制冷剂用磁翻板液位计的设计与研制

摘要:在低温系统中，致冷剂储存在容器内。由于周围的热泄漏，液体发生汽化，液位降低。因此，需要连续或周期性地测量电平。低温系统液位计有不同的液位计类型。如果容器的液位已知，就可以确定液体的量。电容式液位计具有灵敏度高、成本低、功耗小、测量精度高等优点，较适合于制冷剂液位的测量。本文对LN2贮罐平行平板式磁翻板液位计的设计和研制进行了尝试。

1.我的先容。
    液位的测定是低温应用的基础。制冷剂储存在杜瓦或储存容器中，由于周围的热泄漏，液体发生汽化，液体的液位降低。因此需要连续或周期性地测量电平。电容式液位计具有灵敏度高、成本低、功耗小、测量精度高等优点，较适合于制冷剂液位的测量。本文对平行式磁翻板液位计和同心式磁翻板液位计进行了比较。液体和液体蒸气之间介电常数的差异是该仪器工作的基础。电容式液位计的精度和精度取决于电容器的材料、两块板之间的间隙或两个气缸之间的距离、传感器和测量电子元件。部分充满液体的容器可以看作是并联或同心的两个独立电容器。如果导体之间不是完全平行的，那么电容的线性就会丧失。

2.设计标准
先容了平行平板电容式液体的设计过程
液位测量仪包括:
•板材材料的选择
•大小的盘子
•板材间隙的选择

•液氮介电常数的选择

A.气缸材质:
圆筒材料选用铜作为同心磁翻板液位计的铜，因为铜具有磁翻板液位计所要求的良好导电性和良好的耐腐蚀性。铝可以作为板材选材，但其耐电性能和耐腐蚀性能在低温下不如铜。铝是重量较轻的材料，所以它不能稳定，因为它自己的重量。
B.气缸尺寸:

圆柱的高度与内容器的高度相同。内容器尺寸为400mm，气缸高度为380 mm。这里大家使用四个气缸来保持间隙(2,5,8毫米)。
C.气缸间隙:
气缸间隙是同心气缸式磁翻板液位计的重要参数。随着气缸间隙的减小，净电容增大，准确度提高。一般取(2,5,8 mm)。
D.介电常数[6]。
任何液体的介电常数在低温液位测量中都起着重要的作用。液体的介电常数是不同的，介电常数取决于液体的用途。LN2的介电常数取1.454,GN2的介电常数取77k时为1.00054。将流量计置于充满液氮的槽中进行电容测量，即可求出介质常数，根据电容方程计算出介质常数。

设计计算(RANDALL F. BARON)
A.电容计算:液位计总电容为
 

总电容，总电容可以用总量规长度L表示如下，
 

其中C =电容
Lf=杜瓦或储存容器的液位。
Lg=杜瓦瓶中的气体或蒸汽水平
L=板或储存容器的总高度。
εf=液体的介电常数。
εg=气体或蒸汽的介电常数。
Do=外电极直径

Di=内电极直径
B.长度计算

电容器的总长度= Lf + Lg
                             = L

液位是仪表电容的线性函数

电容式液位计的灵敏度为
 

由上式可知，灵敏度与板的长度和液位有关。灵敏度取决于介电常数液体和蒸汽之间的差异。这种设计用于这两种配置。

四、同心圆筒尺寸:
这里，大家用四个空心圆柱体。
长度L = 380毫米=0.38米
1.空心圆柱体外:
OD = 25.4 mm
ID = 22.4 mm
2. 在空心圆柱体:

2mm间隙
OD = 18.4 mm
ID = 15.2 mm
5毫米间隙
OD = 12.4 mm

ID = 9.0 mm

8毫米间隙

OD= 6.4 mm

ID = 3.0mm

图1:测量液位的容器
五、诉组件描述
A.内部容器:
在内部容器中储存液氮，如图所示，在内部容器周围包裹MLI以减少热泄漏。内容器材质为SS304。
B.外船:
内容器置于外容器中，如图3.4所示。内容器的材料是ss304。内容器被多层绝缘材料损伤。
C.铜管法兰:
两个同心铜连接到法兰和尼龙管。有两个孔是用来倒液氮和排气的。
六、结果
 

表1:不同液位的电容
 

图2:电容对液位

七、结论
    当液位通过保持平板间的间隙或两个圆柱体之间的距离不变而增加时，电容线性增加。当极板之间的间隙或两个圆柱体之间的距离增大时，电容减小。电容的减小导致输出电压的增加。
    对于一个特定的液位，随着平板间的间隙或两个气缸之间的距离增大，输出电压增大，反之亦然。结果还表明，输出电压与板间间隙成正比，电容与板间间隙成反比。研究表明，同心圆式磁翻板液位计的测量结果优于平行平板式磁翻板液位计。