电容式油水界面液位传感器的设计

[摘 要]：本文设计了圆柱形电容传感器，其输出为4～20mA信号，可与自动控制仪表及相应执行部件构成油水界面自动监控系统。只需通过简单的标定，便可用于各种油品。圆柱形传感器测量精度可达±1mm，可以在室温到100℃变温环境下正常工作。 1引言 在海上溢油处理和石油、化工行业中，常常要用一些方法有效地排出油或去除油品中的水份，这种设备装置一般称为油水分离器，最简单的1种如图1所示。含有水份的油品进入容器后，上下分离形成1个界面。如何能及时准确地判知界面所在位置，及时开闸放水，准确地停止放水进油，或是开始抽油，是该设备使用中的关键所在。 在解决了高性能(绝缘电阻高，介电系数随温度变化小)的绝缘层涂料之后，设计一种圆柱形电容传感器，可以和自动控制仪表及相应执行部件构成自动检测系统，实现油水分离的自动检测功能。 2 传感器的结构与工作原理 根据实用环境的需要，设计了圆柱形双极管电容式传感器。 2.1圆柱形电容传感器 其结构如图2所示，绝缘接头部分由实际配合装置决定。电容部分由两根1m长的金属圆管构成。内管的外径为ф25mm，外管的内径为厘ф40mm，外管经过直径沿纵向铣成两半(以便在其内外壁上喷涂绝缘涂层)，再由绝缘支撑部件恢复其圆形，并在其两侧留下 两条窄缝，使液体可以在任何高度进人两管之间，形成电容器的电介质。 图2的结构近似地构成了一个圆柱形电容器，当其中充有油和水两种介质时，便看作是两个电容器并联。按照电磁学理论，圆柱形电容器的电容值为： 对于确定的温度或温度波动不大，表面比较清洁的情况，A、B可以视为常数。这样就可以根据后面的电容检测电路测出的整个圆柱形传感器的电容值来测算出其中油水界面h的值。 2.2传感器检测及变送电路 在不同温度情况下工作也需对传感器进行标定。在涂层材料方面，我们可以选择具有高绝缘性能的聚四氟乙烯作为圆柱形传感器内外极的涂层，它可以在120℃下正常工作，介电常数随温度变化不大，在200μm厚的涂层绝缘电阻可达500MΩ℃以上，完全可以达到工作要求。