一、概述

 

　　本文介绍一种能接受电容信号，将电容量变化线性地转换为4-20mA.DC或。~10mA.DC统一信号的新型液位变送器。

 

　　电容式液位变送器是测量高压密闭容器中液位的简单、易行、最有效办法之一。七十年代生产的变送器多是以分离元件为主构成的较为简单的电容/电流变送器形式。八十年代开始，有些厂家采用了集成运放电路，但其电路原理及结构形式仍未有明显改进，所以均得不到满意的效果。主要问题是无精度指标或精度较低(2-2.5%)、温度漂移大、测量范围小(几百PF以内)以及调校使用不方便等。这种变送器只能用于室内温差较小、监测指示要求不高的调节回路中。

 

　　随着工业生产的发展，用户越来越多，使用范围也越来越广，目前此种测量方法，不仅可用于高、中、低压密闭容器的各种液态介质的液位测量，还可用于水位、物位等常压状态的测量，也广泛应用于大型储罐、气柜等容积的测量。检铡环境有室内的，也有室外的。检测信号有要求为正向输出的(电容增大，输出增大)，也有要求为反向输出的(电容增大，输出减小)。检测电容的范围也很广，从100PF左右到4000PF。此外还需要有较大的零点迁移范围。以上种种情况对仪表设计提出了更多更高的要求。

 

　　本仪表的设计试制是在对用户进行了大量调查研究的基础上进行的。仪表的设计采用了八十年代先进的电子技术，整机由六块模拟集成电路为主构成。本仪表具有精度高、性能稳定、可靠性高、功能齐全、安装使用及调校方便等特点，能满足多方面及不同场合的需要。

 

　　二、主要技术指标

 

　　1.结构形式:墙挂式

 

　　2.输入电容基本测量范围:(分四档)

 

 

 

　　注:各量程也可累加使用，实际可任意组合成15档量程。

 

　　3.零点迁移范围:

 

　　正向或反向使用均为基本测量范围的0~+100%。

 

 

 

 

 

　　三、工作原理

 

　　本仪表主要是由稳压、振荡、整流滤波、差动放大、零点调整(迁移)、加减器、电压/电流转换及反相反馈放大等八部分组成。图一为电容式液位变送器的原理方框图，图二为简化原理图。

 

 

 

 

 

 

 

　　由时基电路构成的多谐振荡器，其振荡频率f由外接电阻(R3、R4)及电容(C4~C7)所决定(见图二)。对于不同量程，可由K1切换不同电容以改变f。频率及幅值恒定的振荡电压经缓冲级后加到由电阻R及被测电容Cx所组成的串联电路上。电路设计使R值远大于Cx的容抗，故通过RCx回路的电流基本上决定于Cx的大小业与Cx成正比，显然由R两端检测出的交流电压也大致与Cx成正比，此电压经整流滤波后经正反向切换加到差动放大级，然后与调零电压综合送到加减器，再经电压/电流转换电路转换成4~20mA.DC或0~10mA.DC统一信号输出。

 

 

 

　　量程调整是利用改变差动放大级的电压增益来实现的，量程调整可兼作一定范围内量程压缩或量程扩展用。零点调整及迁移是由精密稳压电路、电阻、电位器等组成，调零电压可在基准电平正负范围内调整以适应正反向零点迁移的需要。正反向切换是利用电路板上的跳线，改变整流二极管的方向(即改变了差动放大输入极性)业同时改变调零电压范围来实现的。电压/电流转换电路是采用八十年代中期控制仪表较为流行的两级电压跟随器，经电平转换后，由复合功率管输出。

 

　　当要改变量程时，振荡频率也随之按反比变化，这样可保证各量程最大被测电容的等效容抗不变，因而在不同量程由R两端检测出的交流电压也大致不变，以免给调零及调量程带来困难。另外振荡频率随量程而变，也是保证仪表良好线性度必要条件之为了提高仪表的稳定性、改善其线性度及减小温度漂移等性能，电路还引入了大环系统负反馈环节。由输出级引出一个较小的由压经反相反馈放大器后与差动输入电压综合构成系统反馈，使整机性能有明显的提高。试验证明，引入负反馈后，仪表的几项主要技术指标均提高了1~2倍。

 

　　四、现场安装及使用情况

 

　　新研制的电容式液位变送器已经用于吉林化肥厂合成氨生产过程的氨分离器、冷凝塔、蒸发器、收集槽等高、中压密闭容器中的液氨液位的测量。它是随着液氨液位的升高而使电极电容量增加，因其电极线较短，电容量变化范围仅约100PF~300PF。变送器用于这种场合时为正向使用，将量程切换开关“1”接通，量程为250PF，调整零点及量程即可满足要求。

 

　　该仪表还已经用于监视气柜容积指示器。关于气柜容积指示器的检测装置，已于1985年本刊第五期中介绍过，也不准备详细介绍。但想简单地提一下经过几年的实践有了较大的改进。比如电极钓屏蔽保护原来采用铁管，这种办法给安装、维护带来很大不便，且使用的电极线很长。现在已将铁管保护改成蛇皮管或橡胶管等既柔软又耐用的管子，这样既便于安装维护，又可省一半的电极线。

 

　　气柜的结构是:钟罩为随充气量的多少而升降的移动变量，水封水位为固定的常量部分，因此为了避免钟罩拖着电源及信号电缆上下移动，又为了仪表工可不必上钟罩顶部安装维护，将变送器安装位置改在气柜平台上，这就大大方便了安装及维护。这样随、气拒钟罩的升高而检测出的电容量变小，反之，电容量则变大。变送器用于这种场合时为反向使用。

 

　　我们用的气柜储气量都较大，一般为几千立方米~几万立方米，其钟罩高度为7.8米~几十米，因此其检测电容范围较大，一般为几百微微法~几千微微法，这就需要量程开关选择对应的量程。仪表用累加法的最大量程为4250PF，足够最大储气柜使用。

 

　　CIB-10型电容式液位变送器在现场使用证明，该表的精度比较高，稳定性及可靠性也很高，温漂小，使用调校极为方便。