Exakt nivåmätning är avgörande för säker och effektiv drift i industriella processer som innefattar olika medier. Kapacitans som mätprincip är en mångsidig lösning för nivådetektering och kontinuerlig nivåmätning, särskilt i krävande tillämpningar.
Principen bygger på förändringar i kapacitans mellan två elektroder, vanligtvis tankväggen och en sond. När mediets nivå förändras, förändras också det dielektriska mediet mellan elektroderna i enlighet med detta, vilket gör att kapacitansen förändras. Denna förändring detekteras och omvandlas till en utsignal.
Kapacitiv mätning fungerar i ledande och icke-ledande vätskor och anpassas till varje mediums specifika egenskaper. Den är lämpad för höga temperaturer, högt tryck och explosionsfarliga områden, vilket gör den till en robust och flexibel lösning i en rad olika branscher.
Titta på videon och lär dig hur kapacitans som mätprincip fungerar.
Fördelar med Liquicap, Liquipoint, Solicap och Minicap i korthet:
- universell tillämpning för vätskor och fasta substanser
- tillförlitlig mätning även i medier med hög viskositet
- oberoende av tankgeometri i ledande medier
- universellt anpassningsbara sonder
- enkel driftsättning.
Varje dag fylls alla möjliga medier på i tankar och töms ut via rör. Några exempel är dricksvatten, fruktjuice, olja och bränsle, syror och saltlösningar. Eftersom de här medierna kan ha helt olika egenskaper finns det olika mätprinciper för att detektera dem. Ett exempel är nivåmätning med kapacitans som mätprincip.
Den äldsta kondensatorkonstruktionen kan spåras tillbaka till Ewald Georg von Kleist och Pieter von Musschenbroek 1745. År 1775 uppfann Alessandro Volta en förbättrad kondensator som betraktas som prototypen för moderna kondensatorer. SI-enheten för spänning, volt, är uppkallad efter Volta. Michael Faradays upptäckt av elektromagnetisk induktion gjorde det lättare att skapa elektriska fält, vilka, tillsammans med uppfinnandet av kondensatorer, utgjorde en grund för att använda kapacitiva instrument. SI-enheten för kapacitans, farad, är uppkallad efter Faraday.
Kapacitiva nivåinstrument kan användas till nivådetektering och kontinuerlig nivåmätning, särskilt i vätskor. Mätprincipen bygger på kapacitansförändringen i en kondensator. Låt oss ta en närmare titt på hur den här mätmetoden fungerar med hjälp av kontinuerlig mätning som exempel. Utrymmet mellan två föremål med olika laddning kallas ett elektriskt fält. I detta utrymme utövar en elektrisk laddning kraft på en annan elektrisk laddning. Det elektriska fältets styrka och riktning visas med hjälp av fältlinjer. Om växelspänning ansluts till en plattkondensator flödar ström. Strömmen beror på det dielektriska mediet mellan plattorna, till exempel luft eller andra medier. En förändring av det isolerande mediet gör att den dielektriska konstanten ökar, vilket gör att kondensatorns kapacitans ökar. Detta leder i sin tur till att strömmen ökar.
Strömmen kan också påverkas av plattornas avstånd och storlek. Dessa egenskaper hos en kondensator utgör grunden för mätprincipen för kapacitiv nivåmätning. Den elektriskt ledande tankväggen och en sond inuti tanken bildar en kondensator, vars kapacitansförändringar används för att fastställa nivån. Vid kapacitiv mätning skiljer man mellan elektriskt ledande vätskor och icke-ledande vätskor. Mätningar i ledande vätskor, vanligtvis vattenbaserade vätskor, utförs på följande sätt:
Mediet orsakar en elektrisk kortslutning mellan tankväggen och sondens isolering. Därför utgörs mäteffekten endast av den isolationskapacitans sonden fångar upp från mediet. Detta ger en stabil mätning som är oberoende av tankgeometrin och mediets dielektriska konstant. Om nivån i tanken stiger ökar kondensatorns area proportionellt. Den uppmätta kapacitansförändringen används för att fastställa nivån.
Kapacitansförändringen i icke-ledande vätskor, vanligtvis oljor och lösningsmedel, orsakas av att mediet har högre dielektriska konstanter än luften. Det icke-ledande mediet bildar en ytterligare kondensator som är serieansluten till tankväggen. Den fastställer den totala kapacitansen. Om nivån i tanken stiger ökar kondensatorns area proportionellt. Den uppmätta kapacitansförändringen används för att fastställa nivån och ökar i takt med att nivån ökar, vilket beror på mediets högre dielektriska konstanter.
Mätningen beror därmed på mediets dielektriska konstant och tankgeometrin. Därför används främst sonder med koaxialrör, som har en fast geometri och ökar mäteffekten ytterligare genom små avstånd mellan plattorna. I ledande medier, med en konduktivitet på mer än 100 mikroSiemens per centimeter, kan en förkalibrering på fabrik utföras eftersom den dielektriska konstanten är oberoende av tanken, något som underlättar snabb driftsättning. I icke-ledande medier, med en konduktivitet på mindre än en mikroSiemens per centimeter, måste respektive dielektriskt medium kalibreras hos kunden.
Det lilla övergångsområdet mellan ledande och icke-ledande medier kallas det kritiska området. I detta område leder även en minimal förändring i mediets konduktivitet till ett hopp i mätvärdet. Användning i detta konduktivitetsområde bör därför undvikas.
Endress+Hausers instrument, som utgår från kapacitans som mätprincip, möjliggör mätning av nivå, gränsskikt samt punktnivå i vätskor och fasta substanser, även i tillämpningar med höga temperaturer eller tryck samt i explosionsfarliga områden. Vi har en passande lösning för varje tillämpning. Endress+Hauser.
