液位测量系统设计

1、液位测量系统设计在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对 液位进行精确测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。直接液位测量 法是以直观的方法检测液位的变化情况，如玻璃管或玻璃板法。然而随着工业自 动化规模的不断扩大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐渐被间接测量方法 取代。口前国内外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法，如浮子式、液压式、 电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。其中电容式液位测量价格低廉、结构 简单，是间接测量方法中最常用的方法之一一，结构简介图 3.3 改进平板成电容结构图Fig3.3

2、 Structure diagram of imprave d flat-plate capacitive在柱形电容器的极板之间，充以不同高度的介质时，电容疑的大小也会有所不同。因 此，可通过测疑电容量的变化来检测液位。上图是一种由两个同轴圆简极板组成的电容器，在两圆简之间充以介电常数为的介 质时，则两圆筒间的电容量表达式为厂_2砂上0 =7DLn d式中 L 为两极板相互遮盖部分的长度：d 与 D 分别为圆筒形内电极的外径和外电极的内径：旬为两电极间介质的介电常数。所以，当 D 和 d立时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数勺的积成 比例。这样.将电容传感器（探头）插入被检

3、测物料中，电极浸入物料中的深度随物位髙低 变化，必然引起电容量的变化，从而可检测出物位。二，传感器的组成它主要是由细长的不锈钢管（半径为& ）、同轴绝缘导线（半径为 R（）以及英被测液 体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器主要利用其两电极的覆盖而积随被测液体液 位的变化而变化，从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。忽略边缘效应（LD）,则液位为 0 时，Q = =愿丄,(K =)Ln Ln d(1当液位变化AH时，C = Co+ AC = Kw（）厶+K（w （）A/因此，用此传感器就可以把液位的变化转变为电容的变化匚三，电路及测量原理电容 G、（?2 被加上一个可控髙频振荡电源，振

4、荡角频率 Q 保持恒左，髙频振荡供电 电压 do 变化以保证 a +心）=（常数），而 a 。做为电路的输岀。因此：h=奴他）h=如 W）因为石+i2= Icom=就 q +c2）e（t）故 0（。= /如”/忒 5+c2）i2-i = c2-c）e（t） = （c2一c/（q +c2）将 G 换居一固左电容，英电容值等于 c （即k 心,将 c?换成测量筒电容。这样.当液位为 0 时，C, = c2,输出为 0：当液位增加时，C?增加，电路输出增加。当液位为 H 时，调整满量程旋钮，使电路输出达满量程电流。这样，就把液位的变化转变为电路输岀电 流的变化。四，测量精度分析根据单元组合仪表原理可

5、知，电路理论输出应为:（A+几）=-L- xAC C（）+Co+ACmax式中：为液位为H时电容变化最大值即K（ ）H o而实际输出应为：（/1+b） =- xAC-C（）+C0+AC则误差E_ “2C。+ (?2C0+ Cmax(2C + AC)(2C0+ ACmax)将C= K勺上、C = K(_(JAH、(?唤=K(W O)H代入上式得:E_门窃厶 +( )A/ 2()厶 +( )HJ故精度等级为E =乜-包7H%00%)H2sL+ (w 0)AH五，误差分析误差来源主要包括：（1）温度对结构尺寸参数的影响（2）温度对介电常数的影响（3）结构设计中边缘效应的影响（4）结构设计中采用绝缘材料的影响（5）寄生电容的干扰的影响六，影响液位测量的主要因素及解决方法cn(1)电容极板结构对测量的影响增加初始值，可以使寄生电容和相对电容传感器的电容量较小。电容极板板间距藹大, 寄生电容大、精度低：板间距离小，寄生电容小、精度高。所以应根据实际情况，选择合适 的电容极板尺寸。另外电容传感器的材料和电信号引线的选用，也会对液位测量的精度产生 影响。(2)温度对测量的影响在不同温度下，传感器所用材料都将发生不同程度的尺寸变化，这些都将影响传感器的 精度。同时，各种介质的介电常数也是