ПРИНЦИП РАБОТЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЕМКОСТНЫХ СЕНСОРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД НА ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТАХ

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования являются принцип работы и конструктивные особенности емкостных сенсоров контроля уровня жидких сред на подвижных объектах. Анализ таких особенностей позволит определить ключевые моменты для разработки емкостного сенсора.

Ключевые слова: емкостные сенсоры, жидкие среды, уровень, подвижные объекты, датчики, принцип работы, конструкция

Использование специальных датчиков - одна из важных составляющих системы контроля уровня и качества жидких сред на подвижных объектах. Наиболее экономичным и имеющим достаточную точность измерений является емкостной сенсор уровня жидких сред.

В основу работы данного типа датчика положено свойство конденсатора изменять свою ёмкость при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора. [1]

В случае использования коаксиального конденсатора, который поместили в изучаемое жидкое вещество, имеющее возможность беспрепятственно проникать в пространство между обкладками конденсатора, и при определенном значении диэлектрической проницаемости, можно рассчитать общую ёмкость конденсатора согласно равенству:

,                                                                                              [1]

где С – общая ёмкость конденсатора;   

  С₀ – ёмкость участка конденсатора, не содержащего жидкость;

  С₁– ёмкость участка конденсатора, содержащего жидкость;

  ε₀ – диэлектрическая проницаемость газовой среды;

  ε₁ – диэлектрическая проницаемость жидкой среды

  G₀ – геометрический коэффициент участка конденсатора, не содержащего жидкость;

  G₁ – геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость. [2]

На рисунке 1 представлен емкостный сенсор в жидкой среде.

Рисунок 1 - Общая схема емкостного датчика уровня [1]

Величина общей ёмкости конденсатора пропорционально изменятся в соответствии с изменением уровня жидкости в сосуде. Путем подключения конденсатора в электрическую цепь, можно зафиксировать изменение ёмкости конденсатора, и как следствие, уровня жидкости в сосуде.

Работа с датчиком строится следующим образом. Емкостный датчик размещается в резервуаре или трубе, предназначенной для жидкого материала. В качестве базового значения диэлектрической проницаемости используется проницаемость воздуха. В момент соприкосновения чувствительного элемента датчика с контролируемым веществом емкость конденсатора меняется, что приводит к срабатыванию датчика, и происходит фиксация уровня. [2]

В случае, если нужно снять показания без непосредственного соприкосновения сенсора с жидкостью, возможна фиксация через стены или крышки резервуаров. Результат будет отмечен, когда уровень жидкости достигнет точки расположения сенсора вне сосуда.

Емкостные датчики лишены подвижных элементов, поэтому достаточно надёжны и долговечны. К их недостаткам следует отнести значительную температурную зависимость (которая, впрочем, может быть скомпенсирована), а также необходимость погружения в жидкость. [1]

Существенным недостатком является высокая погрешность при измерении жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также неспособность работать с диэлектрическими жидкостями. [1]

Существует большое разнообразие вариантов выпуска емкостных сенсоров. Для работы в разных условиях подбирается датчик с необходимой формой и размером чувствительного элемента, конструкцией и размером корпуса. Модели также отличаются по типу установки и могут быть предназначены для встраивания в стенки или крышку резервуара, размещения рядом с емкостью, в подвесном варианте и других.

Возможные типы датчиков: дискретный датчик уровня; сигнализатор уровня для электропроводящих и не проводящих жидкостей; емкостные сигнализаторы с регулировкой гистерезиса, зонд в виде стержня или троса; емкостные сигнализаторы с зондом в виде стержня или троса; уровнемер; датчик уровня из полиуретана для сигнализации уровня в стеклянных и пластиковых емкостях; датчик уровня жидкостей и масел через стенку непроводящего сосуда и другие.

Разнообразие конструктивных особенностей позволяет использовать емкостные сенсоры при температурах процесса от -40° до +800°С, при давлении от 0,05 до 100 бар, при этом способность измерять расстояние варьируется от 50 мм до 50 м, что существенно увеличивает вероятность правильной детекции уровня. Все датчики имеют возможность включения в цепь электрического питания заданного напряжения и при помощи релейных или цифровых выходов предавать управляющие сигналы или информационные подключенным устройствам.

Список литературы:

1. Устройство и принцип работы датчиков уровня [Электронный ресурс] / Каталог приборов и датчиков - Режим доступа: http://www.devicesearch.ru.com/article/datchiki_urovnya свободный.
2. Емкостные датчики уровня жидкости [Электронный ресурс] / Компания РусАвтоматизация - Режим доступа: https://rusautomation.ru/ datchiki_urovnya/emkostnye-datchiki-urovnya-zhidkosti свободный.