液位測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液位測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)安全快速有效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)，經(jīng)常需要對 液位進(jìn)行精確測量，繼而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)、智能控制使生產(chǎn)結(jié)果更趨完善。通常進(jìn)行液位測量的方法有二十多種，分為直接法和間接法。直接液位測量 法是以直觀的方法檢測液位的變化情況，如玻璃管或玻璃板法。然而隨著工業(yè)自 動化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，因其方法原始、就地指示、精度低等逐漸被間接測量方法 取代?？谇皣鴥?nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用間接的液位測量方法，如浮子式、液壓式、 電容法、超聲波法、磁致伸縮式、光纖等。其中電容式液位測量價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu) 簡單，是間接測量方法中最常用的方法之一一，結(jié)構(gòu)簡介圖 3.3 改進(jìn)平板成電容結(jié)構(gòu)圖Fig3.3

2、 Structure diagram of imprave d flat-plate capacitive在柱形電容器的極板之間，充以不同高度的介質(zhì)時(shí)，電容疑的大小也會有所不同。因 此，可通過測疑電容量的變化來檢測液位。上圖是一種由兩個(gè)同軸圓簡極板組成的電容器，在兩圓簡之間充以介電常數(shù)為的介 質(zhì)時(shí)，則兩圓筒間的電容量表達(dá)式為廠_2砂上0 =7DLn d式中 L 為兩極板相互遮蓋部分的長度：d 與 D 分別為圓筒形內(nèi)電極的外徑和外電極的內(nèi)徑：旬為兩電極間介質(zhì)的介電常數(shù)。所以，當(dāng) D 和 d立時(shí)，電容量 C 的大小與極板的長度 L 和介質(zhì)的介電常數(shù)勺的積成 比例。這樣.將電容傳感器（探頭）插入被檢

3、測物料中，電極浸入物料中的深度隨物位髙低 變化，必然引起電容量的變化，從而可檢測出物位。二，傳感器的組成它主要是由細(xì)長的不銹鋼管（半徑為& ）、同軸絕緣導(dǎo)線（半徑為 R（）以及英被測液 體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。該傳感器主要利用其兩電極的覆蓋而積隨被測液體液 位的變化而變化，從而引起對應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測量。忽略邊緣效應(yīng)（LD）,則液位為 0 時(shí)，Q = =愿丄,(K =)Ln Ln d(1當(dāng)液位變化AH時(shí)，C = Co+ AC = Kw（）厶+K（w （）A/因此，用此傳感器就可以把液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓稳?，電路及測量原理電容 G、（?2 被加上一個(gè)可控髙頻振蕩電源，振

4、蕩角頻率 Q 保持恒左，髙頻振蕩供電 電壓 do 變化以保證 a +心）=（常數(shù)），而 a 。做為電路的輸岀。因此：h=奴他）h=如 W）因?yàn)槭?i2= Icom=就 q +c2）e（t）故 0（。= /如”/忒 5+c2）i2-i = c2-c）e（t） = （c2一c/（q +c2）將 G 換居一固左電容，英電容值等于 c （即k 心,將 c?換成測量筒電容。這樣.當(dāng)液位為 0 時(shí)，C, = c2,輸出為 0：當(dāng)液位增加時(shí)，C?增加，電路輸出增加。當(dāng)液位為 H 時(shí)，調(diào)整滿量程旋鈕，使電路輸出達(dá)滿量程電流。這樣，就把液位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐份攲珉?流的變化。四，測量精度分析根據(jù)單元組合儀表原理可

5、知，電路理論輸出應(yīng)為:（A+幾）=-L- xAC C（）+Co+ACmax式中：為液位為H時(shí)電容變化最大值即K（ ）H o而實(shí)際輸出應(yīng)為：（/1+b） =- xAC-C（）+C0+AC則誤差E_ “2C。+ (?2C0+ Cmax(2C + AC)(2C0+ ACmax)將C= K勺上、C = K(_(JAH、(?喚=K(W O)H代入上式得:E_門竊厶 +( )A/ 2()厶 +( )HJ故精度等級為E =乜-包7H%00%)H2sL+ (w 0)AH五，誤差分析誤差來源主要包括：（1）溫度對結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的影響（2）溫度對介電常數(shù)的影響（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中邊緣效應(yīng)的影響（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用絕緣材料的影響（5）寄生電容的干擾的影響六，影響液位測量的主要因素及解決方法cn(1)電容極板結(jié)構(gòu)對測量的影響增加初始值，可以使寄生電容和相對電容傳感器的電容量較小。電容極板板間距藹大, 寄生電容大、精度低：板間距離小，寄生電容小、精度高。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適 的電容極板尺寸。另外電容傳感器的材料和電信號引線的選用，也會對液位測量的精度產(chǎn)生 影響。(2)溫度對測量的影響在不同溫度下，傳感器所用材料都將發(fā)生不同程度的尺寸變化，這些都將影響傳感器的 精度。同時(shí)，各種介質(zhì)的介電常數(shù)也是