一、概述

 

　　本文介紹一種能接受電容信號，將電容量變化線性地轉換為4-20mA.DC或。~10mA.DC統一信號的新型液位變送器。

 

　　電容式液位變送器是測量高壓密閉容器中液位的簡單、易行、最有效辦法之一。七十年代生產的變送器多是以分離元件為主構成的較為簡單的電容/電流變送器形式。八十年代開始，有些廠家采用了集成運放電路，但其電路原理及結構形式仍未有明顯改進，所以均得不到滿意的效果。主要問題是無精度指標或精度較低(2-2.5%)、溫度漂移大、測量范圍小(幾百PF以內)以及調校使用不方便等。這種變送器只能用于室內溫差較小、監測指示要求不高的調節回路中。

 

　　隨著工業生產的發展，用戶越來越多，使用范圍也越來越廣，目前此種測量方法，不僅可用于高、中、低壓密閉容器的各種液態介質的液位測量，還可用于水位、物位等常壓狀態的測量，也廣泛應用于大型儲罐、氣柜等容積的測量。檢鍘環境有室內的，也有室外的。檢測信號有要求為正向輸出的(電容增大，輸出增大)，也有要求為反向輸出的(電容增大，輸出減小)。檢測電容的范圍也很廣，從100PF左右到4000PF。此外還需要有較大的零點遷移范圍。以上種種情況對儀表設計提出了更多更高的要求。

 

　　本儀表的設計試制是在對用戶進行了大量調查研究的基礎上進行的。儀表的設計采用了八十年代先進的電子技術，整機由六塊模擬集成電路為主構成。本儀表具有精度高、性能穩定、可靠性高、功能齊全、安裝使用及調校方便等特點，能滿足多方面及不同場合的需要。

 

　　二、主要技術指標

 

　　1.結構形式:墻掛式

 

　　2.輸入電容基本測量范圍:(分四檔)

 

 

 

　　注:各量程也可累加使用，實際可任意組合成15檔量程。

 

　　3.零點遷移范圍:

 

　　正向或反向使用均為基本測量范圍的0~+100%。

 

 

 

 

 

　　三、工作原理

 

　　本儀表主要是由穩壓、振蕩、整流濾波、差動放大、零點調整(遷移)、加減器、電壓/電流轉換及反相反饋放大等八部分組成。圖一為電容式液位變送器的原理方框圖，圖二為簡化原理圖。

 

 

 

 

 

 

 

　　由時基電路構成的多諧振蕩器，其振蕩頻率f由外接電阻(R3、R4)及電容(C4~C7)所決定(見圖二)。對于不同量程，可由K1切換不同電容以改變f。頻率及幅值恒定的振蕩電壓經緩沖級后加到由電阻R及被測電容Cx所組成的串聯電路上。電路設計使R值遠大于Cx的容抗，故通過RCx回路的電流基本上決定于Cx的大小業與Cx成正比，顯然由R兩端檢測出的交流電壓也大致與Cx成正比，此電壓經整流濾波后經正反向切換加到差動放大級，然后與調零電壓綜合送到加減器，再經電壓/電流轉換電路轉換成4~20mA.DC或0~10mA.DC統一信號輸出。

 

 

 

　　量程調整是利用改變差動放大級的電壓增益來實現的，量程調整可兼作一定范圍內量程壓縮或量程擴展用。零點調整及遷移是由精密穩壓電路、電阻、電位器等組成，調零電壓可在基準電平正負范圍內調整以適應正反向零點遷移的需要。正反向切換是利用電路板上的跳線，改變整流二極管的方向(即改變了差動放大輸入極性)業同時改變調零電壓范圍來實現的。電壓/電流轉換電路是采用八十年代中期控制儀表較為流行的兩級電壓跟隨器，經電平轉換后，由復合功率管輸出。

 

　　當要改變量程時，振蕩頻率也隨之按反比變化，這樣可保證各量程最大被測電容的等效容抗不變，因而在不同量程由R兩端檢測出的交流電壓也大致不變，以免給調零及調量程帶來困難。另外振蕩頻率隨量程而變，也是保證儀表良好線性度必要條件之為了提高儀表的穩定性、改善其線性度及減小溫度漂移等性能，電路還引入了大環系統負反饋環節。由輸出級引出一個較小的由壓經反相反饋放大器后與差動輸入電壓綜合構成系統反饋，使整機性能有明顯的提高。試驗證明，引入負反饋后，儀表的幾項主要技術指標均提高了1~2倍。

 

　　四、現場安裝及使用情況

 

　　新研制的電容式液位變送器已經用于吉林化肥廠合成氨生產過程的氨分離器、冷凝塔、蒸發器、收集槽等高、中壓密閉容器中的液氨液位的測量。它是隨著液氨液位的升高而使電極電容量增加，因其電極線較短，電容量變化范圍僅約100PF~300PF。變送器用于這種場合時為正向使用，將量程切換開關“1”接通，量程為250PF，調整零點及量程即可滿足要求。

 

　　該儀表還已經用于監視氣柜容積指示器。關于氣柜容積指示器的檢測裝置，已于1985年本刊第五期中介紹過，也不準備詳細介紹。但想簡單地提一下經過幾年的實踐有了較大的改進。比如電極釣屏蔽保護原來采用鐵管，這種辦法給安裝、維護帶來很大不便，且使用的電極線很長。現在已將鐵管保護改成蛇皮管或橡膠管等既柔軟又耐用的管子，這樣既便于安裝維護，又可省一半的電極線。

 

　　氣柜的結構是:鐘罩為隨充氣量的多少而升降的移動變量，水封水位為固定的常量部分，因此為了避免鐘罩拖著電源及信號電纜上下移動，又為了儀表工可不必上鐘罩頂部安裝維護，將變送器安裝位置改在氣柜平臺上，這就大大方便了安裝及維護。這樣隨、氣拒鐘罩的升高而檢測出的電容量變小，反之，電容量則變大。變送器用于這種場合時為反向使用。

 

　　我們用的氣柜儲氣量都較大，一般為幾千立方米~幾萬立方米，其鐘罩高度為7.8米~幾十米，因此其檢測電容范圍較大，一般為幾百微微法~幾千微微法，這就需要量程開關選擇對應的量程。儀表用累加法的最大量程為4250PF，足夠最大儲氣柜使用。

 

　　CIB-10型電容式液位變送器在現場使用證明，該表的精度比較高，穩定性及可靠性也很高，溫漂小，使用調校極為方便。