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射頻導(dǎo)納料位計原理及故障分析

作時間:2018-11-27  來源:  作者:
   

 摘 要:分析了射頻導(dǎo)納連續(xù)料位計的工作原理,提出利用射頻導(dǎo)納技術(shù)解決實際生產(chǎn)中料位計掛料問題,并對射頻導(dǎo)納料位計常見故障提出了相應(yīng)的解決方案。iCe壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
物位是指存儲容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉狀或顆粒狀固體、氣體之間的分界面位置,也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的界面位置,由于各種物料的性質(zhì)千差萬別,生產(chǎn)中的工況差別很大,物位測量的方法也很多。目前常用的料位計有:重量負荷料位計、超聲波探測料位計、液體浮子式料位計、射頻導(dǎo)納電容式料位計。其中電容式物位測量方法具有適用范圍廣(適用于各種介質(zhì),包括液體、粉狀固體、液-固漿體和介質(zhì)界面),測量結(jié)果與介質(zhì)密度、化學(xué)成分等因素?zé)o關(guān),測量儀表結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格低廉、可在各種惡劣工況條件下工作等的特點,是應(yīng)用#廣泛的一種測量物位的方法。但是電容式物位測量方法存在掛料問題,當(dāng)測量具有黏附性的導(dǎo)電物料時,物料會黏附在傳感電極的外套絕緣罩上(掛料),形成虛假物位,產(chǎn)生很大的測量誤差,妨礙了電容式物位儀表更廣泛的應(yīng)用。近年來,電容式物料測試技術(shù)又有了新的發(fā)展,國外學(xué)者利用射頻導(dǎo)納技術(shù)解決了電容式物位測量方法中的掛料問題,而且國外已經(jīng)有了相關(guān)的產(chǎn)品,美國Ametek Drexelbrook公司生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納連續(xù)料位計已在國內(nèi)得到了很廣泛的運用。
 
1 電容式物位計的工作原理
電容式物位計是在容器中建立一個電容,一極是浸沒在容器中的桿狀探頭,另一極為接地金屬板(通常為容器壁),如圖1a所示。設(shè)以空氣為介質(zhì)的電容為C 1 ,以被測物料為介質(zhì)的電容為C 2 ,則電極間的電容為:
C=C 1 +C 2
電容式物位測量原理圖
如果被測介質(zhì)為導(dǎo)體,則須在探頭上加一層絕緣層,如圖1b所示。設(shè)被測物料上部以絕緣層為介質(zhì)的電容為C 1a , ,以空氣為介質(zhì)的電容為C 1b ,被測物料部分以絕緣層為介質(zhì)的電容為C 2a ,則電極間的電容為:
 
C=C 1a ·C 1b / (C 1a +C 1b )+C 2a經(jīng)推導(dǎo)可得兩電極間的電容C 與被測物位高度h的關(guān)系為:
C=C o +k·h
 
式中,C 0 和k是與介電常數(shù)、容器結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)物位變化時,被測介質(zhì)對探頭的浸沒高度h發(fā)生變化,從而使電容C發(fā)生變化,通過測量電容C得到物位高度h。
 
2 射頻導(dǎo)納料位計工作原理
傳統(tǒng)的電容式物位傳感器無法消除電極掛料對測量的影響,特別是在對粘性導(dǎo)電物料進行測量時,誤差極其嚴重,大大限制了電容式物位計的使用和發(fā)展。
粘性導(dǎo)電物料的物位檢測原理圖
如圖2a中所示,在一個充滿粘性導(dǎo)電物料的容器中,安裝一個測量電極,測量電極上有絕緣層。此時,容器中存在一個物料電容,由于導(dǎo)電物料的截面很大,可以認為被測物料在檢測電路中的電阻為零。由于此電容的兩極分別為電極極芯和導(dǎo)電物料,由前述電容式物位計的工作原理可知,此時測量電容與物料高度成正比。然而,這種電容式物位測量原理存在一個嚴重的缺點,如圖2b中所示,當(dāng)物位由高位h降低到低位h 0 時,探頭上可能會留有粘附層(即掛料),產(chǎn)生虛假的物位,給測量帶來誤差。
 
在圖2a中,由于掛料的橫截面積較小,掛料的等效電阻較大(掛料的等效電路如圖2b所示),掛料可以看作由許多微小的電阻和電容組成。從數(shù)學(xué)上可以證明,只要粘附層足夠長,粘附層的電阻和電容具有相同的阻抗,這就是射頻導(dǎo)納定理。將測量電極上帶有粘附層的容器的外壁接地,在測量電極和地之間加一高頻激勵信號,在測量電極和地之間沒有直流通路,因此,對電流進行測量,可得到儲罐實際的料位。
 
3 射頻導(dǎo)納測量系統(tǒng)的實現(xiàn)
標準正弦信號發(fā)生電路發(fā)出100 kHz的射頻信號,經(jīng)濾波電路將干擾成分濾掉,獲得較純凈的100 kHz的射頻信號,電容驅(qū)動電路用于提高物位的測量范圍。變壓器電橋測量電路將物位信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。測量的電壓信號分成2路:包含物位信息和掛料信息的測量信號;提供采樣時刻的同步信號。同步信號經(jīng)過處理,給出采樣時刻,在該時刻對測量信號進行采樣,即可獲得純凈的物位信號,從而消除電極掛料的影響。檢測到的物位信號經(jīng)過低通濾波電路,消除一些干擾,然后送入微機系統(tǒng)進行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理,并通過顯示電路顯示實際物位。實際物位與設(shè)定的物位上下限值進行比較,給出越限報警信號。用戶可以通過鍵盤輸入命令信號,對系統(tǒng)進行自校準,提高測量精que度。射頻導(dǎo)納測量系統(tǒng)框圖如圖3所示。
射頻導(dǎo)納測量系統(tǒng)框圖
4 射頻導(dǎo)納料位計常見故障分析
美國Ametek Drexelbrook公司生產(chǎn)的射頻導(dǎo)納連續(xù)料位計工作性能穩(wěn)定,測量精度高,但使用條件和應(yīng)用條件等工藝參數(shù)不當(dāng),可能會造成儀表測量不準確或儀表不工作。若是儀表原因,請依次檢查以下幾方面的內(nèi)容:
 
(1)檢查電子單元。移動傳感器電源及信號電纜,外加15~28VDC電源,進行檢查并校準系統(tǒng),利用信號發(fā)生器檢查系統(tǒng)的輸出信號是否在4~20mA的范圍內(nèi)。
(2)檢查傳感器。用模擬歐姆表測量傳感器接線端之間的電阻,包括中心線與屏蔽間電阻、屏蔽與地間電阻、中心線與地間電阻。傳感元件在空氣中無掛料(聚集物)時,上述三電阻阻值應(yīng)為無窮大,若傳感元件上有掛料,則電阻阻值偏低,當(dāng)掛料除去后,電阻恢復(fù)無窮大。正常時,傳感器上有掛料情況下的#小電阻值為:中心線與地之間1000Ω;中心線與屏蔽之間600Ω;屏蔽與地之間300Ω。
(3)檢查傳輸電纜。導(dǎo)線管中有水或?qū)щ娦晕矬w,可能會引起儀表失靈。
 
5 結(jié)語
詳細分析了射頻導(dǎo)納連續(xù)料位計工作原理及測量系統(tǒng)工作的實現(xiàn),并對射頻導(dǎo)納料位計常見故障進行分析,提出相應(yīng)的解決方案,使射頻導(dǎo)納料位計更好地服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)。
 
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