电容式物位计的应用

内蒙古科技大学本科毕业论文论文题目：电容式物位计的应用学生姓名：学号：0809810026专业：应用物理指导教师：2012年5月9日2摘要电容式物位计测量技术广泛应用于建筑、石油、化工、矿山、储运等工业生产领域,对于提高产品质量,优化过程控制具有十分重要的作用。本文就电容式物位计的几种常见的应用做出介绍。其中本文对射频导纳测量原理进行了详细论述及推导，给出了消除挂料影响、测量真实物位的方法。然后详细论述了射频导纳测量原理的电路实现，包括电源电路，复位电路，激励信号发生电路，信号检波电路，滤波电路以及信号采集电路。其次对电容式物位计如何克服杂散电容信号的影响,得到准确的测量结果,是本文的研究重点。本文在比较多种测量微小电容方法后选用充放电方法,基于充放电法,本文设计了两种电路,对两种电路的比较,选性能优者,并在信号传递过程中应用“驱动电缆法”开发出测量稳定,抗干扰能力强的电路方案。关键词：电容式；物位计；射频导纳3ABSTRACTCapacitivemateriallevelmeasurementtechnologyarewidelyusedintheconstruction,petroleum,chemical,mining,transportationandotherareasofindustrialproduction,toimproveproductquality,optimizeprocesscontrolplaysaveryimportantrole.Thecapacitivelevelgaugeofseveralcommonusedtomakepresentation.Oneoftheradiofrequencyadmittancemeasurementprincipleisdiscussedandderived,isgivenbytheeliminationofmaterialhangingeffect,measuringthetruelevelmethod.Thenindetailelaboratedtheprinciplesofradiofrequencyadmittancecircuit,includingapowersupplycircuit,resetcircuit,anexcitationsignalgenerationcircuit,asignaldetectioncircuit,afiltercircuitandasignalcollectingcircuit.Thecapacitivelevelgaugehowtoovercometheinfluenceofthestraycapacitancesignal,toobtainaccuratemeasurementresults,isthefocusofthisarticle.Basedonthecomparisonofseveralmeasurementofsmallcapacitancemethodselectionofcharginganddischargingmethod,basedonthecharginganddischargingmethod,thispaperdesignstwokindsofcircuit,thetwocircuitcomparestheperformanceofthebest,and,inthesignaltransmissionprocessintheapplicationofmethodofdrivingcabledevelopedthemeasurementstability,stronganti-interferenceabilityofthecircuitscheme.Keywords:Capacitor;levelmeter;radiofrequencyadmittance4目录前言..................................................................................................................................................1一电容式物位计的基本原理.........................................................................................................2二电容式物位计的应用.................................................................................................................42.1射频导纳物位测量...................................................................................................................42.1.1电容式液位计的测量转换电路............................................................................42.1.2导电介质挂料对测量的影响...............................................................................42.1.3射频导纳物位测量仪的工作原理.......................................................................52.1.4测量系统的实现...................................................................................................62.2HX型分段物位计的应用..................................................................................................72.2.1分段电容式物位计检测方法简介.......................................................................72.2.2实检测方法的实现...............................................................................................82.3电容式物位计在碱蒸发器上的应用...............................................................................9三电容式物位计在应用中应注意的几个问题.............................................................................93.1选型...................................................................................................................................93.2测量回路中接地点的处理.............................................................................................103.3应用中常见的故障.........................................................................................................113.4标定方法.........................................................................................................................11结束语............................................................................................................................................13参考文献.........................................................................................................................................14致谢................................................................................................................................................151前言物位是工业生产及过程控制中的重要参量,传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。电容式物位测量以其测量仪表结构简单、性能可靠、价格低廉、测量结果与介质密度及化学成份等因素无关而广泛应用于各种工况条件下。但当待测液体是具有黏附性的导体物料时,物料会黏附在传感电极的外套绝缘罩上,形成挂料,造成虚假物位,产生较大的测量误差,使仪表不能正常工作,这是传统的电容式物位测量仪的致命缺陷。随着电子技术的广泛应用,射频物位检测技术得到了迅猛发展,射频物位仪通过同时检测电容和电阻较好地解决了被介质的挂料测量误差而广泛应用于现代工业生产及过程控制的物位测量。本文对电容式物位计应用一些常用以及推广的最佳性能的物位测量做出详细介绍。2一电容式物位计的基本原理电容式物位计是在容器中建立一个电容,如图1，此电容的一极是浸没在容器中的杆状探头,另一极为接地金属板通常为容器壁,设以空气为介质的电容为C,以被测物料为介质的电容为C2,则电极间的电容为:C=C1+C2。如果被设介质为导体,则须在探头上加一层绝缘层,设被测物料上部以绝缘层为介质的电容为C1a,以空气为介质的电容为C1b,被测物料部分以绝缘体为介质的电容为C2a,则电极间的电容为:ababaCCCCCC21111公式1两电极间的电容C与被测物位的高度h有关,当物位变化时,被测介质对探头的浸没高度发生变化,从而电容C也发生变化,通过测量电容C就可以测得物位的高度h。电极电容C与被测物位高度h的关系:.*0hhCC公式23图1电容式液位计的原理图电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路组成。其基本工作原理是电容式物位传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值。电容式物位传感器是根据圆筒电容器原理进行工作的。其结构如同2个长度为L、半径分别为R和r的圆筒型金属导体，中间隔以绝缘物质，当中间所充介质是介电常数为ε1的气体时，两圆筒的电容量为：C1=2πε1L/R(㏑R/r)公式3如果电极的一部分被介电常数为ε2的液体（非导电性的）浸没时，则必须会有电容量的增量△C产生（因ε2ε1），此时两极间的电容量C=C1+△C。假如电极被浸没长度为l，则电容增量为：△C=2π(ε2-ε1)l/(㏑R/r)公式4当ε2、ε1、R、r不变时，电容