Анализ средств измерения уровня в резервуарах для хранения нефтепродуктов
3.5 Емкостные уровнемеры
Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента первичного измерительного преобразователя от уровня жидкости. Конструктивно емкостные чувствительные элементы (ЧЭ) выполняют в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов или параллельно расположенных плоских электродов. Первые получили большее распространение.
Для неэлектропроводных жидкостей, применяют уровнемер, схема которого показана на рисунке 3.7, а). В этом уровнемере ЧЭ состоит из двух коаксиально расположенных электродов 1 и 2, частично погруженных в жидкость. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, межэлектродное пространство которого до высоты h заполнено жидкостью, а пространство Н - h - парогазовой смесью.
а) б)
Рисунок 3.7 - Схемы измерения уровня емкостными уровнемерами
В общем виде электрическая емкость цилиндрического конденсатора определяется уравнением
, (3.1)
где
- относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство;
- диэлектрическая проницаемость вакуума;
Н - высота электродов, ;
D, d - диаметры соответственно наружного и внутреннего электродов, .
Для цилиндрического конденсатора, межэлектродное пространство которого заполняется веществами, обладающими различными диэлектрическими проницаемостями, полная емкость Сп определяется выражением:
, (3.2)
где - емкость проходного изолятора, ;
- емкость межэлектродного пространства, заполненного жидкостью, ;
- емкость межэлектродного пространства, заполненного парогазовой смесью, .
Таким образом, полная емкость чувствительного элемента равна:
. (3.3)
Так как для паров жидкости и газов г=1, выражение (3.3) можно преобразовать следующим образом:
, (3.4)
где - погонная геометрическая ёмкость системы.
Для измерения уровня электропроводных жидкостей применяют уровнемер, схема которого показана на рисунке 3.7, (б). Здесь ЧЭ представляет собой металлический электрод, частично погруженный в жидкость. В качестве второго электрода используется либо стенка резервуара, если она металлическая, либо специальный металлический электрод, если стенка резервуара выполнена из диэлектрика.
Преобразование электрической емкости в сигнал измерительной информации осуществляется неуравновешенным мостом переменного тока, в одно из плеч которого включается емкость первичного преобразователя.
Емкостные уровнемеры выпускаются классов точности 0,5; 1,0; 2,5. Их минимальный диапазон измерений составляет 0 - 0,4 м, максимальный 0 - 20 м; температура рабочей среды от минус 60 до плюс 100°С [4].