Дослідження ємнісного перетворювача рівня рідини

 

Ціль роботи: ознайомитися з принципом дії та конструктивними особливостями цифрового вимірювача R, L, C E7-8, вивчити принцип дії ємнісного перетворювача, який використовується для вимірювання рівня рідини, визначити його рівняння перетворення та отримати практичні навики по вимірюванню рівню рідини.

 

 

 

Засоби вимірювання, сигналізація і регулювання рівня знаходять широке використання в різних галузях народного господарства. Частка вимірювання рівня від 5 до 10% усіх вимірів.

Практично всі технологічні процеси в різних галузях промисловості дуже часто потребують постійного автоматичного контролю кількості накопиченого матеріалу, сировини, рідини і газу. Контроль рівня часто має також важливе значення і для безаварійної роботи обладнання.

Рівнем називають висоту заповнення технологічного апарата робочим середовищем – рідиною або сипучим тілом. Рівень робочого середовища є технологічним параметром, інформація про нього необхідна для контролю режиму роботи технологічного апарата, а в ряді випадків для керування виробничим процесом і для проведення заходів щодо енергоаудиту. Шляхом вимірювання рівня можна одержувати інформацію про масу рідини в резервуарах. Подібна інформація широко використовується для керування виробничим процесом. Рівень вимірюють в одиницях довжини.

Прилади для вимірювання рівня поділяються: за видом вимірювальної речовини, по принципу дії, по призначенню: для контролю та сигналізації граничних значень рівня; для безперервного вимірювання значень рівня; для визначення границі розділу двох незмішуваних середовищ; які мають різну густину та акустичний опір (наприклад вода та керосин).

В даний час вимірювання рівня в багатьох галузях промисловості здійснюють різними за принципом дії рівнемірами. За принципом вимірювання рівнеміри діляться на такі основні групи: механічні, гідростатичні, електричні, акустичні, ультразвукові і радіоізотопні.

У останній час відомо більше десяти методів, на основі яких можуть бути побудовані рівнеміри. Але найширше застосування отримали ємнісні перетворювачі із-за своєї універсальності, високої чутливості та надійності.

По своїй конструкції рівнеміри можуть мати шкальні і безшкальні датчики, що працюють із самописними і регулюючими вторинними приладами. За допомогою таких приладів здійснюється автоматичний контроль і регулювання рівня рідин і сипучих матеріалів, а також звукова і світлова сигналізації підвищення або зниження рівня контрольованого середовища.

Прилади для вимірювання рівня в залежності від категорії вибухозахищеності можуть бути використані тільки відповідно до їх паспортних даних та інструкцій заводів-виробників. Вибухозахищені прилади всіх типів (рівня, тиску, витрат, температури, газового аналізу і т. д.) мають індекс ВЗГ (вибухозахищені герметичні). На корпусі датчика приладу вказується вибухозахищене виконання датчика і робоче середовище, у якому допускається експлуатація приладу: ВЗГ/метан, ВЗГ/сірчаний ефір, ВЗГ/водень.

Сучасний рівень наукових досліджень, створення та оновлення нових високоточних технологій підвищують вимоги до методів та засобів вимірювання рівня рідини та сипучих матеріалів, їх наукової обґрунтованості, універсальності, точності та надійності. Частка вимірювання рівня від 5 до 10% усіх вимірів.

 

 

У останній час відомо більше десяти методів, на основі яких можуть бути побудовані рівнеміри. Але найширше застосування отримали ємнісні перетворювачі із-за своєї універсальності, високої чутливості та надійності. Вони зберігають працездатність при високому тиску та температурі, можуть працювати у агресивних середовищах. Практичні обмеження на умови експлуатації таких перетворювачів накладаються лише властивостями матеріалів з яких вони виготовлені. На їх роботу впливають зовнішні електричні поля, вологість та температура оточуючого середовища.

У роботі ємнісного перетворювача використаний електроємнісний метод контролю і (ЕМК). ЕМК передбачає введення об’єкту контролю (ОК) або його досліджуваної частини у електростатичне поле та визначення шуканих характеристик об’єкту контролю з викликаної ним зворотної реакції на джерело цього поля. В якості джерела поля застосовують електричний конденсатор, який одночасно є і первинним електроємнісним перетворювачем, так як здійснює перетворювання фізичних та геометричних характеристик ОК у електричний параметр (ємність та тангенс кута діелектричних втрат). Електрична ємність та діелектричні втрати є первинними інформаційними параметрами ЕМК. Інформативність ЕМК визначається залежністю первинних інформаційних параметрів ЄП від характеристик об’єкту контролю – безпосередньо від електричних характеристик (наприклад діелектричної проникності) та геометричних розмірів ОК.

Принцип дії ємнісного рівнеміра полягає у вимірюванні ємності ємнісного перетворювача, наприклад циліндричного конденсатору, вміщеного у резервуар, у якому треба виміряти рівень рідини.

Конденсатор може бути утворений стінками резервуара та щупом, які і будуть його електродами. Очевидно, що довжина електродів повинна бути не менше максимального рівню рідини.

Ємнісний рівнемір, у загальному випадку, може використовуватись для вимірювання рівня h – площини розділу двох речовин, що відрізняються за своїми електричними характеристиками. Оскільки діелектрична проникність ЕР рідини, рівень якої вимірюється, відрізняється від діелектричної проникності повітря Еп (або суміші парів рідини та повітря), то ємнісний перетворювач можна уявити як два паралельно з’єднаних конденсатори. Конденсатор С1 створений частиною електродів та діелектриком – рідиною, рівень якої вимірюється, а конденсатор С2 – частиною електродів, що залишилися та діелектриком-повітрям. Ємність перетворювача:

С=С1+С2. (1. 1)

Необхідною умовою роботи ємнісного перетворювача рівня є відмінність діелектричних проникностей рідини та повітря, тобто ЕРЕП. На цій особливості і базується принцип дії ємнісного рівнеміра.

В реальних конструкціях ємнісних рівнемірів для забезпечення механічної надійності та зменшення відносного зміщення електродів, останній фіксується з