Sensor de Nível Capacitivo

Características de medição com sensor capacitivo

O Sensor de Nível Capacitivo princípio de medição com sensores capacitivos capacitiva é baseado no método de operação de um capacitor.

Um capacitor é formado por dois eletrodos metálicos que armazenam cargas diferentes polaridades isolados um do outro por uma material dielétrico. A aplicação de uma corrente entre os eletrodos criará um campo elétrico, a intensidade do campo dependerá da distância entre os eletrodos, a do tamanho da superfície dos eletrodos e do material do meio de isolamento entre os eletrodos.

Se a distância entre os eletrodos e o tamanho da superfície dos eletrodos forem mantidos constantes, apenas o meio teria efeito sobre a capacitância elétrica. Quando o meio muda, o campo elétrico também muda, consequentemente, a capacitância evolui da seguinte forma:

Capacitância (C) = Constante dielétrica (Ɛ0) × Constante dielétrica relativa (DC) × Área de superfície do eletrodo Onde a constante dielétrica (Ɛ0) é a constante de campo elétrico (Ɛ0 = 8,8 × 10 ^‐12 C / (Vm).

O sensores capacitivos a princípio de medição de nível bastante usado umas de suas principal vantagens é mo seu tempo de responta, Porem é bom conhecermos como esses meios podem influenciar na medição por exemplo os meios com uma constante dielétrica baixa (valor DC) causam mudanças muito pequenas no valor da capacitância na medição de nível, enquanto os meios com um valor DC alto produzem, respectivamente, grandes mudanças na capacitância. Em muitas aplicações de interface, o meio com o valor DC mais baixo está no topo, por exemplo, hidrocarboneto (DC = 2) na água (DC = 80).
Para uma capacitância líquida condutiva, c2 está em curto por isso é recomendado o uso de haste revestidas, a finalidade desse revestimento é isolar o fluido da sonda. Na grande maioria das vezes esse revestimento não condutivo.

O sensor capacitivo esta sempre medindo a interface entre um material de de maior constante dielétrica para menor constante dielétrica. Considerando essa condição o meio superior fornece apenas uma contribuição mínima. Por exemplo se considerarmos um tanque medindo nível de água existirá um interface entre a superfície da água e o ar essa interface é o ponto de medição de referência do nível.
Ficando assim evidente que a medição de nível por capacitância somente é possível quando temos meios com dielétricos diferentes ( quanto mais diferentes melhor a precisão da medição)

Normalmente, um meio com um baixo valor dielétrico não é condutivo, enquanto um meio com um alto valor é condutivo. Portanto, a medição da interface com um meio não condutivo e um meio condutivo é sempre possível.

Considerando que para medição correta em meios condutivos é o revestimento isolante da haste, recomenda-se inspecionar o revestimento com regularidade porque, caso o revestimento se danifique a medição fica totalmente falsa, neste caso deve-se procurar meios de compensar.

Considerações

• Líquidos com condutividade superior a 100 µScm são condutores , isso significa que a calibração é independente das alterações na constante dielétrica do líquido, pois a constante dielétrica do isolamento da sonda permanece constante e também independente das alterações na condutividade. Sendo assim o dispositivo de capacitância pode sair de fábrica calibrado e pronto para uso imediato em um líquido condutor.
• Para condutividades abaixo de 1µScm-1, precisão da medição é afetada por quaisquer alterações na constante dielétrica.
• Os transmissores de nível por capacitâcia requerem que o líquido medido permaneça com um valor dielétrico constante. Se este não for o caso, o transmissor deve ter a capacidade de compensar a variação dielétrica do líquido.
• As sondas montadas diretamente no vaso normalmente não podem ser substituídas pelo processo em serviço, a menos que sejam montadas com válvulas de isolamento.
• As sondas de haste requerem folga de altura suficiente, dependendo do comprimento da sonda.
• Não pode medir líquidos com viscosidade acima de 2.000 cst.

Seleção

• A medição de nível capacitivo pode ser usada em meios agressivos quando uma sonda totalmente revestida (por exemplo, PTFE) é usada.
• A medição capacitiva tem um tempo de resposta muito rápido, o que a torna ideal para processos com mudanças rápidas de nível e pequenos recipientes.
• O princípio de medição capacitiva não é afetado pela variação de densidade da mídia.
• Para medições de interface, um meio seja condutivo e o outro não seja condutivo.
• A medição de nível por interface exige que a diferença entre a condutividade do meio condutor deve ser maior que 100 μS / cm e a condutividade do meio deve ser menor que 1 μS / cm.
• Uma emulsão óleo-água tem toda a faixa de condutividade entre 1 e 100 μS / cm, dependendo da disposição das bolhas de óleo-água. Isso significa que uma sonda de capacitância detectará um meio acima de 100 μS / cm (ou seja, meio condutivo) e não detectará a camada de emulsão (entre 1 e 100 μS / cm), bem como a camada de mídia não condutora (ou seja, <1 μS /cm).
• O acúmulo material não condutivo na ponta de prova afeta a medição.

Projeto

As sondas devem ser feitas de eletrodo condutor metálico com isolamento plástico total, independentemente da condutividade do meio.

Quando montado, uma boa conexão eletricamente condutiva entre a conexão do processo e o tanque deve ser garantida. Uma faixa de vedação eletricamente condutora pode ser usada.

Sondas de haste com tubo de aterramento devem ser usadas no caso de cargas laterais severas.

O comprimento da sonda deve ser projetado de acordo com a faixa de medição de nível.

Instalação

O método de aterramento do vaso, que pode ser crítico para a operação do dispositivo, deve ser avaliado.

Calibração e configuração

As sondas de capacitância são calibradas na fábrica para meios com uma condutividade ≥100 μS / cm (por exemplo, para todos os líquidos à base de água, ácidos, álcalis …).

A calibração do local só é necessária se o valor 0% ou o valor 100% deve ser ajustado para atender aos requisitos de medição específicos (por exemplo, tanque / distância de capacitância <250 mm, condutividade <100 μS / cm ou faixa específica).

Uma distinção é geralmente feita entre dois tipos de calibração:

Calibração úmida: A sonda pode ser calibrada em sua faixa completa, ou seja, nível inferior (calibração de nível 0%) e nível alto (nível 100%). Outros valores intermediários também podem ser executados.

Calibração a seco: O nível de capacitância pode ser simulado inserindo os valores de nível baixo e alto. As unidades de capacitância calcularão automaticamente a variação da capacitância com base na calibração de fábrica para uma condutividade ≥100 μS / cm.