[发明专利]一种射频导纳物位仪中的物位测量单元及物位仪

说明书

本发明公开了一种射频导纳物位仪中的物位测量单元及物位仪，所述物位测量单元包括：第一测量电极、第二测量电极及与第一、第二测量电极电连接的测量电路，第一、第二测量电极的下端皆插入至物位待测的物料容器中，上端电连接至测量电路；测量电路包括：第一选频网络、第二选频网络、第三选频网络、激励信号产生电路、π/4相移窄脉冲产生电路、以及π/4相位点幅值信号的采集电路；激励信号产生电路产生正弦波激励信号S1，π/4相移窄脉冲产生电路电连接至激励信号产生电路的输出端，接收激励信号S1；π/4相移窄脉冲产生电路还电连接至π/4相位点幅值信号的采集电路，采集电路接收窄脉冲信号S4，输出待测信号在π/4相位点的幅值信号S5。

技术领域

本发明涉及物位测量领域，尤其涉及一种基于T型选频网络辅助取值消除挂料影响的射频导纳物位仪中的物位测量单元。

背景技术

目前的接触式物位仪(料位开关)广泛运用于工业生产领域，原理多样，品种繁多。其中，音叉式物位仪、电容式物位仪、雷达物位仪、机械式物位仪等物位检测装置占据了绝大部分市场份额。但是，目前的这些接触式物位仪在工业生产中仍存在缺陷，当被测量的物料附着在测量电极的表面上时，会给测量带来误差，不能在测量环境中长期可靠的使用，成为制约安全生产的一个重要因素；或者适用范围有限以及成本较高，给生产带来不便。

射频导纳式物位仪是一种从电容式物位仪发展起来的、防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的新型物位测量装置，是电容式物位技术的升级。所谓射频导纳，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，而射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时，仪表的用于传感的两电极(其中一电极可以是灌壁)及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成物位信号输出，实现物位测量。常采用以下几种方法：

1、MCU进行零点检测，取3π/4到7π/4位置之间做斩波积分，通过光电开关控制信号；这种方法取值点较多，运算较为复杂。

2、使用电容、电阻组合，使信号相移π/4取值；这种方法虽然电路简单，但测量结果较差，物位变化时待测电容值发生变化，致使相移随之变化，测量误差会较大。

3、利用MCU计算电容传感器的阻抗与容抗，由射频导纳原理反推挂料容抗，得到实际电容值；这种方法计算复杂，且数据存在较大未知误差。

发明内容

在实际工业现场，传感电极上总会有挂料黏附，形成虚假物位；黏附的挂料部分可以看作由电容和电阻构成的容阻网络。本发明所要解决的技术问题是：如何在测量物位时真正消除物料悬挂在测量电极上引起的测量误差。

射频导纳理论中指出，“当挂料层足够长时挂料层带来的等效阻抗Z的实部(电阻R)与虚部(容抗X)是相等的”。简而言之就是因黏附物质形成的阻抗角为π/4，即45°，在检测电极两端加一高频激励信号(15-400KHz)，同时在实际测量电极端物位信号π/4相位点处取值，这样便可以在理论上做到消除电极上因黏附物质而产生的虚假物位信息。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：通过由单片机组成的电路，选取出待测信号中π/4相位点的幅值，通过对此点幅值进行A/D转换，得到准确物位高度。具体地，

本发明提供一种射频导纳物位仪中的物位测量单元，包括：第一测量电极、第二测量电极以及与第一、第二测量电极电连接的测量电路，所述第一、第二测量电极的下端皆插入至物位待测的物料容器中，上端电连接至所述测量电路；其中，

将第一、第二测量电极分别等效为一电容的两个极板，第一、第二测量电极之间的物料为电介质，以该电容为待测电容C_测；

所述测量电路包括：第一选频网络、第二选频网络、第三选频网络、激励信号产生电路、π/4相移窄脉冲产生电路、以及π/4相位点幅值信号的采集电路；