Skrevet af Morten B. Jensen, Product Manager – Instrumenter hos KLINGER Danmark
Konduktiv niveaumåling
En af de enkleste, og mest udbredte, metoder til overvågning af niveau er det konduktive princip.
Konduktiv måling anvendes udelukkende til niveaudetektering i ledende væsker, idet princippet detekterer en ændring i modstanden mellem 2 ledere. Når produktet ikke er i kontakt med væsken er modstanden mellem de to ledere meget høj (uendelig stor). Så snart mediet berører begge ledere vil der kunne løbe en elektrisk strøm og modstanden falder drastisk - dette kan detekteres elektronisk.
Målekredsen kan opbygges på 2 måder:
Typiske konduktive switche har indstillingsområder, 0-1kOhm, 0-10kOhm eller 0-200kOhm
Der anvendes vekselstrøm i målekredsen for at undgå oxidation omkring elektroderne grundet den elektrolyse proces som vil forekomme når en elektron skal vandre.
Fordel: Enkel, billig og velegnet til to-punkts regulering.
Ulempe: Sonden bør ikke snavses til med fedt eller belægning og er begrænset anvendelig ved produkter med vekslende ledningsevne.
Kapacitiv niveaumåling
En anden form for ”stav måling” er det kapacitive princip, der bygger på de elektriske egenskaber ved en kondensator.
En kondensator er en elektrisk komponent, der er i stand til at opbygge og holde på en elektrisk ladning. Kondensatoren består af to plader med en fast indbyrdes afstand. Når en plade påtrykkes en spænding, vil den modsatte plade oplades med modsat polaritet og holde ladningen indtil den bliver afledt. Hvor stor en ladning (kapacitet), der kan dannes, afhænger af kondensatorens overflade (areal), hvor stor afstand, der er mellem pladerne og hvad, der befinder sig mellem pladerne. Det, der befinder sig mellem pladerne, betegnes som dielektrikum. Dielektrikum’ets evne til at isolere udtrykkes ved en konstant, dielektricitetskonstanten.
Alle medier har en relativ dielektricitetskonstant (DK-værdi), er. Pr. definition har luft værdien 1 og alt andet en værdi, der er højere. Matematisk kan den målte kapacitet udtrykkes ved en forenklet formel (pladekondensator):
C = (A/d) * er , hvor
C= kapaciteten
A= kondensatorens areal (i m2)
d = afstanden mellem pladerne (i m)
er = DK-værdien (Farad/m)
I niveaumåling benyttes en sensor, der udgør den ene ”plade” i kondensatoren. Typisk er sensoren af praktiske grunde udformet som en cylindrisk stav, men formen er uden betydning. Som den anden ”plade” benyttes som regel beholder væggen eller sensoren (sonden) kan være forsynet med sin egen reference i form af et rør uden om staven eller en parallelt løbende stav.
I modsætning til konduktiv måling, der ”kun” kan detektere niveau/ej niveau, kan den kapacitive aftastning også benyttes til at detektere kapacitetsændring – og dermed hvor meget af sensoren der er dækket, hvilket kan bruges til bestemmelse af niveauet. Elektronikken justeres til en nulværdi ved udækket (eller delvis dækket) sonde og justeres til en maks. værdi ved sonden dækket til det ønskede niveau. Alt efter den ønskede funktion omformer elektronikken kapacitetsændringen til et analogt signal (typisk 4 – 20 mA) eller til et on/off signal (grænseværdi) i form af et relæsignal eller et elektronisk signal via en transistor eller tyristor.
For at opnå det ønskede signal, skal elektronikken kunne måle en tilstrækkelig stor kapacitetsændring. Som håndregel kan man regne med min. 5 pF til en grænseindikering (switch) og min. 10 pF til en analog måling.
Det kapacitive princip er et af de måleprincipper der giver flest muligheder til løsning af niveaumåleopgaver, og det kan anvendes både til væske og faste stoffer.
Kapacitiv niveaumåling kan bruges i temperaturområde fra –100 °C til +400 °C, fra vakuum til 100 bar, og da materialevalget for sensoren er næsten ”frit”, kan princippet anvendes indenfor stort set alle industrier.