電導變送器的研究與應用

第6期使用與維護電導變送器的研究與應用于洋許會(huì )白靜杰沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電子親沈陽(yáng)市110023【要】電導變送利用分壓法補償式測量電路對電導信號進(jìn)行測量,并轉挑成4~20mA電流信號送入計算機。它成功地應用于禾用電導法在線(xiàn)測量客干木材水分測量泉統。關(guān)鍵調:電導變送在線(xiàn)測量引言器,非常適合于工業(yè)流程上使用。電導式分析儀表用于液體分析較為常見(jiàn),用于固圖1為兩種單電極雙量程測量電路,用切換開(kāi)關(guān)體水分分析的儀表也有一些,但基本都是便攜式儀表,K實(shí)現量程轉換。設第一個(gè)量程為0~y1pS/cm,分壓不具備信號遠傳能力。本電導變送器的研制彌補了電電阻R1,第二個(gè)量程為0~y2S/cm,分壓電阻R導信號遠傳方面的空白,使電導變送器能與計算機聯(lián)系起來(lái),實(shí)現工業(yè)流程上電導倍號的在線(xiàn)檢測。電導變送器內采用分壓法補償式測量電路,使相同電極常數的發(fā)送器適用于不同的測量范圍,變送器測量范圍較寬。2電導測量方法電導式分析儀表是將反映電導率變化的信號轉換成電壓或電流信號,送入表頭顯示或進(jìn)一步送入計算圖1雙量看切換電路機進(jìn)行處理。常用的電導測量電路有:電流法測量電對于圖中1a電路下式成立:路;電橋測量電路(不平衡電橋測量電路;平衡電橋測1量電路);分壓法測量電路(電量平衡法;直流分壓測量y2 Ri+ R2法)。電流法測量電路較筒單,儀表刻度較均勻,溫度對于圖中1b電路下式成立補償效果較好因而得到廣泛應用。電橋電路溫度補R償效果不好,日前應用較少。用分壓法測量電導的優(yōu)y(2)點(diǎn)是:儀表刻度均勻,電溟不要求穩壓,溫度補償效果(R1+R2)較好,測量電路簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是分壓信號較小,但可采用R1+ R2+r高精度低漂移的精密運算放大器對其進(jìn)行放大以便處采用分壓法補償式測量電路時(shí),雙量程的倍率理y2/X1在2~20倍范圖內變化。當測量電路電壓U=在工業(yè)流程上,為實(shí)現生產(chǎn)工藝的自動(dòng)監測和自6~8v,電導事為72時(shí),R2=100則R1值可選取8動(dòng)控剩需要變送器有較寬的量程和信號遠傳能力。~100圖1b電路中的R值應選0-2000R2但由于量程較大使得輸出僧號變化范圍較寬要想轉值可應用式(1)和式(2)計算。圖1b電路在使用中的換成4-20mA電流信號,則使輸出爽敏度降低,容易調整比圖1a電路方便產(chǎn)生較大誤差。單一的電流法或分壓法測量電路不能采用分壓法補償式測量電路,儀表具有線(xiàn)性刻度清足測量要求而采用分壓法補償式測量電路可將各標尺,刻度線(xiàn)可等分畫(huà)制,這是實(shí)現量程切換的條件,種量程和各種電極常數的發(fā)送器的輸出轉換成統一的但必須使分壓電阻R值小于滿(mǎn)刻度對應的Rx值的電信號,且線(xiàn)性較好。這使得不同電極常數的發(fā)送器1%,否則非線(xiàn)性誤差將超過(guò)05%有統一的測量范圍,也能使相同電極常數的發(fā)送器適分壓法電路簡(jiǎn)單熊將不同濃度或水分的R轉用于不同的測量范圍。該電路不需要單獨的轉換放大換成統一的電信號,這是實(shí)現寬量程測量的重要條件。收稿日期:19990408修改稿日期:2000320中國煤化工CNMHG儀表找術(shù)與轉器2000年儀表精度較高溫度補償效果也比電流法電路好。從∞~Rxm變化時(shí),有3電導變送器原理EU1m=0(3)基于電導測量法的原理,電導變送器采用分壓法補償式測量電路進(jìn)行電導測量。使相同電極常數的發(fā)式中Rn+Rxmm是取得信號電壓U1的最大分壓系送器能適用于不同的測量范圍。變送器同時(shí)具有溫度測量電路溫度傳感器為AD90溫度信號轉換為4數。20mA信號進(jìn)行遠傳,與電導信號同時(shí)送入上位機,實(shí)對不同的測量范圍,其滿(mǎn)刻度的電阻 Rx是不現電導信號的實(shí)時(shí)檢測和溫度補償滿(mǎn)足工業(yè)流程連同的但只要改變Rn值仍然可保證最大分壓系數為續在線(xiàn)測量和控制水分或濃度的需要。定值,則可使一對電極適用多種測量范圍。計算機電導變送器為單電概五量程測量轉換電路測量自動(dòng)控制測量轉換開(kāi)關(guān)選擇相應的測量電路進(jìn)行測量。轉換開(kāi)關(guān)可由計算機自動(dòng)控。由圖2可知,U1R,ERn+Rxn為1~5對應不同檔的輸出。當電阻R圖2電導測量電路電導測量電路的輸出信號U1較小,需經(jīng)放大電維飽和點(diǎn)增長(cháng)到細胞腔完全充滿(mǎn)液態(tài)水電阻降低到路放大后,再轉換成電流信號送入計算機處理。對于1/50多一點(diǎn)。據此,當含水率非常低的時(shí)候電阻率高阻測量,電路輸出電流較小,要求放大器具有較高的就非常高。因此對于木材水分測量其所測電導變化范內阻。因此選擇ICL7650作為直流放大器,ICL7650較大,又其輸出需為統一的4-~20mA信號,所以采為低漂移、高增益高共模抑制比的動(dòng)態(tài)自動(dòng)校零的高用分壓法補償式測量電路非常合適,并且前置放大器精度放大器,其輸入倍號只有幾百微伏至幾十微伏就采用高精度低移放大器ICL7650,對電導信號進(jìn)行能正常工作。圖中的虛線(xiàn)為輸出鉗位作用,當輸出過(guò)放大,可實(shí)現高阻測量并保證測量精度,并由轉換電路戟時(shí),實(shí)現鉗位可以縮短恢復時(shí)間。輸出端RC低溫將電導信號轉變成4-20mA信號濾波器用以消除斬波噪聲將測量電極插入烘干窯中含水率試驗板上1/4厚V/I變換電路的恒流源設計,使得電壓信號精確度處,垂直于木材的纖維走向變送器測量電導信號和地轉換成電流信號帶負載能力強,利于信號遠傳。因溫度信號并轉換為4~20mA信號送入計算機顯示水此,電導變送器的電導測量轉換電路的精密設計很好分值。整個(gè)烘干過(guò)程木材含水率變化曲線(xiàn)如圖3所地保證了電導信號的測量精度。示。其中M為水分(%),T為時(shí)間(天)。由圖可知,應用在烘干過(guò)程中含水率逐漸下降。剛開(kāi)始時(shí)木材水分有利用分壓法補償式測量電路設計的電導變送器已所回升是由于木材預熱處理的結果。曲線(xiàn)上有3處應用于木材烘千過(guò)程中木材水分的在線(xiàn)檢測。其電極(a、b、c)水分上升是烘干過(guò)程中加濕處理的結果。加形式為針狀電極。研究表明,木材的含水率由爐干到濕處理是為了改變木材表面因變干而產(chǎn)生的塑性變纖維飽和點(diǎn)(含水率約為30%)其對數與木材的電導形,以保證板面的完整性。率的對數之間幾乎是直線(xiàn)關(guān)系。因此可用電阻分壓測在烘干后半段測得的數據與電爐干法進(jìn)行比較得木材的電導并轉換成木材水分。木材的含水率由數據加堯1所中木封為榆太30%降到0%,電阻大約增加100萬(wàn)倍,但含水率由纖中國煤化工CNMHG第6期使用與維護由表中可見(jiàn),電導式水分測量系統與爐干法測得值相差1%水分左右,這在實(shí)際上是允許的。爐干法結果為快速失重式水分測定裝置所測得。這是因為爐干法反映的是木材平均水分值,木材中水分也許分布不均勻所致,且爐溫較高爐干過(guò)程中也許有一些物質(zhì)揮發(fā)使得所測水分有所偏差。5結論實(shí)踐證明該電導變送器能很好地滿(mǎn)足電導率大范圍變化的測量要求。它的研制成功,實(shí)現了烘干窯田3木樹(shù)烘干過(guò)程水分變化幽續中被烘干木材水分的在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測,很好地滿(mǎn)足了木表1水分測量值與爐于法的比較材千燥工藝的要求,更好地保證了木材干燥的質(zhì)量。水分(%借以不同的電極形式,可應用于不同方面的物體電導1612.67813.42的測量。075(上接第38頁(yè))(上接第40頁(yè)用中這兩種誤差是相互關(guān)聯(lián)同時(shí)存在的。因此可和微分不能直接準確計算只能用數值計算的方法來(lái)以把敏感元件的輸出信號看作為一個(gè)二元變量函數來(lái)避近。對于加熱爐,只要采樣周期取得足夠短,則這種處理,即斷續控制形式就趨近連續控制形式了Y=f(P, T)(9)在采樣時(shí)刻t=nT(T為采樣周期)離散的PID在具體處理上,可分別對兩個(gè)變量元素P、T進(jìn)表達式為:行處理。在該裝置中,對非線(xiàn)性誤差分段用二階多項U(n)=kLe(n)+式擬合處理,即用下式近似表述測壓元件的輸出曲線(xiàn):y=ko+klr+k2r2e(K)·T+Tn)-e(n-1求解這個(gè)二次函數是比較費時(shí)的,若利用測壓元計算機直接按上式進(jìn)行計算比較麻煩,要算出件輪出T標定曲線(xiàn)上的3個(gè)點(diǎn)(x0,y0)、(x1,y1)、U則需e(0)到e(n)的所有值,當n很大時(shí)要占用大(x2,y2)則上式可改與為:y=c0+c1(x-x0)+c2(x-x0)(x-x1)(11)量?jì)却?且計算麻煩。因此在本系統中采用位置式比較式(10)和式(11),得PID算法,其表達式如下:k0= co-C1zo+ c2zox1U(n)=U(n-1)+Ke(n)-e(n-1)+e(nk1=c1-c2(x0+x1)[e(n)-2e(m-1)+e(n-2)采用簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言,即可求解出系數從上式可知,只用連續3次的偏差量e(n)、e(n該裝置對溫度瀑移誤差的補償選用較簡(jiǎn)單的線(xiàn)-1)e(n-2)以及上次的輸出量U(n-1)即可得出性插值法處理,這里不再簧述。調節器第n的輪出U(n)。4結束語(yǔ)5結論這種氣動(dòng)手指壓力測控裝置的實(shí)際應用表明,采控溫系統實(shí)際運行表明,當采用雙鉑銠熱電偶時(shí),用帶硬芯平膜片的雙徑向應變測量的方案是合理的在高溫段部分(300℃以上)控制精度為±2℃,基本達經(jīng)濟的。借助于單片機技術(shù)和軟件數據處理技術(shù),不失為改警和提高測量系統性能的有效方法。它不僅提到系統設計要求。高了測量精度降低了生產(chǎn)成本,還可以擴展出原裝置所不具備的多種功能。因此把這種綜合技術(shù)推廣應1胡壽松主編.自動(dòng)控制原理(第三版),北京:國防工業(yè)出版社用于自動(dòng)化儀表尤其是提高現場(chǎng)儀表的性能方面亦中國煤化工機械工業(yè)出版社具有一定的現實(shí)意義。1996;4.CNMHG