Тепловые уровнемеры основаны либо на использовании различия температур жидкости и парогазовой смеси над ней (дилатометрические уровнемеры), либо различия их теплопроводностей (терморезисторные уровнемеры и уровнемеры ТЭДС).

Чувствительным элементом дилатометрического уровнемера (рис. 140) является стержень или трубка, омываемые жидкостью и парогазо­вой смесью. В результате теплообмена между чувствительным элемен­том, жидкостью и газом чувствительный элемент приобретает определен­ную температуру, пропорциональную температурам жидкости и газа, а также текущему значению уровня жидкости в сосуде. Следовательно, при постоянстве температур жидкости и газа средняя температура чувст­вительного элемента будет являться мерой текущего значения уровня. О средней температуре чувствительного элемента судят либо по его отно­сительному удлинению, либо по давлению жидкости или газа, заполняю­щим его внутреннюю полость (см. рис. 142).

Дилатометрические уровнемеры применяют при измерении уровня конденсированных жидкостей, т. е. когда температуры жидкости и паро-

газовой смеси над не   относительно стабильны и при этом значительно разнятся между собой.

Несмотря на простоту и надежность дилатометрические уровнемеры вследствие малых диапазонов измерений (не более 0,75 м) и невысокой точности не получили широкого промышленного применения.

/ = const

У///////////77?

Рис.    140.   Чувствитель­ный элемент дилатомет­рического уровнемера

Рис. 141. Чувствительный эле­мент   тензорезисторных   уров­немеров

Чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров (рис. 141) представляет собой помещенный в сосуд резистор, электрическое сопро­тивление которого определяется его температурой. Для создания гради­ентов температур в жидкой и газовой фазах применяют прямой и кос­венный подогревы резистора. Прямой подогрев осуществляется эа счет тепла, выделяемого при прохождении через резистор электрического то­ка, косвенный — с помощью монтируемого в датчике подогревательно­го элемента.

Вследствие различной интенсивности теплопередачи от нагретого те­ла к жидкости и газу, участки резистора, находящиеся в соприкоснове­нии с различными фазами, будут иметь различную температуру и, следо­вательно, различное электрическое сопротивление. По сопротивлению ре­зистора в данном случае можно судить о текущем значении уровня, т. е. выходным параметром датчика является сопротивление резистора или, что при условии постоянства силы тока / = const, эквивалентно падению напряжения Un на резисторе.

Обычно чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров представляет собой вертикально натянутую тонкую проволоку с боль­шим погонным электрическим сопротивлением, что обеспечивает его вы­сокую чувствительность.

Функция преобразования датчика линейна и описывается уравнением

 -?i) —h.                  (13.13)

где AR = Rj, — Ro — разность сопротивлений резистора при текущем (/?„) и нулевом (Ro) уровнях жидкости, г0 — погонное сопротивление

резистора при нормальной температуре (?0), «г — температурный коэф­фициент сопротивления материала резистора, t2, ti — температуры по­груженного в жидкость и „сухого" участков резистора.

Как следует из формулы (13.13), основными источниками дополни­тельных погрешностей терморезисторных уровнемеров являются непо­стоянство коэффициента щ и удельного сопротивления г0. Стабильность коэффициента щ обеспечивается соответствующей обработкой материала резистора, предотвращающей его старение в процессе эксплуатации. Для того, чтобы исключить разрушение поверхности резистора, на нее нано­сят специальное защитное покрытие. В какой-то мере это стабилизирует величину г0. Но наибольшее влияние на г0 оказывают изменения At0 тем­пературы окружающей среды t0. Эти изменения обусловливают „плава­ние" нуля прибора и, как следствие, приводят к дополнительной погреш­ности

Для уменьшения этой погрешности применяют различные компенса­ционные схемы с дополнительными резисторами.

В настоящее время в качестве датчиков терморезисторных уровне­меров широко используют полупроводниковые резисторы (1ГГР), пре­имущество которых заключается в большом температурном коэффици­енте сопротивления и в высоком электрическом сопротивлении, что обеспечивает высокую чувствительность датчиков. Практически все се­рийно выпускаемые терморезисторные уровнемеры (типов KMT, MMT и др.) имеют полупроводниковые датчики. Единственный (но в ряде слу­чаев немаловажный) недостаток ПТР — нелинейность их выходной ха­рактеристики.

Специфической областью применения терморезисторных уровнеме­ров является криогеника (измерение уровня жидких газов). При этом все большее распространение получают резисторы, изготовленные из сверхпроводящих материалов. Вследствие эффекта сверхпроводимости погруженная часть резистора имеет нулевое сопротивление и выходной сигнал зависит лишь от уровня сжиженного (при температуре меньшей 20 К) газа и температуры „сухой"  (непогруженной) части резистора.

Обратите внимание: