ES1000I系列射频导纳物位开关.doc

ES1000I系列射频导纳物位计
ES1000I系列通用型智能点位控制仪表，产品用于限位控制和报警，适用于绝大多数应用场合。仪表广泛应用于工业和民用现场，无论室内和户外，本仪表相对其他形式仪表，对现场安装条件均无特别要求。

◇ 测量原理

智能射频导纳物位控制技术是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料（传感器粘附之物料称为挂料）性能更好、工作更可靠、测量更准确、适用性更广的物位控制技术，“射频导纳”中“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数，它由阻性成份、容性成份、感性成份综合而成，而“射频”即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频电流测量导纳的方法。
点位射频导纳技术与电容技术的重要区别是采用了三端技术和测量参量的多样性。电子单元中心端测量信号与同轴电缆中心线连接，然后连接到传感器中心端上。同时同轴电缆屏蔽层悬浮在一个幅度非常小又非常稳定的，但与测量信号等电位、同相位、同频率、但又没有直接电气关系即互相隔离的电平上，其效果相当于，测量信号经过一个增益为“1”、驱动能力很强的同相放大器，输出与同轴电缆屏蔽层相连，然后再连到传感器的屏蔽层上。地线是电缆中另一条独立的导线。由于同轴电缆的中心线与外层屏蔽存在上述关系，所以二者之间没有电位差，也就没有电流流过，即没有电流从中心线漏出来，相当于二者之间没有电容或电容等于零。因此电缆的温度效应，安装电容等也就不会产生影响。

图1.2传感器结构

对于传感器上的粘附物料称为挂料影响问题，采用一种新的传感器结构，五层同心结构，见图1.2传感器结构：最里层是中心探杆，中间是屏蔽层，最外面是接地的安装螺纹，用绝缘层将其分别隔离起来。与同轴电缆的情况是一样的，中心探杆与屏蔽层之间没有电势差，即使传感器上挂料阻抗较小，也不会有电流流过，电子仪器测量的仅仅是从传感器中心到对面罐壁（地）的电流，因为屏蔽层能阻碍电流沿传感器返回流向容器壁，因而对地电流只能经传感器末端通过被测物料到对面容器壁。即UA=UB , IAB=（UA-UB）×YL=0。见图1.3测量的等效示意图。虽然屏蔽层与容器壁之间存在电势差，两者之间有电流流过，但该电流不被测量，不影响测量结果。这样就将测量端保护起来，不受挂料的影响。只有容器中的物料确实上升接触到中心探杆时，通过被测物料，中心探杆与地之间才能形成被测电流，仪器检测到该电流，产生有效输出信号。

图1.3测量的等效示意图

射频导纳技术由于引入了除电容以外的测量参量，尤其是电阻参量，使得仪表测量信号信噪比上升，大幅度地提高了仪表的分辨力、准确性和可靠性；测量参量的多样性也有力地拓展了仪表的可靠应用领域。
仪表使用了基于我公司独特的硬件技术基础之上的特色软件，以保证仪表对物位进行有效的识别判断。

◇ 性能指标
测量设备等级：过压等级CAT II，瞬态额定电压2500V, 不能用于CAT I和CAT II以外的级别
输出： DPDT继电器(双刀双掷)和报警灯输出
触点容量： 250VAC：1A有感，3A无感
供电： AC：220V DC：24V
分辨率： 0.2pF或更小
重复性： <1mm（0.04″）(导电物料)；<20mm（0.79″）(绝缘物料)
调试： 对于决大多数现场实现免调试或可现场改为手动设定
重新调试： 现场可设定成复位状态，下一次上电自动标定调试
现场可设定物料种类：分导电物料和绝缘物料
现场可设定量程：130pF、30pF两档
报警方式： 可现场设置为高位报警及其故障保险方式，或低位报警及其故障保险方式
报警灯输出： 红灯-物位报警；绿灯-物位正常；黄灯-故障报警
负载电阻能力：中心端到屏蔽端之间500Ω，屏蔽端到地之间150Ω
环境温度： -40～+70℃(-40～158℉)
储存温度： -40~+85℃(-40～185℉)
环境湿度： 小于98%RH(25℃时)
响应时间： <1秒
延时： 1～70秒，分16档
开机自检时间：约5秒（正常工作时）
安全栅： 内置Ex ia IIC T4等级安全栅
静电防护： 4kV/8kV
射频防护(内置滤波器)：整机通过空间10V/m电磁场和 3V/m电磁场注入电流实验
探头长度： 0.5m（19.7″）(标准) 0.1m（3.9″）～20m（787.4″）(可选)
非作用段： 通常传感器非作用段最大允许值为50米（1968.5″） 50m（1968.5″）～100m（3937″）向厂家咨询
电缆长度： 5m（19.7″）(标准)，0.1（3.9″）～50m（1968.5″）（可选） ＞50m（1968.5″）～100m（3937″）(向厂家咨询)
电器接口： 双M20×1.5 （电缆直径要求小于12mm, 0.47″）(可选3/4″NPT)
过程连接： BSPT螺纹安装(标准, 可选NPT)，法兰安装(可选)
安装： 可选垂直、水平或任意角度安装
外壳防护： 符合IP67防护标准
防爆等级： Ex d [ia] ia IIC T4和DIP A20 TA，T4 设计使用海拔高度为2000米(6561ft)以下
认证： PCEC/NEPSI、CE Mark、UL、ATEX、FM

u 整体型系统安装
ES1000I系列物位计是现场安装式设计，但仍应使其尽可能远离振动源、高温环境、腐蚀性空气及任何可能造成机械损坏的地方。如果不能满足要求，请将仪表换成分体型。
为便于调试，仪表应安装在有操作平台或类似平台的地方。环境温度应在-40～70℃ (-40～158℉)之间。图3.1整体型系统安装。图中所有尺寸标注单位为毫米，括号中为英寸，后文中亦如此。
图3.1整体型系统安装

² 分体型系统安装
当仪器安装在有较高的温度、较强的振动、有腐蚀性空气及任何可能造成机械损坏的地方，请将仪器换成分体型安装。分体型安装是指传感元件与信号转换的电子单元部分分开安装，中间以厂家所配的特殊信号电缆相连接，并且该电缆可截短不可加长。这样，探头安装在现场，电子单元就可以安装在相对安全的场所，以利提高仪表使用寿命。信号电缆在安装时，不可盘成螺旋状，多余的连接电缆不能盘起，应剪短。电子单元中心端（CW）与同轴电缆中心线连接；电子单元屏蔽端（DSH）接同轴电缆芯线屏蔽层，然后连接到传感器屏蔽端上；地线是电缆中另一条独立的导线或电缆外层屏蔽层。见图3.2分体型系统安装。电子单元端防爆外壳可通过其两侧的安装孔，固定在像安装支架或墙壁这样的平面上。见图3.3防爆外壳安装图。

探头端
电子单元端

图3.2分体型系统安装

图3.3防爆外壳安装图

² 传感元件安装
传感元件(探头)的安装位置通常是由容器的开孔位置所决定，但不可将其安装在进料流中，当容器内部无适当位置时，可考虑使用外浮筒或量筒安装(如能保证内外界面一致的话)。为使设备正常、准确工作，请注意以下事项。
1、安装必须非常仔细，不要损伤传感器的绝缘层。探头及其屏蔽层不可与安装接口或容器壁接触，并避免传感器使用过程中与安装接口、容器壁、物料等的机械磨损。
2、传感器不能安装于填充嘴（或槽）等物料直接流经的地方。若无法做到这一点，则要在传感器与填充嘴（或槽）间加装隔板。
3、不要拆开传感器或松开安装密封盖。
4、用扳手的平面部分拧紧传感器。
5、智能射频导纳物位计硬杆传感器,安装时要考虑安装空间。缆式传感器安装后要拉直，避免对地短路。
6、待测容器内部有搅拌或气流、料流、波动较大的场合和倾斜安装的传感器，除应避免传感器的直接机械损伤外，还应考虑长时间的传感器的材料疲劳等间接机械损伤，因此建议用户加装传感器的中间支撑和底部地锚固定。请注意，支撑与地锚应与传感器绝缘，绝缘材料应选用绝缘强度高、硬度不高、有润滑功能不磨损传感器的材料（如PTFE）。若非如此，请考虑定期更换传感器，以免传感器损坏，造成连锁损失。
7、应注意仪表护线管积水可能会危及仪表电子单元。
8、传感器地端要求与现场容器电气连接良好，非金属容器要求现场提供标准地。
注意：不要在探头或仪器机壳内采用单组份常温硫化密封剂，该物质经常含有乙酸，将会腐蚀电子元件。应采用特殊的双组份密封剂(非腐蚀性)，请向我们咨询究竟采用何种双组份密封剂。
² 典型安装
安装管座安装和法兰安装
固定支撑安装

地锚安装
钓鱼杆式安装

外浮筒安装
开放池的支架安装

各种安装方向

平板探头的安装方式
落料斗的应用

² 系统接线
图3.4系统接线示意图

² 传感器接线

在危险环境中打开仪表防爆壳体之前，一定要确认仪表已断电和继电器接线端已断电10分钟以上！！

整体型系统传感器与电子单元的接线已由厂家接好。如需重新接线，请参见图3.5整体接线图。整体线所有的圆口接线端均接至传感器接线端；开口端接至电子单元接线端。请确保整体线的屏蔽端（红色）接电子单元的屏蔽端（标记DSH），中心端(蓝色)接电子单元的中心端（标记CW），因采用金属底座，电子单元地线可不接。传感器端整体线的中心端（蓝色）接传感器中心探杆，屏蔽端（红色）接传感器屏蔽层。
分体线接线法见图3.6分体接线图。端子接法与整体线一样。

图3.5整体接线图

图3.6分体接线图

² 继电器接线

在危险环境中打开仪表防爆壳体之前，一定要确认仪表已断电和继电器接线端已断电10分钟以上！！

在危险环境中每一与防爆外壳相连的接线必须配有一经认证过的密封配件即隔爆型填料函或防爆钢管密封接头。
继电器具有双刀双掷（DPDT）输出，继电器仅作为一个开关，不能直接带动较大功率设备。所有控制信号均由电子单元顶面右侧的端子排输出。见图4.7电源和继电器触点图。
继电器接线方法：
1、 拧开壳体上盖，将信号引线穿过隔爆型填料函或防爆钢管密封接头从右侧进线口伸入壳体。
2、 将引线接于单元上部的相应的接线端子中，并确认无误。
3、 调节引线长度至适当尺寸，将隔爆型填料函或防爆钢管密封接头拧紧。
4、 将壳体上盖拧紧。
仪表采用常规逻辑方式，红灯亮时，继电器处于失电状态（复位），通常此状态单元表示报警（在断电时，继电器也处于失电状态，此时红灯不亮）。
高位报警方式通常用于高位报警，正常时传感器不接触物料（即物位低于传感器位置）。
低位报警方式通常用于低位报警，正常时传感器接触物料（即物位高于传感器位置）。
见图3.8正常工作时继电器触点位置示意图。有时高低位报警方式也用于现场选择是常开报警，还是常闭报警。但是不推荐这样使用，因为这样失去了故障保险功能。
关于故障保险，当仪表出现意外故障（例如：掉电、屏蔽端对地短路）时，设定在高位故障报警时变送器发出高位报警信号。设定在低位故障报警时变送器发出低位报警信号。这就意味着仪表在断电时处于报警状态。
图中“常开触点”指物位正常时断开的触点端；“常闭触点”指物位正常时闭合的触点端。

注：并不存在绝对的故障保险，本产品故障保险设计只含盖大部分重要参数。

图3.7电源和继电器触点

图3.8正常工作时继电器触点位置示意图

² 电源接线

在危险环境中打开仪表防爆壳体之前，一定要确认仪表已断电和继电器接线端已断电10分钟以上！！
在危险环境中每一与防爆外壳相连的接线必须配有一经认证过的密封配件即隔爆型填料函或防爆钢管密封接头。
所有电源接线均接至电子单元正面左侧的端子排上。见图3.7电源接线图。
电源线接线方法：
1、 拧开壳体上盖，将电源线穿过隔爆型填料函或防爆钢管密封接头从左侧进线口伸入壳体。
2、 将引线接于单元上部的相应的接线端子中，并确认无误。
3、 调节电源线长度至适当尺寸，将隔爆型填料函或防爆钢管密封接头拧紧。
4、 将壳体上盖拧紧。
本仪表电源采用交流220V或直流24V，均可直接连接在电子单元正面最左侧的两个接线端子孔中。

² 功能设置
1 工作点设置
仪表工作设定点标定有手动和自动两种方式。
1.1自动工作状态：

仪表工作于自动工作状态时，通电后系统将自动进入自检程序，然后根据设定自动搜索工作点，标定并输出，不需人工操作干预，这个工作大约需要50~80秒，因为绝大多数现场第一次通电时为空仓，所以仪表将现行状态默认为未接触物料状态。在此过程中，仪表输出物位报警信号，并于标定完成后，输出正常物位信号。

图4.1 ES1000I系列电子单元设定点

1.2手动工作状态：
手动标定工作点，通电后需要操作人员调试电子单元顶部的设定点电位器标定，以确定工作点。见图4.1 HI06系列电子单元右侧右上方有1个设定点（SETPOINT）电位器，它用于手动工作状态时，手动标定电子单元输出信号动作的位置，顺时针旋转电位器，输出信号工作点升高，逆时针旋转电位器，输出信号工作点降低。
2 系统工作状态指示灯
在电子单元顶面中间有LED系统工作状态指示灯，LED绿灯长亮意味物料处于正常状态，而LED红灯长亮意味物料处于报警状态，LED黄灯长亮意味现场故障报警，其他状态属于系统状态。
仪表在上电启动自检时，有单独的状态输出，其主要用于仪表生产时的内部检验。
3 延时波段旋钮
在电子单元顶面右上方有1个延时波段旋钮（TIME DELAY），通过它可以实现由报警状态到正常状态的延时：范围约为1～70秒，分16档，

档位
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
时长
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
30
40
50
60
70
4 系统工作状态设定

ON状态
OFF状态
图4.2系统工作状态设定

见图4.2系统工作状态设定，在电子单元顶面正上方有1个5位拨杆开关，用于设定系统工作状态。除第5位开关为翻转型复位开关外，其他4位开关的作用见下表：拨杆拨至上位为“ON”，拨至下位为“OFF”。
位号及功能
状态ON
状态OFF
1：标定方式
手动标定工作点
自动标定工作点
2：高低位报警
高位报警
低位报警
3：物料导电性能设定
测量导体应用
测量绝缘体应用
4：量程设定
长量程测量应用
短量程测量应用
4.1：标定方式。
仪表可设置为手动和在空仓状态下自动两种标定方式。
4.2：高低位报警。
高低位报警方式表示是物料高于设定点报警还是低于设定点报警。高位报警方式意味着电子单元在物料高于设定点时发出报警信号，同时带有一个高位报警故障保险(HLFS)。低位报警方式意味着电子单元在物料低于设定点时发出报警信号，同时带有一个低位报警故障保险(LLFS)。当订货时，仪器同时按用户要求设置高低位报警方式，如无特殊要求，一般设为HLFS。
4.3：物料导电性能设定。
用户可根据待测物料导电性能设置系统该项参数，该参数将辅助系统选择适当的标定参数。
物料导电性能分类：a.导体：湿煤、泥浆、含水沙石、水及电解质水溶液等
b.绝缘体：干粉、灰，油，干煤等
注意：改变该项参数时，必须同时改变第5位复位开关的状态，并于再次上电后设置生效。因此建议用户在断电时进行该项参数设定。
4.4：量程设定
绝大多数应用现场应属于短量程测量应用。
a. 短量程测量应用：在传统安装方式下，传感器插入长度小于3m时适用。
b. 长量程测量应用：在传统安装方式下，传感器插入长度大于3m时适用。

注意：改变该项参数时，必须同时改变第5位复位开关的状态，并于再次上电后设置生效。因此建议用户在断电时进行该项参数设定。
4.5：翻转型复位开关
不论原先开关状态，只要将拨杆拨到另一位置，即可实现复位功能。复位后，系统重新根据拨杆开关的设定，标定系统，并控制系统输出。翻转后，当仪表再次上电时，系统将把标定点复位初始化，并将重新标定、修正设定工作点。
注意：该开关一般用于重新标定仪表，注意无意翻转该开关将导致原设定点丢失，因此建议用户标定完成后，使用不干胶标签贴封所有设置开关。
改变第3位导电性能设定、第4位量程设定时，必须同时改变第5位复位开关的状态。并于再次上电后设置生效。

² 调试

在危险环境中打开仪表防爆壳体之前，一定要确认仪表已断电和继电器接线端已断电10分钟以上！！

1 启动
在加电前，仔细检查探头、电源和继电器输出接线。详见第三章。
当完成标定后，必须重新将外壳装好。在危险环境中每经认证过的密封配件即隔爆型填料函或防爆钢管密封接头。
2 出厂标定
所有ES1000I系列产品，厂家均设置为自动状态并适用于测量绝缘物料，并已将第5位开关翻转一次，因而客户直接现场安装后，如是空仓状态通电即可，不需再进行标定。
图5.1绝缘物料的标定1
仪表出厂时，若用户有要求，已根据现场需图6.1绝缘物料的标定1
如果在现场安装之前进行过通电测试（如客户模拟测试或销售商演示等），请断电后将第5位开关翻转一次，现场安装后，在空仓状态下再次通电开启时，仪表将自动标定（参照5.6进行标定）。
如果不能确定仪表是否在现场安装之前通过电，请先上电1-2分钟，请断电后将第5位开关翻转一次，现场安装后，在空仓状态下再次通电开启时，仪表将自动标定（参照5.6进行标定）。
如果希望手动标定，并是绝缘物料，请参照5.3进行标定；如果是导电物料，请参照6.4进行标定。
3 绝缘物料的手动标定(此标定以高位报警方式为例)
图5.2绝缘物料的标定2
A. 确定物料在传感器之下，即未接触物料。
B. 将设定点电位器逆时针旋转到终点。
C. 顺时针调节该旋钮至继电器恰好动作(即LED绿灯亮),见图6.1绝缘物料的标定1。
D. 升高物位令其覆盖传感器。见图5.2绝缘物料的标定2 (此时LED红灯亮)。
E. 时刻注意调节工具的位置。
F. 缓慢地顺时针调节旋钮，直至继电器再次动作(即LED绿灯亮)或顺时针拧到终点。记下所拧圈数。
G. 逆时针调节旋钮，调节圈数为刚才记下圈数的一半。
H. 标定完成。对于再标定来讲，所记下的1/2的圈数为“预负载”。
注意：若传感器接触物料与未接触物料之间所对应的调节圈数少于1圈，请向我公司咨询。
4 导电物料的手动标定(此标定以高位报警方式为例)
A. 确定物料在传感器之下，即未接触物料。见图5.1绝缘物料的标定1。
B. 将设定点电位器逆时针旋转到终点。
C. 顺时针调节该旋钮至继电器恰好动作。 (即LED绿灯亮)。
D．缓慢地顺时针调节旋钮2～5圈，如果物料导电程度良好则多旋几圈。像水类导电物料，则可直接将电位器旋转到头。
5 预标定（或称空仓标定）(此标定以高位报警方式手工标定为例)
A． 确定物料安装传感器的容器为空，且传感器安装无误。
B. 将设定点电位器逆时针旋转到终点。
C. 顺时针调节该旋钮至继电器恰好动作。 (即LED绿灯亮)。
D．缓慢地顺时针调节旋钮3/4圈，这个3/4圈称为预负载，如果物料绝缘强度很高，可以为1/2圈，一般绝缘强度为3/4圈，物料导电程度良好则多旋几圈。
6 自动标定
A． 断电。确定物料安装传感器的容器为空，且传感器安装无误。
B． 确定拨杆开关第1位为“OFF”（自动标定模式）。
C． 确定第2、3、4位设定正确。
D． 将拨杆开关第5位拨至另一侧。（若是出厂后第一次通电，不需此操作）
E． 上电。约80秒后调试完毕。