سنسور صنعتی

اساس کار لول سوئیچ خازنی چیست:

اصول اندازه گیری سطح خازنی بر اساس تغییر ظرفیت است. یک الکترود عایق شده به عنوان یک صفحه خازن و دیواره مخزن (یا الکترود مرجع در یک ظرف غیر فلزی) به عنوان صفحه دیگر عمل می کند. 

ظرفیت خازنی به سطح مواد بستگی دارد. مخزن خالی ظرفیت کمتری دارد در حالی که مخزن پر ظرفیت بیشتری دارد.

یک خازن ساده از دو صفحه الکترود تشکیل شده است که با ضخامت کمی از یک عایق مانند جامد، مایع، گاز یا خلاء جدا شده اند. به این عایق دی الکتریک نیز می گویند.

مقدار ظرفیت خازنی مه با حرف C نمایش داده میشود، به دی الکتریک مورد استفاده، مساحت صفحه و همچنین فاصله بین صفحات بستگی دارد.

بطوریکه:

C = ظرفیت بر حسب پیکوفاراد (pF)

E = ثابت گذردهی مطلق فضای آزاد 

K = ثابت دی الکتریک نسبی ماده عایق

A = مساحت بین پایه های خازن

d = فاصله بین پایه های خازن

این تغییر در ظرفیت را می توان با استفاده از پل AC اندازه گیری کرد.

 

اندازه گیری:

 اندازه گیری با اعمال سیگنال RF بین پروب رسانا و دیواره عروق انجام می شود.

سیگنال RF منجر به جریان بسیار کم جریان از طریق مواد فرآیند دی الکتریک در مخزن از پروب به دیواره رگ می شود. هنگامی که سطح در مخزن کاهش می یابد، ثابت دی الکتریک کاهش می یابد و باعث افت در خواندن خازن و یک دقیقه افت در جریان جریان می شود.

این تغییر توسط مدار داخلی سوئیچ سطح تشخیص داده می شود و در صورت تشخیص سطح نقطه به تغییر حالت رله سوئیچ تراز تبدیل می شود.

در مورد آشکارسازهای سطح پیوسته، خروجی حالت رله نیست، بلکه یک سیگنال آنالوگ مقیاس شده است.

سنسورهای سطح خازنی برای طیف گسترده ای از جامدات، مایعات آبی و آلی و دوغاب استفاده می شود. این روش اندازه‌گیری سطح اغلب به عنوان آر اف به عنوان سیگنال فرکانس رادیویی اعمال شده به مدار خازن نامیده می شود. 

حسگرها را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که مواد با ثابت دی الکتریک کمتر از 1.1 (کک و خاکستر بادی) و 88 (آب) یا بیشتر را حس کنند. لجن ها و دوغاب هایی مانند کیک خشک شده و دوغاب فاضلاب (ثابت دی الکتریک تقریباً 50) و مواد شیمیایی مایع مانند آهک زنده (ثابت دی الکتریک تقریباً 90) نیز قابل تشخیص هستند. حسگرهای سطح ظرفیت خازنی دو پروب همچنین می توانند برای تشخیص رابط بین دو مایع غیرقابل اختلاط با ثابت های دی الکتریک به طور قابل ملاحظه ای متفاوت استفاده شوند.

از آنجایی که حسگرهای سطح خازنی دستگاه‌های الکترونیکی هستند، مدولاسیون فاز و استفاده از فرکانس‌های بالاتر، حسگر را برای کاربردهایی که ثابت‌های دی الکتریک مشابه هستند.

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

• اندازه گیری مواد غیر رسانا
• اندازه گیری مواد رسانا
• اندازه گیری بدون تماس (سطح سنج های راداری و اولتراسونیک)

مواد نارسانا:

برای اندازه‌گیری سطح مایعات نارسانا، از آرایش پروب لخت استفاده می‌شود، زیرا مقاومت مایع به اندازه کافی بالاست تا آن را دی الکتریک کند. از آنجایی که الکترود و مخزن در جای خود ثابت هستند، فاصله (d) ثابت است، ظرفیت خازن مستقیماً با سطح ماده ای که به عنوان دی الکتریک عمل می کند، متناسب است.

مواد رسانا:

در مایعات رسانا، صفحات پروب با استفاده از پوشش نازک شیشه ای یا پلاستیکی عایق بندی می شوند تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود. ماده رسانا به عنوان صفحه زمین خازن عمل می کند.

اندازه گیری مجاورت (اندازه گیری های نوع غیر تماسی):

در اندازه گیری سطح مجاورت، مساحت صفحات خازن ثابت است، اما فاصله بین صفحات متفاوت است.

اندازه گیری سطح مجاورت خروجی خطی ایجاد نمی کند و زمانی استفاده می شود که سطح چندین اینچ تغییر کند.

مزایای اندازه گیری سطح به روش لول سوئیچ خازنی:

1. نسبتا ارزان
2. همه کاره
3. قابل اعتماد
4. به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد
5. فاقد قطعات متحرک
6. نصب آسان است و به راحتی می توان آن را برای اندازه های مختلف کشتی ها تطبیق داد
7. محدوده اندازه گیری خوب، از چند سانتی متر تا حدود 100 متر
8. ناهموار
9. ساده برای استفاده
10. پاک شوندگی راحت
11. می تواند برای کاربردهای دما و فشار بالا طراحی شود.

 برنامه های کاربردی:

پروب های سطح خازنی برای اندازه گیری سطح استفاده می شوند

1. مایعات
2. جامدات برقی و دانه ای
3. فلزات مایع در دمای بسیار بالا
4. گازهای مایع در دمای بسیار پایین
5. مواد خورنده مانند اسید هیدروفلوئوریک
6. فرآیندهای صنعتی با فشار بسیار بالا

معایب:

ثابت دی الکتریک مواد بایستی قبل از خرید لول سوئیچ خازنی مد نظر گرفته شود