由螺栓20固定了块19。
图2是沿图1的A-A线的剖视图。在第一壳体11上连结着圆筒状的第二壳体17，在第二壳体17上连结着包围后述的加载力调整机构等的盒状的第三壳体21。在块19上，在与载荷传递臂16的长度方向正交的方向，通过焊接固定了金属制并为圆筒状的扭矩管22的一端，并被收纳在第二壳体17内。块19将载荷传递臂16的基于支点18的倾斜变换成以扭矩管22的轴为中心的扭转量。
载荷传递臂16侧的扭矩管22被封闭，另一端的圆筒部被固定在设置于第二壳体17的中间部的隔壁17a的孔部的内壁上，扭矩管22的内部与第一、第二壳体11、17内气密性地隔绝。而且，第一、第二壳体11、17内的环境气体由第二壳体17的隔壁17a以不进入第三壳体21内的方式遮蔽。
在块19上，通过焊接固定了块23，在块23上通过焊接固定了由与扭矩管22相同的材料构成的棒状的中心轴24。此中心轴24呈同心圆状地贯通扭矩管22内地配置，中心轴24的轴中心与支点18的前端一致。
中心轴24，其前端经隔壁17a的孔部呈同轴状地被连接在连结杆25上，在第二壳体17上安装了保持部件26，连结杆25由设置在保持部件26上的轴承27旋转自由地保持。进而，连结杆25的前端与角度传感器28的旋转检测轴28a连接，角度传感器28被配置在第三壳体21的外侧。
如图2的第三壳体21的内部以及沿图2的B-B线的图3的剖视图所示，在第三壳体21内的连结杆25上，在与连结杆25的中心轴正交的方向，固定了条片状的加载力附加臂29，加载力附加臂29的两端分别被做成弹簧钩挂部29a、29b。另外，连结杆25是为了安装等的方便而使用的，但也可以不用使用连结杆25，而是将角度传感器28、加载力附加臂29直接安装在中心轴24上。
另一方面，在第三壳体21内的保持部件26上，以与加载力附加臂29在轴向重叠的方式，以连结杆25的中心轴为中心可转动地配置转动基板30，在此转动基板30上切出了转动限制部30a。另外，在转动基板30的周围设置了两个弹簧钩挂部30b、30c。
进而，在第三壳体21内，为了相对于中心轴24的扭转进行调整地施加反方向的加载力，设置了相对于转动基板30的转动限制部30a作用的加载力调整机构31。此加载力调整机构31的螺纹轴32被支承在第三壳体21内，在螺纹轴32上旋合了与转动基板30的转动限制部30a卡合的卡定部33，卡定部33能够随着螺纹轴32的旋转沿螺纹轴32移动。
而且，在加载力附加臂29的弹簧钩挂部29a、29b和转动基板30的弹簧钩挂部30b、30c之间，分别架设了由拉伸弹簧构成的两个螺旋弹簧34a、34b。另外，为了加载力的稳定，螺旋弹簧34a、34b最好选择弹簧特性难以因温度而变化的恒定弹性系数材料，希望相对于温度0℃～80℃的横弹性系数的变化率在1％以内，例如，NiSpanC等是合适的。
在图3中，从扭矩管22向中心轴24，作为顺时针方向的旋转力时常施加由置换器13产生的载荷。转动基板30由加载力调整机构31的卡定部33限制顺时针方向的转动，由螺旋弹簧34a、34b向加载力附加臂29施加逆时针方向的扭转力，结果，与扭矩管22的扭转力反方向的加载力被施加给中心轴24。
就此中心轴24的反方向的加载力而言，能够由夹具等使螺纹轴32旋转而移动卡定部33，由转动基板30的转动限制部30a调整弹簧钩挂部30b、30c的转动停止位置，细微地调整螺旋弹簧34a、34b的伸长量即加载力。
在测定时，从置换器13向载荷传递臂16传递的载荷，是从置换器13的自重减去因液体而产生的浮力即置换器13中的浸渍到液位L的量的体积乘以液体的比重的值的合成载荷。受到了浮力的置换器13的载荷向载荷传递臂16的臂钩16a传递，被变换成以支点18为中心的载荷传递臂16的倾斜转动。进而，此倾斜转动经块19向扭矩管22传递，另外，经块23向中心轴24传递。因为扭矩管22的另一端被固定在第二壳体17的隔壁17a上，所以，在扭矩管22上产生扭转角，对中心轴24也赋予同样的扭转角即旋转角。
此中心轴24的旋转角经连结杆25、旋转检测轴28a由角度传感器28进行检测，以此旋转角为基础测定液位L，相对于液位0％～100％的满开度，例如使中心轴24的旋转角为1°。
在测定时，第一壳体11、第二壳体17内与容器T内的环境气体同等，扭矩管22曝露在此环境气体的温度中，若温度变动，则由于扭矩管22的横弹性系数的变化，即使是相同的液位L，扭转量也变化。另外，块19、23也向中心轴4进行温度传热，中心轴24与扭矩管22的温度大致同等。
为了补偿此环境气体温度对测定精度的影响，对加载力调整机构31的螺旋弹簧34a、34b的加载力进行调整。即，以中心轴24的旋转量与例如液位50％时的扭矩管22的扭转力平衡的方式，也就是在液位50％以检测角度为0的方式进行调整，以便在中心轴24上以与扭矩管22的扭转量相同的量产生反方向的旋转量。
在此调整中，在制造时，例如在常温下将与在液位50％的置换器13同等的载荷施加给臂钩16a，由角度传感器28检测中心轴24的旋转角。而且，一面移动加载力调整机构31的卡定部33，一面以由角度传感器28得到的旋转角为0的方式移动转动基板30的由转动限制部30a形成的转动停止位置，由此，调整螺旋弹簧34a、34b的加载力。另外，最好设置在调整后限制螺纹轴32的旋转的锁定机构，以便卡定部33不因螺纹轴32意外旋转而移动。
以将图4的与扭转量相反的加载力向中心轴24施加的机构的原理图为基础，使用数学式，说明上述情况。
扭矩管22的扭转角(rad)
θ(x)：中心轴24的旋转角(rad)
A：载荷传递臂16的长度(mm)
a：加载力附加臂29的长度(mm)
d1：扭矩管22的外径(mm)
d2：扭矩管22的内径(mm)
d3：中心轴24的外径(mm)
Lt：扭矩管22的长度(mm)
Lc：中心轴24的长度(mm)
Gt(T)：在温度T的扭矩管22的横弹性系数(Kg/mm2)
Gc(T)：在温度T的中心轴24的横弹性系数(Kg/mm2)
f(x)：液位x％时的置换器13的质量(Kgf)
F(x)：液位x％时的螺旋弹簧34a、34b的加载力(Kgf)
以这些各元素为基础，下述的(2)、(3)式成立。
θ(x)＝{32·F(x)·a·Lc}/{π·d3 4·Gc(T)}     ...(3)
因为扭矩管22和中心轴24为相同材料，所以，Gt(T)＝Gc(T)，扭矩管22、中心轴24的横弹性系数相抵消，从(2)、(3)式得到下述的(4)式。
f(x)＝A·Lt·d3 4·F(x)/{a·Lc·(d2 4-d1 4+d3 4)}   ...(4)
在调整时，通过向某液位施加与L相当的置换器13的载荷，逐渐加减由螺旋弹簧34a、34b产生的加载力，在由角度传感器28得到的旋转角成为0时，就是扭矩管3的扭转角和中心轴24的扭转角θ(x)平衡时。
在本实施例中，若施加与液位50％相当的置换器13的载荷，此时以由角度传感器28得到旋转角0的方式，调整螺旋弹簧34a、34b的加载力，则结果(4)式的f(50)、F(50)以外的常数为1， 由此，即使温度变化，至少在作为调整液位的液位50％，不存在测定角变动的情况。
图5是在这样地进行了调整的情况下的作为中心轴24的相对于液位0～100％的旋转量的扭转角θ(x)的坐标图。在液位50％，无论环境气体温度如何，由角度传感器28都得到旋转角0，但是，在液位50％以外，产生些许的误差。另外，就此误差而言，也能够在扭矩管22的附近配备温度传感器，以温度传感器的输出为基础通过电气性的演算来进行校正。
在上述的实施例中，为了提高液位50％的附近的测定值的精度，以旋转力在液位50％平衡的方式，由加载力调整机构31调整了螺旋弹簧34a、34b的加载力。但是，根据测定目的，为了提高在液位0％或100％附近的精度，可以在液位0％或100％进行调整，或与需要相应地实施将其它的液位时的扭矩管22的扭转量抵消的反方向的加载力调整。
表示螺旋弹簧34a、34b的弹簧的强度的弹簧常数越大，在液位50％以外的液位，误差越小，但是，另一方面敏感度变差，测定跨度也变小。
另外，使用了两个螺旋弹簧34a、34b，不向中心轴24施加推力方向的载荷地使加载力平衡，以便不产生滞后误差，但是，即使是一个螺旋弹簧，也能够供给加载力。进而，使用三个以上的弹簧，还能够将加载力更均匀地向中心轴24施加。另外，加载力附加组件也可以不是螺旋弹簧，而是由其它的弹簧组件进行加载。
另外，作为角度传感器28可以使用各种形式的传感器，但在本实施例中，例如使用霍尔元件进行了角度检测。
符号说明
11、17、21：壳体；13：置换器；16：载荷传递臂；18：支点；22：扭矩管；24：中心轴；28：角度传感器；29：加载力附加臂；30：转动基板；30a：转动限制部；31：加载力调整机构；32：螺纹轴；33：卡定部；34a、34b：螺旋弹簧。

Claims (7)

1.一种扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，该扭矩管式液面计由圆筒状的扭矩管、棒状的中心轴和角度传感器构成，该扭矩管将一端固定在壳体上，在另一端受到来自置换器的载荷而扭转；该中心轴贯通该扭矩管内，受到与该扭矩管相同的扭转力而旋转，并具有与上述扭矩管对温度同等的弹性系数；该角度传感器安装在该中心轴的前端，检测该中心轴的旋转角，该扭矩管式液面计的温度补偿机构具备：安装在上述中心轴上的加载力附加臂；可转动地配置在上述中心轴的周围的转动基板；夹设在上述加载力附加臂和上述转动基板之间，相对于上述加载力附加臂向与上述中心轴的旋转力相反方向供给加载力的弹簧；在规定的停止位置停止上述转动基板的转动，调整上述弹簧的加载力的加载力调整机构。
2.如权利要求1所述的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，通过上述弹簧进行调整，以上述中心轴的旋转量与液位50％时的上述扭矩管的扭转力平衡的方式，也就是在液位50％时以检测角度为0的方式进行调整，以便在上述中心轴上以与上述扭矩管的扭转量相同的量产生反方向的旋转量。
3.如权利要求1或2所述的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，在上述转动基板上形成转动限制部，通过将上述加载力调整机构的卡定部卡定在上述转动限制部，使其转动位置在规定的停止位置停止。
4.如权利要求1所述的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，上述弹簧相对于温度使用恒定弹性系数材料。
5.如权利要求1所述的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，设置一个或多个上述弹簧。
6.如权利要求3所述的扭矩管式液面计的温度补偿机构，其特征在于，上述加载力调整机构的卡定部以沿螺纹轴移动的方式做成。
7.一种扭矩管式液面计的温度补偿方法，其特征在于，该扭矩管式液面计由圆筒状的扭矩管、棒状的中心轴和角度传感器构成，该扭矩管将一端固定在壳体上，在另一端受到来自置换器的载荷而扭转；该中心轴贯通该扭矩管内，受到与该扭矩管相同的扭转力而旋转，并具有与上述扭矩管对温度同等的弹性系数；该角度传感器安装在该中心轴的前端，检测该中心轴的旋转角，该扭矩管式液面计的温度补偿机构具备：安装在上述中心轴上的加载力附加臂；可转动地配置在上述中心轴的周围的转动基板；夹设在上述加载力附加臂和上述转动基板之间，相对于上述加载力附加臂向与上述中心轴的旋转力相反方向供给加载力的弹簧；在规定的停止位置停止上述转动基板的转动，调整上述弹簧的加载力的加载力调整机构，通过上述加载力调整机构，一面使上述转动基板的转动停止位置移动，一面以上述角度传感器的输出为基础调整上述弹簧的加载力。
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