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電容液位計針對于被測介質介電常數發(fā)生變化時場合應用分析

發(fā)表時間：2020-04-18 ??點擊次數：716? 技術支持：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的性質和含量，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、水分含量等參數的測量。電容式液位計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，金屬棒作為電容的一個極，容器壁作為電容的另一極。

兩電極間的介質即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數ε1和液面上的介電常數ε2不同，比如：ε1>ε2，則當液位升高時，兩電極間總的介電常數值隨之加大因而電容量增大。反之當液位下降，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。電容液位計的靈敏度主要取決于兩種介電常數的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保證液位測量準確，因被測介質具有導電性，所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。電容液位計體積小，容易實現(xiàn)遠傳和調節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓的介質的液位測量。

電容液位計應用的非常初成果是飛機油箱內油量的測定，它具有準確度較高 ( 通常基本誤差為 ± 2． 5% ～ ± 0． 5% ，特殊精心制作時可達± 0． 01% ) 、結構簡單、可靠、安裝方便等優(yōu)點。目前，它已經成為生產過程測量和控制領域中應用**的物位計之一。在生產過程中，儀表使用的環(huán)境條件及工作介質的壓力、溫度、成分、含水量等工藝變量的隨機變化非常終以被測介質介電常數變化的形式呈現(xiàn)出來。它將直接影響檢測元件的輸出信號，非常終影響測量的準確性。一旦它們的影響不可忽略，必須采用補償方法。

1 被測介質介電常數變化時產生的誤差

在采用簡易型電容液位計測量液位時，要求液體上方的氣體介電常數 εg 和液體介電常數 εl 保持恒定，傳感器電容增量 ΔCh 才能與液位 h 呈現(xiàn)一一對應的線性關系。當工況、環(huán)境條件和原材料等變化時，要保持被測介質介電常數 ( 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 εl的相對性變化量為 β，則由此產生的相對測量誤差:

由于

因此 δ ＞ β，也就是說，因被測介質介電常數 εl 的不穩(wěn)定性引起的測量誤差超過 εl 本身不穩(wěn)定數值，而且 εl 越接近 εg，誤差越大。

當 εl = 2，β = ± 10% ( 一些國外標準中，對介電常數變化補償的電容液位計規(guī)定的介電常數的允許變化范圍) 時:

沒有考慮儀表本身的示值誤差及 εg 變化引起的影響，僅 δ 一項就遠遠大于儀表的基本誤差限。為了獲得正確的測量結果，必須采取補償措施。

2 補償方法

補償方法有很多，我們可以根據被測介質介電常數變化的情況，對測量結果的要求及“性能價格比”等因素選取合適的方法。

這里介紹一下實用的雙輸入法產品。

2． 1 定點校正法

自動補償介電常數的電容液位計示意圖如圖 1 所示。

在被測液位范圍的中部，水平安裝一個電容物位開關或音叉液位開關自動補償介電常數的電容液位計示意圖如圖 1 所示。當液位到達該位置時，電容液位計傳感器電容量產生變化或原先振蕩的音叉受液體阻礙而停振，于是發(fā)出開關信號，調節(jié) 電路工作，改變輸出特性的斜率，使液位計的讀數值與該點位置對應的液位值相吻合，從而取得消除 εl 變化影響的效果。

該方法適用于容器內液體的介電常數變化緩慢的場合，例如，原料、半成品及成品貯槽內的液位測量。

2． 2 補償電容傳感器法

在容器的底部另行安裝一個補償電容電極，該電極始終處于被測介質之中，測取與介電常數成正比的信號。將該信號輸入儀表，通過儀表內部的除法器，將它去除測量電極的輸出信號，從而去除 εl 因子。除法器的輸出信號只與液位有關，而與 εl 無關。

該方法適用于被測液體介電常數變化較迅速的場合，如反應容器內的液體測量。

我們發(fā)現(xiàn)上述兩種方法有一個共同點: 起到補償作用的傳感器都是安裝在容器某個固定的位置上，并以該位置上液體介電常數的變化為依據進行補償的。這兩種方法僅適用于容器內不同位置上液體的介電常數及與其變化完全相同的場合。

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