Mesure capacitive des niveaux de remplissage – ce que vous devez savoir !

Dans l’industrie, il est nécessaire, dans le cadre des chaînes de processus, de soumettre les liquides et autres fluides à une mesure continue des niveaux de remplissage. A cet effet, différents procédés physiques sont disponibles au choix. La mesure capacitive des niveaux de remplissage dont la nature et le déroulement sont expliqués dans l’article technique suivant en fait partie.

Qu’entend-on par mesure capacitive des niveaux de remplissage?

La mesure des niveaux de remplissage représente l’ensemble des différents procédés physiques au moyen desquels le niveau des liquides, des pâtes ou des matières en vrac se trouvant dans un récipient peut être enregistré par un appareil de mesure. Ladite mesure capacitive des niveaux de remplissage détermine le niveau de remplissage d’un récipient à l’aide d’un champ électrique dont le changement de capacité est enregistré en fonction de la quantité par la technique de mesure. La précision et la fiabilité sont essentielles lors de la mesure ; si des valeurs de mesure s’avèrent erronées, les processus industriels sont susceptibles de s’interrompre.

Mesure capacitive des niveaux de remplissage – Fonctionnement et application

La mesure capacitive des niveaux de remplissage utilise un capteur dit capacitif qui agit comme un condensateur ouvert et qui est introduit comme sonde dans le matériau à contrôler. Un champ électrique qui réagit en termes de technique de mesure tel qu’il est décrit ci-après est créé entre l’électrode de mesure située à la pointe du capteur et l’électrode GND, formant ensemble les plaques du condensateur. Si un fluide ayant une conductibilité électrique supérieure à l’air (mesurée par la constante diélectrique) pénètre dans le champ de mesure, la capacité du champ s’agrandit selon la permittivité (conductibilité relative en fonction de la matière, indiquée comme facteur « Epsilon ») du matériau. L’électrode de mesure enregistre ce changement de capacité, le signal créé est évalué en temps réel et conduit à un résultat de mesure sous forme de contact de commutation dans un relais de sortie des électrodes avec une intensité correspondante. Il existe différentes variantes de capteurs capacitifs qui fonctionnent selon des méthodes divergentes et qui sont adaptés à différents matériaux. Les commutateurs de proximité, les capteurs de pression, les capteurs de distance et les accéléromètres sont généralement répandus.

Matériaux conducteurs et non conducteurs

Pour ce qui est de la décision concernant le procédé de mesure du niveau de remplissage à appliquer, on distingue essentiellement les matériaux électriquement conducteurs et non conducteurs.

Font partie des fluides et/ou matériaux conducteurs les éléments suivants:

• H2O
• Encre
• Lait
• Acétone
• Métaux
• Graphite
• Polymères (composés synthétiques)
• Silicium
• Sélénium

Les fluides non conducteurs tels que le verre, l’huile, le plastique ou le bois présentent, en règle générale, une permittivité de < 20 µS/cm. Si un fluide non conducteur parvient dans la zone du capteur, le champ s’amplifie en fonction de l’indice de permittivité « Epsilon r » et du volume du matériau, ce qui entraîne une augmentation de la capacité électrique du champ de mesure. Le principe est le suivant : Plus le facteur « Epsilon r » est faible, plus l’objet est difficile à analyser.

Procédés de mesure

Une mesure capacitive des niveaux de remplissage est possible depuis l’extérieur au moyen de capteurs capacitifs dans le cas d’une paroi de réservoir non conductrice, même sans contact avec le fluide ; cette méthode est appliquée surtout en cas de fluides agressifs chimiquement ou de matériaux non contaminables. En cas de récipients conducteurs électriquement et de mesure interne invasive, on utilise généralement des capteurs capacitifs, des sondes à ultrasons ou des commutateurs de proximité capacitifs à fonctionnement analogique, binaire ou numérique. Dans le cas de la méthode de mesure à ultrasons, la sonde émet une impulsion ultrasonore qui se reflète à travers le fluide à contrôler. Si l’on mesure la durée du signal, la distance et donc le niveau de remplissage actuel peuvent être déterminés avec précision. En revanche, un commutateur de proximité capacitif représente un capteur spécial qui réagit déjà à la proximité d’un fluide conducteur ou non conducteur avec une signalisation. En raison du changement de la capacité électrique de l’électrode de mesure par rapport à l’environnement, le niveau de remplissage peut être déterminé sans le moindre doute.

Quels matériaux sont détectables par la mesure capacitive des niveaux de remplissage ?

Les capteurs avec électrode GND sont recommandés pour le ciblage et l’analyse des matières étant donné que le champ électrique se répand de l’électrode de mesure à l’électrode GND dans le cas de ces sondes et qu’une zone de mesure définie apparaît de cette façon. Les non-conducteurs électriques tels que les huiles, le verre ou le bois ainsi que les fluides conducteurs comme l’eau, les composés métalliques, les polymères ou le graphite peuvent être identifiés sans difficulté.

Dans quels secteurs est utilisée la mesure capacitive des niveaux de remplissage ?

La mesure capacitive des niveaux de remplissage convient au contrôle des niveaux de remplissage des matières en vrac, des pâtes ou des liquides se trouvant dans des réservoirs conducteurs ou non conducteurs et/ou des unités de dosage avec une constante de permittivité située entre 2 et 80. Grâce à un boîtier de sonde adaptatif, de nombreux secteurs industriels peuvent être gérés. La palette s’étend des industries agroalimentaire et chimique à la technique automobile et d’impression en passant par la branche pharmaceutique, la branche du recyclage et de l’emballage.

Mesure capacitive des niveaux de remplissage – quels sont les avantages et les inconvénients?

Avantages:

• Principe de mesure fiable et éprouvé
• Mise en service et/ou montage simple
• Sondes adaptables universellement
• Pas de zone morte (distance aveugle), par conséquent adapté aux petits récipients
• Fréquence de mesure rapide, par conséquent adapté aux applications avec niveaux de remplissage à changement rapide.

Inconvénients:

• • Les inhomogénéités de la constante diélectrique présentes dans le fluide (par exemple, émulsions de composition différente) peuvent causer des erreurs de mesure.

Les dépôts ou les impuretés au niveau du capteur, notamment en cas de liquides cristallins ou visqueux, influent sur la mesure*

• Les charges électrostatiques faussent également le résultat de mesure
• En cas de fluides non conducteurs, une nouvelle comparaison s’avère nécessaire après un changement de fluide.

* Toute activation non souhaitée du relais de capteur et donc un contact de signal invalide en raison d’une lentille encrassée peut être prévenue grâce à l’intégration d’une électrode de compensation qui masque les objets non souhaités comme les impuretés.

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