Nøyaktig nivåmåling er avgjørende for en sikker og effektiv drift i industrielle prosesser som involverer ulike medier. Kapasitansmåleprinsippet tilbyr en allsidig løsning for punktnivådeteksjon og kontinuerlig nivåmåling, spesielt i krevende applikasjoner.
Dette prinsippet er basert på endringer i kapasitansen mellom to elektroder, vanligvis tankveggen og en sonde. Når nivået på mediet endres, endres det dielektriske mediet mellom elektrodene tilsvarende, og dermed endres kapasitansen. Denne endringen registreres og konverteres til et utgangssignal.
Kapasitansmåling fungerer i ledende og ikke-ledende væsker og tilpasser seg de spesifikke egenskapene til hvert medium. Den er egnet for høye temperaturer, høyt trykk og farlige områder, noe som gjør den til en robust og fleksibel løsning i et bredt spekter av bransjer.
Se videoen for å lære hvordan det kapasitive måleprinsippet fungerer.
Fordelene med Liquicap, Liquipoint, Solicap og Minicap i korthet:
- Universell anvendelse for væsker og faste stoffer
- Pålitelig måling i medier med lav og høy viskositet
- Fungerer uavhengig av tankgeometrien i ledende medier
- Universelt tilpassbare sonder
- Enkel igangkjøring
Hver dag fylles og tømmes de mest varierte medier fra tanker via rør. Eksempler er drikkevann, fruktjuicer, oljer og drivstoff, syrer eller saltlake. Siden disse mediene kan ha helt forskjellige egenskaper, finnes det ulike måleprinsipper for å registrere dem. For eksempel nivåmåling i henhold til kapasitansprinsippet.
Vi finner den eldste kondensatorkonstruksjonen hvis vi går tilbake til Ewald Georg von Kleist og Pieter von Musschenbroek i 1745. I 1775 oppfant Alessandro Volta en forbedret kondensator, og denne regnes som prototypen på moderne kondensatorer. SI-enheten for elektrisk spenning fikk navnet volt til ære for ham. Da Michael Faraday oppfant elektromagnetisk induksjon, ble det mulig å generere elektriske felt som, noe som sammen med oppfinnelsen av kondensatorer la grunnlaget for kapasitansinstrumentering. Til ære for Faraday ble SI-enheten for kapasitans kalt Farad.
Instrumenter for kapasitansnivå kan brukes til punktnivådeteksjon og kontinuerlig nivåmåling, spesielt i væsker. Måleprinsippet er basert på endringen i kapasitansen i en kondensator. La oss se nærmere på hvordan denne målemetoden fungerer ved hjelp av eksemplet med kontinuerlig måling. Rommet mellom to ujevnt ladede objekter kalles et elektrisk felt. I dette rommet utøver en elektrisk ladning kraft på en annen elektrisk ladning. Størrelsen og retningen på det elektriske feltet er avbildet av feltlinjer. Hvis det legges en vekselspenning over en platekondensator, vil det gå strøm. Strømmen avhenger av det dielektriske mediet mellom platene, for eksempel luft eller væske. En endring i det isolerende mediet øker dielektrisitetskonstanten og dermed både kondensatorens kapasitans og strømmen.
I tillegg kan strømmen påvirkes av avstanden mellom og størrelsen på platene. Disse egenskapene til en kondensator utgjør grunnlaget for måleprinsippet for kapasitansnivåmåling. Den elektrisk ledende tankveggen og en sonde inne i tanken danner en kondensator. Endringene i kapasitansen brukes til å bestemme nivået. Ved kapasitansmåling skilles det mellom elektrisk ledende væsker og ikke-ledende væsker. Målinger i ledende væsker, som normalt er vannbaserte væsker, utføres som følger:
Mediet danner en elektrisk kortslutning fra tankveggen til sondeisolasjonen. Derfor består måleeffekten kun av sondeisolasjonens kapasitans som oppnås fra mediet. Dette gir en stabil måling som er uavhengig av tankens geometri og mediets dielektriske konstant. Hvis nivået stiger i tanken, øker kondensatorens areal proporsjonalt. Den målte kapasitansendringen brukes til å bestemme nivået.
Kapasitansendringen i ikke-ledende væsker, som normalt er oljer og løsemidler, skyldes mediets høyere dielektriske konstanter i forhold til luft. Det ikke-ledende mediet danner en ekstra kondensator til tankveggen koblet i serie. Den bestemmer den totale kapasitansen. Hvis nivået stiger i tanken, øker kondensatorens areal proporsjonalt. Den målte kapasitansendringen brukes til å bestemme nivået og øker når nivået stiger, på grunn av mediets høyere dielektriske konstanter.
Målingen avhenger dermed av mediets dielektriske konstant og tankens geometri. Derfor brukes det hovedsakelig koaksialsonder som gir en definert geometri og i tillegg forsterker måleeffekten gjennom liten avstand mellom elektrodene. I ledende medier med ledningsevne større enn 100 mikroSiemens per centimeter kan forhåndskalibrering utføres på fabrikken på grunn av uavhengigheten av dielektrisitetskonstanten og tanken, noe som muliggjør rask igangkjøring. I ikke-ledende medier som har en ledningsevne på mindre enn én mikroSiemens per centimeter, må det aktuelle dielektriske mediet kalibreres hos kunden.
Et lite overgangsområde mellom ledende og ikke-ledende medier kalles det kritiske området. I dette området fører en minimal endring i mediets ledningsevne til et hopp i måleverdien. Anvendelser i dette konduktivitetsområdet bør derfor unngås.
Endress+Hauser-instrumenter, i henhold til kapasitansmåleprinsippet, muliggjør målinger av nivågrensesnitt samt punktnivå i væsker og faste stoffer, selv i applikasjoner med høye temperaturer eller trykk, samt i eksplosjonsfarlige områder. Vi har en egnet løsning som passer for ethvert bruksområde. Endress+Hauser.
