CN103557904B - 电位尺连续料位测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无需调校、可应用于各种物料料位实时测量且测量精度高的电位尺连续料位测量系统以及该系统的测量方法。本发明包括一设置在金属容器中的导电测量棒（1），在所述测量棒（1）的两端施加高频电压，所述测量棒（1）的底端与金属容器之间连接有电压表（2），所述电压表（2）的外围电连接有信号采集模块（3）、信号处理模块（4）、CPU（5）、模数转换器（6）和模拟量输出模块（7），当物料接触到所述测试棒（1）时，所述信号采集模块（3）采集到所述测试棒（1）和金属容器之间产生的电压信号，经运算、稳压和放大处理，最后把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块（7）输出。本发明可应用于物料料位测量领域。

Description

电位尺连续料位测量系统及方法
技术领域
本发明涉及电位尺连续料位测量系统，以及利用该系统对料位进行连续测量的方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，工业也得到了迅速发展，料位测量作为工业过程控制中的一个关键的物理量，在工业领域中的应用越来越广泛，因此工业市场对料位计的需求量也越来越大，对料位计的技术要求也越来越高。但我国的技术基本是以参考国外技术为主，在实用性、技术性等关键领域与国外都有很大的差距。国外市场的料位计虽然技术比较先进，但是也无法摆脱料位计每种料位测量方法局限性强，适用面窄，在很多场合中料位计的标定难度大，调校麻烦等缺点。
常见的传统料位测量方法有导纳、音叉、重锤、超声波、浮球以及称重等，其主要缺点如下：
导纳（电容式）：介电常数或者安装的位置发生变化时需要重新标定。
音叉：不能测量含有颗粒料的物体，颗粒会影响音叉的正常振动。
重锤：受被测介质的物理及化学性质影响大，钢索存在易卡料、断裂等风险。
超声波：只适用于液体等水平面光滑平整的物料，不能适用固体、粉尘颗粒以及蒸汽等会发生漫射等物料。
浮球：只能适用于一般的液体，不能适用于固体或者污水（污水会影响浮球的灵活性）等场合。
称重：易受到管道安装的影响，而且在千吨级罐体中难以使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无需调校、可应用于各种物料料位实时测量且测量精度高的电位尺连续料位测量系统。
本发明还提供了上述料位测量系统的测量方法，利用该方法可实现物料料位的实时精准测量。
所述电位尺连续料位测量系统所采用的技术方案是：所述测量系统包括一导电测量棒，所述测量棒设置在金属容器内，所述测量棒为中空管，在所述测量棒的壁面上开设有沿中空管轴心螺旋上升的若干个通孔，所述若干个通孔首尾相邻共同构成一条上升的螺旋型孔道，所述测量棒沿金属容器的高度方向设置且与金属容器的壁面保持平行，所述测量棒的底端与金属容器壁之间连接有电压表，所述电压表电连接有信号采集模块、信号处理模块、CPU、模数转换器和模拟量输出模块，在所述测量棒的两端施加高频电压，当物料接触到所述测试棒时，所述信号采集模块采集到所述电压表的电压信号，经所述信号处理模块对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU控制所述模数转换器把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块输出。
所述测量棒的长度可变。
所述电位尺连续料位测量系统还包括有显示器，所述显示器与所述CPU电连接。
所述电位尺连续料位测量系统还包括有RS485接口，所述RS485接口与所述CPU连接，所述RS485接口与外围的上位机进行通讯。
在所述电压表的输出端设置有稳压器。
所述电位尺连续料位测量系统的测量方法所采用的技术方案是，该方法包括以下步骤：
（a）把所述测量棒安装在盛装有物料的金属容器内，向金属容器内加入物料，在测量棒的两端施加高频电压，在测量棒的底端与金属容器壁之间设置电压表；
（b）读取所述电压表上显示的电压数值；
（c）所述信号采集模块采集到电压表的电压数值，经所述信号处理模块对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU控制所述模数转换器把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块输出结果，得到金属容器内物料的高度，进而获得物料测量值。
所述测量棒设定的电压随测量棒高度变化而变化的比例为1V/m。
所述测量棒的高度为0.1～50m。
本发明的有益效果是：由于本发明中的测量棒设置在金属容器内，所述测量棒沿金属容器的高度方向设置且与金属容器的壁面保持平行，在所述测量棒的两端施加高频电压，所述测量棒的底端与金属容器之间连接有电压表，所述电压表的外围电连接有信号采集模块、信号处理模块、CPU、模数转换器和模拟量输出模块；当物料接触到所述测试棒时，所述信号采集模块采集到所述测试棒和金属容器之间产生的电压信号，经所述信号处理模块对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU控制所述模数转换器把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块输出；根据所述测量棒原先设定的电压随测量棒高度变化而变化的比例，以电压表显示的电压值与该比例作乘积，即得到金属容器内物料的高度，从而测量到料位的变化值；所以本发明能实时对物料料位进行测量，且测量精度高，利用控制系统实现自动测量，且无需调校，适用于各种物料的测量。
本发明具有以下优点：
1）系统由分压稳压、信号运算放大等系统组成，稳定可靠测量精度高；
2）可通过RS485通讯直接与上位机进行连接通讯；
3）介电常数或者与容器壁安装的位置发生变化时无需重新标定；
4）受被测物料的物理及化学性质影响小，物料更换后不影响测量精度；
5）能测量含有颗粒料的物体，颗粒不会影响电位尺的正常工作；
6）适用于液体等水平面光滑平整以及固体、粉尘颗粒以及蒸汽等会发生漫射等物料；
7）不仅适用于一般的液体，还能适用于固体或者污水等场合；
8）不受管道安装的影响，在千吨级罐体中也能方便使用；
9）更换同规格的电位尺重新安装后，无需调校便可直接使用。
附图说明
图1是本发明的简易结构示意图；
图2是本发明的等效原理图；
图3是本发明的系统工程简易示意图；
图4是所述测量棒的简易结构示意图；
图5是所述电容和电感的等效图。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明系统包括一导电测量棒1，所述测量棒1设置在金属容器内。所述测量棒1为中空管，在所述测量棒1的壁面上开设有沿中空管轴心螺旋上升的若干个通孔，所述若干个通孔首尾相邻共同构成一条上升的螺旋型孔道。所述测量棒1沿金属容器的高度方向设置且与金属容器的壁面保持平行。所述测量棒1的底端与金属容器壁之间连接有电压表2，所述电压表为高频电压表。所述电压表2电连接有信号采集模块3、信号处理模块4、CPU5、模数转换器6和模拟量输出模块7。在所述测量棒1的两端施加高频电压，当物料接触到所述测试棒1时，所述信号采集模块3采集到所述电压表2的电压信号，经所述信号处理模块4对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU5控制所述模数转换器6把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块7输出。所述测量棒设定的电压随测量棒高度变化而变化的比例为1V/m。
所述测量棒1的长度可变。当对不同物料进行料位测量时，根据实际料位测量情况变化。在本发明中，测量棒的长度可在0.1～50m之间变化。所述电位尺连续料位测量系统还包括有显示器，所述显示器与所述CPU5电连接。所述电位尺连续料位测量系统还包括有RS485接口，所述RS485接口与所述CPU5连接，所述RS485接口与外围的上位机进行通讯。在所述电压表2的输出端设置有稳压器。
该料位测量系统的测量方法步骤如下：
（a）把所述测量棒安装在盛装有物料的金属容器内，向金属容器内加入物料，在测量棒的两端施加高频电压，在测量棒的底端与金属容器壁之间设置电压表；
（b）读取所述电压表上显示的电压数值；
（c）所述信号采集模块3采集到电压表的电压数值，经所述信号处理模块4对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU5控制所述模数转换器6把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块7输出结果，得到金属容器内物料的高度，进而获得物料测量值。
本发明采用电容分压原理，在金属容器内添加物料，物料在堆积过程中，与测量棒接触且物料平面不断升高，在这一过程中，在测量棒上装上高频电源，高频电流流经测量棒，由于物料与测量棒接触，物料具有相应的特定介电常数，金属容器壁与测量棒之间产生电容值，由于测量棒与金属容器壁的距离等距，故测量棒的每一处与金属容器壁之间的电容值相等，而测量棒的特殊结构，在其上施加高频电压，整个测量棒相当于若干个电感，如图5所示，在测量棒与金属容器壁之间的物料相当于形成若干个电容，在测量过程中，电感与电容并联，高频电压表连接在测量棒的底端与金属容器壁之间，当物料接触测量棒时便会产生相应的电压，经过采集测量电压信号并通过CPU实现电压的运算、稳压、放大等，最后经过CPU处理转换成模拟信号输出；假设在所述金属容器内物料的平面处和底部处，所述测量棒与所述金属容器壁之间产生的电容分别为C1和C2，由于面积、间距及物料的介电常数相同，根据电容计算公式，得到C1和C2相等，设定在测量棒的下端处测得的电压为V0,在测量棒的上端测得的电压为V1，所述电压表显示的电压值为V2，根据C1和C2相等，得到V2= （V1- V0）/2，而V0相当接地，其值为0，根据所述测量棒原先设定的电压随测量棒高度变化而变化的比例，以电压表显示的电压值V2的2倍与该比例作乘积，即得到金属容器内物料的高度，从而测量到料位的变化值；所以本发明能实时对物料料位进行测量，且测量精度高，利用控制系统实现自动测量，且无需调校，适用于各种物料的测量。
本发明的电位尺测量系统能够直接测量大多数物料（固体、液体、粉料等）的料位高度，针对多种不同物料的不同物理和化学性质（如颗粒大小、流动性、吸潮性、磨损性和腐蚀性等）都能进行测量，根据物料特性的不同，测量精度范围在0.1%～1%内。电位尺高度可根据现场需求而定制，现场只需将电位尺直接安装在相应的罐体上便可直接使用，无需调校，而且在更换物料后也能直接继续使用，解决了传统料位计适用性差且调校困难等缺点。
本发明系统的工作温度范围在-20°～85°，测量范围为0.1m～50m，测量精度能够达到0.1％～1％。
本发明可应用于物料料位测量领域。

Claims (6)

1.一种电位尺连续料位测量系统，其特征在于：该系统包括一导电测量棒（1），所述测量棒（1）设置在金属容器内，所述测量棒（1）为中空管，在所述测量棒（1）的壁面上开设有沿中空管轴心螺旋上升的若干个通孔，所述若干个通孔首尾相邻共同构成一条上升的螺旋型孔道，所述测量棒（1）沿金属容器的高度方向设置且与金属容器的壁面保持平行，所述测量棒（1）的底端与金属容器壁之间连接有电压表（2），所述电压表（2）电连接有信号采集模块（3）、信号处理模块（4）、CPU（5）、模数转换器（6）和模拟量输出模块（7），在所述测量棒（1）的两端施加高频电压，当物料接触到所述测量棒（1）时，所述信号采集模块（3）采集到所述电压表（2）的电压信号，经所述信号处理模块（4）对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU（5）控制所述模数转换器（6）把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块（7）输出，所述测量棒（1）的长度可变，所述测量棒设定的电压随测量棒高度变化而变化的比例为1V/m。
2.根据权利要求1所述的电位尺连续料位测量系统，其特征在于：所述电位尺连续料位测量系统还包括有显示器，所述显示器与所述CPU（5）电连接。
3.根据权利要求2所述的电位尺连续料位测量系统，其特征在于：所述电位尺连续料位测量系统还包括有RS485接口，所述RS485接口与所述CPU（5）连接，所述RS485接口与外围的上位机进行通讯。
4.根据权利要求3所述的电位尺连续料位测量系统，其特征在于：在所述电压表（2）的输出端设置有稳压器。
5.一种如权利要求1所述的电位尺连续料位测量系统的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（a）把所述测量棒安装在盛装有物料的金属容器内，向金属容器内加入物料，在测量棒的两端施加高频电压，在测量棒的底端与金属容器壁之间设置电压表；
（b）读取所述电压表上显示的电压数值；
（c）所述信号采集模块（3）采集到电压表的电压数值，经所述信号处理模块（4）对该电压信号进行运算、稳压和放大处理，最后经所述CPU（5）控制所述模数转换器（6）把信号转换成数字信号并由所述模拟量输出模块（7）输出结果，得到金属容器内物料的高度，进而获得物料测量值。
6.根据权利要求5所述的电位尺连续料位测量系统的测量方法，其特征在于，所述测量棒的高度为0.1～50m。
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