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變浮力式液位檢測(cè)儀表
當(dāng)物體被液體浸沒(méi)的體積不同時(shí)，所受的浮力也不同，因此，可以根據(jù)物體所受浮力的大小來(lái)測(cè)得物體被浸沒(méi)的高位（液位），故稱為變浮力式液位計(jì)。浮筒式液位計(jì)正是根據(jù)這一原理制成的液位計(jì)檢測(cè)儀表，它主要由變送器和顯示儀表兩部分組成。液位計(jì)因不用軸、軸套、填料等進(jìn)行密封，故他能測(cè)量較高壓力的液體介質(zhì)的液位，最高可達(dá)32MPa。檢測(cè)元件浮筒的長(zhǎng)度決定了儀表的量程，一般為300~2000mm。
浮筒式液位計(jì)由液位傳感器和轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
液位傳感器的檢測(cè)元件，是一沉浸與液體之中的浮筒，一般使用不銹鋼制成的空心長(zhǎng)圓柱體，被垂直地懸掛在被測(cè)介質(zhì)之中，測(cè)量過(guò)程中位移極小，不漂移在液體表面上，故也稱為沉筒。浮筒在液體中的浮力是用扭力管的扭力來(lái)平衡的。
如圖3-11所示，檢測(cè)元件浮筒1垂直地懸掛在杠桿2的一端，杠桿2的另一端與扭力管3、芯軸4的一端垂直固接在一起。扭力管的另一端通過(guò)法蘭固定在儀表外殼5上。芯軸4的另一端呈自由狀態(tài)作為傳感器的輸出，它的輸出信號(hào)時(shí)機(jī)械角位移θ。

當(dāng)液位為零時(shí)，即浮筒浸入液體中的深度為零，浮筒的全部重量W作用在杠桿上，此時(shí)扭力管上扭力矩最大，同時(shí)產(chǎn)生的扭角最大，一般為7°左右，即
作用在杠桿的力 F0=W
扭力矩 M0=F0l
扭角
式中
M0--作用在扭力管上的扭力矩；
d1、d2--分別為扭力管的內(nèi)徑和外徑；
l--浮筒中心到扭力管中心的距離；
F0--杠桿左端受到的力；
k--扭力管的橫向彈性系數(shù)；
L--扭力管的長(zhǎng)度。
當(dāng)液面上升，高于浮筒的下端，上升液位為H時(shí)，作用在杠桿上的力，變?yōu)楦⊥驳闹亓縒與浮筒所受浮力之間的差值。隨著液位的逐漸升高，扭力矩逐漸減小，扭力管輸出的扭角也相應(yīng)減小，當(dāng)在最高液位時(shí)，扭角最小，一般為2°，即
作用在杠桿的力 F1=W-A(H-X)ρg
由于X是正比于H，所以其中X=kH,故上式可改寫為
F1=W-AH(1-k)ρg
扭力矩：M1=F1l

由此可知，Δθ與液位H成比例關(guān)系，式中負(fù)號(hào)說(shuō)明，液位變化越高，則扭角越小。
浮筒式液位計(jì)的轉(zhuǎn)換器按其傳輸信號(hào)的不同，可分為兩類：即氣動(dòng)式和電動(dòng)式。
1.電動(dòng)浮筒式液位計(jì)的轉(zhuǎn)換器
圖3-12b是霍爾變換裝置的示意圖。在扭力管的芯軸上固定一個(gè)推板3，當(dāng)芯軸轉(zhuǎn)角變化Δθ時(shí)，芯軸便帶動(dòng)推板3推動(dòng)推桿4，并使支撐件5轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)與液位計(jì)H相對(duì)應(yīng)的角度，使霍爾片沿著固定弧線移動(dòng)。由于芯軸在液位變化的全量程范圍內(nèi)輸出的角位移量很小，因此可把霍爾片在磁場(chǎng)中的移動(dòng)視為一直線位移Δx，即
Δx=k2Δθ
式中 K2--轉(zhuǎn)換系數(shù)。

由于霍爾片所處的磁場(chǎng)是一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與位移x成比例的線性磁場(chǎng)，其原理如圖3-12c所示，因此霍爾片的輸出電勢(shì)VH與其位移Δx成線性關(guān)系。即
VH=K3Δx
式中 K3--轉(zhuǎn)換系數(shù)
在儀表量程范圍內(nèi)，位移Δx約為1.5mm，輸出電勢(shì)VH約為10mV DC.
毫伏-毫安轉(zhuǎn)換器將霍爾輸出電勢(shì)VH轉(zhuǎn)換成4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，以便于其他控制儀表、顯示儀表等配套使用。其轉(zhuǎn)換原理如圖3-13所示，圖中放大器包括調(diào)制、交流放大、整流和功率放大等部分。霍爾變送器的輸出電勢(shì)與反饋電壓UB比較后，將其差值調(diào)制成交流信號(hào)，并經(jīng)交流放大、整流和功率放大后，輸出一標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA直流電流信號(hào)。

由圖3-13可知，放大器的輸出和輸入的關(guān)系為：
I0(RH+R1)=K4(VH-UB)
I0=K4(VH-UB)/(RH+R1)
式中 K4--轉(zhuǎn)換器的并環(huán)放大倍數(shù)。
其中的反饋電壓
UB=I0R1(RW1+RW2)/(R2+RW1+RW2)=K5R0
式中 K5--反饋系數(shù)，(RW1+RW2)/(R2+RW1+RW2)=K5
電路圖中的電位器RW1\RW2可用來(lái)修正介質(zhì)的密度，改變儀表的量程和調(diào)節(jié)儀表的滿度值。
2.氣動(dòng)浮筒式液位計(jì)的轉(zhuǎn)換器
氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器與電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別在于，扭力管芯軸轉(zhuǎn)角Δθ的運(yùn)動(dòng)傳給擋板以控制噴嘴，并輸出氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如圖3-14所示。

氣動(dòng)儀表是自動(dòng)化儀表中的一個(gè)重要類型，特別適用于防爆要求嚴(yán)格的煉油化工等工業(yè)部門。能源是壓力穩(wěn)定干凈的壓縮空氣，其傳輸信號(hào)為20~100kPa.氣動(dòng)儀表的核心部分為噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)放大器，杠桿機(jī)構(gòu)。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)將檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出的微位移δ轉(zhuǎn)換成噴嘴背壓PB變化，經(jīng)氣動(dòng)放大器將較小的PB變化放大為20~100kPa的p0輸出，同時(shí)，p0通過(guò)負(fù)反饋波紋管作用到杠桿機(jī)構(gòu)上，與檢測(cè)信號(hào)在杠桿上達(dá)到力矩平衡，使儀表的輸出p0與輸入的被測(cè)變量一一對(duì)應(yīng)。
3.智能浮筒式液位計(jì)
智能浮筒式液位（界面）變送器是電動(dòng)浮筒液位計(jì)變送器的更新?lián)Q代產(chǎn)品，如圖3-15，塔是可通信的，以處理器為基礎(chǔ)的液位、界面或密度檢測(cè)儀表。除提供4~20mA的電流信號(hào)外，還疊加了符合通信協(xié)議的數(shù)字信號(hào)?？梢院芊奖愕厥褂檬植倨?，獲得來(lái)自過(guò)程、儀表或傳感的信息，可查詢、組態(tài)、標(biāo)定或測(cè)試。利用通信協(xié)議，來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的信息可下載到控制系統(tǒng)中，按單個(gè)回路的信息接受。