一种智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器的研究与设计

郭宏伟++肖培林++李学鹏

摘 要：基于以单片机为核心设计了智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器。由于变送器电路采用了脉宽调制（PWM）、DC/DC隔离、射频技术和微机技术，具有较强的抗干扰能力，并且温漂小，易标定。该智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器经现场使用，效果良好。

关键词：电容式；蒸汽锅炉；水位变送器

中图分类号：TP27 文献标识码：A

1 概述

蒸汽锅炉水位是一个必须监控的重要参数，目前使用的监测蒸汽锅炉水位的方法主要有三种：一是开关量输出。这种方式可靠性高，不足是开关量输出，一次性补水量过多，会造成蒸汽压力、温度下降过多，供热不稳。第二种方式是第一种方式的扩展，将蒸汽锅炉水位开关量输出由四档变成八档，只不过是增加了另一种监测手段，仍不能做到连续水位信号输出。第三种方式是目前实现蒸汽锅炉变频自动补水最常采用的方式，这种方式要求将蒸汽锅炉水位和冷凝水位降温，外引至差压变送器，引水管满管不能有气泡，不能有堵塞，须定期疏通排污。排污时须按严格的操作步骤操作平衡阀，否则会造成差压传感器膜片的永久性击穿。电容式蒸汽锅炉水位计是一种新型的电容式连续蒸汽锅炉水位测量仪表，但大都由分立元器件组成，受干扰、温漂大、标定难，不具备智能的功能。针对上述问题，本文设计一种智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，该变送器有较强的抗干扰能力，并且温漂小，现场标定简单易行。

2 工作原理

电容式物位测量原理是基于电容器之电容量的变化，电容器实际上由筒壁与安装于壁上但与其电绝缘的探头组成。由于蒸汽介电常数大于空气的介电常数，故探头被锅炉水完全浸没时，系统电容量必定大于探头被部分浸没或完全裸露时的系统电容量。锅炉水位高度与电容变化量成正比，变送器中的振荡电路可以把锅炉水位变化引起的电容量改变转换为频率的变化，经过CPU运算处理实现蒸汽锅炉水位的连续测量。

3 电路设计

4 现场试用

设计的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器在沈东机械总厂蒸汽锅炉控制系统基础上运行，直接替换进口差压式水位变送器，用于变频补水控制，现场布置图片如图4所示。经现场试用，使用效果良好。

结语

文中研制的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，测量量程大，线性好，量程变化范围自适应，无需分段，操作简单，适应性强，可在高温、高压环境下连续工作，结构简单，适用于所有饱和蒸汽锅炉水位的测量。

参考文献

[1]BURR-BROWN，4-20mA CURRENT LOOP TRANSMITTERS，2000.

[2]NXP Semiconductors，P89LPC970/971/972 User manual.23 October 2009.

摘 要：基于以单片机为核心设计了智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器。由于变送器电路采用了脉宽调制（PWM）、DC/DC隔离、射频技术和微机技术，具有较强的抗干扰能力，并且温漂小，易标定。该智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器经现场使用，效果良好。

关键词：电容式；蒸汽锅炉；水位变送器

中图分类号：TP27 文献标识码：A

1 概述

蒸汽锅炉水位是一个必须监控的重要参数，目前使用的监测蒸汽锅炉水位的方法主要有三种：一是开关量输出。这种方式可靠性高，不足是开关量输出，一次性补水量过多，会造成蒸汽压力、温度下降过多，供热不稳。第二种方式是第一种方式的扩展，将蒸汽锅炉水位开关量输出由四档变成八档，只不过是增加了另一种监测手段，仍不能做到连续水位信号输出。第三种方式是目前实现蒸汽锅炉变频自动补水最常采用的方式，这种方式要求将蒸汽锅炉水位和冷凝水位降温，外引至差压变送器，引水管满管不能有气泡，不能有堵塞，须定期疏通排污。排污时须按严格的操作步骤操作平衡阀，否则会造成差压传感器膜片的永久性击穿。电容式蒸汽锅炉水位计是一种新型的电容式连续蒸汽锅炉水位测量仪表，但大都由分立元器件组成，受干扰、温漂大、标定难，不具备智能的功能。针对上述问题，本文设计一种智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，该变送器有较强的抗干扰能力，并且温漂小，现场标定简单易行。

2 工作原理

电容式物位测量原理是基于电容器之电容量的变化，电容器实际上由筒壁与安装于壁上但与其电绝缘的探头组成。由于蒸汽介电常数大于空气的介电常数，故探头被锅炉水完全浸没时，系统电容量必定大于探头被部分浸没或完全裸露时的系统电容量。锅炉水位高度与电容变化量成正比，变送器中的振荡电路可以把锅炉水位变化引起的电容量改变转换为频率的变化，经过CPU运算处理实现蒸汽锅炉水位的连续测量。

3 电路设计

4 现场试用

设计的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器在沈东机械总厂蒸汽锅炉控制系统基础上运行，直接替换进口差压式水位变送器，用于变频补水控制，现场布置图片如图4所示。经现场试用，使用效果良好。

结语

文中研制的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，测量量程大，线性好，量程变化范围自适应，无需分段，操作简单，适应性强，可在高温、高压环境下连续工作，结构简单，适用于所有饱和蒸汽锅炉水位的测量。

参考文献

[1]BURR-BROWN，4-20mA CURRENT LOOP TRANSMITTERS，2000.

[2]NXP Semiconductors，P89LPC970/971/972 User manual.23 October 2009.

摘 要：基于以单片机为核心设计了智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器。由于变送器电路采用了脉宽调制（PWM）、DC/DC隔离、射频技术和微机技术，具有较强的抗干扰能力，并且温漂小，易标定。该智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器经现场使用，效果良好。

关键词：电容式；蒸汽锅炉；水位变送器

中图分类号：TP27 文献标识码：A

1 概述

蒸汽锅炉水位是一个必须监控的重要参数，目前使用的监测蒸汽锅炉水位的方法主要有三种：一是开关量输出。这种方式可靠性高，不足是开关量输出，一次性补水量过多，会造成蒸汽压力、温度下降过多，供热不稳。第二种方式是第一种方式的扩展，将蒸汽锅炉水位开关量输出由四档变成八档，只不过是增加了另一种监测手段，仍不能做到连续水位信号输出。第三种方式是目前实现蒸汽锅炉变频自动补水最常采用的方式，这种方式要求将蒸汽锅炉水位和冷凝水位降温，外引至差压变送器，引水管满管不能有气泡，不能有堵塞，须定期疏通排污。排污时须按严格的操作步骤操作平衡阀，否则会造成差压传感器膜片的永久性击穿。电容式蒸汽锅炉水位计是一种新型的电容式连续蒸汽锅炉水位测量仪表，但大都由分立元器件组成，受干扰、温漂大、标定难，不具备智能的功能。针对上述问题，本文设计一种智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，该变送器有较强的抗干扰能力，并且温漂小，现场标定简单易行。

2 工作原理

电容式物位测量原理是基于电容器之电容量的变化，电容器实际上由筒壁与安装于壁上但与其电绝缘的探头组成。由于蒸汽介电常数大于空气的介电常数，故探头被锅炉水完全浸没时，系统电容量必定大于探头被部分浸没或完全裸露时的系统电容量。锅炉水位高度与电容变化量成正比，变送器中的振荡电路可以把锅炉水位变化引起的电容量改变转换为频率的变化，经过CPU运算处理实现蒸汽锅炉水位的连续测量。

3 电路设计

4 现场试用

设计的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器在沈东机械总厂蒸汽锅炉控制系统基础上运行，直接替换进口差压式水位变送器，用于变频补水控制，现场布置图片如图4所示。经现场试用，使用效果良好。

结语

文中研制的智能型电容式蒸汽锅炉水位变送器，测量量程大，线性好，量程变化范围自适应，无需分段，操作简单，适应性强，可在高温、高压环境下连续工作，结构简单，适用于所有饱和蒸汽锅炉水位的测量。

参考文献

[1]BURR-BROWN，4-20mA CURRENT LOOP TRANSMITTERS，2000.

[2]NXP Semiconductors，P89LPC970/971/972 User manual.23 October 2009.