Каков основной недостаток емкостных уровнемеров

Классификация и характеристики электрических уровнемеров

К электрическим уровнемерам относятся те приборы измерения уровня, в которых уровень контролируемой среды преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Ниже рассмотрим основные виды электрических уровнемеров: емкостные уровнемеры, кондуктометрические (омические) уровнемеры и вибрационные уровнемеры, познакомимся с их различиями в работе и устройстве.

Емкостные уровнемеры

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров. Измерительная схема емкостного уровнемера приведена на рис. 1.

Рис. 1. Ёмкостной уровнемер: 1, 2 — электроды; 3 — электронный блок

В сосуд с контролируемой жидкостью опущен преобразователь, который представляет собой электрический конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня электропроводящей жидкости. Преобразователи бывают пластинчатыми, цилиндрическими или в виде стержня.

Цилиндрические преобразователи выполняются из нескольких труб, расположенных концентрическим образом, пространство между которыми на высоту h заполняет контролируемая жидкость. Емкость преобразователя равна сумме емкостей двух его участков — погруженного в жидкость с одной диэлектрической проницаемостью (εж) и находящегося в воздухе с другой диэлектрической проницаемостью (εср, для воздуха εср = 1).

При измерении уровня агрессивных, но неэлектропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняют из химически стойких сплавов или покрывают тонкой антикоррозионной пленкой, диэлектрические свойства которой учитывают при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками применяют также при измерении уровня электропроводных жидкостей.

ИСУ-100И уровнемеры емкостные одноканальные	РОС-101 (-102) сигнализаторы уровня емкостные	СУ-100 сигнализаторы уровня емкостные

Кондуктометрические уровнемеры

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 2, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 2, б) их требуется уже по два.

Рис. 2. Омические сигнализаторы уровня: а – одного уровня; б – двух уровней; 1 – электрод; 2 – электромагнитное реле; 3 – источник питания

В качестве электродов применяют металлические стержни или трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости). Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

Вибрационные уровнемеры

Вибрационные уровнемеры отличаются надежностью и широкой областью применения. Конструкция и принцип действия данных устройств снижает до минимума их восприимчивость к химическим и физическим свойствам измеряемого вещества. Также вибрационные уровнемеры показывают точные результаты при турбулентности, наличии пузырьков воздуха в жидких средах, и прочих неблагоприятных условиях работы.

Принцип действия вибрационного уровнемера основан на различии резонансных колебаний чувствительного элемента – камертонного резонатора в газовой (воздушной) среде и в жидкости (сыпучем материале). Вибрирующий элемент приводится в действие пьезоэлектрическим методом и вибрирует с механической резонансной частотой приблизительно 1200…1300 Гц. Пьезоэлементы закреплены механически и не подвергаются воздействию теплового удара. При погружении вибрирующего элемента в измеряемую среду частота изменяется. Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в команду на переключение.

По вопросам приобретения и подбора электрических уровнемеров Вам достаточно позвонить по телефону
+7 (4812)209-311 или написать по электронной почте info@td-urovnemer.ru.

Емкостные уровнемеры. Устройство, принцип действия, типы и виды емкостных уровнемеров.

Емкостными уровнемерами называются уровнемеры, основанные на зависимости электрической емкости конденсаторного преобразователя, образованного одним или несколькими стержнями, цилиндрами или пластинами, частично введенными в жидкость, от ее уровня.

Конструкция конденсаторных преобразователей различна для электропроводных и неэлектропроводных жидкостей. Электропроводными считаются жидкости, имеющие, удельное сопротивление ρ 6 Ом *м и диэлектрическую проницаемость е_ж ≥ 7. Различие преобразователей состоит в том, что один из электродов уровнемеров для электропроводных жидкостей покрыт изоляционным слоем, электроды преобразователей для неэлектропроводных жидкостей не изолированы. Электроды могут быть в виде плоских пластин, стержней. В качестве электрода может использоваться металлическая стенка сосуда. Часто применяются цилиндрические электроды, обладающие по сравнению с другими формами электродов хорошей технологичностью, лучшей помехоустойчивостью и обеспечивающие большую жесткость конструкции.

Конденсаторный преобразователь для неэлектропроводных жидкостей, состоящий из двух коаксиально расположенных электродов 1 и 2, помещенных в резервуар 3, в котором производится измерение уровня, изображен на рис. 1, а.

Рис. 1. Схема конденсаторного преобразователя уровня для неэлектропроводных сред :

1,2 — электроды; 3 — резервуар; 4 — изолятор

Взаимное расположение электродов зафиксировано проходным изолятором 4. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, часть межэлектродного пространства которого высотой Н заполнена контролируемой жидкостью, оставшаяся часть высотой Н — h — ее парами.

В общем виде емкость цилиндрического конденсатора определяется выражением

где ε₀ = 8,85*10 -12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума; ε — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство; Н — высота электродов; d₁, d₂ — диаметры внутреннего и наружного электродов.

На основании (1) легко записать выражения для емкости С1 части преобразователя, находящейся в жидкости, и для емкости С2 части, находящейся в газовом пространстве:

где ε_ж и ε_г — относительные диэлектрические проницаемости жид-кости и газа над ней.

Суммарное выходное сопротивление преобразователя Zпp, кроме емкостей С1 и С2, определяется также емкостью Си проходного изолятора и его активным сопротивлением Rи (емкость Си образуется электродами преобразователя на участке а; сопротивление Rи обусловлено проводимостью материала изолятора на этом участке), а также емкостью и проводимостью соединительного кабеля.

Таким образом, электрическая схема преобразователя имеет вид, изображенный на рис. 1, б. Суммарная емкость преобразователя

Спр = С1 + С2 + Си.

Емкость Си от значения h не зависит, кроме того, для газов ε_г ≈ 1, поэтому

Таким образом, при ε_ж = const емкость Спр однозначно зависит от измеряемого уровня h. В реальных условиях ε_ж может изменяться (например, при изменении температуры жидкости, ее состава и т.п.).

Для уменьшения влияния изменения ε_ж на показания уровнемера обычно используется компенсационный конденсатор (рис. 2).

Рис. 2. Схема преобразователя с компенсационным конденсатором : 1, 2 — электроды; 3 — дополнительный электрод

Здесь 1 и 2 — электроды конденсаторного преобразователя, емкость которого зависит от измеряемого уровня h, и диэлектрической проницаемости ε_ж . Нижняя часть электрода 1 и дополнительный электрод 3 образуют компенсационный конденсатор, который постоянно погружен в жидкость, и, следовательно, его емкость зависит только от ε_ж . Емкость компенсационного конденсатора используется в электронной схеме в качестве корректирующего сигнала.

Недостатком такой схемы введения поправки является увеличение по сравнению со схемой на рис. 1 неизмеряемого уровня, обусловленного высотой hк электродов компенсационного конденсатора. Отрицательное влияние на работу емкостных уровнемеров оказывает активное сопротивление преобразователя. Оно слагается из активного сопротивления проходного изолятора (см. Rи на рис. 1, б) и активного сопротивления контролируемой жидкости в межэлектродном пространстве (обычно значение последнего пренебрежимо мало). Для уменьшения влияния активного сопротивления преобразователя в схему уровнемера включается фазовый детектор. В конденсаторных преобразователях для электропроводных жидкостей один электрод выполняется изолированным. Если резервуар металлический, то его стенки могут быть использованы в качестве второго электрода.

Если резервуар неметаллический, то в жидкость устанавливается металлический неизолированный стержень, выполняющий роль второго электрода. На рис. 3, а изображена схема преобразователя, выполненного в виде стержня (электрода) 1, покрытого слоем изоляции 2 и погруженного в металлический резервуар 3.

Рис. 3. Схема конденсаторного преобразователя уровня для электропроводящих жидкостей : 1 — стержень (электрод); 2 — изоляция; 3 — резервуар

Если пренебречь диэлектрической проницаемостью газов над жидкостью по сравнению с диэлектрической проницаемостью изоляции электрода, то электрическую схему преобразователя можно представить в виде, изображенном на рис. 3, б. Зависящую от уровня емкость преобразователя можно представить как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов С1 и С2. Параметр С1 — емкость конденсатора, обкладками которого являются поверхность электрода 1 и поверхность электропроводной жидкости на границе с изолятором 2. Диэлектриком этого конденсатора является материал изолятора. При увеличении h увеличивается площадь обкладки — поверхность жидкости, что ведет к увеличению С1. Параметр С2 — емкость конденсатора, одной обкладкой которого является поверхность жидкости на границе с изолятором 2 (общая с обкладкой конденсатора С1), второй — поверхность резервуара 3. С увеличением h емкость С2 также растет. Параметр Rж — активное сопротивление жидкости; Си, Rи — емкость и активное сопротивление проходного изолятора. Таким образом, полная емкость преобразователя определяется выражением

Спр = Си + С1С2/(С1 + С2).

Как и в схеме рис. 3, наличие активной составляющей в выходном сопротивлении Zпp преобразователя может привести к появлению погрешности, во избежание чего в схеме устанавливается фазовый детектор.

В емкостных уровнемерах для измерения электрической емкости преобразователя используются различные схемы. Наиболее простыми являются мостовые схемы, примером которых может быть схема электронного индикатора уровня ЭИУ (рис. 4).

Рис. 4. Принципиальная схема электронного индикатора уровня

Мост состоит из двух вторичных обмоток I и II трансформатора Тр (питаемого генератором Г), емкости преобразователя Спр и подстроечного конденсатора С. Мост уравновешен при нулевом уровне жидкости, при этом сигнал на входе и выходе усилителя равен нулю. При увеличении уровня емкость Спр растет, разбаланс моста увеличивается и напряжение на входе усилителя возрастает. С помощью усилителя этот сигнал усиливается, преобразуется в унифицированный и измеряется вторичным прибором ВП.

Более сложная измерительная схема используется в уровнемерах типа РУС (рис. 5).

Рис. 5. Измерительная схема уровнемера РУС :

1 — конденсаторный преобразователь; 2 — компенсационный конденсатор; 3,4 — преобразователи; 5 — импульсный детектор; 6 — усилитель; 7 — генератор тактовых импульсов

Работа схемы основана на емкостно-импульсном методе измерения уровня, использующем переходные процессы, протекающие в цепи емкостного преобразователя, периодически подключаемого к источнику постоянного напряжения. Измерительный конденсаторный преобразователь 1 и компенсационный конденсатор 2 подключены к входам преобразователей 3, 4 емкости в электрический сигнал. В преобразователе 3 измерительный конденсатор 1 генератором тактовых импульсов 7 периодически подключается к постоянному напряжению u1 В конце рабочего импульса генератор шунтирует измерительный конденсатор и разряжает его. За время импульса измерительный конденсатор зарядится до значения напряжения, которое зависит от значения емкости. Выходным сигналом преобразователя 3 является постоянное напряжение м3 импульсной формы, амплитуда которого определяется емкостью конденсатора, т.е. значениями контролируемого уровня и диэлектрической проницаемости среды. Преобразователь 4 имеет аналогичное исполнение, но питается напряжением u2, пропорциональным выходному току Iвых (т.е. используется отрицательная обратная связь).

Таким образом, амплитуда выходного импульсного напряжения и4 преобразователя 4 зависит от емкости компенсационного конденсатора (т.е. диэлектрической проницаемости среды) и значения u2. Сигналы с преобразователей 3 и 4 вычитаются и разностный сигнал подается на вход импульсного детектора 5, преобразующего импульсный сигнал в напряжение постоянного тока u2. Напряжение u2 затем используется в качестве сигнала обратной связи и усилителем 6 преобразуется в унифицированный токовый выходной сигнал Iвых. В статическом режиме выходное напряжение u2 и ток Iвых принимают такие значения, при которых u3 ≈ u4. При увеличении уровня и ε_ж = const будет увеличиваться u3, что приведет к увеличению u2 и Iвых, так как увеличение u4 возможно только за счет увеличения u2 (при ε_ж = const емкость компенсационного конденсатора не изменяется). Предположим h = const, но увеличилась диэлектрическая проницаемость ε_ж при этом u2 и Iвых не должны измениться. Действительно, при этом увеличится u3, но одновременно увеличится и значение u4 (при u2 = const), так как увеличилась и емкость компенсационного конденсатора. Верхние пределы уровнемеров РУС выбираются из ряда от 0,4 до 20 м, основная погрешность в зависимости от модификации 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 %. Уровнемеры применяются на диэлектрических или проводящих средах, агрессивных, взрыво-опасных при температурах от -60 до 250 °С при давлениях до 10 МПа. В емкостных уровнемерах может использоваться резонансная схема измерения емкости. При этом первичный преобразователь включен в схему колебательного контура, параметры которого изменяются с изменением контролируемого уровня. При этом либо измеряется амплитуда напряжения на контуре (при неизменной амплитуде и частоте питающего напряжения), либо резонансная частота контура. Такие схемы имеют некоторые модификации уровнемеров типа РУМБ, сигнализаторы типа СУС.

Емкостные уровнемеры получили широкое распространение особенно в качестве сигнализаторов из-за дешевизны, простоты обслуживания, удобства монтажа первичного преобразователя, отсутствия подвижных элементов возможности использования в широком интервале температур и давлений. Большим достоинством является нечувствительность к сильным магнитным полям, возможности использования в широком интервале температур (от криогенных до 500 °С) и давлений. К числу недостатков следует отнести непригодность для измерения уровня вязких (динамическая вязкость более 1 Па*с), пленкообразующих, кристаллизующихся жидкостей и содержащих примеси, выпадающие в осадок, высокую чувствительность к изменению электрических свойств жидкости и изменению емкости кабеля, соединяющего первичный преобразователь с измерительным прибором. Последний недостаток устраняется при размещении электронной части в головке преобразователя. В этом случае емкостной стержневой преобразователь напоминает термопреобразователь. Так, стержневой емкостной уровнемер типа Меrcap фирмы Siemens может иметь длину до 5 м при диаметре трубки 24 мм, измеряемая емкость составляет 3,3. 3300 pF. Гибкая конструкция преобразователя может иметь длину до 35 м. Преобразователи работают при температурах от -200 до 400 °С при давлениях от вакуума до 50 МПа. При выходном сигнале 4. 20 мА преобразователь имеет цифровой сигнал по HART-протоколу, погрешность измерения составляет ±0,1 %.

Плюсы и минусы емкостного метода измерения

Емкостные датчики уровня используются для контроля уровня жидких и сыпучих сред. Как правило, их применяют там, где требуется достаточно высокая точность измерения. Емкостные датчики уровня могут быть использованы там, где применение других типов датчиков затруднительно (трубопровод, каналы подачи, емкости сложной формы).

Достоинства емкостных уровнемеров ДУ31

1. Конструкция ДУ31 позволяет применять датчик для работы на резервуарах практически любой формы, размеров и материалов.
2. Емкостной датчик уровня работает с сыпучими и жидкими средами, в том числе с агрессивными жидкостями, благодаря фторопластовому покрытию.
3. Высокая точность измерений, погрешность 0,1 %.
4. Для некоторых исполнений возможна подрезка длины чувствительного элемента и подстройка параметров датчика точно под объект.
5. Простота установки и обслуживания, благодаря возможности калибровки датчика как в «поле», так и по сети RS-485 с помощью универсального конфигуратора ОВЕН.
6. Высокая надежность и долговечность уровнемера.

Недостатки емкостных датчиков

1. ДУ31 не работает с вязкими, кристаллизирующимися, склонными к пенообразованию, жидкостями, а также с продуктами, склонными к налипанию.
2. Датчик необходимо калибровать на объекте.
3. Емкостной уровнемер невозможно использовать для измерения веществ с низкой диэлектрической проницаемостью.
4. Внешняя температура влияет на точность измерений.
5. Влажность сыпучей среды влияет на точность измерений.
6. Не подходит для контроля переменных сред.

Выбор наиболее подходящего по своим характеристикам типа и исполнения датчика уровня достаточно непростая техническая задача, требующая учитывать множество факторов. Понимание плюсов и минусов метода измерения уровня поможет в выборе емкостного уровнемера под конкретную технологическую задачу.

© Материал является объектом авторского права компании ОВЕН. Запрещается копирование, распространение или любое иное использование информации и объектов данного материала без предварительного согласия правообладателя.

Каков основной недостаток емкостных уровнемеров

Каталог продукции
по разделам

(для загрузки нажмите ссылку раздела)

• 01 раздел — Уровнемеры, указатели и регуляторы уровня. Устройства предотвращающие переполнение – ограничители уровня — pdf (7 MB)
• 02 раздел — Устройства, регулирующие наполнение, устройства, предотвращающие переполнение, и регуляторы уровня наполнения на базе позистора — pdf (5 MB)
• 03 раздел — Сигнальные приборы для масло-, бензо- и жироуловителей и сообщения о: толщине слоя, скоплении, наличии песка, масла, жира, топлива на поверхности воды — pdf (1 MB)
• 04 раздел — Детекторы течи, системы контроля утечек, внутренние изоляции емкости и сигнальные приборы — pdf (5 MB)
• 05 раздел — Бытовые сигнализаторы газа, электронный сигнализатор газа и дыма GRM, датчики газа и дыма для GRM, сигнализаторы газа модельного ряда GW-S для промышленности и бытового применения, станция газовой сигнализации GW-SK. Датчики газа модельного ряда GW — pdf (1 MB)
• 06 раздел — Монтажное оборудование, арматура для емкостей: резервуарная арматура, колпаки с клапанами избыточного давления, устройства забора топлива, антисифонные клапаны. принадлежности для монтажа. Топливные фильтры, автоматические воздухоотводчики жидкого топлива — pdf (6 MB)
• 07 раздел — Ограничитель тяги. Устройство защиты от недостатка воды WMS-WP6. Термический предохранитель, регулятор режима горения. Группы безопасности, защитные вентили. Группы присоединений. Воздухоотводчики. Поточные фильтры. Насосные группы. Коллекторы — pdf (9 MB)
• 08 раздел – Умная домашняя система AFRISOLab: Интеллектуальные устройства предупреждения, датчики, приводы и компоненты для автоматизации зданий — pdf (7 MB)
• 09 раздел — Клапаны и технологии управления для радиаторов, гидравлическая балансировка. Термостатические клапаны Vario.Регулируемый вентиль обратного потока для радиаторов, Тип 454Q. Комбинированные блоки VarioQ-Kombi. Измерительные и контрольные клапаны Vanitus Eco — pdf (11 MB)
• 10 раздел — Оборудование для снабжения питьевой водой, использования дождевой воды и водоподготовки — pdf (4 MB)
• 11 раздел — Манометры — Механические измерители давления. 6 тысяч наименований — pdf (15 MB)
• 12 — раздел — Разделители для технологических процессов: Мембранные разделительные диафрагмы, поршневой разделитель, трубчатые разделительные диафрагмы — pdf (2 MB)
• 13 раздел — Электронные приборы измерения давления: Датчики давления — измерительные преобразователи, Цифровые манометры, Датчики — реле давления — pdf (7 MB)
• 14 раздел – Термометры — Приборы для измерения и регулирования температуры. Биметаллические термометры. Термометры сопротивления — pdf (6 MB)
• 15 раздел — Контрольные приборы: Газоанализаторы дымовых газов. Индикаторы утечки газа. Электронные цифровые манометры. Электронные портативные приборы для измерения температуры. Прибор для измерения скорости потока воздуха. Приборы для измерения влажности и температуры воздуха — pdf (8 MB)
• 16 раздел — Модульная система AFRISO CAPBs® — датчики обнаружение утечки газа, модули измерения давления, температуры, влажности, качества воды, измерение расхода потока, испытание трубопроводных систем на герметичность — более 25 различных датчиков (9 MB)
• 17 раздел – Стационарные анализаторы газов: Стационарные зонды для забора газов, универсальные фильтры, устройство для отбора пробы газа, охладители пробы, инфракрасные газоанализаторы, зонды для кислорода, анализаторы кислорода — pdf (3 MB)
• 18 раздел — Сигнализаторы, индикаторы, приборы обработки сигналов, системы контроля и связи — pdf (3 MB)
• 19 раздел — Техническая информация. Сертификаты. (1 MB)

© 2005-2024 Афризо. Все права защищены.

Уровнемер ультразвуковой радарные поплавковые, микроволновой скважинные гидростатические.

Уровнемеры

Вы находитесь в информационном каталоге нашего сайта, где представлена техническая информация общего характера. Для знакомства и поиска необходимой продукции перейдите на главную страницу или нажмите на данную ссылку для перехода в раздел уровнемеры.

Уровнемер — это прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых резервуарах и хранилищах. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе газообразующие, сыпучие и другие материалы. Уровнемеры иногда называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Тем не менее, главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения. В промышленном производстве в настоящее время существует ряд разнообразных технических средств, позволяющих решить задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня воплощают разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространенным методам измерения уровня, которые позволяют преобразовывать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в системы автоматических систем управления относятся:
— контактные методы: поплавковый, емкостный, гидростатический, буйковый;
— бесконтактные методы: зондирование звуком, зондирование электромагнитным излучением, зондирование радиационным излучением.

С развитием измерительной техники каждый из методов приобретает характерный набор своих технических реализаций, которые в каждом конкретном случае имеют и преимущества, и недостатки. По принципу действия уровнемеры для жидкостей разделяются на механические, гидростатические, электрические, акустические, микроволновые и рефлексные. При измерении уровня в сложных условиях (пыль, камни, большой угол откоса сыпучего материала) используются, как правило, лазерные уровнемеры, которые безопасны для глаз и обеспечивают отсутствие ложных отраженных сигналов.

• Механические
  Механические уровнемеры бывают поплавковые, с чувствительным элементом (поплавком), плавающим на поверхности жидкости, и буйковые, действие которых основано на измерении выталкивающей силы, действующей на буёк. Перемещение поплавка или буйка через механические связи или систему дистанционной (электрической или пневматической) передачи сообщается измерительной системе прибора. Измерение уровня гидростатическими уровнемерами основано на уравновешивании давления столба жидкости в резервуаре давлением столба жидкости, заполняющей измерительный прибор, или реакцией пружинного механизма прибора.