Uma medição de nível precisa é essencial para uma operação segura e eficiente em processos industriais envolvendo diversos meios. O princípio da medição de capacitância oferece uma solução versátil para uma detecção de nível pontual e medição de nível contínua, principalmente em aplicações exigentes.
Esse princípio é baseado em mudanças na capacitância entre dois eletrodos, normalmente a parede do tanque e uma sonda. Conforme o nível do meio muda, o meio dielétrico entre os eletrodos também muda de forma equivalente, alterando assim a capacitância. Essa mudança é detectada e convertida em um sinal de saída.
A medição de capacitância funciona em líquidos condutivos e não condutivos, adaptando-se às propriedades específicas de cada meio. Ela é adequada para altas temperaturas, altas pressões e áreas classificadas, sendo uma solução robusta e flexível em uma ampla variedade de setores industriais.
Assista ao vídeo para saber como o princípio de medição capacitiva funciona.
Visão geral das vantagens do Liquicap, Liquipoint, Solicap e Minicap:
- Aplicação universal para líquidos e sólidos
- Medição confiável em meios comuns e meios com alta viscosidade
- Independente da geometria do tanque em meio condutivo
- Sondas universalmente adaptáveis
- Fácil comissionamento
Os meios mais variados são diariamente preenchidos e drenados de tanques através de tubos. Alguns exemplos são água potável, sucos de frutas, óleos e combustíveis, ácidos ou salmouras. Como esses meios podem ter propriedades completamente diferentes, existem diferentes princípios de medição para detectá-los. Por exemplo, medição de nível de acordo com o princípio da capacitância.
O design mais antigo de capacitor remonta a Ewald Georg von Kleist e Pieter von Musschenbroek, no ano de 1745. Em 1775, Alessandro Volta inventou um capacitor aperfeiçoado, que é considerado o protótipo dos capacitores modernos. Em sua homenagem, a unidade de tensão no SI é chamada de volt. A descoberta da indução eletromagnética por Michael Faraday facilitou a geração de campos elétricos que, juntamente com a invenção dos capacitores, serviram como base para a utilização de instrumentos de capacitância. Em homenagem a Faraday, a unidade de capacitância no SI foi batizada de farad.
Instrumentos de nível de capacitância podem ser usados para detecção de nível pontual e medição de nível contínua, especialmente em líquidos. O princípio de medição é baseado na mudança de capacitância em um capacitor. Vamos conferir mais de perto como esse método de medição funciona usando o exemplo da medição contínua. O espaço entre dois objetos com carga desigual é chamado de campo elétrico. Nesse espaço, uma carga elétrica exerce uma força sobre outra carga elétrica. A magnitude e a direção do campo elétrico são representadas pelas linhas de campo. Caso uma tensão alternada esteja conectada a um capacitor de placa, a corrente flui. A corrente depende do meio dielétrico entre as placas, por exemplo, de ar ou de meios. Uma mudança no meio de isolamento causa um aumento da constante dielétrica e aumenta a capacitância do capacitor, o que também aumenta o fluxo de corrente.
Além disso, o fluxo de corrente pode ser afetado pela distância e o tamanho das placas. Essas características de um capacitor constituem a base do princípio de medição de nível de capacitância. A parede condutora do tanque e uma sonda dentro do tanque formam um capacitor. As alterações na capacitância são usadas para determinar o nível. Na medição de capacitância, há diferença entre líquidos condutores de eletricidade e líquidos não condutores. Medições em líquidos condutores, normalmente líquidos à base de água, são feitas da seguinte forma:
O meio forma um curto-circuito entre a parede do tanque e o isolamento da sonda. Portanto, o efeito da medição só é formado pela capacitância de isolamento da sonda obtida do meio. Isso fornece uma medição estável, que independe da geometria do tanque e da constante dielétrica do meio. Se o nível dentro do tanque sobe, a área do capacitor aumenta proporcionalmente. A mudança de capacitância medida é usada para determinar o nível.
A mudança de capacitância em líquidos não condutores, normalmente óleos e solventes, é causada por constantes dielétricas mais altas do meio em relação ao ar. O meio não condutor forma um capacitor adicional para a parede do tanque conectado em série. Ele determina a capacitância total. Se o nível dentro do tanque sobe, a área do capacitor aumenta proporcionalmente. A mudança de capacitância medida é usada para determinar o nível e aumenta à medida que o nível sobe devido às constantes dielétricas mais altas do meio.
A medição, portanto, depende da constante dielétrica do meio e da geometria do tanque. Assim, são usadas predominantemente sondas de tubo de aterramento, que apresentam uma geometria definida e aumentam ainda mais o efeito da medição através de pequenas distâncias de placa. Para uma condutividade de meios condutores maior que 100 microssiemens por centímetro, a pré-calibração pode ser feita de fábrica devido à independência da constante dielétrica e do tanque, o que facilita um comissionamento rápido. Já em condutividades de meios não condutores menores que um microssiemens por centímetro, o respectivo meio dielétrico deve ser calibrado pelo cliente.
Uma pequena faixa de transição entre meio condutor e não condutor é chamada de faixa crítica. Nessa faixa, uma mudança mínima na condutividade do meio provoca um salto do valor medido. Portanto, aplicações nessa faixa de condutividade devem ser evitadas.
Os instrumentos Endress+Hauser, de acordo com o princípio da medição de capacitância, facilitam as medições da interface de nível, bem como o nível pontual em líquidos e sólidos, mesmo em aplicações com alta temperatura, alta pressão ou em áreas classificadas. Temos uma solução adequada para cada aplicação. Endress+Hauser.
