Типы емкостных датчиков уровня

На рисунке 14.2 представлен датчик с коротким электродом, установленным на боковую стенку резервуара. Центральная часть датчика является электродом, к которому приложено переменное напряжение. На рисунке (a) показан не изолированный электрод, тогда как, на рисунке (b) изображен изолированный электрод. Линии электрического поля соответствуют линиям поля переменного тока между электродом и заземленной стенкой металлического резервуара. Вариант (c) может быть использован резервуарах, выполненных из диэлектрических материалов, например, пластика, где заземленный референсный электрод выполнен в виде металлического диска, встроенного во фланцевое присоединение.

Электрическое поле между центральным и референтным электродом очень похожи во всех трех случаях. Измеренная емкость, образующаяся в пространстве, определяется линиями электрического поля. Когда измеряемая среда заполняет пространство вокруг датчика уровня, емкость образованного конденсатора умножается на относительную диэлектрическую проницаемость среды εr. Это изменение обнаруживается и переключение датчика происходит приблизительно на половине изменения емкости.

Рисунок 14.2
Центральный электрод, установленный на боковую стенку резервуара и линии электрического поля. На рисунке (a) изображен не изолированный, на рисунке (b) изолированный электрод. Рисунок (с) показывает вариант датчика уровня с референсным электродом. Глубина погружения емкостного датчика уровня составляет 120…300 мм.

Измеряемая среда высокой вязкости может налипать на электрод. Вертикальное или наклонное положение датчика уровня может способствовать стеканию налипшего материала с электрода. Как показано на рисунке 14.3 среда может прилипать к электроду датчика уровня, заполняя полностью пространство электрического поля, используемое для срабатывания датчика, при этом емкость не уменьшается, когда резервуар опорожняется. Этот эффект можно значительно уменьшить, используя активно экранированный электрод, как показано на рисунке 14.3.b.

Электронный блок датчика уровня прикладывает одинаковое переменное напряжение к измерительному и экранированному электродам. При этом электрический ток, протекающий через экранированный электрод не суммируется с током, протекающим через измерительный электрод. Как результат, емкость в пространстве, показанная красными линиями, не учитывается датчиком уровня. Соответственно, налипания и отложения измеряемого продукта в этой области не влияют на срабатывание датчика.

Налипания и отложения на емкостной датчик уровня вносят меньшую погрешность измерения, если частота колебаний переменного напряжения достаточна высока, и измеряется только емкостная составляющая электрического тока. Поэтому в современных датчиках уровня используются колебания радиочастотного диапазона.

Рисунок 14.3
Налипания измеряемой среды (a) на обычный измерительный электрод датчика. Материал отложений находиться в измеряемом электрическом поле. Исключение влияния с активным заземлением на электродах, рисунок (b). Рисунок (с) показывает как заземление резервуара исключает влияние налипания.

На рисунке 14.4 изображены различные конструкции электродов, погружаемые в резервуар. Рисунок a показывает плоскую конструкцию с дискообразными электродами. Такая конструкция позволяет устанавливать датчик уровня на фланцевое присоединение. Благодаря круговой конструкции электродов, такое устройство датчика уровня, позволяет устанавливать его на резервуары, выполненные из диэлектрических материалов, например пластмассы.

На практике может понадобиться использование более, чем одного емкостного датчика уровня в одном резервуаре. При этом может возникать взаимное влияние электрических полей датчиков уровня. Расстояние между емкостными датчиками уровня должно быть не менее 100 мм.

Рисунок 14.4
Налипания измеряемой среды (a) на обычный измерительный электрод датчика. Материал отложений находиться в измеряемом электрическом поле. Исключение влияния с активным заземлением на электродах, рисунок (b). Рисунок (с) показывает, как заземление резервуара исключает влияние налипания.

Емкостные датчики уровня не имеют подвижных частей и могут использоваться в тяжелых условиях для определения уровня как электропроводящих, так и диэлектрических сред, так же для определения уровня раздела фаз жидкостей. Датчик отличается высоким быстродействием, поэтому для уменьшения количества ложных срабатываний, рекомендуется установка времени задержки срабатывания 0,15…15 с.

Допустимый температурный диапазон для резервуаров обычно составляет -40...+120 °C. При использовании изготовленных на заказ электродов с керамической изоляцией и теплоизоляцией электронного блока, например, расположенного удаленно от резервуара, температурный диапазон -200...+1000 °C становится возможным. Предел по давлению для емкостных датчиков составляет 16...25 бар, в исключительных случаях до 200 бар. Следует принимать во внимание, что предельные значения температуры и давления могут не совпадать.

Необходимо учитывать, что относительная диэлектрическая проницаемость измеряемой среды, величина которой имеет важное значение для точного обнаружения уровня, может существенно изменяться в тяжелых условиях условиях. Например, относительная диэлектрическая проницаемость воды εr при комнатной температуре составляет 80, в то время, как под давлением, при температуре +370 °C она снижается до 10.