Классификация и принцип работы электрических уровнемеров (емкостные и тепловые уровнемеры)

Емкостной

Емкостной метод – более простой и дешевый. Он обеспечивает хорошую точность порядка 1,5 %, имеет те же ограничения, что и поплавковый - среда не должна налипать и образовывать отложения на ЧЭ. Вместе с тем, в отличие от поплавкового, он применим как для жидких, так и для сыпучих сред (размер гранул – до 5 мм.). Характерным принципиальным ограничением для емкостного метода является – однородность среды, среда должна быть однородной, по крайней мере, в зоне расположения ЧЭ.

ЧЭ емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае проводящей жидкости ЧЭ покрывается изолятором, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости ЧЭ, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

Условия применения емкостных датчиков по характеристикам рабочей среды: температура -40…+200 ºС, давление – до 2,5 МПа, диапазон измерения – до 3м. (30 м. – для гибких и тросовых ЧЭ).

Тепловые уровнемеры

Тепловые уровнемеры основаны либо на использовании различия температур жидкости и парогазовой смеси над ней (дилатометрические уровнемеры), либо различия их теплопроводностей (терморезисторные уровнемеры и уровнемеры ТЭДС).

Чувствительным элементом дилатометрического уровнемера является стержень или трубка, омываемые жидкостью и парогазовой смесью. В результате теплообмена между чувствительным элементом, жидкостью и газом чувствительный элемент приобретает определенную температуру, пропорциональную температурам жидкости и газа, а также текущему значению уровня жидкости в сосуде. Следовательно,
при постоянстве температур жидкости и газа средняя температура чувствительного элемента будет являться мерой текущего значения уровня.О средней температуре чувствительного элемента судят либо по его относительному удлинению, либо по давлению жидкости или газа, заполняю-
щим его внутреннюю полость.Дилатометрические уровнемеры применяют при измерении уровня конденсированных жидкостей, т. е. когда температуры жидкости и паро- газовой смеси над ней относительно стаоильны и при этом значительно разнятся между собой.

Несмотря на простоту и надежность дилатометрические уровнемеры вследствие малых диапазонов измерений (не более 0,75 м) и невысокой точности не получили широкого промышленного применения.

Чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров представляет собой помещенный в сосуд резистор, электрическое сопротивление которого определяется его температурой. Для создания градиентов температур в жидкой и газовой фазах применяют прямой и косвенный подогревы резистора. Прямой подогрев осуществляется эа счет тепла, выделяемого при прохождении через резистор электрического тока, косвенный — с помощью монтируемого в датчике подогревательного элемента.

Вследствие различной интенсивности теплопередачи от нагретого тела к жидкости и газу, участки резистора, находящиеся в соприкосновении с различными фазами, будут иметь различную температуру и, следовательно, различное электрическое сопротивление. По сопротивлению резистора в данном случае можно судить о текущем значении уровня, т. е. выходным параметром датчика является сопротивление резистора или, что при условии постоянства силы тока= const, эквивалентно падению напряжения Un на резисторе. Обычно чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров представляет собой вертикально натянутую тонкую проволоку с большим погонным электрическим сопротивлением, что обеспечивает его высокую чувствительность.

Для того, чтобы исключить разрушение поверхности резистора, на нее наносят специальное защитное покрытие.

Для уменьшения погрешности применяют различные компенсационные схемы с дополнительными резисторами.В настоящее время в качестве датчиков терморезисторных уровнемеров широко используют полупроводниковые резисторы (ПТР), преимущество которых заключается в большом температурном коэффициенте сопротивления и в высоком электрическом сопротивлении, что обеспечивает высокую чувствительность датчиков. Практически все серийно выпускаемые терморезидторные уровнемеры (типов KMT, ММТ и
др.) имеют полупроводниковые датчики. Единственный (но в ряде случаев немаловажный) недостаток ПТР — нелинейность их выходной характеристики.

Специфической областью применения терморезисторных уровнемеров является криогеника (измерение уровня жидких газов). При этом все большее распространение получают резисторы, изготовленные из сверхпроводящих материалов. Вследствие эффекта сверхпроводимости
погруженная часть резистора имеет нулевое сопротивление и выходной сигнал зависит лишь от уровня сжиженного (при температуре меньшей 20 К) газа и температуры „сухой" (непогруженной) части резистора.