МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ В СИСТЕМАХ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования являются методы преобразования электрической емкости в системах измерения уровня жидких сред. Проведенное исследование позволит определить оптимальный способ снятия полученных емкостным сенсором данных и преобразовать их в понятный для обработки сигнала вид.

Ключевые слова: емкостные сенсоры, методы, электрическая емкость, жидкие среды, уровень.

В современных устройствах контроля уровня жидкости в подвижных объектах используются различные методы преобразования электрической емкости. Одним из наиболее распространенных методов является мостовой. Данный метод отличается простым изготовлением и не трудоёмкой настройкой.

Значительное развитие в системах управления и контроля нашли мостовые схемы с индуктивно связанными плечами. Основными преимуществами таких схем являются малое влияние паразитных проводимостей, высокая стабильность, помехоустойчивость, а также широкий диапазон измерения. Рассмотрим мостовые методы преобразования электрической емкости на примере системы измерения уровня. [1]

Рисунок 1 демонстрирует обобщенную функциональную схему системы обработки измерительных сигналов первичных преобразователей, основа которой - мостовой метод.

Рисунок 1 – Обобщенная функциональная схема системы измерения уровня, основанная на мостовом методе: 1 – генератор высокой частоты; 2 – согласующий трансформатор; 3 – первичный преобразователь; 4 – эталонный конденсатор; 5 – входной сигнал (измеряемый уровень); 6 – усилитель; 7 – преобразователь напряжения в ток

Описанный мостовой метод системы обработки сигналов от сенсоров опирается на соответствующую математическую модель, она представлена в следующем выражении [1]:

Проведя необходимые вычисления и преобразования, математическая модель на основе мостового метода принимает вид:

где К_пр – коэффициент преобразования напряжения в ток;

      u_m – амплитуда напряжения трансформатора;

      ω – угловая частота генератора высокой частоты;

      К_т – коэффициент трансформации;

      С_х – емкость измерительного первичного преобразователя;

      С₀ – емкость опорного конденсатора;

      ߜℎ - относительная погрешность измерения уровня (±1,5%). [1]

В отличие от резонансного метода и схемы, мостовая модель позволяет располагать генератор на расстоянии от измерительной схемы. Но существуют небольшие затруднения при дистанционной передаче данных из-за присутствия сигнала высокой частоты малого уровня на выходе. Таким образом, как отмечается в исследованиях [2], применение мостовых схем при обработке измерительных сигналов емкостных датчиков в системах управления и контроля также затруднено, хотя они и нашли большее распространение, чем резонансные схемы.

Емкостной метод измерения в системах измерения уровня жидкостей на подвижных объектах функционально связан с относительной диэлектрической проницаемостью среды, заполняющей межэлектродное пространство, которое, в свою очередь, зависит от температуры, состава или свойств контролируемой среды. Математическая модель системы измерения уровня не учитывает влияние относительной диэлектрической проницаемостью контролируемой среды ԑж, которая в свою очередь может вносить методическую погрешность измерения уровня до ± 5% (особенно при смешивании различных марок топлива) [3].

Список литературы:

1. Мастепаненко М.А., Воротников И.Н., Аникуев С.В., Шарипов И.К. Математические модели и методы обработки измерительных сигналов емкостных преобразователей на постоянном токе : монография. – Ставрополь: АГРУС, 2015. – С.15-18.
2.  Мастепаненко М.А. Математическая модель системы измерения уровня топлива в баках летательных аппаратов // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве : сб. науч. тр. / СтГАУ. Ставрополь : АГРУС, 2014. C. 133–139.
3. Воротников И. Н., Мастепаненко М. А. Емкостной способ измерения уровня электропроводных и диэлектрических жидкостей // Управление качеством : материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Москва : Изд-во Университета машиностроения, 2013. С. 99–105.