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。這種料位計不能連續(xù)測量，只能測一個點精度低，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。直流放大器對平均放電電壓放大以推動表頭指示料位。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、粒度不變化時測度較準，當(dāng)變化不頻繁時可以通過調(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，使測量嚴重不準。當(dāng)濕度達到一定值時，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)成一個小電容，由于短電極對應(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，將此信號補償料位電容測出的信號，以減小和消除除料高變化以外因素的變化對測出信號的影響，提高測量精度。
方案2，除了在料倉下部增設(shè)補償電極和相應(yīng)的電容測量電路對料位電容的測出信號補償外，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，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電容的影響，提高測量精度。
除了采用增設(shè)補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償電容電極變成多根并均勻分布，這樣既使料面不平整時測量的值也能較精確地反映其平均高度，也可以將補償信號加在料位測量電路直流放大器的工作點調(diào)整電阻上，負反饋的補償信號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，使補償效果較好。
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的一個實施例。
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)明一個實施例的測量原理圖。
附圖4，是附圖3中料位電容和補償電容的結(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補償電容倉中豎電極，11絕緣固定伯，12補償電容電極引線，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，9g螺母，11a電熱線圈，13a上倉壁，13b下倉壁。
附圖6，是附圖4中補償電容倉中豎電極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)成方波的放大電路，2AK，2CK和料位電容、1BG4構(gòu)成充放電電路，1BG5和1BG6構(gòu)成兩級直流放大電路，場效應(yīng)管1BGT構(gòu)成補償電容的負反饋電路。
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的補償測量與不補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)料位升高時電容增大，反之減?。谎a償電容倉中豎電極10與料倉壁13在煤粉倉中形成補償電容，由于豎電極10高度很低，運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，其電容量才跟著變化，將這個變化的量補償?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，使之不會因煤粉的流動在倉中橫向挪動影響測量精度。電極9、10在穿過倉壁時分別用陶瓷絕緣件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，使其外表面不會形成薄薄的蒸氣水層，保證料位電容和補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。電路由兩個方波發(fā)生器、兩個電容測量電路，一個校正電路和電壓表組成，另外有一個±12V穩(wěn)壓電源和一個由220V整流電源與電熱線圈構(gòu)成的加熱去潮電路。一個方波發(fā)生器用于測量料位電容，一個方波用于測量補償電容，當(dāng)溫度濕度變化增大時，料位電容指示的料位高度會偏高(即指示電壓偏大)，補償電容測得的電容也會增大，此信號經(jīng)校正電路成負反饋修正料位指示的料位高度，使之等于或接近實際料位，溫、濕度變化愈大，負反饋愈深。
本實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輸出負電流時，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，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，并在這一級放大中進行調(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，對前級信號再次放大，并因其增益受到補償電容測量信號的負反饋作用，同時起校正作用。當(dāng)物料溫、濕度變大時，2BG1～2BG5的輸出電壓變大(原理同1BG1～1BG5電路)，這個增量經(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，補償溫、濕度及其他因素帶來的電容增量，使BG6輸出電壓得到正確值，電壓表即指示出料位的高量。負反饋量的大小由R7來調(diào)整，過大會補償過頭，過小會補償不足。為了防止起始反饋過大調(diào)整R5使A點調(diào)至－1伏，當(dāng)補償信號2BG6的輸出高出這個基準電壓時，補償才開始工作。
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時料位電容，補償電容的容量；3、測出滿倉時兩電容的容量；4、當(dāng)運行中補償電容容量增大時，測出料位電容滿倉時的電容量，將現(xiàn)場實際參數(shù)用可變是容器代一次元件(電容)對儀表進行調(diào)整。具體調(diào)整方法如下4－1.斷開A點，調(diào)整22K電阻R1使A點電壓＝－1伏；4－2.斷開B點，將步驟2中測得的補償電容的容量，用可變電容替代接入補償電容測量電路CX2點，調(diào)整R7使B點電壓＝－1伏；4－3.連接A、B兩點；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，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，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，補償電容增變電容量用可變電容替代接入CX2點，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)接投入運行。
上述實施例在運行中的效果用附圖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、電動重錘式，因為它是測量一點平均值精度低，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、新穎。
2、與西安晶體管廠的電容式料位儀相比，能夠自動適應(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。此外運用集成電路使儀器性能穩(wěn)定，價格低廉，易識別儀表斷電斷線等故障，具有DDZ－III型儀表的優(yōu)點。
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電極，金屬體穿過料倉時用絕緣體隔離，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償電容的兩個電極，短金屬體穿過料倉時用絕緣體隔離，補償電容經(jīng)補償電容測量電路成負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，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，其特征在于補償電容測量電路經(jīng)一個場效應(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，采用兩級運算放大器組成的直流放大電路。
專利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、粉末粉等)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)成補償電容，經(jīng)補償電容測量電路成負反饋加在料位電容測量電路上，校正溫度、濕度、粒度對料高測量的影響。
文檔編號G01F23/26GK2041808SQ8822070
公開日1989年7月26日 申請日期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 申請人:陳漢達