物位是過程檢測的主要參數(shù)之一。物位測量的特點是對象種類繁多，工況各不相同。加之被測介質(zhì)的物理性質(zhì)各異，所以物位儀表品種繁多，還在不斷發(fā)展新的檢測原理，每一種儀表只能適用有限的應(yīng)用范圍。物位檢測作為現(xiàn)場測量的重要參數(shù)，在工業(yè)自動化領(lǐng)域有著重要的作用，物位儀表在檢測中分為開關(guān)型和連續(xù)測量型，開關(guān)型測量原理眾多，主要有音叉開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位計、壓力、浮子、阻旋等，在使用中各種測量原理均有所限制，但在眾多的測量原理中，阻旋料位計可應(yīng)用于幾乎所有潮濕的、粘性的或油性的散裝物料的滿倉、空倉和需求指標(biāo)的測量中，并且在最惡劣的條件下也能正常使用。在各行各業(yè)的物料輸送與控制過程中扮演各種重要的角色。經(jīng)濟，應(yīng)用范圍廣，維護費用比較低、防腐防塵、耐高溫，無需調(diào)試即可投人運行，結(jié)構(gòu)簡單，檢測準(zhǔn)確，控制可靠。但由于安裝現(xiàn)場工況復(fù)雜，特別是用戶的安裝孔是小口徑法蘭或者長立管，開關(guān)的葉片無法進入被測物料倉體，因此本研究旨在設(shè)計一種適用于小口徑安裝的彈性可收縮葉片，滿足現(xiàn)場裝配。

 

1設(shè)計原理

1.1行業(yè)現(xiàn)狀

        阻旋開關(guān)是利用微型馬達做驅(qū)動裝置，傳動軸與離合器相連接，當(dāng)阻旋開關(guān)未接觸物料時，馬達正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)阻旋開關(guān)的葉片接觸物料時，馬達停止轉(zhuǎn)動，檢測裝置輸出一接電信號，同時切斷電源停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)物料下降時阻旋開關(guān)的葉片所受阻力消失，檢測裝置依靠扭力彈簧恢復(fù)到原始狀態(tài)。

        現(xiàn)今市場上的阻旋料位計傳感器葉片形式總體概況包括四種，適用測量密度不同的物料。如圖1所示。

        此類傳感器的安裝，要求用戶現(xiàn)場的安裝孔徑大于葉片的直徑。但當(dāng)安裝孔徑過小或者長立管，標(biāo)準(zhǔn)葉片已經(jīng)無法滿足裝配要求，就可能無法進物料倉;葉片尺寸設(shè)計過小也會影響測量精度。

 

1.2扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計參數(shù)

        扭轉(zhuǎn)彈簧屬于螺旋彈簧。扭轉(zhuǎn)彈簧可以存儲和釋放角能量或者通過繞簧體中軸旋轉(zhuǎn)力臂以靜態(tài)固定某一裝置。扭轉(zhuǎn)彈簧的端部被固定到其他組件，當(dāng)其他組件繞著彈簧中心旋轉(zhuǎn)時，該彈簧將它們拉回初始位置，產(chǎn)生扭矩或旋轉(zhuǎn)力。如圖2所示。

        扭轉(zhuǎn)彈簧的材料選擇要求高的彈性極限疲勞極限，一定的沖擊韌性，塑形和良好的熱處理性能。一般可選擇優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼，有色金屬合金。

        充分考慮載荷條件和功能經(jīng)濟性一般選用碳素彈簧鋼。

        扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計參數(shù)，如圖3所示:

        其中:E為材料的彈性模量，D為平均螺旋直徑(中經(jīng))，n為圈數(shù)，deg為扭轉(zhuǎn)角，d為材料線徑，X1和X2為長度。

        

在材料的彈性極限內(nèi)，扭轉(zhuǎn)彈簧的載荷(扭矩)與變形(轉(zhuǎn)角)特性曲線是才成線性變化的。所以已知最大的工作載荷F和相應(yīng)的變形入，選擇彈簧材料并通過設(shè)計運算可以確定上述的所有參數(shù)，加工彈簧。

 

        設(shè)計D1需要注意扭簧壓縮到極限角度時與心軸的間隙，不可抱死扭轉(zhuǎn)心軸。

        扭矩公式。

2.3設(shè)計原理

        如圖4所示彈性可收縮葉片結(jié)構(gòu):

1)傳感器連接基座。

2)扭轉(zhuǎn)軸。

3)葉片。

4)扭轉(zhuǎn)彈簧。

由于本例選取的對稱葉片，所以扭轉(zhuǎn)彈簧設(shè)定X1=X2。

 

        彈簧末端需連接葉片，所以扭轉(zhuǎn)彈簧末端形式改變。

        彈簧扭轉(zhuǎn)角需要根據(jù)葉片收縮角度確定。

        依據(jù)扭轉(zhuǎn)彈簧的原理設(shè)計彈性可收縮葉片:

        當(dāng)進入被測物料創(chuàng)本時，彈簧受力(人為外力)，葉片收縮，進入被測物料倉內(nèi)(如圖5所示)。

進入被測物料倉后，彈簧彈力釋放，將葉片拉回初始位置，葉片正常工作(如圖6所示)。

 

如圖7所示，收縮至葉片重疊時，直徑C最小。

        1)為用戶現(xiàn)場安裝法蘭口徑大于葉片直徑，可使用普通標(biāo)準(zhǔn)葉片直接安裝進物料創(chuàng)本。

        2)為用戶現(xiàn)場安裝法蘭口徑小于葉片直徑，可采用本設(shè)計中的彈性可收縮葉片進入安裝倉內(nèi)，如圖所示，進入物料倉之后彈力釋放，葉片恢復(fù)初始位置正常工作。

 

4、結(jié)語

        物位儀表的現(xiàn)場工況復(fù)雜，料位計傳統(tǒng)的傳感器葉片已經(jīng)無法滿足特殊要求，因此需要安裝方便操作簡單，同時不影響傳感器正常工作的新型葉片。通過應(yīng)用的實際效果，可收縮彈性葉片滿足安裝要求，并且扭轉(zhuǎn)彈簧價格低廉，加工方便。并且只需將傳統(tǒng)傳感器和葉片稍作改型即可，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，降低企業(yè)成本。