专利名称：补偿电容式料位仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种连续检测各种料仓内液体或可流动的固态物料高度的补偿电容式料位仪。
从中国专利申请号88108312.7文献“料位测量仪”和专利申请号91108963.2文献“料位仪”得知，它们可以进行连续测量，但在实践中有以下问题一是结构复杂，工艺上难以实现。为了承受相应的重力，电极所用的电缆以钢丝绳为骨架，钢丝绳上包有三层护套、两层屏蔽层，它们的外围配置有六根芯线，每根芯线有三层屏蔽层和四层护套。因此这种电极分割成段，制成多电极，其困难是难以克服的。二是因仓内温度达100℃左右，各包层的温度系数不一样，以致层间产生相对位移和结构变形，导致层间滑脱。三是料位开关配置不当，上开关位于仓的顶部，下开关位于仓的底部。只有物料升至上开关时，传感器才输出信号表示料仓已满载，下开关被物料覆盖，处于常期工作状态。上开关和下开关处于常闭和常开状态下，设计不合理。又从中国专利申请95201496.3文献“电容式料位仪”得知，该料位仪也未解决在加料过程中随机准确监视连续测量料位的高度。
本实用新型的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种补偿电容式料位仪，它能随机观测电力、冶金、化工、轻工和食品等行业中各类密封仓内液体或流动固态物料在加料过程中的料位变化，并且解决了在加料过程中准确测量料位高度的问题。
本实用新型的目的是这样实现的包括前置放大器、主电极、料仓和上、下料位开关，设有扬尘传感器。此传感器两端各通过一个绝缘万向结，分别连接主电极和位居料仓顶部壳体上的法兰盘。并且，该传感器和主电极各通过一根屏蔽线连接前置放大器的输入端上述扬尘传感器可以由金属管制成，其两端各有两个连接绝缘万向结的连接双耳。其设计构思是空气的介电常数为1，而被测物料的介电常数大于，当物料在无粉尘状态时，测量较为容易即被埋没部分的电极的电容变化量就反应了料位的高度，这时空气中没被埋没部分的电极与料仓壁之间的介电常数为1，而被埋没部分的电极与料仓壁之间有介质，其介质常数为δ，当粉状物料加入时，随着加料的速度不同，空气中粉尘的浓度也就不同，由于粉尘的存在，没有被埋没的电极与料仓壁之间的介电常数不再是1，而是一个1～δ的变化量，由于此变化量的存在，使得料位仪在加料过程中不能准确测量。为解决在有或无粉尘状态下，准确测量，采用扬尘传感器，其目的就是为了消除在加料过程中由于大量的悬浮物使得测量产生误差，同时消除仓内温度、湿度、粘附给测量带来的影响。
上述前置放大器的电路组成可以包括晶振源，隔离器，高、低通滤波器，全波检测器，平衡输入和减法电路，放大电路，V/F变换器。
本实用新型工作原理是通过电极所测得的电容信号经前置放大器运算后，输至单片机处理，从而得出料仓内所注入物料的精确高度位置。
本实用新型的优点是，结构简单，检测方便，稳定可靠，克服了温度、湿度、粘附对测量的影响，特别是加料过程中连续测量精度准，适用于各种密封仓内液体或可流动固态物料高度的检测。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是图1中扬尘传感器3的结构示意图。
图3是图2的左视图。
图4是图1中前置放大器1的电路原理图。
如图1所示，本实用新型包括前置放大器1、主电极5、料仓6和上下料位开关7，并设置了扬尘传感器3。此传感器两端各通过一个非金属绝缘万向结4，分别连接主电极5和料仓6顶部壳体上的法兰盘2。此传感器和主电极各通过一根屏蔽线15(图2)连接前置放大器1的输入端。上、下料位开关7由DC-06型料位开关构成，它们分别安装在离料仓顶部1/4和3/4处的料仓侧壁上，用于料位定标和校正。每个料位开关7装有法兰盘8和DC-06型前置放大器9。单片机13分别用电缆线11、10与上、下料位开关7的前置放大器9相连，单片机13用联线12连接前置放大器1。此单片机采用87C51或89C51芯片。
如图2、图3所示扬尘传感器3由金属管制成，该管长300-100mm或依实际需要定长。其两端各开有一个槽口，形成连接双耳14。用螺栓通过孔16将此耳与绝缘万向结4相连。两根屏蔽线15一端芯线分别焊连在扬尘传感器3、主电极5的上端，且用热塑套管固定，使之不要相对移动，以免产生电容量的微小变化。屏蔽线15由PVVP导线制成。扬尘传感器屏蔽线另一端芯线即图4中A穿过绝缘万向结4和法兰盘2后，接至前置放大器1印刷板的扬尘传感器输入端即图4中的稳压管D1负极，此屏蔽线接地。主电极屏蔽线另一端芯线即图4中B穿过扬尘传感器3的内管及其端头上的绝缘万向结4和法兰盘2后，接至前置放大器1印刷板的主电极输入端即图4中的稳压管D′1负极，此屏蔽线接地。
如图4所示前置放大器1电路组成包括晶振源，隔离器，高、低通滤波器，全波检测器，平衡输入和减法电路，放大电路和V/F变换器。高、低通滤波器和全波检测器，有两套，除脚标不同外，余都相同。为节省篇幅，下面仅叙述一套，另一套即虚线框内的电路连接不详述。
在高通滤波器中，电容C4、电阻R3并接于集成块IC2B正端，R4并接IC2B负端、输出端，C4另一端接隔离器输出端，R3另一端接地，在低通滤波器中，R5、R6串接点经C5接R7、IC3B输出端，R5另一端接IC2B输出端，R6另一端接IC3B正端且经C6接地，R7另一端接IC3B负端。
在全波检测器中，IC4B正端经R8接IC3B输出端。R9、R10串接，其另一端并接于C9和IC4B负端、输出端。R9、R10的串接点接二极管D5正极和经C12接C8正极、D6正极、C13负极、R11，C13负极接地。C8、C7负极相接组成无极性电容，C7正极接IC4B负端。D5负极接C10正极、IC4B输出端。C10、C11负极相接，组成无极性电容，C11正极接D6负极、D7正极，D7负极接R11另一端和经R12接C13正极。平衡输入电路由IC5A、IC5B和串接电阻R15、R22、R23组成，其中R15并接于IC5B负端、输出端，R22并接于IC5A负端、输出端，减法电路由R16、R24和IC50、R17、R25组成，R17并接于IC50负端、输出端，IC5C负端经R16接IC5B输出端，IC50正端经R24接IC5A输出端，又经R25接地。
本实用新型前置放大器工作过程是IC1A、IC1B与IZ、R1、C1、C2相连并产生一个32.768KHZ的方波，该方波为晶振源。IC10及IC10是隔离器，以加强其负载能力，分别通过R2、W1对扬尘传感器及C3充电和通过R18、R19、D′1、D′2对主电极及C′3充电，通过分别测量其充放电的时间常数就可以分别计算出他们各自的电容量。扬尘传感器上电容上的电压经由C4、R3、IC2B及R4经由32.768KHZ为转折点的高通滤波器，滤掉信号中的直流和低频成分，再经由R5、R6、C5、C6、IC3B和R7组成的32.768KHZ为转折点的低频道滤波器，滤除信号中的高频成分和各种高频干扰，使之输出为32.768KHZ的正弦波信号。全波检波器将信号的幅度变化变换成直流信号进行滤波，由R12、C13连接并输出，经R12、R13、R14输入到IC5B的正端。同理主电极电容上的电压经由与扬尘传感器相同的一套即IC2A、IC3A、IC4A的高低通滤波器及全波检波器后，通过R20、R21、C16输入到IC5A的正端。平衡输入电路的输出分别经R16和R24送到减法电路，将主电极信号电压减去扬尘传感器信号电压，即可得到了在扬尘状态下的真实信号，IC5D将信号调零并放大，W2连接在R27与R28之间并与IC5D相连，W2是调零电位器，W3与R26相接，W3是斜率电位器，这样便得到了一个与料仓高度成一定比例的电压信号，将此信号送入V/F变换器，将模拟信号变成连续的数字信号送入计算机进行计频，其频率与料仓高度相对应。
图4中IC1(即IC1A、IC1B、IC10、IC10)可选用CD4011型号集成块。IC2～IC51即IC2A、IC2B、IC3A、IC3B、IC4A、IC4B、IC5A、IC5B、IC50、IC50)可选用TL062型号集成块。
权利要求1.一种补偿电容式料位仪，包括前置放大器(1)、主电极(5)、料仓㈤和上、下料位开关(7)，其特征是扬尘传感器(3)的两端各通过一个绝缘万向结(4)，分别连接主电极(5)和料仓㈤顶部壳体上的法兰盘(2)，此传感器和主电极各通过一根屏蔽线(15)连接前置放大器(1)的输入端。
2.根据权利要求1所述的料位仪，其特征是扬尘传感器(3)由金属管制成，其两端各有一个连接双耳(14)，此耳是用螺栓与绝缘万向结(4)相连。
3.根据权利要求1所述的料位仪，其特征是屏蔽线(15)选用PVVP导线，其中，扬尘传感器屏蔽线穿过绝缘万向结(4)和法兰盘(2)后，接至前置放大器(1)的输入端即稳压管D1负极上，主电极屏蔽线穿过两绝缘万向结(4)和扬尘传感器(3)内管后，接至前置放大器(1)输入端即稳压管D′1负极上，两屏蔽线接地。
4.根据权利要求1所述的料位仪，其特征是前置放大器(1)的电路组成包括晶振源，隔离器，高、低通滤波器，全波检测器，平衡输入和减法电路，放大电路，V/F变换器。
5.根据权利要求4所述的料位仪，其特征是设有以脚标区别的二套相同的高、低通滤波器，其中一套是在高通滤波器中，电容C4、电阻R3并接于集成块IC26正端，R4并接IC2B负端、输出端，C4另一端接隔离器输出端，R3另一端接地，在低通滤波器中，R5、R6串接点经C5接R7、IC3B输出端，R5另一端接IC2B输出端，R6另一端接IC3B正端且经C6接地，R7另一端接IC3B负端。
6.根据权利要求4所述的料位仪，其特征是设有以脚标区别的二套相同的全波检测器，其中一套是IC4B正端经R8接IC3B输出端，R9、R10串接，其另一端并接于C9和IC4B负端、输出端，R9、R10的串接点接二极管D5正极和经C12接C8正极、D6正极、C13负极、R11，C13负极接地，C8、C7负极相接，C7正极接IC4B负端，D5负极接C10正极、IC4B输出端，C10、C11负极相接，C11正极接D6负极、D7正极，D7负极接R11另一端和经R12接C13正极。
7.根据权利要求4所述的料位仪，其特征是平衡输入电路由IC5A、IC5B和串接电阻R15、R22、R23组成，其中R15并接于IC5B负端、输出端，R22并接于IC5B负端、输出端，减法电路由R16、R24和IC50R17、R25组成，R17并接于IC50负端、输出端，IC50负端经R16接IC5B输出端，IC50正端经R24接IC5A输出端，又经R25接地。
专利摘要本实用新型是一种连续检测各种仓内液体或可流动的固态物料高度的补偿电容式料位仪,其包括前置放大器(1),主电极(5),料仓(6),上、下料位开关(7),扬尘传感器(3)。此传感器两端各通过一个绝缘万向结(4),分别连接主电极(5)和料仓顶部壳体上的法兰盘(2)。此传感器和主电极各通过一根屏蔽线(15)连接前置放大器(1)的输入端。本实用新型具有结构简单,检测方便,稳定可靠,适应环境强和连续测量精度高等优点。
文档编号G01F23/22GK2286872SQ9623984
公开日1998年7月29日 申请日期1996年12月9日 优先权日1996年12月9日
发明者王枫 申请人:武汉科理技术开发公司