專利名稱：料位測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測量儀器，適用于冶金、礦山、建材、化工、電站、糧食，制糖等部門，用來連續(xù)指示各種物料(非導(dǎo)體的、顆粒料、粉末料等)的料位高度。
以電站鍋爐煤粉倉的粉位測量為例，目前國內(nèi)主要采用重錘式測量，如江蘇興化無線電廠產(chǎn)的ZLJ-AB型重錘料位計(jì)。這種料位計(jì)不能連續(xù)測量，只能測一個(gè)點(diǎn)精度低，而且格式陳舊。格式新穎的當(dāng)數(shù)西安晶體管廠1976年設(shè)計(jì)的JXRL-AB型電容料位指示器，它把料當(dāng)做電介質(zhì)，把料倉邊壁當(dāng)一電容極料倉中設(shè)一電容極，然后用振蕩測量方法測量電容的變化來推知料位的變化。其測量原理如

圖1所示。振蕩器的輸出經(jīng)整流對(duì)被測電容充電，通過測量被測電容上的平均放電電壓得知電容從而得知料位。直流放大器對(duì)平均放電電壓放大以推動(dòng)表頭指示料位。其被測電容的結(jié)構(gòu)如圖2所示，料倉中設(shè)置的金屬體1與料倉邊壁2是被測電容的兩電極，絕緣體3隔離1和2，料倉中料4做為電介質(zhì)，導(dǎo)線5、6是被測電容與測量電路間的引線。這種電容料位儀在料種以及物料的溫度、濕度、粒度不變化時(shí)測度較準(zhǔn)，當(dāng)變化不頻繁時(shí)可以通過調(diào)整儀器消除它們帶來的系統(tǒng)誤差，變化如果十分頻繁儀器的測量誤差會(huì)特別大。在上述的使用部門中，大多數(shù)在溫度和濕度上有大幅度的頻繁變化，使測量嚴(yán)重不準(zhǔn)。當(dāng)濕度達(dá)到一定值時(shí)，由于絕緣體3的溫度低于料倉潮濕空氣的溫度，在絕緣體3的表面形成薄薄一層水，使電容的泄漏電阻急驟下降，整個(gè)儀器根本無法使用。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種改進(jìn)的電容料位儀，使之在溫度、濕度、粒度等大幅度頻繁變化的情況下能夠正常使用并有較高的精度。
上述目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
方案1在料倉的下部增設(shè)短電極，它一般常埋在物料中，此電極與料倉壁構(gòu)成一個(gè)小電容，由于短電極對(duì)應(yīng)的料位高不變，其電容測量電路測出的電容值的變化實(shí)為料位高以外的因素，比如溫度、濕度、料顆粒度等發(fā)生的變化而引起，將此信號(hào)補(bǔ)償料位電容測出的信號(hào)，以減小和消除除料高變化以外因素的變化對(duì)測出信號(hào)的影響，提高測量精度。
方案2，除了在料倉下部增設(shè)補(bǔ)償電極和相應(yīng)的電容測量電路對(duì)料位電容的測出信號(hào)補(bǔ)償外，還可以在電容電極間的絕緣體上增設(shè)電熱元件，加熱電路用電加熱絕緣體使它的表面溫度大于或等于料倉的溫度，使之表面不能形成水層。
方案3，除了用方案1或者方案2所述的結(jié)構(gòu)外，當(dāng)料倉邊壁為水泥、混凝土、木材等非金屬體時(shí)，應(yīng)在料倉內(nèi)壁增設(shè)金屬體，以該金屬體做電容的料倉邊壁處的電極，把料倉邊壁材料排除在電容之外，消除溫度、濕度通過邊壁的非金屬材料對(duì)電容的影響，提高測量精度。
除了采用增設(shè)補(bǔ)償電容其及測量電路，電熱元件及其加熱電路和增設(shè)金屬體的料倉邊壁處電極來減少和消除測量誤差外，還可以將料倉中的料位電容電極和補(bǔ)償電容電極變成多根并均勻分布，這樣既使料面不平整時(shí)測量的值也能較精確地反映其平均高度，也可以將補(bǔ)償信號(hào)加在料位測量電路直流放大器的工作點(diǎn)調(diào)整電阻上，負(fù)反饋的補(bǔ)償信號(hào)通過改變料位測量電路直流放大器的放大倍數(shù)來減少和消除物料的溫度、濕度和顆度等帶來的測量誤差，使補(bǔ)償效果較好。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
附圖1，是西安晶體管廠電容料位儀的測量原理圖。
附圖2，是圖1中以物料為電介質(zhì)的電容結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1倉中電極，2倉壁電極，3絕緣體，4物料，5電極引線，6電極引線。
附圖3，是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測量原理圖。
附圖4，是附圖3中料位電容和補(bǔ)償電容的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，7料位電容電極引線，8料位電容倉中橫電極，9料位電容倉中豎電極，10補(bǔ)償電容倉中豎電極，11絕緣固定伯，12補(bǔ)償電容電極引線，13料倉壁。
附圖5，是附圖4中料位電容倉中豎電極9和絕緣固定件11的放大圖。其中，9a接線柱，9b絕緣陶瓷，9c電熱線圈，9d鋼繩，9eU形壓緊件，9f卡片，9f螺母，11a電熱線圈，13a上倉壁，13b下倉壁。
附圖6，是附圖4中補(bǔ)償電容倉中豎電極10的放大圖。其中，10a金屬柱，10b絕緣陶瓷，10c電熱線圈。
附圖7，是附圖3的測量電路圖。其中，1BG1構(gòu)成方波發(fā)生器，1BG2和1BG3構(gòu)成方波的放大電容，2AK、2CK和料位電容、1BG4構(gòu)成充放電電路，1BG5和1BG6構(gòu)成兩級(jí)直流放大電路，場效應(yīng)管1BGT構(gòu)成補(bǔ)償電容的負(fù)反饋電路。
附圖8，是附圖3的±12V穩(wěn)壓電源電路。
附圖9，是附圖3的電熱電路。
附圖10，是附圖3的補(bǔ)償測量與不補(bǔ)償測量的比較曲線圖。
附圖11，是附圖3的電壓表顯示曲線。
本實(shí)施例用于電站鍋爐粉倉的粉位測量。參見圖4，料位電容倉中豎電極9與料倉壁13在煤粉倉中形成料位電容，電極9有三根在倉中均布其上端用兩個(gè)橫電極8連通。由于煤粉倉中煤粉與空氣介電常數(shù)不一，當(dāng)料位升高時(shí)電容增大，反之減小，補(bǔ)償電容倉中豎電極10與料倉壁13在煤粉倉中形成補(bǔ)償電容，由于豎電極10高度很低，運(yùn)行中一直淹沒在煤粉之中，只有當(dāng)溫度濕度及煤種變化時(shí)，其電容量才跟著變化，將這個(gè)變化的量補(bǔ)償?shù)搅衔浑娙轀y量電路中就能修正其誤差。絕緣固定件11固定電極9的下端并將其拉緊，使之不會(huì)因煤粉的流動(dòng)在倉中橫向挪動(dòng)影響測量精度。電極9、10在穿過倉壁時(shí)分別用陶瓷絕緣件9b和10b隔離，9b中裝有電熱線圈9c，10b中裝有電熱線圈10c，陶瓷絕緣固定件11中裝有電熱線圈11a，給它們分別通上電流加熱9b，10b和11，使其溫度≥料倉中的溫度，使其外表面不會(huì)形成薄薄的蒸氣水層，保證料位電容和補(bǔ)償電容有正常的泄漏電阻。
料位測量儀的測量原理參見圖3。電路由兩個(gè)方波發(fā)生器、兩個(gè)電容測量電路，一個(gè)校正電路和電壓表組成，另外有一個(gè)±12V穩(wěn)壓電源和一個(gè)由220V整流電源與電熱線圈構(gòu)成的加熱去潮電路。一個(gè)方波發(fā)生器用于測量料位電容，一個(gè)方波用于測量補(bǔ)償電容，當(dāng)溫度濕度變化增大時(shí)，料位電容指示的料位高度會(huì)偏高(即指示電壓偏大)，補(bǔ)償電容測得的電容也會(huì)增大，此信號(hào)經(jīng)校正電路成負(fù)反饋修正料位指示的料位高度，使之等于或接近實(shí)際料位，溫、濕度變化愈大，負(fù)反饋愈深。
本實(shí)施例所用的電路如圖7、圖8和圖9所示。1BG1是普通典型的方波發(fā)生器，經(jīng)1BG2、1BG3正負(fù)兩射極偶合輸出，得出較大的輸出電流，而且由于是射極偶合，起到隔離前級(jí)方波發(fā)生器的作用又不影響方波頻率及輸出幅度。1BG2、1BG3的輸出電阻為1K，起到限制下一級(jí)電流的作用，防止輸出電流過大。電容充放電路由2AK、2CK和料位電容、1BG4組成，當(dāng)1BG3輸出負(fù)電流時(shí)，1BG4截止，2AK截止，電流經(jīng)2CK及200歐電阻向料位電容充電;當(dāng)1BG2輸出正電流時(shí)，2AK導(dǎo)通，1BG4導(dǎo)通，電容器0.02及料位電容放電，三極管1BG4集電極電壓下降，與料位電容大小有關(guān)，電容越大，電壓越低，1BG4集電極電壓得到1BG5的放大，并在這一級(jí)放大中進(jìn)行調(diào)整，抵消起始的分布電容及零料位電容，使1BG5的輸出電壓為0～1伏。1BG5的輸出經(jīng)導(dǎo)線連接送至二次儀表1BG6，對(duì)前級(jí)信號(hào)再次放大，并因其增益受到補(bǔ)償電容測量信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔茫瑫r(shí)起校正作用。當(dāng)物料溫、濕度變大時(shí)，2BG1～2BG5的輸出電壓變大(原理同1BG1～1BG5電路)，這個(gè)增量經(jīng)2BG6放大后經(jīng)5K電阻和2AK送至場效應(yīng)管1BG7的柵極，起到壓控電阻作用，從而減小1BG6的增益，補(bǔ)償溫、濕度及其他因素帶來的電容增量，使1BG6輸出電壓得到正確值，電壓表即指示出料位的高量。負(fù)反饋量的大小由R7來調(diào)整，過大會(huì)補(bǔ)償過頭，過小會(huì)補(bǔ)償不足。為了防止起始反饋過大調(diào)整R5使A點(diǎn)調(diào)至-1伏，當(dāng)補(bǔ)償信號(hào)2BG6的輸出高出這個(gè)基準(zhǔn)電壓時(shí)，補(bǔ)償才開始工作。
該電路的調(diào)試過程如下1、測出各電極9和10的絕緣電阻(＞10M)，溫度(＞100℃)及空倉電容量;
2、測出1.2m時(shí)料位電容，補(bǔ)償電容的容量;
3、測出滿倉時(shí)兩電容的容量;
4、當(dāng)運(yùn)行中補(bǔ)償電容容量增大時(shí)，測出料位電容滿倉時(shí)的電容量，將現(xiàn)場實(shí)際參數(shù)用可變是容器代一次元件(電容)對(duì)儀表進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整方法如下4-1.斷開A點(diǎn)，調(diào)整22K電阻R1使A點(diǎn)電壓＝-1伏;
4-2.斷開B點(diǎn)，將步驟2中測得的補(bǔ)償電容的容量，用可變電容替代接入補(bǔ)償電容測量電路CX2點(diǎn)，調(diào)整R7使B點(diǎn)電壓＝-1伏;
4-3.連接A、B兩點(diǎn);
4-4.將步驟1中測得的料位電容空倉電容量，用可變電容替代接入CX1點(diǎn)，調(diào)整R4使電壓表＝0伏;
4-5.將步驟3中測得的料位電容滿倉電容量，用可變電容替代接入CX1點(diǎn)，調(diào)整R5使電壓表指示滿度;
4-6.將步驟4中測得的料位電容滿倉電容量，用可變電容替代接入CX1點(diǎn)，補(bǔ)償電容增變電容量用可變電容替代接入CX2點(diǎn)，調(diào)整R7使電壓表滿刻度。
5、調(diào)整完畢，將儀表與一次元件聯(lián)接投入運(yùn)行。
上述實(shí)施例在運(yùn)行中的效果用附圖10和附圖11表示。
本發(fā)明與現(xiàn)有儀表相比具有如下積極效果。
1、電動(dòng)重錘式，因?yàn)樗菧y量一點(diǎn)平均值精度低，而且格式陳舊，間斷測量，本發(fā)明精度較高，連續(xù)測量，方式較其先進(jìn)、新穎。
2、與西安晶體管廠的電容式料位儀相比，能夠自動(dòng)適應(yīng)溫、濕度等使介電常數(shù)不斷變化的場所，而且在其因濕度很大不能使用的場所也能正常使用。此外運(yùn)用集成電路使儀器性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，易識(shí)別儀表斷電斷線等故障，具有DDZ-III型儀表的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.料位測量儀，它有以物料為電介質(zhì)的被測電容、電容測量電路和指示器，被測電容用料倉邊壁和倉中的金屬體做為電容的兩個(gè)電極，金屬體穿過料倉時(shí)用絕緣體隔離，其特征在于料倉的下部增設(shè)短金屬體，它和料倉邊壁做為補(bǔ)償電容的兩個(gè)電極，短金屬體穿過料倉時(shí)用絕緣體隔離，補(bǔ)償電容經(jīng)補(bǔ)償電容測量電路成負(fù)反饋加在電容測量電路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的料位測量儀，其特征在于所述的隔離絕緣體上有電熱元件，電熱元件連接著一個(gè)加熱電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的料位測量儀，其特征在于所述的料倉邊壁電容電極，當(dāng)料倉為水泥、混凝土、本材等非金屬時(shí)，在料倉的內(nèi)壁增設(shè)金屬體做為料倉邊壁處的電容電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的料位測量儀，其特征在于補(bǔ)償電容測量電路經(jīng)一個(gè)場效應(yīng)管成T形網(wǎng)絡(luò)加在料位測量電路直流放大器的工作點(diǎn)調(diào)整電阻上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的料位測量儀，其特征在于料倉中部的料位電容電極和補(bǔ)償電容電極有多根均勻分布的金屬體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的料位測量儀，其特征在于料倉中部的料位電容電極和補(bǔ)償電容電極有多根均勻分布的金屬體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的料位測量儀，其特征在于料倉中部的料位電容電極和補(bǔ)償電容電極有多根均勻分布的金屬體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的料位測量儀，其特征在于電容測量電路的直流放大，采用兩級(jí)運(yùn)算放大器組成的直流放大電路。
全文摘要
電容料位測量儀，適合于冶金、礦山、建材、化工、電站、糧食、制糖等部門，用來連續(xù)指示各種物料(非導(dǎo)體的塊料、顆粒料、粉末料等)的料位高度。它以物料為電容的電介質(zhì)，通過測量電容得到料高，其特征在于在料倉的下部增設(shè)淹沒在物料中的短金屬體，該金屬體與倉壁構(gòu)成補(bǔ)償電容，經(jīng)補(bǔ)償電容測量電路成負(fù)反饋加在料位電容測量電路上，校正溫度、濕度、粒度對(duì)料高測量的影響。
文檔編號(hào)G01F23/26GK1042985SQ8810831
公開日1990年6月13日 申請(qǐng)日期1988年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月30日
發(fā)明者陳漢達(dá) 申請(qǐng)人:陳漢達(dá)