第6期使用與維護(hù)電導(dǎo)變送器的研究與應(yīng)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(dǎo)變送利用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路對(duì)電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,并轉(zhuǎn)挑成4~20mA電流信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。它成功地應(yīng)用于禾用電導(dǎo)法在線測(cè)量客干木材水分測(cè)量泉統(tǒng)。關(guān)鍵調(diào):電導(dǎo)變送在線測(cè)量引言器,非常適合于工業(yè)流程上使用。電導(dǎo)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(cè)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(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。設(shè)第一個(gè)量程為0~y1pS/cm,分壓不具備信號(hào)遠(yuǎn)傳能力。本電導(dǎo)變送器的研制彌補(bǔ)了電電阻R1,第二個(gè)量程為0~y2S/cm,分壓電阻R導(dǎo)信號(hào)遠(yuǎn)傳方面的空白,使電導(dǎo)變送器能與計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái),實(shí)現(xiàn)工業(yè)流程上電導(dǎo)倍號(hào)的在線檢測(cè)。電導(dǎo)變送器內(nèi)采用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路,使相同電極常數(shù)的發(fā)送器適用于不同的測(cè)量范圍,變送器測(cè)量范圍較寬。2電導(dǎo)測(cè)量方法電導(dǎo)式分析儀表是將反映電導(dǎo)率變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào),送入表頭顯示或進(jìn)一步送入計(jì)算圖1雙量看切換電路機(jī)進(jìn)行處理。常用的電導(dǎo)測(cè)量電路有:電流法測(cè)量電對(duì)于圖中1a電路下式成立:路;電橋測(cè)量電路(不平衡電橋測(cè)量電路;平衡電橋測(cè)1量電路);分壓法測(cè)量電路(電量平衡法;直流分壓測(cè)量y2 Ri+ R2法)。電流法測(cè)量電路較筒單,儀表刻度較均勻,溫度對(duì)于圖中1b電路下式成立補(bǔ)償效果較好因而得到廣泛應(yīng)用。電橋電路溫度補(bǔ)R償效果不好,日前應(yīng)用較少。用分壓法測(cè)量電導(dǎo)的優(yōu)y(2)點(diǎn)是:儀表刻度均勻,電溟不要求穩(wěn)壓,溫度補(bǔ)償效果(R1+R2)較好,測(cè)量電路簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是分壓信號(hào)較小,但可采用R1+ R2+r高精度低漂移的精密運(yùn)算放大器對(duì)其進(jìn)行放大以便處采用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路時(shí),雙量程的倍率理y2/X1在2~20倍范圖內(nèi)變化。當(dāng)測(cè)量電路電壓U=在工業(yè)流程上,為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自6~8v,電導(dǎo)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(hào)遠(yuǎn)傳能力。~100圖1b電路中的R值應(yīng)選0-2000R2但由于量程較大使得輸出僧號(hào)變化范圍較寬要想轉(zhuǎn)值可應(yīng)用式(1)和式(2)計(jì)算。圖1b電路在使用中的換成4-20mA電流信號(hào),則使輸出爽敏度降低,容易調(diào)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(cè)量電路不能采用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路,儀表具有線性刻度清足測(cè)量要求而采用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路可將各標(biāo)尺,刻度線可等分畫制,這是實(shí)現(xiàn)量程切換的條件,種量程和各種電極常數(shù)的發(fā)送器的輸出轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的但必須使分壓電阻R值小于滿刻度對(duì)應(yīng)的Rx值的電信號(hào),且線性較好。這使得不同電極常數(shù)的發(fā)送器1%,否則非線性誤差將超過(guò)05%有統(tǒng)一的測(cè)量范圍,也能使相同電極常數(shù)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(zhuǎn)用于不同的測(cè)量范圍。該電路不需要單獨(dú)的轉(zhuǎn)換放大換成統(tǒng)一的電信號(hào),這是實(shí)現(xiàn)寬量程測(cè)量的重要條件。收稿日期:19990408修改稿日期:2000320中國(guó)煤化工CNMHG儀表找術(shù)與轉(zhuǎn)器2000年儀表精度較高溫度補(bǔ)償效果也比電流法電路好。從∞~Rxm變化時(shí),有3電導(dǎo)變送器原理EU1m=0(3)基于電導(dǎo)測(cè)量法的原理,電導(dǎo)變送器采用分壓法補(bǔ)償式測(cè)量電路進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)量。使相同電極常數(shù)的發(fā)式中Rn+Rxmm是取得信號(hào)電壓U1的最大分壓系送器能適用于不同的測(cè)量范圍。變送器同時(shí)具有溫度測(cè)量電路溫度傳感器為AD90溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為4數(shù)。20mA信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳,與電導(dǎo)信號(hào)同時(shí)送入上位機(jī),實(shí)對(duì)不同的測(cè)量范圍,其滿刻度的電阻 Rx是不現(xiàn)電導(dǎo)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和溫度補(bǔ)償滿足工業(yè)流程連同的但只要改變Rn值仍然可保證最大分壓系數(shù)為續(xù)在線測(cè)量和控制水分或濃度的需要。定值,則可使一對(duì)電極適用多種測(cè)量范圍。計(jì)算機(jī)電導(dǎo)變送器為單電概五量程測(cè)量轉(zhuǎn)換電路測(cè)量自動(dòng)控制測(cè)量轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇相應(yīng)的測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控。由圖2可知,U1R,ERn+Rxn為1~5對(duì)應(yīng)不同檔的輸出。當(dāng)電阻R圖2電導(dǎo)測(cè)量電路電導(dǎo)測(cè)量電路的輸出信號(hào)U1較小,需經(jīng)放大電維飽和點(diǎn)增長(zhǎng)到細(xì)胞腔完全充滿液態(tài)水電阻降低到路放大后,再轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理。對(duì)于1/50多一點(diǎn)。據(jù)此,當(dāng)含水率非常低的時(shí)候電阻率高阻測(cè)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(duì)于木材水分測(cè)量其所測(cè)電導(dǎo)變化范內(nèi)阻。因此選擇ICL7650作為直流放大器,ICL7650較大,又其輸出需為統(tǒng)一的4-~20mA信號(hào),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(bǔ)償式測(cè)量電路非常合適,并且前置放大器精度放大器,其輸入倍號(hào)只有幾百微伏至幾十微伏就采用高精度低移放大器ICL7650,對(duì)電導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行能正常工作。圖中的虛線為輸出鉗位作用,當(dāng)輸出過(guò)放大,可實(shí)現(xiàn)高阻測(cè)量并保證測(cè)量精度,并由轉(zhuǎn)換電路戟時(shí),實(shí)現(xiàn)鉗位可以縮短恢復(fù)時(shí)間。輸出端RC低溫將電導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)變成4-20mA信號(hào)濾波器用以消除斬波噪聲將測(cè)量電極插入烘干窯中含水率試驗(yàn)板上1/4厚V/I變換電路的恒流源設(shè)計(jì),使得電壓信號(hào)精確度處,垂直于木材的纖維走向變送器測(cè)量電導(dǎo)信號(hào)和地轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)帶負(fù)載能力強(qiáng),利于信號(hào)遠(yuǎn)傳。因溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)換為4~20mA信號(hào)送入計(jì)算機(jī)顯示水此,電導(dǎo)變送器的電導(dǎo)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的精密設(shè)計(jì)很好分值。整個(gè)烘干過(guò)程木材含水率變化曲線如圖3所地保證了電導(dǎo)信號(hào)的測(cè)量精度。示。其中M為水分(%),T為時(shí)間(天)。由圖可知,應(yīng)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(bǔ)償式測(cè)量電路設(shè)計(jì)的電導(dǎo)變送器已所回升是由于木材預(yù)熱處理的結(jié)果。曲線上有3處應(yīng)用于木材烘千過(guò)程中木材水分的在線檢測(cè)。其電極(a、b、c)水分上升是烘干過(guò)程中加濕處理的結(jié)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(duì)數(shù)與木材的電導(dǎo)形,以保證板面的完整性。率的對(duì)數(shù)之間幾乎是直線關(guān)系。因此可用電阻分壓測(cè)在烘干后半段測(cè)得的數(shù)據(jù)與電爐干法進(jìn)行比較得木材的電導(dǎo)并轉(zhuǎn)換成木材水分。木材的含水率由數(shù)據(jù)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(guó)煤化工CNMHG第6期使用與維護(hù)由表中可見(jiàn),電導(dǎo)式水分測(cè)量系統(tǒng)與爐干法測(cè)得值相差1%水分左右,這在實(shí)際上是允許的。爐干法結(jié)果為快速失重式水分測(cè)定裝置所測(cè)得。這是因?yàn)闋t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(cè)水分有所偏差。5結(jié)論實(shí)踐證明該電導(dǎo)變送器能很好地滿足電導(dǎo)率大范圍變化的測(cè)量要求。它的研制成功,實(shí)現(xiàn)了烘干窯田3木樹(shù)烘干過(guò)程水分變化幽續(xù)中被烘干木材水分的在線實(shí)時(shí)檢測(cè),很好地滿足了木表1水分測(cè)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(yīng)用于不同方面的物體電導(dǎo)1612.67813.42的測(cè)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(zhǔn)確計(jì)算只能用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)以把敏感元件的輸出信號(hào)看作為一個(gè)二元變量函數(shù)來(lái)避近。對(duì)于加熱爐,只要采樣周期取得足夠短,則這種處理,即斷續(xù)控制形式就趨近連續(xù)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(duì)兩個(gè)變量元素P、T進(jìn)表達(dá)式為:行處理。在該裝置中,對(duì)非線性誤差分段用二階多項(xiàng)U(n)=kLe(n)+式擬合處理,即用下式近似表述測(cè)壓元件的輸出曲線:y=ko+klr+k2r2e(K)·T+Tn)-e(n-1求解這個(gè)二次函數(shù)是比較費(fèi)時(shí)的,若利用測(cè)壓元計(jì)算機(jī)直接按上式進(jìn)行計(jì)算比較麻煩,要算出件輪出T標(biāo)定曲線上的3個(gè)點(diǎn)(x0,y0)、(x1,y1)、U則需e(0)到e(n)的所有值,當(dāng)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?jī)?nèi)存,且計(jì)算麻煩。因此在本系統(tǒng)中采用位置式比較式(10)和式(11),得PID算法,其表達(dá)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(shù)從上式可知,只用連續(xù)3次的偏差量e(n)、e(n該裝置對(duì)溫度瀑移誤差的補(bǔ)償選用較簡(jiǎn)單的線-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(diào)節(jié)器第n的輪出U(n)。4結(jié)束語(yǔ)5結(jié)論這種氣動(dòng)手指壓力測(cè)控裝置的實(shí)際應(yīng)用表明,采控溫系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行表明,當(dāng)采用雙鉑銠熱電偶時(shí),用帶硬芯平膜片的雙徑向應(yīng)變測(cè)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(dá)經(jīng)濟(jì)的。借助于單片機(jī)技術(shù)和軟件數(shù)據(jù)處理技術(shù),不失為改警和提高測(cè)量系統(tǒng)性能的有效方法。它不僅提到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。高了測(cè)量精度降低了生產(chǎn)成本,還可以擴(kuò)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(yīng)1胡壽松主編.自動(dòng)控制原理(第三版),北京:國(guó)防工業(yè)出版社用于自動(dòng)化儀表尤其是提高現(xiàn)場(chǎng)儀表的性能方面亦中國(guó)煤化工機(jī)械工業(yè)出版社具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。1996;4.CNMHG