一种导纳式物位传感器

摘要

本发明涉及一种导纳式物位传感器，其设有一导电主极，导电主极的一端设有传感器的固定装置，在固定装置上固定有电信号处理器，导电主极外侧紧密包裹一层绝缘套，导电主极与电信号处理器电连接并通过绝缘材料与固定装置及物位测量的另一极彼此电隔离，在包裹导电主极的绝缘套的外侧，设有一层筒状辅助屏蔽电极，其沿物位测量的方向伴附导电主极，并将绝缘套紧密包裹；在辅助屏蔽电极的外侧，还紧密包裹有一层外绝缘套，用于将辅助屏蔽电极与被测物料隔离；辅助屏蔽电极与电信号处理器电连接，并与导电主极形及固定装置彼此电隔离。本发明结构合理，可以用于混存介质的测量，同时，能够消除挂料等因素对测量结果的影响，测量结果可靠、准确。

权利要求

1.一种导纳式物位传感器，其设有一导电主极，导电主极的一端设有传感器的固定装置，在固定装置上固定有电信号处理器，导电主极外侧紧密包裹一层绝缘套，导电主极与电信号处理器电连接并通过绝缘材料与固定装置及物位测量的另一极彼此电隔离，其特征在于：(1)在包裹导电主极的绝缘套的外侧，设有一层筒状辅助屏蔽电极，在其上设有空白窗口，其沿物位测量的方向伴附导电主极，并将绝缘套紧密包裹；

(2)在辅助屏蔽电极的外侧，还紧密包裹有一层外绝缘套，用于将辅助屏蔽电极与被测物料隔离；辅助屏蔽电极与电信号处理器电连接，并与导电主极及固定装置彼此电隔离。

2.根据权利要求1所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的导电主极是连续的。

3.根据权利要求1所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的导电主极是由多段导电分极复合而成的；

4.根据权利要求1所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的辅助屏蔽电极为网孔状结构，其空白窗口的面积为筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上。

5.根据权利要求4所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的辅助屏蔽电极上网孔的形状和面积，在物位测量的方向上是均匀分布的。

6.根据权利要求1所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的辅助屏蔽电极在沿物位测量方向上为螺旋状结构。

7.根据权利要求1所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的辅助屏蔽电极在沿物位测量方向上为栅状结构，其空白栅孔的面积为筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上。

8.根据权利要求7所述的导纳式物位传感器，其特征在于所述的辅助屏蔽电极上栅孔形状和面积，在物位测量的方向上是均匀分布的。

说明书

一种导纳式物位传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种物位测量装置，具体地说是采用导纳原理，用接触的方式测量物料高度的导纳式物位传感器。

背景技术

[0002] 在仪器仪表领域，利用被测介质的变化导致相应的导纳变化的原理，进行物位测量是一种常用的方法，本申请人的专利CN2432565，如图1，给出了一种连续电容传感器，其设有一金属柔性主极，主极上端设有固定用法兰盘，法兰盘上部设有电容变送器，主极通过绝缘垫与法兰盘和料仓绝缘固定，主极和料仓仓壁分别为一极，构成变介质连续电容物位传感器；本申请人的专利CN1375435，如图2，公开了一种多相料位传感器，设有电容变送器、连接体，其技术特点是连接体外侧设有连接绝缘套，连接绝缘套外设有多节管状金属分极，相邻的两个分极之间设有绝缘层，分极的外侧裹有外绝缘套，连接体内腔设有电缆线，分极经电缆线与电容变送器电连接。多节管状金属分极整体上形成的复合主极与仓壁形成变介质分段电容物位传感器。

[0003] 概括地讲，以上公开的两种电容式物位传感器结构的共同特点，就是包括一条连续主极或者复合主极，将主极固定并与电容传感器另一极(仓壁)电隔离的法兰及绝缘垫，对主极输出电信号进行处理的信号处理器，以及将连续主极或者复合主极包裹、使其与被测介质隔离的外绝缘套。

[0004] 这种带有外绝缘套的电容式物位传感器，主要适应于介电系数较大或者有一定导电性的介质，如含水的煤、原油等，但是，如果在测量过程中存在挂料现象，尤其是挂料的介电系数较大或者有一定的导电性的情况下，挂料在物位传感器的高度将叠加在物位传感器所测量的总高度中，造成测量结果失效。另外，用上述物位传感器测量两种介电系数均较大的混存介质，如泥浆与水混存，由于测量的电容值基本上就是相应高度的外绝缘套对应的电容值，所以，两种介质的界面几乎检测不出来。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是为了克服现有电容式物位传感器不能区分挂料等不足，提供了一种构造合理，能有效的消除介质挂料的影响，测量结果可靠、准确、稳定的导纳式物位传感器。

[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种导纳式物位传感器，其设有一导电主极，导电主极的一端设有传感器的固定装置，在固定装置上固定有电信号处理器，导电主极外侧紧密包裹一层绝缘套，导电主极与电信号处理器电连接并通过绝缘材料与固定装置及物位测量的另一极彼此电隔离，其特征在于：(1)在包裹导电主极的绝缘套的外侧，设有一层筒状辅助屏蔽电极，其上设有空白窗口，在沿物位测量的方向伴附导电主极，并将绝缘套紧密包裹；(2)在辅助屏蔽电极的外侧，还紧密包裹有一层外绝缘套，用于将辅助屏蔽电极与被测物料隔离；辅助屏蔽电极与电信号处理器电连接，并与导电主极及固定装置彼此电隔离。

[0007] 本发明导纳式物位传感器，在遇到挂料的情况时——主要是与被测介质面相连接的挂料，在与辅助屏蔽电极的导电部分相对的挂料，由于辅助屏蔽电极的存在，其对测量信号的影响将基本消除；在与辅助屏蔽电极的空白窗口相对的挂料，在沿传感器的测量方向已被辅助屏蔽电极阻断，在垂直于传感器的测量方向上，因为是挂料，其与另一测量极如仓壁之间是空气，信号差异大，不能形成大信号通路，因而其影响也大部分被消除；在被测介质的内部，与辅助屏蔽电极的导电部分相对的介质，其对测量信号的影响仍会被辅助屏蔽电极屏蔽掉，但与辅助屏蔽电极的空白窗口相对应的介质，由于从传感器到另一测量极如仓壁，之间形成了信号较大的通路，其传感器主极的测量信号将基本不受影响；由于辅助屏蔽电极的空白窗口的面积，在沿传感器的测量方向上的分布是均匀的，所以，这些测量信号可以成比例地转变为物位测量信号。因此，采用本发明方案的导纳式物位传感器，可以在消除挂料影响的基础上，实现对被测物料物位的稳定测量。

[0008] 本发明所提供的技术方案，还可以用于测量两种不同介质的界面位置上，其原理与上面描述的原理大体相同，其中的一种介质相当于空气，另一种介质相当于上述的挂料介质，辅助屏蔽电极消除了两种介质之间的相互干扰，有助于两种介质界面的检测，测量结果可靠、准确。

附图说明

[0009] 下面结合附图对本发明进行详细描述：

[0010] 图1是背景技术中的一种连续电容式物位传感器的结构示意图；

[0011] 图2是背景技术中的一种分段电容式物位传感器的结构示意图；

[0012] 图3是本发明导纳式物位传感器的结构示意图；

[0013] 图4是本发明的一种螺旋状的辅助屏蔽电极结构示意图；

[0014] 图5是本发明的一种网孔状的辅助屏蔽电极结构示意图；

[0015] 图6是本发明的一种栅状的辅助屏蔽电极结构示意图；

[0016] 图7是本发明的一种包裹辅助屏蔽电极的外绝缘套结构示意图。

[0017] 图中的标号是：1.导电主极，2.绝缘套，3.辅助屏蔽电极，4.外绝缘套，5.固定装置，6.电信号处理器。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

[0019] 从图3中可以看出，本发明一种导纳式物位传感器，设有一导电主极1，导电主极1可以是柔性的，也可以是刚性的，在导电主极的一端设有固定装置，如法兰盘，导电主极通过绝缘材料与固定装置及物位测量的另一极如仓壁等彼此绝缘，用于对电信号进行处理的电信号处理器固定在固定装置5上，导电主极以及物位测量的另一极均与电信号处理器6电连接，在导电主极的外侧裹有一层绝缘套2，其特点是：

[0020] (1)在包裹上述导纳式物位传感器的导电主极的绝缘套2的外部，还包裹一层导电的筒状辅助屏蔽电极3。筒状辅助屏蔽电极3可以是网孔状、螺旋状、栅状或者其它形状。其空白窗口的面积为筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上。也就是说空白窗口(如网孔、栅孔)的面积不少于辅助屏蔽电极总表面积的10％，而且空白窗口的面积及形状，在沿着传感器的方向上是尽可能均匀的。在这里，由于辅助屏蔽电极3的作用，电信号处理器6采集到的与物位测量有关的导纳信号强度被衰减，衰减大小与辅助屏蔽电极3上留出的空白窗口的面积直接相关，窗口面积越小，衰减越大，反之亦然。为此，我们把空白窗口的面积优选为占筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上，小于这个比例，不是不能工作，而是将大大增加电信号处理器6采集与物位测量有关的导纳信号的难度。同时，只有在辅助屏蔽电极3上留出的空白窗口的面积及形状在沿着传感器的方向上是尽可能均匀的，才能保证对物位测量的影响最小。

[0021] (2)筒状辅助屏蔽电极3的外部，又紧密地包裹一层外绝缘套4，用于阻断辅助屏蔽电极与被测物料的直接接触，并将辅助屏蔽电极的空白窗口用绝缘材料填充；辅助屏蔽电极3与电信号处理器6电连接，并与导电主极1及固定装置5彼此电隔离。具体是上述的辅助屏蔽电极3通过绝缘套与位于导电主极一端的电信号处理器电连接，并与导纳式物位传感器的两个测量极——一个是导电主极，另一个可以是仓壁，保持高电阻状态。在遇到挂料的情况时——主要是与被测介质面相连接的挂料，在与辅助屏蔽电极的导电部分相对的挂料，由于辅助屏蔽电极的存在，其对测量信号的影响将基本消除；在与辅助屏蔽电极的空白窗口相对的挂料，在沿传感器的测量方向已被辅助屏蔽电极阻断，在垂直于传感器的测量方向上，因为是挂料，其与另一测量极如仓壁之间是空气，信号差异大，不能形成大信号通路，因而其影响也大部分被消除；在被测介质的内部，与辅助屏蔽电极的导电部分相对的介质，其对测量信号的影响仍会被辅助屏蔽电极屏蔽掉，但与辅助屏蔽电极的空白窗口相对应的介质，由于从传感器到另一测量极如仓壁，之间形成了信号较大的通路，其传感器主极的测量信号将基本不受影响；由于辅助屏蔽电极的空白窗口的面积，在沿传感器的测量方向上的分布是均匀的，所以，这些测量信号可以成比例地转变为物位测量信号。因此，采用本发明方案的导纳式物位传感器，可以在消除挂料影响的基础上，实现对被测物料物位的稳定测量。

[0022] 实施例1：

[0023] 如图3所示，本实施例所采用的导电主极1为专利CN2432565公开的连续导电主极，如钢丝绳，在连续导电主极1的外侧沿测量高度方向上均匀地包裹一层绝缘套2；在绝缘套2的外侧，沿物位测量的方向上，均匀的缠绕一层如图4所示的螺旋状屏蔽电极301，而且螺旋状屏蔽电极301的空白窗口形状、面积，在物位测量的方向上也是均匀的；在屏蔽电极301的外侧，又紧密包裹了一层外绝缘套4，用于将屏蔽电极的空白窗口填充，并将屏蔽电极与被测物料隔离，外绝缘套4在物位测量的方向上也是均匀的。

[0024] 导电的连续电极1及屏蔽电极301分别与位于传感器一侧的电信号处理器6电连接，它们之间，以及与另一测量极如仓壁之间，彼此通过绝缘材料进行绝缘。

[0025] 这样形成的带辅助屏蔽电极的导纳式物位传感器，在用于测量容易挂料的介质时，就能有效地屏蔽掉挂料的影响，保证了物位测量的可靠性和准确性，在用于测量两种介电系数较大的介质界面时，也可以排除彼此的相互干扰，保证了界面测量的准确。

[0026] 在上述实施例中，导电主极也可以采用如专利CN1375435所公开的复合主极，即若干个外径完全一样的分段电极，彼此绝缘，又分别与电信号处理器电连接，在空间上沿物位测量的方向有规则地排列。

[0027] 表1中是采用本技术方案的导纳式物位传感器与不采用本技术方案的电容式物位传感器，在测量容易挂料的泥浆时的试验结果，其中的复合主极结构，采用了如专利CN1375435多相物位传感器所采用的分段电极结构。

[0028] 表1

[0029]普通多相物位传感器显示的高 88 113 191 249 285度(cm)
采用本发明方案的导纳式物位 81.5 105 173 233 260传感器显示的高度(cm)
实际的液面高度(cm) 81 103 172 233 258
挂料长度(cm) 8 13 22 18 31

[0030] 从试验数据可见，严重的挂料对不采用本发明方案的常规导纳式物位传感器的影响很大，而对采用了本发明的带屏蔽电极的导纳式物位传感器的测量几乎没有影响。

[0031] 实施例2：

[0032] 如图5所示，本实施例辅助屏蔽电极采用了的网孔状结构。所述的辅助屏蔽电极302为网孔状结构，其空白窗口的面积为筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上。所述的辅助屏蔽电极302上网孔的形状和面积，在物位测量的方向上是均匀分布的。其他与实施例1的结构形式及应用效果完全一致。

[0033] 实施例3：

[0034] 如图6所示，本实施例辅助屏蔽电极采用了的栅状结构，所述的辅助屏蔽电极303为栅状结构，其空白栅孔的面积为筒状辅助屏蔽电极总表面积的10％以上。辅助屏蔽电极303上栅孔形状和面积，在物位测量的方向上是均匀分布的。其他与实施例1的结构形式及应用效果一致。

[0035] 以上对本发明实施例的详细说明并非穷尽性的，本发明不应被限制为以上所公开的精确形式。本领域的技术人员可以理解，在本发明的范围内，可以进行各种等同的修改和替换，这样的修改和替换应视为被该发明所涵盖。此外，在此所提供的本发明的原理也可应用于其它领域，而不必局限于导纳式物(液)为传感器。上述各个实施例的元素可任意组合在一起，以便提供进一步的实施例。