CN105823529B - 一种旋转式磁力浮球液位计的检测方法及其检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种旋转式磁力浮球液位计的检测方法及其检测系统,包括转杆推动液位计浮球匀速转动;转杆的横轴与液位计的旋转中心同轴心;压力传感器实时测出液位计浮球转动方向上的阻力Fβ和角度传感器实时测出浮球的转动角度β;构建转动角度β与浮球阻力判定曲线图;实测阻力值Fβ与判定曲线进行比较;转动角度β与液位计指针指示值进行比较。有益效果是:由于转杆匀速转动,使压力传感器实时、准确测出液位计转动方向上的阻力,方便判断使用性能,保证测量速度与精度;角度传感器测出浮球转角和读取液位计指示装置示值变化的图像,将测量到的数据传输给信息处理器进行处理,通过显示仪表显示检测数据,判定差值是否满足精度要求。

Description

一种旋转式磁力浮球液位计的检测方法及其检测系统
技术领域
本发明涉及一种液位计,特别是涉及一种汽车罐车用旋转式磁力浮球液位计的检测方法及其检测系统。
背景技术
用于液化气体运输的汽车罐车有多个安全考核指标,其中的液位计是其罐车用三大安全附件之一,液位计在罐车充装介质时,测量和显示液位高度,防止超装,保证密封安全可靠。液化气体罐车用旋转式磁力浮球液位计,它的工作原理是当容器充入或排出被测介质时,不锈钢浮球随着液位的变动上升或下降,带动传动轴转动,与其相连的磁钢在磁偶合的作用下,使装在法兰座内的指针,在刻度盘上指出液位高度。
目前,国内此类液位计的检测方法有液位计水箱检测装置和模拟液位检测。检测内容包括液位计的示值误差、回差、设定点误差、切换差。上述液位计水箱检测采用的是对准被检看标准的方法,即以被检液位计为准读取检测装置上的液位。存在的问题是,水箱检测方法稳定,但检测采用介质为水,在两种介质的密度不同时,检测前的比重调整和检测结果的修正繁琐,会存在一定的误差,而且这样的检测都必须到指定地点才能完成。液化气体汽车罐车用旋转式磁力浮球液位计一般要检测液位计操作是否灵活、指针是否灵敏准确,检验指示是否准确,否则要进行校正;上述检测多是压力容器检验人员在现场进行模拟液位检测即用手动的办法转动浮球,用钢卷尺测量浮球的位移量作为实际液位,同时记录液位计的示值进行检测。存在的问题是,手动操作力度以及操作方法不一致等因素均会导致误判,导致检测不准,而且对液位计的旋转阻力无法测量,更是无法达到调整校正的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服已有技术缺陷,提供一种检测速度快、精度高的液位计检测方法及其检测装置。
本发明所采用的技术方案是:一种旋转式磁力浮球液位计的检测方法,包括以下步骤:
A.安装有压力传感器的转杆推动液位计浮球匀速转动;
B.转杆的横轴与液位计的旋转中心同轴心;
C.转动过程中压力传感器实时测出液位计浮球转动方向上的阻力Fβ和角度传感器实时测出浮球的转动角度β;
D.构建转动角度β与浮球阻力判定曲线图;
E.实测阻力值Fβ与判定曲线进行比较,判断液位计是否满足使用要求;
F.转动角度β与液位计指针指示值进行比较,判定差值是否满足精度要求。
所述转动方向上浮球转动角度β所对应的测量阻力Fβ计算满足如下关系式
Figure BDA0000974418800000021
其中:Fβ—β角时所对应的阻力值,单位N;
β—浮球转动角度;
R—浮球半径,单位mm;
L—转杆中心点C到力传感器与浮球切点A的距离,单位mm;
h—为浮球浸入液体的垂直高度,单位mm;
ρ—为工作介质的密度,单位kg/m3
g—常数9.807N/kg。
旋转式磁力浮球液位计的检测系统,包括,撑杆机构、旋转机构、信号处理器、显示仪表和视频记录仪;所述撑杆机构和旋转机构通过夹座连接为一体,所述旋转机构通过筒体中心位置,撑杆机构偏心筒体中心位置;所述信号处理器接收处理传感器信号和视频记录仪读取的液位计指示数据,并与显示仪表连接,将处理结果通过显示仪表进行显示。
所述撑杆机构包括内方管、外方管、偏心扳手和弹簧压头;所述内方管的一端穿入中空的外方管,内方管的另一端形成有弯曲;所述外方管一侧端部形成有弯曲,弯曲的内部安装有弹簧压头;外方管另一侧端部的相向的两侧面形成有贯通孔,贯通孔两侧安装有吊耳,偏心扳手送入两个吊耳之间,通过横轴将偏心扳手与外方管结合为一体;所述偏心扳手与内方管之间通过防滑垫抵紧与内方管的接触面。
所述旋转机构包括,套管、减速器、轴承、轴承杆、转杆、压力传感器、角度传感器;所述套管的一端连接减速器,套管的内部两端设置有轴承,轴承杆穿过两端轴承分别与减速器的输出轴和转杆的一端连接,所述转杆的另一端滑动连接有压力传感器;在所述套管上安装有角度传感器,接收记录轴承杆的转动角度。
本发明的有益效果是:由于手动摇柄减速带动转杆匀速转动,使压力传感器实时、准确测出液位计转动方向上的阻力,方便判断使用性能,保证测量速度与精度;角度传感器测出浮球转角和读取液位计指示装置示值变化的图像,将测量到的数据传输给信息处理器进行处理,通过显示仪表显示检测数据,判定差值是否满足精度要求。该结构简单、安装调试方便,无需校验介质,检测液位计的速度快、精度高,校验及标定简捷可行。
附图说明
图1是是浮球受力分解示意图;
图2是浮球F浮判定曲线图;
图3是检测装置示意图;
图4是检测系统的原理框图;
图5是撑杆机构示意图;
图6是旋转机构示意图;
图7是检测装置在筒体内部的结构示意图;
图8是检测装置在筒体内部使用状态示意图。
图中:
1.撑杆机构 2.旋转机构 3.信号处理器
4.显示仪表 5.视频记录仪 6.夹座
7.浮球 8.筒体 9.浮球杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
如图1和图2所示,本发明旋转式磁力浮球液位计的检测方法,包括以下步骤:
A.安装有压力传感器的转杆推动液位计浮球匀速转动;
B.转杆的横轴与液位计的旋转中心同轴心,即浮球与转杆的相对位置固定,转杆的旋转角度与浮球的旋转角度相同,压力传感器的触头只对浮球有一个推动力,即推动力与浮球垂直;
C.转动过程中压力传感器实时测出液位计浮球转动方向上的阻力Fβ和角度传感器实时测出浮球的转动角度β;
液位计浮球测量阻力Fβ的与所受浮力F的关系式如下:
在检测过程中力传感器测量的转动方向的阻力为Fβ,如将浮球看成是质点,浮球质点阻力值F2可由公式(1)求得。
F2=cosθFβ (1)
其中θ角即为浮球杆9与转杆25的角度,可通过旋转中心点C到触头切点A的距离L和浮球半径R求得,计算过程见公式(2)。
Figure BDA0000974418800000041
所以可得
Figure BDA0000974418800000042
浮球7在介质的作用下产生旋转力矩,在均匀慢速的情况下,浮球所受浮力力矩与浮球组件的重力力矩达到力矩平衡。
浮球浮力可由排开液体的体积求得:
F=Vρg
Figure BDA0000974418800000043
Figure BDA0000974418800000044
公式中h为浮球浸入液体的垂直高度。
当h=2R时浮球受到最大的浮力
Figure BDA0000974418800000045
理论上要保证浮球始终能漂浮,就要满足实际所受浮力
F<F浮max (6)
根据力矩平衡原理浮球中心质点阻力F2与浮球所受浮力F可通过浮球转动角度β建立关系式;
Figure BDA0000974418800000051
Figure BDA0000974418800000052
由公式(6)(7)可得当转角在β时,测量阻力Fβ要满足以下要求:
Figure BDA0000974418800000053
即得:
Figure BDA0000974418800000054
其中:Fβ—β角时所对应的阻力值,单位:N;
β—浮球转动角度;
R—浮球半径,单位mm;
L—转杆中心点C到力传感器与浮球切点A距离,单位mm;
h—为浮球浸入液体的垂直高度,单位mm;
ρ—为工作介质的密度,单位kg/m3
g—常数9.807N/kg。
当满足公式(9)的条件下,浮球的转动阻力不会影响液位计的使用性能,转角与理论浮力最大值见图2。
由公式(9)知,因浮球的半径R、介质密度ρ、转杆25的旋转中心点C到触头与浮球切点A的距离L是固定值,F只与浮球杆9的转角即浮球的转动角度β有关。由于此类液位计的转角度β在小于20°和大于160°的情况下都算作液位监测盲区,在盲区里的测量阻力F1会远小于公式(9)的要求,我们检测时也对盲区的角度加以限定。因力的转换是把浮球看成一个质点,在实际检测过程中,实际测量值都小于判定曲线值,这主要是厂家在设计时充分考虑了此类液位计的使用环境和使用性质。在满足液位计测量和显示液位高度、以防止超装的前提下调整了液位计的配重,也就是很大程度上减小了浮球重力力矩。
D.构建转动角度与浮球阻力判定曲线图;只要在转角β时的阻力Fβ满足公式(9)要求,当实测阻力值Fβ未超过判定曲线(值)时,即可判定旋转式磁力浮球液位计的浮球转动阻力满足使用要求。
E.在判定满足使用要求后,可以通过多个点位的转动角度β与液位计指针指示值进行比较,判定液位计示值误差、回差、设定点误差、切换差,差值是否满足精度要求。
旋转式磁力浮球液位计的检测方法的工作原理是:利用检测机构中的力传感器推动液位计浮球均匀慢速转动,转动过程中记录浮球所受阻力Fβ和浮球转动角度β,通过公式构建转动角度β与浮球阻力判定曲线图。根据浮球力矩平衡原理及浮力理论阈值判断液位计的转动阻力是否满足使用要求,以此替代用介质校验的过程。而且检验标准中要求检测的液位计示值误差、回差、设定点误差、切换差,可以依据液位计自身结构的特点利用对准被检看标准的方法就能完成,采用浮球的转动角度和读取液位计指示装置示值变化的图像即可进行检测,这样的检测方法精度更为准确。
如图3和图4所示,本发明旋转式磁力浮球液位计的检测系统,包括,撑杆机构1、旋转机构2、信号处理器3、显示仪表4和视频记录仪5;所述撑杆机构1和旋转机构2通过夹座6连接为一体,所述旋转机构2通过筒体8中心位置,撑杆机构1偏心筒体8中心位置;所述信号处理器3接收处理传感器信号和视频记录仪5读取的液位计指示数据,并与显示仪表4电连接,将处理结果通过显示仪表4进行显示;其中,视频记录仪5的安装位置,要使得液位计指示盘和指针能够垂直、清晰记录。
如图5所示,所述撑杆机构1包括内方管11、外方管12、偏心扳手13和弹簧压头15;所述内方管11的一端穿入中空的外方管12;内方管11的另一端形成有弯曲;所述外方管12一侧端部形成有弯曲,弯曲的内部安装有弹簧压头15,内方管和外方管的一端制成弯曲状,因此可将该伸缩撑杆机构安装在偏离筒体的中心位置,方便其它需要安装在筒体中心部的部件安装;外方管12另一侧端部的相向的两侧面形成有贯通孔,贯通孔两侧安装有吊耳,偏心扳手13送入两个吊耳之间,通过横轴16将偏心扳手13与外方管12结合为一体;所述偏心扳手13与内方管11之间通过防滑垫14抵紧与内方管11的接触面,内外方管的紧固由于采用偏心扳手,使压紧力最大化,外方管的弹簧压头增大撑杆的顶压力,从而都增加使用中设备的稳定性。
如图6至图8所示,所述旋转机构2包括,套管21、减速器22、轴承23、轴承杆24、转杆25、压力传感器26、角度传感器27;所述套管21的一端连接减速器22,套管21的内部两端设置有轴承23,轴承杆24穿过两端轴承23分别与减速器22的输出轴和转杆25的一端连接,手摇减速器间接带动转杆转动,保证转杆的转速保持匀速,使压力传感器的检测减少因转速不稳带来的不确定度,测量精度大大提高;所述转杆25的另一端连接有压力传感器26,在匀速转动中压力传感器触头推动液位计浮球转动,测量液位计的旋转阻力;在所述套管21上安装有角度传感器27,记录液位计的转动角度,即轴承杆的转角。
本发明旋转式磁力浮球液位计的检测系统的工作原理是:当撑杆机构在筒体内的位置调整好后,下压弹簧压头,再扳动偏心扳手增大偏心轮距压紧防滑垫,进而限制内方管与外方管的相对线性位移。在安装后通过弹簧预紧力增大伸缩撑杆的顶压力,增加稳定性。测量时减速器手摇柄带动转杆转动,转杆上的压力传感器推动液位计浮球转动,完成浮球的往复行程一次,在转动过程中压力传感器能实时测出液位计转动方向上的阻力,角度传感器测出浮球转角和读取液位计指示装置示值变化的图像,将测量到的数据传输给信息处理器进行处理,通过显示仪表显示检测数据。

Claims (4)

1.一种旋转式磁力浮球液位计的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.安装有压力传感器的转杆推动液位计浮球匀速转动;
B.转杆的横轴与液位计的旋转中心同轴心;
C.转动过程中压力传感器实时测出液位计浮球转动方向上的阻力Fβ和角度传感器实时测出浮球的转动角度β;
D.构建转动角度β与浮球阻力判定曲线图;转动方向上浮球转动角度β所对应的测量阻力
Figure 716397DEST_PATH_IMAGE001
计算满足如下关系式
Figure 633537DEST_PATH_IMAGE002
其中:
Figure 413274DEST_PATH_IMAGE003
β角时所对应的阻力值,单位N;
β浮球转动角度;
R浮球半径,单位mm;
L转杆中心点C到力传感器与浮球切点A的距离,单位mm;
h为浮球浸入液体的垂直高度,单位mm;
ρ为工作介质的密度,单位kg/m³ ;
Figure 995434DEST_PATH_IMAGE004
常数 9.807 N/kg;
E.实测阻力值Fβ与判定曲线进行比较,判断液位计是否满足使用要求;
F. 转动角度β与液位计指针指示值进行比较,判定差值是否满足精度要求。
2.用于权利要求1所述的旋转式磁力浮球液位计的检测方法的检测系统,其特征在于,包括,撑杆机构(1)、旋转机构(2)、信号处理器(3)、显示仪表(4)和视频记录仪(5);所述撑杆机构(1)和旋转机构(2)通过夹座(6)连接为一体,所述旋转机构(2)通过筒体中心位置,撑杆机构(1)偏心筒体中心位置;所述信号处理器(3)接收处理传感器信号和视频记录仪(5)读取的液位计指示数据,并与显示仪表(4)连接,将处理结果通过显示仪表(4)进行显示。
3.根据权利要求2所述的检测系统,其特征在于,所述撑杆机构(1)包括内方管(11)、外方管(12)、偏心扳手(13)和弹簧压头(15);所述内方管(11)的一端穿入中空的外方管(12),内方管(11)的另一端形成有弯曲;所述外方管(12)一侧端部形成有弯曲,弯曲的内部安装有弹簧压头(15);外方管(12)另一侧端部的相向的两侧面形成有贯通孔,贯通孔两侧安装有吊耳,偏心扳手(13)送入两个吊耳之间,通过横轴(16)将偏心扳手(13)与外方管(12)结合为一体;所述偏心扳手(13)与内方管(11)之间通过防滑垫(14)抵紧与内方管(11)的接触面。
4.根据权利要求2所述的检测系统,其特征在于,所述旋转机构(2)包括,套管(21)、减速器(22)、轴承(23)、轴承杆(24)、转杆(25)、压力传感器(26)、角度传感器(27);所述套管(21)的一端连接减速器(22),套管(21)的内部两端设置有轴承(23),轴承杆(24)穿过两端轴承(23)分别与减速器(22)的输出轴和转杆(25)的一端连接,所述转杆(25)的另一端滑动连接有压力传感器(26);在所述套管(21)上安装有角度传感器(27),接收记录轴承杆的转动角度。
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Address after: No. 32 Space Road, Nankai District, Tianjin City, 300192

Applicant after: Tianjin Institute of Special Equipment Supervision and Inspection Technology (Tianjin Special Equipment Accident Emergency Investigation and Treatment Center)

Address before: No. 32 Space Road, Nankai District, Tianjin City, 300192

Applicant before: Tianjin Inst of Special Appliances Supervision and Check Tech

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Huang Xiaoyu

Inventor after: Zhao Qiuhong

Inventor after: Wang Heng

Inventor after: Zhao Cong

Inventor after: Gao Peng

Inventor after: Jiang Bin

Inventor after: Niu Weifei

Inventor after: Wang Zejun

Inventor after: Yang Yang

Inventor before: Zhao Qiuhong

Inventor before: Huang Xiaoyu

Inventor before: Wang Heng

Inventor before: Zhao Cong

Inventor before: Gao Peng

Inventor before: Jiang Bin

Inventor before: Niu Weifei

Inventor before: Wang Zejun

CB03 Change of inventor or designer information