Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 127
Текст из файла (страница 127)
Прн применении емкостных уровпемеров необходимо иметь в виду, что измеряемый уровень жидкости функционально связан с диэлектрической проницаемостью веществ. Поэтому при измерении уровня жидкости емкостиым уровнемером следует учитывать, что значение диэлектрической проницаемости жидкости изменяется с изменением температуры ее. В зависимости от электрических характеристик жидкости, уровень которых измеряют емкостным методом, разделяют на неэлектропроводпые и электропроводные.
Такое деление жидких диэлектриков имеет некоторую условность, но является практически целесо- образным. Жидкости, имеющяе удельное сопротивление р ) 10' —: 10' Ом. м н относительную диэлектрическую проницаемость з ( 5 -'. 6, относятся к группе неэлектропроводных, а жидкости, имеющие р = 10' —: 10' Ом м и е ~ 7 —: 10, относятся к группе электропроводных. Следует отметить, что удельное электрическое сопротивление и диэлектрическая проницаемость жидкостей в большой степени зависят от частоты напряжения. на которой производится измерение уровня.
Вследствие различия электрических характеристик жидкостей емкостные преобразователи уровнемеров выполняют различными. Принципиальное различие состоит в том, что один из электродов преобразователя для измерения уровня электропровод- г, а ных жидкостей покрывается электрнческой изоляцией, а электроды преобразователей для неэлектропроводных жидкостей не изолируют. Некоторые типы емкостных уровне- ! меров находят применение для сигна- г а, лизацин н дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью. Емкости ый преобразователь для з —: ! 7д — — =- измерения уровня неэлектропроводных жидкостей.
Эти преобразователи емкостных уровнемеров выполняют цилиндрического и пластинчатого типа, а также в виде жесткого стержня рас. Ш.Б-Н Схема устроястэа нли троса. В последнем случае вто- емкоспюга преобрзюаателя для рым электродом служит металличе азнсреяэя урезая веэлехтэоаэа. ская стенка резервуара. Для обеспечения постоянства характеристик преобразователя и повышения точности измерения уровня целесообразно применять преобразователи со стержнем или тросом, располагаемым в стальной трубе, являющейся вторым электродом преобразователя.
Рассмотрим приведенную на рнс. 19-5-1 схему устройства емкостного преобразователя уровнемера, выполненного в виде цилиндрического конденсатора из двух коакснально расположенных стальных труб 2 н 8. Для большей наглядности преобразователь погружен в резервуар 1„ в котором производится измерение уровня жидкости.
Емкость преобразователя С„, измеренная на зажимах а, когда между электродами 2 и д на рабочем их участке высотою Н находится воздух, определяется выражением Саа С1 + СОа~ (19-5-1) где С, — емкость проходного изолятора 4 и соединительного кабеля, значение которой не зависит от среды, находящейся между элект- родами 2 и 8, Ф; Са„— начальная емкость преобразователя на рабочем его участке высотою Н, заполненном воздухом, для которого можно принять относительную диэлектрическую проницаемость е, =- 1, Ф, согласно формуле ~0»» (19-5-2) 1и — а К» здесь еч — электрическая постоянная или абсолютная диэлектрическая проницаемость свободного пространства (з, = 8,85 10 "Ф/м)," гт и г; — радиусы соответственно электродов Л и 2, м. Если конденсатор преобразователя на участке высотою й заполнен жидкостью, уровень которой измеряется, а на участке Н вЂ” й — воздухом и парами этой жидкости, то емкость преобразователя на зажимах а определяется выражением Спа = Ст + С»» = Сд + С».
+ С»»» (19-5-3) где С„= С, + С,— емкость преобразователя; С,— емкость преобразователя на участке высотою Н вЂ” Ь, заполненном воздухом и парами жидкости с относительной диэлектрической проницаемостью з„согласно формуле 2яа»а~ (Π— 6) (19-5-4) 1и — к гт С, — емкость преобразователя на участке высотою й, заполненном жидкостью с относительной диэлектрической проницаемостью е, согласно формуле (19-5-5) 1п —" ~1 Учитывая (19-5-2), (19-5-4) и (19-5-5), уравнение (19-5-3) можно представить в виде Спа= Ст+ Соп») ез +(зщ еэ) ~~] (19-5-6) Из этого выражения следует, что при нормальных условиях измерения С„.=) ®.
Для обеспечения однозначной зависимости этой функции при измерении уровня жидкости в рабочих условиях эксплуатации необходимо иметь постоянство значений С„ з, и е . Постоянство значения С, в необходимых пределах обеспечивается благодаря применению изоляционных материалов и кабеля с малым температурным коэффициентом электрической емкости. Изменением значения з, можно пренебречь, так как для большинства газов и паров жидкостей, уровень которых -измеряют емкостным методом, относительная диэлектрическая проницаемость е, незначительно отличается от единицы и поэтому можно принять е, = 1. В этом случае без учета емкости Ст выражение (19-5-6) принимает вид: С„=- Са„~1+ (е — 1) -~.
(19-5-7) Обеспечить в рабочих условиях эксплуатации постоянство значения относительной диэлектрической проницаемости жидкости е, уровень которой измеряется, практически невозможно. Если обозначить диэлектрическую проницаемость жидкости в условиях эксплуатации через е,'„, то уравнение (19-5-7), в котором е соответствует градуировочному значению, принимает вид: Сн =Сап'(1+(еж 1) 77~- (19-5-8) Вычитая это уравнение из выражения (19-5-7), имеем: Сп Сп Са Ааж~ д (19-5-9) где Ьв„, = е — в'. Таким образом, в рабочих условиях эксплуатации отклонение в„ от градуировочиого значения приводит к изменению емкости преобразователя, а следовательно, и показаний уровнемера. Как видно из (19-5-9), с ростом значения Ь увеличивается и ЛС„и в большей степени изменяется погрешность измерения. Рассмотрим влияние активного сопротивления утечек преобразователя на точность измерения уровня.
Полипе сопротивление преобразователя Л по отношению к зажимам а состоит из емкостного сопротивления 1/аС„и параллельного ему активного сопротивления )с„. В этом случае полная проволимость цепи преобразователя определяется выражением 2х == л + ~ 1 (19-5-10) ~с0спа где С„, — емкость преобразователя (19-5-3); а =- 2п1, здесь )в частота в Гц; 1 1 1 — = — + —- Л„, г1 гп (19-5-1 1) В формуле (19-5-1!) К, — активное сопротивление утечки, которое не изменяется при изменении уровня жидкости. Значение этого сопротивления зависит от качества изоляционных материалов, используемых в конструкции преобразователя, от сопротивления утечки соединительного кабеля, а также проводящих пленок, которые могут образовываться иа поверхности изоляторов. Активное сопротивление утечки преобразователя )т„ опрецеляется в основном высотою уровня жидкости в нем, т.
е, значе- вием /л/Н. Если учесть, что удельное электрическое сопротивление незлектропроводных жидкостей достаточно большое, то вследствие этого значение проводимости утечки 1//сп будет весьма мало. Из рассмотренных слагаемых в (19-5-11) наибольшее влияние на точность измерения уровня будет оказывать сопротивление утечки /тт. Соотношение между емкостным сопротивлением 1/огС„„ и параллельным ему активным сопротивлением /т'„, зависит также от рабочей частоты тока, на которой производят измерение уровня жидкости.
Палнчие сопротивления утечек в выходном параметре преобразователя приводит к появлению в измерительной схеме уровнемера сигнала помехи, фаза которого сдвинута относительно фазы основного сигнала на 90". Это в свою очередь приводит к изменению показании уровнемера.
! Для уменьшения этого влияния, как будет 11 показано ниже, в тракт усиления прибора вводят фазовый детектор, который отфиль- 1 — — тровывает сигнал помехи. — à —.== Для повышения точности измерения уров— ц=== - ня за счет уменьшения влияния изменения — относительной диэлектрической пронпцаемо— сти жидкости н на показания уровнемера — — преобразователь снабжают компенсационным =и:: — конденсатором. Это позволяет автоматически вводить поправку в показания уровнемера при отклонении нм от значения принятого Рис. !9.з-х.
Схема смкостного прсовразоаа- при градунровке прибора. Схема преобразотели с компспсапнон- вателя ПЕ-6 с компенсационным конденсаным конденсатором. тором, применяемого в уровнемере ДУЕ-2, приведена на рис. 19-5-2. Здесь! н 2 — электроды измерительного конденсатора, а Л и 2 (иижняя часть) — электроды компенсационного конденсатора. Емкость компенсационного конденсатора С„= С,„н (Со„— начальная емкость компенсационного конденсатора при к, =- 1) меняется с изменением н .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
