Une mesure précise du niveau est essentielle pour garantir un fonctionnement sûr et efficace dans les process industriels impliquant divers produits. Le principe de mesure capacitif offre une solution polyvalente pour la détection de seuil et la mesure de niveau continue, notamment dans les applications exigeantes.
Ce principe repose sur les variations de capacité entre deux électrodes, généralement la paroi de la cuve et une sonde. Lorsque le niveau du fluide change, le milieu diélectrique entre les électrodes s'en trouve modifié, ce qui entraîne une variation de la capacité. Cette variation est détectée et convertie en un signal de sortie.
La mesure capacitive fonctionne aussi bien dans les liquides conducteurs que non conducteurs, en s'adaptant aux propriétés spécifiques de chaque produit. Elle est adaptée aux températures élevées, aux pressions élevées et aux zones explosibles, ce qui en fait une solution robuste et flexible pour un large éventail de secteurs industriels.
Regardez la vidéo pour découvrir le fonctionnement du principe de mesure capacitive.
Principaux avantages des sondes Liquicap, Liquipoint, Solicap et Minicap :
- Utilisation universelle pour les liquides et les solides
- Mesure fiable dans les produits, y compris les produits à haute viscosité
- Indépendance de la géométrie de cuve dans les produits conducteurs
- Sondes ajustables universellement
- Mise en service simple
Chaque jour, des cuves sont remplies et vidées des produits les plus divers via des conduites. On peut citer par exemple l'eau potable, les jus de fruits, les hydrocarbures et carburants, les acides ou les saumures. Étant donné que ces produits peuvent avoir des propriétés complètement différentes, il existe différents principes pour les mesurer. Par exemple, la mesure de niveau selon le principe capacitif.
La conception la plus ancienne du condensateur remonte à Ewald Georg von Kleist et Pieter von Musschenbroek, en 1745. En 1775, Alessandro Volta invente un condensateur amélioré, considéré comme le prototype des condensateurs modernes. En son honneur, l'unité SI de tension s'appelle le volt. La découverte de l'induction électromagnétique par Michael Faraday facilite la génération de champs électriques qui, associée à l'invention des condensateurs, sert de base à l'application de l'instrumentation à principe capacitif. En l'honneur de Faraday, l'unité SI de la capacité a été baptisée "farad".
Les instruments de mesure capacitive du niveau peuvent être utilisés pour la détection de seuil et la mesure de niveau continue, notamment dans les liquides. Le principe de mesure repose sur la variation de la capacité d'un condensateur. Examinons de plus près le fonctionnement de cette méthode de mesure à l'aide de l'exemple de la mesure continue. L'espace entre deux objets chargés de manière inégale est appelé champ électrique. Dans cet espace, une charge électrique exerce une force sur une autre charge électrique. L'intensité et la direction du champ électrique sont représentées par des lignes de champ. Si une tension alternative est appliquée à un condensateur à plaques, un courant circule. Le courant dépend du milieu diélectrique présent entre les plaques, par exemple l'air ou un autre fluide. Une modification du milieu isolant entraîne une augmentation de la constante diélectrique, ce qui accroît la capacité du condensateur et, par conséquent, l'intensité du courant.
De plus, l'intensité du courant peut être influencée par la distance et la taille des plaques. Ces caractéristiques d'un condensateur constituent la base du principe de mesure capacitif du niveau. La paroi électriquement conductrice de la cuve et une sonde à l'intérieur de celle-ci forment un condensateur. Les variations de capacité de ce dernier sont utilisées pour déterminer le niveau. Dans la mesure capacitive, on distingue les liquides conducteurs et les liquides non conducteurs. Les mesures dans les liquides conducteurs, qui sont généralement des liquides à base d'eau, s'effectuent comme suit :
Le fluide forme un court-circuit électrique entre la paroi de la cuve et l'isolation de la sonde. Par conséquent, l'effet de mesure est uniquement déterminé par la capacité d'isolation de la sonde due au fluide. Cela garantit une mesure stable, indépendante de la géométrie de la cuve et de la constante diélectrique du fluide. Si le niveau monte dans la cuve, la surface du condensateur augmente proportionnellement. La variation de capacité mesurée sert à déterminer le niveau.
La variation de capacité dans les liquides non conducteurs, généralement des huiles et des solvants, est due à la constante diélectrique plus élevée du fluide par rapport à celle de l'air. Le fluide non conducteur forme un condensateur supplémentaire, monté en série avec la paroi de la cuve. C'est lui qui détermine la capacité totale. Si le niveau monte dans la cuve, la surface du condensateur augmente proportionnellement. La variation de capacité mesurée sert à déterminer le niveau et augmente à mesure que celui-ci s'élève, en raison des constantes diélectriques plus élevées du fluide.
La mesure dépend donc de la constante diélectrique du fluide et de la géométrie de la cuve. C'est pourquoi on utilise principalement des sondes à tube de masse, qui présentent une géométrie définie et améliorent en outre l'effet de mesure grâce à de faibles distances entre les plaques. Dans les fluides conducteurs dont la conductivité est supérieure à 100 microSiemens par centimètre, un pré-étalonnage peut être effectué en usine en raison de l'indépendance de la constante diélectrique et de la cuve, ce qui facilite une mise en service rapide. Dans le cas de fluides non conducteurs dont la conductivité est inférieure à un microsiemens par centimètre, le fluide diélectrique concerné doit être étalonné chez le client.
La petite gamme de transition entre les fluides conducteurs et non conducteurs est appelée "gamme critique". Dans cette gamme, une variation minime de la conductivité du fluide entraîne un saut de la valeur mesurée. Il convient donc d'éviter les applications dans cette gamme de conductivité.
Les appareils Endress+Hauser, qui fonctionnent selon le principe de mesure capacitif, permettent la mesure d'interfaces de niveau ainsi que la détection de seuils dans les liquides et les solides, même dans des applications à haute température ou haute pression, y compris dans les zones explosibles. Nous proposons une solution adaptée à chaque application. Endress+Hauser.
