Il sensore di livello capacitivo rappresenta una soluzione collaudata ed economica per la misura di livello, e può essere impiegato sia per i liquidi sia per i solidi. Qual è il funzionamento di un sensore di livello capacitivo, quali sono i vantaggi e alcune applicazioni reali? Ne parliamo in questo articolo.
Indice:
1. Come funziona un sensore di livello capacitivo
2. Sensore di livello capacitivo: i vantaggi
3. Sensore di livello capacitivo per liquidi: un esempio
4. Sensore di livello capacitivo: i casi applicativi
5. Sonda capacitiva, livellostato capacitivo o sensore capacitivo?
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La misura di livello di un sensore capacitivo si basa sulla variazione della capacità elettrica di un condensatore. In pratica, la sonda di livello e la parete del serbatoio formano un condensatore, la cui capacità elettrica varia in funzione della quantità di prodotto contenuto nel serbatoio.
Nel senso più semplice, i condensatori immagazzinano l'energia elettrostatica in un campo elettrico. La capacità del condensatore di immagazzinare questa energia (una misura nota appunto come “capacità”) aumenta aumenta man mano che la sonda viene coperta dal prodotto.
Quando operano come sensori di livello, i condensatori funzionano elaborando la capacità in riferimento alla costante dielettrica del materiale da misurare e alla tensione utilizzata per completare il circuito. Tuttavia, per i fluidi conducibili, la misura di livello è indipendente dalla costante dielettrica.
Più elevato è il livello di materiale o fluido da misurare, quindi più coperta è la sonda, maggiore è la capacità elettrica. Il che significa che un serbatoio vuoto ha una capacità elettrica inferiore, mentre un serbatoio pieno maggiore.
Ecco un breve video che sintetizza il principio di misura di livello capacitivo:
Oltre alla vasta gamma di materiali e applicazioni in cui sono utilizzabili, i sensori di livello capacitivi offrono diversi vantaggi:
Come abbiamo accennato, i sensori capacitivi rilevano eventuali cambiamenti nel loro campo elettrostatico. Questo include non solo il liquido stesso, ma anche influenze indotte dall'applicazione come condensa, formazione di schiuma, accumulo di materiale temporaneo o permanente.
Tuttavia, i fluidi ad alta viscosità possono causare notevoli ritardi nell'accurato rilevamento del livello, fino a causare un guasto a causa dell'incapacità del sensore di compensare il materiale che aderisce alle pareti del contenitore sul quale effettua la misurazione.
La sonda di livello Liquicap FMI21, ad esempio, è una soluzione semplice ed economica che offre svariate possibilità per il monitoraggio di livello nei liquidi, soprattutto in piccoli serbatoi e con fluidi che formano depositi.
Creata con materiali non soggetti a corrosione (fibra di carbonio e acciaio inox), la sonda è adatta anche per liquidi aggressivi (ad esempio acidi e alcali). Utilizzata in combinazione con il Fieldgate FXA42 (Gateway per monitoraggio remoto di misuratori in tecnologia Internet), Liquicap è la soluzione ideale per l’Inventory Management.
Il sensore di livello Liquicap installato in una camera di bypass.
Ecco tre casi di applicazioni reali in cui i sensori di livello capacitivo prodotti da Endress+Hauser si sono dimostrati la soluzione migliore!
Descrizione del cliente
Il cliente è una delle più grandi compagnie energetiche e petrolifere del mondo. L'azienda opera in oltre 100 paesi e impiega quasi 100.000 persone.
Applicazione
Allarme di alto livello indipendente su serbatoi di oli con tetto galleggiante esterno.
Sfide applicative
Soluzione per la misura di livello
Liquicap M FMI52 di Endress+Hauser. Normalmente questo trasmettitore compatto viene utilizzato per la misurazione continua del livello di liquidi e offre punti di regolazione flessibili tramite segnale 4-20 mA o punto di commutazione.
È adatto per:
In questa applicazione specifica l'FMI52 è stato utilizzato in combinazione con un RMA42 come interruttore di alto livello. Per garantire un corretto funzionamento, sono stati suggeriti alcuni accorgimenti:
Risultati della misurazione
La misurazione avviene senza problemi. Potrebbero esserci dei falsi allarmi solo nel caso in cui inizi a nevicare e il serbatoio fosse quasi pieno.
Descrizione del cliente
Il cliente è un produttore tedesco di unità di elaborazione. L'azienda ha oltre cinquant'anni di esperienza nella fornitura di soluzioni di processo innovative per le industrie farmaceutiche, cosmetiche e alimentari. Le due principali aree di competenza dell'azienda sono la lavorazione di liquidi e creme in vasche sottovuoto e la macinatura e triturazione dei materiali, dai pigmenti chimici agli ingredienti alimentari. Con oltre 200 dipendenti, l’azienda è una delle principali società internazionali nel suo segmento di mercato. Al momento, oltre 23.000 macchinari dell’impresa sono in uso in più di 180 Paesi.
Applicazione
Era necessaria la misura di livello in un'unità di lavorazione sottovuoto. L'unità viene utilizzata per la produzione di miscele eterogenee ed emulsioni in un ampio intervallo di viscosità, ad esempio massa di cioccolato o succo di frutta.
Sfide applicative
Soluzione per la misura di livello
Liquicap M FMI51, con FEI50H con compensazione attiva dei depositi. Il trasmettitore compatto Liquicap M viene tipicamente utilizzato per la misura continua di livello nei liquidi.
Grazie alla sua costruzione robusta e collaudata, dotata di cono autosigillante, la sonda può essere utilizzata sia in vuoto che in sovrapressione fino a 100 bar (1450 psi).
I materiali di tenuta e isolamento utilizzati consentono temperature di esercizio da -80° C a + 200° C nel recipiente di processo. La misura è indipendente dalla costante dielettrica (DK) a partire da una conducibilità del liquido di almeno 100 μS/cm. In questo modo, diversi liquidi possono essere misurati senza necessità di tarare nuovamente il sensore.
Utilizzato in combinazione con Fieldgate, per la visualizzazione da remoto dei valori misurati, Liquicap M è la soluzione ideale per l'inventario dei materiali e l'ottimizzazione della logistica.
Risultati della misurazione
La misurazione funziona senza problemi. Il cliente è molto soddisfatto ed equipaggia tutte le sue unità di lavorazione con la tecnologia di misura di livello di Endress+Hauser.
Descrizione del cliente
Il cliente è un produttore tedesco di acqua potabile, di servizio e antincendio.
Applicazione
Il cliente aveva necessità di effettuare il rilevamento continuo del livello in una vasca di un impianto di filtraggio dell'acqua.
Sfide applicative
Soluzione per la misura del livello
È stato installato Liquicap M FMI51 nella versione ad asta, che ha le stesse caratteristiche operative dello strumento del caso studio precedente.
Questo ha permesso al cliente di raggiungere importanti vantaggi:
Risultati della misurazione
Il sensore di livello Liquicap M FMI51 ha dimostrato un’elevata precisione di misurazione e un funzionamento vantaggioso, senza manutenzione.
Come abbiamo già raccontato all'articolo "Sonda di livello o livellostato: il parere dell'esperto", questi due termini vengono considerati sinonimi ma non sono esattamente la stessa cosa.
Sonda capacitiva e sensore capacitivo sono equivalenti e rappresentano gli strumenti che abbiamo descritto nei paragrafi precedenti, in grado di effettuare una misurazione in modo continuo, mentre l'interruttore di livello capacitivo o livellostato capacitivo è un controllo di livello puntuale, quindi indica mediante contatto elettrico se in un determinato punto è presente o è assente il prodotto da rilevare.
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