سطح سنج خازنی

سطح سنج خازنی نمونه ای از اندازه گیری مستقیم سطح است

از سنسورهای سطح سنج خازنی برای طیف گسترده ای از مواد جامد ، مایعات آبی و آلی و دوغاب استفاده می شود. این تکنیک اغلب به عنوان RF به عنوان سیگنالهای فرکانس رادیویی که در مدار خازن اعمال می شود ، گفته می شود. این سنسورها می توانند به گونه ای طراحی شوند که مواد را با ثابتهای دی الکتریک به اندازه 1.1 (کک و خاکستر پرواز) و به اندازه 88 (آب) یا بیشتر حس کنند. لجن ها و دوغاب هایی مانند کیک کم آب و دوغاب فاضلاب (ثابت دی الکتریک تقریبا 50) و مواد شیمیایی مایع مانند Quicklime (ثابت دی الکتریک تقریبا 90) را نیز می توان حس کرد. از سنسورهای سطح ظرفیتی دو پروب نیز می توان برای حساس بودن رابط بین دو مایعات غیر قابل عبور با ثابتهای دی الکتریک قابل ملاحظه ای استفاده کرد. از آنجا که سنسورهای سطح خازن دستگاههای الکترونیکی هستند ، مدولاسیون فاز و استفاده از فرکانسهای بالاتر باعث می شود که این سنسور برای برنامه هایی که ثابت های دی الکتریک مشابه هستند ، مناسب باشد.

اصل کار:

اصل اندازه گیری سطح سنج خازنی مبتنی بر تغییر ظرفیت است. یک الکترود عایق شده به عنوان یک صفحه خازن عمل می کند و دیواره مخزن (یا الکترود مرجع در یک کشتی غیر فلزی) مانند صفحه دیگر عمل می کند. ظرفیت آن به میزان سیال بستگی دارد. یک مخزن خالی از ظرفیت کمتری برخوردار است در حالی که یک مخزن پر شده دارای ظرفیت بیشتری است.  یک خازن ساده از دو صفحه الکترود تشکیل شده است که با ضخامت کمی عایق مانند جامد ، مایع ، گاز یا خلاء جدا شده اند. به این عایق نیز دی الکتریک گفته می شود. مقدار C بستگی به دی الکتریک مورد استفاده ، مساحت صفحه و همچنین فاصله بین صفحات دارد.

( C=E ( K A/d

جایی که:

(C = capacitance in picofarads (pF

E = a constant known as the absolute permittivity of free space

K = relative dielectric constant of the insulating material

A = effective area of the conductors

d = distance between the conductors

این تغییر در ظرفیت می تواند با استفاده از AC اندازه گیری شود.

اندازه گیری:

اندازه گیری با استفاده از سیگنال RF بین پروب رسانا و دیواره رگ انجام می شود. سیگنال RF جریان بسیار کمی را از طریق مواد فرآیند دی الکتریک موجود در مخزن از کاوشگر به دیواره مخزن منتقل می کند. هنگامی که سطح مخزن افت می کند ، ثابت دی الکتریک افت می کند و باعث افت خواندن خازن و افت یک دقیقه جریان در جریان می شود. این تغییر توسط مدار داخلی سوئیچ سطح تشخیص داده می شود و در صورت تشخیص سطح نقطه ، تغییر حالت رله سوئیچ سطح می شود. در مورد آشکارسازهای سطح مداوم ، خروجی یک حالت رله نیست بلکه یک سیگنال آنالوگ مقیاس پذیر است.

اندازه گیری سطح را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

• اندازه گیری مواد غیر رسانا

• اندازه گیری مواد رسانا

• اندازه گیری غیر تماسی

مواد غیر رسانا:

برای اندازه گیری سطح مایعات غیر رسانا ، از روش پروب لخت استفاده می شود زیرا مقاومت مایع به اندازه کافی زیاد است تا آن را دی الکتریک کند. از آنجا که الکترود و مخزن در جای خود ثابت هستند ، فاصله (d) ثابت است ، خازن مستقیماً با سطح ماده ای که به عنوان دی الکتریک عمل می کند متناسب است.

مواد رسانا:

در انجام مایعات ، صفحات پروب با استفاده از پوشش نازک شیشه یا پلاستیک عایق بندی می شوند تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود. ماده رسانا به عنوان صفحه زمین خازن عمل می کند. اندازه گیری نزدیکی (اندازه گیری نوع غیر تماسی): در اندازه گیری سطح نزدیکی مساحت صفحات خازنی ثابت است ، اما فاصله بین صفحات متفاوت است. اندازه گیری سطح نزدیکی یک خروجی خطی ایجاد نمی کند و در صورت تغییر سطح از چند اینچ استفاده می شود.

مزایای اندازه گیری سطح خازنی:

• نسبتا ارزان

• همه کاره

• قابل اعتماد

• به حداقل نگهداری نیاز دارد

• بدون قطعات متحرک است

• نصب آسان و به راحتی می تواند برای اندازه های مختلف عروق سازگار شود

• دامنه مناسب برای اندازه گیری ، از چند سانتی متر تا حدود 100 متر

• ناهموار

• پاک شوندگی راحت

• می تواند برای کاربردهای درجه حرارت و فشار بالا طراحی شود.

برنامه های کاربردی:

از کاوشگرهای سطح ظرفیتی برای اندازه گیری سطح استفاده می شود

• مایعات

• مواد جامد و گرانول

• فلزات مایع در دمای بسیار بالا

• گازهای مایع در دمای بسیار پایین

• مواد خورنده ای مانند اسید هیدروفلوئوریک

• فرآیندهای صنعتی با فشار بسیار بالا

معایب:

مواد چگالی نور کمتر از 20 lb / ft3 و مواد با اندازه ذرات بیش از 1/2 اینچ قطر می توانند به دلیل ثابت بودن دی الکتریک بسیار کم آنها (ناشی از مقدار زیادی فضای هوا بین ذرات) یک مشکل باشند.