Теплотехнические измерения (стр. 2 из 2)

При применение емкостных уровнемеров необходимо иметь в виду, что измеряемый уровень жидкости функционально связан с диэлектрической проницаемостью веществ. Поэтому при измерение уровня жидкости емкостным уровнемером следует учитывать, что значение диэлектрической проницаемости жидкости изменяется с изменением температуры её.

В зависимости от электрических характеристик жидкости, уровень которых измеряют емкостным методом, разделяют на неэлектропроводные и электропроводные. Такое деление жидких диэлектриков имеет некоторую условность, но является практически целесообразным. жидкости, имеющим удельное сопротивление ρ > 10⁷ ч 10⁸ Ом · м и относительную диэлектрическую проницаемость ε_ж ≤ 5 ч 6, относятся к группе неэлектропроводных, а жидкости имеющие ρ ≤ 10⁵ ч 10⁶ Ом · м и ε_ж ≥ 7ч10, относятся к группе электропроводных. Следует отметить, что удельное электрическое сопротивление и диэлектрическая проницаемость жидкостей в большой степени зависят от частоты напряжения, на которой производится измерение уровня. Вследствие различия электрических характеристик жидкостей емкостные преобразователи уровнемеров выполняют различными. Принципиальное различие состоит в том, что один из электродов преобразователя для измерения уровня электропроводных жидкостей покрывается электрической изоляцией, а электроды преобразователей для неэлектропроводных жидкостей не изолируют. Некоторые типы емкостных уровнемеров находят применение для сигнализации и дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью.

Рис.1. Схема устройства емкостного преобразователя для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей.

На рис.1 приведена схема устройства емкостного преобразователя уровнемера, выполненного в виде цилиндрического конденсатора из двух коаксиально расположенных стальных труб 2 и 3. Преобразователь окружен в резервуаре 1, в котором производится измерение жидкости.

C_{пр -} Емкость преобразователя

С_пр = С₁ + С_on

C_on - начальная емкость преобразователя на рабочем участке высотой Н, заполненном воздухом.

С_on= (2πε₀Н) / ln * (r_2/r₁)

С₁ - емкость проходного изолятора 4 и соединительного кабеля.

С₂ - емкость преобразователя на участке высоты H - h, заполненном воздухом и парами жидкости.

r₁ и r₂ - радиусы электродов 3 и 2, м.

С₂= (2πε₀ ε _{2 (}Н-h)) / ln * (r_2/r₁)

С₃ - емкость преобразователя на участки высотою h, заполненной жидкостью.

С₃ = (2πε₀ ε_ж h) / ln * (r_2/r₁)

Рис. 2 Схема устройства емкостного преобразователя для измерения уровня электропроводных жидкостей.

Рис.3 Эквивалентная электрическая схема преобразователя

На рис.2 приведена схема устройства емкостного преобразователя для измерения уровня электропроводности жидкости. Один электрод преобразователя выполнен в виде металлического стержня 1, наружная поверхность которого покрыта изоляцией 2, например фторопластом. Вторым электродом служит цилиндрическая стенка резервуара 3, в котором измеряют уровень жидкости. Такая схема преобразователя используется в емкостном индикаторе уровня ЭИУ-2. На рис.3 изображена эквивалентная электрическая схема этого преобразователя. Здесь С₁ - емкость проходного изолятора 4 и соединительного кабеля, значение которой не зависит от среды, находящейся в резервуаре; С₂ - емкость, образованная наличием на электроде 1 изоляционного покрытия 2 с диэлектрической проницаемостью ε₂ на участке длиной H -h; С₃ - емкость между наружной поверхностью изолированного электрода 1 и стенкой резервуара 3 на участке высотой H -h, где диэлектриком являются воздух и пары жидкости, уровень которого измеряют; С₄ - емкость, образования наличием на электроде 1 изоляционного покрытия с диэлектрической проницаемостью на участке высотою h, соприкасающемся с проводящей жидкостью; С₅ - емкость между наружной поверхностью изолированного электрода 1 и стенкой резервуара 3 на участке высотою h.

Емкость преобразователя, отнесенная к зажимам (а), определяется по формуле

С_па = С₁ + С₄С_5/ (С₄+С₅)

Наличие сопротивлений утечек R₁ и R₃ в выходном параметре преобразователя приводит к появлению дополнительного сигнала, фаза которого будет сдвинута относительно основного сигнала так же, как в уровнемере для измерения уровня неэлектропроводной жидкости.

Задача № 1.

Образцовый прибор показывает при поверке температуру t₂. а поверяемый прибор - t₁, оС. Определить погрешность измерения.

РЕШЕНИЕ

t1 = 118єC t2 = 115єC	Абсолютная погрешность определяется по формуле: ∆ = x - xд Где: xд - действительное значение измеряемой величины t2. x - показания прибора t1. ∆ = 115 - 118 = - 3єС
----------------- ∆ =?	Ответ: абсолютная погрешность - 3єС

Задача № 2.

Определите вариацию показаний жидкостного дифференциального тягонапоромера тип ТДЖ (0-1600), абсолютную или относительную погрешности, если даны его показания при прямом и обратном ходе измерений.

РЕШЕНИЕ

Т, Д, Ж - (0-1600) Пря. ход. = 50,8Па Обр. ход. = 50,5 Па	Вариация - определяется по формуле: Где: ΔV - наибольшая разность показаний, полученная при одном и том же значении измеряемой величины при прямом и обратном ходе; Nн - начальное значение шкалы; Nк - конечное значение шкалы.
------------------------

V - ?

Абсолютная погрешность:

∆ = X - X_д = 50,5 - 50,8 = - 0,3Па

Относительная погрешность:

%

Ответ: V = - 0,0188%

Задача № 3.

Милливольтметр имеет равномерную шкалу, разделенную на 50 интервалов. Зная нижний и верхний пределы измерения, определите цену деления шкалы и чувствительность милливольтметра.

РЕШЕНИЕ

n = 50 Nн = - 20 мВ Nк = 20 мВ	Цена деления шкалы определяется по формуле: = 0,8 мВ Находим чувствительность прибора: 0,125 мВ-1
-------------------- ц. д. - ? ρ - ?	Ответ: ц. д = 0,8 мВ; ρ = 0,125мВ-1

Литература

1. В.П. Преображенский “Теплотехнические измерения и приборы" Москва 1978 год.