射频导纳物位计在生产中的应用

    物位是各类生产领域中重要的测量参数之一。物位值的准确度将直接影响系统运行的稳定性。目前国内生产的基于各种原理测量物位的物位计不胜枚举,如差压式液位计、浮子式液位计、浮筒式液位计、超声波物位计、辐射式物位计、射频导纳物位计等。其中射频导纳物位计是一种从电容式物位计技术发展起来的物位测量仪表,可广泛用于石油、化工、冶金、医药、电力、食品、造纸等工业领域的物(界)位连续测量。

    1　射频导纳物位计的工作原理及其特点

    1.1　基本组成

    射频导纳物位计由检测部分和变送部分组成。检测部分主要由探头、保护套外壳、指示表等组成;变送部分主要由振荡器、电桥、误差修正放大电路、解调驱动放大器、信号调节器、延时调节电路、零位和量程调节、3端防挂料屏蔽电路、限压电路、电压电流转换电路及指示表等组成,如图1所示。

    1.2　工作原理

    射频导纳物位计是基于射频电容技术,将一个无线电高频信号施加在探头上,使探头与容器的容器壁及物料介质形成一个电容(如果容器壁为绝缘材料,则应伸入另一个金属电极,称为参考电极)。当容器内没有物料时,存在一个分布电容C₀,即

式中　ε0———探头与容器壁间空气的介电常数(ε₀≈1);

    S———探头与容器壁间的面积;

    D———探头与容器壁间的距离。

    在初始状态下,调整电桥电路调谐电容器的大小,平衡掉初始电容C0,使变送器的输出信号为零:当容器内有物料时,由于介质的介电常数大于1,存在一个物料介质电容C_W,即

式中　ε———物料介电常数;

    S₀———单位长度探头与容器壁间的面积;

    H———物料高度。

    对于一个容器来说,S₀,D值是固定的,那么所测量到的电容值与物料高度成正比。

    另外,射频导纳物位计在电容液位计的基础上采用的如下两项补偿电路的技术,克服了挂料所引起的测量误差。1)物料本身对探头相当于一个电容,它不消耗变送器的能量(纯电容不耗能),但挂料对探头等效电路中含有电阻,则挂料的阻抗会消耗能量,从而将振荡器电位拉下来,导致桥路输出改变,产生测量误差。在振荡器与电桥之间增设一个缓冲放大器,补充因挂料产生阻抗引起的桥路输出改变,使消耗的能量得到补充,稳定加在探头的振荡电压。2)对于导电物料,探头绝缘层表面的接地点覆盖了整个物料及挂料区,使有效测量电容扩展到挂料的顶端,这样便产生挂料误差,且导电性越强误差越大。增设的交流驱动电路,克服了高导电物料介质引起的挂料误差。该电路工作时产生两路电位频率完全相同的高频信号,一路施加在检测探头上;另一路施加在探头外部有粘附物的保护电极上,由于相同电位下不会有电流流动,从而隔断了探头经粘附物到容器壁间的电流流动,剔除了虚假信号。