Nauwkeurige niveaumeting is essentieel voor een veilige en efficiënte werking van industriële processen waarbij diverse media zijn betrokken. Het capacitieve meetprincipe biedt een veelzijdige oplossing voor niveaudetectie en continue niveaumeting, met name bij veeleisende toepassingen.
Dit principe is gebaseerd op veranderingen in capaciteit tussen twee elektroden, doorgaans de tankwand en een sonde. Als het niveau van het medium verandert, verandert het diëlektrisch medium tussen de elektroden overeenkomstig, waarbij de capaciteit verandert. Deze verandering wordt gedetecteerd en omgezet in een uitgangssignaal.
Capacitieve meting werkt in geleidende en niet-geleidende vloeistoffen en past zich aan de specifieke eigenschappen van elk medium aan. Deze is geschikt voor hoge temperaturen, hoge drukken en gevaarlijke omgevingen, waardoor het een robuuste en flexibele oplossing is in vele industrieën.
Bekijk de video en ontdek hoe het capacitieve meetprincipe werkt.
Voordelen van Liquicap, Liquipoint, Solicap en Minicap in één oogopslag:
- Universele toepassing voor vloeistoffen en vaste stoffen
- Betrouwbare metingen in media en media met hoge viscositeit
- Ongeacht de tankgeometrie in geleidende media
- Universeel aanpasbare sondes
- Eenvoudige inbedrijfname
Elke dag worden de meest uiteenlopende media in tanks gevuld en hier via pijpleidingen uit afgetapt. Voorbeelden zijn drinkwater, fruitsappen, oliën en brandstoffen, zuren en pekel. Omdat deze media volledig verschillende eigenschappen kunnen hebben, zijn er verschillende meetprincipes om ze te detecteren. Bijvoorbeeld niveaumeting volgens het capacitieve principe.
De oudste condensator-uitvoering dateert van Ewald Georg von Kleist en Pieter von Musschenbroek in 1745. In 1775 kwam Alessandro Volta met een verbeterde condensator, die wordt beschouwd als het prototype van moderne condensatoren. Als eerbetoon aan hem is de SI-eenheid voor spanning volt genoemd. De ontdekking van elektromagnetische inductie door Michael Faraday vereenvoudigde de generering van elektrische velden wat, samen met de uitvinding van condensatoren, diende als basis voor de toepassing van capacitieve instrumenten. Als eerbetoon aan Faraday is de SI-eenheid voor capaciteit farad genoemd.
Capacitieve niveau-instrumenten kunnen worden gebruikt voor niveaudetectie en continue niveaumeting, met name in vloeistoffen. Het meetprincipe is gebaseerd op de verandering van capaciteit in een condensator. Laten we eens nader bekijken hoe deze meetmethode werkt aan de hand van het voorbeeld van continue meting. De ruimte tussen twee verschillend geladen objecten wordt een elektrisch veld genoemd. In deze ruimte oefent de ene elektrische lading een kracht uit op de andere elektrische lading. De grootte en richting van het elektrische veld worden aangegeven door veldlijnen. Als een wisselspanning op een plaatcondensator wordt gezet, gaat er een stroom lopen. De stroom is afhankelijk van het diëlektrisch medium tussen de platen, bijvoorbeeld lucht of media. Een verandering van het isolerende medium veroorzaakt een stijging van de diëlektrische constante en verhoogt de capaciteit van de condensator en dus ook van de stroom.
Bovendien kan de stroom worden beïnvloed door de afstand en grootte van de platen. Deze eigenschappen van een condensator vormen de basis van het meetprincipe van capacitieve niveaumeting. De elektrisch geleidende tankwand en een sonde in de tank vormen een condensator. De capaciteitsveranderingen worden gebruikt om het niveau te bepalen. Bij capacitieve metingen wordt onderscheid gemaakt tussen elektrisch geleidende vloeistoffen en niet-geleidende vloeistoffen. Metingen in geleidende vloeistoffen, wat doorgaans vloeistoffen op waterbasis zijn, worden als volgt uitgevoerd:
Het medium vormt een elektrische kortsluiting tussen de tankwand en de isolatie van de sonde. Daarom wordt het meeteffect alleen verkregen door de capaciteit van de sonde-isolatie die door de media wordt bepaald. Dit zorgt voor een stabiele meting die onafhankelijk is van de tankgeometrie en de diëlektrische constante van het medium. Als het niveau in de tank stijgt, neemt de oppervlakte van de condensator proportioneel toe. De gemeten capacitieve verandering wordt gebruikt om het niveau te bepalen.
De capacitieve verandering in niet-geleidende vloeistoffen, wat doorgaans oliën en oplosmiddelen zijn, wordt veroorzaakt door hogere diëlektrische constanten van het medium in verhouding tot lucht. Het niet-geleidende medium vormt een extra in serie geschakelde condensator met de tankwand. Dit bepaalt de totale capaciteit. Als het niveau in de tank stijgt, neemt de oppervlakte van de condensator proportioneel toe. De gemeten capacitieve verandering wordt gebruikt voor het bepalen van het niveau; de capaciteit neemt toe als het niveau stijgt door de hogere diëlektrische constanten van het medium.
De meting hangt dus af van de diëlektrische constante van het medium en de tankgeometrie. Daarom worden voornamelijk gebruikgemaakt van grondbuissondes met een vaste geometrie, die het meeteffect ook vergroten door korte plaatafstanden. In geleidende media met een geleidbaarheid groter dan 100 microSiemens per centimeter kan een voorkalibratie in de fabriek worden gedaan vanwege de onafhankelijkheid van de diëlektrische constante en tank, wat een snelle inbedrijfstelling vereenvoudigt. In niet-geleidende media met een geleidbaarheid kleiner dan 1 microSiemens per centimeter moet het desbetreffende diëlektrische medium worden gekalibreerd bij de klant.
Het kleine overgangsgebied tussen geleidende en niet-geleidende media wordt het kritische gebied genoemd. In dit gebied heeft een minimale verandering van de geleidbaarheid van het medium een sprong van de meetwaarde tot gevolg. Toepassingen in dit geleidbaarheidsbereik moeten dus worden vermeden.
Endress+Hauser-instrumenten die werken volgens het capacitieve meetprincipe faciliteren metingen van niveaus in vloeistoffen en vaste stoffen, zelfs in toepassingen met hoge temperaturen of drukken alsmede in gevaarlijke omgevingen. We hebben een geschikte oplossing voor elke toepassing. Endress+Hauser.
