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專(zhuān)利名稱(chēng)：螺帶管式電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于監(jiān)測(cè)大型容器中固體散料、粉料的通用料位傳感器。其特點(diǎn)是耐高溫、靈敏度高、分辯率強(qiáng)、沒(méi)有測(cè)量“死區(qū)”、連續(xù)量測(cè)量。在一個(gè)高強(qiáng)度、耐高溫相對(duì)介電常數(shù)非常穩(wěn)定的用阻燃型高溫合成樹(shù)脂制作的玻璃鋼管上，用四條扁平、耐磨、耐腐蝕，光潔度高、導(dǎo)電性能好，熱縮系數(shù)小的鋼帶，以側(cè)對(duì)應(yīng)平行四螺線的形式鑲繞在管的外壁上，其中兩寬帶為電容測(cè)量極板，兩窄帶為輔助電極并間繞在兩寬帶中間。當(dāng)被測(cè)的料位變化時(shí)，利用被測(cè)物料的介電常數(shù)比空氣高的特性，通過(guò)這個(gè)螺帶管式電極將料位的變化轉(zhuǎn)換成不同的電容信號(hào)，變化的電容信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流信號(hào)，通過(guò)電纜輸出用以遠(yuǎn)距離顯示和控制料位。
目前，國(guó)內(nèi)外用于料位測(cè)量的電容傳感器多為平行板式，由于極板比較大，極板間的距離小了，容易滯留和夾雜物料，距離大了靈敏度和分辯率太低，同時(shí)極板單側(cè)“死區(qū)”也大，使測(cè)量很不準(zhǔn)確。另一種方法是在一根管上套裝多段圓筒形極板，用振蕩發(fā)射與接收的方法，每?jī)啥螢橐获詈蠙z測(cè)點(diǎn)，抗干擾能力很差，由于元件裝在圓管內(nèi)部，用在溫度較高的物料場(chǎng)合時(shí)電路性能很不穩(wěn)定，甚至損壞，安裝和維修非常不便。還有一種方法是容器壁為一極，探極為一極的電容傳感器，這種傳感器的兩極板距離較遠(yuǎn)，“死區(qū)”也就更大，測(cè)量就更不準(zhǔn)確，加之各種容器的外形各不一樣，生產(chǎn)、安裝、定標(biāo)當(dāng)然也就無(wú)法統(tǒng)一范圍。
螺帶管式電容傳感器是在總結(jié)、分析了上述傳感器的缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷改革后設(shè)計(jì)出來(lái)的，由于兩螺帶極板的展開(kāi)圖就是兩側(cè)對(duì)應(yīng)平行極板的延長(zhǎng)線，所以除具有普通平行板電容的動(dòng)作能量低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，適應(yīng)惡劣環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)外還有起始電容小，變化量大，分辯率較高，沒(méi)有極板單側(cè)“死區(qū)”，傳感器的閾值特性很小的特點(diǎn)。同時(shí)螺帶式結(jié)構(gòu)使傳感器有一定的電感效應(yīng)，由于變送器電路是單電容脈沖調(diào)寬電路，設(shè)計(jì)工作頻率很低。這樣，傳感器的電感效應(yīng)抵消了一部分容抗，因此，傳感器的有效電容Ce將有所增加。Ce可近似由下式求得
1／jωCe＝j(luò)ωL＋1／jωc此時(shí)電容的實(shí)際變化量為△Ce／Ce＝△C／C／1－ω×ωLC螺帶管式結(jié)構(gòu)的任何一處橫截面的極板幾何形狀、面積都是對(duì)稱(chēng)的，并以螺線形旋轉(zhuǎn)，這樣極板與周?chē)臻g結(jié)構(gòu)構(gòu)成的“寄生電容”、“分布電容”、共模干擾較小，空間的雜散電場(chǎng)集膚于兩極板上的高頻雜波信號(hào)的強(qiáng)度、相位一致，其相互作用而抵消，因此這種傳感器本身抗干擾能力較強(qiáng)。
螺帶管式傳感器是薄型電容極板結(jié)構(gòu)的合理組合，其表現(xiàn)為1、機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)很高，極板穩(wěn)固，一般的機(jī)械變形對(duì)傳感器的影響很小。2、極板側(cè)－－側(cè)對(duì)應(yīng)，邊緣效應(yīng)因子較小。由其是兩極板中間的輔助電極進(jìn)一步消除了邊緣效應(yīng)，被側(cè)介質(zhì)面形成扇區(qū)使傳感器具有一定的檢測(cè)半徑，消除了少量掛壁物料對(duì)傳感器的影響。3、相對(duì)對(duì)應(yīng)極板等同于旋動(dòng)的兩個(gè)延長(zhǎng)的弧柱形極板，使單位長(zhǎng)度內(nèi)的極板面積增大。4、由于玻璃鋼骨架空芯中是空氣，使傳感器起始電容量小，并且穩(wěn)定。5、傳感器檢測(cè)部分內(nèi)部沒(méi)有電子元件，也不用另行封閉，因而傳感器適應(yīng)面廣，對(duì)環(huán)境無(wú)嚴(yán)格要求，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)使用非常方便。
本實(shí)用新型的最佳結(jié)構(gòu)實(shí)例，如附圖1所示。
耐高溫介電常數(shù)穩(wěn)定的玻璃管8的外壁上，鑲繞著四條扁平的鋼尺基帶，其中兩寬帶9、10為電容測(cè)量極板，兩窄帶11、13為輔助電極，玻璃鋼管用螺紋固定在帶法蘭盤(pán)的絕緣保護(hù)套5下，保護(hù)套上用螺栓7連接著用絕緣材料制作帶法蘭盤(pán)4的并外表面鍍有金屬屏敝的變送器底坐3，變送電路2固定在變送器底坐上，頂端是帶金屬屏敝的變送器蓋1，12為玻璃鋼端尖，測(cè)量極板和輔助電極經(jīng)耐高溫電纜14接到變送器上，當(dāng)被測(cè)的料位變化時(shí)，由于物料的介電常數(shù)比空氣高，通過(guò)這個(gè)螺帶管式電極將料位的變化轉(zhuǎn)換成不同的電容信號(hào)，變化的電容信號(hào)由變送器變換成相應(yīng)的電壓或電流經(jīng)電纜6輸出連接到配套的顯示或控制儀表。
本實(shí)用新型垂直插入容器中，距容器側(cè)壁大于或等于0.3米，通過(guò)保護(hù)套上的法蘭盤(pán)將上端固定在容器頂部，保護(hù)套即有支承傳感器和隔離容器壁的作用，也有儲(chǔ)氣筒的功能，因?yàn)闇夭畲蟮沫h(huán)境，玻璃鋼管中的空氣將有一定的“呼吸”現(xiàn)免，儲(chǔ)氣筒15消除了玻璃鋼管中的空氣密度大幅度變化對(duì)傳感器的影響。
本實(shí)用新型的變送電路由附圖3給示。
由比較器IC1、IC2，開(kāi)關(guān)管BG1、BG2，基準(zhǔn)電源E，參比電容C1和R1、R2、R3、R4、R5、R6、C2組成的單電容脈沖調(diào)寬電路將傳感器的電容信號(hào)變成一定的脈寬信號(hào)，脈寬信號(hào)經(jīng)R7、R8、R9、R10、R11、R12、C4、C3、R13、D1、IC3、W1組成的調(diào)零，放大和線性補(bǔ)償電路和R14、R15、R16、R17、D2、D3、IC4、IC5組成的絕對(duì)值電路整流后變成直流輸出。


圖1 實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 實(shí)用新型的螺帶管區(qū)段結(jié)構(gòu)圖和螺帶展開(kāi)圖。
圖3 實(shí)用新型的變送器電原理圖。
權(quán)利要求1.螺帶管式電容傳感器，其特征是四條扁平、耐磨、耐腐蝕的導(dǎo)電鋼帶以側(cè)對(duì)應(yīng)平行四螺線的形式鑲繞在一個(gè)高強(qiáng)度、耐高溫的玻璃鋼管外壁上，其中兩寬帶為測(cè)量電極，兩窄帶為輔助電極，構(gòu)成了一個(gè)螺帶式電容傳感器，測(cè)量?jī)蓸O板上變化的電容量以顯示料位，配以單電容脈沖調(diào)寬和調(diào)零、放大、轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成電容--電壓變送控制電路，以實(shí)現(xiàn)料位顯示與控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是螺帶管式電容傳感器，極板是側(cè)對(duì)應(yīng)平行并以螺線式交替循環(huán)，骨架玻璃鋼管的空芯中是空氣，測(cè)量連續(xù)量的料位變化，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。
3.根據(jù)權(quán)利1和2所述的裝置，其特征是將螺帶管式電容傳感器與用單電容脈沖調(diào)寬、調(diào)零、放大、波形變換電路構(gòu)成的變送器配套，以顯示或控制料位。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為螺帶管式電容傳感器。螺帶管式電容傳感器，是一種可廣泛用于高溫、高壓或真空狀態(tài)下的料位連續(xù)量測(cè)量的傳感器。其特點(diǎn)是利用被測(cè)物質(zhì)比空氣的相對(duì)介電常數(shù)高的特性，通過(guò)一個(gè)螺帶管式極板電容將物位變化轉(zhuǎn)換成不同的電容信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流信號(hào)輸出，用以實(shí)現(xiàn)料位顯示與控制。
文檔編號(hào)G01F23/26GK2097399SQ9121945
公開(kāi)日1992年2月26日 申請(qǐng)日期1991年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月6日
發(fā)明者尹波, 孫政維, 于萍, 尹力 申請(qǐng)人:密山市智能儀表廠