Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 43

На рис. 5.76 представлена схема уровнемера конденсатора турбины. К паровому пространству конденсатора турбины 3 при помощи соединительной трубки 2 присоединен однокамерный уравнительный сосуд 1, связанный с плюсовой камерой дифманометра. Чтобы не происходило понижение уровня в уравнительном сосуде за счет поддержания вакуумметрического давления в конденсаторе, в уравнительный сосуд по вводу 4 через ограничитель 5 постоянно подается конденсат из напорной линии конденсатного насоса. При этом избыток конденсата по трубке 2 стекает в конденсатор. Трубка 6 присоединена к всасывающему патрубку конденсатного насоса, в ней поддерживается измеряемый уровень h, соответствующий уровню в конденсаторе. Перепад на дифманометре имеет вид:

                  .

Т. к. , то выражение упрощается:

                                                      .

5.5.3.  Емкостные уровнемеры

Работа емкостных уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости e водных растворов, кислот и щелочей от диэлектрической проницаемости воздуха или водяных паров. Конструктивно емкостный уровнемер представляет собой конденсаторный преобразователь, образованный одним или несколькими стержнями, цилиндрами или пластинами, введенными в жидкость. Различают конденсаторные преобразователи для электропроводных и неэлектропроводных жидкостей. Электропроводными считаются жидкости, у которых удельное сопротивление r < 10⁶ Ом×м и диэлектрическая проницаемость e_ж ³ 7. У преобразователей для электропроводных жидкостей один из электродов изолирован, а электроды у преобразователей для неэлектропроводных жидкостей электроды не изолированы; в качестве электрода может использоваться металлическая стенка сосуда.

На рис. 5.77 приведена схема простейшего конденсаторного преобразователя уровнемера для непроводящих сред. Здесь один электрод длиной L опущен в среду на глубину погружения l, надежно изолирован от корпуса. Вторым электродом является корпус сосуда, соединенный с землей.

Рис. 5.77. Принципиальная схема датчика емкостного уровнемера для непроводящей жидкости	Рис. 5.78. Принципиальная схема датчика емкостного уровнемера для проводящей жидкости

Введем обозначения:

C₁ – емкость сопряжения в месте установки центрального электрода;

C₂ – емкость между корпусом сосуда и наружной поверхностью электрода на участке L–l;

C₃ – емкость между корпусом и наружной поверхностью электрода на участке l;

R₂ и R₃ – активные сопротивления утечки соответственно на участке L–l (выше уровня жидкости) и на участке l (ниже уровня жидкости с удельным сопротивлением r).

Принимая для параллельного соединения сопротивлений , полная проводимость преобразователя выразится уравнением:

                              .                                                                (5.60)

Для непроводящей среды , на участке L–l можно принять , тогда для цилиндрического сосуда:

                       ,                                                                (5.61)

где     d и D – диаметры электрода (стержня) и внутренней стенки сосуда;

          e_в и e_ж – диэлектрическая проницаемость соответственно воздуха и жидкости.

При e_ж > e_в с увеличением уровня емкость C₃ растет гораздо больше, чем уменьшается C₂. Это приводит к изменению суммарной емкости C_п, что может быть преобразовано в электрический сигнал и передано на вторичный измерительный прибор.

Для проводящих сред в жидкость погружается изолированный электрод (рис. 5.78). Вторым электродом является жидкость и стенки сосуда.

Обозначим:

C₁ – емкость соединительных деталей преобразователя;

C₂ – емкость изолированного покрытия электрода на участке L–l;

C₃ – емкость между стенками сосуда и изолированным слоем электрода на участке L–l;

C₄ – емкость изолированного покрытия на участке l;

C₅ – емкость между стенками сосуда и изоляционным покрытием на участке l;

R₅ – активное сопротивление утечки.

Т. к. , а , то

                                             .    (5.62)

С изменением уровня жидкости будет происходить основное изменение емкости преобразователя C_п за счет третьего слагаемого уравнения (5.62) (определяющего влияния величины C_п). Это также может быть использовано в качестве измерительного или управляющего сигнала.