射频导纳物位开关原理

射频导纳物位计原理

FB8051系列为通用型连续物位仪表，适用于大多数场合。仪表由一电路单元和杆式或缆式传感元件组成，传感器可选多种材质，可整体或分体式安装。用于连续测量。

★工作原理

射频导纳物位控制技术是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的物位控制技术，“射频导纳”中“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数，它由阻性成分、容性成分、感性成分综合而成，而“射频”即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频测量导纳。高频正弦振荡器输出一个稳定的测量信号源，利用电桥原理，以精确测量安装在待测容器中的传感器上的导纳，在直接作用模式下，仪表的输出随物位的升高而增加。射频导纳技术与传统电容技术的区别在于测量参量的多样性、驱动三端屏蔽技术和增加的两个重要的电路，这些是根据在实践中的宝贵经验改进而成的。上述技术不但解决了连接电缆屏蔽和温漂问题，也解决了垂直安装的传感器根部挂料问题。所增加的两个电路是高精度振荡器驱动器和交流鉴相采样器。对一个强导电性物料的容器，由于物料是导电的，接地点可以被认为在探头绝缘层的表面，对变送器探头来说仅表现为一个纯电容，随着容器排料，探杆上产生挂料，而挂料是具有阻抗的。这样以前的纯电容现在变成了由电容和电阻组成的复阻抗，从而引起两个问题。射频导纳技术由于引入了除电容以外的测量参量，尤其是电阻参量，使得仪表测量信号信噪比上升，大幅度地提高了仪表的分辨力、准确性和可靠性;测量参量的多样性也有力地拓展了仪表的可靠应用领域。

第一个问题是物料本身对探头相当于一个电容，它不消耗变送器的能量，(纯电容不耗能)，但挂料对探头等效电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗能量，从而将振荡器电压拉下来，导致桥路输出改变，产生测量误差。我们在振荡器与电桥之间增加了一个驱动器，使消耗的能量得到补充，因而会稳定加在探头的振荡电压。

第二个问题是对于导电物料，探头绝缘层表面的接地点覆盖了整个物料及挂料区，使有效测量电容扩展到挂料的顶端，这样便产生挂料误差，且导电性越强误差越大。但任何物料都不完全导电的。从电学角度来看，挂料层相当于一个电阻，传感元件被挂料覆盖的部分相当于一条由无数个无穷小的电容和电阻元件组成的传输线。根据数学理论，如果挂料足够长，则挂料的电容和电阻部分的阻抗和容抗数值相等，因此用交流鉴相采样器可以分别测量电容和电阻。测得的总电容相当于C物位+C挂料，再减去与C挂料相等的电阻R，就可以获得物位真实值，从而排除挂料的影响。

即C测量＝C物位＋C挂料

C物位＝C测量-C挂料＝C测量-R 这些多参量的测量，是测量的基础，交流鉴相采样器是实现的手段。

由于使用了上述三项技术，使得射频导纳技术在现场应用中展现出非凡的生命力。FB8010系列为通用型点位控制仪表，适用于大多数场合。仪表由一电路单元和杆式或缆式传感元件组成，传感器可选多种材质，可整体或分体式安装。用于限位控制和报警。

概述

1.1仪表简介

TV502系列射频导纳物位开关由传感探杆、电子测控单元和防护外壳组成，是根据射频导纳测量原理制造的点位式物位开关。当物位达到预先设置的位置时，传感探杆产生信号，经电子测控单元处理后的输出信号可提供继电器输出，其标准的双刀双掷继电器接点可控制警铃、电磁阀或其它低功率设备动作，实现对液体、固体物位的报警和控制。

该产品为机电一体化产品，用于存放液体或固体颗粒的罐、槽、筒仓或料斗的料位控制及报警。即使在极端恶劣的现场条件下，也能可靠工作，而不受挂料、压力、材料密度、湿度甚至物料化学特性变化的影响。本产品以其耐恶劣使用环境及高可靠等特点被成功应用

于航天、化工化纤、制药、食品等军用和民用领域的料位自动化控制系统。

1.2 工作原理及特点

TV502系列射频导纳物位开关采用了射频导纳技术，是从电容测量技术发展起来的一种新的物位检测手段。由于在电路中采用了防挂料技术，所以它比基于电容测量技术的物位开关更可靠、适用性更广，是电容式物位开关的换代产品。射频导纳中导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成。所以，射频导纳测量技术可以理解为用高频无线电波测量导纳。与普通电容物位开关相比，射频导纳物位开关的明显区别在于其三端元件技术。在电路单元测量信号上引出一根线，经同相放大器放大，其输出与同轴电缆内屏蔽层相连，该屏蔽层最后又连到传感器的内屏蔽层上。这里的同相放大器是一个增益为“1”，即输出信号与输入信号等电位、同相位、同频率但互相隔离的一种放大器。由于同轴电缆的中心线与内层屏蔽存在上述关系，所以二者之间没有电位差，也就没有电流流过，相当于二者之间没有电容或电容等于零。这种消除芯线和屏蔽层间分布电容的方法又被称为电容“中和”技术。因此，电缆的分布电容的温度效应、安装电容等也就不会对测量产生影响。

为解决传感器上的挂料问题，采用一种新的五层同心结构。最里层是中心探杆，中间是屏蔽层，最外层是接地的安装螺纹，它们之间用绝缘层隔离。与同轴电缆的情况一样，中心探杆与屏蔽层之间没有电势差，即使传感器上挂料阻抗较小，也不会有电流流过，电路测量的只是从传感器中心到对面罐壁(地)的电流。因为屏蔽层能阻挡电流沿传感器返回流向容器壁，因而对地电流只能经传感器末端通过被测物料流到对面容器壁。屏蔽层与容器壁之间尽管存在电势差，两者之间因此有电流流过，但该电流不被测量，不影响测量结果。这样就将测量端保护起来，不受挂料的影响。只有容器中的物料确实上升直到接触到中心探杆时，通过被测物料，中心探杆与地之间才能形成被测电流。仪器检测到该电流，产生有效输出信号。

TV502系列射频导纳物位开关特点：

1．防挂料，彻底排除了传感探杆因挂料而引起的误动作；

2．稳定性高，不受环境温度变化的影响；

3．调试简单方便，安装后免维护。