Kapasitif seviye vericisi veya kapasitif seviye ölçer nedir ve nasıl çalışır?

Kapasitif seviye vericisi veya kapasitif seviye vericisi veya kapasitif seviye göstergesi dolaylı seviye ölçüm ekipmanlarından biri olarak düşünülebilir.

 

Bu yazımızda kapasitif seviye vericilerinin yapısını ve çalışma prensiplerini inceliyoruz.

Kapasitif seviye vericisi veya kapasitif seviye ölçerin çalışma prensipleri nelerdir?

Kapasitif seviye ölçer veya kapasitif verici seviyesi, bir tankın içine dikey olarak yerleştirilen iletken bir çubuğun (Çubuk) kapasitansını ölçen bir cihazdır.

Çubuk veya elektrot, kapasitörün bir plakası gibi davranır, tankın duvarı diğer plaka gibi davranır ve proses akışkanı, kapasitörün dielektrik malzemesi gibi davranır. Tank içindeki sıvı seviyesi arttıkça çubuk ile tank duvarı arasındaki kapasitans da artar ve kapasitans seviye vericisinin çıkışında bir değişikliğe yol açar.

Boş bir tankın kapasitansı daha düşük, dolu bir kapasitörün ise büyük bir kapasitansı vardır. Kapasitif verici tüpünün kapasitans formülü aşağıdaki denklemden hesaplanır:

C = εA /d

Yukarıdaki ilişkide C, vericinin kapasitansı, ε, plakalar arasındaki malzemenin dielektrik katsayısı, A, plakaların üst üste binen alanı ve d, plakalar arasındaki mesafedir. Aşağıdaki resimde kapasitif bir verici tüpü gösterilmektedir.

 

Kapasitanstaki değişim kapasitif bir köprü ile ölçülebilir. Kapasitif seviye vericisinde ölçüm, iletken prob ile tank duvarları arasına RF sinyali uygulanarak yapılır.

Bu nedenle bu teknik bazen kapasitör devresine uygulanan RF veya radyo frekansı sinyalleri olarak da bilinir. RF sinyali, proses dielektrik sıvısında sondadan tank duvarına kadar çok küçük bir akım indükler.

Sıvı seviyesi düştüğünde dielektrik sabiti de düşer ve kapasitansta bir azalmaya ve akımda hafif bir düşüşe yol açar. Bu değişiklik seviye ölçerin dahili devreleri tarafından tanınır ve karşılık gelen seviye değişikliğine dönüştürülür.

Tankın metal duvarları ile tankın içine daldırılmış çubuk veya kapasite seviyesi vericisi arasındaki kapasitans, yalnızca dielektrik sabiti faktörlerinden biri, plakaların yüzeyi veya plakalar arasındaki mesafe değiştiğinde değişir.

İletken sıvıların seviyesinin ölçülmesi

Kapasitif seviye ölçer problarının iki türü vardır: biri iletken sıvılar için, diğeri iletken olmayan sıvılar için. Tankın içindeki akışkan iletken ise, yani dielektrik sabiti 10’dan büyükse, kapasitör dielektrik olarak kullanılamaz.

Sonuç olarak, iletken akışkanlar için tasarlanan kapasitif yüzey verici problarının, kısa devreleri önlemek için plastik veya diğer dielektrik malzemelerle kaplanması gerekir. Bu durumda aşağıdaki resimde olduğu gibi metal prob bir kapasitör plakasını, iletken akışkan ise diğer plakayı oluşturur.

Bu tip kapasitif yüzey problarında dielektrik sabiti ε ve mesafe d değişkenlerdir. A yüzeyi sabittir çünkü tank duvarlarının iç yüzeyi ve tankın içindeki verici kurulumdan sonra sabit kalır. Dolayısıyla geriye kalan tek faktör yüzey verici tüpünün kapasitansını etkileyen d ve ε’dur.

Sıvı seviyesi yükseldikçe, düşük geçirgenliğe sahip gazın yerini alır ve esasen rezervuar duvarını elektriksel olarak sondaya yaklaştırır. Sonuç olarak tank dolduğunda toplam kapasite maksimum olur. Aslında bu durumda ε daha büyüktür ve etkili mesafe d minimumdur.

İletken olmayan sıvıların seviyesinin ölçülmesi

Tankın içindeki akışkanın iletken olmaması yani geçirgenlik katsayısının 10’dan küçük olması durumunda dielektrik olarak kullanılabilir. Yani, aşağıdaki resimde olduğu gibi, kapasitörün ilk plakasının tankının metal duvarları ve bu durumda çıplak bir çubuk veya kablo olan kapasitör seviye vericisinin probu, kapasitörün ikinci plakasını oluşturur. Kapasitif yüzey problarının bu formunda kapasitansı etkileyen değişkenler ε ve A’dır.

Elbette tankın içindeki akışkanın, tankın üstündeki gaza göre daha yüksek geçirgenlik katsayısına sahip olması gerekir. Tank tamamen dolu olduğunda kapasite maksimumdur ve tank boş olduğunda minimumdur. Sıvı iletken değilse, seviye verici tüpünün tankın merkezine monte edildiği varsayılarak d mesafesi sabit ve tankın yarıçapına eşit olacaktır.

 

İletken olmayan akışkanlar için kapasitif seviye vericilerinde proses akışkanının geçirgenliği çok önemli bir değişkendir ve bu seviye ölçerde çok iyi bir doğruluk ancak dielektrik sabit değerinin veya akışkan geçirgenlik katsayısının tamamen emin olması durumunda elde edilebilir.

Malzemenin geçirgenliği zaman içinde sabit olmadığında, bu seviyedeki kapasitif vericilerin seviye ölçüm doğruluğunu sağlamanın akıllıca bir yolu, vericiyi her zaman sıvıyla kaplı veya sıvıya batırılmış bir tanktaki LRV noktasının altına yerleştirmektir. özel bir telafi edici sonda ile yaptı. Bazen buna hibrit prob denir.

Bu prob her zaman sıvıyla kaplı olduğundan ve her zaman sabit A ve d’ye sahip olduğundan, bunun sonucunda kapasitansı yalnızca sıvı ε’nın bir fonksiyonu olacaktır. Bu yöntem, ana probun kapasitansına bağlı olarak akışkan seviyesinin hesaplanmasında kullanılacak akışkanın dielektrik sabitinin sürekli olarak ölçülmesine olanak sağlar.

Zaman içinde sıvı geçirgenliğinde meydana gelen değişiklikleri ölçmek ve dengelemek için bir dengeleme sondasına sahip olmak, hidrostatik tanklama sistemlerinde sürekli ölçüm ve yoğunluk değişikliklerini dengelemek için üçüncü bir basınç vericisine sahip olmaya benzer. Aslında bu, seviye değişimine bağlı olmayan artık sistem değişkenindeki değişiklikleri düzeltmeye yönelik bir yöntemdir.

Yakınlık veya temassız ölçüm

Yakınlık veya temassız yüzey ölçümünde kapasitif plakaların yüzeyi sabittir ancak plakalar arasındaki mesafe değişir. Bu seviye ölçüm yöntemi doğrusal olmayan bir çıktı üretir ve seviye birkaç inç değiştiğinde kullanılır.

Katıların yüzeyinin ölçülmesi

Tozlar ve granüller gibi katıların seviyesini ölçmek için kapasitif seviye vericisi veya kapasitif seviye göstergesi de kullanılabilir. Bu uygulamalarda tankın içindeki malzemenin genellikle iletken olmadığı kabul edilir ve bunun sonucunda malzemenin geçirgenlik katsayısı ölçüm doğruluğunda önemli bir faktör olacaktır. Aslında katı malzemedeki nem değişikliklerinin yanı sıra tanelerin boyutundaki değişiklikler de geçirgenliği etkileyebilir.

Bu durumda dengeleme sondası da kullanışlı olmayacaktır çünkü konumu (tankın alt kısmında), orijinal sondadan farklı boyut veya nem içeriğine sahip taneciklere maruz kalmasına neden olur.

Kapasitif seviye göstergeleri genellikle çok yüksek doğruluk gerektirmeyen uygulamalarda kullanılır. Bu ekipman, akışkanın dielektrik katsayısındaki değişikliklerden, proses buharının geçirgenliğindeki değişikliklerden ve prob kablolarının başıboş kapasitans hatalarından kaynaklanan hatalara maruz kalır.

Kapasitif verici döngüsünün avantajları

Dielektrik sabiti 1,1 kadar küçük (kül gibi) veya 88’den büyük (su gibi) malzemelerin yüzeyini ölçmek için kapasitif bir sensör tasarlanabilir. Susuz kek ve kanalizasyon çamuru (dielektrik sabiti yaklaşık 50) gibi çamur ve bulamaçların ve sönmemiş kireç gibi sıvı kimyasalların (dielektrik sabiti yaklaşık 90) yüzeyi de kapasitif seviye vericisi tarafından tespit edilebilir.

Çift problu kapasitif seviye vericileri, farklı dielektrik sabitlerine sahip iki karışmayan sıvı arasındaki arayüzü ölçmek için de kullanılabilir. Kapasitif seviye ölçerler elektronik ekipman olduğundan, faz modülasyonu ve yüksek frekansların kullanılması, kapasitif seviye vericisini sıvıların dielektrik sabitlerinin benzer olduğu uygulamalar için uygun hale getirebilir.

Kapasitif seviye vericisinin avantajları şunlardır:

Nispeten ucuz fiyat
çok amaçlı
Düşük bakım ihtiyacı
Hareketli parça yok
Farklı boyutlardaki tanklara kolay kurulum ve adaptasyon
Santimetreden 100 metreye kadar ölçüm aralığı
Yüksek sıcaklık ve basınçta kullanılabilir

Kapasitif verici tüpün uygulanması

Kapasitif verici seviyesi aşağıdaki öğelerin seviyesini ölçmek için kullanılır:

sıvılar
Katı tozlar ve granüller
Yüksek sıcaklıklarda sıvı metaller
Çok düşük sıcaklıklarda sıvılaştırılmış gazlar
Hidroflorik asit gibi aşındırıcı sıvılar
Yüksek basınçlı endüstriyel prosesler
Kapasitif seviye vericisinin dezavantajları
20 lb/ft3’ten düşük yoğunluklu malzemeler ve 1/2 inçten (çap) daha büyük malzemeler, parçacıklar arasında büyük miktarda havanın varlığından kaynaklanan çok düşük dielektrik sabitleri nedeniyle kapasitif yüzey vericilerinde kullanıma uygun değildir.