CN86105575A - 测量容器内液面标高的容性测量装置 - Google Patents

Abstract

一种对含有强附着性介质流体的容器内的液面标高，进行容性测量的装置，其中，除了连到测量电压源或测量电流源(32)(视情况而定)的极(22)的测量电极(14)外，还有一屏蔽电极(16)—它为填充在测量电极(14)和参考电极(12)之间的介质的附着层(40)所覆盖，并被连到测量电压源或测量电流源(32)(视情况而定)的第二极(24)；同时测量变换器(28)在第二极(24)和参考电极(12)之间进行转换。

Description

本发明涉及一种用于测量装有强粘附力介质流体的容器内液面标高的容性测量装置，该装置包括一个参考电极和一个测量探头一后者被供有一个视情况而定的高频测量电压源的测量电极或测量电流源的测量电极，测量和参考两电极之间的电容量是依据介质流体的液面而变化的，因而可检测由这种电容量变化所引起的流过测量电极的电流的变化。

介质，一方面是导电的，并由于粘性而附着在探头表面，另一方面，影响着基于电容作用的限定液面标高的指示器的工作方式。对一个已同相应介质接触过的探头来说，即使在介质液面标高降到探头以下后，也会在其上留下一层导电层（参考电极的基本部分所通过的导电层）。由于与介质流体导电性、探头的大小和导电层厚度有关，这部分电流可能变得比流过由测量电极和参考电极构成的电容器的那部分电流还大，以致对应于液面标高部分的变化不能再被检测或只能以很大的代价来检测。液面标高传感器就不再适于测定由此情况所限定的液面标高了。

使用一个对应于最高可能频率的测量电压或测量电流可构成这样一种可能性-减小同导电附着层有关的种种困难的可能性。在甚高频率下，流过导电附着层的欧姆律电阻的这部分电流和流过测量电极到参考电极的那部分电流一样是急剧下降的。但频率不能任意增高。这种频率的极限一方面是通过易处置的电子结构元件或适于达到经济效益的结构元件来给定，另一方面是由在甚高频率下沿测量电极的电流分布的结果（这时，电流波节以波长距离而形成）来给定的。

本发明是基于这个问题，即为以这样的方式改进本文开头所描述的装置，以致对液面标高的容性检测，特别是对导电的富有粘性的介质流体的液面标高极限，人们也能在甚高频下毫无困难地对其进行检测。

按照本发明，该问题是通过以下方法解决的：除了将测量电极连到测量电压或测量电流源的一个极（视情况而定）之外，还提供一个屏蔽电极，在该电极的上面扩散有一层扩散在测量电极和参考电极之间的介质的附着层，而且该电极，视情况而定，被连到测量电压源或测量电流源的第二极;并通过测量变换器在第二极和参考电极之间进行转换。本发明的原理在于从测量装置中的被检测电流中排除从测量电极流过导电附着层的电流。因此，不应被排除的通过导电附着层的电流是不会被液面标高控制所检测的。测量电极依赖视情况而定的测量电压源或测量电流源的一个极的高电位。为此，大部分电抗电流流过测量电极到达参考电极。与附着层厚度、容器内介质的导电率以及屏蔽电极的长度有关的那部分流向屏蔽电极的电流也可能是大的，但这部分电流并不到达测量变换器。由于屏蔽电极具有跟（视情况而定）测量电压源或测量电流源的第二极几乎相同的电位，因此，从屏蔽电极流到参考电极，又经测量变换器返回的电流同基于测量电极和参考电极间电容量的电流相比是很小的。这就是之所以由流经屏蔽电极到参考电极的电流对测量所产生的影响会如此之小，以致它的不足以成为影响精度的要素的原因。这样，呈现强粘性的导电介质的液面标高可借助上述结构简单的装置而被准确地测定。又不必随着频率的提高而付出昂贵代价。所以能经济地制造该装置。

在一个有利的实施例中，容器壁即是参考电极。利用导电的容器壁作为一个参考电极时就产生一个大的电容量，由于不同液面标高而引起电容量的变化相当大，这一电容变化又导致相应地大电流变化，而我们可容易地测定这种电流变化。对于流过导电附着层的电流来说，测量探头的长度是重要的。通过屏蔽电极和上述的电路连接，可使流过附着层的电流对测量的影响是如此地急剧减小，以致连能在附着层中产生大电流的短探头也可被使用。

最好，将测量电极和屏蔽电极涂敷一层电的绝缘层。所述装置特别适用于监控具有导电率很高的介质流体的液面标高。此外，该装置显着地减小了从测量电极通过导电附着层流到参考电极的电流。所述电流（强度）不仅取决于导电附着层的欧姆律电阻，而且取决于测量电极和导电附着层之间的电容量。

在一个有利的实施例中，测量电极被置于伸入容器内部的屏蔽电极的端部附近，而且与此相比，测量电极较短。借助所述装置可准确地监控各限定的液面标高。每个限定的液面标高是由屏蔽电极的高度确定的。

在另一个有利的实施例中，测量和屏蔽电极被加工成具有同一直径的中空圆筒，而由测量和屏蔽电极组成的圆柱形测量探头，其屏蔽电极的一端被用螺纹拧入容器壁。所述装置在结构上显示了一种简单的构成。因此，可经济地制造该探头。

测量电压源或测量电流源的第一和第二极，视情况而定，最好是一个变送器的次级绕组的两端，该变送器的初级绕组由一个振荡器馈给信号。借助于所述变换器，在包含测量电极的线路内的电压或电流强度分别可被调整到随测量变送器而定的阻抗和状态。

测量变换器最好是一个电流变换器。通过该电流变换器可以一种简单的方式精确地测定出对应于液面标高的电流变化。此处，电流变换器的内阻是很小的。

从下面接着要对本发明的实施例所作的图解说明中可获得进一步的细节、特征和优点。

图1表示用于测量容器内液面标高的容性测量装置，该装置包括一个探头（纵向剖面）和该探头的电气连接。

图2表示图1所示装置，其特定元部件之间电气耦合是通过电阻和电容器符号来解释。

图3在不考虑探头机械细节的情况下以简洁形式表示图1和图2所示装置的线路图，该图具有根据图2表示的符号。

用于测量容器内液面标高的容性测量装置包括一个测量探头10，该探头被插入容器壁。该测量探头10由测量电极14和屏蔽电极16组成。该测量和屏蔽电极是具有相同直径的圆筒。测量探头10固定在紧靠屏蔽电极16一端的容器壁12上。测量电极14被置于屏蔽电极16避开容器壁12的那端的前面，其前表面通过一层电气绝缘层，将其与屏蔽电极16的前表面隔开，而且并没规定这两个电极的前表面要靠得更近。电极14和16的外表面均被电气绝缘层18所覆盖。

测量电极14经导线20被连到一个高频测量电压源或测量电流源（视情况而定）的一极22。导线20沿屏蔽电极16的纵轴延伸。视情况而定的测量电压或测量电流源的第二极24经导线26被连到屏蔽电极16。测量变换器28的一个输入端也连到极24，其另一输入端被连到参考电极。容器壁12用作参考电极，并呈现导电性。屏蔽电极16的圆筒一端被螺旋30所环绕，螺旋30可由金属制成。螺旋30通过绝缘层18与屏蔽电极16隔开。螺旋30被插入容器壁12的一个排出孔。测量变换器28构成一个具有很小内阻的电流变换器，即，视情况而定，产生一个直流电流或一个直流电压，该电流或电压与加到其输入端的交流电流的幅度成正比。电流变换器28的输出直流电压的大小指示容器（仅以部分图示）内的液面标高。

在包含测量电极14、屏蔽电极16、测量变换器28和容器壁12的线路中，一个变送器的次级绕组32，视情况而定，被用作一个测量电压源或测量电流源，其初级绕组34由振荡器36馈入信号，根据情况产生高频电流或电压。

图1所示装置可用来监视容器内（图中未详示）的导电介质超过极限的情况。该介质具有如此之强的附着力，以致在容器内容物降到较低高度以后，该介质附着层被留下并附着到曾被该介质覆盖过的部分。在测量探头10上的这种附着层已用40标出。不过，当打算用探头10去监视液面标高极限时，测量电极14的长度较小。可是，屏蔽电极16又比测量电极14要长。

导电介质的附着层40同时覆盖了测量电极14和屏蔽电极16，并延伸到螺旋30和容器壁12。对于从测量电极14起流过附着层40到容器壁12的电流来说，附着层是一个电阻，该电阻在图2中通过串联的转换欧姆律电阻42象征性地示出。由于绝缘层18不存在电流，而是测量和屏蔽电极14和16与附着层40之间的电容耦合。该电容耦合在图2中用一连串电容器44象征性地示出。所述电容器44的每一个均被连到电极14，16和电阻42上。

测量电极14与容器壁12一起形成一个由46标出的电容器，其电容量随液面标高的可变，也是可变的。此外，屏蔽电极和容器壁12之间存在的电容耦合由电容器48表示。导线20与屏蔽电极16之间的合成电容由电容器50表示。

离开次级绕组32的电流流过导线20到测量电极14或通过电容器50到屏蔽电极。由电容器50所确定的这部分电流来自屏蔽电极16通过电极24返回绕组32。所述这部分电流不影响测量。流过测量电极14的这部分电流就进行分流。其主要部分电流经由电容器46到达参考电极一容器壁12。该部分电流通过容器壁12和测量变换器28再回到极24和绕组32。容器内的液面标高影响流过电容器46的那部分电流的大小。当介质接触到测量电极14或其绝缘层时，电容器46的电容量就会相应地产生一个非常显著的变化。借助一个结构简单的测量变换器28即可检测该显著变化并可用作某种警告。

极24通过测量变换器28，作为一个低电阻被连到容器壁12。在测量变换器28上，只有一个很低的电压降。因此，被连到极24的屏蔽电极16几乎与容器壁12等电位。所以，至于通过电容器44和48以及电阻42在屏蔽电极16和容器壁12之间流动的电流所引起的测量误差对测量的影响，那是微不足道的。

在经由屏蔽电极16流到容器壁12的电流由于呈现低电位差和高的阻抗而小到可忽略的同时，存在于测量和屏蔽电极14和16间的电位差导致一个相应的较大电流经由容器44和电阻42流到屏蔽电极16。该电流从屏蔽电极16通过导线26流到电极24和绕组32。在此特别重要的是：从测量电极14流到屏蔽电极16并通过导线26通到电极24的电流由于电流变换器28之故，对测量不产生任何影响。

所以，流过电流变换器28的测量电流几乎全部取道于电容器46并易受液面标高对电容量的影响。由此可见，本发明的基本原理在于：尽最大的可能程度，不让流过导电附着层40电流在电流变换器28内检测。虽然不能避免通过导电附着层的电流，但上述装置由于消除了所述电流对测量的影响而获得了高精度。

图3示出一幅简洁的线路图，由此图可见可能被各部分电流所取的各自的通道。图3未将图2的全部电阻42和电容44都显示出来。然而，由于图3已删去了探头10的某些结构细节，而使其比图2更清楚：可将导电层40的电阻看作由依次转换的电阻构成的分压器，屏蔽电极16和附着层40之间的电容是由连到这些电阻的连接点的电容器44构成的。来自测量电极14的部分电流这样的流过这些电阻42和电容器44至屏蔽电极16和极24，以致于洽洽在螺旋部件30处，几乎不存在对容器壁12的电压，所以也就不存在流向容器壁12的误差电流。

Claims (8)

1、对含有强附着力介质流体的容器内的液面标高进行容性测量的装置，该装置包括一个参考电极和一个测量探头，该探头有一个测量电极一视情况而定，由高频测量电压源或测量电流源馈入信号，其测量电极和参考电极之间的电容量被该介质流体的液面标高所改变，从而检测随着电容量的这种变化而引起的流过测量电极的电流变化，其特征在于：

一除了连到视情况而定的测量电压源或测量电流(32)的电极(22)的测量电极(14)外，还有一屏蔽电极(16)，电极(16)为填充在测量电极(14)和参考电极(12)之间的介质的附着层(40)所覆盖，并被连到测量电压源或测量电流源(32)(视情况而定)的第二极(24)，以及

一测量变换器(28)在第二极(24)和参考电极(12)之间进行转换。

2、根据权利要求1的装置，特征在于参考电极（12）是容器壁。

3、根据权利要求1或2的装置，特征在于：测量电极（14）和屏蔽电极（16）均为电气绝缘层（18）所覆盖。

4、根据权利要求1至3的任一项的装置，特征在于：除屏蔽电极（16）以外，还配有测量电极（14）一伸入容器的内部，并且比较起来其体积又比较小。

5、根据权利要求1至4的任一项的装置，特征在于：

-测量和屏蔽电极（14，16）为相同直径的圆筒;

-由测量和屏蔽电极构成的圆柱形测量探头（10），在屏蔽电极的一端可被拧入容器壁（12）。

6、根据权利要求1至4的任一项的装置，特征在于：

-测量和屏蔽电极（14，16）被加工成相同直径的粗大中空圆筒;

-由该测量和屏蔽电极构成的测量探头（10），在屏蔽电极的一端可被拧入容器壁（12）。

7、根据权利要求1至6的任一项的装置，特征在于：视情况而定的测量电压源或测量电流源的第一和第二极（22，24）是一个变送器的次级绕组（32）的两端，该变送器的初级线圈（36）由振荡器（38）馈入信号。

8、根据权利要求1至7的任一项的装置，特征在于：测量变换器（28）是一个电流变换器。

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