ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами.
Уровень техники
Известен емкостной датчик диэлектрических свойств газообразных и жидких сред, содержащий электроды, подключенные к выходным клеммам. Электроды выполнены из гибких металлических одножильных или многожильных проводов, покрытых изоляцией и произвольно уложенных в клубок (см. а.с. СССР 1125530 A, G01N 27/22, опубл. 23.11.1984 г.).
Данный датчик может служить сигнализатором уровня жидких сред на границе раздела «жидкость-воздух» или «жидкость-жидкость». Во втором случае жидкости должны быть несмешиваемые и отличаться между собой значением диэлектрической проницаемости.
Недостатком указанного датчика является отсутствие возможности непрерывного контроля уровня жидкости, особенно при больших его изменениях.
Известен измеритель уровня жидкости, содержащий двухэлектродный емкостной датчик с внешним и внутренним электродами, электрически связанными с электронной схемой. Согласно первому варианту известный емкостной датчик выполнен в виде коаксиального конденсатора. Внутренний электрод датчика выполнен трубчатым и смонтирован внутри фторопластового щупа. Согласно второму варианту внутренний электрод коаксиального конденсатора выполнен трубчатым и дополнительно снабжен защитным экраном. Экран выполнен в виде спиральной пружины из бронзы и электрически соединен с внешним электродом - корпусом коаксиального конденсатора (см. RU 2300742 С2, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 2007.06.10).
Недостатками датчика являются: трудоемкость в изготовлении датчика для измерения больших перепадов уровней жидкостей, трудоемкость в изготовлении универсального датчика для различных перепадов измеряемого уровня с возможностью сохранения одинаковой электрической емкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является емкостной двухэлектродный датчик уровня жидкости, содержащий металлический защитный экран, выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения и длинной не менее перепада измеряемого уровня и электроды, выполненные из одножильных или многожильных изолированных проводников, уложенных в виде одно- или многовитковой петли, установлены во внутренней полости защитного экрана вдоль его оси и закреплены с помощью двух шпилек, установленных поперек защитного экрана по его концам. (RU 78929 U1, G01F 23/24, G01F 23/26, опубл. 10.12.2008 г.)
Недостатком датчика является отсутствие возможности компенсировать погрешность измерений, вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой среды.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к устранению погрешности измерений, вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости.
Технический результат достигается тем, что емкостной измеритель уровня жидкости содержит металлический защитный экран, выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения, две шпильки, установленных поперек металлического защитного экрана по его концам на расстоянии не менее перепада измеряемого уровня, покрытый изоляцией проволочный электрод, уложенный в полости металлического защитного экрана вдоль его оси и закрепленный с помощью двух шпилек, два идентичных конденсаторных датчика уровня жидкости, один из которых короче другого, не менее чем на 10%, при этом длинна более короткого конденсаторного датчика должна быть не менее диапазона изменения уровня контролируемой жидкости. Электроды хотя бы одним концом подключены к измерительному прибору.
Краткое описание чертежей
На фиг. изображен емкостной измеритель уровня жидкости, установленный в резервуаре с контролируемой по уровню жидкостью и подключен к измерительному прибору.
Осуществление полезной модели
Емкостной измеритель уровня жидкости содержит два идентичных конденсаторных датчика 1 и 2 уровня жидкости (см. фиг.). Конденсаторный датчик 1 уровня жидкости содержит металлический защитный экран 3, выполненный в виде металлической трубы преимущественно круглого сечения. Металлический защитный экран 3 одновременно является электродом и корпусом конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и устанавливается вертикально в резервуаре 4, заполняемого жидкостью, уровень которой подлежит измерению.
На одном конце металлического защитного экрана 3 поперек его геометрической оси закреплена шпилька 5. На другом конце металлического защитного экрана 3 установлена шпилька 6.
Длина h металлического защитного экрана 3 и, соответственно, расстояние между шпильками 5 и 6 должно быть не менее диапазона измеряемого уровня. Отчет уровня жидкости ведут от верхней отметки не погруженных частей конденсаторных датчиков 1 и 2 уровней жидкости и обозначенный через X. Тогда, погруженная часть конденсаторного датчика 1 уровня жидкости составит h-X.
Шпильки 5 и 6 служат фиксаторами для проволочного электрода 7, выполненного из покрытой изоляцией одножильной проволоки.
Конденсаторный датчик 2 уровня жидкости содержит металлический защитный экран 8, выполненный в виде металлической трубы преимущественно круглого сечения. Металлический защитный экран 8 одновременно является электродом и корпусом конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и устанавливается вертикально в резервуаре 4, заполняемого жидкостью, уровень которой подлежит измерению. На одном конце металлического защитного экрана 8 поперек его геометрической оси закреплена шпилька 9. На другом конце металлического защитного экрана 8 установлена шпилька 10.
Длина Н металлического защитного экрана 8 и, соответственно, расстояние между шпильками 9 и 10 больше, не менее чем на 10%, длинны металлического защитного экрана 3 и расстояние между шпильками 5 и 6 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости. Тогда длинна постоянно погруженной части конденсаторного датчика 2 уровня жидкости будет H-h. Чем больше эта разница, тем точнее будет производиться измерение.
Шпильки 9 и 10 служат фиксаторами для проволочного электрода 11, выполненного из покрытой изоляцией одножильной проволоки.
Концы электродов конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости подключены к соответствующим входам измерительного прибора 12.
Работает емкостной измеритель уровня жидкости следующим образом.
Емкостной измеритель уровня жидкости устанавливают в резервуаре 4 с жидкостью, уровень которой необходимо измерять.
Электроды 5 и 6 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и электроды 9 и 10 конденсаторного датчика 2 уровня жидкости образуют два электрических конденсатора, являющиеся чувствительным элементами емкостного измерителя уровня жидкости.
Известно, что при прочих равных условиях емкость конденсатора пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости вещества, заполняющего межэлектродное пространство. У воздуха диэлектрическая проницаемость практически равна 1, а для различных жидкостей значения диэлектрической проницаемости лежат в пределах от 2 до 30. Вода имеет еще большее значение диэлектрической проницаемости равное 80 (при температуре 20°С). Предложенный емкостной измеритель уровня жидкости представляет собой комплекс из двух электрических конденсаторов с двухслойными диэлектриками.
Один слой межэлектродного пространства занят изоляционным покрытием проволочных электродов 7 и 11 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости, имеющим постоянное значение диэлектрической проницаемости. Другой же является либо воздухом (при минимальном значении уровня), либо жидкостью (при полном заполнении полости конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости). При чем длинна конденсаторного датчика 1 уровня жидкости короче, не менее чем на 10%, длинны конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, и поэтому один конец конденсаторного датчика 2 уровня жидкости постоянно погружен в контролируемую жидкость, уровень которой не может опускаться ниже этого предела, что позволяет внести компенсации в измерительную схему.
Измерительный прибор 12, выполненный по любой известной схеме измерения емкости, проградуирован в единицах уровня для конкретных жидкостей. По показаниям измерительного прибора 12 судят о значении уровня в резервуаре 4 и изменении диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, с целью компенсации погрешности измерений.
Во время измерения уровня жидкости в резервуаре возможно изменение диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, которая зависит от температуры, состава и свойств жидкости, а в связи с этим возникновение дополнительной погрешности. Этот недостаток позволяет устранить конденсаторный датчик 2 уровня жидкости, конец которого постоянно погружен в жидкость. Одновременно с изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, изменяется общая емкость конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, так как емкость постоянно погруженной части датчика не зависит от изменения уровня жидкости в резервуаре 4, а является функцией только диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и позволяет постоянно следить за изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрической проницаемости, которая зависит от температуры, состава, свойств жидкости.
Предлагаемый емкостной измеритель уровня жидкости по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- позволяет компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости;
- имеет возможность использования для больших перепадов уровня контролируемой жидкости.