Принцип работы емкостного датчика уровня

Емкостной датчик уровня является разновидностью емкостного уровнемера с очень малым диапазоном измерения. К изолированному или не изолированному электроду приложено переменное напряжение электронного блока относительно стенок резервуара или референсного электрода. Задача емкостного датчика уровня состоит в том, чтобы определить изменение емкости этого конденсатора при перемещении измеряемой среды вблизи электрода. Относительная диэлектрическая проницаемость измеряемой среды (жидкости или сыпучего вещества) должно быть Ꜫ›1,5 для надежного срабатывания датчика уровня.

Так как электрод емкостного датчика уровня достаточно короткий, разница емкости между свободным и погруженным в измеряемое вещество электродом мала. На практике, разница в емкости составляет около ΔCx=0,5…20 пФ. Датчик уровня монтируется на предполагаемом уровне срабатывания. Как показано на рисунке, горизонтально установленный датчик срабатывает при той же емкости, что и вертикально установленный датчики. Таким образом, ошибка срабатывания на горизонтальном датчике уровня будет меньше. Однако, вертикально установленный датчик позволяет осуществить настройку уровня срабатывания в некоторых пределах, в зависимости от длины электрода емкостного датчика уровня.

Рисунок 14.1
Изменение емкости вертикально (a) и горизонтально (b) расположенного датчика уровня.

Из-за малой емкости, которую нужно измерять, используют измерения на высоких частотах. Обычно это диапазон 100…600 кГц. Существуют два метода определения изменения емкости:

- используя напряжения генератора постоянной частоты и измеряя ток, протекающий через конденсатор Cx. Изменение емкости приводит к измерению протекающего через емкость тока;

- емкость конденсатора Cx определяет частоту колебания генератора. Изменение емкости изменяет частоту колебания генератора, которая затем измеряется;

Один и тот же датчик уровня может измерить различную емкость в отсутствие материала на электроде датчика или вблизи от поверхности измеряемого материала. Емкость непокрытого измеряемым веществом электрода датчика следует установить предварительно как начальное значение или включить автоматическое калибрование определения точки срабатывания датчика уровня. Емкость наполовину покрытого датчика становится больше, в зависимости от относительной диэлектрической проницаемости среды. Когда электрод полностью покрывается измеряемым материалом, требуется вторичная настройка для достижения лучшей чувствительности. Этот этап может быть выполнен вручную или автоматически.