音叉液位開關(guān)的振動頻率應(yīng)如何設(shè)計和微調(diào)

音叉液位開關(guān)自發(fā)明以來，頗受用戶青睞，在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在研發(fā)過程中，需要根據(jù)應(yīng)用工況和測量對象對音叉液位開關(guān)的音叉振動頻率進行合理設(shè)計。而在生產(chǎn)過程中，也需要根據(jù)設(shè)計標(biāo)稱頻率對振動叉體做適當(dāng)微調(diào)諧，以便設(shè)備在實際應(yīng)用時穩(wěn)定可靠地工作。

音叉振動頻率的經(jīng)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(zhì)的密度（kg/m3）

為了適應(yīng)測量現(xiàn)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(shè)計成規(guī)則的矩形，下圖所示為計為音叉液位開關(guān)和料位開關(guān)的三種叉體圖。對這種不規(guī)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。

計為振動式物位開關(guān)的三種叉體圖

從公式可以看出，音叉標(biāo)稱諧振頻率可以通過改變音叉的厚度、長度進行微調(diào)，而改變叉體的材料同樣能改變音叉標(biāo)稱諧振頻率。振動頻率與叉長的平方成反比，叉長越長，頻率越低；而與叉體的厚度成正比，叉體越薄，振動頻率越低。頻率變化數(shù)據(jù)如表一和表二所示：

表一、叉體長度值改變，其振動頻率改變的量值

表二、叉體厚度值改變，其振動頻率改變的量值

除了上述兩種調(diào)整方法外，選用楊氏模量值E值較大的材料，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(tài)下的諧振頻率。音叉振幅與驅(qū)動功率有關(guān)，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(tài)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(zhì)，會發(fā)生頻率或振幅的強烈改變。當(dāng)振動中的音叉浸泡于粘度小的液體時，往往會發(fā)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(dāng)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(guān)就是利用檢測叉體浸泡到液體時其頻率顯著且穩(wěn)定地下降變化來設(shè)計的。而音叉料位開關(guān)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(shè)計的。目前大部分國產(chǎn)音叉物位開關(guān)是通過檢測音叉振幅變化來設(shè)計開關(guān)點的，這種設(shè)計的音叉物位開關(guān)在檢測液體時可靠性要明顯降低，而且可檢測的液體介質(zhì)密度要大于0.7g/cm3，有的甚至要大于0.8g/cm3。同時為了適應(yīng)于液體測量的需要，這種音叉物位開關(guān)往往要加大振動驅(qū)動功率，致使其應(yīng)用于固體顆?；蚍勰┑奈锪蠝y量時，可靠性大大下降。這就是為什么國產(chǎn)液體固體通用的音叉物位開關(guān)普遍介質(zhì)密度適應(yīng)范圍小、工作可靠性低的原因。

計為音叉液位開關(guān)

為了提高音叉物位開關(guān)的可靠性，計為自動化專門設(shè)計只測量液體的液位開關(guān)和專門測量固體顆粒和粉末的料位開關(guān)，這使其不僅具有極高可靠性，并且其可測量介質(zhì)的密度也顯著低于同行同類產(chǎn)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(guān)最低可測顆?；蚍勰┟芏鹊瓦_(dá)0.008g/cm3。