Præcis niveaumåling er afgørende for en sikker og effektiv drift i industrielle processer, der involverer forskellige medier. Princippet om kapacitansmåling udgør en alsidig løsning til punktniveauregistrering og kontinuerlig niveaumåling, især ved krævende anvendelser.
Dette princip bygger på ændringer i kapacitansen mellem to elektroder, typisk tankvæggen og en sonde. Når væskeniveauet ændrer sig, ændrer det dielektriske medium mellem elektroderne sig tilsvarende, hvilket medfører en ændring i kapacitansen. Denne ændring registreres og omdannes til et udgangssignal.
Kapacitansmåling fungerer i både ledende og ikke-ledende væsker og tilpasser sig det enkelte mediums specifikke egenskaber. Målingen er velegnet til høje temperaturer, højt tryk og farlige områder, hvilket gør den til en robust og fleksibel løsning inden for en lang række brancher.
Se videoen for at lære, hvordan kapacitansmåleprincippet fungerer.
Oversigt over fordelene ved Liquicap, Liquipoint, Solicap og Minicap:
- Universel anvendelse til væsker og faststoffer
- Pålidelig måling i væsker og væsker med høj viskositet
- Uafhængigt af tankens geometri i ledende medier
- Universelt anvendelige prober
- Nem ibrugtagning
Hver eneste dag fyldes der mange forskellige slags medier op i tanke, der tømmes igen via rør. Eksempelvis drikkevand, frugtjuice, olie og brændstof, syre eller brine. Da disse medier kan have meget forskellige egenskaber, anvendes der forskellige måleprincipper til deres registrering. For eksempel niveaumåling efter kapacitansprincippet.
Den ældste kondensatorkonstruktion kan spores tilbage til Ewald Georg von Kleist og Pieter von Musschenbroek i 1745. I 1775 opfandt Alessandro Volta en forbedret kondensator, der betragtes som prototypen på moderne kondensatorer. Til hans ære kaldes SI-enheden for spænding for volt. Michael Faradays opdagelse af elektromagnetisk induktion banede vejen for frembringelsen af elektriske felter, hvilket sammen med opfindelsen af kondensatorer dannede grundlaget for anvendelsen af kapacitansmåleudstyr. Til ære for Faraday blev SI-enheden for kapacitans døbt Farad.
Kapacitansniveaumålere kan anvendes til punktmåling og kontinuerlig niveaumåling, især i væsker. Måleprincippet bygger på ændringen i kapacitansen i en kondensator. Lad os se nærmere på, hvordan denne målemetode fungerer ved at bruge et eksempel på kontinuerlig måling. Rummet mellem to objekter med ulige ladning kaldes et elektrisk felt. I dette rum udøver en elektrisk ladning en kraft på en anden elektrisk ladning. Det elektriske felts styrke og retning vises ved hjælp af feltlinjer. Hvis der sluttes en vekselstrøm til en pladekondensator, løber der strøm. Strømmen afhænger af det dielektriske medium mellem pladerne, f.eks. luft eller andre medier. En ændring i isoleringsmediet medfører en stigning i den dielektriske konstant og øger kondensatorens kapacitans og dermed også strømmen.
Desuden kan strømmen blive påvirket af pladernes afstand og størrelse. Disse egenskaber ved en kondensator udgør grundlaget for måleprincippet bag kapacitansmåling. Den elektrisk ledende tankvæg og en sonde inden i tanken udgør en kondensator. Det er ændringerne i kapacitansen, der anvendes til at bestemme niveauet. Ved kapacitansmåling skelnes der mellem elektrisk ledende væsker og ikke-ledende væsker. Målinger i ledende væsker, som normalt er vandbaserede væsker, udføres på følgende måde:
Mediet forårsager en elektrisk kortslutning mellem tankvæggen og sondens isolering. Derfor består måleeffekten udelukkende af den isolationskapacitans, som sonden opfanger fra mediet. Dette sikrer en stabil måling, som er uafhængig af tankens geometri og mediets dielektriske konstant. Hvis væskeniveauet i tanken stiger, øges kondensatorens areal tilsvarende. Den målte ændring i kapacitansen bruges til at bestemme niveauet.
Ændringen i kapacitansen i ikke-ledende væsker, som normalt er olier og opløsningsmidler, skyldes, at mediet har en højere dielektrisk konstant end luft. Det ikke-ledende medium danner en ekstra kondensator, som er serieforbundet med tankvæggen. Den bestemmer den samlede kapacitans. Hvis væskeniveauet i tanken stiger, øges kondensatorens areal tilsvarende. Den målte ændring i kapacitansen bruges til at bestemme niveauet og stiger i takt med, at niveauet stiger, hvilket skyldes mediets højere dielektriske konstanter.
Målingen afhænger således af mediets dielektriske konstant og tankens geometri. Derfor anvendes der hovedsageligt jordrørssonder, som har en fast geometri og desuden øger måleeffekten ved små pladeafstande. I ledende medier med en ledningsevne på over 100 mikroSiemens pr. centimeter kan der foretages en forkalibrering på fabrikken, da den dielektriske konstant er uafhængig af beholderen, hvilket muliggør en hurtig idriftsættelse. I ikke-ledende medier med en ledningsevne på under én mikroSiemens pr. centimeter skal det pågældende dielektriske medium kalibreres hos kunden.
Det lille overgangsområde mellem ledende og ikke-ledende medier kaldes det kritiske område. I dette område medfører selv den mindste ændring i mediets ledningsevne et spring i den målte værdi. Anvendelser inden for dette ledningsevneområde bør derfor undgås.
Endress+Hausers instrumenter, der fungerer efter kapacitansmåleprincippet, gør det muligt at måle interfacet mellem to væsker samt punktniveauet i væsker og faststoffer, selv ved anvendelser med høje temperaturer eller tryk samt i eksplosionsfarlige områder. Vi har en passende løsning til enhver applikation. Endress+Hauser.
