一、本文概述
在石油化工企业的生产过程中，安全性是重要的考量因素，无论是生产工艺还是生产设备都首先要从安全性出发，近年来，时常出现关于石油化工企业经常因为跑、冒、泄露等引发火灾或爆炸事故的报道，究其原因，有些事故是人为失误，有些是检测仪器等设备的设计缺陷，甚至是因为不正确的仪表设备选型引起的。为从源头上解决泄露安全隐患问题，需要采用一种更具安全性的实用性的液位测量仪表，本文所的就是这种磁翻板液位计，这种磁翻板液位计是利用阿基米德定律、牛顿第三运动定律及磁性物质的特性，将液面检测浮子与水久磁钢分体设计，浮子设置在容器内，水久磁钢设置在容器外，保证检测液体封闭在容器内。既能避免容器外连通管内易燃易爆液体泄漏，液面计又不受液面检测高度的限制，解决了普通玻璃板、石英管液面计易破碎，测量范围小、受环境温度影响等缺陷。磁翻板液位计的产品特点在于不仅节能、环保，制造成本低，而且安装方便、适用不同高度容器的液面检测，应用于石油化工等工业企业，具有很好的应用前景。可以大大降低安全隐患，减少危险源，并能节省成木，提高经济效益。
背景与分析
山东省是工业大省，石油、石化企业多，东营、淄博、黄岛都有大型石化企业，石油化工品是爆炸火灾危险场所，尤其在黄岛临海区域，化工品的泄露、爆炸事故将直接污染黄海。2013年黄岛因为原油泄露引发特大爆炸事故，造成重大人员伤亡，人民生命财产损失惨重。
化工品储存设备的直读式液位检测仪，目前通行的做法是利用物理学中连通管原理，采取容器或设备外安装玻璃管或石英管式液位计测量液面，如果阀门腐蚀、玻璃管破碎都会导致化工品泄露，存在安全隐患。作为中学生，利用我所学过的物理知识，如阿基米德定律、磁钢特性等，发明一种新的液位检测方法去消除安全隐患，并从安全性、实用性、经济性等多方面做出对比，并做到仪表木质安全。
二、研究成果
2.1传统直读式玻璃管或石英管式液位计的缺点
如图1所不为石化厂典型直读式玻璃管或石英管式测量液位计图，利用连通管原理将设备内液体引致设备外玻璃管内，人们可以通过观察玻璃管内的液面从而获取设备内的液面高度。
此测量方法有如下缺点:
1)阀门连接处容易泄露，如果设备内储存为化工品，泄露后易发生火灾和爆炸。
2)如容器设备内储存水等易冻液体，冬天气温低时，玻璃管内液位易冻，需做伴热处理，耗能。
3)当液位在玻璃管上下侧时，观察不到液位，存在观察盲区。
4)玻璃管液位计或石英管液位计长度长一般为2m,当容器设备高达2m以上时，需要设置多个玻璃管液位计或石英管液位计进行叠加，受高度限制，观察不方便[[3]0
5)玻璃板液位计或石英管液位计加工成本高，价格昂贵，安装阀门、伴热设施等附加费用高。
2.2理论基础
基于直读式玻璃管或石英管式液位计的缺点，利用所学过的物理知识，发明一种磁力式液位计，能解决以上问题。所用知识点如下:
1)阿基米德定律:浸在液体(或气体)里的物体受到竖直向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。
2)牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力，是同时在同一条直线上，大刁、相等，方向相反。
3)磁钢的性质:同名极相斥、异名极相吸的性质。2.3磁翻板液位计的设计与构思
磁翻板液位计由不锈钢浮子、导向钢丝、滑轮、磁钢、磁翻板及安装支架构成。
设浮子重力为G,钢丝张力为F，浮子在液体中浮力为F浮
根据阿基米德定律:
浮力F}=浮子体积「V]x液体密度「P]
根据牛顿第三定律:
钢丝上的张力F=浮子重量一浮力=G-pxV
考虑到浮子侵人到液面中的稳定性，浮子采用不锈钢浮子，液体密度为容器中实际所储存的液体密度，即可计算出钢丝张力，从而计算出磁钢的重量。浮子重量设置为SOOg，高度为4cm，磁翻板液位计在液面中稳定时，按浮子侵人液面2cm,露出液面2cm设计，根据牛顿第三定律和阿基米德定律，即可计算出磁钢的重量。
测量原理:当液面升高时，浮子侵人液面的体积增加，此时浮力增加，钢丝张力因此减小，磁钢将向下运动，同时导向钢丝拉着浮子上升，当浮子重新侵人液面2cm时，达到新的平衡。当液面降低时，浮子侵人液面的体积减少，浮力减少，此时钢丝张力增加，磁钢向上运动，浮子下降，直到达到新的平衡。
图2中，在容器外安装磁性翻板，当磁钢运动时，磁性翻板随磁钢的运动翻转，将翻板涂成不同颜色，没翻转的一面为绿色，翻转后的一面为红色，通过观察磁翻板的颜色，即可知道容器中的液面高度。磁翻板与磁钢之间的磁力作用于水平面，对垂直平面的作用力没有影响。翻板的数量根据容器的高度任意增减，非常方便，而且没有任何的液面盲区。
在实际应用中，如果不需要计量，磁钢重量的设置可以忽略滑轮摩擦力的影响，如果测量，可以测量滑轮的摩擦力修正磁钢重量。
三、经济性对比分析
假设某设备高为lOm，玻璃板液面计和磁翻板液位计的价格对比如下，其价格来源见项目查新报告附件1中的参考文献。
3.1使用玻璃板液位计价格分析
1)购买玻璃板液位计表
2)伴热用耗电能成木
每年冬季按4个月120天考虑，每套伴热材料功率按SOW考虑，电费按每度0.55元考虑，则5套每年的用电成木为120x24x0.O5x0.55x5=720元
3.2磁力式液面检测液分析
经对比分析，磁翻板液位计每1Om比玻璃板液位计价格便宜10000多元，而且不需要附加耗能，若某一炼油厂用液面计长为1OOOm，则能节省投资100万元，从投资对比可知，此发明若用于工业使用，经济效益明显。
四、磁翻板液位计的优点
1)安全性高，取消了连通管，液体全部封闭在容器内，不会因为连通管或阀门的腐蚀而泄露，不存在火灾爆炸安全隐患。
2)适用性强，不受容器高度的影响。当容器设备高达数米，甚至数十米时，只需增加导向钢丝的长度和磁翻板的数量即可。
3)观察方便，对于高达数米，甚至数十米的容器，只需观察磁翻板的颜色即可，不需要象玻璃板那样就近观察液面。
4)液体在容器中，不会在低温环境下而导致连通管中的液体冰冻，节能、环保。
5)成木低，经济性好，安装附件少，容器高度越高，越高，具有很好的应用前景。
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