جستجو

سطح سنج خازنی

سطح سنج خازنی(لول سنج خازنی) چیست؟

اساس کار سطح سنج خازنی(capacitive level sensor)

سطح سنج خازنی ابزاری برای اندازه گیری مداوم سطح مایعات و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی است.

سپس این سیگنال ارزشمند می تواند با ابزارهای مختلف ارتباط برقرار کند و کاربران را قادر می سازد تا سطح مایع را مشاهده و کنترل کنند.

اصل اندازه گیری سطح سنج خازنی بر اساس روش عملکرد یک خازن است. یک خازن توسط دو الکترود با بار متفاوت جدا شده از یکدیگر تشکیل می شود. اعمال جریان متناوب بین الکترودها باعث ایجاد میدان الکتریکی می شود. این میدان الکتریکی به فاصله بین الکترودها، اندازه سطح الکترودها و محیط جداکننده بین الکترودها بستگی دارد.

اگر فاصله بین الکترودها و اندازه سطح الکترودها ثابت نگه داشته شود، تنها محیط روی ظرفیت الکتریکی تأثیر می گذارد. با تغییر محیط، میدان الکتریکی نیز تغییر می کند، در نتیجه ظرفیت خازنی نیز به صورت زیر تغییر می کند:

ظرفیت (C) = ثابت دی الکتریک (Ɛ0) × ثابت دی الکتریک نسبی (DC) × سطح الکترود(A) که در آن ثابت دی الکتریک (Ɛ0) ثابت میدان الکتریکی است ( C/(Vm

در مورد سنسور سطح خازنی، پراب (یا الکترود غوطه‌ور شده) به عنوان یک صفحه خازن عمل می‌کند و الکترود مخالف (اغلب دیواره ظرف یا مخزن) به عنوان صفحه دیگر عمل می‌کند. مایعی که سطح آن اندازه گیری می شود به عنوان محیط دی الکتریک در این تنظیم خازن عمل می کند. مایعات مختلف دارای ثابت دی الکتریک متفاوتی هستند که می تواند بر ظرفیت خازن تأثیر بگذارد. با تغییر سطح مایع، قسمت پراب غوطه ور در مایع تغییر می کند. این امر دی الکتریک موثر بین صفحات خازن را تغییر می دهد و منجر به تغییر در ظرفیت خازن می شود. این تغییر در ظرفیت با سطح مایع نسبت مستقیم دارد.

سیستم الکترونیکی موجود در سنسور، این تغییرات در ظرفیت را تشخیص می دهد. با نظارت بر این تغییرات، سنسور می تواند سطح مایع را تعیین کرده و آن را به سیگنال قابل خواندن تبدیل کند.

سطح سنج خازنی 1

محیط‌های با ثابت دی‌الکتریک پایین (مقدار DC) باعث تغییرات بسیار کمی در مقدار خازن در اندازه‌گیری سطح می‌شوند در حالی که موادی با مقدار DC بالا به ترتیب تغییرات خازنی زیادی ایجاد می‌کنند. در بسیاری از پروژه های کاربردی با رابط ، مواد با مقدار DC پایین در بالا قرار دارد، مانند هیدروکربن (DC = 2) روی آب (DC = 80).

مواد بالایی به علت پایین بودن DC ،تنها حداقل سهمی را در مقدار ظرفیت کلی خواهند داشت، بنابراین فقط سطح آب به عنوان سطح نشان داده می شود.

برای استفاده از این اثر، مقدار DC دو رسانه باید به اندازه کافی با یکدیگر متفاوت باشد.

معمولاً یک محیط با مقدار DC پایین غیر رسانا است در حالی که یک محیط با مقدار DC بالا رسانا است. بنابراین اندازه گیری سطح مخزنی با یک مواد غیر رسانا و رسانا همیشه امکان پذیر است.

سطح سنج خازنی 2

رنج عملکرد سطح سنج خازنی

سطح سنج خازنی 3

لول سنج خازنی به خوبی می تواند در شرایط دمای بالا، فشار بالا، خوردگی قوی، کریستال شدن آسان،  ضد یخ زدگی و پودر جامد و مواد گرانولی کار کند.

مقدار اندازه گیری سنسور خازنی سطح، مستقل از ویسکوزیته، چگالی و فشار کاری محیط فرایند است.

سطح سنج خازنی 4

ترانسمیتر سطح خازنی یا لول سوییچ خازنی

سطح سنج خازنی به دو منظور مورد استفاده قرار میگیرد.

1- ترانسمیتر سطح خازنی

2- لول سوییچ خازنی

ترانسمیتر سطح، در واقع میزان سطح را از طریق یک سیگنال آنالوگ(معمولا 4 تا 20 میلی آمپر)به صورت لحظه ای گزارش میدهد. این ترانسمیتر سطح باید در بالای مخزن نصب شود و طول پراب آن باید به اندازه طول مخزن باشد.

لول سوییچ خازنی در واقع یک سنسور موقعیت با خروجی سوئیچ است. لول سوییچ خازنی معولا در بغل مخزن و در جایی که میخواهیم سطح در آن نقطه کنترل شود نصب میشود. به محض رسیدن سیال به محل نصب سوییچ سطح، سنسور وجود سیال را تشخیص داده و یک سیگنال سوییچ ارسال میکند. طول پراب لول سوییچ میتواند کوتاه باشد . این به طور گسترده ای برای تشخیص موقعیت در دمای بالا، فشار بالا، اسید قوی و قلیایی قوی و محیط های مختلف پودر و ذرات در صنایع نفت، شیمیایی، متالورژی، صنایع سبک، زغال سنگ، سیمان، غلات و سایر صنایع استفاده می شود.

 محدودیت ها و معایب سطح سنج خازنی

1- مشکلات پوشش: رسانه های ضخیم یا چسبنده ممکن است پروب را بپوشانند و یک لایه عایق ایجاد کنند که می تواند منجر به نقص یا عملکرد ضعیف شود. اگر فرآیندی یک پراب خازن را بپوشاند یا خراب کند، ممکن است برای جلوگیری از خوانش‌های سطح کاذب به جبران ساز نیاز باشد.

2- حساسیت ثابت دی الکتریک: تغییرات در محیط که باعث جابجایی ثابت دی الکتریک می شود می تواند بر عملکرد سنسور تأثیر بگذارد. ترانسمیترهای خازنی سطح پیوسته، نیاز دارند که مایع اندازه گیری شده در یک مقدار دی الکتریک ثابت باقی بماند. اگر اینطور نیست، ترانسمیتر باید این قابلیت را داشته باشد که تغییرات دی الکتریک مایع را جبران کند.

3- پروب‌هایی که مستقیماً در مخزن نصب می‌شوند معمولاً نمی‌توانند با فرآیند در حال کار جایگزین شوند، مگر اینکه در یک قفس حسگر با شیرهای ایزوله نصب شوند.

4- پروب های میله ای بسته به طول پروب به فاصله ارتفاع کافی نیاز دارند.

5- لول سنج های خازنی، نمی تواند سطح مایعاتی را که ویسکوزیته بالای 2000 cst دارند اندازه گیری کند.

6- محدودیت سیال رسانا: این حسگرها ممکن است با چالش‌هایی با سیالات رسانا مواجه شوند، مگر اینکه با یک لوله بیرونی عایق‌شده همراه باشند.

7- ضرورت کالیبراسیون: آنها برای تشخیص دقیق تفاوت بین مایع و هوا به کالیبراسیون نیاز دارند. این ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد گاه به گاه بر اساس محیط داشته باشد.

8- انسداد احتمالی: پراب ممکن است به داخل مایع بیرون زده و باعث ایجاد انسداد، جذب رسوب یا حتی ایجاد نگرانی‌های بهداشتی در کاربردهای خاص شود.

مزایا سطح سنج خازنی

1- اندازه‌گیری سطح خازنی در محیط‌های خورنده با پراب های پوشش داده شده (مانند PTFE) استفاده قابل انجام است.

2- اندازه گیری خازنی دارای زمان پاسخ بسیار سریع است که آن را برای فرآیندهایی با تغییرات سریع سطح و ظروف کوچک ایده آل می کند.

3- اصل اندازه گیری تحت تأثیر تغییرات چگالی سیال قرار نمی گیرد.

4- این سنسورها با سیالات دی الکتریک مختلف عملکرد خوبی دارند و آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می کند.

5- طراحی قوی آنها که اغلب از فولاد ضد زنگ استفاده می کند، به این معنی است که در برابر بیشتر سیالات و شرایط سخت مقاوم هستند. این کار طول عمر طولانی را تضمین می کند.

6- بدون قطعات متحرک: عدم وجود قطعات متحرک تضمین می کند که به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند، که به ویژه در محیط های چالش برانگیز سودمند است.

7- از آنجایی که آنها اجزای حساسی ندارند که در مایع غوطه ور شده باشند، می توانند در سیالات داغتر که برخی از سنسورهای دیگر ممکن است با مشکل مواجه شوند، کار کنند.

8- طراحی آنها به آنها اجازه می دهد تا به طور موثر در ظروف تحت فشار یا تخلیه شده مهر و موم شده بدون تأثیر قابل توجهی بر عملکرد کار کنند.

9- با ساختار مکانیکی ساده، کمتر مستعد خرابی مکانیکی هستند.

کاربردهای لول سنج خازنی

لول سنج خازنی به طور گسترده ای جهت تشخیص و کنترل سطح در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده شود. این لول سنج برای اندازه گیری سطح مایع (سطح) مایعات رسانا و نارسانا (جامد) در مخازن تحت فشار استفاده می شود.

سنسور سطح خازنی در صنایع شیمیایی، میادین نفتی، تصفیه آب و فاضلاب،دوغاب رسانا و عایق، صنایع کاغذسازی، دارویی، پودر، خاکستر، صنعت متالورژی، سیمان و … کاربرد دارد

 ملاحظات:

1-پراب ها باید از الکترود فلزی و رسانا با عایق کامل پلاستیکی بدون توجه به رسانایی سیال ساخته شوند.

2- هنگام نصب، اتصال رسانای الکتریکی خوب بین اتصال فرآیند و مخزن باید تضمین شود. می توان از نوار آب بندی رسانای الکتریکی استفاده کرد.

3- در صورت بارهای جانبی شدید باید از پراب های میله ای با لوله زمین استفاده شود.

4- طول پراب باید مطابق با محدوده اندازه گیری سطح طراحی شود.

نصب سطح سنج خازنی روش ارت (ارتینگ)

مخزن که می تواند برای عملکرد دستگاه حیاتی باشد، باید ارزیابی شود.

سطح سنج خازنی 5

کالیبراسیون و پیکربندی سنسور سطح خازنی:

پراب‌های خازنی در کارخانه برای محیط‌هایی با رسانایی ≤ 100 μS/cm (برای مثال همه مایعات مبتنی بر آب، اسیدها، قلیایی‌ها…) کالیبره می‌شوند.

کالیبراسیون در محل، فقط در صورتی ضروری است که مقدار 0% یا مقدار 100% باید متناسب با الزامات اندازه‌گیری خاص تنظیم شود (مثلاً ارتفاع مخزن کمتر از 250 میلی‌متر، رسانایی < μS/cm 100 یا رنج خاص).

به طور کلی بین دو نوع کالیبراسیون تمایز قائل می شود:

کالیبراسیون تر: پراب را می توان برای محدوده کامل خود کالیبره کرد، یعنی سطح پایین تر (کالیبراسیون سطح 0٪) و سطح بالا (سطح 100٪). سایر مقادیر میانی را نیز می توان انجام داد.

کالیبراسیون خشک: ظرفیت خازن سطح را می توان با وارد کردن مقادیر سطح پایین و بالا شبیه سازی کرد. واحدهای خازنی به طور خودکار تصویر تغییر ظرفیت خازنی را بر اساس کالیبراسیون کارخانه برای رسانایی ≥ μS/cm 100 محاسبه می کنند.

سطح سنج خازنی 6

انتخاب سطح سنج خازنی

برای انتخاب یک سطح سنج خازنی مناسب باید موارد زیر مشخص شود:

1- سطح سنج یا لول سوییچ

2- هدایت الکتریکی سیال

3- دما فرایند

4- فشار فرایند

5- خورنده بودن یا نبودن سیال

6- طول پراب

خرید و قیمت سطح سنج خازنی

جهت خرید یک سطح سنج خازنی مناسب و دریافت قیمت آن، میتوانید مشخصات مورد نیاز لول سنج خود را برای کنترل با ما ارسال کنید. کارشناسان مربوطه پس از بررسی، پیشنهاد قیمت و مدل را خدمت شما ارسال خواهند کرد.