浮筒液位计的结构及工作原理

浮筒液位计是根据阿基米德定律和霍尔原理或磁耦合原理设计而成的液位测量仪表，可用来测量液位、密度和界位，输出液位和限位报警信号。专用于测量容器内液位，广泛用于石油、化工、煤炭、冶金、生物和制药行业的自动检测，是过程工业不可缺少的技术工具之一。目前国产浮筒液位计主要应用在低压领域，其中纯国产的占有一部分，另有一部分以中外合资的形式生产。对工业应用的其中2种型号浮筒液位计进行结构和原理分析。

1、浮筒液位计的结构

JK系列浮筒液位计由浮子、浮子腔、弹簧、变送器等构件组成，为采用弹簧支持浮子结构的浮筒液位计。浮子腔通过连接管与被测容器形成平衡容器，使被测容器中的水导入浮子腔进行水位测量；浮子通过弹簧支持在浮子腔内并浸没在浮子腔内的液体中，变送器内的磁芯通过撑杠与浮子连接。顶部布置的变送器内还有线性可变差动变换器LVDT、电路板、仪表盘等电器元件。

JK系统浮筒液位计由浮子、浮子腔、扭力管、变送器等构件组成，其结构见图1，为采用浮子和扭力管结构的浮筒液位计。浮子腔通过连接管与被测容器连接形成平衡容器，使被测容器中的水导入浮子腔进行水位测量；浮子垂直悬挂在扭力臂上并浸没在浮子腔内的液体中，扭力臂与扭力管机构刚性连接。侧位布置的变送器内有霍尔效应传感器、磁铁、电路板、仪表盘等电器元件。

2、浮筒液位计的工作原理

浮筒液位计基于阿基米德定律和电磁感应原理设计，浮子是根据介质密度和耐压、耐温等特定条件而制作的。在介质的密度、温度、压力发生变化时，测量精度降低。

采用弹簧支持浮子结构的浮筒液位计，当浮子处于干燥状态时，浮子接触浮子腔下部。当液位发生变化时，浮子所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化即弹簧的伸缩，以达到新的平衡。弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移。这样，通过指示器内磁感应元件和传动装置使其指示出液位。液位变化引起浮力的变化作用到量程弹簧支持的浮子上，从而使得位于顶部的线性可变差动变换器（LVDT）内的检测磁芯做垂直运动。当检测磁芯的位置随着液位变化而变化时，LVDT的次级线圈内产生了感应电压，产生的电压与液位成线性关系。这些信号经电路处理并转为4~20mA的电流信号输出。

另一种采用浮子和扭力管结构的浮筒液位计，当浮子处于干燥状态时，扭力管的弹力与浮子的自身重力相平衡，浮子处于悬空状态。当液位上升时引起浮力变大，扭力管的弹力相应减小，扭力管形成角度变化，芯轴与扭力管同步旋转，将浮力的变化即液位变化转换成扭力管芯轴的角位移输出。转角输出到表头里的摇架组件上，带动固定在摇架上的磁钢组件发生位移变化，改变了霍尔效应传感器检测到的磁场，霍尔传感器作相应电压输出，产生的电压与液位成比例关系。通过电子线路部分转换成4~20mA的电流信号输出。
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