连续式射频导纳物位仪

　　一、引言

　　物位检测技术在现代工业过程控制中占有重要的地位，通过对物位的确切高度测量，实现对物位的处理以及加工过程的最优化控制，并且对现有物位的储藏管理提供有用的信息。目前该技术已经广泛应用于广泛应用于冶金、化工、石油、电力、食品、造纸、煤炭、建材、医药等领域的料位、液位的测量和控制，并可以与 PLC 可编程控制器或 DCS 集散控制系统配合使用，从而实现生产过程的自动控制和自动检测。在方法上有直读法、压力法、浮力法、电容式测量法等接触式测量，也有同位素、超声波等非接触式测量法。[1]这些方法应该根据生产的实际情况来合理使用，可以达到满意的测量效果。表1 列出了常见物位测量仪表的应用场合及其存在的缺陷。

　　在众多的物位测量中要求实时的物位信息，开关式物位仪表已经不能适应生产的需要，因此连续式物位仪表将会有广阔的发展空间。本文提出的连续式射频导纳物位仪表，具有结构简单，工作可靠，维护方便的优点，可适应检测装置发展趋势，创造了全新的工作模式，方便了无人值守物位的现场检测，极大地提高了工作效率，减轻了劳动强度，使物位检测工作又实现了一次新的飞跃。

　　二、射频导纳定理

　　在电容式物位传感器中，在一定射频信号的激励下，当挂料长度趋于无穷大时，挂料层等效电阻和等效容抗在数值上相等[2]，这就是射频导纳定理。其中无限长只是理论上推导值。在实际工程中，一般在几个厘米的范围内就不会产生误差，即使有误差，跟实际的物位电容值相比也是非常小的，可以忽略不计。射频导纳仪表的应用范围十分的广泛，能够对几乎所有实际工况下的容器及介质进行物位测量。

　　三、系统原理设计

　　1、系统原理及总体框图

　　射频导纳物位测量仪有电子线路和探头两部分组成。电子线路包括 RF 产生电路、滤波电路、移相电路、采集电路、键盘电路、显示电路和通讯接口电路等;探头由探极棒及保护套构成，二者之间以及他们与接地容器之间相互绝缘，由高频振荡器提供稳定的射频电压，传到探测极棒上，当物料触及到探测极棒时，交流电桥输出不平衡电压，经过滤波，放大器处理以后，为了排除挂料等因素的影响，在测量信号的 /4 时进行 A/D 转换，得到与当前电压相对应的二进制数，然后经过标定、调试得到当前的物位高度。单片机用来控制 A/D 转换和进行一定的数据处理，最终将当前的物位的高度通过数码管来显示。为了能与上位机进行通讯，这里还设计了通讯接口，可以将测量的数值上传到上位机，上位机可以利用网络功能来实现测控，从而实现了远程测控。总体框图如图 1 所示。