射频导纳电容式物位测量仪的研究
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陈 平 ， 沙
（ 尔滨工业大学 哈
训， 罗 晶
哈尔滨 １００ ） ５０ １
黑龙江
摘要 ： 文中针 对电容式物位测量仪 表在使 用 中存在的电极挂料 问题进行研 究， 了挂料产 生的原 因， 分析 挂料对测 量结 果的影响 ， 出 用射 频导纳技 术解决挂料 问题 ， 了射频导纳 电容式物位仪表 的工作原理 ， 出了射频导纳 电容 式物 提 利 分析 给
（） 示 ， ｂ所 设被测物料上 部 以绝 缘层 为介 质的电容 为 ｃ ， 。 以空 气为介质的电容为 ｃｂ被测物料 部分 以绝缘 层为介 质 的电容 。 ，
为 ｃ 则电极 间的电容为 ： ２ ，
介质密度 、 学成 分等 因素无 关 、 量仪 表结 构 简单 、 能可 化 测 性
靠、 价格低廉 、 可在各种恶 劣工况条件下 工作等 的特点 ， 因此电 容式物位测量 法是 应用最 广泛 的一 种测量 物位 的方法 。但是
ｅ ｅ ｔ ｏｔｅｍｅ ｆ ｌ ｅ ｕｔ ｅ ｅａ ａｙｅ ｔｅ ｔ ａ ｆ ｒ ｄ ｕ ｉ ｔ ｅｒ ｄｏｆｅ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅｔｃ ｎ ｑ ｅｔ ｏｖ ｈｅ ｃ ａｉｇ ｐ ｏ ｌｍ， ｆｃ ｔ ｈ ａ ｕ￣ｒ ｓ ｌ ｗ ｒ ｎ ｌｚ ｄ， ｎｉ Ｗ ｏ ｅ ｓ ｈ ａ ｉ ｒ ｑ ｎ ｙ ａ ｍｉ ａ ｃ ｅ ｈ ｉ ｉ ｈ ｓ ｅ ｇ ｎ ｕ ｔ ｕ ｏ ｓ ｌｅｔ ｏ ｔ ｒｂ ｅ ｎ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌｐｉ ｉｌ ｆ ａ ｅ ｎ ｙａ ｍｉ ａ ｃ ｌ ｖ ｌ ｔｅ ｏ ｅａ ｏ ａ ｒ ｃｐｅ ｏ ｔｅ ｒｄｏ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ｎ ｌｚｄ， ｅ ｈ ｒ ｗ ｒ ｌｍ ｎ ｎ ｃ ｅ ｅｒ ｄｏ ｉ ｎ ｈ ｉ ｒｕ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｓ ａ ａｙｅ ｔ ａｄ ａｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｓ ｈ ｍ ｔ ｔ ｉ Ｗ ｈ ｍｐ ｉ ｇ ｅ ｏｈ ａ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅ ｌｖ ｌ ａｕ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｉｅ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｍｉａ ｃ ｅ ｓ ｒｎ ｓ ｓｅ Ｗ ｇｖ ｎ． ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｇ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｒｄｏ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ； ａ ａ ｉ ｎ ｖ ｌｍｅ ｓ ｒｍｅ ｐ ｌ ｏ ｔ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｉ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｍｉａ ｃ ｃ ｐ ｃｔ ｃ ｌ ｅ ｅ ｔ ｅ ａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ￣； ｅ ｃ ａ ｎ ｏ ｉ
位测量 系统的硬件 实现 方案 。
关键词 ： 射频导纳 ； 电容式物位测 量； 电极挂料
中图分类号 ：Ｈ １ Ｔ ８４ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０２ ８ ｌ２ｏ ）ｒ— ０９—０ １０ —１４ （０６ ０ ０ １ ７ ２
Ｒａ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｍ ｉ ａ ｃ ｐ ｃｔ ｅＬｅ ｅ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｄ ｏ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ａｄ ｔ ｎ ｅ Ｃａ ａ ｉ ｖ ｖ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ Ｍ
用【。 ｌ ｌ
近十年来 ， 电容 式物料 测试 技术 又有 了新 的发展 ， 国外学 者利用射频导纳技术解 决 了上 述 电容式物 位测量方 法 中的挂
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ＣＨ ｉｇ Ｓ Ａ ｎ Ｌ ｉｇ ＥＮ Ｐｎ ，Ｈ Ｘｕ ， Ｕ０ Ｊｎ
（￣－ｎＩｓｔｔ ｏ ｅ ｎｌｇ ， ａｂｎ１００ ， ｈｎ ） ｒ ｂ ｔｕｅ ｆ ｃ ｏ ｙ Ｈ ｒｉ ５０１ Ｃ ｉａ ｉ ｎｉ Ｔ ｈ ｏ
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为
Ｃ － ＋ 器 Ｃ ２
经推导可得两 电极 间的电容 ｃ与被 测物位 高度 ｈ的关 系
Ｃ ＝ Ｃ ＋ ｋ’ ｏ ｈ
电容式物位测量方 法有一 个致 命 的缺陷 ， 即存 在挂料 问题 ， 当 测量具有黏附性的导电物料时 ， 物料会黏 附在传感 电极 的外套 绝缘罩上 （ ）形成虚假物位 ， 很大 的测量误 差 ， 仪表 挂料 ， 产生 使
０ 引 言
为介 质的电容为 ｃ ， 电极 间的电容 为 ： ２则
Ｃ＝Ｃ ＋ｃ １ ２
物位 是指存储容器或工业 生产设备里 的液体 、 粉状或 颗粒
状 固体、 气体之 间的分界 面位 置 ， 可 以是互不 相溶 的两 种液 也
如果被测介质为导体 ， 须在探 头上加一层绝缘 层 ， 图 １ 则 如
维普资讯
２０ ０６年
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓ ｕ ｎ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ ｒ
２ｏ ０６ Ｎｏ ７ ．
第７
射频 导 纳 电容式 物位 测 量仪 的研 究
体间 由于密度 不等而形成 的界面位置 ， 由于各 种物料 的性 质千
差万别 ， 生产 中的工 况差 别很 大 ， 物位测 量 的方法 也很 多。其 中由于电容式物 位测 量 方法 具有 适 用范 围广 （ 适用 于 各种 介 质， 包括液体 、 粉状 固体 、 一固浆体 和介质界 面） 测量结 果与 液 、
无法 工作 ， 正是这 一点 妨碍 了 电容式 物 位仪表 的更 广泛 的应
式 中 ｃ和 ｋ ０ 是与介 电常数、 容器结构有关 的常数 。 当物位变化时 ， 被测介 质对探 头 的浸没 高度 ｈ发生 变化 ， 从而使 电容 ｃ发生变化 ， 通过测量 电容 ｃ得到物位 高度 ｈ ．
～
（ 尔滨工业大学 哈
训， 罗 晶
哈尔滨 １００ ） ５０ １
黑龙江
摘要 ： 文中针 对电容式物位测量仪 表在使 用 中存在的电极挂料 问题进行研 究， 了挂料产 生的原 因， 分析 挂料对测 量结 果的影响 ， 出 用射 频导纳技 术解决挂料 问题 ， 了射频导纳 电容式物位仪表 的工作原理 ， 出了射频导纳 电容 式物 提 利 分析 给
（） 示 ， ｂ所 设被测物料上 部 以绝 缘层 为介 质的电容 为 ｃ ， 。 以空 气为介质的电容为 ｃｂ被测物料 部分 以绝缘 层为介 质 的电容 。 ，
为 ｃ 则电极 间的电容为 ： ２ ，
介质密度 、 学成 分等 因素无 关 、 量仪 表结 构 简单 、 能可 化 测 性
靠、 价格低廉 、 可在各种恶 劣工况条件下 工作等 的特点 ， 因此电 容式物位测量 法是 应用最 广泛 的一 种测量 物位 的方法 。但是
ｅ ｅ ｔ ｏｔｅｍｅ ｆ ｌ ｅ ｕｔ ｅ ｅａ ａｙｅ ｔｅ ｔ ａ ｆ ｒ ｄ ｕ ｉ ｔ ｅｒ ｄｏｆｅ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅｔｃ ｎ ｑ ｅｔ ｏｖ ｈｅ ｃ ａｉｇ ｐ ｏ ｌｍ， ｆｃ ｔ ｈ ａ ｕ￣ｒ ｓ ｌ ｗ ｒ ｎ ｌｚ ｄ， ｎｉ Ｗ ｏ ｅ ｓ ｈ ａ ｉ ｒ ｑ ｎ ｙ ａ ｍｉ ａ ｃ ｅ ｈ ｉ ｉ ｈ ｓ ｅ ｇ ｎ ｕ ｔ ｕ ｏ ｓ ｌｅｔ ｏ ｔ ｒｂ ｅ ｎ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌｐｉ ｉｌ ｆ ａ ｅ ｎ ｙａ ｍｉ ａ ｃ ｌ ｖ ｌ ｔｅ ｏ ｅａ ｏ ａ ｒ ｃｐｅ ｏ ｔｅ ｒｄｏ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ｎ ｌｚｄ， ｅ ｈ ｒ ｗ ｒ ｌｍ ｎ ｎ ｃ ｅ ｅｒ ｄｏ ｉ ｎ ｈ ｉ ｒｕ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｓ ａ ａｙｅ ｔ ａｄ ａｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｓ ｈ ｍ ｔ ｔ ｉ Ｗ ｈ ｍｐ ｉ ｇ ｅ ｏｈ ａ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｅ ｌｖ ｌ ａｕ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｉｅ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｍｉａ ｃ ｅ ｓ ｒｎ ｓ ｓｅ Ｗ ｇｖ ｎ． ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｇ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｒｄｏ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ； ａ ａ ｉ ｎ ｖ ｌｍｅ ｓ ｒｍｅ ｐ ｌ ｏ ｔ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｉ ｒ ｕ ｎ ｙ ａ ｍｉａ ｃ ｃ ｐ ｃｔ ｃ ｌ ｅ ｅ ｔ ｅ ａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ￣； ｅ ｃ ａ ｎ ｏ ｉ
位测量 系统的硬件 实现 方案 。
关键词 ： 射频导纳 ； 电容式物位测 量； 电极挂料
中图分类号 ：Ｈ １ Ｔ ８４ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０２ ８ ｌ２ｏ ）ｒ— ０９—０ １０ —１４ （０６ ０ ０ １ ７ ２
Ｒａ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ ｍ ｉ ａ ｃ ｐ ｃｔ ｅＬｅ ｅ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｄ ｏ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ａｄ ｔ ｎ ｅ Ｃａ ａ ｉ ｖ ｖ ｌ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ Ｍ
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经推导可得两 电极 间的电容 ｃ与被 测物位 高度 ｈ的关 系
Ｃ ＝ Ｃ ＋ ｋ’ ｏ ｈ
电容式物位测量方 法有一 个致 命 的缺陷 ， 即存 在挂料 问题 ， 当 测量具有黏附性的导电物料时 ， 物料会黏 附在传感 电极 的外套 绝缘罩上 （ ）形成虚假物位 ， 很大 的测量误 差 ， 仪表 挂料 ， 产生 使
０ 引 言
为介 质的电容为 ｃ ， 电极 间的电容 为 ： ２则
Ｃ＝Ｃ ＋ｃ １ ２
物位 是指存储容器或工业 生产设备里 的液体 、 粉状或 颗粒
状 固体、 气体之 间的分界 面位 置 ， 可 以是互不 相溶 的两 种液 也
如果被测介质为导体 ， 须在探 头上加一层绝缘 层 ， 图 １ 则 如
维普资讯
２０ ０６年
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓ ｕ ｎ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓ ｒ ｒ
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第７
射频 导 纳 电容式 物位 测 量仪 的研 究
体间 由于密度 不等而形成 的界面位置 ， 由于各 种物料 的性 质千
差万别 ， 生产 中的工 况差 别很 大 ， 物位测 量 的方法 也很 多。其 中由于电容式物 位测 量 方法 具有 适 用范 围广 （ 适用 于 各种 介 质， 包括液体 、 粉状 固体 、 一固浆体 和介质界 面） 测量结 果与 液 、
无法 工作 ， 正是这 一点 妨碍 了 电容式 物 位仪表 的更 广泛 的应
式 中 ｃ和 ｋ ０ 是与介 电常数、 容器结构有关 的常数 。 当物位变化时 ， 被测介 质对探 头 的浸没 高度 ｈ发生 变化 ， 从而使 电容 ｃ发生变化 ， 通过测量 电容 ｃ得到物位 高度 ｈ ．
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