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    電容液位計(jì)針對(duì)于被測介質(zhì)介電常數(shù)發(fā)生變化時(shí)場合應(yīng)用分析

    發(fā)表時(shí)間：2020-04-18 ??點(diǎn)擊次數(shù)：642? 技術(shù)支持：1560-1403-222
    電容傳感器是利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從而使電容量發(fā)生變化的原理制成的。主要用于壓力、位移、液位、厚度、水分含量等參數(shù)的測量。電容式液位計(jì)是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個(gè)極，容器壁作為電容的另一極。
     
    兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)ε1和液面上的介電常數(shù)ε2不同，比如：ε1>ε2，則當(dāng)液位升高時(shí)，兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，ε值減小，電容量也減小。 
    所以，可通過兩電極間的電容量的變化來測量液位的高低。電容液位計(jì)的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保證液位測量準(zhǔn)確，因被測介質(zhì)具有導(dǎo)電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。電容液位計(jì)體積小，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測量。
     
    電容液位計(jì)應(yīng)用的非常初成果是飛機(jī)油箱內(nèi)油量的測定，它具有準(zhǔn)確度較高 ( 通?；菊`差為 ± 2． 5% ～ ± 0． 5% ，特殊精心制作時(shí)可達(dá)± 0． 01% ) 、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。目前，它已經(jīng)成為生產(chǎn)過程測量和控制領(lǐng)域中應(yīng)用**的物位計(jì)之一。在生產(chǎn)過程中，儀表使用的環(huán)境條件及工作介質(zhì)的壓力、溫 度、成分、含水量等工藝變量的隨機(jī)變化非常終以被測介質(zhì)介電常數(shù)變化的形式呈現(xiàn)出來。它將直接影響檢測元件的輸出信號(hào)，非常終影響測量的準(zhǔn)確性。一旦它們的影響不可忽略，必須采用補(bǔ)償方法。 

    電容式液位計(jì)
     
    1 被測介質(zhì)介電常數(shù)變化時(shí)產(chǎn)生的誤差
     
    在采用簡易型電容液位計(jì)測量液位時(shí)，要求液體上方的氣體介電常數(shù) εg 和液體介電常數(shù) εl 保持恒定，傳感器電容增量 ΔCh 才能與液位 h 呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。當(dāng)工況、環(huán)境條件和原材料等變化時(shí)，要保持被測介質(zhì)介電常數(shù) ( 特別是 εl ) 恒定是困難的。通常情況下，εl ＞ εg，并且變化顯著。εg≈1，我們只考慮 εl 變化的影響。設(shè) εl的相對(duì)性變化量為 β，則由此產(chǎn)生的相對(duì)測量誤差:
    QQ截圖20200326110917.jpg
     
    由于QQ截圖20200326110921.jpg因此 δ ＞ β，也就是說，因被測介質(zhì)介電常數(shù) εl 的不穩(wěn)定性引起的測量誤差超過 εl 本身不穩(wěn)定數(shù)值，而且 εl 越接近 εg，誤差越大。 
     
    當(dāng) εl = 2，β = ± 10% ( 一些國外標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)介電常數(shù)變化補(bǔ)償?shù)碾娙菀何挥?jì)規(guī)定的介電常數(shù)的允許變化范圍) 時(shí):
    QQ截圖20200326110925.jpg
    沒有考慮儀表本身的示值誤差及 εg 變化引起的影響，僅 δ 一項(xiàng)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儀表的基本誤差限。為了獲得正確的測量結(jié)果，必須采取補(bǔ)償措施。 
     
    2 補(bǔ)償方法
    補(bǔ)償方法有很多，我們可以根據(jù)被測介質(zhì)介電常數(shù)變化的情況，對(duì)測量結(jié)果的要求及“性能價(jià)格比”等因素選取合適的方法。
     
    這里介紹一下實(shí)用的雙輸入法產(chǎn)品。 
    2． 1 定點(diǎn)校正法
     
    自動(dòng)補(bǔ)償介電常數(shù)的電容液位計(jì)示意圖如圖 1 所示。
    自動(dòng)補(bǔ)償介電常數(shù)的電容液位計(jì)示意圖
     
    在被測液位范圍的中部，水平安裝一個(gè)電容物位開關(guān)或音叉液位開關(guān)自動(dòng)補(bǔ)償介電常數(shù)的電容液位計(jì)示意圖如圖 1 所示。當(dāng)液位到達(dá)該位置時(shí)，電容液位計(jì)傳感器電容量產(chǎn)生變化或原先振蕩的音叉受液體阻礙而停振，于是發(fā)出開關(guān)信號(hào)， 調(diào) 節(jié) 電 路 工 作， 改變輸出特性的斜率，使液位計(jì)的讀數(shù)值與該點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的液位值 相 吻 合，從 而 取 得 消 除 εl 變 化 影 響 的效果。
     
    該方法適用于容器內(nèi)液體的介電常數(shù)變化緩慢的場合，例如，原料、半成品及成品貯槽內(nèi)的液位測量。
     
    2． 2 補(bǔ)償電容傳感器法
    在容器的底部另行安裝一個(gè)補(bǔ)償電容電極，該電極始終處于被測介質(zhì)之中，測取與介電常數(shù)成正比的信號(hào)。將該信號(hào)輸入儀表，通過儀表內(nèi)部的除法器，將它去除測量電極的輸出信號(hào)，從而去除 εl 因子。除法器的輸出信號(hào)只與液位有關(guān)，而與 εl 無關(guān)。
     
    該方法適用于被測液體介電常數(shù)變化較迅速的場合，如反應(yīng)容器內(nèi)的液體測量。
     
    我們發(fā)現(xiàn)上述兩種方法有一個(gè)共同點(diǎn): 起到補(bǔ)償作用的傳感器都是安裝在容器某個(gè)固定的位置上，并以該位置上液體介電常數(shù)的變化為依據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。這兩種方法僅適用于容器內(nèi)不同位置上液體的介電常數(shù)及與其變化完全相同的場合。
     


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