Přesné měření hladiny je nezbytné pro bezpečný a efektivní provoz v průmyslových procesech zahrnujících různá média. Princip měření kapacity nabízí všestranné řešení pro detekci limitní hladiny a průběžné měření hladiny, zejména v náročných aplikacích.
Tento princip je založen na změnách kapacity mezi dvěma elektrodami, obvykle mezi stěnou nádrže a sondou. Se změnou hladiny média se odpovídajícím způsobem mění dielektrické prostředí mezi elektrodami, čímž se mění kapacita. Tato změna je detekována a převedena na výstupní signál.
Měření kapacity funguje ve vodivých i nevodivých kapalinách a přizpůsobuje se specifickým vlastnostem každého média. Je vhodný pro vysoké teploty, vysoké tlaky a prostředí s nebezpečím výbuchu, což z něj činí robustní a flexibilní řešení v široké škále průmyslových odvětví.
Podívejte se na video a dozvíte se, jak funguje princip měření kapacity.
Výhody Liquicap, Liquipoint, Solicap a Minicap v kostce:
- Univerzální použití pro kapaliny a pevné látky
- Spolehlivé měření v médiích a médiích s vysokou viskozitou
- Nezávisle na geometrii nádrže ve vodivých médiích
- Univerzálně přizpůsobitelné sondy
- Snadné uvedení do provozu
Nejrůznější média se denně plní a odvádějí potrubím z nádrží. Příklady jsou pitná voda, ovocné šťávy, oleje a paliva, kyseliny nebo solanky. Protože tato média mohou mít zcela odlišné vlastnosti, existují různé principy měření pro jejich detekci. Například měření hladiny podle principu kapacity.
Nejstarší konstrukce kondenzátoru pochází z roku 1745 od Ewalda Georga von Kleista a Pietera von Musschenbroeka. V roce 1775 Alessandro Volta vynalezl vylepšený kondenzátor, který je považován za prototyp moderních kondenzátorů. Na jeho počest se jednotka napětí v soustavě SI nazývá volt. Objev elektromagnetické indukce Michaelem Faradayem usnadnil generování elektrických polí, která spolu s vynálezem kondenzátorů sloužila jako základ pro použití kapacitních přístrojů. Na Faradayovu počest byla jednotka SI pro kapacitu nazvána Farad.
Kapacitní hladinoměry lze použít pro detekci limitní hladiny a průběžné měření hladiny, zejména v kapalinách. Princip měření je založen na změně kapacity v kondenzátoru. Pojďme se blíže podívat na to, jak tato metoda měření funguje, na příkladu průběžného měření. Prostor mezi dvěma nerovnoměrně nabitými objekty se nazývá elektrické pole. V tomto prostoru jeden elektrický náboj působí silou na jiný elektrický náboj. Velikost a směr elektrického pole je znázorněn siločarami. Pokud je k deskovému kondenzátoru připojeno střídavé napětí, protéká jím proud. Proud závisí na dielektrickém médiu mezi deskami, například na vzduchu nebo jiném médiu. Změna izolačního média způsobuje zvýšení dielektrické konstanty a zvyšuje kapacitu kondenzátoru, a tím i tok proudu.
Kromě toho může být průtok proudu ovlivněn vzdáleností a velikostí desek. Tyto vlastnosti kondenzátoru tvoří základ měřicího principu měření hladiny kapacity. Elektricky vodivá stěna nádrže a sonda uvnitř nádrže tvoří kondenzátor. Jejich změny kapacity se používají k určení hladiny. Při měření kapacity se rozlišují elektricky vodivé a nevodivé kapaliny. Měření ve vodivých kapalinách, což jsou obvykle kapaliny na vodní bázi, se provádějí následovně:
Médium vytváří elektrický zkrat mezi stěnou nádrže a izolací sondy. Měřicí efekt je proto tvořen pouze izolační kapacitou sondy získanou z média. To zajišťuje stabilní měření, které je nezávislé na geometrii nádrže a dielektrické konstantě média. Pokud hladina v nádrži stoupá, plocha kondenzátoru se úměrně zvětšuje. Naměřená změna kapacity se používá k určení hladiny.
Změna kapacity v nevodivých kapalinách, kterými jsou obvykle oleje a rozpouštědla, je způsobena vyššími dielektrickými konstantami média ve vztahu ke vzduchu. Nevodivé médium tvoří na stěně nádrže přídavný kondenzátor zapojený do série. Určuje celkovou kapacitu. Pokud hladina v nádrži stoupá, plocha kondenzátoru se úměrně zvětšuje. Naměřená změna kapacity se používá k určení hladiny a zvyšuje se s rostoucí hladinou v důsledku vyšších dielektrických konstant média.
Měření tedy závisí na dielektrické konstantě média a geometrii nádrže. Proto se převážně používají zemní trubicové sondy, které reprezentují definovanou geometrii a navíc zvyšují účinek měření díky malým vzdálenostem desek. Ve vodivých médiích s vodivostí větší než 100 mikroSiemens na centimetr může být předkalibrace provedena ve výrobě kvůli nezávislosti dielektrické konstanty a nádrže, což usnadňuje rychlé uvedení do provozu. U nevodivých médií s vodivostí menší než jeden mikroSiemens na centimetr musí být příslušné dielektrické médium kalibrováno zákazníkem.
Malý přechodový rozsah mezi vodivým a nevodivým médiem se označuje jako kritický rozsah. V tomto rozsahu vede minimální změna vodivosti média ke skokovému zvýšení naměřené hodnoty. Aplikacím v tomto rozsahu vodivosti je proto třeba se vyhnout.
Přístroje Endress+Hauser, založené na principu měření kapacity, umožňují měření hladiny na rozhraní hladiny i limitní hladiny v kapalinách i pevných látkách, a to i v aplikacích s vysokými teplotami nebo tlaky, a také v prostředí s nebezpečím výbuchu. Pro každou aplikaci máme vhodné řešení. Endress+Hauser.
