射频导纳料位计原理

1、2.点位射频导纳原理射场导纳是一种从电容式发展起来的、防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的料位控制技术，射频导纳 中导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电 波诘，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。1.电容式物位测量原理实验室中，平行板电容器是一个理想型的电容器，其电容 量为：C=ExS/D ,其中E为两电容极板间介质的介电常数， S为两极板间面积，D为两极板间距离。对于一个料仓，安装 一个浏量电极系统，形成一个同轴电容器。仓内存在一个电容 C=goxS xHQ/D + exSx ( H-HO )/D,其中孔为两电 极间空气的介

2、电常数，£。=1 0006,近似=1; £为两电极间介 质的介电常数.S为两极板间等效面积，D为两极板间距离， H0为空气段探头长度，H为探头长度。对于一个固定的料仓来 说，物料的£是固定的，S、D也是固定的，所以，推导上式 可知，删量电容与物料的高度成正比。图2是测量原理框图。利用检测桥路上的可调电容可以平衡掉初始电容，包括安装电容和线缆电容等，只剩下探头物料电 容，该电容信号经放大后，输出一个与料位成正比的信号。这种电容式原理存在一个严宜弱点：即物位 升高淹没探头后又落下去时，探头可能会留有附看物即挂料。这会导致被测电容加大，如果是导电液体 情况会更严重，产生

3、很大的误差。另一个缺点是探头到电路单元之间的连接电缆，在这相当于一个较大 的电容.而且随温度变化。这个变化的电缆电容与物位电容叠加在一起会引起很大的误差，尤其在物料 介电常数较低的场合，信号较小，这些误差将是很严重的。而射频导纳技术就能克服上述缺点。II市I电单元电缆电容点位射频导纳技术与电容技术的重 要区别是采用了三端技术，如图3。在 电路单元测量信号上引出一根线，经同 相放大器放大，其输出与同轴电缆屏蔽 层相连，然后又连到探头的屏蔽层上 （Cote-shield元件）。该放大器是一 个同相放大器，其增益为“1”，输出 信号与输入信号等电位、同相位、同频 率但互相隔离地线是电缆中另一条独 立

4、的导线由于同轴电缆的中心线与外 层屏蔽存在上述关系，所以二者之间没 有电位差，也就没有电流流过，即没有 电流从中心线漏出来，相当于二者之间 没有电容或电容等于零）因此电缆的温 度效应，安装电容等也就不会产生彩响。对于探头上的挂料问题，采用一种新的探头结构如图，五层同心结构：最里层是中心测杆，中间是 Cote-shield屏蔽层，最外面是接地的安装螺纹.用绝缘层将其分别隔离起来。图4给出了探头上挂料的 等效电路与同轴电缆的情况是一样的，中心测杆与屏蔽层之间没有电势差即使传感元件上挂料阻抗 很小，也不会有电流流过，电子仪器测it的仅仅是从探头中心到主要是到对面罐壁（地）的电流，因为 Cote-sh

5、ield元件能阻碍电流沿探头向上流向容器壁，因而对地电流只有经探头末端通过被测物料到对 面容器壁，即UA=UB lAB= （ UA-UB） R=0o由于屏蔽层与容器壁之间存在电势差，两者之间虽有电流流 过.但该电流不祐测鼠.不影响测银培果。汶样就格测演端保护起来.不咨梓料的影响。只有容器中的 物位确实上升接触到中心测杆时.通过被测物料，中心测杆与地之间形成被测电流。3 .连续射频导纳原理对于连续物位测量，射频导纳技术与传统电容技术的区别除了上述讲过的以外.还增加了两个很重 要的电路，这是根据对导电挂料实践中的一个很重要的发现改进而成的a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

6、传感黯根部挂料问题c所增加的两个电路是振荡器缓冲器和交流变换 斩波器驱动器。如图5。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，对变送 器来说仅表现为一个纯电容，如图6c随着容器排料，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。即 Cji.= c” 心"工第一个问题是液位本身对探头相当 于一个电容，它不消耗变送器的能量， （纯电容不耗能）O但挂料对探头等效 电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗 能最，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n我们在 振荡器与电桥之间增加了一个缓冲放大 器，使消耗的能星得到补充，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覆盖了整个物料及 挂料区，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。但仟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c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