Medición de nivel capacitiva – información imprescindible
En el marco de las cadenas de procesos industriales existe la necesidad de medir constantemente el nivel de líquidos y otros medios. Para ello existen diferentes procedimientos físicos. Uno de ellos es la medición de nivel capacitiva, cuyas características y desarrollos se explican en el artículo técnico siguiente.
¿Qué se entiende por medición de nivel capacitiva?
La medición de nivel es una colección de diferentes procedimientos físicos mediante los que puede registrarse el nivel de líquidos, pastas o materiales a granel de un depósito con un aparato de medición. La medición de nivel capacitiva registra el nivel de un depósito mediante un campo eléctrico, cuyo campo capacitivo, que cambia dependiendo de la cantidad, es captado por técnica de medición. La exactitud y fiabilidad de la medición es importante, ya que unos valores de medición erróneos pueden detener los procesos industriales.
Medición de nivel capacitiva – funcionamiento y aplicaciones
La medición de nivel capacitiva usa un sensor capacitivo que funciona como un condensador abierto y que se introduce como sonda en el material a comprobar. Entre el electrodo de medición montado en la punta del sensor y el electrodo GND, que juntos forman las placas del condensador, se establece un campo eléctrico que reacciona de la forma siguiente desde el punto de vista de la técnica de medición: Si un medio con una conductividad eléctrica mayor que el aire (medido con la constante dieléctrica) penetra en el campo de medición, la capacitancia del campo aumenta en función de la permitividad (conductividad relativa que depende del material, indicado como factor «epsilon r») del material. El electrodo de medición capta este cambio de capacitancia, la señal creada se evalúa en tiempo real y, con la intensidad correspondiente, conduce a un resultado de medición en forma de contacto de conmutación en el relé de salida del electrodo. Existen diferentes variantes de sensores capacitivos que trabajan de modos diferentes y que son aptos para diferentes materiales. Son muy habituales los interruptores de proximidad, sensores de presión, sensores de distancia y sensores de aceleración.
Materiales conductores y no conductores
Con respecto a la decisión sobre el procedimiento de medición de nivel a emplear se distingue principalmente entre materiales conductores y no conductores.
Entre los medios o materiales conductores se encuentran:
- H2O
- Tinta
- Leche
- Acetona
- Metales
- Grafito
- Polímeros (aleaciones plásticas)
- Silicio
- Selenio
Los medios no conductores como cristal, aceite, plástico o madera tienen por regla general una permitividad de < 20 µS/cm. Si un medio no conductor llega al área del sensor, el campo se intensifica en función del factor de permitividad «epsilon r» y del volumen del material, lo que conduce a un aumento de la capacitancia eléctrica del campo de medición. Por consiguiente, rige lo siguiente: cuanto menor sea el factor «epsilon r» más difícil será analizar el objeto.
Procedimientos de medición
Si la pared del depósito no es conductora, la medición de nivel capacitiva también es posible desde fuera y sin contacto con el medio con sensores capacitivos. Este método se emplea principalmente con medios químicos agresivos o en el caso de materiales no contaminables. En el caso de los depósitos eléctricamente conductores y una medición interior invasiva desde el punto de vista material, suelen emplearse sensores capacitivos que trabajan sobre una base analógica, binaria o digital, sondas de ultrasonidos o interruptores de proximidad capacitivos. En el sistema de medición por ultrasonidos la sonda emite un impulso de ultrasonido que es reflejado por el medio a examinar. Si se mide el tiempo de recorrido de la señal puede calcularse la distancia y, por consiguiente, el nivel actual con mucha precisión. En contraposición, un interruptor de proximidad capacitivo es un sensor que reacciona con la emisión de un señal cuando se aproxima un medio conductor o no conductor. Debido al cambio de la capacitancia eléctrica del electrodo de medición en relación al ambiente, puede determinarse el nivel con seguridad.
¿Qué materiales pueden detectarse mediante la medición de nivel capacitiva?
Para contabilizar y analizar sustancias recomendamos sensores con un electrodo GND, porque en estas sondas el campo eléctrico se extiende desde el electrodo de medición hasta el electrodo GND, con lo que se genera un rango de medición definido. De esta forma pueden identificarse fácilmente sustancias no conductoras de electricidad, como aceites, cristal o madera, y sustancias conductoras, como agua, aleaciones de metal, polímeros o grafito.
¿En qué ámbitos se usa la medición de nivel capacitiva?
La medición de nivel capacitiva es especialmente adecuada para el control de nivel de material a granel, pastas o líquidos en depósitos conductores o no conductores y/o unidades de dosificación con una constante de permitividad entre 2 y 80. Gracias a las carcasas de las sondas adaptadas a las necesidades es posible suministrar a un gran número de ramos industriales. Desde la industria de los productos alimentarios y químicos hasta la industria del automóvil o de impresión, pasando por los sectores farmacéuticos, de reciclado y embalaje.
Medición de nivel capacitiva – ventajas y desventajas
Ventajas:
- Principio de medición eficaz y de fiabilidad demostrada
- Puesta en marcha y montaje sencillos
- Sondas adaptables universalmente
- Sin zonas muertas (distancia de bloque) y, en consecuencia, adecuado para depósitos pequeños
- Frecuencia de medición rápida, por tanto adecuado para aplicaciones con niveles que cambian con rapidez.
Desventajas:
- Si la constante dieléctrica del medio no es homogénea (p.ej. emulsiones de diferente composición) pueden producirse mediciones inexactas
- Las deposiciones o la suciedad en el sensor, p.ej. en el caso de líquidos cristalinos y viscosos, influyen en la medición*
La carga electrostática también falsifica el resultado de la medición. - Los cambios de medios no conductores requieren una nueva calibración
* La conexión involuntaria del relé del sensor y, como consecuencia, un contacto de señalización inválido debido a la suciedad en una lente del sensor puede evitarse montando un electrodo de compensación que oculta objetos no deseados como, por ejemplo, la suciedad.
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