Емкостные уровнемеры

Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.

Первичный преобразователь (рис. 8) емкостного уровнемера представляет собой коаксиальный цилиндрический конденсатор, внут­ренней обкладкой которого служит металлический зонд 1, покрытый изоляцией2.

Зонд расположен по оси металлической трубы 3, являющей­ся наружной обкладкой датчика-конденсатора. Зазор между внешней по­верхностью изоляции зонда и наружной обкладкой называется рабочим зазором, сообщающимся через отверстия в нижней центровочной втулке и в наружной трубе с сосудом, в котором измеряется уровень. Жидкость, попадая через эти отверстия в рабочий зазор датчика, изменяет его кажу­щуюся емкость. Измерительная схема (вторичный преобразователь) ре­гистрирует разность кажущихся емкостей датчика при текущем и нуле­вом значениях уровня.

Вследствие простоты, удобства монтажа и обслуживания, надеж­ности и потенциально высокой точности (известны емкостные уровнеме­ры, основная погрешность которых не превосходит 0,1-0,2 %) емкост­ные уровнемеры находят широкое применение в промышленности.

К недостаткам емкостных уровнемеров относятся: высокая чувст­вительность к изменению электрических свойств жидкостей, обуслов­ленных изменением их состава, температуры и т. п., образование на эле­ментах датчика электропроводящей или непроводящей пленки вследст­вие химической активности жидкости, конденсации ее паров, налипания самой жидкости на контактирующие в ней элементы и т. п.

Оба указанных недостатка обусловливают появление существенных дополнительных погрешностей. С первым из них борются, применяя различные компенсационные схемы; второй устраняют, используя адге­зионные покрытия элементов датчика, вводя специальные присадки в жидкость, применяя „снос" образующейся пленки и т. д.

Емкостные уровнемеры могут измерять уровень не только жидкостей, но и твердых сыпучих материалов: цемента, извести и т. п.

Индуктивные уровнемеры

Первичный преобразователь индуктивных уровнемеров представля­ет собой катушку индуктивности. Проводящая жидкость при этом игра­ет либо роль шунта, изменяющего число витков катушки, либо роль эк­рана, влияющего на коэффициент самоиндукции катушки. В первом случае используются катушки с обнаженными витками. При перемещении уровня жидкости, обладающей высокой электропроводностью, часть витков шунтируется и соответствующим образом меняет индуктивность катушки первичного преобразователя — датчика.

Экранирующий эффект проводящей жидкости заключается в воз­никновении в ней вихревых токов (токов Фуко), электромагнитное по­ле которых оказывает размагничивающее действие на поле измеритель­ной катушки. При этом датчик выполняется в виде катушки, помещен­ной в защитный чехол (рис. 9). Чехол исключает контакт катушки с контролируемой жидкостью, обеспечивает возможность проведения монтажно-демонтажных работ без нарушения герметичности сосуда (что особенно важно, на­пример, при измерении уровня жидких тепло­носителей в ядерных реакторах). Однако при этом (особенно при больших толщинах чехла и малой электропроводности жидкости) резко уменьшается уровень полезного сигнала.

Наиболее существенное влияние на показа­ния (и на погрешность) индуктивных уровнеме­ров оказывают изменения электропроводности жидкости и чехла вследствие старения материа­ла, образования пленок и т. п.

Основная же погрешность индуктивных уровнемеров, обусловленная погрешностями его градуировки и измерительной схемы, мо­жет быть „уложена" в ±0,5 %

Акустические уровнемеры

Существуют и находят применение акустические уровнемеры трех основных типов — локационные уровнемеры, уровнемеры поглощения и резонансные. Все они реализуют различные физические явления, связан­ные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде.

Локационные уровнемеры(рис. 10) реализуют эффект отра­жения звуковой волны от поверхности раздела сред. ГенераторГ излуча­ет в жидкость пачку импульсов высокой (ультразвуковой) частоты. От­раженный от границы раздела жидкость—газ сигнал улавливается приемникомП ультразвуковых колебаний. Времяt между моментом посылки зондирующего импульса и моментом прихода отраженного от уровня импульса связано с текущим значением уровня. Времяt фиксируется соответствующей измерительной схемой и преобразуется в выходной сиг­нал уровнемера, пропорциональный текущему значению уровняh.