扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法
2023-05-20 12:54:36 2
專利名稱：扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法
技術領域：
本發明涉及一種容易受溫度的影響的扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法。
背景技術：
圖6是在扭矩管式液面計的扭矩管上產生扭轉量的機構的模式圖。扭矩管3由液位為時的置換器I的載荷經載荷傳遞臂2扭轉，作為此扭矩管3的扭轉角(rad)的(p (X)由下述的(I)式表示。
爐(X) =32 A Lt F ( X ) /{7i(d24 — (I14) Gt ( T ) } ... (I)A :載荷傳遞臂2的長度(mm)Cl1 :扭矩管3的外徑(mm)d2 :扭矩管3的內徑(mm)Lt :扭矩管3的長度(mm)Gt⑴在溫度T的扭矩管3的橫彈性係數(Kg/mm2)F(X):液位為X%時的置換器I的載荷(Kgf)另外，在本說明書中，在表現液位L時，將置換器I開始浸潰於液體，即置換器I的底面接觸到液位L的狀態稱為液位0%，反之，將置換器I完全浸潰在液體中，受到了最大的浮力的狀態稱為液位100%。另外，在置換器I的一半的體積浸潰在液體中的狀態下，載荷成為液位0%和液位100%時的載荷的中間，將此時的液位L稱為液位50%。這樣，在扭矩管式液面計中，由於置換器I的載荷的變化，扭矩管3的扭轉角￠) ( X )變化，由此，進行液位L的測定。在扭矩管式液面計中，將與施加於浸潰在液體中的置換器I的浮力對應的扭矩管3的扭轉量經與扭矩管3 —起扭轉的中心軸4向角度傳感器傳遞，以中心軸4的旋轉量為基礎測定液位L。但是，若環境氣體溫度變化，則扭矩管3、中心軸4的橫彈性係數變化，存在即使是相同液位L，扭矩管3等的扭轉角也變化的問題。圖7是此情況下的扭矩管3的相對於液位L的扭轉角￠) ( X )的按溫度區分的坐標圖，若環境氣體溫度升高，則即使是相同液位L，扭轉角￠) ( X )也變大。為了除去這樣的因溫度變化產生的誤差的影響，例如，在專利文獻I中公開了使用配置在扭矩管3的附近的溫度傳感器的輸出，通過演算來除去誤差的影響的情況。另外，在專利文獻2中，公開了使用螺旋彈簧防止產生因溫度變化而產生的以扭矩管3為起因的測定誤差的手段。[在先技術文獻][專利文獻]專利文獻I :日本特開2003-21550號公報
專利文獻2 :日本實公昭62-19940號公報
發明內容
發明所要解決的課題在專利文獻2中，如圖8所示，經載荷傳遞臂2向扭矩管3傳遞置換器I的載荷，將此扭矩管3的扭轉作為旋轉量向在載荷傳遞臂2側與扭矩管3做成了一體的中心軸4傳遞。但是，由於因溫度變化產生的扭轉角的變動施加於扭矩管3，所以，由經輸入梁5與中心軸4連接的溫度補償用螺旋彈簧6的彈性力對此變動進行補償。即，通過由螺旋彈簧6以將中心軸4向與扭矩管3的扭轉方向相反的方向扭回的方式對中心軸4賦予加載力，能夠消除因溫度而產生的誤差的一部分。
在此引用文獻2中，確實具有由螺旋彈簧6產生的溫度補償效果，但是，必須選定具有合適的彈性力的螺旋彈簧6，進而，關於螺旋彈簧6的加載力的安裝方法、調整也沒有公開，在批量生產時，存在難以與各個液面計對應這樣的實用方面的問題。本發明的目的是提供一種消除上述的問題點，使扭矩管和中心軸成為相同材料，使用使動作上的旋轉負荷成為最小限度的加載力的安裝構造和能夠進行加載力的調整的彈簧，即使存在溫度變化，也能夠簡便地實現溫度補償的扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法。為了解決課題的手段為了實現上述目的的有關本發明的扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，該扭矩管式液面計由圓筒狀的扭矩管、棒狀的中心軸和角度傳感器構成，該扭矩管將一端固定在殼體上，在另一端受到來自置換器的載荷而扭轉；該中心軸貫通該扭矩管內，受到與該扭矩管相同的扭轉力而旋轉，並具有與上述扭矩管對溫度同等的彈性係數；該角度傳感器安裝在該中心軸的前端，檢測該中心軸的旋轉角，該扭矩管式液面計的溫度補償機構具備安裝在上述中心軸上的加載力附加臂；可轉動地配置在上述中心軸的周圍的轉動基板；夾設在上述加載力附加臂和上述轉動基板之間，相對於上述加載力附加臂向與上述中心軸的旋轉力相反方向供給上述加載力的彈簧；在規定的停止位置停止上述轉動基板的轉動，調整上述彈簧的加載力的加載力調整機構。另外，有關本發明的扭矩管式液面計的溫度補償方法，其特徵在於，該扭矩管式液面計由圓筒狀的扭矩管、棒狀的中心軸和角度傳感器構成，該扭矩管將一端固定在殼體上，在另一端受到來自置換器的載荷而扭轉；該中心軸貫通該扭矩管內，受到與該扭矩管相同的扭轉力而旋轉，並具有與上述扭矩管對溫度同等的彈性係數；該角度傳感器安裝在該中心軸的前端，檢測該中心軸的旋轉角，該扭矩管式液面計的溫度補償機構具備安裝在上述中心軸上的加載力附加臂；可轉動地配置在上述中心軸的周圍的轉動基板；夾設在上述加載力附加臂和上述轉動基板之間，相對於上述加載力附加臂向與上述中心軸的旋轉力相反方向供給上述加載力的彈簧；在規定的停止位置停止上述轉動基板的轉動，調整上述彈簧的加載力的加載力調整機構，通過上述加載力調整機構，一面使上述轉動基板的轉動停止位置移動，一面以上述角度傳感器的輸出為基礎調整上述彈簧的加載力。發明的效果根據有關本發明的扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法，通過相對於扭矩管的扭轉方向調整由彈簧產生的反方向的加載力而向中心軸施加，能夠補償向角度傳感器傳遞的位移角的因溫度變化而產生的變動。
圖I是實施例的從置換器到扭矩管的連結部的剖視圖。圖2是從扭矩管到角度傳感器的連結部的沿圖I的A-A線的剖視圖。圖3是沿圖2的B-B線的剖視圖。
圖4是相對於中心軸的扭轉，向反方向施加加載力的機構的原理圖。圖5是中心軸的相對於施加了加載力的情況下的液位的扭轉角的坐標圖。圖6是由於液位而在扭矩管上產生扭轉量的原理圖。圖7是以往例的扭矩管的相對於液位的扭轉角的坐標圖。圖8是以往例的基於螺旋彈簧的校正機構的說明圖。
具體實施例方式為了實施發明的方式基於圖I 圖5所不的實施例,詳細說明本發明。另外，在圖I 圖3中，附圖的倍率是分別不同地圖示的。圖I是固定在容器的頂部的扭矩管式液面計的從置換器到扭矩管的連結部的剖視圖。在容器T內儲存了應測定液位L的例如高溫的液體。液面計的第一殼體11經法蘭12固定在容器T的頂部,在第一殼體11上連結著後述的第二殼體，進而，在第二殼體上連結著第三殼體，法蘭12保持著液面計的重量，即包括第一至第三殼體在內的全部重量。從第一殼體11的向下的開放口經法蘭12的孔部，經鏈條14懸掛著作為配重的置換器13。鏈條14與鉤15連結，將置換器13的載荷向載荷傳遞臂16的前端部的臂鉤16a傳遞。載荷傳遞臂16，設置在其一端的切入部16b由支點18支承，該支點18由固定於第二殼體17上的刀口構成，載荷傳遞臂16以如下的方式做成，即，根據置換器13的載荷的輕重，以支點18為中心略微傾斜轉動。另外，在載荷傳遞臂16的另一端，由螺栓20固定了塊19。圖2是沿圖I的A-A線的剖視圖。在第一殼體11上連結著圓筒狀的第二殼體17，在第二殼體17上連結著包圍後述的加載力調整機構等的盒狀的第三殼體21。在塊19上，在與載荷傳遞臂16的長度方向正交的方向，通過焊接固定了金屬制並為圓筒狀的扭矩管22的一端，並被收納在第二殼體17內。塊19將載荷傳遞臂16的基於支點18的傾斜變換成以扭矩管22的軸為中心的扭轉量。載荷傳遞臂16側的扭矩管22被封閉，另一端的圓筒部被固定在設置於第二殼體17的中間部的隔壁17a的孔部的內壁上，扭矩管22的內部與第一、第二殼體11、17內氣密性地隔絕。而且，第一、第二殼體11、17內的環境氣體由第二殼體17的隔壁17a以不進入第三殼體21內的方式遮蔽。在塊19上，通過焊接固定了塊23，在塊23上通過焊接固定了由與扭矩管22相同的材料構成的棒狀的中心軸24。此中心軸24呈同心圓狀地貫通扭矩管22內地配置，中心軸24的軸中心與支點18的前端一致。
中心軸24，其前端經隔壁17a的孔部呈同軸狀地被連接在連結杆25上，在第二殼體17上安裝了保持部件26，連結杆25由設置在保持部件26上的軸承27旋轉自由地保持。進而，連結杆25的前端與角度傳感器28的旋轉檢測軸28a連接，角度傳感器28被配置在第三殼體21的外側。如圖2的第三殼體21的內部以及沿圖2的B-B線的圖3的剖視圖所示，在第三殼體21內的連結杆25上，在與連結杆25的中心軸正交的方向，固定了條片狀的加載力附加臂29，加載力附加臂29的兩端分別被做成彈簧鉤掛部29a、29b。另外，連結杆25是為了安裝等的方便而使用的，但也可以不用使用連結杆25，而是將角度傳感器28、加載力附加臂29直接安裝在中心軸24上。另一方面，在第三殼體21內的保持部件26上，以與加載力附加臂29在軸向重疊的方式，以連結杆25的中心軸為中心可轉動地配置轉動基板30，在此轉動基板30上切出了轉動限制部30a。另外，在轉動基板30的周圍設置了兩個彈簧鉤掛部30b、30c。 進而，在第三殼體21內，為了相對於中心軸24的扭轉進行調整地施加反方向的加載力，設置了相對於轉動基板30的轉動限制部30a作用的加載力調整機構31。此加載力調整機構31的螺紋軸32被支承在第三殼體21內，在螺紋軸32上旋合了與轉動基板30的轉動限制部30a卡合的卡定部33，卡定部33能夠隨著螺紋軸32的旋轉沿螺紋軸32移動。而且，在加載力附加臂29的彈簧鉤掛部29a、29b和轉動基板30的彈簧鉤掛部30b、30c之間，分別架設了由拉伸彈簧構成的兩個螺旋彈簧34a、34b。另外，為了加載力的穩定，螺旋彈簧34a、34b最好選擇彈簧特性難以因溫度而變化的恆定彈性係數材料，希望相對於溫度0°C 80°C的橫彈性係數的變化率在I %以內，例如，NiSpanC等是合適的。在圖3中，從扭矩管22向中心軸24，作為順時針方向的旋轉力時常施加由置換器13產生的載荷。轉動基板30由加載力調整機構31的卡定部33限制順時針方向的轉動，由螺旋彈簧34a、34b向加載力附加臂29施加逆時針方向的扭轉力，結果，與扭矩管22的扭轉力反方向的加載力被施加給中心軸24。就此中心軸24的反方向的加載力而言，能夠由夾具等使螺紋軸32旋轉而移動卡定部33，由轉動基板30的轉動限制部30a調整彈簧鉤掛部30b、30c的轉動停止位置，細微地調整螺旋彈簧34a、34b的伸長量即加載力。在測定時，從置換器13向載荷傳遞臂16傳遞的載荷，是從置換器13的自重減去因液體而產生的浮力即置換器13中的浸潰到液位L的量的體積乘以液體的比重的值的合成載荷。受到了浮力的置換器13的載荷向載荷傳遞臂16的臂鉤16a傳遞，被變換成以支點18為中心的載荷傳遞臂16的傾斜轉動。進而,此傾斜轉動經塊19向扭矩管22傳遞,另夕卜，經塊23向中心軸24傳遞。因為扭矩管22的另一端被固定在第二殼體17的隔壁17a上，所以，在扭矩管22上產生扭轉角，對中心軸24也賦予同樣的扭轉角即旋轉角。此中心軸24的旋轉角經連結杆25、旋轉檢測軸28a由角度傳感器28進行檢測，以此旋轉角為基礎測定液位L，相對於液位0% 100%的滿開度，例如使中心軸24的旋轉角為I。。在測定時,第一殼體11、第二殼體17內與容器T內的環境氣體同等,扭矩管22曝露在此環境氣體的溫度中，若溫度變動，則由於扭矩管22的橫彈性係數的變化，即使是相同的液位L，扭轉量也變化。另外，塊19、23也向中心軸4進行溫度傳熱，中心軸24與扭矩管22的溫度大致同等。為了補償此環境氣體溫度對測定精度的影響，對加載力調整機構31的螺旋彈簧34a,34b的加載力進行調整。即，以中心軸24的旋轉量與例如液位50%時的扭矩管22的扭轉力平衡的方式，也就是在液位50%以檢測角度為0的方式進行調整，以便在中心軸24上以與扭矩管22的扭轉量相同的量產生反方向的旋轉量。在此調整中，在製造時，例如在常溫下將與在液位50%的置換器13同等的載荷施加給臂鉤16a，由角度傳感器28檢測中心軸24的旋轉角。而且，一面移動加載力調整機構31的卡定部33，一面以由角度傳感器28得到的旋轉角為0的方式移動轉動基板30的由轉動限制部30a形成的轉動停止位置，由此，調整螺旋彈簧34a、34b的加載力。另外，最好設置在調整後限制螺紋軸32的旋轉的鎖定機構，以便卡定部33不因螺紋軸32意外旋轉而移動。
以將圖4的與扭轉量相反的加載力向中心軸24施加的機構的原理圖為基礎，使用數學式，說明上述情況。(p (x):扭矩管22的扭轉角(rad)0 (X):中心軸24的旋轉角(rad)A :載荷傳遞臂16的長度(mm)a :加載力附加臂29的長度(mm)Cl1 :扭矩管22的外徑(mm)d2 :扭矩管22的內徑(mm)d3 :中心軸24的外徑(mm)Lt :扭矩管22的長度(mm)Lc :中心軸24的長度(mm)Gt⑴在溫度T的扭矩管22的橫彈性係數(Kg/mm2)Ge⑴在溫度T的中心軸24的橫彈性係數(Kg/mm2)f(x):液位x%時的置換器13的質量(Kgf)F(X):液位x%時的螺旋彈簧34a、34b的加載力(Kgf)以這些各元素為基礎，下述的(2)、(3)式成立。
P(X) ={32 - F(X) A Lt - f ( X) a Lc}
/{7T(d24 - Cl14) Gt (T) }... (2)9 (X) = {32 F (X) a Lc} / { n d34 Ge (T)} ... (3)因為扭矩管22和中心軸24為相同材料，所以，Gt (T) = Ge (T)，扭矩管22、中心軸24的橫彈性係數相抵消，從(2)、(3)式得到下述的(4)式。f (X) = A Lt d34 F (x) / {a Lc (dZ-dX)} . . . (4)在調整時，通過向某液位施加與L相當的置換器13的載荷，逐漸加減由螺旋彈簧34a,34b產生的加載力，在由角度傳感器28得到的旋轉角成為0時，就是扭矩管3的扭轉角(p ( X)和中心軸24的扭轉角0 (X)平衡時。
在本實施例中，若施加與液位50%相當的置換器13的載荷，此時以由角度傳感器28得到旋轉角0的方式，調整螺旋彈簧34a,34b的加載力，則結果(4)式的f(50)、F(50)以外的常數為1，爐(50)=6> (50)。由此，即使溫度變化，至少在作為調整液位的液位50 %，不存在測定角變動的情況。圖5是在這樣地進行了調整的情況下的作為中心軸24的相對於液位0 100%的旋轉量的扭轉角9 (X)的坐標圖。在液位50%，無論環境氣體溫度如何，由角度傳感器28都得到旋轉角0，但是，在液位50%以外，產生些許的誤差。另外，就此誤差而言，也能夠在扭矩管22的附近配備溫度傳感器，以溫度傳感器的輸出為基礎通過電氣性的演算來進行校正。在上述的實施例中，為了提高液位50%的附 近的測定值的精度，以旋轉力在液位50%平衡的方式，由加載力調整機構31調整了螺旋彈簧34a、34b的加載力。但是，根據測定目的，為了提高在液位0 %或100 %附近的精度，可以在液位0 %或100 %進行調整，或與需要相應地實施將其它的液位時的扭矩管22的扭轉量抵消的反方向的加載力調整。表示螺旋彈簧34a、34b的彈簧的強度的彈簧常數越大，在液位50%以外的液位，誤差越小，但是，另一方面敏感度變差，測定跨度也變小。另外，使用了兩個螺旋彈簧34a、34b，不向中心軸24施加推力方向的載荷地使加載力平衡，以便不產生滯後誤差，但是，即使是一個螺旋彈簧，也能夠供給加載力。進而，使用三個以上的彈簧，還能夠將加載力更均勻地向中心軸24施加。另外，加載力附加組件也可以不是螺旋彈簧，而是由其它的彈簧組件進行加載。另外，作為角度傳感器28可以使用各種形式的傳感器，但在本實施例中，例如使用霍爾元件進行了角度檢測。符號說明11、17、21 :殼體；13 :置換器；16 :載荷傳遞臂；18 :支點；22 :扭矩管；24 :中心軸；28 :角度傳感器；29 :加載力附加臂；30 :轉動基板；30a :轉動限制部；31 :加載力調整機構；32 :螺紋軸；33 :卡定部；34a、34b :螺旋彈簧。
權利要求
1.一種扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，該扭矩管式液面計由圓筒狀的扭矩管、棒狀的中心軸和角度傳感器構成，該扭矩管將一端固定在殼體上，在另一端受到來自置換器的載荷而扭轉；該中心軸貫通該扭矩管內，受到與該扭矩管相同的扭轉力而旋轉，並具有與上述扭矩管對溫度同等的彈性係數；該角度傳感器安裝在該中心軸的前端，檢測該中心軸的旋轉角，該扭矩管式液面計的溫度補償機構具備安裝在上述中心軸上的加載力附加臂；可轉動地配置在上述中心軸的周圍的轉動基板；夾設在上述加載力附加臂和上述轉動基板之間，相對於上述加載力附加臂向與上述中心軸的旋轉力相反方向供給上述加載力的彈簧；在規定的停止位置停止上述轉動基板的轉動，調整上述彈簧的加載力的加載力調整機構。
2.如權利要求I所述的扭矩管式液面計的 溫度補償機構，其特徵在於，通過上述彈簧進行調整，使得上述中心軸的旋轉量以與在中間液位50%的上述扭矩管的扭轉力相同的量成為反方向的旋轉量。
3.如權利要求I或2所述的扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，在上述轉動基板上形成轉動限制部，通過將上述加載力調整機構的卡定部卡定在上述轉動限制部，使其轉動位置在規定的停止位置停止。
4.如權利要求I至3中的任一項所述的扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，上述彈簧相對於溫度使用恆定彈性係數材料。
5.如權利要求I至4中的任一項所述的扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，設置一個或多個上述彈簧。
6.如權利要求3所述的扭矩管式液面計的溫度補償機構，其特徵在於，上述加載力調整機構的卡定部以沿螺紋軸移動的方式做成。
7.—種扭矩管式液面計的溫度補償方法，其特徵在於，該扭矩管式液面計由圓筒狀的扭矩管、棒狀的中心軸和角度傳感器構成，該扭矩管將一端固定在殼體上，在另一端受到來自置換器的載荷而扭轉；該中心軸貫通該扭矩管內，受到與該扭矩管相同的扭轉力而旋轉，並具有與上述扭矩管對溫度同等的彈性係數；該角度傳感器安裝在該中心軸的前端，檢測該中心軸的旋轉角，該扭矩管式液面計的溫度補償機構具備安裝在上述中心軸上的加載力附加臂；可轉動地配置在上述中心軸的周圍的轉動基板；夾設在上述加載力附加臂和上述轉動基板之間，相對於上述加載力附加臂向與上述中心軸的旋轉力相反方向供給上述加載力的彈簧；在規定的停止位置停止上述轉動基板的轉動，調整上述彈簧的加載力的加載力調整機構，通過上述加載力調整機構，一面使上述轉動基板的轉動停止位置移動，一面以上述角度傳感器的輸出為基礎調整上述彈簧的加載力。
全文摘要
扭矩管式液面計的溫度補償機構以及溫度補償方法。相對於扭矩管的扭轉力，調整彈簧的加載力，向中心軸施加反方向的加載力，實現溫度補償。轉動基板(30)由加載力調整機構(31)的卡定部(33)限制順時針方向的轉動，由螺旋彈簧(34a、34b)經加載力附加臂(29)施加逆時針方向的扭轉力，向與中心軸連結的連結杆(25)施加與扭矩管的扭轉力反方向的加載力。此加載力，是通過使螺紋軸(32)旋轉，使卡定部(33)移動，由轉動基板(30)的轉動限制部(30a)調整彈簧鉤掛部(30b、30c)的轉動停止位置，由螺旋彈簧(34a、34b)賦予。此調整以與中心軸連結的連結杆(35)的旋轉量與扭矩管的扭轉力平衡的方式，也就是以基於與中心軸連結的連結杆(25)的檢測角度為0的方式進行。
文檔編號G01F23/32GK102749125SQ20111019515
公開日2012年10月24日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年4月20日
發明者井上隆, 井灘弘幸, 伊東宏樹, 渡邊良行, 阿部貴史 申請人:東京計裝株式會社