Сегментированные емкостные преобразователи уровня

Представленные выше примеры, конечно, не исчерпывают всего многообразия конструкций преобразователей емкостных уровнемеров. Тем более что рассмотренные конструкции при всех их положительных качествах могут измерять лишь общий уровень продукта.

Высокая потребность в чувствительных и точных емкостных уровнемерах, способных функционировать при воздействии большого числа мешающих факторов и большой спрос на уровнемеры, позволяющие измерять и контролировать положение границ раздела многофазных сред, привели к созданию целого ряда оригинальных емкостных преобразователей уровня.

Разработка емкостных уровнемеров, независимых к изменению диэлектрической проницаемостей контролируемых сред, стала возможной при использовании нового технического решения в конструкции самого емкостного преобразователя. Таким решением стала пространственная сегментация измерительного электрода преобразователя, реализованная, например, в измерителе уровня типа МПУ-100 (рис. 4.10).

Преобразователь прибора МПУ-100 конструктивно состоит из двух электродов, изолированных трубами из стеклопластика. Один из электродов — измерительный, выполнен в виде набора отдельных ламелей (обкладок) равномерно размещенных по всей длине чувствительного элемента, другой электрод — общий (противоэлектрод) имеет целостную конструкцию.

Рис. 4.10. Сегментированный емкостной преобразователь уровня МПУ-100

Управление работой прибора полностью автоматизировано и осуществляется микропроцессорным модулем, который выполняет последовательный опрос отдельных ламелей. Поскольку эквивалентное сопротивление контролируемой жидкости имеет нс только емкостную, но и активную составляющие, то в процессе измерения определяется не просто емкость, а импеданс (полное сопротивление) продукта. По сравнению результатов измерений по паре ламелей (находящейся в газовой среде и погруженной в жидкость), прибор периодически автоматически калибруется, отслеживая изменения диэлектрической проницаемости, как это было показано на преобразователе на рис. 4.9.

Влияние распределения электрического поля на краях ламелей на точность измерений устраняется специальным алгоритмом. Наряду с этим сами ламели являются реперными участками чувствительного элемента с заранее известной привязкой к уровню, что дополнительно способствует повышению точности измерений. Вычисленные значения уровня преобразуются в цифровой электрический сигнал. Важно и то, что пространственная сегментация чувствительного элемента позволила реализовать в приборе еще одну дополнительную функцию — возможность измерения уровня раздела двух несмешивающихся жидкостей. Измеритель МПУ-100 способен определять границу между подтоварной водой и контролируемым продуктом.

В настоящее время измерители уровня типа МПУ-100 успешно эксплуатируются на объектах нефтяных компаний Сибири, надежно выполняя измерительные функции и обеспечивая автоматизацию технологических процессов.

Оригинальная многоэлементная конструкция емкостного преобразователя уровня применяется в измерительной системе ИГЛА (СИ ИГЛА).

В датчиках уровня СИ ИГЛА используется емкостной сегментированный метод измерения, обеспечивающий прямое преобразование уровня продукта и уровня раздела сред без промежуточных механических элементов.

Чувствительный элемент датчиков имеет большое количество отдельных сегментов — конденсаторов (до 128 шт. на 1 м длины датчика). Сенсоры этих датчиков имеют встроенные активные схемы возбуждения и изготовлены из двух печатных плат, металлизация которых образует обкладки измерительных конденсаторов. Размер каждого измерительного сегмента по высоте колеблется от 8 до 64 мм в зависимости от конструкции и требований к датчику.

В датчиках уровня СИ ИГЛА (рис. 4.11, датчик ДУ-М) реализуется встроенный механизм поверки Рис. 4.11. датчика на резервуаре. Кроме того, датчик осуществ;

Датчик ДУ-М _ляет постоянную калибровку себя для компенсации воздействия факторов внешней среды.

Для ряда применений конструкция датчика может иметь возможность подключения датчика плотности. Датчик плотности (см. на рис. 4.11 снизу) является полностью законченным устройством, предназначенным для встраивания в системы измерения.

Применение большого числа очень малых емкостей делает датчик нечувствительным к изменению диэлектрической постоянной среды.

Реализация сенсора в виде плоского составного конденсатора позволяет снять ограничения на длину датчика. Легко реализуется жесткая конструкция датчика уровня высотой до 20 м. При этом конструкция датчика всегда будет стоять на дне резервуара и следовательно измерения уровня будут выполняться от дна резервуара.

Конструкция датчиков уровня модульная, их отдельные части взаимозаменяемые, в результате блочный ремонт датчика можно реализовать непосредственно на объекте Это позволяет:

• • получить хорошую точность во всем диапазоне измеряемого уровня, которая не зависит от размера датчика и уровня топлива;
• • эффективно компенсировать различие свойств разных жидких сред от партии к партии и изменение температуры топлива, тем самым производить калибровку датчика в процессе работы;
• • так как сегменты имеют равномерное расположение, а жидкость заполняет (опорожняет) их последовательно, то, используя специальные методы можно гарантированно определить метрологические параметры датчика и обеспечить его вторичную поверку на резервуаре без демонтажа;
• • хорошая точность и эффективная компенсация изменения свойств жидкости обеспечивают высокую метрологическая надежность датчиков;
• • датчик уровня не использует промежуточные механические преобразователи, уровнемеры СИ ИГЛА реализуют прямой способ измерения уровня, так как информативным для них являются естественные границы раздела сред, например, «воздух — топливо» и/или «топливо-вода».

Многосегментный емкостной преобразователь с большим числом секций на единицу его длины обладает хорошим пространственным разрешением. Это свойство преобразователя позволяет достаточно просто построить «профиль» электрических свойств контролируемых многофазных сред. В данном случае — это «профиль» емкостей, равно, как и диэлектрической проницаемости. Получив аппроксимацию функции С =f (h) или е = f (h) и построив по ним функции gradi, C =f (h) или grad/, e =f (h), принять положения локальных максимумов, как соответствующих положениям границ разделов контролируемых сред. Значения h в приведенных функциях — это текущее значение «профиля». Сам «профиль» опосредованно дает наглядную картину пространственного содержания контролируемых сред в резервуаре.

Таким образом, данный тип датчика обладает наиболее современным, технически совершенным принципом измерения уровня диэлектрических жидкостей среди контактных уровнемеров.

Как показывает обзор, многие фирмы используют в своих приборах емкостные сегментированные преобразователи уровня.