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電容式物位計原理及注意事項
發(fā)布時間:2016-09-27   瀏覽:2500次

  一、電容式物位計的工作原理

  電容式物位計由電容式物位傳感器和檢測電容的線路組成。其基本工作原理是電容式物位傳感器把物位轉(zhuǎn)換為電容量的變化,然后再用測量電容量的方法求知物位數(shù)值。

  電容式物位傳感器是根據(jù)圓筒電容器原理進行工作的。其結(jié)構(gòu)如同2個長度為L、半徑分別為R和r的圓筒型金屬導體,中間隔以絕緣物質(zhì),當中間所充介質(zhì)是介電常數(shù)為ε1的氣體時,兩圓筒的電容量為:

  C1=2πε1L/R/(lnR/r)

  如果電的一部分被介電常數(shù)為ε2的液體(非導電性的)浸沒時,則必須會有電容量的增量△C產(chǎn)生(因ε2>ε1),此時兩間的電容量C=C1+△C。假如電被浸沒長度為l,則電容增量為:

  ΔC=2π(ε2-ε1)l/(lnR/r)

  當ε2、ε1、R、r不變時,電容量增量△C與電浸沒的長度l成正比,因此測出電容增量數(shù)值便可知道液位高度。

  如果被測介質(zhì)為導電性液體時,電要用絕緣物(如聚乙烯)覆蓋作為中間介質(zhì),而液體和外圓筒一起作為外電。假設(shè)中間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε3,電被浸沒長度為l,則此時電容器所具有的電容量為:

  C=2πε3L/R/(lnR/r)

  其中:R和r分別為絕緣覆蓋層外半徑和內(nèi)電外半徑。由于ε3為常數(shù),所以C與l成正比。

  二、電容式物位計在應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個問題

  1、選型

  由于被測介質(zhì)的不同,電容式物位傳感器有不同的型式。

  (1)測量導電液體的電容物位傳感器,容器(規(guī)則)和液體作為電容器的一個電,插入的金屬電作為另一電,絕緣套管作為中間介質(zhì),三者組成圓筒形電容器。當容器為非導電體時,需另加一個接地,其下端浸至被測容器底部,上端與安裝法蘭有可靠的導電連接,以使二電中有一個與大地及儀表地線相連,保證儀表正常測量。

  (2)測量非導電液體的電容物位傳感器,當用于較稀的非導電液體(如輕油等)時,可采用一金屬電,外部同軸套上一金屬管,相互絕緣固定,以被測介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器。

 ?。?)當測量粉狀非導電固體料位和粘滯性非導電液體液位時,可采用金屬電直接插入圓筒型容器的中央,將儀表地線與容器相連,以容器作為外電,料或液體作為絕緣介質(zhì)構(gòu)成圓筒型電容器。

  所以應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況,即被測介質(zhì)的性質(zhì)(導電特性、粘滯性)、容器類型(規(guī)則/非規(guī)則金屬罐、規(guī)則/非規(guī)則非金屬罐),選擇合適的電容物位計。

  2、應(yīng)用中常見故障的處理

  如果電容式物位計選型正確、安裝合理,一般很少出現(xiàn)故障,因此選型和安裝時應(yīng)注意:

 ?。?)介質(zhì)的介電常數(shù)應(yīng)穩(wěn)定(對于非導電介質(zhì));

 ?。?)對于軟纜型傳感器,安裝時需考慮傳感器周圍均衡,應(yīng)遠離爬梯等;

 ?。?)安裝時應(yīng)遠離設(shè)備出入口;

 ?。?)同軸型傳感器應(yīng)防堵。

  常見故障有二種:

 ?。?)傳感器漏電(對于導電介質(zhì)用傳感器,絕緣層磨損時會漏電);

 ?。?)電路損壞。

  判定方法:

 ?。?)用萬用表電阻檔測量傳感器引線與大地間電阻,若阻值無限大,則傳感器不漏電;否則傳感器漏電需更換。

 ?。?)將傳感器斷電,拆掉傳感器引線,通電用手觸摸電路傳感器端子,同時觀察輸出電流:若電流有變化,則電路板沒有損壞;否則電路板損壞,需更換。

  如果被測介質(zhì)是導電的粘滯性介質(zhì),當液位下降時,由于電套管上仍粘附一層被測介質(zhì),因此會造成虛假的液位指示,在這種情況下應(yīng)定期清洗探頭。而在測量粘滯性非導電液體時,當液位下降后,光電上會附上一薄層介質(zhì),但這不影響儀表的正常測量。

  3、標定方法

 ?。?)如果現(xiàn)場條件好、液面可以隨意調(diào)整,那么先使液面下降至零點,調(diào)整零點電位器使顯示儀表指示0%,電流輸出為4mA;使液面上升至滿點,調(diào)整量程電位器使顯示儀表指示100%,電流輸出為20mA。重復上述調(diào)整步驟,直到零滿位準確為止。

 ?。?)如果不可能重復進行現(xiàn)場設(shè)備液位排空和滿位的調(diào)整,則采用傳感器提升方法。

  假設(shè)安裝時液面高度為h1,將傳感器提起△h,從公式△h/h=(I1-I2)/16計算出I2。其中h為滿量程時液面高度;I1為液面高度為h1的電流輸出;I2為液面提起△h的電流輸出。調(diào)整傳感器量程電位器使輸出電流為I2。

  放回傳感器,根據(jù)h1/h=(I-4)/16計算I值,其中I為液面高度為h1時的電流輸出。調(diào)整傳感器零點電位器,使輸出電流為I值。至此標定結(jié)束。

  三、結(jié)論

  電容式物位計適用于各種導電、非導電液體的液位或粘性料位的遠距離連續(xù)測量和指示,也可以和其它電動儀表配套使用,以實現(xiàn)液位或料位的自動記錄、調(diào)節(jié)和控制。其亦可用于導電和非導電液體之間及二種介電常數(shù)不同的非導電液體之間的界面測量。電容物位計合理的選型與正確的接地是其實現(xiàn)準確測量以及安全運行的前提。

  


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