电导变送器的研究与应用

第6期使用与维护电导变送器的研究与应用于洋许会白静杰沈阳工业大学电子亲沈阳市110023【要】电导变送利用分压法补偿式测量电路对电导信号进行测量,并转挑成4~20mA电流信号送入计算机。它成功地应用于禾用电导法在线测量客干木材水分测量泉統。关键调:电导变送在线测量引言器,非常适合于工业流程上使用。电导式分析仪表用于液体分析较为常见,用于固图1为两种单电极双量程测量电路,用切换开关体水分分析的仪表也有一些,但基本都是便携式仪表,K实现量程转换。设第一个量程为0~y1pS/cm,分压不具备信号远传能力。本电导变送器的研制弥补了电电阻R1,第二个量程为0~y2S/cm,分压电阻R导信号远传方面的空白,使电导变送器能与计算机联系起来,实现工业流程上电导倍号的在线检测。电导变送器内采用分压法补偿式测量电路,使相同电极常数的发送器适用于不同的测量范围,变送器测量范围较宽。2电导测量方法电导式分析仪表是将反映电导率变化的信号转换成电压或电流信号,送入表头显示或进一步送入计算图1双量看切换电路机进行处理。常用的电导测量电路有:电流法测量电对于图中1a电路下式成立:路;电桥测量电路(不平衡电桥测量电路;平衡电桥测1量电路);分压法测量电路(电量平衡法;直流分压测量y2 Ri+ R2法)。电流法测量电路较筒单,仪表刻度较均匀,温度对于图中1b电路下式成立补偿效果较好因而得到广泛应用。电桥电路温度补R偿效果不好,日前应用较少。用分压法测量电导的优y(2)点是:仪表刻度均匀,电溟不要求稳压,温度补偿效果(R1+R2)较好,测量电路简单;缺点是分压信号较小,但可采用R1+ R2+r高精度低漂移的精密运算放大器对其进行放大以便处采用分压法补偿式测量电路时,双量程的倍率理y2/X1在2~20倍范圖内变化。当测量电路电压U=在工业流程上,为实现生产工艺的自动监测和自6~8v,电导事为72时,R2=100则R1值可选取8动控剩需要变送器有较宽的量程和信号远传能力。~100图1b电路中的R值应选0-2000R2但由于量程较大使得输出僧号变化范围较宽要想转值可应用式(1)和式(2)计算。图1b电路在使用中的换成4-20mA电流信号,则使输出爽敏度降低,容易调整比图1a电路方便产生较大误差。单一的电流法或分压法测量电路不能采用分压法补偿式测量电路,仪表具有线性刻度清足测量要求而采用分压法补偿式测量电路可将各标尺,刻度线可等分画制,这是实现量程切换的条件,种量程和各种电极常数的发送器的输出转换成统一的但必须使分压电阻R值小于满刻度对应的Rx值的电信号,且线性较好。这使得不同电极常数的发送器1%,否则非线性误差将超过05%有统一的测量范围,也能使相同电极常数的发送器适分压法电路简单熊将不同浓度或水分的R转用于不同的测量范围。该电路不需要单独的转换放大换成统一的电信号,这是实现宽量程测量的重要条件。收稿日期:19990408修改稿日期:2000320中国煤化工CNMHG仪表找术与转器2000年仪表精度较高温度补偿效果也比电流法电路好。从∞~Rxm变化时,有3电导变送器原理EU1m=0(3)基于电导测量法的原理,电导变送器采用分压法补偿式测量电路进行电导测量。使相同电极常数的发式中Rn+Rxmm是取得信号电压U1的最大分压系送器能适用于不同的测量范围。变送器同时具有温度测量电路温度传感器为AD90温度信号转换为4数。20mA信号进行远传,与电导信号同时送入上位机,实对不同的测量范围,其满刻度的电阻 Rx是不现电导信号的实时检测和温度补偿满足工业流程连同的但只要改变Rn值仍然可保证最大分压系数为续在线测量和控制水分或浓度的需要。定值,则可使一对电极适用多种测量范围。计算机电导变送器为单电概五量程测量转换电路测量自动控制测量转换开关选择相应的测量电路进行测量。转换开关可由计算机自动控。由图2可知,U1R,ERn+Rxn为1~5对应不同档的输出。当电阻R图2电导测量电路电导测量电路的输出信号U1较小,需经放大电维饱和点增长到细胞腔完全充满液态水电阻降低到路放大后,再转换成电流信号送入计算机处理。对于1/50多一点。据此,当含水率非常低的时候电阻率高阻测量,电路输出电流较小,要求放大器具有较高的就非常高。因此对于木材水分测量其所测电导变化范内阻。因此选择ICL7650作为直流放大器,ICL7650较大,又其输出需为统一的4-~20mA信号,所以采为低漂移、高增益高共模抑制比的动态自动校零的高用分压法补偿式测量电路非常合适,并且前置放大器精度放大器,其输入倍号只有几百微伏至几十微伏就采用高精度低移放大器ICL7650,对电导信号进行能正常工作。图中的虚线为输出钳位作用,当输出过放大,可实现高阻测量并保证测量精度,并由转换电路戟时,实现钳位可以缩短恢复时间。输出端RC低温将电导信号转变成4-20mA信号滤波器用以消除斩波噪声将测量电极插入烘干窑中含水率试验板上1/4厚V/I变换电路的恒流源设计,使得电压信号精确度处,垂直于木材的纤维走向变送器测量电导信号和地转换成电流信号带负载能力强,利于信号远传。因温度信号并转换为4~20mA信号送入计算机显示水此,电导变送器的电导测量转换电路的精密设计很好分值。整个烘干过程木材含水率变化曲线如图3所地保证了电导信号的测量精度。示。其中M为水分(%),T为时间(天)。由图可知,应用在烘干过程中含水率逐渐下降。刚开始时木材水分有利用分压法补偿式测量电路设计的电导变送器已所回升是由于木材预热处理的结果。曲线上有3处应用于木材烘千过程中木材水分的在线检测。其电极(a、b、c)水分上升是烘干过程中加湿处理的结果。加形式为针状电极。研究表明,木材的含水率由炉干到湿处理是为了改变木材表面因变干而产生的塑性变纤维饱和点(含水率约为30%)其对数与木材的电导形,以保证板面的完整性。率的对数之间几乎是直线关系。因此可用电阻分压测在烘干后半段测得的数据与电炉干法进行比较得木材的电导并转换成木材水分。木材的含水率由数据加尧1所中木封为榆太30%降到0%,电阻大约增加100万倍,但含水率由纤中国煤化工CNMHG第6期使用与维护由表中可见,电导式水分测量系统与炉干法测得值相差1%水分左右,这在实际上是允许的。炉干法结果为快速失重式水分测定装置所测得。这是因为炉干法反映的是木材平均水分值,木材中水分也许分布不均匀所致,且炉温较高炉干过程中也许有一些物质挥发使得所测水分有所偏差。5结论实践证明该电导变送器能很好地满足电导率大范围变化的测量要求。它的研制成功,实现了烘干窑田3木树烘干过程水分变化幽续中被烘干木材水分的在线实时检测,很好地满足了木表1水分测量值与炉于法的比较材千燥工艺的要求,更好地保证了木材干燥的质量。水分(%借以不同的电极形式,可应用于不同方面的物体电导1612.67813.42的测量。075(上接第38页)(上接第40页用中这两种误差是相互关联同时存在的。因此可和微分不能直接准确计算只能用数值计算的方法来以把敏感元件的输出信号看作为一个二元变量函数来避近。对于加热炉,只要采样周期取得足够短,则这种处理,即断续控制形式就趋近连续控制形式了Y=f(P, T)(9)在采样时刻t=nT(T为采样周期)离散的PID在具体处理上,可分别对两个变量元素P、T进表达式为:行处理。在该装置中,对非线性误差分段用二阶多项U(n)=kLe(n)+式拟合处理,即用下式近似表述测压元件的输出曲线:y=ko+klr+k2r2e(K)·T+Tn)-e(n-1求解这个二次函数是比较费时的,若利用测压元计算机直接按上式进行计算比较麻烦,要算出件輪出T标定曲线上的3个点(x0,y0)、(x1,y1)、U则需e(0)到e(n)的所有值,当n很大时要占用大(x2,y2)则上式可改与为:y=c0+c1(x-x0)+c2(x-x0)(x-x1)(11)量内存,且计算麻烦。因此在本系统中采用位置式比较式(10)和式(11),得PID算法,其表达式如下: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)采用简单的汇编语言,即可求解出系数从上式可知,只用连续3次的偏差量e(n)、e(n该装置对温度瀑移误差的补偿选用较简单的线-1)e(n-2)以及上次的输出量U(n-1)即可得出性插值法处理,这里不再簧述。调节器第n的輪出U(n)。4结束语5结论这种气动手指压力测控装置的实际应用表明,采控温系统实际运行表明,当采用双铂铑热电偶时,用带硬芯平膜片的双径向应变测量的方案是合理的在高温段部分(300℃以上)控制精度为±2℃,基本达经济的。借助于单片机技术和软件数据处理技术,不失为改警和提高测量系统性能的有效方法。它不仅提到系统设计要求。高了测量精度降低了生产成本,还可以扩展出原装置所不具备的多种功能。因此把这种综合技术推广应1胡寿松主编.自动控制原理(第三版),北京:国防工业出版社用于自动化仪表尤其是提高现场仪表的性能方面亦中国煤化工机械工业出版社具有一定的现实意义。1996;4.CNMHG