一种压力式液位仪的设计

　　1 引言

　　在控制领域中, 经常遇到液位检测问题, 液位检测方法也多种多样, 并设计出了各种类型的液位检测传感器或液位仪, 其检测原理可分为浮子式、电容式、超声波式、超声波- 电容式、吹气式、差压式等。它们的结构、量程和精度适用于各自不同的场合,且各有其优缺点。为兼顾成本的高低、结构的繁简、精度、测量范围、液面波动影响、温度影响等因素, 提出一种压力式液位检测方案, 此方案具有液位测量范围宽, 线性度好, 而且专门设计了有消除液面波动功能的液位缓冲腔, 可缓冲液面波动、减小误差。该液位仪由液位检测机械装置和检测电路两部分组成。

　　2 液位检测原理

　　2.1 26PC 型压力传感器

　　该液位仪使用了26PC 型压力传感器, 传感器内部原理图如图1 所示, 其原理是传感器输出的电压跟它所受的压力成正比。对其性能进行标定的实验数据如图2, 输出电压跟压力成线性相关, 相系数R=1。

　　2.2 液位检测装置图

　　液位仪的检测原理如图3 所示的装置:1 为液箱; 2 为待测液体; 3 为液位缓冲腔, 是内径为3cm、高为1.5cm 塑料圆筒或金属圆筒, 内装大约70%体积的待测液体, 上部空气约为4mm; 4 为 U 形细管, 内径为3mm, 连通1 和3; 5 为26PC 型压力传感器; 6 为细管, 内径为3mm, 长为2cm, 连通5 和3; 7 为5的电路连接端, 接检测电路; 液箱内装液体前, 3 内液体的上表面与1 的底部相平; 细管与各部分连接处都进行良好密封。由此可知, 压力传感器5 所感受的压力为1 与3 内的液位差H 所引起的压力。

　　2.3 液位缓冲腔的作用

　　该液位仪设计的液位缓冲腔有三个作用:

　　(1)可以减小液面波动带来的液位误差。当液箱移动颠簸时, 箱内液面就会有较大的波动, 液位缓冲腔通过U 型细管与液箱连通, 液位缓冲腔的面积约是U 型管面积的100 倍, U 型管内液体流动缓慢, 腔内液体不会波动, 从而缓冲腔内液面波动, 腔内液面上方空气压强变化很小, 因而误差很小, 读数相对稳定。

　　(2)减小液位变化引起的误差。由于液箱内液位的变化就会引起液位缓冲腔内液位的微小变化, 腔内液面不再与液箱的底部相平, 即测量值 H 与液箱内实际的液位值存在一定的偏差。

　　而本研究所设置的液位缓冲腔就是要尽量减小这种误差, 液位发生变化时, 缓冲腔内空气的压强发生变化, 假设温度不变, 因而体积发生相应变化, 体积的变化量为ΔV, 假设待测液体为水,当水位上升1 米时, 其内空气约缩小原来的1/10, 由于液位缓冲腔面积是连接小管面积的100 倍, 所以连接压力传感器的小管的气体可以忽略不计, 缓冲腔内原有空气体积为V=sh, h=4mm,