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細(xì)品物位之射頻導(dǎo)納物位計(jì)原理篇

發(fā)布日期:2015-11-03     瀏覽次數(shù):52263

上一篇文字介紹了幾個(gè)與射頻導(dǎo)納物位計(jì)相關(guān)的概念,本篇將著重講什么是射頻導(dǎo)納——射頻導(dǎo)納的原理。射頻導(dǎo)納中導(dǎo)納的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù),物料的電學(xué)屬性屬于電阻、電容、電感的綜合體現(xiàn)。

射頻導(dǎo)納物位計(jì)是基于射頻導(dǎo)納原理的連續(xù)物位測(cè)量產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有穩(wěn)定性高、靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的電容式物位計(jì),產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì),能夠簡(jiǎn)潔方便地實(shí)現(xiàn)儀表設(shè)定,一旦設(shè)定完成,即可正常使用并且終身免維護(hù)。使用戶能夠直觀地了解設(shè)備運(yùn)行情況,并及時(shí)處理出現(xiàn)的問(wèn)題,在復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)合也一樣安全可靠。其中智能型電子單元配有液晶模塊可選,無(wú)需使用任何外圍輔助設(shè)備,能夠自動(dòng)獲取并顯示被測(cè)物位當(dāng)前值, 為用戶提供更可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。 HART通訊協(xié)議可選。

傳統(tǒng)的電容式物位計(jì),隨著物位上漲、物料覆蓋探頭,電路中探頭和介質(zhì)之間的電容值(導(dǎo)電物料場(chǎng)合)或者探頭和管壁之間的電容值(絕緣物料場(chǎng)合)隨之增加。由于物位的變化引起了電容橋的失衡,因此電容值的變化取決于被測(cè)物料的介電常數(shù)。然后通過(guò)對(duì)信號(hào)的檢波、放大,最后輸出相應(yīng)的信號(hào)。但由于結(jié)晶以及掛料的影響,電容式物位計(jì)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定輸出所測(cè)物位。射頻導(dǎo)納測(cè)量技術(shù)是具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的物位測(cè)量技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗和容抗的單獨(dú)測(cè)量。通過(guò)物理定律計(jì)算可得,任何掛料的阻抗和容抗的大小是相等的,所以由掛料產(chǎn)生的影響能夠被測(cè)量出來(lái)并且通過(guò)振蕩電路的移相,從總的輸出中消除。射頻導(dǎo)納技術(shù)測(cè)量結(jié)果精度高,并且不受探頭掛料的影響,是目前使用場(chǎng)合最廣泛的一種測(cè)量技術(shù)。

深入來(lái)說(shuō)對(duì)于連續(xù)物位測(cè)量,射頻導(dǎo)納技術(shù)與傳統(tǒng)電容技術(shù)的區(qū)別除了上述講過(guò)的基本特征以外,主要是增加了兩部分電路,這是根據(jù)對(duì)導(dǎo)電掛料實(shí)踐中的一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)改進(jìn)而成的。上述技術(shù)在這時(shí)同樣解決了連接電纜問(wèn)題,也解決了垂直安裝的探頭根部掛料問(wèn)題。增加的兩個(gè)電路:一是振蕩器緩沖器;二是交流變換斬波器驅(qū)動(dòng)器。

對(duì)一個(gè)強(qiáng)導(dǎo)電性物料的容器,由于物料是導(dǎo)電的,接地點(diǎn)可以被認(rèn)為在探頭絕緣層的表面,對(duì)電子模塊來(lái)說(shuō)僅表現(xiàn)為一個(gè)純電容。隨著容器連續(xù)多次進(jìn)/排料,探桿上產(chǎn)生掛料,而掛料是具有阻抗的。這樣以前的純電容現(xiàn)在變成了由電容和電阻組成的復(fù)阻抗,從而引起兩個(gè)問(wèn)題。

第一個(gè)問(wèn)題是液位本身對(duì)探頭相當(dāng)于一個(gè)電容,它不消耗電子模塊的能量,(純電容不耗能)。但掛料對(duì)探頭等效電路中含有電阻,則掛料的阻抗會(huì)消耗能量,從而將振蕩器電壓拉下來(lái),導(dǎo)致橋路輸出改變,產(chǎn)生測(cè)量誤差。我們?cè)谡袷幤髋c電橋之間增加了一個(gè)緩沖放大器,使消耗的能量得到補(bǔ)充,因而不會(huì)降低加在探頭的振蕩電壓。

第二個(gè)問(wèn)題是對(duì)于導(dǎo)電物料,探頭絕緣層表面的接地點(diǎn)整個(gè)覆蓋了物料,使有效測(cè)量電容擴(kuò)展到掛料的頂端,這樣變產(chǎn)生掛料誤差,且導(dǎo)電性越強(qiáng)誤差越大。

但任何物料都不是完全導(dǎo)電的。從電學(xué)角度來(lái)看,掛料層相當(dāng)于一個(gè)電阻,傳感元件被掛料覆蓋的部分相當(dāng)于一條由無(wú)數(shù)個(gè)無(wú)窮小的電容和電阻元件組成的傳輸線。根據(jù)數(shù)學(xué)理論,如果掛料足夠長(zhǎng),則掛料的電容和電阻部分的阻抗相等。因此根據(jù)對(duì)掛料阻抗所產(chǎn)生的誤差研究,又增加一個(gè)交流驅(qū)動(dòng)器電路。該電路與交流變換器或同步檢測(cè)器一起就可以分別測(cè)量電容和電阻。由于掛料的阻抗和容抗相等,則測(cè)得的總電容相當(dāng)于C物位+C掛料,再減去與C掛料相等的電阻R,就可以實(shí)際測(cè)量物位真實(shí)值,從而排除掛料的影響。