物位是過程檢測的主要參數之一。物位測量的特點是對象種類繁多，工況各不相同。加之被測介質的物理性質各異，所以物位儀表品種繁多，還在不斷發展新的檢測原理，每一種儀表只能適用有限的應用范圍。物位檢測作為現場測量的重要參數，在工業自動化領域有著重要的作用，物位儀表在檢測中分為開關型和連續測量型，開關型測量原理眾多，主要有音叉開關、射頻導納液位計、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。在各行各業的物料輸送與控制過程中扮演各種重要的角色。經濟，應用范圍廣，維護費用比較低、防腐防塵、耐高溫，無需調試即可投人運行，結構簡單，檢測準確，控制可靠。但由于安裝現場工況復雜，特別是用戶的安裝孔是小口徑法蘭或者長立管，開關的葉片無法進入被測物料倉體，因此本研究旨在設計一種適用于小口徑安裝的彈性可收縮葉片，滿足現場裝配。

 

1設計原理

1.1行業現狀

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

        現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，要求用戶現場的安裝孔徑大于葉片的直徑。但當安裝孔徑過小或者長立管，標準葉片已經無法滿足裝配要求，就可能無法進物料倉;葉片尺寸設計過小也會影響測量精度。

 

1.2扭轉彈簧的設計參數

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

        扭轉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。一般可選擇優質碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼，有色金屬合金。

        充分考慮載荷條件和功能經濟性一般選用碳素彈簧鋼。

        扭轉彈簧的設計參數，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)，n為圈數，deg為扭轉角，d為材料線徑，X1和X2為長度。

        

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

 

        設計D1需要注意扭簧壓縮到極限角度時與心軸的間隙，不可抱死扭轉心軸。

        扭矩公式。

2.3設計原理

        如圖4所示彈性可收縮葉片結構:

1)傳感器連接基座。

2)扭轉軸。

3)葉片。

4)扭轉彈簧。

由于本例選取的對稱葉片，所以扭轉彈簧設定X1=X2。

 

        彈簧末端需連接葉片，所以扭轉彈簧末端形式改變。

        彈簧扭轉角需要根據葉片收縮角度確定。

        依據扭轉彈簧的原理設計彈性可收縮葉片:

        當進入被測物料創本時，彈簧受力(人為外力)，葉片收縮，進入被測物料倉內(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)為用戶現場安裝法蘭口徑大于葉片直徑，可使用普通標準葉片直接安裝進物料創本。

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

 

4、結語

        物位儀表的現場工況復雜，料位計傳統的傳感器葉片已經無法滿足特殊要求，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。通過應用的實際效果，可收縮彈性葉片滿足安裝要求，并且扭轉彈簧價格低廉，加工方便。并且只需將傳統傳感器和葉片稍作改型即可，大大縮短了產品的設計周期，降低企業成本。