恶劣环境下物位的准确测量

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1物位及电容式物位测量物位指的是存储在容器或工业生产设备之中的液体、颗粒状或粉状固体、气体之间的分界面位置，或为丽种不相溶的液体之间由于密度不等而产生的界面位置，因为众多物质或气体或液体在形态和性质上有着众多的差异，所以在测量物位的方法上也有着不同的形式。随着社会的发展，出现了静压物位测量、机械式物位测量、机电式物位测量、声学式物位测量、电磁式物位测量、电容式物位测量、辐射式物位测量等方法，但每种方法也有着其局限性，比如说机械式物位测量，不适用于复杂恶劣的环境，声学式物位测量不适用于灰尘、蒸汽等环境，而电容式物位测量则突破了环境因素的制约，可以在极其复杂恶劣的环境下进行准确的物位测量，属于目前应用最为广泛的-种测量方式。其优点在于测量仪器简单，价格低廉，性能可靠，适合各种环境。当然电容式物位测量也存在着-定的缺陷，那就是挂料问题。挂料问题指的是在测量具有黏附性导电物料的时候，物料会黏附在传感电极的绝缘罩上，形成了虚假的物像，从而影响对物位的精准测量，在国外，通过射频导纳技术解决了电容式测量中存在的挂料问题，大大优化了电容式物位测量的精准性。

2电容式物位计工作原理电容式物位计采用的方式是在容器之中建立电容，电容的-极是浸没于容器之中的杆状探头，另-极则为容器壁，或接地金属板 J。如 图-、电容式物位测量原理图”，图- (a)设空气为介质的电容为C。，设被测物料的电容为C ，则两者电极之间的电容为：CC C， (1)图- (b)如果被测介质属于导体则还需要在探头加-层绝缘体，设被测物料上部以绝缘体为介质的电容是C ，设空气为介质的电容是C ，设被测物料的电容为C则可以计算出电极之间的电容为下：同样可以获得电极之间电容C与被测量高度h的关系为CC。k·h，其中C。与k属于介电常数和容器结构常数。

当物位发生变化，被测介质对探头的浸没高度h也将发生变化，并使得电容C变化，通过电容C可以获得物位的高度h的数(a) (b)图- 电容式物位测量原理图3传感器导电粘附层对物位测量的影响在传统的电容式物位测量中，很难避免挂料问题，特别是对粘性导电的物料进行物位测量的时候，测量出来的误差较大，这也限制了电容式物位测量的发展和使用，在国际上采用射频导纳电容式物位测量，有效的解决了挂料问题。现在分析下为什么粘性导电物料使用电容式测量物位容易产生误差。如图二，粘性导电物料的物位检测原理图。

在充满粘性导电材料的容器中，安装测量电极，测量电极上布置上绝缘层，此时物料之中存在着-个物料的电容，加上物料本身导电性，在进行对被测量物料的检测时候，会认为电路中的电阻为0，进而形成电容的两极为电极极芯和导电物料。当此时的物位高度h下降的时候，降低到低位，这是测量探头会留有挂料即粘附层，出现虚假物位，导致物位测量不精准 。

4射频导纳物位仪表工作原理因为传统 电容式测量存在着挂料问题，为了解决挂料问题的存在，提高物位测量的精准，研究出了射频导纳物位仪表 。

其依据是，只要粘附层足够的长，粘附层的电阻和电容具有相等的电阻。如图三、挂料电极等效电路图。

7 hfu 二二c- lf i- - gL - - 图三 挂料电极等效电路图在图中，U为频串为w下的激励电 ，，为实际被测电容的电流， 为流过粘附 的电流，，为总电流 ， ， ， 。实际物付电锌为 ， 扮料电 为 ，择料电阻为 ，根 粘附 l尢限火，粘附层电 和电容具有相等性电阻原理，既 。如果设。

(4)根据得到的公式，可以进行测量实际的物位值，这就是射频导纳物位仪表的基本工作原理，通过这种方法，成功的解决了电容式挂料问题。根据射频导纳电容式方法，其测量系统的实现可以用下图四来表示。

mIT T带 l - - 搬 - m削 1 0 U图四 射频导纳物位测量系统图随着射频导纳技术成功的解决了电容式物位测量出现的挂料问题，使得电容式物位测量的范围急速扩大，并可以让其在超复杂、恶劣的环境下进行精确的物位测量。

5适合恶劣环境下物位测量的其他方法5.1雷达式物位计测量精确的计算出物位对于操作工艺和控制指标有着重要的意义，但传统的-些物位测量法有着诸多的限制，对周围的环境要求较高，不适合恶劣环境下的操作。但雷达式测量物位的方法则突破了环境的限制 。随着雷达式传感器的制作成本不断下降，雷达式传感器的应用范围也逐渐的扩展，这与雷达式测量物位法的优势和特点有着极大的关系。

1)速度性极快雷达传感器可以利用特殊的时间间隔方法，将每秒360万的回波图进行放大、定位、分析，因为雷达传感器可以在0.1秒内进行精确的分析处理回波信号，测量技术上比其他传统测量方法先进很多。

2)连续准确性雷达式测量物位 ，不受环境中的温度、气压等条件的限制，与介质表面不进行接触，就可以快速精确的测量出不同介质的物位。

3)可靠性强雷达波不受干扰，因为这点特性 ，代图二 粘性导电物料的物位检测原理图128-。 下转第1；34页探头 猫附电阻挂荆等效电路 ， 茛 ， ，n 、 ，/、 、.. .r∞ 0IEcH 卿 l l是为了避免安装维修人员因为工作疏忽，从而产生人为的安全隐患。第14条为避免电气安全装置因损坏、动作不可靠、使用环境改变、错误连接等情况下产生的设备安全隐患 。

3提高安全性能的方法电梯安全规范对电气安全装置失效有相应的保护要求，但是目前在用电梯当中，大部分电梯设计上，没有考虑门的闭合状态和锁紧状态的电气安全装置的失效保护功能。特别是多个门扇的闭合状态，锁紧状态的保护功能，也就是说个别门扇的缺失，位置不准确，门锁开关主、副触点的短接保护功能。导致门系统保护失效或者不完全而产生的安全事故屡有发生。安全回路的人为短接产生的事故，开关本身损坏，回路继电器出现粘连或者卡阻，这些安全隐患的存在，也是时有所闻。

因此 ，为了保证 电梯更加安全地运行，加强电梯门系统和安全系统的安全性能是十分必要的。下面介绍2个加强电梯安全性能的方案 。

3.1门回路改进方案--门运行检测法为了防止门回路短接和门扇不到位，应该建立可靠的门回路防止短接的检测功能。在电梯每次正常的开关门，都进行门扇的位置检测。只有检测到各个门扇完成了-次完整的开关门过程，电梯才能执行下-个运行指令--称为 门运行检测法”。其原理是：(1)通过检测开关门的到位信号的通断情况，来判断门锁触点是否被短接。正常开、关门的流程：当门 (不管层门、轿门)接到开门指令，各个门扇执行开门命令，各个门扇必须运行到各自的设定位置，这个任务由开门限位开关检测完成。各个限位开关检测到门扇运行位后，才能执行关门指令。

执行关门指令后，限位开关复位，准备下-次检测。关门到位由各个门锁开关完成检测，全部门锁开关接通后，电梯才能执行运行指令。这样就能通过检测门锁开关的通、断信号，门限位开关的通、断信号，判断门锁开关触点是否被短接或者发生粘连。

(2)每个门扇的开关都按照 (1)的设计要求。各个层门相应同-位置的所有门锁开关作为-个回路。也就是说-个层门有几个门锁开关，就需要建立几个检测回路(现在的电梯都只有-个门锁回路)。各自设定为独立的回路，各 自完成检测功能。这样可以有效地防止发生短接任何-个门锁开关。

(3)电梯进入检修状态时，只要各个门扇处于关闭状态，门锁回路处于闭路状态，电梯就能运行，这样可以方便检修操作。由检修状态转入正常状态时，门系统必须进行-次 (1)流程的检测，判断电梯是否处于正常安全状态。

这个方案的优点在于：①可以检测门锁的短接和偶然的短路。②检测门扇的位置。③检测粘连和卡阻现象。有效消除 开门走梯”等安全隐患，防止发生安全事故。

3.2安全回路防短接方案--回路电阻检测法现在的电梯安全回路导通时，用万用表测量电阻是 0，任何-个安全开关动作 ，则电阻值是 -”。安全回路是通路时，安全回路继电器才能吸合，电梯才能正常启动。为了防止安全回路被简单短接，可以设计-个检测功能，以检测安全回路的正常电阻值。当安全回路的电阻值检测不合格时，电梯不能正常启动运行--称为 回路电阻检测法”，其原理是：(1)电梯主板在设计时，对安全回路增加检测电阻值的功能。必须检测到安全回路的电阻值符合设定要求 (如设定为1OKQ)，回路才是符合要求的 通路”，主板才发出指令： 安全回路继电器吸合”，电梯才能正常运行。如果安全回路被短接，电阻值为 0”；或者某个开关动作，回路的电阻值为 ”，这两种情况的安全回路状态为 故障状态” ，安全回路继电器释放，电梯不能启动运行。这样可以防止控制柜的总接线端被简单的导线短接。

(2)根据安全开关的数量决定设定电阻值。假设总共有10个开关，每个开关就带-个l KQ的电阻 (把电阻设计在开关里面)，总电阻值就设定为10KQ。如果短接其中-个开关 (包括电阻)，总电阻值就会变成9 KQ，如果动作其中-个开关，总电阻值就会变成 ”，主板检测到电阻值发生变化，判断为 故障状态”，安全回路继电器释放，电梯不能启动运行。

(3)检修状态下对安全回路的要求，和正常状态下的要求-样。

这个方案的优点在于：①能够有效防止直接用导线，短接整个安全回路或者某个安全开关。②安全回路直接连入主板，主板可以采用低电压控制安全继电器，有效避免继电器粘连。③ 及时检测到偶然出现的短路，有效防止发生安全隐患。

4结语电梯发生的安全事故中，门回路和安全回路的原因最多，提高这两个系统的安全性能很有必要，本文提出了 门运行检测法”和 电阻检测法”方案。电梯事故原因多种多样，考虑难免不周，谨借此文抛砖引玉，期望进-步提高门回路和安全回路的安全性能，使电梯能够更加安全可靠的为我们的生活服务。