智能导纳物位计设计

　　1　引言

　　在工业生产中的很多场合,都需要对粉末状或颗粒状的固体物料及粘稠的液态介质的物位进行测量。由于测量介质的特殊性,采用一般的测量方法难以取得良好的测量效果。针对此类测量问题,目前出现了如超声波、微波、核辐射、压电式、音叉式料位计。导纳式料位计以其结构简单、安装使用方便、测量灵敏度高等优点也获得了比较广泛的应用。

　　在火力发电厂中,广泛采用静电除尘器除去锅炉燃烧烟气中的飞灰,飞灰被高压静电吸附在极板上后,被振动落入除尘器下部的灰斗中.当灰位达到一定高度,打开会灰斗进行排灰。控制中需要采用2只物位计测量灰在灰斗中的高位和低位,以便控制灰斗的开和关。

　　飞灰是煤粉燃烧后的产物,颗粒直径很小,在几十μm范围内,刚刚落下的飞灰与空气形成疏松的混合物,密度很小,电阻率很高。另外由于静电除尘器内温度约为160℃,存在强静电干扰,使一般物位计的应用存在困难。而一般的导纳式物位计在应用中,由于飞灰的黏结,也存着在工作点漂移,甚至量失效的问题。针对以上问题设计了改进型的导纳式物位计。

　　2　工作原理

　　导纳料位计主要是利用空气和被测介质之间的不同性质来进行测量的。一般介质可以等效为一电阻和电容并联,其导纳由下面的公式表示:

　　式中:r为物质的电阻率;ω为角频率;k为系数;A为电容的等效极板面积;d为电容的等效极板距离;ε为物质的介电系数。对于空气来说,其电阻率很大近似无穷,介电系数约为1;而对于一般的介质,都有一定的电阻率,介电系数一般都大于空气的介电系数。所以,从理论上说,测量物质的导纳,比单独测量物质的电阻或是电容灵敏度要高。在实际测量中由于介质都或多或少含有水,这使其混合物的导纳进一步增加。

　　由式(1)中可以看出,在电阻率一定的情况下,为了增加被测物质的导纳,提高测量的灵敏度,主要的方法是提高测量频率。就需要使用高频的测量电源,一般测量频率10 kHz~1MHz的范围内。

　　图1显示了导纳料位计测量探头的纵截面结构。其中测量段和接地层都是由不锈钢制成,绝缘层的材料一般为聚四氟乙烯,可以在200℃的高温下长期工作且具有优良的耐腐蚀性。安装时,接地层通过法兰盘同物料容器连接在一起,这样测量段就和导电的容器壳体及其中的介质就可以等效成电容和电阻的并联。

　　料位计的电极和导电的容器构成一个测量回路。当介质没有淹没测量电极时,回路的导纳主要由空气决定,相对较大,流过测量电极的电流也较小;当介质淹没测量电极时,由于被测介质的电阻率和介电系数的共同影响,使得测量回路的导纳增加,流经测量电极的电流也相应增加,加以放大后,可以输出料位的开关量信号。