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音叉液位開關振動頻率如何設計和微調?

2014-08-22

  振動式音叉物位開關發明以來的幾十年,其已經在各行各業中得到廣泛應用,并且經久不衰。在研發該產品過程中,需要根據應用工況和測量對象合理設計音叉振動頻率,而在生產過程中,也需要對振動叉體根據設計標稱頻率做適當微調諧,以便設備在實際應用時工作穩定可靠。

  音叉振動頻率的經驗計算公式為:

  式中:L:叉體的長度(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:叉體材質的密度(kg/m3)

  為了適應測量現場,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設計成規則的矩形,下圖所示為計為自動化公司的音叉液位開關和料位開關的三種叉體圖。對這種不規則的叉體的頻率計算,可以采用等效面積和等效截面的方法換算出叉體的長度L和叉體的厚度t。

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  從公式可以看出,音叉標稱諧振頻率可以通過音叉的厚度、長度變化來微量調整,改變叉體的材料同樣能改變。振動頻率與叉長的平方成反比,叉長越長,頻率越低;而與叉厚成正比,叉體越薄,振動頻率越低,頻率變化數據詳見表一和表二所示。

表一、叉體長度值改變,其振動頻率改變的量值

長度增加量(△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

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

  上述計算出的音叉振動頻率是在自由狀態下的諧振頻率。音叉振幅與驅動功率有關,一般頻率越高振幅越小,反之亦然。在振幅不大的情況下,音叉自由狀態下的諧振頻率與空氣中的諧振頻率接近。振動中的音叉浸泡或接觸于介質,會發生頻率或振幅的強烈改變。當振動中的音叉浸泡于粘度小的液體時,往往會發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;當振動中的音叉接觸固體物料(顆粒或粉末)時,由于音叉自由振動的條件遭到破壞,音叉會很快停止振動。音叉液位開關就是利用檢測叉體浸泡到液體時其頻率顯著且穩定地下降變化來設計的。音叉料位開關一般是利用叉體接觸物料停止振動,通過檢測叉體振幅大幅下降原理來設計的。目前大部分國產音叉物位開關是通過檢測音叉振幅變化來設計開關點的,這種設計的音叉物位開關在檢測液體時可靠性要明顯降低,而且可檢測的液體介質密度只能大于0.7g/cm3甚至0.8g/cm3。同時這種音叉物位開關為了適應于液體測量,往往加大振動驅動功率,致使其應用于固體顆粒或粉末的物料測量時,可靠性大大下降。這就是為什么國產液體固體通用的音叉物位開關普遍介質密度適應范圍小、工作可靠性低的原因。

  計為自動化為了提高音叉物位開關的可靠性,專門設計只測量液體的液位開關和專門測量固體顆粒和粉末的料位開關,雙雙獲得極高可靠性,并且其可測量介質的密度大大低于同行同類產品。其中,其音叉液位開最低可測液體密度低至0.5g/cm3,音叉料位開關最低可測顆粒或粉末密度低達0.008g/cm3。

  以上就是有關“音叉液位開關振動頻率如何設計和微調”的相關介紹,如欲了解更多物位開關方面的知識,歡迎關注微信公眾號:Jiweimeter。


(深圳計為自動化技術有限公司研發中心2014年8月22日發布)


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