Le principe de la mesure de niveau capacitive

[0:17]Chaque jour, des cuves de stockage sont remplies et vidées avec les produits les plus divers. L'eau potable, les jus de fruits, les huiles et les essences, les acides ou les bases en sont des exemples. Étant donné que ces produits présentent en partie des propriétés complètement différentes, il existe également des principes de mesure différents pour leur détection. Par exemple, la mesure de niveau d'après le principe capacitif. Le plus ancien type de condensateur remonte à celui d'Evard George von Kleist et de Pieter van Musschenbroek en 1745. Un condensateur amélioré a été inventé en 1775 par Alessandro Volta. Il est considéré comme le prototype des condensateurs modernes. En son honneur, l'unité SI pour la tension électrique est le volt. La découverte de l'induction électromagnétique par Michael Faraday a permis de générer des champs électriques qui, avec l'invention des condensateurs, ont servi de base à l'application de la technologie de mesure capacitive. En l'honneur de Faraday, l'unité SI pour la capacité électrique a été nommée le Farad. Les transmetteurs de niveau capacitifs peuvent être utilisés pour la détection de seuil de niveau et pour la mesure continue de niveau, de préférence dans des liquides. Le principe de mesure repose sur la variation de la capacité d'un condensateur. Examinons de plus près le principe de fonctionnement de cette méthode de mesure à l'aide de l'exemple d'une mesure continue. L'espace entre deux objets inégalement chargés est appelé champ électrique. Dans cet espace, une charge électrique exerce une force sur une autre charge. L'intensité et la direction du champ électrique sont représentées par des lignes de champ. Lorsqu'une tension alternative est appliquée à un condensateur à plaque, le courant circule. L'intensité du courant dépend de la constante diélectrique du matériau isolant qui se trouve entre les plaques, par exemple de l'air ou du produit. Une modification du matériau isolant entraîne une augmentation de la constante diélectrique, augmente la capacité du condensateur et donc l'intensité de courant. L'intensité de courant peut également être influencée par la distance et la taille des plaques. Ces caractéristiques d'un condensateur sont la base du principe de la mesure de niveau capacitive. La paroi électriquement conductrice d'une cuve et une sonde montée dans la cuve forment un condensateur. Le changement de capacité étant utilisé pour connaître le niveau. Dans la mesure capacitive, on différencie les liquides électriquement conducteurs des liquides non conducteurs. Pour les liquides conducteurs qui sont généralement des liquides à base d'eau, la mesure s'effectue de la manière suivante. Le fluide forme un court-circuit électrique entre la paroi de la cuve et l'isolation de la sonde. Ainsi, l'effet de mesure n'est formé que par la capacité d'isolation de la sonde prélevée par le fluide. Il en résulte une mesure stable, indépendante de la géométrie de la cuve et de la variation de la constante diélectrique du fluide. Lorsque le niveau de remplissage augmente dans la cuve, la surface du condensateur augmente proportionnellement. La variation de capacité mesurée sert à déterminer le niveau. Le changement de capacité dans les liquides non conducteurs, généralement des huiles et solvants est provoqué par des coefficients diélectriques de produits plus importants que l'air. Le produit non conducteur forme un condensateur supplémentaire, couplé en série entre la paroi de la cuve et la capacité d'isolation de la sonde. La capacité totale de ce condensateur augmente également à mesure que le niveau augmente. La mesure dépend ainsi de la géométrie de la cuve et de la constante diélectrique du produit. Dans ce cas, on utilise principalement des sondes à tube de masse qui représentent une géométrie définie et augmente l'effet de mesure en raison de l'écartement réduit des plaques. Pour les fluides conducteurs dont la conductivité est supérieure à 100 micro Siemens par centimètre, un préréglage en usine est possible. Grâce à l'indépendance de la constante diélectrique et de la cuve, ce qui permet une mise en service rapide. Pour les fluides non conducteurs dont la conductivité est inférieure à 1 micro Siemens par centimètre, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage client selon la constante diélectrique du produit. Il existe une plage critique dans une petite zone de transition entre les fluides conducteurs et non conducteurs. Dans cette plage, une variation minimale de la conductivité du fluide entraîne une variation brusque de la valeur mesurée. Pour cette raison, il convient d'éviter les applications dans cette plage de conductivité. Les appareils d'Endress et Hauser fonctionnant d'après le principe de mesure capacitive permettent la mesure de niveau, d'interface et de seuil de niveau dans les liquides et les solides, également pour des applications à haute température ou pression ainsi que dans les zones à atmosphère explosible.