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細品物位之射頻導納物位計原理篇

發布日期:2015-11-03     瀏覽次數:2943

上一篇文字介紹了幾個與射頻導納物位計相關的概念,本篇將著重講什么是射頻導納——射頻導納的原理。射頻導納中導納的含義為電學中阻抗的倒數,物料的電學屬性屬于電阻、電容、電感的綜合體現。

射頻導納物位計是基于射頻導納原理的連續物位測量產品。該產品具有穩定性高、靈敏度高、適用范圍廣等優點。相比傳統的電容式物位計,產品采用模塊化設計,能夠簡潔方便地實現儀表設定,一旦設定完成,即可正常使用并且終身免維護。使用戶能夠直觀地了解設備運行情況,并及時處理出現的問題,在復雜的工業場合也一樣安全可靠。其中智能型電子單元配有液晶模塊可選,無需使用任何外圍輔助設備,能夠自動獲取并顯示被測物位當前值, 為用戶提供更可靠的測量數據。 HART通訊協議可選。

傳統的電容式物位計,隨著物位上漲、物料覆蓋探頭,電路中探頭和介質之間的電容值(導電物料場合)或者探頭和管壁之間的電容值(絕緣物料場合)隨之增加。由于物位的變化引起了電容橋的失衡,因此電容值的變化取決于被測物料的介電常數。然后通過對信號的檢波、放大,最后輸出相應的信號。但由于結晶以及掛料的影響,電容式物位計無法長時間的穩定輸出所測物位。射頻導納測量技術是具有獨特優勢的物位測量技術,能夠實現阻抗和容抗的單獨測量。通過物理定律計算可得,任何掛料的阻抗和容抗的大小是相等的,所以由掛料產生的影響能夠被測量出來并且通過振蕩電路的移相,從總的輸出中消除。射頻導納技術測量結果精度高,并且不受探頭掛料的影響,是目前使用場合最廣泛的一種測量技術。

深入來說對于連續物位測量,射頻導納技術與傳統電容技術的區別除了上述講過的基本特征以外,主要是增加了兩部分電路,這是根據對導電掛料實踐中的一個重要的發現改進而成的。上述技術在這時同樣解決了連接電纜問題,也解決了垂直安裝的探頭根部掛料問題。增加的兩個電路:一是振蕩器緩沖器;二是交流變換斬波器驅動器。

對一個強導電性物料的容器,由于物料是導電的,接地點可以被認為在探頭絕緣層的表面,對電子模塊來說僅表現為一個純電容。隨著容器連續多次進/排料,探桿上產生掛料,而掛料是具有阻抗的。這樣以前的純電容現在變成了由電容和電阻組成的復阻抗,從而引起兩個問題。

第一個問題是液位本身對探頭相當于一個電容,它不消耗電子模塊的能量,(純電容不耗能)。但掛料對探頭等效電路中含有電阻,則掛料的阻抗會消耗能量,從而將振蕩器電壓拉下來,導致橋路輸出改變,產生測量誤差。我們在振蕩器與電橋之間增加了一個緩沖放大器,使消耗的能量得到補充,因而不會降低加在探頭的振蕩電壓。

第二個問題是對于導電物料,探頭絕緣層表面的接地點整個覆蓋了物料,使有效測量電容擴展到掛料的頂端,這樣變產生掛料誤差,且導電性越強誤差越大。

但任何物料都不是完全導電的。從電學角度來看,掛料層相當于一個電阻,傳感元件被掛料覆蓋的部分相當于一條由無數個無窮小的電容和電阻元件組成的傳輸線。根據數學理論,如果掛料足夠長,則掛料的電容和電阻部分的阻抗相等。因此根據對掛料阻抗所產生的誤差研究,又增加一個交流驅動器電路。該電路與交流變換器或同步檢測器一起就可以分別測量電容和電阻。由于掛料的阻抗和容抗相等,則測得的總電容相當于C物位+C掛料,再減去與C掛料相等的電阻R,就可以實際測量物位真實值,從而排除掛料的影響。

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