CN2097399U - 螺带管式电容传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为螺带管式电容传感器。螺带管式 电容传感器，是一种可广泛用于高温、高压或真空状 态下的料位连续量测量的传感器。其特点是利用被 测物质比空气的相对介电常数高的特性，通过一个螺 带管式极板电容将物位变化转换成不同的电容信号， 该信号通过变送器转换成相应的电压或电流信号输 出，用以实现料位显示与控制。

Description

本实用新型是一种用于监测大型容器中固体散料、粉料的通用料位传感器。其特点是耐高温、灵敏度高、分辩率强、没有测量“死区”、连续量测量。在一个高强度、耐高温相对介电常数非常稳定的用阻燃型高温合成树脂制作的玻璃钢管上，用四条扁平、耐磨、耐腐蚀，光洁度高、导电性能好，热缩系数小的钢带，以侧对应平行四螺线的形式镶绕在管的外壁上，其中两宽带为电容测量极板，两窄带为辅助电极并间绕在两宽带中间。当被测的料位变化时，利用被测物料的介电常数比空气高的特性，通过这个螺带管式电极将料位的变化转换成不同的电容信号，变化的电容信号经变送器转换成相应的电压或电流信号，通过电缆输出用以远距离显示和控制料位。

目前，国内外用于料位测量的电容传感器多为平行板式，由于极板比较大，极板间的距离小了，容易滞留和夹杂物料，距离大了灵敏度和分辩率太低，同时极板单侧“死区”也大，使测量很不准确。另一种方法是在一根管上套装多段圆筒形极板，用振荡发射与接收的方法，每两段为一耦合检测点，抗干扰能力很差，由于元件装在圆管内部，用在温度较高的物料场合时电路性能很不稳定，甚至损坏，安装和维修非常不便。还有一种方法是容器壁为一极，探极为一极的电容传感器，这种传感器的两极板距离较远，“死区”也就更大，测量就更不准确，加之各种容器的外形各不一样，生产、安装、定标当然也就无法统一范围。

螺带管式电容传感器是在总结、分析了上述传感器的缺点的基础上并经过长时间的不断改革后设计出来的，由于两螺带极板的展开图就是两侧对应平行极板的延长线，所以除具有普通平行板电容的动作能量低，动态响应快，适应恶劣环境的优点外还有起始电容小，变化量大，分辩率较高，没有极板单侧“死区”，传感器的阈值特性很小的特点。同时螺带式结构使传感器有一定的电感效应，由于变送器电路是单电容脉冲调宽电路，设计工作频率很低。这样，传感器的电感效应抵消了一部分容抗，因此，传感器的有效电容Ce将有所增加。Ce可近似由下式求得：

1／jωCe＝jωL＋1／jωc

此时电容的实际变化量为：

△Ce／Ce＝△C／C／1－ω×ωLC

螺带管式结构的任何一处横截面的极板几何形状、面积都是对称的，并以螺线形旋转，这样极板与周围空间结构构成的“寄生电容”、“分布电容”、共模干扰较小，空间的杂散电场集肤于两极板上的高频杂波信号的强度、相位一致，其相互作用而抵消，因此这种传感器本身抗干扰能力较强。

螺带管式传感器是薄型电容极板结构的合理组合，其表现为：1、机械强度相对很高，极板稳固，一般的机械变形对传感器的影响很小。2、极板侧－－侧对应，边缘效应因子较小。由其是两极板中间的辅助电极进一步消除了边缘效应，被侧介质面形成扇区使传感器具有一定的检测半径，消除了少量挂壁物料对传感器的影响。3、相对对应极板等同于旋动的两个延长的弧柱形极板，使单位长度内的极板面积增大。4、由于玻璃钢骨架空芯中是空气，使传感器起始电容量小，并且稳定。5、传感器检测部分内部没有电子元件，也不用另行封闭，因而传感器适应面广，对环境无严格要求，使用寿命长，维护使用非常方便。

本实用新型的最佳结构实例，如附图1所示。

耐高温介电常数稳定的玻璃管8的外壁上，镶绕着四条扁平的钢尺基带，其中两宽带9、10为电容测量极板，两窄带11、13为辅助电极，玻璃钢管用螺纹固定在带法兰盘的绝缘保护套5下，保护套上用螺栓7连接着用绝缘材料制作带法兰盘4的并外表面镀有金属屏敝的变送器底坐3，变送电路2固定在变送器底坐上，顶端是带金属屏敝的变送器盖1，12为玻璃钢端尖，测量极板和辅助电极经耐高温电缆14接到变送器上，当被测的料位变化时，由于物料的介电常数比空气高，通过这个螺带管式电极将料位的变化转换成不同的电容信号，变化的电容信号由变送器变换成相应的电压或电流经电缆6输出连接到配套的显示或控制仪表。

本实用新型垂直插入容器中，距容器侧壁大于或等于0.3米，通过保护套上的法兰盘将上端固定在容器顶部，保护套即有支承传感器和隔离容器壁的作用，也有储气筒的功能，因为温差大的环境，玻璃钢管中的空气将有一定的“呼吸”现免，储气筒15消除了玻璃钢管中的空气密度大幅度变化对传感器的影响。

本实用新型的变送电路由附图3给示。

由比较器IC1、IC2，开关管BG1、BG2，基准电源E，参比电容C1和R1、R2、R3、R4、R5、R6、C2组成的单电容脉冲调宽电路将传感器的电容信号变成一定的脉宽信号，脉宽信号经R7、R8、R9、R10、R11、R12、C4、C3、R13、D1、IC3、W1组成的调零，放大和线性补偿电路和R14、R15、R16、R17、D2、D3、IC4、IC5组成的绝对值电路整流后变成直流输出。

附图说明：

图1  实用新型的结构示意图。

图2  实用新型的螺带管区段结构图和螺带展开图。

图3  实用新型的变送器电原理图。

Claims (3)

1、螺带管式电容传感器，其特征是四条扁平、耐磨、耐腐蚀的导电钢带以侧对应平行四螺线的形式镶绕在一个高强度、耐高温的玻璃钢管外壁上，其中两宽带为测量电极，两窄带为辅助电极，构成了一个螺带式电容传感器，测量两极板上变化的电容量以显示料位，配以单电容脉冲调宽和调零、放大、转换电路构成电容--电压变送控制电路，以实现料位显示与控制。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是螺带管式电容传感器，极板是侧对应平行并以螺线式交替循环，骨架玻璃钢管的空芯中是空气，测量连续量的料位变化，没有运动部件。

3、根据权利1和2所述的装置，其特征是将螺带管式电容传感器与用单电容脉冲调宽、调零、放大、波形变换电路构成的变送器配套，以显示或控制料位。

Images