专利名称：料位测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于电子测量仪器，适用于冶金、矿山、建材、化工、电站、粮食，制糖等部门，用来连续指示各种物料(非导体的、颗粒料、粉末料等)的料位高度。
以电站锅炉煤粉仓的粉位测量为例，目前国内主要采用重锤式测量，如江苏兴化无线电厂产的ZLJ－AB型重锤料位计。这种料位计不能连续测量，只能测一个点精度低，而且格式陈旧。格式新颖的当数西安晶体管厂1976年设计的JXRL－AB型电容料位指示器，它把料当做电介质，把料仓边壁当一电容极料仓中设一电容极，然后用振荡测量方法测量电容的变化来推知料位的变化。其测量原理如
图1所示。振荡器的输出经整流对被测电容充电，通过测量被测电容上的平均放电电压得知电容从而得知料位。直流放大器对平均放电电压放大以推动表头指示料位。其被测电容的结构如图2所示，料仓中设置的金属体1与料仓边壁2是被测电容的两电极，绝缘体3隔离1和2，料仓中料4做为电介质，导线5、6是被测电容与测量电路间的引线。这种电容料位仪在料种以及物料的温度、湿度、粒度不变化时测度较准，当变化不频繁时可以通过调整仪器消除它们带来的系统误差，变化如果十分频繁仪器的测量误差会特别大。在上述的使用部门中，大多数在温度和湿度上有大幅度的频繁变化，使测量严重不准。当湿度达到一定值时，由于绝缘体3的温度低于料仓潮湿空气的温度，在绝缘体3的表面形成薄薄一层水，使电容的泄漏电阻急骤下降，整个仪器根本无法使用。
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种改进的电容料位仪，使之在温度、湿度、粒度等大幅度频繁变化的情况下能够正常使用并有较高的精度。
上述目的是通过以下技术方案来实现的。
方案1在料仓的下部增设短电极，它一般常埋在物料中，此电极与料仓壁构成一个小电容，由于短电极对应的料位高不变，其电容测量电路测出的电容值的变化实为料位高以外的因素，比如温度、湿度、料颗粒度等发生的变化而引起，将此信号补偿料位电容测出的信号，以减小和消除除料高变化以外因素的变化对测出信号的影响，提高测量精度。
方案2，除了在料仓下部增设补偿电极和相应的电容测量电路对料位电容的测出信号补偿外，还可以在电容电极间的绝缘体上增设电热元件，加热电路用电加热绝缘体使它的表面温度大于或等于料仓的温度，使之表面不能形成水层。
方案3，除了用方案1或者方案2所述的结构外，当料仓边壁为水泥、混凝土、木材等非金属体时，应在料仓内壁增设金属体，以该金属体做电容的料仓边壁处的电极，把料仓边壁材料排除在电容之外，消除温度、湿度通过边壁的非金属材料对电容的影响，提高测量精度。
除了采用增设补偿电容其及测量电路，电热元件及其加热电路和增设金属体的料仓边壁处电极来减少和消除测量误差外，还可以将料仓中的料位电容电极和补偿电容电极变成多根并均匀分布，这样既使料面不平整时测量的值也能较精确地反映其平均高度，也可以将补偿信号加在料位测量电路直流放大器的工作点调整电阻上，负反馈的补偿信号通过改变料位测量电路直流放大器的放大倍数来减少和消除物料的温度，湿度和颗度等带来的测量误差，使补偿效果较好。
以下结合附图详细说明本发明的一个实施例。
附图1，是西安晶体管厂电容料位仪的测量原理图。
附图2，是图1中以物料为电介质的电容结构示意图。其中，1仓中电极，2仓壁电极，3绝缘体，4物料，5电极引线，6电极引线。
附图3，是本发明一个实施例的测量原理图。
附图4，是附图3中料位电容和补偿电容的结构示意图。其中，7料位电容电极引线，8料位电容仓中横电极，9料位电容仓中竖电极，10补偿电容仓中竖电极，11绝缘固定伯，12补偿电容电极引线，13料仓壁。
附图5，是附图4中料位电容仓中竖电极9和绝缘固定件11的放大图。其中，9a接线柱，9b绝缘陶瓷，9c电热线圈，9d钢绳，9eU形压紧件，9f卡片，9g螺母，11a电热线圈，13a上仓壁，13b下仓壁。
附图6，是附图4中补偿电容仓中竖电极10的放大图。其中，10a金属柱，10b绝缘陶瓷，10c电热线圈。
附图7，是附图3的测量电路图。其中，1BG1构成方波发生器，1BG2和1BG3构成方波的放大电路，2AK，2CK和料位电容、1BG4构成充放电电路，1BG5和1BG6构成两级直流放大电路，场效应管1BGT构成补偿电容的负反馈电路。
附图8，是附图3的±12V稳压电源电路。
附图9，是附图3的电热电路。
附图10，是附图3的补偿测量与不补偿测量的比较曲线图。
附图11，是附图3的电压表显示曲线。
本实施例用于电站锅炉粉仓的粉位测量。参见图4，料位电容仓中竖电极9与料仓壁13在煤粉仓中形成料位电容，电极9有三根在仓中均布其上端用两个横电极8连通。由于煤粉仓中煤粉与空气介电常数不一，当料位升高时电容增大，反之减小；补偿电容仓中竖电极10与料仓壁13在煤粉仓中形成补偿电容，由于竖电极10高度很低，运行中一直淹没在煤粉之中，只有当温度湿度及煤种变化时，其电容量才跟着变化，将这个变化的量补偿到料位电容测量电路中就能修正其误差。绝缘固定件11固定电极9的下端并将其拉紧，使之不会因煤粉的流动在仓中横向挪动影响测量精度。电极9、10在穿过仓壁时分别用陶瓷绝缘件9b和10b隔离，9b中装有电热线圈9c，10b中装有电热线圈10c，陶瓷绝缘固定件11中装有电热线圈11a，给它们分别通上电流加热9b，10b和11，使其温度≥料仓中的温度，使其外表面不会形成薄薄的蒸气水层，保证料位电容和补偿电容有正常的泄漏电阻。
料位测量仪的测量原理参见图3。电路由两个方波发生器、两个电容测量电路，一个校正电路和电压表组成，另外有一个±12V稳压电源和一个由220V整流电源与电热线圈构成的加热去潮电路。一个方波发生器用于测量料位电容，一个方波用于测量补偿电容，当温度湿度变化增大时，料位电容指示的料位高度会偏高(即指示电压偏大)，补偿电容测得的电容也会增大，此信号经校正电路成负反馈修正料位指示的料位高度，使之等于或接近实际料位，温、湿度变化愈大，负反馈愈深。
本实施例所用的电路如图7、图8和图9所示。1BG1是普通典型的方波发生器，经1BG2、1BG3正负两射极偶合输出，得出较大的输出电流，而且由于是射极偶合，起到隔离前级方波发生器的作用又不影响方波频率及输出幅度。1BG2、1BG3的输出电阻为1K，起到限制下一级电流的作用，防止输出电流过大。电容充放电路由2AK，2CK和料位电容、1BG4组成，当1BG3输出负电流时，1BG4截止，2AK截止，电流经2CK及200欧电阻向料位电容充电；当1BG2输出正电流时，2AK导通，1BG4导通，电容器0.02及料位电容放电，三极管1BG4集电极电压下降，与料位电容大小有关，电容越大，电压越低，1BG4集电极电压得到1BG5的放大，并在这一级放大中进行调整，抵消起始的分布电容及零料位电容，使1BG5的输出电压为0～1伏。1BG5的输出经导线连接送至二次仪表1BG6，对前级信号再次放大，并因其增益受到补偿电容测量信号的负反馈作用，同时起校正作用。当物料温、湿度变大时，2BG1～2BG5的输出电压变大(原理同1BG1～1BG5电路)，这个增量经2BG6放大后经5K电阻和2AK送至场效应管1BG7的栅极，起到压控电阻作用，从而减小1BG6的增益，补偿温、湿度及其他因素带来的电容增量，使BG6输出电压得到正确值，电压表即指示出料位的高量。负反馈量的大小由R7来调整，过大会补偿过头，过小会补偿不足。为了防止起始反馈过大调整R5使A点调至－1伏，当补偿信号2BG6的输出高出这个基准电压时，补偿才开始工作。
该电路的调试过程如下1、测出各电极9和10的绝缘电阻(＞10M)，温度(＞100℃)及空仓电容量；2、测出1.2m时料位电容，补偿电容的容量；3、测出满仓时两电容的容量；4、当运行中补偿电容容量增大时，测出料位电容满仓时的电容量，将现场实际参数用可变是容器代一次元件(电容)对仪表进行调整。具体调整方法如下4－1.断开A点，调整22K电阻R1使A点电压＝－1伏；4－2.断开B点，将步骤2中测得的补偿电容的容量，用可变电容替代接入补偿电容测量电路CX2点，调整R7使B点电压＝－1伏；4－3.连接A、B两点；4－4.将步骤1中测得的料位电容空仓电容量，用可变电容替代接入CX1点，调整R4使电压表＝0伏；4－5.将步骤3中测得的料位电容满仓电容量，用可变电容替代接入CX1点，调整R5使电压表指示满度；4－6.将步骤4中测得的料位电容满仓电容量，用可变电容替代接入CX1点，补偿电容增变电容量用可变电容替代接入CX2点，调整R7使电压表满刻度。
5.调整完毕，将仪表与一次元件联接投入运行。
上述实施例在运行中的效果用附图10和附图11表示。
本发明与现有仪表相比具有如下积极效果。
1、电动重锤式，因为它是测量一点平均值精度低，而且格式陈旧，间断测量，本发明精度较高，连续测量，方式较其先进、新颖。
2、与西安晶体管厂的电容式料位仪相比，能够自动适应温、湿度等使介电常数不断变化的场所，而且在其因湿度很大不能使用的场所也能正常使用。此外运用集成电路使仪器性能稳定，价格低廉，易识别仪表断电断线等故障，具有DDZ－III型仪表的优点。
权利要求1.料位测量仪，它有以物料为电介质的被测电容、电容测量电路和指示器，被测电容用料仓边壁和仓中的金属体做为电容的两个电极，金属体穿过料仓时用绝缘体隔离，其特征在于料仓的下部增设短金属体，它和料仓边壁做为补偿电容的两个电极，短金属体穿过料仓时用绝缘体隔离，补偿电容经补偿电容测量电路成负反馈加在电容测量电路上。
2.根据权利要求1所述的料位测量仪，其特征在于所述的隔离绝缘体上有电热元件，电热元件连接着一个加热电源。
3.根据权利要求1或2所述的料位测量仪，其特征在于所述的料仓边壁电容电极，当料仓为水泥、混凝土、本材等非金属时，在料仓的内壁增设金属体做为料仓边壁处的电容电极。
4.根据权利要求1或2所述的料位测量仪，其特征在于补偿电容测量电路经一个场效应管成T形网络加在料位测量电路直流放大器的工作点调整电阻上。
5.根据权利要求1或2所述的料位测量仪，其特征在于料仓中部的料位电容电极和补偿电容电极有多根均匀分布的金属体。
6.根据权利要求3所述的料位测量仪，其特征在于料仓中部的料位电容电极和补偿电容电极有多根均匀分布的金属体。
7.根据权利要求4所述的料位测量仪，其特征在于料仓中部的料位电容电极和补偿电容电极有多根均匀分布的金属体。
8.根据权利要求1或2所述的料位测量仪，其特征在于电容测量电路的直流放大，采用两级运算放大器组成的直流放大电路。
专利摘要电容料位测量仪，适合于冶金、矿山、建材、化工、电站、粮食、制糖等部门，用来连续指示各种物料(非导体的块料、颗粒料、粉末粉等)的料位高度。它以物料为电容的电介质，通过测量电容得到料高，其特征在于在料仓的下部增设淹没在物料中的短金属体，该金属体与仓壁构成补偿电容，经补偿电容测量电路成负反馈加在料位电容测量电路上，校正温度、湿度、粒度对料高测量的影响。
文档编号G01F23/26GK2041808SQ8822070
公开日1989年7月26日 申请日期1988年11月30日 优先权日1988年11月30日
发明者陈汉达 申请人:陈汉达