La misura precisa del livello è essenziale per un funzionamento sicuro ed efficiente nei processi industriali che coinvolgono diversi fluidi. Il principio di misura capacitivo offre una soluzione versatile per il rilevamento del livello puntuale e la misura continua del livello, soprattutto in applicazioni difficili.
Questo principio si basa sulle variazioni capacitive tra due elettrodi, tipicamente la parete del recipiente e una sonda. Al variare del livello del fluido, il fluido dielettrico tra gli elettrodi cambia di conseguenza, alterando così la capacitanza. Questa modifica viene rilevata e convertita in un segnale di uscita.
La misura capacitiva funziona in liquidi conduttivi e non conduttivi, adattandosi alle proprietà specifiche di ciascun fluido. È adatta ad alte temperature, alte pressioni e aree pericolose. È così una soluzione robusta e flessibile che può essere utilizzata in una vasta gamma di settori.
Guardate il video per scoprire come funziona il principio di misura capacitivo.
Vantaggi di Liquicap, Liquipoint, Solicap e Minicap in sintesi:
- Applicazione universale per liquidi e solidi
- Misura affidabile in fluidi con forte formazione di depositi e ad alta viscosità
- Soluzioni indipendenti dalla geometria del recipiente nei fluidi conduttivi
- Sonda adattabile universalmente
- Facile messa in servizio
Ogni giorno, attraverso i tubi collegati ai recipienti, vengono effettuate operazioni di riempimento e scarico dei più svariati fluidi quali, ad esempio, acqua potabile, succhi di frutta, oli e carburanti, acidi o salamoie. Dato che questi fluidi hanno spesso proprietà completamente diverse, sono diversi anche i principi di misura applicabili. Per esempio, la misura di livello secondo il principio capacitivo.
Il modello più antico di condensatore è da ricondurre a Ewald Georg von Kleist e Pieter von Musschenbroek e risale al 1745. Nel 1775, Alessandro Volta inventò un condensatore migliorato, che è considerato il prototipo dei condensatori moderni. In suo onore, l'unità di misura del Sistema Internazionale per la tensione si chiama "volt". La scoperta dell'induzione elettromagnetica di Michael Faraday facilitò la generazione di campi elettrici che, insieme all'invenzione dei condensatori, costituì la base per l'applicazione di strumenti capacitivi. In onore di Faraday, l'unità del Sistema Internazionale per la capacitanza è chiamata "farad".
Gli strumenti di livello capacitivi possono essere utilizzati per il rilevamento del livello puntuale e la misura continua del livello, in particolare nei liquidi. Il principio di misura si basa sulla variazione capacitiva in un condensatore. Scopriamo come funziona questo metodo di misura prendendo la misura continua a titolo d'esempio. Lo spazio tra due oggetti caricati in modo non uniforme è chiamato "campo elettrico". In questo spazio, una carica elettrica esercita forza su un'altra carica elettrica. L'ampiezza e la direzione del campo elettrico sono rappresentate dalle linee di campo. Se a un condensatore a piastre è collegata una tensione alternata, la corrente scorre. La corrente dipende dal fluido dielettrico tra le piastre, ad esempio aria o fluidi. Una variazione del fluido isolante provoca un aumento della costante dielettrica e aumenta la capacitanza del condensatore e quindi anche il flusso di corrente.
Inoltre, il flusso di corrente può essere influenzato dalla distanza e dalle dimensioni delle piastre. Queste caratteristiche di un condensatore costituiscono la base del principio di misura capacitivo del livello. La parete del recipiente elettricamente conduttiva e una sonda all'interno del recipiente formano un condensatore. Le variazioni capacitive vengono utilizzate per determinare il livello. Nella misura capacitiva, liquidi elettricamente conduttivi e liquidi non conduttivi sono differenziati. Le misure in liquidi conduttivi, che in genere sono liquidi a base d'acqua, vengono eseguite come descritto di seguito:
Il fluido forma un cortocircuito elettrico dalla parete del serbatoio all'isolamento della sonda. Di conseguenza, l'effetto della misura si forma solo grazie alla capacitanza dell'isolamento della sonda acquisita dai fluidi. Ciò consente una misura stabile, indipendente dalla geometria del recipiente e dalla costante dielettrica del fluido. Se il livello sale nel recipiente, l'area del condensatore aumenta proporzionalmente. La variazione capacitiva misurata è utilizzata per determinare il livello.
La variazione capacitiva nei liquidi non conduttivi, che sono solitamente oli e solventi, è causata da costanti dielettriche più elevate del fluido rispetto all'aria. Il fluido non conduttivo forma un condensatore aggiuntivo alla parete del recipiente collegato in serie. Determina la capacitanza totale. Se il livello sale nel recipiente, l'area del condensatore aumenta proporzionalmente. La variazione capacitiva misurata è utilizzata per determinare il livello e aumenta al crescere del livello per effetto delle costanti dielettriche più elevate del fluido.
Di conseguenza, la misura dipende dalla costante dielettrica del fluido e dalla geometria del recipiente. Quindi si usano prevalentemente sonde con tubo di massa che rappresentano una geometria definita e aumentano l'effetto di misura anche con piccole distanze dalle piastre. Nei fluidi conduttivi con conduttività superiore a 100 microsiemens per centimetro, la taratura preliminare può essere effettuata in fabbrica per l'indipendenza della costante dielettrica e del recipiente che facilita una rapida messa in servizio. Nei fluidi non conduttivi con conduttività inferiore a un microsiemens per centimetro, il rispettivo fluido dielettrico deve essere tarato lato cliente.
Un piccolo intervallo di transizione tra fluidi conduttivi e non conduttivi è definito "campo critico". In questo campo, una variazione minima della conduttività del fluido porta a un salto del valore misurato. Le applicazioni in questo campo di conducibilità devono quindi essere evitate.
In base al principio di misura capacitivo, gli strumenti Endress+Hauser facilitano le misure dell'interfase di livello e del livello puntuale in liquidi e solidi, anche in applicazioni con temperature o pressioni elevate, nonché in aree pericolose. Abbiamo una soluzione adatta per ogni applicazione. Endress+Hauser.
