Точное измерение уровня имеет важное значение для безопасной и эффективной работы в промышленных процессах, связанных с различными средами. Емкостной принцип измерения представляет собой универсальное решение для точечного и непрерывного измерения уровня, особенно в сложных условиях эксплуатации.
Этот принцип измерения основывается на изменениях ёмкости между двумя электродами, как правило, стенкой резервуара и датчиком. При изменении уровня среды диэлектрическая среда между электродами изменяется соответственно, что приводит к изменению ёмкости. Это изменение регистрируется и преобразуется в выходной сигнал.
Измерение ёмкости осуществляется как в проводящих, так и в непроводящих жидкостях, с учётом специфических свойств каждой среды. Он подходит для использования в условиях высоких температур, высокого давления и в зонах с повышенной опасностью, что делает его надёжным и универсальным решением для широкого спектра отраслей.
Посмотрите этот видеоролик, чтобы узнать, как работает емкостной принцип измерения.
Краткий обзор преимуществ Liquicap, Liquipoint, Solicap и Minicap:
- Универсальное применение для жидкостей и твёрдых веществ
- Надёжные измерения в средах и жидкостях с высокой вязкостью
- Независимо от формы резервуара в проводимых средах
- Универсально адаптируемые датчики
- Простой ввод в эксплуатацию
Ежедневно самые различные среды заливаются и сливаются по трубам в резервуары или из них. (например, питьевая вода, фруктовые соки, масла и топливо, кислоты или рассолы). Поскольку эти среды могут иметь совершенно разные свойства, для их обнаружения существуют различные принципы измерения. Например, измерение уровня емкостным методом.
Самая ранняя конструкция конденсатора была разработана Эвальдом Георгом фон Клейстом и Питером ван Мушенбруком в 1745 году. В 1775 году Алессандро Вольта изобрел усовершенствованный конденсатор, который считается прототипом современных конденсаторов. В его честь единица измерения напряжения в системе СИ называется "вольт". Открытие электромагнитной индукции Майклом Фарадеем сделало возможным генерирование электрических полей, что в сочетании с изобретением конденсаторов послужило основой для применения емкостных измерительных приборов. В честь Фарадея единица измерения емкости в системе СМ была названа "фарад".
Приборы емкостного типа могут использоваться для точечного и непрерывного измерения уровня, в частности в жидкостях. Принцип измерения основывается на изменении ёмкости в конденсаторе. Рассмотрим подробнее, как работает этот метод измерения на примере непрерывного измерения. Пространство между двумя объектами с разными зарядами называется электрическим полем. В этом пространстве один электрический заряд оказывает силовое воздействие на другой электрический заряд. Величина и направление электрического поля изображаются с помощью силовых линий поля. Если к пластинчатому конденсатору подключить переменное напряжение, то возникает электрический ток. Сила тока зависит от диэлектрической среды между пластинами, например, от воздуха или других сред. Изменение изолирующей среды приводит к увеличению диэлектрической проницаемости, что повышает ёмкость конденсатора и, соответственно, силу тока.
Кроме того, на электрический ток могут влиять расстояние между пластинами и размер пластин. Эти характеристики конденсатора лежат в основе принципа емкостного измерения уровня. Электропроводящая стенка резервуара и датчик внутри резервуара образуют конденсатор. Изменения ёмкости конденсатора используются для определения уровня. При измерении ёмкости различают электропроводящие и непроводящие жидкости. Измерения в электропроводящих жидкостях, которые обычно являются водными растворами, выполняются следующим образом:
Среда создаёт короткое замыкание между стенкой резервуара и изоляцией датчика. Следовательно, эффект измерения обусловлен только ёмкостью изоляции датчика, полученной от среды. Это обеспечивает стабильность измерения, не зависящую от формы резервуара и диэлектрической проницаемости среды. Если уровень в резервуаре повышается, площадь конденсатора пропорционально увеличивается. Измеренное изменение ёмкости используется для определения уровня.
Изменение ёмкости в непроводящих жидкостях, которыми обычно являются масла или растворители, обусловлено более высокими диэлектрическими постоянными этих сред по сравнению с воздухом. Непроводящая среда образует дополнительный конденсатор, соединенный последовательно со стенкой резервуара. Он определяет общую ёмкость. Если уровень в резервуаре повышается, площадь конденсатора пропорционально увеличивается. Измеренное изменение ёмкости используется для определения уровня и увеличивается по мере повышения уровня вследствие более высоких диэлектрических постоянных среды.
Таким образом, измерение зависит от диэлектрической проницаемости среды и геометрии резервуара. Поэтому в основном используются шлифованные трубчатые датчики, которые имеют определённую геометрию и дополнительно усиливают измерительный эффект за счёт малого расстояния между пластинами. В проводящих средах с проводимостью более 100 микросименсов на сантиметр предварительную калибровку можно выполнить на заводе-изготовителе, поскольку диэлектрическая проницаемость не зависит от геометрии резервуара, что упрощает быстрый ввод в эксплуатацию. В непроводящих средах с проводимостью менее 1 микросименса на сантиметр калибровку соответствующей диэлектрической среды должен выполнять заказчик.
Небольшой переходный диапазон между проводящими и непроводящими средами называется критическим диапазоном. В этом диапазоне даже минимальное изменение проводимости среды приводит к скачку измеряемого значения. Поэтому необходимо избегать применения прибора в этом диапазоне проводимости.
Приборы компании Endress+Hauser, работающие по принципу емкостного измерения, позволяют измерять границу раздела фаз, а также точечно измерять уровень в жидкостях и твердых веществах, в том числе в условиях высоких температур или давления, а также во взрывоопасных зонах. У нас есть подходящее решение для каждой области применения. Endress+Hauser.
