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正确认知射频导纳液位计.doc

正确认知射频导纳液位计

周常足
2017-09-30 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《正确认知射频导纳液位计doc》,可适用于高等教育领域

正确认知射频导纳液位计河南省中原大化集团任平超()摘要本文以DREXELBROOK公司的射频导纳液位计为例从概念、结构、原理和应用几方面对射频导纳液位计进行了一系列剖析以便使人们了解射频导纳液位计的本质消除一些错误认识从而更好地对其进行利用。关键词射频导纳电容两端电极三端电极引言目前在化工生产中一种新型的液位检测仪表正在向我们走近这种仪表就是射频导纳液位计。在传统的液位检测仪表中由于没有这个名词以致许多人听到这个名字都感到深奥莫测由于该产品的技术保密性在产品说明书上对其结构原理都没有介绍一些学术杂志上偶尔见到的一两篇关于这种仪表的论述也都主要是从应用方面进行的论述对于仪表的实质性原理介绍的则比较含糊使人看后有“难识庐山真面目”之感。那么射频导纳到底是一个什么概念它的测量原理到底是什么它有什么新的特性它的使用状况又如何呢,本文将就这些问题从电子学的角度联系实际对其进行一些浅显的剖析以帮助人们揭开其神秘面纱的一角消除一些模糊的认识并籍助人们对它进行正确的认知和应用。射频导纳的概念根据无线电的定义射频是指频率在KHz,MHz之间的具有辐射能力的高频电波我们也可以简单地理解为高频交流电。导纳的直接定义就是阻抗的倒数而阻抗又是一个什么概念呢,这还需要从电子学上做一简单解释。在电子学线性电路计算中为了分析正弦稳态(正弦激励下的稳态响应)电路方便将电阻、电感、电容元件用复数的形式来表示为Rjwc,jwl,对于一个R、C、L三个元件相串联的正弦稳态电路其阻抗为:Z=Rjwcjwl=Rj(wcwl)=RjX这里X=wcwlR称为电阻X称为电抗阻抗Z就可用电阻与电抗的串联来表示若用导纳来表示这三个串联元件则为:Y=Z=(Rjx)=R|Z|jx|Z|=GjB其中|Z|=(RX)称为复阻抗Z的模G=R|Z|称为并联电阻元件的电导B=X|Z|称为并联电抗元件的电纳经过这种变换以R与X相串联的电路模型就可以化成G与B相并联的等效电路模型经过阻抗与导纳的数学变换一个阻抗元件Z就可以有串联及并联两种相互等效的电路元件模型这对于分析复杂正弦稳态电路提供了一种方便手段这就是导纳术语的由来。值得指出的是在以上的阻抗或导纳表达式中并不是必须有三种元件模型都存在时才叫阻抗或导纳单独的任何一个元件在正弦激励下的稳态特性也都能称作阻抗或导纳。明白了射频和导纳的意义我们多少可以知道一点射频导纳仪表的含义了它就是一种利用高频(即射频)电波来测量电子元件特性参数的仪表。至于测量的是什么参数我们将在下面进行剖析。射频导纳液位计的组成与原理(组成我们以目前市场上较为流行的美国DREXELBROOK公司的系列射频导纳液位计为例介绍一下它的组成。系列射频导纳液位计由一只检测电极和一块Universal变送器组成检测电极还可根据需要配接一块射频干扰滤波器和一块防爆火花保护器。它的电极根据需要连接的导线数目分为两端型和三端型两端型电极是由一根外覆绝缘材料的金属棒(一般为不锈钢)卡紧在金属法兰中构成中央金属棒与外法兰是绝缘的中央金属棒和外法兰分别作为电极的两个接线端子。三端型电极是在一根带绝缘材料的金属棒外又加了一层金属护套金属护套外再用绝缘材料隔离卡紧在金属法兰中构成的五层同心结构中央金属棒、金属护套、外法兰分别作为电极的三个接线端子。两端电极用于测量导电介质的液位根据被测介质的粘度、温度与压力的不同所选覆盖材料也有所不同主要有TFE涂层“X”(一种碳氟化合物)涂层和FEP涂层等。一般水状低粘度、温度较高的导电介质可采用TFE涂层温度较低的高粘导电液体及界面的测量采用“X”涂层含有酮和酯类液体的界面测量用FEP有搅拌与磨擦颗粒的还可选用柔性电缆电极。三端电极可用于测量水状不导电介质的液位当电极从被测设备上部向下插入时三端电极还具有消除根部挂料影响的功能。由于三端电极在生产中应用较少下文仅对两端电极进行讨论其状况也同样适用于三端电极。UNIVERSAL变送器是一种支持HART协议的通用多功能智能产品通过PC机或HART手操器可以组态、校验、调整与检测整个液位系统。在变送器中还内建了系统验证、特征化输出、DA数模校正等程序使得射频导纳液位系统具有丰富的操作功能。当按照要求安装仍达不到抗干扰能力时还可购置一块射频干扰滤波器和一块静电滤波器以提高系统的抗射频与抗电压网干扰能力。(原理无论是两端电极还是三端电极射频导纳液位计的测量原理都是相同的即都是通过各种电极将被测液位的变化转化为电容量的变化然后由变送器将这个变化测出并转换成与电容量相对应的输出电流。某些认为射频导纳液位计同时测量电阻和电感的说法是不确切的并且从电子学角度也是解释不通的这是因为无论哪种电极在理想工作状态其中央金属棒与地之间或者中央金属棒、地、屏蔽之间的直流电阻都是无穷大而且不随液位的变化而变化所以测其电阻是毫无意义的。又因为电感器件的基本结构是由导线绕成的空心或铁心线圈组成而电极中并没有类似的结构所以也不可能有电感存在。测量中随液位变化而变化的只有一个参量那就是电容。所以可以肯定地说射频导纳液位计实质上还是电容液位计只不过是进行了智能化之后换了种名称而已。(射频导纳液位计的应用(应用范围射频导纳液位计可广泛应用于多种液体介质液位的测量包括导电液体、非导电液体、水状液体、粘稠液体等三端电极还可测量非金属容器中的液位,采用柔性电缆型电极还可进行有搅拌器及磨擦颗粒的介质的测量。DREXELBROOK公司的X系列射频导纳液位计的电极绝缘涂层具有较好的密封性能只要选型适当安装调校正确一般都可正常运行。(应用问题与处理射频导纳液位计在应用中也不可避免地会出现一些问题一类是对智能变送器操作不熟悉造成的软故障如无法通信、参数设置不正确等。另一类故障则是电极损坏引起的硬故障这类故障占射频导纳液位计故障的大多数其主要原因有:)挂料在电极安装到设备上后由于被测介质粘度可能与理想条件有差异所以可能会在电极的绝缘材料上粘附一些被测介质或者由于被测介质中含有设备腐蚀形成的金属氧化泥附着于电极绝缘层上从而造成电极的电容不再随被测液位的变化而改变使仪表指示失灵。)绝缘层损坏由于电极的绝缘层与金属电极的膨胀系数具有很大差异受实际温度影响电极绝缘层有时会被胀裂造成绝缘破坏有的是盘根密封在实用温度下发生压力泄漏在接线盒中形成冷凝还有的是电极制造过程中形成的针孔或裂纹等缺限这些都可造成电极绝缘严重下降相当于使电极杆与容器壁短路使电极丧失形成电容的条件造成仪表损坏。对于以上的电极故障处理时最有效的方法就是更换新电极但是在生产过程中这样做一般都是不允许的而必须等到设备停车具备条件时才可进行而且电极更换价格比较昂贵对于中小企业来说一般是难以承受的。这个问题正是困扰射频导纳或电容液位计推广应用的一大难题目前还没有比较好的解决办法。(应用实例我们中原大化集团尿素装置中使用了三台意大利SIRPLES公司的CCC型电容液位计分别为中压分解分离器贮槽液位计LE低压分解分离器贮槽以及真空分解分离器贮槽液位计LE。自年装置投产以液位计LE来LE和LE就未能正常运行过新电极运行不到一两个月就会损坏LE由于运行环境为负压损坏次数相对较少还能维持运行。为了改变这种状况年月首次尝试将LE改造为DREXELBROOK公司的系列射频导纳液位计电极型号为电极外套绝缘材料为PFA改造后运行仅两个多月仪表便出现指示偏高四个月时指示已不再随液位变化用万用表测电极开路状态下的电容值发现电容值也不随液位而改变从而判定电极已发生损坏停车时抽出检查发现电极端部金属棒头处绝缘层有一裂纹电极内部已氧化腐蚀成褐色电极彻底报废。年月我们又从天津一家DREXELBLOOK代理商处购得两只射频导纳电极电极外套绝缘材料为特氟龙投入运行一个月后指示出现较大偏差LE指示满量程LE空液与满液时指示变化量仅为。开路测量两电极满液与空液电容变化量仅为PF两电极电阻都为无穷大因此我们判断两电极绝缘层表面可能有导电层或挂料存在。在此后的一次停车过程中两电极被脱盐水浸泡了几天没做任何其它处理开起车后两表又奇迹般地可以使用了证明了我们推断的正确性。为了确保两液位计能稳定地运行年月我们又从上海一家DREXELBLOOK代理商处购买了两套射频导纳液位计外套材质仍为PFA型号为。可惜的是两新表运行不到半月指示便失去意义后经多次调校无果检查电极开路电容变化量不到PF判定电极已经损坏后抽出检查发现LE同样出现了端部绝缘层裂纹而LE虽没找到明显裂纹但介质已经渗入电极绝缘套内造成了电极的彻底损坏。查证此类电极提供的工作参数为在MPa压力下温度最高可达而LE的操作压力为MPa温度为LE的操作压力为MPa温度为两者都在该电极正常工作范围之内连续三次损坏证明它们根本不适合此工作环境。通过这几次事例我们真正认知了射频导纳液位计的本质它实际上就是一种纯粹的电容液位计在测量变送过程中起决定作用的只有电容只要电极电容不再发生变化仪表就失去液位检测功能而与电阻和电感没有任何关系。虽然它的后系统经过了高端智能化功能已比较强大但由于其一次元件发展缓慢结果是与其它电容液位计一样难以超越高温高压对它的羁绊。因此在一些人盲目惊叹于射频导纳液位计的先进功能时我不得不提醒您射频导纳液位计最好应用于低温低压环境中。作者简介:任平超男年生年毕业于郑州大学电子工程系自动控制专业工学学士工程师一直从事化工自动化仪表工作。联系电话:()。联系地址:河南省中原大化集团仪表公司邮编:

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