Преобразователи, основанные на измерении электрофизических параметров

Приборы этой группы можно классифицировать следующим образом:

кондуктометрические, емкостные, а также радиочастотные.

Кондуктометрический сигнализатор включает в себя электроконтактный датчик и релейный блок. Датчик имеет один электрод, если корпус емкости выполнен из электропроводящего материала, и два, если резервуар выполнен из диэлектрика.

На электроды датчика может подаваться напряжение не более 12 В, при этом плотность тока не должна превышать 2 мА/см².

В комплект прибора входят три датчика и релейный блок. Релейный блок содержит три транзисторных релейных каскада, работающих независимо друг от друга. Транзисторный релейный каскад собран на двух транзисторах по схеме усилителя с эмиттерной и коллекторной (комбинированной) обратной связью. Нагрузкой является электромагнитное реле.

Погрешность измерений составляет ±10 мм. Возможность удаления вторичных приборов от места установки датчиков до 100 м.

Для предупреждения потерь продукта разработан прибор для гашения пены, образующейся в процессе сгущения молока в вакуум-выпарном аппарате.

В качестве датчика– сигнализатора уровня используется электрод из нержавеющей стали. При достижении пены электрода датчика замыкается цепь питания электромагнитного реле, через замыкающий контакт которого включается клапан, открывая доступ воздуха в вакуум-аппарат. Пена садится, цепь вновь размыкается, реле обесточивается и клапан перекрывает доступ воздуха в аппарат. Напряжение, подаваемое на датчик, составляет 24 В.

Емкостные датчики основаны на преобразовании уровня продукта в изменение электрической емкости. Емкостные датчики обеспечивают как сигнализацию предельных значений уровня, так и его индикацию. В каждом случае вторичным прибором служит соответствующий измеритель электрической емкости.

При существенном различии диэлектрической проницаемости двух сред емкостной датчик может служить для контроля поверхности их раздела.

Применение датчиков не представляется возможным для вязких продуктов из-за их налипания, а также для жидкостей, образующих пену.

Сигнализаторы оснащаются одним, двумя и тремя датчиками для сигнализации нижнего, верхнего и предельного уровней. Сигнализаторы имеют электрический выход для дистанционной передачи. Сигнал может быть преобразован в пневматический с помощью соответствующей приставки – преобразователя.

Для диэлектриков применяются датчики с голыми проводниками в виде стержней, двух коаксиальных цилиндров или параллельных пластин.

Цилиндрический представляет собой коаксиально расположенные трубки. Плоский имеет две или несколько параллельно расположенных пластин.

Для цилиндрического конденсатора:

.

Для плоского преобразователя:

,

где – высота контролируемого уровня;

– максимальная высота;

a – расстояние между пластинами, см;

, – наружный и внутренний диаметр;

– ширина пластины;

eж, eср – диэлектрическая проницаемость жидкости и окружающей среды (воздуха).

При контроле электропроводных материалов, каковыми, как правило, являются жидкие пищевые продукты, электроды покрываются слоем изоляции, чаще всего фторопластом.

Емкостные датчики включаются в мостовую измерительную схему или колебательный контур генератора высокой частоты.

В электронном сигнализаторе уровня датчик сигнализатора представляет собой металлический электрод, заключенный в полимерный чехол (фторопласт) и укрепленный в корпусе.

Емкостной электронный индикатор уровня предназначен для непрерывного измерения в резервуарах уровня различных сред – жидких и сыпучих.

Принцип работы – измерение емкости первичного преобразователя.

В качестве измерительной схемы используется неравновесный индуктивно-екостной мост, питаемый от высокочастотного генератора ( кГц).

При изменении уровня среды меняется электрическая емкость датчика, что вызывает разбаланс моста и в его дополнительной диагонали проходит ток, который усиливается, сглаживается фильтром и поступает на показывающий прибор.

В зависимости от величины изменения электрической емкости датчика прибор работает на одном из поддиапазонов: 0-100; 0-500; 0-1000 пФ. Переключение поддиапазонов осуществляется изменением конденсаторов, входящих в колебательный контур, что приводит к изменению генерируемой частоты. Проверка прибора осуществляется подключением конденсаторов, равных по величине электрической емкости датчика и соединительного кабеля на всех поддиапазонах измерения.

Датчик выполнен в виде стержня из нержавеющей стали Х18Н9Т, изолированного фторопластом. Основная погрешность ±2, 5 % от предела измерения. Пределы измерения 1–20 м.

В настоящее время освоен серийный выпуск комплекса унифицированных высокочастотных резонансных измерителей и сигнализаторов уровня жидких и сыпучих сред, основанных на высокочастотном резонансном методе измерений. Этот комплекс обеспечивает на основе единого метода решения широкого круга общепромышленных задач измерения и сигнализации уровня.

Комплекс включает аналоговые уровнемеры на различные диапазоны измерений жидких электропроводных и диэлектрических сред, многопозиционные сигнализаторы и уровнемеры для сыпучих сред (уровнемер высокочастотный дискретный), систему унифицированных сигнализаторов уровня для жидких и сыпучих продуктов, а также измеритель жидкого аммиака.

Приборы построены на базе блочно-модульного принципа с максимальным использованием микроэлектроники для контроля уровня растворов кислот, щелочей и других электропроводных сред.

Любой прибор формируется на основе унифицированных функциональных электронных модулей и конструктивных узлов и состоит из первичного преобразователя и электронного блока.

Модули выполнены на основе унифицированных плат и имеют унифицированные конструкции электронного блока и отдельных узлов первичного преобразователя.

Суть метода измерения – использование зависимости различных резонансных интегральных характеристик электромагнитных систем с распределенными параметрами, применяемых в качестве чувствительных элементов первичных преобразователей, от контролируемого параметра.

В качестве чувствительных элементов используются отрезки однородной длинной линии (для жидких сред); высокочастотные резонансные контуры для сигнализаторов уровня б; система высокочастотных контуров, выполняющих роль фильтров передачи сигнала между входной и выходной линиями в –для уровнемера сыпучих сред, работающего по принципу многопозиционной сигнализации уровня с последующим преобразованием дискретной информации в непрерывный выходной сигнал.

Интегральными характеристиками высокочастотных систем являются: для отрезков длинных линий – основная резонансная частота и входной импеданс, для высокочастотных резонансных контуров – входной импеданс.

Диапазон рабочих частот – от кГц до десятков МГц.

Конструкция преобразователя (рис. 5.3.1, в) полностью исключает влияние на выходную характеристику внешних электромагнитных полей.

При изменении сред, обладающих свойством хороших проводников или диэлектриков ( См/см и ) чувствительный элемент выполнен в виде отрезка линии с добротностью .

Рис. 5.3.1

Для сред с См/см и чувствительный элемент реализуется на основе проводников с диэлектрической оболочкой. Выходные параметры 0¸ 5 мА постоянного тока.

Принцип действия – изменение частоты генератора. Чувствительный элемент (ЧЭ) – отрезок длинной линии, включенный в схему в качестве частотозадающего колебательного контура генератора высокой частоты (ГВЧ).

С повышением уровня частота увеличивается в результате уменьшения электрической длины отрезка.

На рис. 5.3.2 блок М1 – первичный преобразователь, М2 – высокочастотный преобразователь, М3 – измерительный преобразователь, М4 – блок питания с источником питания (ИП).

Схема осуществляет преобразование частоты в последовательность прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и длительностью,

Рис. 5.3.2

Схема преобразователя включает в себя детектор (Д1), тактовый генератор (ГТ) частотой 1 кГц, триггер (ТГ) и схему совпадения (СС) и делитель (Д2).

С триггера снимается импульс, длительность которого пропорциональна измеряемой частоте. Импульс поступает на фильтр (Ф), а оттуда – на усилитель постоянного тока (УПТ), на выходе которого появляется сигнал в диапазоне 0–5 или 4–20 мА, пропорциональный контролируемому уровню.