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音叉液位開關(guān)振動(dòng)頻率如何設(shè)計(jì)和微調(diào)?

2014-08-22

  振動(dòng)式音叉物位開關(guān)發(fā)明以來的幾十年,其已經(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,并且經(jīng)久不衰。在研發(fā)該產(chǎn)品過程中,需要根據(jù)應(yīng)用工況和測(cè)量對(duì)象合理設(shè)計(jì)音叉振動(dòng)頻率,而在生產(chǎn)過程中,也需要對(duì)振動(dòng)叉體根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)稱頻率做適當(dāng)微調(diào)諧,以便設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用時(shí)工作穩(wěn)定可靠。

  音叉振動(dòng)頻率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為:

  式中:L:叉體的長(zhǎng)度(單位為m)
     t:叉體的厚度(單位為m)
     E:楊氏模量(單位為kgf/m2)
     g:重力加速度(980cm/s2)
     ρ:叉體材質(zhì)的密度(kg/m3)

  為了適應(yīng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),使粘附液體或固體容易滴落或脫落,一般叉體外觀形狀和截面不會(huì)設(shè)計(jì)成規(guī)則的矩形,下圖所示為計(jì)為自動(dòng)化公司的音叉液位開關(guān)和料位開關(guān)的三種叉體圖。對(duì)這種不規(guī)則的叉體的頻率計(jì)算,可以采用等效面積和等效截面的方法換算出叉體的長(zhǎng)度L和叉體的厚度t。

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  從公式可以看出,音叉標(biāo)稱諧振頻率可以通過音叉的厚度、長(zhǎng)度變化來微量調(diào)整,改變叉體的材料同樣能改變。振動(dòng)頻率與叉長(zhǎng)的平方成反比,叉長(zhǎng)越長(zhǎng),頻率越低;而與叉厚成正比,叉體越薄,振動(dòng)頻率越低,頻率變化數(shù)據(jù)詳見表一和表二所示。

表一、叉體長(zhǎng)度值改變,其振動(dòng)頻率改變的量值

長(zhǎng)度增加量(△L:mm)

1

2

3

4

5

頻率減少量(△F:Hz)

1

2.7

5

6

7.6

長(zhǎng)度縮短量(△L:mm)

1

2

3

4

5

頻率增加量(△F:Hz)

2

4

6

7.7

9.6

表二、叉體厚度值改變,其振動(dòng)頻率改變的量值 

厚度增加量(△T:mm)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

頻率增加量(△F:Hz)

3.7

7

10.3

13.5

16.7

厚度減少量(△T:mm)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

頻率減少量(△F:Hz)

2.7

6

9

12.2

15.5

  除了上述兩種調(diào)整方法外,選用楊氏模量值E值大的材料,也能提高振動(dòng)體的振動(dòng)頻率。

  上述計(jì)算出的音叉振動(dòng)頻率是在自由狀態(tài)下的諧振頻率。音叉振幅與驅(qū)動(dòng)功率有關(guān),一般頻率越高振幅越小,反之亦然。在振幅不大的情況下,音叉自由狀態(tài)下的諧振頻率與空氣中的諧振頻率接近。振動(dòng)中的音叉浸泡或接觸于介質(zhì),會(huì)發(fā)生頻率或振幅的強(qiáng)烈改變。當(dāng)振動(dòng)中的音叉浸泡于粘度小的液體時(shí),往往會(huì)發(fā)生諧振頻率和振幅的大幅下降,但如果是粘度大的液體,音叉往往無法正常起振,振幅幾乎為零,頻率雜亂;當(dāng)振動(dòng)中的音叉接觸固體物料(顆粒或粉末)時(shí),由于音叉自由振動(dòng)的條件遭到破壞,音叉會(huì)很快停止振動(dòng)。音叉液位開關(guān)就是利用檢測(cè)叉體浸泡到液體時(shí)其頻率顯著且穩(wěn)定地下降變化來設(shè)計(jì)的。音叉料位開關(guān)一般是利用叉體接觸物料停止振動(dòng),通過檢測(cè)叉體振幅大幅下降原理來設(shè)計(jì)的。目前大部分國(guó)產(chǎn)音叉物位開關(guān)是通過檢測(cè)音叉振幅變化來設(shè)計(jì)開關(guān)點(diǎn)的,這種設(shè)計(jì)的音叉物位開關(guān)在檢測(cè)液體時(shí)可靠性要明顯降低,而且可檢測(cè)的液體介質(zhì)密度只能大于0.7g/cm3甚至0.8g/cm3。同時(shí)這種音叉物位開關(guān)為了適應(yīng)于液體測(cè)量,往往加大振動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率,致使其應(yīng)用于固體顆粒或粉末的物料測(cè)量時(shí),可靠性大大下降。這就是為什么國(guó)產(chǎn)液體固體通用的音叉物位開關(guān)普遍介質(zhì)密度適應(yīng)范圍小、工作可靠性低的原因。

  計(jì)為自動(dòng)化為了提高音叉物位開關(guān)的可靠性,專門設(shè)計(jì)只測(cè)量液體的液位開關(guān)和專門測(cè)量固體顆粒和粉末的料位開關(guān),雙雙獲得極高可靠性,并且其可測(cè)量介質(zhì)的密度大大低于同行同類產(chǎn)品。其中,其音叉液位開最低可測(cè)液體密度低至0.5g/cm3,音叉料位開關(guān)最低可測(cè)顆粒或粉末密度低達(dá)0.008g/cm3。

  以上就是有關(guān)“音叉液位開關(guān)振動(dòng)頻率如何設(shè)計(jì)和微調(diào)”的相關(guān)介紹,如欲了解更多物位開關(guān)方面的知識(shí),歡迎關(guān)注微信公眾號(hào):Jiweimeter。


(深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司研發(fā)中心2014年8月22日發(fā)布)


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