Слайд 62. Емкостные уровнемеры

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента от уровня жидкости. Конструктивно емкостные чувствительные элементы выполняются в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов или параллельно расположенных плоских электродов. Первые получили большее распространение.

Для неэлектропроводных жидкостей применяется уровнемер, в котором чувствительный элемент состоит из двух коакси­ально расположенных электродов 1 и 2, частично погруженных в жидкость. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, меж­электродное пространство которого до высоты h заполнено жид­костью, а пространство Н – h – парогазовой смесью. В общем виде электрическая емкость цилиндрического конден­сатора определяется уравнением

,

где  – относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство;

₀ – электрическая постоянная;

Н – высота электродов;

D, d – диа­метры соответственно наружного и внутреннего электродов.

Для цилиндрического конденсатора, межэлектродное простран­ство которого заполняется веществами, обладающими различными диэлектрическими проницаемостями, полная емкость С_п определяется выражением

C_п = C₀ + C₁ + C₂,

где С₀ – емкость проходного изолятора;

C₁ – емкость межэлект­родного пространства, заполненного жидкостью;

C₂ – емкость межэлектродного пространства, заполненного парогазовой смесью.

Таким образом, полная емкость чувствительного элемента будет равна

.

Так как для паров жидкости и газов _г  1, последнее выражение можно преобразовать следующим образом:

,

где .

Таким образом, емкость чувствительного элемента пропорциональна уровню жидкости. Для измерения уровня электропроводных жидкостей электроды конденсатора покрывают фторопластовой изоляцией.

Преобразование электрической емкости в сигнал измерительной информации осуществляется импульсными методами. В основе импульсных методов лежат переходные процессы в RC – цепи, периодически подключаемой к источнику питания. Используются также неуравновешенные мосты переменного тока, в одно из плеч которого включается емкость первичного преобразователя.

Условия применения емкостных уровнемеров по характеристикам рабочей среды: температура (-40…+200) ºС, давление – до 2,5 МПа, диапазон измерения – до 3 м (30 м – для гибких и тросовых чувствительных элементов). Основная приведенная погрешность емкостных уровнемеров лежит в пределах от 1 до 3%.

Емкостные уровнемеры чаще применяют для измерения уровня чистых, однородных и неэлектропроводных жидкостей (бензин, керосин). Это связано с тем, что такие факторы, как загрязнение электродов, изменение диэлектрических свойств и электрической проводимости измеряемой среды приводят к недопустимой погрешности измерений.

Слайд 63. Акустические (ультразвуковые) уровнемеры

Принцип действия акустических (ультразвуковых) уровнемеров основан на принципе локации. Локация границы раздела двух сред осу­ществляется либо со стороны газа, либо со стороны рабочей среды (жидкости или сыпучего материала).

В акустических уровнемерах уровень определяют по времени прохождения звуковых волн рас­стояния от излучателя до границы раздела двух сред и обратно до приемника излучения. Функции источника и приемника ультразвуковых колебаний выполняет пьезоэлемент. Генератор с определенной частотой вырабатывает электрические импульсы, которые преобразуются пьезоэлементом в ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания распространяются вдоль акустического тракта, отражаются от поверхности среды и воспринимаются тем же пьезоэлементом. Уровень вещества определяется из выражения

,

где Н – высота резервуара;

с – скорость распространения ультразвука в данной среде;

t – время прохождения ультразвуком рас­стояния от излучателя до границы раздела двух сред и обратно до приемника излучения.

Преимуществом акустических уровнемеров является независи­мость их показаний от физико-химических свойств и состава рабо­чей среды. К недостаткам следует отнести влияние на показания уров­немеров температуры, давления и состава газа, от которых зависит скорость звуковых волн. Скорость распространения ультразвука зависит от температуры – изменение составляет около 0,18% на 1ºС. Для устранения этого влияния в ультразвуковых уровнемерах применяется термокомпенсация с помощью встроенного термодатчика.

Диапазон работы акустических уровнемеров – до 25 м. Основная приведенная погрешность измерений составляет 1-2%. Температурный диапазон рабочей среды (-30...+120) ºС, давление – до 4 МПа.