Електричні засоби вимірювання рівня

По виду чутливого елемента електричні засоби вимірювання рівня розділяють на ємнісні і кондуктометричні.

Ємнісні рівнеміри. У рівнемірах цього типу використовується залежність електричної ємності чутливого елемента первинного вимірювального перетворювача від рівня рідини. Конструктивно ємнісні чутливі елементи виконують у вигляді коаксиально розташованих циліндричних електродів або паралельно розташованих плоских електродів. Конструкція ємнісного чутливого елемента з коаксиально розташованими електродами визначається фізико-хімічними властивостями рідини. Для неелектропровідних (діелектричних) рідин -- рідин, що мають питому електропровідність менш 10^-6 См/м, застосовують рівнеміри, оснащені чутливим елементом, схеми якого представлені на рис.5. Одиницею електропровідності в 81 служить сименс (См) -- величина, зворотна ому (Ом).

Чутливий елемент (рис.5, а) складається із двох коаксиально розташованих електродів 1 і 2, частково занурених у рідину. Електроди утворюють циліндричний конденсатор, міжелектродний простір якого до висоти И заповнено рідиною, а простір Н-И -- парогазовою сумішшю. Для фіксування взаємного розташування електродів передбачений ізолятор 3.

У загальному виді електрична ємність циліндричного конденсатора визначається

є - відносна діелектрична проникність міжелектродної речовини;

є₀ -- діелектрична проникність вакууму;

є_ж -- діелектрична проникність рідини;

С₀ - ємність прохідного ізолятора (величина постійна);

Н -- висота електродів;

Д І - діаметри відповідно зовнішнього і внутрішнього електродів.

Для циліндричного конденсатора, міжелектродний простір якого заповнюється речовинами, які мають різні діелектричні проникності, відповідно до рис.5, а, повна ємність С_П визначається вираженням:

Сп= Со + Сі + С2 , (6)

де З₀ - ємність прохідного ізолятора;

Сі -- ємність міжелектродного простору, заповненого рідиною;

С2 -- ємність міжелектродного простору, заповненого парогазовою сумішшю.

Рисунок 5 - Схеми електричних рівнемірів

Для виключення впливу температури рідини на результат вимірювання застосовують компенсаційний конденсатор (рис.5, в). Компенсаційний конденсатор 1 розміщується нижче ємнісного чутливого елемента 2 і повністю занурений у рідину. У деяких випадках при сталості складу рідини його заміняють конденсатором постійної ємності.

Для вимірювання рівня електропровідних рідин -- рідин з питомою провідністю більше 10^-4 См/м застосовують рівнеміри, оснащені ємнісним чутливим елементом, зображеним на рис.5, б. Чутливий елемент являє собою металевий електрод 1, покритий фторопластовою ізоляцією 2. Електрод частково занурений у рідину. Як другий електрод використовується або стінка резервуара, якщо вона металева, або спеціальний металевий електрод, якщо стінка резервуара виконана з діелектрика.

Перетворення електричної ємності чутливих елементів у сигнал вимірювальної інформації здійснюється мостовим, резонансним або імпульсним методом.

У ємнісних рівнемірах перетворення ємності здійснюється імпульсним методом, у реалізації якого використовуються перехідні процеси, що протікають у чутливому елементі, який підключається періодично до джерела постійної напруги.

Ємнісні рівнеміри випускаються класів точності 0,5; 1,0; 2,5. Їхній мінімальний діапазон вимірювання становить 0...0,4м,, максимальний 0...20 м; тиск робочого середовища 2,5...10 МПа; температура від --60 до +100°С або від 100 до 250°С. На базі розглянутих ємнісних чутливих елементів розроблені вибухобезпечні сигналізатори рівня розділення рідин "нафтопродукт-вода" і інших рідин з різними значеннями відносної діелектричної проникності. При довжині зануреної частини чутливого елемента 0,25 м похибка спрацьовування сигналізатора ±10 мм.

Розроблено ємнісні рівнеміри сипучих середовищ. Верхні межі вимірювання рівнемірів обмежені значеннями 4...20 м. Клас точності 2,5.

Кондуктометричні сигналізатори рівня. Рівнеміри цього виду призначені для сигналізації рівня електропровідних рідких середовищ і сипучих середовищ із питомою провідністю більше 10^-3 См/м. На рис.5, г наведена схема сигналізатора верхнього граничного рівня рідини. У відповідності зі схемою при досягненні рівнем значення / замикається електричний ланцюг між електродом 1 і корпусом технологічного апарата, При цьому спрацьовує реле 2, контакти якого включені в схему сигналізації.

Принцип дії кондуктометричних сигналізаторів рівня сипучих середовищ аналогічний розглянутому.

Електроди, застосовувані в кондуктометричних сигналізаторах рівня, виготовляють зі сталі спеціальних марок або вугілля. Причому вугільні електроди використовуються тільки при вимірюванні рівня рідких середовищ.