[发明专利]容性液面传感器

说明书

本发明涉及过程控制行业中所用液面传感器。具体地说，本发明涉及一种容性液面传感器，对同样的两个过程控制环路线路提供输出(也可以是延迟输出)，并从它接收能量。

过程控制环路被广泛用于工业过程，用以控制过程。一种可与这种环路耦接的传感器是液面传感器，特别是以电容为基础的液面传感器。这种传感器通过测试探头(或探测杆)与接地电极之间的电容值检测潮湿或干燥的情况。当测试探头为液体所覆盖时，很容易对接地电极产生一个RF信号。测得这一信号，并给出一个指示潮湿情况的输出。

然而公知的是，在传感器的整个寿命期间，探测杆上形成包层，特别是导电包层，导致读数不准确。一种公知的溶液用于提供一层屏蔽，特别是围绕着探测杆，给探测杆产生相同的电位。这样就在屏蔽层与探测杆之间产生一个电中性区，从而减少了传感器上导电包层的影响。在1982.9.7授予Geiger的美国专利US 4,347,741，1985.5.7授予Kuhlman的美国专利US 4,515,015，以及1991.9.17授予Marsh等人的美国专利US 5,048,335给出多种容性液面传感器。

一种用于检测容器内液体或固体表面的电容表面传感器，包括与具有屏蔽层和内部探测杆的容器耦接的传感元件。一个振荡器对所述屏蔽层和内部探测杆提供RF输出。与所述内部探测杆耦接的比较电路响应所述内部探测杆和容器之间与液体有关的电容提供潮湿/干燥输出。按照本发明的一个方面，所述振荡器包括一个控制产生RF输出的启动输入端和一个对振荡器启动输入端周期性地提供启动信号的脉冲源。按照本发明的另一方面，第一变压器具有与振荡器的RF输出端连接的初级线圈，和连接在传感器的外管与屏蔽层之间的次级线圈。第二变压器包括连接在所述屏蔽层与内部探测杆之间的初级线圈，和提供与比较电路耦接的输出端的次级线圈。本发明的再一方面包括可调节校准信号发生电路和补偿发生电路。本发明的又一方面是利用膨胀垫圈保持容性液面传感器中长型检测探头的密封整体性。

图1是本发明与两个过程控制环路耦接的容性液面传感器的简化方框示意图；

图2是表示按照本发明与一液面传感器耦接的检测电路的简化示意图；

图3是表示因传感器上形成导电物质所致电阻的简化示意图；

图4是图1容性液面传感器的侧视图；

图5是沿图4中5-5线所取的图4容性液面传感器探头的断面图。

本发明提供一种适用于低功率环境，如两个过程控制环路的容性液面传感器。现有技术存在的一个问题是如果传感器和相关联的屏蔽层上形成的导电物质过多，将需要较为大量的能量去引起所述屏蔽层，以维持其间的电中性区域层。结果，现有技术中的电路不能引起屏蔽层，而且为了维修，就要使整个传感器断电或者需要停止运行。

按照本发明，利用脉冲RF信号驱动所述传感器，其中脉冲的占空因数小于100％。另外，由于该脉冲信号受到选通，并且只是周期性地加给传感器，从而进一步降低了功率。附带地，本发明采用外管或“卷边管”围绕被引起的屏蔽层，并且通过耦接技术引起，该耦接技术会降低建立导电部分的灵敏度。

图1是本发明容性液面传感器10的简化方框图。液面传感器10与两个4-20mA的过程控制环路12耦接，整个电路的电流为I。电流I反映被检测液面的特征，为液面传感器10提供工作能量。液面传感器10包括与检测电路16耦接的传感元件14，检测电路16与转换电路18相联系。转换电路18与输入/输出电路(I/O)24耦接，以便与环路12相联系。I/O电路24控制流过环路12的电流I的值，并响应这个电流产生能量输出(PWR)，以推动液面传感器10。能量输出(PWR)可以全部推动液面传感器10。图1的例子是一种具体实施例。例如，本发明工作时不需要微处理器。按照一种具体的实施例，流过环路12的电流值4mA指示传感元件14处为干燥的情况，而20mA的电流值指示为潮湿的情况。要说明的是，其它联系方案和方法以及输出形式均可被本发明所采用。

图2是检测电路16与传感元件14耦接的简化示意图。传感元件14包括卷边管或外管30、所引起的屏蔽层32和探测杆34。检测电路16通过变压器40和42与传感元件14耦合。通常，检测电路16还包括RF振荡器44、放大器46、比较器48和断路电阻网络50。