Medição do nível por capacitância:
O transdutor de nível capacitivo é um exemplo de medição indireta do nível
Os sensores de nível de capacitância são usados para uma ampla variedade de sólidos, líquidos aquosos e orgânicos e pastas. A técnica é freqüentemente chamada de RF como sinais de radiofrequência aplicados ao circuito de capacitância. Os sensores podem ser projetados para detectar material com constantes dielétricas tão baixas quanto 1,1 (coque e particulas finas de cinza poeira ou fuligem resultante da queima do combustível) e tão altas quanto 88 (água) ou mais. Lodos e polpas, como torta desidratada e polpa de esgoto (constante dielétrica aprox. 50) e produtos químicos líquidos, como óxido de calcio (constante dielétrica aprox. 90) também podem ser detectados. Os sensores de nível de capacitância de sonda dupla também podem ser usados para detectar a interface entre dois líquidos imiscíveis com constantes dielétricas substancialmente diferentes.
Como os sensores de nível de capacitância são dispositivos eletrônicos, a modulação de fase e o uso de frequências mais altas tornam o sensor adequado para aplicações nas quais as constantes dielétricas são semelhantes.
Princípio de funcionamento :
Seu funcionamento se baseia na mudança de capacitância medida através da haste que funciona como uma das placas de um capacitor. Um eletrodo isolado atua como uma placa do capacitor e a parede do tanque (ou eletrodo de referência em um recipiente não metálico) atua como a outra placa. A capacitância depende do nível do fluido. Um tanque vazio tem uma capacitância mais baixa, enquanto um tanque cheio tem uma capacitância mais alta.
Um capacitor simples consiste em duas placas de eletrodo separadas por uma pequena espessura de um isolador, como sólido, líquido, gás ou vácuo. Este isolador também é chamado de dielétrico.
O valor de C depende do dielétrico usado, da área da placa e também da distância entre as placas.
Onde:
C = capacitância em picofarads (pF)
E = uma constante conhecida como permissividade absoluta do espaço livre
K = constante dielétrica relativa do material isolante
A = área efetiva dos condutores
d = distância entre os condutores
Essa alteração na capacitância pode ser medida usando a ponte CA.
Medição:
A medição é feita aplicando um sinal de RF entre a sonda condutora e a parede do vaso.
O sinal de RF resulta em um fluxo de corrente muito baixo através do material do processo dielétrico no tanque da sonda para a parede do vaso. Quando o nível no tanque diminui , a constante dielétrica cai, causando uma queda na leitura da capacitância.
No caso de uma chave de nível essa alteração é detectada pelo circuito interno da chave de nível e traduzida em uma alteração no estado do relé da chave de nível em caso de detecção do nível de ponto.
Nos transmissores de nível , a saída não é um estado de relé, mas um sinal analógico em escala.
A medição de nível pode ser dividida em três categorias:
- Medição de material não condutor
- Medição de material condutor
- Medição sem contato
Material não condutor:
Para medir o nível de líquidos não condutores, o arranjo da sonda nua é usado, pois a resistência do líquido é suficientemente alta para torná-lo dielétrico. Como o eletrodo e o tanque são fixos no local, a distância (d) é constante, a capacitância é diretamente proporcional ao nível do material que atua como dielétrico.
Material condutor:
Na condução de líquidos, as placas da sonda são isoladas usando polímero normalmente (teflon), ou um outro material isolante para evitar curtos-circuitos. O material condutor atua como a placa de aterramento do capacitor.
Medições de proximidade (medições do tipo sem contato):
Na medição do nível de proximidade, a área das placas de capacitância é fixa, mas a distância entre as placas varia.
A medição do nível de proximidade não produz uma saída linear e é usada quando o nível varia em várias polegadas.
Vantagens da medição de nível capacitivo:
- Relativamente barato
- Versátil
- Confiável
- Requer manutenção mínima
- Não contém partes móveis
- Fácil de instalar e pode ser adaptado facilmente para diferentes tamanhos de embarcações
- Boa faixa de medição, de alguns cm a cerca de alguns metros
- Robusto
- Simples de usar
- Fácil de limpar
- Pode ser projetado para aplicações de alta temperatura e pressão.
Aplicações:
As sondas de nível de capacitância são usadas para medir o nível de
- Líquidos
- Alimentos Sólidos ou granulados
- Metais líquidos em temperaturas muito altas
- Gases liquefeitos a temperatura muito baixa
- Materiais corrosivos como ácido fluorídrico
- Processos industriais de alta pressão.
Desvantagens:
Materiais com densidade abaixo de 300kg/m³ e materiais com tamanhos de partícula superiores a 12 mm. De diâmetro podem ser um problema devido às constantes dielétricas muito baixas (causadas pela grande quantidade de espaço aéreo entre as partículas).