制冷劑用磁翻板液位計的設計與研制

摘要:在低溫系統(tǒng)中，致冷劑儲存在容器內(nèi)。由于周圍的熱泄漏，液體發(fā)生汽化，液位降低。因此，需要連續(xù)或周期性地測量電平。低溫系統(tǒng)液位計有不同的液位計類型。如果容器的液位已知，就可以確定液體的量。電容式液位計具有靈敏度高、成本低、功耗小、測量精度高等優(yōu)點，較適合于制冷劑液位的測量。本文對LN2貯罐平行平板式磁翻板液位計的設計和研制進行了嘗試。

1.我的介紹。
    液位的測定是低溫應用的基礎。制冷劑儲存在杜瓦或儲存容器中，由于周圍的熱泄漏，液體發(fā)生汽化，液體的液位降低。因此需要連續(xù)或周期性地測量電平。電容式液位計具有靈敏度高、成本低、功耗小、測量精度高等優(yōu)點，較適合于制冷劑液位的測量。本文對平行式磁翻板液位計和同心式磁翻板液位計進行了比較。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。電容式液位計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氣缸之間的距離、傳感器和測量電子元件。部分充滿液體的容器可以看作是并聯(lián)或同心的兩個獨立電容器。如果導體之間不是完全平行的，那么電容的線性就會喪失。

2.設計標準
介紹了平行平板電容式液體的設計過程
液位測量儀包括:
•板材材料的選擇
•大小的盤子
•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的銅，因為銅具有磁翻板液位計所要求的良好導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，因為它自己的重量。
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。這里我們使用四個氣缸來保持間隙(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的重要參數(shù)。隨著氣缸間隙的減小，凈電容增大，準確度提高。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時為1.00054。將流量計置于充滿液氮的槽中進行電容測量，即可求出介質(zhì)常數(shù)，根據(jù)電容方程計算出介質(zhì)常數(shù)。

設計計算(RANDALL F. BARON)
A.電容計算:液位計總電容為
 

總電容，總電容可以用總量規(guī)長度L表示如下，
 

其中C =電容
Lf=杜瓦或儲存容器的液位。
Lg=杜瓦瓶中的氣體或蒸汽水平
L=板或儲存容器的總高度。
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.長度計算

電容器的總長度= Lf + Lg
                             = L

液位是儀表電容的線性函數(shù)

電容式液位計的靈敏度為
 

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

四、同心圓筒尺寸:
這里，我們用四個空心圓柱體。
長度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)部容器中儲存液氮，如圖所示，在內(nèi)部容器周圍包裹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:
兩個同心銅連接到法蘭和尼龍管。有兩個孔是用來倒液氮和排氣的。
六、結(jié)果
 

表1:不同液位的電容
 

圖2:電容對液位

七、結(jié)論
    當液位通過保持平板間的間隙或兩個圓柱體之間的距離不變而增加時，電容線性增加。當極板之間的間隙或兩個圓柱體之間的距離增大時，電容減小。電容的減小導致輸出電壓的增加。
    對于一個特定的液位，隨著平板間的間隙或兩個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的測量結(jié)果優(yōu)于平行平板式磁翻板液位計。