Precyzyjny pomiar poziomu jest niezbędny do bezpiecznej i wydajnej pracy w procesach przemysłowych, w których wykorzystuje się różnorodne media. Pomiar metodą pojemnościową jest wszechstronnym rozwiązaniem do sygnalizacji i ciągłego pomiaru poziomu, zwłaszcza w trudniejszych warunkach.
Zasada tego pomiaru opiera się na zmianach pojemności elektrycznej pomiędzy dwiema elektrodami, którymi są w tym przypadku zazwyczaj ścianka zbiornika i sonda. Wraz ze zmianą poziomu medium, zmienia się również medium dielektryczne pomiędzy elektrodami, co powoduje zmianę pojemności elektrycznej. Zmiana ta jest wykrywana i przekształcana na sygnał wyjściowy.
Pomiar metodą pojemnościową może być wykonywany zarówno w cieczach przewodzących jak i nieprzewodzących. Można go także dostosować do specyficznych właściwości każdego medium. Nadaje się do stosowania w wysokich temperaturach i ciśnieniach oraz w strefach zagrożonych wybuchem, co czyni go niezawodnym i wszechstronnym rozwiązaniem dla wielu gałęzi przemysłu.
Obejrzyj film, aby dowiedzieć się, na czym polega pomiar metodą pojemnościową.
Podstawowe zalety pojemnościowych sygnalizatorów poziomu Liquicap, Liquipoint, Solicap i Minicap:
- Uniwersalne zastosowanie do cieczy i ciał stałych
- Niezawodny pomiar mediów, także o dużej lepkości
- Pomiar niezależny od geometrii zbiornika w mediach przewodzących
- Sondy o uniwersalnym zastosowaniu
- Łatwe uruchamianie
Każdego dnia, systemy rurociągów napełniają i opróżniają zbiorniki służące do przechowywania najróżniejszych mediów. Są to na przykład woda pitna, soki owocowe, oleje i paliwa, kwasy lub solanki. Ponieważ media te mogą mieć całkowicie różne własności, do ich wykrywania stosuje się różne metody pomiaru. Na przykład pomiar poziomu metodą pojemnościową.
Najstarsza konstrukcja kondensatora ostała opracowana w 1745 roku przez Ewalda Georga von Kleista i Pietera von Musschenbroeka. W 1775 roku Alessandro Volta opracował nowy, ulepszony kondensator, który jest uważany za prototyp kondensatorów współczesnych. Na jego cześć, jednostce napięcia w układzie SI nadano nazwę wolt. Odkrycie indukcji elektromagnetycznej przez Michaela Faradaya umożliwiło generowanie pól elektrycznych, które wraz z wynalezieniem kondensatorów stały się podstawą do zastosowania pomiarów metodą pojemnościową. Na cześć Faradaya, jednostce pojemności w układzie SI nadano nazwę farad.
Przyrządy do pomiaru poziomu metodą pojemnościową mogą być używane zarówno do sygnalizacji poziomu jak i jego ciągłego pomiaru, szczególnie w cieczach. Zasada pomiaru opiera się na zmianach pojemności elektrycznej kondensatora. Przyjrzyjmy się bliżej, jak działa ta metoda na przykładzie pomiaru ciągłego. Przestrzeń pomiędzy dwoma nierównomiernie naładowanymi obiektami nazywa się polem elektrycznym. Umieszczone w tym polu ładunki elektryczne oddziałują na siebie wzajemnie. Wielkość i kierunek pola elektrycznego przedstawiane są za pomocą linii pola. Jeśli do kondensatora płytkowego podłączymy napięcie przemienne, popłynie prąd. Prąd ten jest zależny od rodzaju dielektryka znajdującego się pomiędzy płytkami, np. powietrza lub innego medium. Zmiana izolatora (dielektryka) powoduje wzrost stałej dielektrycznej i zwiększenie pojemności kondensatora, a tym samym przepływ większego prądu.
Na przepływ prądu mogą mieć również wpływ odległość i rozmiar płytek. Te właściwości kondensatora stanowią podstawę pomiaru poziomu metodą pojemnościową. Przewodząca prąd elektryczny ścianka zbiornika i znajdująca się wewnątrz niego sonda tworzą kondensator. Zmiana jego pojemności elektrycznej służy do określenia poziomu. W pomiarach metodą pojemnościową należy rozróżnić pomiary dla cieczy przewodzących prąd elektryczny i cieczy nieprzewodzących. Pomiary w cieczach przewodzących, które są zazwyczaj cieczami na bazie wody, przeprowadza się w następujący sposób:
Medium tworzy stan zwarcia elektrycznego pomiędzy ścianką zbiornika a izolacją sondy. Dlatego wynik pomiaru zależy wyłącznie od pojemności izolacji sondy będącej w kontakcie z medium. Gwarantuje to stabilny pomiar, niezależny od geometrii zbiornika i stałej dielektrycznej medium. Jeśli poziom w zbiorniku wzrasta, proporcjonalnie wzrasta też powierzchnia kondensatora. Mierzona zmiana pojemności służy do określenia poziomu.
Zmiana pojemności w cieczach nieprzewodzących, którymi są zazwyczaj oleje i rozpuszczalniki, jest spowodowana wyższymi stałymi dielektrycznymi medium w stosunku do powietrza. Medium nieprzewodzące tworzy dodatkowy kondensator połączony szeregowo do ścianki zbiornika. W ten sposób wyznaczana jest całkowitą pojemność. Jeśli poziom w zbiorniku wzrasta, proporcjonalnie wzrasta też powierzchnia kondensatora. Mierzona zmiana pojemności elektrycznej służy do określenia poziomu i wzrasta wraz z jego wzrostem ze względu na wyższe stałe dielektryczne medium.
Pomiar zależy zatem od stałej dielektrycznej medium i geometrii zbiornika. I dlatego też w tym przypadku używa się przeważnie sond z rurką uziemiającą, które mają określoną geometrię i dodatkowo zwiększają skuteczność pomiaru dzięki małym odległościom pomiędzy płytkami. W przypadku mediów przewodzących o przewodności większej niż 100 mikrosimensów na centymetr, wstępną kalibrację można wykonać fabrycznie, ponieważ wynik pomiaru nie zależy od stałej dielektrycznej medium i zbiornika, co ułatwia szybkie uruchomienie układu pomiarowego. W przypadku mediów nieprzewodzących o przewodności mniejszej niż jeden mikrosimens na centymetr, medium dielektryczne musi zostać skalibrowane u klienta.
Mały zakres przejściowy pomiędzy mediami przewodzącymi i nieprzewodzącymi nazywamy zakresem krytycznym. W tym zakresie, minimalna zmiana przewodności medium powoduje duży skok wartości mierzonej. Należy zatem unikać zastosowań w tym zakresie przewodności.
Przyrządy Endress+Hauser, wykonujące pomiary metodą pojemnościową, umożliwiają pomiar rozdziału faz oraz sygnalizację poziomu cieczy i ciał stałych, nawet w wysokiej temperaturze lub ciśnieniu, a także w strefach zagrożonych wybuchem. Mamy odpowiednie rozwiązanie do każdego zastosowania. Endress+Hauser.
