ЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР ЖИДКОСТЕЙ

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 уровня, содержащий электроизолированные друг от друга цилиндрические коаксиальные электроды расположены на экране, выполненном в виде соединенных трубой втулок. Труба проходит в полости внутреннего электрода и электроизолирована от него. На одной втулке электроды закреплены винтами и гайками и электроизолированы, а другая втулка расположена на противоположных торцах электродов (см. описание изобретения к патенту РФ №2112931, C1, G01F 23/26, опубл. 1998.06.10).
Недостатком указанного датчика является отсутствие возможности непрерывного контроля уровня жидкости, особенно при больших его изменениях, громоздкость и материалоемкость конструкции.
Известен 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является емкостной измеритель уровня жидкости содержащий металлический защитный экран, одновременно являющийся корпусом и электродом и выполненный в виде металлической трубы, преимущественно круглого сечения, две шпильки, установленные 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.
Недостатками датчика являются: отсутствие возможности использования датчика для измерения уровня жидкости в нижней части резервуара, так как диапазон измеряемого уровня жидкости может менять в пределах длины короткого конденсаторного датчика уровня жидкости, низкое значение электрической емкости постоянно погруженной части конденсаторного датчика уровня жидкости, имеющего большую длину не менее чем на 10% другого конденсаторного датчика уровня жидкости. Стремление увеличить эту разность длин приводит к увеличению электрической емкости этой части датчика, но при этом усугубляет первый недостаток.
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, значительному увеличению электрической емкости дополнительного конденсаторного датчика, не увеличивая при этом габариты емкостного уровнемера жидкостей.
Технический результат достигается тем, что емкостной уровнемер жидкостей, содержащий два конденсаторных датчика уровня жидкости, внешние электроды которых выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения, покрытый изоляцией проволочный электрод, выполненный в виде одножильной или многожильной проволоки и закрепленный по оси внешних электродов, центральный изолированный электрод одного из конденсаторных датчиков уровня жидкости выполнен по меньшей мере на 10% длинее внешнего электрода и излишек его длины вместе с неизолированным проводом, один конец которого соединен с внешним электродом, смяты в произвольный клубок, помещенный в металлический корпус с перфорированными стенками, и закрепленный на нижнем конце внешнего электрода.
Краткое описание чертежей
На фиг. изображен в разрезе емкостной уровнемер жидкостей, установленный в резервуаре с контролируемой по уровню жидкостью.
Осуществление полезной модели
Емкостной уровнемер жидкостей содержит два двухэлектродных коаксиальных конденсаторных датчика 1 и 2 уровня жидкости, установленных вертикально в резервуаре 3 с контролируемой жидкостью (см. фиг).
Внешние электроды 4 и 5 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения и имеют боковые отверстия для свободного заполнения контролируемой жидкостью по мере изменения ее уровня. Внешние электроды 4 и 5 также служат электростатическим и электромагнитным экраном, соединены между собой монтажной пластиной 6 и с прибором 7 для измерения электрической емкости.
Центральные электроды 8 и 9 конденсаторных датчиков 1 и 2 уровня жидкости выполнены в виде одножильной или многожильной проволоки, покрытой изоляцией, и закреплены по оси внешних электродов 4 и 5 с помощью диэлектрических втулок 10. При этом длина одного центрального электрода 8 примерно равна длине внешнего электрода 4, а длина другого центрального электрода 9 превышает длину внешнего электрода 5 по меньшей мере на 10% и этот излишек центрального электрода 9 расположен со стороны нижнего конца конденсаторного датчика 2 уровня жидкости. Рядом с ним уложен еще один неизолированный электрод 11, длина которого примерно равна длине излишка центрального электрода 9. Электрод 11 электрически соединен с внешним электродом 5. При этом проволочный электрод 11 и излишек центрального электрода 9 смяты произвольным образом в клубок, образуя при этом, дополнительный конденсаторный датчик 12, размещенный в нижней части внешнего электрода 5 и соединенный параллельно с конденсаторным датчиком 2. Дополнительный конденсаторный датчик 12 постоянно заполнен контролируемой жидкостью и является датчиком ее диэлектрических свойств по аналогии с известным датчиком (см. А.с. СССР 1125530 A, G01N 27/22, опубл. 23.11.1984 г.). Для механической защиты дополнительного конденсаторного датчика 12 он размещен в металлическом корпусе 13 с перфорированными стенками для доступа в его полость контролируемой жидкости.
Работает емкостной уровнемер жидкостей следующим образом.
Емкостной уровнемер жидкостей устанавливают в резервуаре 3 с жидкостью, уровень которой необходимо измерять.
Внешний и центральный электроды 4 и 8 конденсаторного датчика 1 уровня жидкости и внешний и центральный электроды 5 и 9 конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему дополнительным конденсаторным датчиком 12, образуют два электрических конденсатора, являющиеся чувствительным элементами емкостного уровнемера жидкостей.
Во время измерения уровня жидкости в резервуаре 3 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, вместе с параллельно подключенным к нему дополнительным конденсаторным датчиком 12. Одновременно, с изменением диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости, изменяется общая емкость конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему дополнительным конденсаторным датчиком 12, так как емкость дополнительного конденсаторного датчика 12 не зависит от изменения уровня жидкости в резервуаре 3, а является функцией только диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и позволяет постоянно следить за изменением диэлектрических свойств контролируемой жидкости и компенсировать погрешность измерений вызванных изменением диэлектрических свойств контролируемой жидкости. При чем общая электрическая емкость конденсаторного датчика 1 уровня жидкости меньше общей электрической емкости конденсаторного датчика 2 уровня жидкости, вместе с параллельно подключенным к нему дополнительным конденсаторным датчиком 12, на емкость дополнительного конденсаторного датчика 13. Чем больше эта разница, тем точнее будет производиться измерение.
Предлагаемый емкостной уровнемер жидкостей по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- позволяет значительно увеличить электрическую емкость дополнительного конденсаторного датчика, не увеличивая при этом габариты емкостного уровнемера жидкостей;
- устраняет необходимость установки дополнительной линии связи дополнительного конденсаторного датчика с прибором для измерения электрической емкости;
- имеет возможность использования, как для малых, так и для больших перепадов уровня контролируемой жидкости.