射频导纳在导电介质物位测量中的应用

    0　引言

    物位是工业生产及过程控制中的重要参量,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。

    1　电容式物位计的工作原理

    电容式物位计是在容器中建立一个电容,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。如果被没介质为导体,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C_1a,以空气为介质的电容为C_1b,被测物料部分以绝缘体为介质的电容为C_2a,则电极间的电容为:

    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:C =C₀+k*h。

    2　电容式液位计的测量转换电路

    电容式液位计测量转换电路如图2所示。当C_x=C_x0时,交流桥平衡,,输出电路U·=0。当液位变化时,电容式传感器的电容量C_x=C_x0+ΔC_x发生变化,则输出电压不为零(U·≠0),桥路有输出电压,通过测量输出电压就可以得到当前的液位。

    3　导电介质挂料对测量的影响

    黏附在传感电极上的挂料层只是很薄的一层,比料位下面的物料要小得多,其横截面和和料位以下的物料相比几乎可以忽略;而物料的横戴面积远远大于挂料层的横截面积,且物料具有较好的导电性,因而可以认为物料的电阻非常小,可以忽略。因此在测量时认为物料的电位和金属仓壁的电位一样,从而把物料当作电容的一个极板。但挂料层的电阻却很大,从电学的角度看,挂料层相当于一条由无穷多个无穷小的电容元件和无穷小的电阻元件组成的传输线。如图3所示。

    因此当物位高度由h降低至h0时,探头上可能会有黏附层(即挂料),产生虚假物位,影响测量精度。