Misurazione capacitiva del livello di riempimento – dovreste saperlo!

Nell’industria, nell’ambito delle catene di processo, è necessario sottoporre i liquidi ed altri mezzi a una misurazione continua del livello di riempimento. Numerosi i procedimenti fisici a disposizione. Uno di questi è la cosiddetta misurazione capacitiva del livello di riempimento, di cui se ne descrivono l’essenza e il processo nel seguente articolo tecnico.

Che cosa si intende per misurazione capacitiva del livello di riempimento?

La misurazione del livello di riempimento rappresenta una raccolta di differenti procedimenti fisici, tramite i quali poter rilevare l’altezza libera di liquidi, paste oppure materiale sfuso, presenti in un recipiente, tramite un apparecchio di misura. Così facendo, si accerta la cosiddetta misurazione capacitiva del livello di riempimento di un contenitore con l’ausilio di un campo elettrico, la cui variazione della capacità in funzione della quantità è registrata a livello metrologico. Nella misurazione sono importanti la precisione e l’affidabilità; se i valori di misura sono errati, i processi industriali possono arrestarsi.

Misurazione capacitiva del livello di riempimento – Modalità di funzionamento ed applicazione

La misurazione capacitiva del livello di riempimento si avvale di un cosiddetto sensore capacitivo che funziona come un condensatore aperto e, in quanto sonda, è introdotto nel materiale da testare. Tra l’elettrodo di misurazione montato sulla punta del sensore e l’elettrodo GND che insieme formano le piastre del condensatore si genera un campo elettrico che reagisce metrologicamente come segue: Se un mezzo con una conducibilità elettrica superiore all’aria (misurata dalla cosiddetta costante dielettrica) penetra nel campo di misurazione, a seconda della permittività (conducibilità relativa in funzione del materiale, indicata come fattore “epsilon r”) del materiale aumenta la capacità del campo. L’elettrodo di misurazione registra questa variazione della capacità; in presenza di un’intensità adeguata, il segnale generato, interpretato in tempo reale, conduce a un risultato di misurazione sotto forma di un contatto di commutazione nel relè di uscita dell’elettrodo. Esistono diverse varianti di sensori capacitivi che funzionano secondo metodi divergenti e sono adatti per materiali differenti. Sono comunemente diffusi gli interruttori di prossimità, i sensori di pressione, i sensori di distanza e i sensori di accelerazione.

Materiali conduttori e non conduttori

Per decidere il procedimento da adottare di volta in volta per la misurazione del livello di riempimento, è importante distinguere tra i materiali elettroconduttori e non.

I mezzi ovvero materiali conduttori comprendono:

• H2O
• inchiostro
• latte
• acetone
• metalli
• grafite
• polimeri (composti in plastica)
• silicio
• selenio

I mezzi non conduttori, come per es. vetro, olio, plastica oppure legno, presentano, di norma, una permittività < 20 µS/cm. Se un materiale non conduttore entra nell’area del sensore, il campo si rafforza in funzione del coefficiente di permittività “epsilon r” e del volume del materiale, il che porta a un aumento della capacità elettrica del campo di misurazione. Si applica il principio: tanto più basso il fattore “epsilon r”, quanto più difficile è l’oggetto da analizzare.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row el_class="no_padding_row" el_id="Procedimenti_di_misurazione"][vc_column][vc_column_text]

Procedimenti di misurazione

Una misurazione capacitiva del livello di riempimento in presenza di una parete del serbatoio non conduttrice è possibile tramite sensori capacitivi anche senza contatto con il mezzo, dall’esterno, questo metodo è applicato soprattutto in presenza di mezzi chimicamente aggressivi oppure di materiali non contaminabili. In presenza di recipienti elettroconduttori e in caso di misurazione interna invasiva per il materiale si impiegano sensori capacitivi, sonde ad ultrasuoni oppure interruttori di prossimità capacitivi che funzionano per lo più su base analogica, binaria oppure digitale. Nel caso del metodo di misurazione ad ultrasuoni, la sonda manda un impulso ad ultrasuoni, riflesso dal mezzo da testare. Misurando la durata del segnale, è possibile accertare la distanza e, quindi, il livello corrente di riempimento in modo preciso. Per contro, un interruttore di prossimità capacitivo rappresenta un sensore speciale che reagisce già all’avvicinamento di un mezzo conduttore oppure non conduttore emettendo un segnale. La capacità elettrica dell’elettrodo di misurazione che varia in rapporto all’ambiente consente di accertare il livello di riempimento con certezza.

Quali materiali sono rilevabili dalla misurazione capacitiva del livello di riempimento?

Per individuare ed analizzare le sostanze, si raccomandano i sensori con elettrodo GND perché, nel caso di queste sonde, il campo elettrico si estende dall’elettrodo di misurazione all’elettrodo GND, generando così un intervallo di misurazione definito. Ciò consente di identificare agevolmente sia i mezzi non elettroconduttori, come per es. oli, vetro oppure legno sia i mezzi conduttori, come per es. acqua, composti metallici, polimeri oppure grafite.

In quali campi si impiega la misurazione capacitiva del livello di riempimento?

La misurazione capacitiva del livello di riempimento è perfettamente adatta per controllare il livello di riempimento di materiale sfuso, paste oppure liquidi in serbatoi elettroconduttori oppure non conduttori ovvero unità di dosaggio con una costante di permittività compresa tra 2 e 80. Gli alloggiamenti delle sonde, sviluppati ad hoc, consentono di servire numerosi settori industriali. La gamma si estende dall’industria alimentare a quella chimica, passando per il settore farmaceutico, di riciclo ed imballo, fino ad arrivare alla tecnologia dei veicoli e di stampa.

Misurazione capacitiva del livello di riempimento – Quali sono i vantaggi e gli svantaggi?

Vantaggi:

• principio di misurazione affidabile e collaudato/li>
• messa in funzione ovvero installazione semplice/li>
• sonde adattabili universalmente/li>
• nessuna zona morta (distanza di blocco), quindi adatta anche per piccoli recipienti/li>
• veloce frequenza di misurazione, quindi adatta per applicazioni con livelli di riempimento che variano rapidamente

Svantaggi:

• le disomogeneità della costante dielettrica nel mezzo (per es. emulsioni di composizione differente) possono causare misurazioni imprecise
• i depositi oppure gli imbrattamenti presenti sul sensore, per es. con liquidi cristallini oppure viscosi, incidono sulla misurazione*
  le cariche elettrostatiche falsano, per l’appunto, il risultato di misurazione
• In presenza di mezzi non conduttori occorre procedere a nuova taratura dopo un cambio mezzo

* Un’inserzione involontaria del relè del sensore e, quindi, un contatto di segnale non valido a causa di una lente del sensore imbrattata può essere impedita dall’installazione di un elettrodo di compensazione che maschera gli oggetti indesiderati, come per es. gli imbrattamenti.

Altri articoli interessanti

Sensore capacitivo

Per sapere tutto sulla struttura e sulla modalità di funzionamento di un sensore capacitivo

» Sensore capacitivo

Sensore induttivo

Per sapere tutto sulla struttura e sulla modalità di funzionamento di un sensore induttivo.

» Sensore induttivo

Sensore di livello

Per sapere tutto sulla struttura e sulla modalità di funzionamento del sensore di livello.

» Sensore di livello