[实用新型]数字电容式料位计

说明书

本实用新型是一种非接触式物料料位连续测量仪表。

电容式料位计的检测机理是：在容器内放入一个测量电极和一个参考电极（参考电极可用容器壁所代替），测量电极与参考电极间形成了一个电容器，当物料料面变化时，因介质的变化，此电容器的电容值也随着料面的变化而发生相应的变化。电容式料位计就是通过精确的检测出电容器容量的数值，间接的检测出物料的料位。

目前国内外生产的电容式料位计尽管在外型、结构、元器件等方面存在着较大的差异，但其基本都是以模拟电路为基础，工作原理也很相近。具有代表性的工作原理方框图如图1所示，这种料位计由高频信号振荡源、检测环节、输出变换环节、二次仪表所构成。其工作原理为：高频信号振荡源向被测电容注入一高频电压信号。我们知当外加电压的幅度、频率不变时流过电容器的电流与电容器的容量成正比，而在电容式料位计中被测电容Cx的值与物料的位置相关，当物料的位置变化时其容量也随着变化，从而引起流过电容Cx的电流的变化，通过检测流过电容Cx的电流的大小就间接地检测了物料的料位。检测环节将流过电容器的微小电流转换成电压信号放大后，送入变换环节。变换环节最终输出一个代表实际料位的电压（电流或频率）信号由二次仪表再将其转换成标准信号，输出、显示。

由于这种料位计主要以模拟电路为基础，电路中的高频信号振荡源的输出电压幅度、频率，检测环节，变换环节等电路都存在着不可忽视的温度漂移的问题。无论是通过实际使用还是理论分析都表明现有料位计电路受温度的影响是比较大的，需要在使用当中随季节的变化不断调整。由于受工作稳定性的制约这种电路的灵敏度不可能做得很高，因此不能用于电介常数较小的物料料位的测量。另外由于输入阻抗高（100仟欧以上）探头漏电也将严重影响其稳定性和降低其抗低频干扰信号的能力。

研制本实用新型的目地在于：

1.解决现有料位计温度稳定性差的问题，并力求在技术上有较大的突破。

2.提高灵敏度，扩大应用领域。

3.提高整机的抗干扰能力。

4.设计出一种造价低、适于批量生产的新产品。

本实用新型提出一种数字电容式料位计。其工作原理与国内外现有电容式料位计的工作原理不同。它采用了全数字化的结构，不但在电路上设计新颖，而且大大提高了仪表的温度稳定性。其工作原理方框图如图2所示。它由检测振荡源、基准振荡源、数字差频器、输出环节和二次仪表所构成。

其工作原理为：检测振荡源输出一个随被测电容Cx值增大而降低的频率信号Fx，基准振荡源输出一个固定的频率信号Fo。信号Fo，Fx分别通过窄脉冲输出分频电路后送入数字差频器。数字差频器的输出信号为：

F＝Fo’－Fx’。

式中：Fo’－－－Fo经过分频器后的输出信号。

Fx’－－－Fx经过分频器后的输出信号。

F－－－数字差频器输出的频率信号。

由于被测电容Cx正比于物料料位，故检测振荡源的输出Fx反比于物料料位，因此差频器的输出信号F就代表了物料的料位，并随物料料位的增高而增高。输出环节将差频器输出的脉冲转换成满足远距离传输要求的具有一定幅值和脉宽的信号送往二次仪表。二次仪表再将频率信号F还原成与实际料位相对应的标准电信号或数值。

数字电容式料位计的电路工作原理图如图3所示：

R1、R2、C1、C2、C3、C4、Cx、U1A、U1B构成了检测振荡源。C5、C6、C7、R2、W2、U1C、U1D构成了基准振荡源。R8、C16、U2：A、U2：B、U5：E、U5：F、U7：C构成了一个窄脉冲输出分频电路，它据有分频和单稳输出的功能。R6、C15、U3：A、U3：B、U5：B、U5：C、U7：A构成了另一个窄脉冲输出分频电路。U6：A、U6：B、U7：B构成了数字差频器。R9、C17、U5：A、U7：D构成了一个窄脉冲触发单稳电路。R10、LN、T1构成了隔离输出驱动环节。V、C12、C13、C14为电源部分。C8～C11为退藕电容。LED1为电源指示灯。R5为LED1的限流电阻。TA1、TA2为被测电容输入端子。TM1、TM2为电源输入端子。TM3、TM4、TM5为测量信号输出端子。TM6为参考电极接线端子。