CN113959524B - 一种测量范围宽可调的液位变送器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种测量范围宽可调的液位变送器。涉及液位计量技术领域。有活塞A与壳体通过密封圈间隙配合连接，活塞A上部设有活塞B，活塞B与壳体通过密封圈间隙配合连接，活塞B上方设有压力腔，壳体上开有螺纹孔与压力腔连通，该螺纹孔内螺纹密封连接液位探头；法兰的内孔上方开有旁通孔，旁通孔内设有浮动活塞。本发明具有如下有益效果：通过设置两个截面积不同的活塞，在液位低的范围将压力信号值放大数倍，提高了低液位范围的液位信号的准确性，扩大了液位测量范围，同时将液位探头和所测量的液体间隔开来且具有阻尼作用，防止液体的杂质、腐蚀性对液位探头造成堆积、腐蚀和冲击波动，提高液位探头的准确性和使用寿命。

Description

一种测量范围宽可调的液位变送器
技术领域：
本发明涉及液位计量技术领域，具体地说是一种测量范围宽可调的液位变送器。
背景技术：
液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油的液位进行测量和传送，在液位低的时候液位变送器测量的压力数值很小，以水为例，在液位1m的时候，液体压力为0.01MPa，在液位变送器的量程很大时，该范围以下的液体压力的测量精度很难保证，特别是所测量的液体含有杂质，或者液体存在波动(如搅拌桶)时更难保证测量精度，而低液位的测量在某些是需要很准确的高度信号，如低平水箱等。
发明内容：
为了解决上述问题，本发明提供一种测量范围宽可调的液位变送器。
本发明的技术方案是：一种测量范围宽可调的液位变送器，包括壳体，壳体下部设有法兰，法兰内孔上方设有活塞A与壳体通过密封圈间隙配合连接，活塞A上部设有活塞B，活塞B与壳体通过密封圈间隙配合连接，活塞B上方设有压力腔，壳体上开有螺纹孔与压力腔连通，该螺纹孔内螺纹密封连接液位探头；
法兰的内孔上方开有旁通孔，旁通孔内设有浮动活塞，浮动活塞通过密封圈与旁通孔间隙配合连接，壳体上开有横向贯通的串联孔，串联孔连通压力腔和旁通孔，串联孔两侧出口螺纹密封连接两个塞堵，串联孔上侧，旁通孔内设有变压活塞，变压活塞通过两道密封圈与旁通孔间隙配合连接，变压活塞上部设有推杆，推杆向上伸出穿过电磁线圈，推杆上端连接有螺母，螺母和电磁线圈之间设有弹簧，电磁线圈固定安装在壳体上；
壳体上安装有控制箱，控制箱内安装有PLC、电池、输入端子和输出端子，PLC有导线分别连接输入端子、输出端子和电池，液位探头和电磁线圈均有图中未视出的导线连接在控制箱的输入端子上。
活塞A的截面积是活塞B的n倍，n大于1。
活塞A下端设有定位环II螺纹连接在活塞A所在的内腔，活塞A上部的腔体上开有通气孔与壳体外部连通，旁通孔下部设有定位环I，定位环I螺纹连接旁通孔。
法兰内孔螺纹连接安装环，安装环内孔固定连接相互重叠的阻波片。
压力腔及所连通的串联孔、旁通孔内填充有液压油。
控制箱内安装有RTU，RTU有导线连接PLC。
本发明具有如下有益效果：通过设置两个截面积不同的活塞，在液位低的范围将压力信号值放大数倍，提高了低液位范围的液位信号的准确性，扩大了液位测量范围，同时将液位探头和所测量的液体间隔开来且具有阻尼作用，防止液体的杂质、腐蚀性对液位探头造成堆积、腐蚀和冲击波动，提高液位探头的准确性和使用寿命。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明中控制箱的结构示意图；
附图3是本发明的转换量程原理图。
图中1-壳体，2-活塞A，3-活塞B，4-压力腔，5-液位探头，6-浮动活塞，7-旁通孔，8-串联孔，9-变压活塞，10-电磁线圈，11-弹簧，12-推杆，13-法兰，14-安装环，15-定位环I，16-阻波片，17-定位环II，18-通气孔，19-塞堵，20-控制箱，21-PLC，22-电池，23-RTU，24-输出端子，25-输入端子。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1结合2～3所示，一种测量范围宽可调的液位变送器，包括壳体1，壳体1下部设有法兰13，法兰13内孔上方设有活塞A2与壳体1通过密封圈间隙配合连接，活塞A2上部设有活塞B3，活塞B3与壳体1通过密封圈间隙配合连接，活塞B3上方设有压力腔4，壳体1上开有螺纹孔与压力腔4连通，该螺纹孔内螺纹密封连接液位探头5；
法兰13的内孔上方开有旁通孔7，旁通孔7内设有浮动活塞6，浮动活塞6通过密封圈与旁通孔7间隙配合连接，壳体1上开有横向贯通的串联孔8，串联孔8连通压力腔4和旁通孔7，串联孔8两侧出口螺纹密封连接两个塞堵19，串联孔8上侧，旁通孔7内设有变压活塞9，变压活塞9通过两道密封圈与旁通孔7间隙配合连接，变压活塞9上部设有推杆12，推杆12向上伸出穿过电磁线圈10，推杆12上端连接有螺母，螺母和电磁线圈10之间设有弹簧11，电磁线圈10固定安装在壳体1上；
壳体1上安装有控制箱20，控制箱20内安装有PLC21、电池22、输入端子25和输出端子24，PLC21有导线分别连接输入端子25、输出端子24和电池22，液位探头5和电磁线圈10均有图中未视出的导线连接在控制箱20的输入端子25上。
活塞A2的截面积是活塞B3的n倍，n大于1。
PLC21编程设定条件如下：
已知：在液体条件下，液位探头5以上的液体高度H∷压力P∷电流A；
设定：
Figure BDA0003316075740000031
H0＝0；
P0＝0
则：
Figure BDA0003316075740000034
液位探头5输出电流数值：
A1∷P1＝20mA
A0∷P0＝4mA
则电流区间Aq＝16mA；
Figure BDA0003316075740000032
Figure BDA0003316075740000033
已知：S1＝n·S2；
则Pt·S2＝F＝P2·S1；
Pt＝P2·S1/S1＝P2·n·S2/S2＝P2·n＝P1
则At＝20mA
式中：S1活塞A2的截面积，S2活塞B3的截面积，H1为整体量程高度，H2为转换量程高度，H0为液位量程零点，P1为H1高度的液体压力，P2为H2高度的液体压力，P0为H0的液体压力，Pt为量程转换后探头5受到的液体压力，Aq为整体量程的液位探头5输出电流区间，An为转换量程的液位探头5输出电流区间，At为量程转换后液位探头5输出电流数值；
PLC21的编程步骤如下：
当液位探头5输入的电流信号大于A2时，PLC21将液位探5头的电流信号输出到输出端子24，当液位探头5输入的电流信号降低到A2时，PLC21给电磁线圈10供电，直至电流信号到A0，此时液压探头5输入的电流区间为At～A0，PLC21将该液位信号区间At～A0转压缩换成A2～A0继续输出，整体输出的电流信号仍为4-20mA。
活塞A2下端设有定位环II17螺纹连接在活塞A2所在的内腔，活塞A2上部的腔体上开有通气孔18与壳体1外部连通，旁通孔7下部设有定位环I15，定位环I15螺纹连接旁通孔7。
法兰13内孔螺纹连接安装环14，安装环14内孔固定连接相互重叠的阻波片16，阻波片16可对外部进入的液体波起到阻尼的作用，防止外部的液体波动影响压力腔4内的液体压力波动，影响位液位探头5的准确性。
压力腔4及所连通的串联孔8、旁通孔7内填充有液压油，活塞A2、活塞B3和浮动活塞6将压力腔4与所测量的液体间隔开来，能够传递液体压力但外部液体不能进入压力腔4，防止外部液体的杂质、腐蚀性对液位探头5造成堆积、腐蚀，提高液位探头5的准确性和使用寿命。
控制箱20内安装有RTU23，RTU23有导线连接PLC21，PLC21可通过RTU23将输出信号传递给用户。
在整体量程范围时，电磁线圈10不通电，推杆12在弹簧11的作用下停留在上方，变压活塞9位于串联孔8上方，旁通孔7与压力腔4的连通的，由于浮动活塞6两侧截面积相等，浮动活塞6两侧的压力相等，液位探头5受到的液体压力为浮动活塞6传递来的正常液位高度的液体压力，PLC21将此时液位探头5输入的电流信号正常输出，当PLC21接受到A2数值时，给电磁线圈10电源接通，电磁线圈10的电磁吸力将推杆12推进，变压活塞9下移，变压活塞9的两道密封圈将串联孔8覆盖，将浮动活塞6的与压力腔4的连通通道关闭实现量程转换，此后液体压力作用在活塞A2上，作用力F传递到活塞B3，活塞B3的压力传递到压力腔4传递到液位探头5，此时，液位探头5感知的压力区间为Pt～P0，转换量程后，液压探头5输出的电流区间为At～A0，也就是4-20mA，也就是在转换量程内，电流信号被放大n倍，PLC21将该液位信号区间At～A0转压缩换成A2～A0继续输出，在整体输出的电流信号仍为4-20mA。
例如，一个量程为8m的液位变送器，即H1＝8m，设定n＝8，H2＝1m，则需要S1＝8S1，计算得知A2＝6mA，则PLC21在接收电流信号20～6mA的阶段正常输出电流信号，在PLC21在接收电流信号6时范围给电磁线圈10供电，接收转换压力后的电流信号20～4mA后转压缩换成6～4mA继续输出，在整体输出的电流信号仍为4-20mA。
通过设置两个截面积不同的活塞，在液位低的范围将压力信号值放大数倍，提高了低液位范围的液位信号的准确性，扩大了液位测量范围，同时将液位探头和所测量的液体间隔开来且具有阻尼作用，防止液体的杂质、腐蚀性对液位探头造成堆积、腐蚀和冲击波动，提高液位探头的准确性和使用寿命。

Claims (6)

1.一种测量范围宽可调的液位变送器，包括壳体(1)，其特征在于：壳体(1)下部设有法兰(13)，法兰(13)内孔上方设有活塞A(2)与壳体(1)通过密封圈间隙配合连接，活塞A(2)上部设有活塞B(3)，活塞B(3)与壳体(1)通过密封圈间隙配合连接，活塞B(3)上方设有压力腔(4)，壳体(1)上开有螺纹孔与压力腔(4)连通，该螺纹孔密封连接有液位探头(5)；
法兰(13)的内孔上方开有旁通孔(7)，旁通孔(7)内设有浮动活塞(6)，浮动活塞(6)通过密封圈与旁通孔(7)间隙配合连接，壳体(1)上开有横向贯通的串联孔(8)，串联孔(8)连通压力腔(4)和旁通孔(7)，串联孔(8)两侧出口螺纹密封连接两个塞堵(19)，串联孔(8)上侧，旁通孔(7)内设有变压活塞(9)，变压活塞(9)通过两道密封圈与旁通孔(7)间隙配合连接，变压活塞(9)上部设有推杆(12)，推杆(12)向上伸出穿过电磁线圈(10)，推杆(12)上端连接有螺母，螺母和电磁线圈(10)之间设有弹簧(11)，电磁线圈(10)固定安装在壳体(1)上；
壳体(1)上安装有控制箱(20)，控制箱(20)内安装有PLC(21)、电池(22)、输入端子(25)和输出端子(24)，PLC(21)有导线分别连接输入端子(25)、输出端子(24)和电池(22)，液位探头(5)和电磁线圈(10)均有导线连接在控制箱(20)的输入端子(25)上。
2.根据权利要求1所述的一种测量范围宽可调的液位变送器，其特征在于：活塞A(2)的截面积是活塞B(3)的n倍，n大于1。
3.根据权利要求1所述的一种测量范围宽可调的液位变送器，其特征在于：活塞A(2)下端设有定位环II(17)螺纹连接在活塞A(2)所在的内腔，活塞A(2)上部的腔体上开有通气孔(18)与壳体(1)外部连通，旁通孔(7)下部设有定位环I(15)，定位环I(15)螺纹连接旁通孔(7)。
4.根据权利要求1所述的一种测量范围宽可调的液位变送器，其特征在于：法兰(13)内孔螺纹连接安装环(14)，安装环(14)内孔固定连接相互重叠的阻波片(16)。
5.根据权利要求1所述的一种测量范围宽可调的液位变送器，其特征在于：压力腔(4)及所连通的串联孔(8)、旁通孔(7)内填充有液压油。
6.根据权利要求1所述的一种测量范围宽可调的液位变送器，其特征在于：控制箱(20)内安装有RTU(23)，RTU(23)有导线连接PLC(21)。
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