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细品物位之射频导纳物位计原理篇

发布日期:2015-11-03     浏览次数:5704

上一篇文字介绍了几个与射频导纳物位计相关的概念,本篇将着重讲什么是射频导纳——射频导纳的原理。射频导纳中导纳的含义为电学中阻抗的倒数,物料的电学属性属于电阻、电容、电感的综合体现。

射频导纳物位计是基于射频导纳原理的连续物位测量产品。该产品具有稳定性高、灵敏度高、适用范围广等优点。相比传统的电容式物位计,产品采用模块化设计,能够简洁方便地实现仪表设定,一旦设定完成,即可正常使用并且终身免维护。使用户能够直观地了解设备运行情况,并及时处理出现的问题,在复杂的工业场合也一样安全可靠。其中智能型电子单元配有液晶模块可选,无需使用任何外围辅助设备,能够自动获取并显示被测物位当前值, 为用户提供更可靠的测量数据。 HART通讯协议可选。

传统的电容式物位计,随着物位上涨、物料覆盖探头,电路中探头和介质之间的电容值(导电物料场合)或者探头和管壁之间的电容值(绝缘物料场合)随之增加。由于物位的变化引起了电容桥的失衡,因此电容值的变化取决于被测物料的介电常数。然后通过对信号的检波、放大,最后输出相应的信号。但由于结晶以及挂料的影响,电容式物位计无法长时间的稳定输出所测物位。射频导纳测量技术是具有独特优势的物位测量技术,能够实现阻抗和容抗的单独测量。通过物理定律计算可得,任何挂料的阻抗和容抗的大小是相等的,所以由挂料产生的影响能够被测量出来并且通过振荡电路的移相,从总的输出中消除。射频导纳技术测量结果精度高,并且不受探头挂料的影响,是目前使用场合最广泛的一种测量技术。

深入来说对于连续物位测量,射频导纳技术与传统电容技术的区别除了上述讲过的基本特征以外,主要是增加了两部分电路,这是根据对导电挂料实践中的一个重要的发现改进而成的。上述技术在这时同样解决了连接电缆问题,也解决了垂直安装的探头根部挂料问题。增加的两个电路:一是振荡器缓冲器;二是交流变换斩波器驱动器。

对一个强导电性物料的容器,由于物料是导电的,接地点可以被认为在探头绝缘层的表面,对电子模块来说仅表现为一个纯电容。随着容器连续多次进/排料,探杆上产生挂料,而挂料是具有阻抗的。这样以前的纯电容现在变成了由电容和电阻组成的复阻抗,从而引起两个问题。

第一个问题是液位本身对探头相当于一个电容,它不消耗电子模块的能量,(纯电容不耗能)。但挂料对探头等效电路中含有电阻,则挂料的阻抗会消耗能量,从而将振荡器电压拉下来,导致桥路输出改变,产生测量误差。我们在振荡器与电桥之间增加了一个缓冲放大器,使消耗的能量得到补充,因而不会降低加在探头的振荡电压。

第二个问题是对于导电物料,探头绝缘层表面的接地点整个覆盖了物料,使有效测量电容扩展到挂料的顶端,这样变产生挂料误差,且导电性越强误差越大。

但任何物料都不是完全导电的。从电学角度来看,挂料层相当于一个电阻,传感元件被挂料覆盖的部分相当于一条由无数个无穷小的电容和电阻元件组成的传输线。根据数学理论,如果挂料足够长,则挂料的电容和电阻部分的阻抗相等。因此根据对挂料阻抗所产生的误差研究,又增加一个交流驱动器电路。该电路与交流变换器或同步检测器一起就可以分别测量电容和电阻。由于挂料的阻抗和容抗相等,则测得的总电容相当于C物位+C挂料,再减去与C挂料相等的电阻R,就可以实际测量物位真实值,从而排除挂料的影响。