制冷劑用磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)與研制

摘要:在低溫系統(tǒng)中，致冷劑儲(chǔ)存在容器內(nèi)。由于周?chē)�的熱泄漏，液體發(fā)生汽化，液位降低。因此，需要連續(xù)或周期性地測(cè)量電平。低溫系統(tǒng)液位計(jì)有不同的液位計(jì)類(lèi)型。如果容器的液位已知，就可以確定液體的量。電容式液位計(jì)具有靈敏度高、成本低、功耗小、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，較適合于制冷劑液位的測(cè)量。本文對(duì)LN2貯罐平行平板式磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)和研制進(jìn)行了嘗試。

1.我的介紹。
    液位的測(cè)定是低溫應(yīng)用的基礎(chǔ)。制冷劑儲(chǔ)存在杜瓦或儲(chǔ)存容器中，由于周?chē)�的熱泄漏，液體發(fā)生汽化，液體的液位降低。因此需要連續(xù)或周期性地測(cè)量電平。電容式液位計(jì)具有靈敏度高、成本低、功耗小、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，較適合于制冷劑液位的測(cè)量。本文對(duì)平行式磁翻板液位計(jì)和同心式磁翻板液位計(jì)進(jìn)行了比較。液體和液體蒸氣之間介電常數(shù)的差異是該儀器工作的基礎(chǔ)。電容式液位計(jì)的精度和精度取決于電容器的材料、兩塊板之間的間隙或兩個(gè)氣缸之間的距離、傳感器和測(cè)量電子元件。部分充滿液體的容器可以看作是并聯(lián)或同心的兩個(gè)獨(dú)立電容器。如果導(dǎo)體之間不是完全平行的，那么電容的線性就會(huì)喪失。

2.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
介紹了平行平板電容式液體的設(shè)計(jì)過(guò)程
液位測(cè)量?jī)x包括:
•板材材料的選擇
•大小的盤(pán)子
•板材間隙的選擇

•液氮介電常數(shù)的選擇

A.氣缸材質(zhì):
圓筒材料選用銅作為同心磁翻板液位計(jì)的銅，因?yàn)殂~具有磁翻板液位計(jì)所要求的良好導(dǎo)電性和良好的耐腐蝕性。鋁可以作為板材選材，但其耐電性能和耐腐蝕性能在低溫下不如銅。鋁是重量較輕的材料，所以它不能穩(wěn)定，因?yàn)樗�自己的重量�?br /> B.氣缸尺寸:

圓柱的高度與內(nèi)容器的高度相同。內(nèi)容器尺寸為400mm，氣缸高度為380 mm。這里我們使用四個(gè)氣缸來(lái)保持間隙(2,5,8毫米)。
C.氣缸間隙:
氣缸間隙是同心氣缸式磁翻板液位計(jì)的重要參數(shù)。隨著氣缸間隙的減小，凈電容增大，準(zhǔn)確度提高。一般取(2,5,8 mm)。
D.介電常數(shù)[6]。
任何液體的介電常數(shù)在低溫液位測(cè)量中都起著重要的作用。液體的介電常數(shù)是不同的，介電常數(shù)取決于液體的用途。LN2的介電常數(shù)取1.454,GN2的介電常數(shù)取77k時(shí)為1.00054。將流量計(jì)置于充滿液氮的槽中進(jìn)行電容測(cè)量，即可求出介質(zhì)常數(shù)，根據(jù)電容方程計(jì)算出介質(zhì)常數(shù)。

設(shè)計(jì)計(jì)算(RANDALL F. BARON)
A.電容計(jì)算:液位計(jì)總電容為
 

總電容，總電容可以用總量規(guī)長(zhǎng)度L表示如下，
 

其中C =電容
Lf=杜瓦或儲(chǔ)存容器的液位。
Lg=杜瓦瓶中的氣體或蒸汽水平
L=板或儲(chǔ)存容器的總高度。
εf=液體的介電常數(shù)。
εg=氣體或蒸汽的介電常數(shù)。
Do=外電極直徑

Di=內(nèi)電極直徑
B.長(zhǎng)度計(jì)算

電容器的總長(zhǎng)度= Lf + Lg
                             = L

液位是儀表電容的線性函數(shù)

電容式液位計(jì)的靈敏度為
 

由上式可知，靈敏度與板的長(zhǎng)度和液位有關(guān)。靈敏度取決于介電常數(shù)液體和蒸汽之間的差異。這種設(shè)計(jì)用于這兩種配置。

四、同心圓筒尺寸:
這里，我們用四個(gè)空心圓柱體。
長(zhǎng)度L = 380毫米=0.38米
1.空心圓柱體外:
OD = 25.4 mm
ID = 22.4 mm
2. 在空心圓柱體:

2mm間隙
OD = 18.4 mm
ID = 15.2 mm
5毫米間隙
OD = 12.4 mm

ID = 9.0 mm

8毫米間隙

OD= 6.4 mm

ID = 3.0mm

圖1:測(cè)量液位的容器
五、訴組件描述
A.內(nèi)部容器:
在內(nèi)部容器中儲(chǔ)存液氮，如圖所示，在內(nèi)部容器周?chē)�包裹MLI以減少熱泄漏。內(nèi)容器材質(zhì)為SS304。
B.外船:
內(nèi)容器置于外容器中，如圖3.4所示。內(nèi)容器的材料是ss304。內(nèi)容器被多層絕緣材料損傷。
C.銅管法蘭:
兩個(gè)同心銅連接到法蘭和尼龍管。有兩個(gè)孔是用來(lái)倒液氮和排氣的。
六、結(jié)果
 

表1:不同液位的電容
 

圖2:電容對(duì)液位

七、結(jié)論
    當(dāng)液位通過(guò)保持平板間的間隙或兩個(gè)圓柱體之間的距離不變而增加時(shí)，電容線性增加。當(dāng)極板之間的間隙或兩個(gè)圓柱體之間的距離增大時(shí)，電容減小。電容的減小導(dǎo)致輸出電壓的增加。
    對(duì)于一個(gè)特定的液位，隨著平板間的間隙或兩個(gè)氣缸之間的距離增大，輸出電壓增大，反之亦然。結(jié)果還表明，輸出電壓與板間間隙成正比，電容與板間間隙成反比。研究表明，同心圓式磁翻板液位計(jì)的測(cè)量結(jié)果優(yōu)于平行平板式磁翻板液位計(jì)。