一、電容式物位計(jì)的工作原理
電容式物位計(jì)由電容式物位傳感器和檢測(cè)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(cè)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(jìn)行工作的。其結(jié)構(gòu)如同2個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)、半徑分別為R和r的圓筒型金屬導(dǎo)體,中間隔以絕緣物質(zhì),當(dāng)中間所充介質(zhì)是介電常數(shù)為ε1的氣體時(shí),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(dǎo)電性的)浸沒時(shí),則必須會(huì)有電容量的增量△C產(chǎn)生(因ε2>ε1),此時(shí)兩間的電容量C=C1+△C。假如電被浸沒長(zhǎng)度為l,則電容增量為:
ΔC=2π(ε2-ε1)l/(lnR/r)
當(dāng)ε2、ε1、R、r不變時(shí),電容量增量△C與電浸沒的長(zhǎng)度l成正比,因此測(cè)出電容增量數(shù)值便可知道液位高度。
如果被測(cè)介質(zhì)為導(dǎo)電性液體時(shí),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(zhǎng)度為l,則此時(shí)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(jì)在應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
1、選型
由于被測(cè)介質(zhì)的不同,電容式物位傳感器有不同的型式。
?。?)測(cè)量導(dǎo)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(gè)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(dāng)容器為非導(dǎo)電體時(shí),需另加一個(gè)接地,其下端浸至被測(cè)容器底部,上端與安裝法蘭有可靠的導(dǎo)電連接,以使二電中有一個(gè)與大地及儀表地線相連,保證儀表正常測(cè)量。
?。?)測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容物位傳感器,當(dāng)用于較稀的非導(dǎo)電液體(如輕油等)時(shí),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(cè)介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)成同軸套筒形電容器。
(3)當(dāng)測(cè)量粉狀非導(dǎo)電固體料位和粘滯性非導(dǎo)電液體液位時(shí),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(chǎng)實(shí)際情況,即被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)(導(dǎo)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(jì)。
2、應(yīng)用中常見故障的處理
如果電容式物位計(jì)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(shí)應(yīng)注意:
?。?)介質(zhì)的介電常數(shù)應(yīng)穩(wěn)定(對(duì)于非導(dǎo)電介質(zhì));
?。?)對(duì)于軟纜型傳感器,安裝時(shí)需考慮傳感器周圍均衡,應(yīng)遠(yuǎn)離爬梯等;
?。?)安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)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(duì)于導(dǎo)電介質(zhì)用傳感器,絕緣層磨損時(shí)會(huì)漏電);
(2)電路損壞。
判定方法:
(1)用萬用表電阻檔測(cè)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(shí)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(cè)介質(zhì)是導(dǎo)電的粘滯性介質(zhì),當(dāng)液位下降時(shí),由于電套管上仍粘附一層被測(cè)介質(zhì),因此會(huì)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(cè)量粘滯性非導(dǎo)電液體時(shí),當(dāng)液位下降后,光電上會(huì)附上一薄層介質(zhì),但這不影響儀表的正常測(cè)量。
3、標(biāo)定方法
(1)如果現(xiàn)場(chǎng)條件好、液面可以隨意調(diào)整,那么先使液面下降至零點(diǎn),調(diào)整零點(diǎn)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(diǎn),調(diào)整量程電位器使顯示儀表指示100%,電流輸出為20mA。重復(fù)上述調(diào)整步驟,直到零滿位準(zhǔn)確為止。
?。?)如果不可能重復(fù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(shí)液面高度為h1,將傳感器提起△h,從公式△h/h=(I1-I2)/16計(jì)算出I2。其中h為滿量程時(shí)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(jì)算I值,其中I為液面高度為h1時(shí)的電流輸出。調(diào)整傳感器零點(diǎn)電位器,使輸出電流為I值。至此標(biāo)定結(jié)束。
三、結(jié)論
電容式物位計(jì)適用于各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位或粘性料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測(cè)量和指示,也可以和其它電動(dòng)儀表配套使用,以實(shí)現(xiàn)液位或料位的自動(dòng)記錄、調(diào)節(jié)和控制。其亦可用于導(dǎo)電和非導(dǎo)電液體之間及二種介電常數(shù)不同的非導(dǎo)電液體之間的界面測(cè)量。電容物位計(jì)合理的選型與正確的接地是其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量以及安全運(yùn)行的前提。
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