Емкостные уровнемеры

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента от уровня жидкости.

К онструктивно емкостные чувствительные элементы выполняются в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов или параллельно расположенных плоских электродов.

Первые получили большее распространение.

Для неэлектропроводных жидкостей применяется уровнемер:

1, 2 — электроды

В этом уровнемере 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:

C=2πε0 Hln Dd

ε — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство;

0 — электрическая постоянная;

Н — высота электродов;

D, d — диаметры наружного и внутреннего электродов соответственно.

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

Cп=С0+С1+С2

С0— емкость проходного изолятора;

С1 — емкость межэлектродного пространства, заполненного жидкостью;

С2 — емкость межэлектродного пространства, заполненного парогазовой смесью.

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 °С

• давление — до 2,5 МПа,

диапазон измерения — до 3 м (30 м — для гибких и тросовых чувствительных элементов).

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.

Акустические уровнемеры

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 h определяется из выражения

h=H-12ct

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.

Недостатком следует отнести влияние на показания уровнемеров температуры, давления и состава газа, от которых зависит скорость звуковых волн.

Скорость распространения ультразвука зависит от температуры для устранения этого влияния в ультразвуковых уровнемерах применяется термокомпенсация с помощью встроенного термодатчика.

Диапазон работы акустических уровнемеров до 25 м.

Температурный диапазон рабочей среды -30 ...+120 °С, давление — до 4 МПа.