浮力式液位測量原理

浮力式液位儀表是利用液體對浸沒在其中的物體產生浮力的原理進行液位測量的，主要包括恒浮力與變浮力兩種類型。靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式；靠液面升降對物體浮力改變反映液位變化的屬于變浮力式。

將浮標用繩索連接并懸掛在滑輪上,繩過的另一端掛有平衡重物,利用浮標所受重力和浮力差與平衡重物相平衡使浮標漂浮在液面上,因此有

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W-F=G

式中,W為浮標所受重力（N）；G為平衡重物的重力（N）；F為浮標所受的浮力（N）。

  當液位H升高時，浮標所受的浮力增加，則W-F＜G，原有的平衡關系被破壞，浮標上移，F下降，使（W-F）增加。當W-F=G時，浮標停留在新位置上，從與浮標相連的重物的位置（從標尺上可以讀出）就可知道被測液位的大小。反之亦然。這樣就實現了浮標對液位的跟蹤。在一定測量條件下W、G是常數，因此浮標停留在任何高度的液面上時，F值不變，幫稱此為恒浮力法。這種方法的實質是通過浮標把液位的變化轉換為機械位移。

  在實際應用中，還可以用各種不同的結構形式來實現液位一位移的轉換，并可通過機械傳動機構帶動指針對液位進行就地指示。若在此裝置上再配上位移-電量轉換電路，就可以將位移轉換成電信號從而zui終實現液位測量信號的遠傳。 

  恒浮力法測量液位靠繩索重錘傳動，浮子上除隨重錘的重力，還有繩索長度L1與L2不等、繩索本身的重力及滑輪的摩擦力等。這些外力改變將影響平衡關系，使浮子吃水線相對浮子上下移動，因而使讀數出現誤差。

  繩重對浮子施加的重力載荷隨液位而變化，相當于在恒定的重錘重力W之上附加了變動成分，肯定會引起誤差。但這種誤差有規律，能夠在刻度時予以修正。

  摩擦力引起的誤差zui大，且與運動方向有關，無法修正，唯有加大浮力的定位力以減小其影響。浮子的定位力是指吃水線移動△H所引起的浮力增量△F，而

△     F=ρg△V=ρgA△H

故得出定位力表達式為

△F=  ρgA△H   = ρgA

△H    △H

  可見，采用大直徑的浮子能顯著地增大定位力，這是減少摩擦阻力誤差的zui有效途徑，在被測介質密度小時尤其如此。

變浮力法液位測量

當物體被浸沒在液體里的體積不同時，物體所受的浮力也不同。因此，通過檢測物體所受浮力的變化，便可知道液位的變化。

  將一橫截面相同，重量為W的圓形金屬浮筒懸掛在彈簧上，浮筒的重量被彈簧力所平衡。當浮筒的一部分被液體浸沒時，由于受到液體的浮力作用而使浮筒的向上移動，當與彈簧力達到平衡時，浮筒才停止移動，平衡時其關系如下：

cx=W-Ahρg                               （1）

式中，c為彈簧的剛度（N/m）；x為彈簧壓縮的位移（m）；A為浮筒的截面積（m²）；H為浮筒被液體浸沒的深度（m）；ρ為被測液體的密度（kg/m³）；g為重力加速度（m/s²）。

  當容器內液體的液位變化時，浮筒浸入部分的深度H就要發生變化，彈簧所受的力也跟著變化，則彈簧變形產生位移△x，形成新的平衡關系如下：

c（x-△x）=W-A（H+△H-△x） ρg                                           （2）

將式（1）減式（2）得

c△x = A（△H-△x）ρg

△x =  Aρg   - △H = K△H

c+Aρg

式中，△x為浮筒的位移量；△H為液位的變化量；K為比例系數。

  由此可知，浮筒的位移量與液位的變化量成正比，比例系數K只與彈簧的剛度、浮筒的截面積、液體的密度有關。欲改變量程和靈敏度，可通過改變K來實現。

  變浮力法測量液位是通過檢測元件把液位的變化轉化為力的變化，然后再把力的變化轉換為位移。如果通過轉換器把位移轉換成電信號，就可以進行指示和遠傳。