基于C8051F410的平板式数字智能料位计

　　1 引言

　　物位测量仪表大多以差压、重锤、超声波、雷达、射线等原理及形式研制。随着科学技术的快速发展,自动化程度的提高,对物位的测量精度、可靠性和连续性要求越来越精确,利用　　射频导纳技术研制的物位产品越来越多,现已成为市场主流物位监测产品。射频导纳物位控制技术是通过高频无线电波测量被测介质导纳来实现物位测量。[1] [2]射频导纳技术与电容式技术最重要的区别在于测量的多样化和三电极技术。三电极技术包括电子单元和传感器,在测量电极和地极之间加入屏蔽电极,将测量电极保护起来,不受挂料影响,使测量结果更加准确。平板式数字智能料位计是在射频导纳物位计基础上设计的,主要是针对测量小直径容器的物位检测。测量的物料通常为粉煤灰、煤粉等细小的固体颗粒。

　　2 测量原理介绍

　　射频导纳物位仪表是一种从电容式物位测量技术发展起来的,防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的物位控制技术,射频导纳中的导纳的含义为电学中阻抗的倒数,它由电阻性成分、电容性成分、电感性成分综合而成。而射频即发射高频无线电波,所以射频导纳物位控制技术是通过用高频无线电波测量被测介质导纳来实现物位测量。由测量原理图可以看出中心测量杆长度直接影响测量灵敏度,中间测量杆越长,杆相对于容器壁的电容就越大,物料变化时测出的导纳变化也相应的变大。

　　针对小直径容器的物位检测,传统射频导纳有以下不足:一是由于受到容器壁间距离所限,射频导纳料位计的中间探测杆不可能太长,所以灵敏度极差;二是小直径容器的物流速度都比较快,冲击力很强,传感器的长杆很容易被物料冲弯。

　　为改进上述问题,将探测杆头改为平板圆盘方式。圆盘加大了物位计和容器壁之间的电容,从而改善测量灵敏度。平板探测极面积加大,但是探测杆缩短,而且平板增加的面积主要不在物流的方向上,所以物流对探测杆的冲击力并没有增加多少,保证了探测杆的使用强度。

　　3 仪表工艺结构设计

　　仪表由探测器、微处理器和输出电路等部分组成。如图4所示,仪表的主机安装于铸铝材料的外壳中,探测器与主机通过固定螺纹拧在一起。这种结构保证主机防护等级,还能屏蔽外界的电磁干扰。铸铝、不锈钢和PFA 材质的选取都是基于使用温度、防锈、防腐蚀、耐冲击等综合因素加以考虑的。探测器的平板圆盘头大小直接影响探测灵敏度。由现场实际安装示意图 5 来看,平板越大,则灵敏度越高。但在实际应用里,平板的尺寸也不能无限变大。设计时主要考虑了以下几个因素,1、安装时的便利性,由安装图所示,平板圆盘最大不能超过安装孔的大小;2、物料流动性,如果平板太大,则在平板和容器壁之间物料的流动性会受到影响,尤其物料湿度较大时很容易挂壁。3、安装的坚固性,平板越大,物流对其冲击力也加大。虽然平板增加面积主要不是物流方向上的,不过太大的话还是会增加物流阻力。4、平板加大,精度却不一定提高。探测级与物料埋入深度不是一个纯线性关系,物位点还是以平板中心为准。所以平板的大小应该在达到灵敏度的前提下尽可能的小。现在的尺寸是经过多个电厂、钢厂的试验结果设计的。特别要说明的是,如果物料流量太大或者物料的颗粒较大时,平板上方还需要再焊上一个阻流板,以保护探测器不受冲击,并能屏蔽物料流动对测量的干扰。