一般概念里, 我们测量设备的倾斜度是使用倾角传感器进行测量的, 在电子数字水平仪、医疗机械调平, 角度测量和监视, 汽车、起重机械的倾斜角度测量等多个领域都使用这个方法。但是,在实际工作中,很多对水平倾角有要求的设备并没有安装测量装置, 怎样快速方便的测量设备倾角是自动化仪表人员面临的问题。根据我们对液位测量方法的介绍,可以知道使用差压变送器进行倾角测量是液位测量方法的一种特殊利用, 是利用在我们建立的测量系统中液体在不同水平面产生压力差, 利用差压变送器测量此差值, 并使用数学计算换算成倾角的一种测量方法。
1 设备倾斜度的测量原理和数学推断
测量系统的组成。为了更好的说明测量原理, 我们要先建立一个测量系统。整个测量系统由封装有密度为r液体的环形管、与环形管相连接的差压变送器、智能计算显示三部分组成。应用中,由于系统倾角变化引起液位变化, 利用变送器测量到液位变化引起的差压变化, 通过把标准信号输出到智能计算模块进行数据运算, 完成了对设备倾斜度的测量。当然, 如果设备的倾斜度可以调节的话, 我们把系统得出的倾角信号再传送给相应的调节系统就可以实现对设备倾斜度的控制调节。
数学推理的前提。(1)要求环形管垂直于水平面, 当测量装置未发生偏转时的状态如图1 所示, 密封液柱h1 、h2 的高度一致,且等于环形管的半径R0, 此时对差压变送器调零;
(2)规定环形管逆时针偏角为正, 顺时针偏角为负, 重力垂线为0°,整个圆周分为Ⅰ ～ Ⅳ四个象限, 倾角角度用a 表示。当-90°≤a ≤90°时, 倾角落在Ⅰ 、Ⅳ象限, 实际中倾斜一般不会超过180°,因此对90°<a<270°的情况不作讨论。差压变送器的高、低压室用H 、L 区别。 倾角位于Ⅰ 、Ⅳ象限的推导。假设现在系统发生倾斜, 产生一个倾角, 可知知Dh 与直径D 存在着正弦关系:
其中:■P -差压变送器的检测值, k -变换系数, 是一个常数, k =1/Dρg , 以上推论是在环形管逆时针偏转的情况下进行的, 可以证明:在环形管顺时针偏转的情况下推论同样成立。
2 结束语
通过以上数学推论可知, 在-90°≤a ≤90°半周测量的范围内, 通过差压变送器测量出压力差, 运用一定的运算手段就可以得出倾斜度。在现实工作中, 我们可以把此系统安装在地衡、起重机吊臂等需要测量倾角的装置上, 根据推算公式, 采用计算机或智能显示仪表对测量得到的差压信号进行乘法和三角函数运算, 就可以得到结果, 快速有效的测量设备倾斜度。使用差压变送器测量倾角, 原理简单, 制造容易,价格低廉, 其不足之处在于测量范围有限, 当超出半周测量范围后, 数学模型会发生变化。希望通过以上的论述,能给各位同行以启示, 在各种仪表的使用中发现更多更好的测量手段, 为促进我们自动化技术的发展做出努力。
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