CN1330945C - 射频测介式料位传感器 - Google Patents

Abstract

一种射频测介式料位传感器，包括自激振荡器，自激振荡器输出端通过屏蔽导线接至传感器探头的一极，传感器探头的另一极通过屏蔽导线接至电压放大器输入端，电压放大器输出端通过检波和滤波器连接至电压跟随器，电压跟随器输出端分为两路，其中第一路经过电阻连接故障比较器，故障比较器输出端连接工作状态指示电路，第二路通过隔离电阻连接阈值比较器、执行电路或者通过校准调整电阻连接模拟量显示单元、执行电路，优点是以简单的电路结构，直接获得测量的方式，使测量的特性接近于线性，扩大了量程范围；使用方便，便于安装；传感器工作地自成体系，具有故障诊断显示功能，方便了巡视检查。

Description

射频测介式料位传感器

技术领域

本发明属于一种电子传感器装置，特别涉及一种射频测介式料位传感器。

背景技术

电子式料位传感器广泛应用在工业自动控制领域，现有的电子式料位传感器分为雷达式料位传感器、超声波式料位传感器、电容式料位传感器和射频导纳式料位传感器。雷达式料位传感器和超声波式料位传感器靠被测物体(物料)表面的反射折回波，转换成被测物料位置信号，均属非接触测量。上述雷达式料位传感器和超声波式料位传感器电路结构比较复杂，成本高，存在探测盲区，特别是雷达式料位传感器测量带粉尘状的物料料位时，效果不理想；超声波式料位传感器不适合压力容器，常用于测量液体料位。

电容式料位传感器和射频导纳式料位传感器的工作原理是将传感器的探极和容器壁等效为电容器的两个极，物料视为它们之间的介质。容器内的物料位置变化，等效于电容量的变化，将这一变化量转换为模拟量(开关)信号输出。射频导纳式料位传感器在探极部件中增加了一个屏蔽层，它与探极和护套之间相互绝缘，并供以相同的射频信号，使探极与屏蔽层之间无容性电流，探极与容器壁之间形成隔离，以防在探极上积料。

电容式料位传感器和射频导纳式料位传感器，其测量的特性是非线性的，测量范围窄。由于传感器的主机和探极之间是容性电路，因其固有电容和分布电容的存在，受电磁干扰影响大，探极部件与主机之间的连接导线，不宜过长。它对地要求严格，其工作地不能自成体系，需借助容器壁为地(当容器为非金属材料时，还需设置一个辅助电极)。安装使用时，探极部件与容器之间是机械联接，而非电气连接。接触电阻会随着时间产生变值，导致测量的基准点发生偏离，传感器失去准确性。在高温、低温、潮湿环境条件下，探极的部件材料和导线中的绝缘介质及物料，也都随着温度发生变化，引起电路中的参数改变，虽然在传感器中设置有补偿电路，但补偿效果不理想。在一个容器内安装两台或多台传感器时，出现互相干扰。

发明内容

本发明的目的是要克服现有料位传感器存在的上述问题，提供一种电路结构简单合理，将介质变化直接变为模拟量或开关信号输出，使测量的特性接近于线性，扩大了量程范围；使用方便，不受探极引线过长的限制；传感器工作地自成体系，无需另接辅助地，既适用于点测量，又能用于连续测量；具有故障诊断显示功能，方便了巡视检查；提高了该传感器工作的准确性、稳定性和可靠性。

本发明的技术解决方案为：它有一个用于产生电信号的自激振荡器，其特殊之处是自激振荡器的输出端通过屏蔽导线接至传感器探头的一个探极，传感器探头的另一个探极通过屏蔽导线接至电压放大器的输入端，电压放大器的输出端连至检波和滤波器的输入端，通过检波和滤波器将放大的电压信号变为直流电压信号，检波滤波器的输出端连接至电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端分为两路，其中第一路经过隔离电阻连接故障比较器的输入端、故障比较器的输出端连接工作状态指示电路，第二路通过隔离电阻连接阈值比较器的输入端、阈值比较器的输出端连接用于在点测量时控制料位的执行电路或者第二路通过校准调整电阻接至用于连续测量料位并显示测量结果的模拟量显示单元的输入端、在模拟量显示单元输出端接有用于在连续测量时控制料位的执行电路。

上述的射频测介式料位传感器，所说的自激振荡器、电压放大器、检波和滤波器、电压跟随器、隔离电阻、故障比较器、阈值比较器和执行电路或者自激振荡器、电压放大器、检波和滤波器、电压跟随器、隔离电阻、故障比较器、模拟量显示单元和执行电路集成为一个集成电路。

上述的射频测介式料位传感器，所说的传感器探头是由螺栓或法兰盘、设在螺栓或法兰盘上表面的两个探极固定管、设在螺栓或法兰盘底部的插座、安装在探极固定管顶部的绝缘体、安装在绝缘体上的探极、连接在探极和插座之间的导线构成。

上述的射频测介式料位传感器，在探极固定管和探极之间设有绝缘介质体，以防颗粒状物料卡塞。

本发明的优点是将电容式和射频导纳式料位传感器的工作原理方式：“介质变化-电容量变化-变为模拟量(开关)信号输出。”化简为：“介质变化-变为模拟量(开关)信号输出。”，根据任何物质都具有其相应的介电常数的原理，实现了以简单的电路结构，直接获得测量的方式，使测量的特性接近于线性，扩大了量程范围；探极引线与电容式和射频导纳式料位传感器相比可延长百倍以上，该射频测介式料位传感器电路结构简单，使用方便，便于安装；传感器工作地自成体系，无需另接辅助地；既适用于点测量，又能用于连续测量；具有故障诊断显示功能，方便了巡视检查；提高了该传感器工作的准确性、稳定性和可靠性。

图面说明：

图1是本发明的电路方框图(对应实施例1)；

图2是本发明中传感器探头的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明的电路方框图(对应实施例2)。

具体实施方式

实施例1：

如图1～图3所示，本发明有一个用于产生电信号的自激振荡器1(本实施例中自激振荡器1用于产生脉冲信号)，自激振荡器1的输出端通过屏蔽导线11接至双极传感器探头2的一个探极，所说的传感器探头2是由螺栓(或法兰盘)205、设在螺栓(或法兰盘)205上表面的两个探极固定管203、设在螺栓(或法兰盘)205底部的插座206、安装在探极固定管203顶部的绝缘体202、安装在绝缘体202上的探极201、连接在探极201和插座206之间的导线204构成，当用于颗粒状物料测量时，在探极固定管203和探极201之间设有绝缘介质体207，以防止颗粒状物料卡塞。传感器探头2的另一个探极通过屏蔽导线12接至电压放大器3的输入端，电压放大器3的输出端连至检波和滤波器4的输入端，所说的电压放大器为脉冲电压放大器，以使其放大效果更理想。通过检波和滤波器4将放大的电压信号变为直流电压信号，检波滤波器4的输出端连接至电压跟随器5的输入端，电压跟随器5的输出端分为两路，其中第一路经过隔离电阻R2连接故障比较器6的输入端，故障比较器6的输出端连接工作状态指示电路7，所说的工作状态指示电路7可由限流电阻和发光管构成；第二路通过隔离电阻R1连接阈值比较器8的输入端，阈值比较器8的输出端连接用于在点测量时控制料位的执行电路9。所说的自激振荡器1、电压放大器3、检波和滤波器4、电压跟随器5、隔离电阻R1和R2、故障比较器6、阈值比较器8和执行电路9集成为一个集成电路。

该传感器工作时接直流电源V_CC。传感器正常工作，容器内无物料时，自激振荡器1的脉冲信号通过探极2之间的耦合，传输到电压放大器3的输入端，该信号经过放大以及检波、滤波后，成为直流电压信号，这个信号又通过电压跟随器5到故障比较器6的输入端，当传感器正常工作时，通过电压跟随器5输出的直流电压信号大于故障比较器6的基准电压预设值，工作指示电路7发光指示，表示有工作电源电压，以及从自激振荡器1到电压跟随器5和故障比较器6各电路内部以及单元之间，没有任何电子元器件损坏，并且工作正常。反之，工作指示电路7不发光指示，表示传感器处在故障状态或没有工作电源电压。

传感器正常工作，容器内有物料时，自激振荡器1的脉冲信号通过传感器探极之间的物料，传输到电压放大器3，该信号经过放大、检波、虑波后，成为直流电压信号。这个信号又经过电压跟随器5到阈值比较器8的输入端，阈值比较器8设置的基准电压根据现场实际情况和物料的性质而定。当物料达到传感器探极安装位置时，经过电压跟随器5输出的直流电压信号大于阈值比较器8的基准电压，阈值比较器8的输出状态改变，输出执行控制信号，从而完成料位的控制。

实施例2：

如图2、图3和图4所示，本发明有一个用于产生电信号的自激振荡器1，自激振荡器1的输出端通过屏蔽导线11接至双极传感器探头2的一个探极，所说的传感器探头2是由螺栓(或法兰盘)205、设在螺栓(或法兰盘)205上表面的两个探极固定管203、设在螺栓(或法兰盘)205底部的插座206、安装在探极固定管203顶部的绝缘体202、安装在绝缘体202上的探极201、连接在探极201和插座206之间的导线204构成，当用于颗粒状物料测量时，在探极固定管203和探极201之间设有绝缘介质体207，以防止颗粒状物料卡塞。传感器探头2的另一个探极通过屏蔽导线12接至电压放大器3的输入端，电压放大器3的输出端连至检波和滤波器4的输入端，所说的电压放大器为脉冲电压放大器，以使其放大效果更理想。通过检波和滤波器4将放大的电压信号变为直流电压信号，检波滤波器4的输出端连接至电压跟随器5的输入端，电压跟随器5的输出端分为两路，其中第一路经过隔离电阻R2连接故障比较器6的输入端，故障比较器6的输出端连接工作状态指示电路7；第二路通过校准调整电阻R3接至模拟量显示单元10输入端，用于连续测量料位并显示测量结果，在模拟量显示单元10的输出端接有执行电路13，用于在连续测量时控制料位。所说的自激振荡器1、电压放大器3、检波和滤波器4、电压跟随器5、隔离电阻R2、故障比较器6、模拟量显示单元10和执行电路13可集成为一个集成电路。

Claims (4)

1、一种射频测介式料位传感器，包括用于产生电信号的自激振荡器(1)，其特征在于，自激振荡器(1)的输出端通过屏蔽导线(11)接至双极传感器探头(2)的一个探极，传感器探头(2)的另一个探极通过屏蔽导线(12)接至电压放大器(3)的输入端，电压放大器(3)的输出端连至检波和滤波器(4)的输入端，通过检波和滤波器(4)将放大的电压信号变为直流电压信号，检波滤波器(4)的输出端连接至电压跟随器(5)的输入端，电压跟随器(5)的输出端分为两路，其中第一路经过隔离电阻(R2)连接故障比较器(6)的输入端，故障比较器(6)的输出端连接工作状态指示电路(7)，第二路通过隔离电阻(R1)连接阈值比较器(8)的输入端、阈值比较器(8)的输出端连接用于在点测量时控制料位的执行电路(9)或者第二路通过校准调整电阻(R3)接至用于连续测量料位并显示测量结果的模拟量显示单元(10)输入端、在模拟量显示单元(10)输出端接有在连续测量时用于控制料位的执行电路(13)。

2、根据权利要求1所述的射频测介式料位传感器，其特征是：所说的自激振荡器(1)、电压放大器(3)、检波和滤波器(4)、电压跟随器(5)、隔离电阻(R1和R2)、故障比较器(6)、阈值比较器(8)和执行电路(9)或者自激振荡器(1)、电压放大器(3)、检波和滤波器(4)、电压跟随器(5)、隔离电阻(R2)、故障比较器(6)、模拟量显示单元(10)和执行电路(13)集成为一个集成电路。

3、根据权利要求1所述的射频测介式料位传感器，其特征是：所说的传感器探头(2)是由螺栓或法兰盘(205)、设在螺栓或法兰盘(205)上表面的两个探极固定管(203)、设在螺栓或法兰盘(205)底部的插座(206)、安装在探极固定管(203)顶部的绝缘体(202)、安装在绝缘体(202)上的探极(201)、连接在探极(201)和插座(206)之间的导线(204)构成。

4、根据权利要求3所述的射频测介式料位传感器，其特征是：在探极固定管(203)和探极(201)之间设有绝缘介质体(207)。

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