Электрические уровнемеры

В электрических уровнемepax используются электрические свойства среды - электропроводность, диэлектрическая проницаемость и др. С помощью первичного измерительного преобразователя изменение уровня преобразуется в электрический сигнал, измеряемый электроизмерительным прибором. Наиболее распространены кондуктометрические, eмкостныe и электролитические сигнализаторы.

Кондуктометрические уровнемеpы. Принцип действия основан на измерении электрического сопротивления жидкости или сыпучего материала с помощью электродов (рис.2.9). Роль одного из электродов может выполнять металлическая стенкa емкости, которая заземляется. Второй измерительный электрод должен быть хорошо электрически изолирован от стенки емкости. Чаще всего используются сигнализаторы уровня. Они обеспечивают сигнализацию уровня с погрешностью- + 5 мм, температура среды может достигать 200ºС.

Рис. 2.9.Принципиальная схема действия кондуктометрического расходомера.

Основные достоинства:

• датчики и арматуру можно без труда изготовить из материалов, отвечающих санитарно-гигиеническим нормам. Воздействие высоких температур (например, при выполнении процедуры «мойки на месте») не оказывает влияния на работу датчика;

• кондуктометрический метод измерения уровня отличается простотой и низкими затратами на его реализацию, является идеальным при регулировании по двум точкам (например, при управлении насосом).

Недостатки:

• этот метод может использоваться для сигнализации уровня только токопроводящих жидкостей и реализуется только в предельных выключателях. Если датчик загрязняется непроводящим ток веществом, например, жиром или маслом, то цепь, по которой течет ток разрывается, и система перестает действовать;

• при измерении уровня продуктов, которые могут оседать на поверхности датчика, образуя, таким образом пленку, необходимо пользоваться модификацией уровнемера с низким сопротивлением;

• модифицированный уровнемер может «отличить» продукт от пленки продукта образовавшейся на датчике;

• обычно уровнемер используется в качестве сигнализаторов уровня пенящихся продуктов (молока, пива, карбонизированных напитков) и, чаще всего в тех случаях, когда датчики монтируются на боковых стенках резервуаров.

Eмкостныe уровнемepы. Если в металлический резервуар ввести изолированный стержень (или трос), то стенки резервуара и стержень образуют конденсатор. Диэлектрическая постоянная газа или воздуха, содержащегося в пустом резервуаре приблизительно равна 1. При заполнении резервуара происходит вытеснение газа и его место занимает продукт, диэлектрическая постоянная которого больше 1. Таким образом, величина электрическом емкости между датчиком и стенками резервуара увеличится и, благодаря этому эффекту, можно осуществлять непрерывное измерение уровня или обеспечивать коммутацию средств регулирования. Для неэлектропроводящих материалов применяются голые электроды в виде стержней, коаксильных цилиндров, пластин. Для электропроводящих материалов электроды покрывают изоляцией, чаще всего фторопластом. Электроды включаются в мостовую cxeму или колебательный контур генератора высокой частоты. При изменении уровня среды изменяется eмкость преобразователя. Обычно датчики этого типа применяются в тех случаях, когда диэлектрическая постоянная продукта > 2.

Eмкостныe сигнализаторы проще eмкостных уровнемеров и представля­ют собой eмкостныe реле, срабатывающие при подходе уровня среды к электроду.

Выпускается большая номенклатура eмкостных уровнемеров и сигнализаторов уровня для самых разных условий эксплуатации и пределов изме­рений. Распространены уровнемеpы в пределах от 1 до 20 м, класс точности 2,5 и от 0,4 до 20 м, класс точности 0,5-2,5 с унифицированным выходным сигналом 0-5, 0-20, 4-20 мА.

Основные достоинства:

• емкостные уровнемеры широко используются в пищевой промышленности в качестве средства непрерывного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов или для коммутации средств регулирования;

• поскольку пищевой продукт контактирует только с металлическим стержнем или тросом, то проблемы санитарно-гигиенических норм легко решаются.

Недостатки:

• измерение уровня продуктов с изменяющейся диэлектрической постоянной будет происходить с ошибками;

• в случае очень вязких продуктов может возникать эффект «обволакивания» датчика и, как следствие, возрасти погрешность измерения;

• при проведении измерений в негомогенных и пенящихся средах погрешность измерения может существенно возрасти;

• процедуру калибровки необходимо проводить «на месте».

Приемлемая емкостная измерительная система должна иметь достаточную чувствительность для «обнаружения» продукта и формирования соответствующего коммутационного или аналогового сигнала и одновременно «не реагировать» на эффект «обволакивания» датчика. Этого можно достигнуть путем правильного выбора монтажных приспособлений датчика, площади активной области датчика и расстояния от датчика до стенки резервуара или других заземленных конструкций. Обычно в системах непрерывного измерения соблюдается следующая зависимость: чем выше рабочая частота, тем ниже сопротивление продукта и выше значение тока генератора. При частотах порядка 1 мГц величина тока, протекающего через продукт, намного превышает ток утечки, обусловленный эффектом «обволакивания» (рис. 2.10).

Электролитические сигнализаторы уровня основаны на возникновении ЭДС между двумя различными металлами, погруженными в электролит. На этом принципе построены сигнализаторы уровня раздела двух сред.

Рис. 2.10. Принцип действия емкостного уровнемера.