Le fonctionnement et la technologie des capteurs de niveau

La combinaison d’une électrode intégrée dans la pointe du capteur et de l’environnement forme un condensateur. La capacité est définie en fonction des constantes diélectriques (coefficient CD) du milieu. L’association d’une bobine à ce condensateur dans l’électronique du capteur aboutit à un circuit résonant. Le signal de commutation est commandé en fonction de la fréquence de résonance mesurée et des seuils de déclenchement programmables.

Par principe, le détecteur capacitif fonctionne comme un condensateur ouvert. Un champ électrique se forme entre l'électrode de mesure et l'électrode GND. Si un matériau présentant une constante diélectrique εr supérieure à l'air pénètre dans le champ électrique, la capacité de ce champ augmente en fonction de la constante εr de ce matériau. Le système électronique mesure cette hausse de capacité, le signal généré est évalué au cours de la préparation des signaux suivante et entraîne, en cas de dimensions correspondantes, la commutation de la sortie.

Détecteurs de niveau et de fuites en contact avec un liquide : Le principe de fonctionnement des détecteurs de niveau optiques repose sur la variation de l’angle seuil pour une réflexion totale, selon que la pointe du détecteur est entourée de liquide ou d’air. Si la pointe de la sonde est entourée d’un liquide, le faisceau lumineux sera dévié dans le liquide et la sortie du détecteur changera d’état de commutation. Le milieu liquide peut être conducteur d’électricité, trouble ou limpide. Les détecteurs de fuites appliquent ce même principe de fonctionnement.

Détecteurs de niveau sans contact avec le liquide : Les détecteurs de niveau pour montage sur flexible ou tuyau montant fonctionnent selon le même principe. Ainsi, le FFDK 16 fait appel également aux propriétés de déviation de la lumière des liquides. À l’état sans liquide, la lumière émise touche directement le récepteur. Lorsque le liquide pénètre dans la zone de détection, une partie de la lumière émise est déviée si bien qu’une quantité de lumière moindre vient toucher le récepteur. La variation de lumière peut être évaluée en conséquence par le détecteur. La version à fibres optiques FSL 500C6Y00 fonctionne exactement selon le principe inverse. À l’état sans liquide, aucune lumière ne vient toucher le récepteur. Ce n’est que lorsque le liquide pénètre dans la zone de détection de l’array qu’une partie de la lumière émise sera aussi déviée vers le récepteur. Cette variation de lumière sur le récepteur peut être analysée. La construction en array avec une zone de surveillance de 5 mm environ présente l’avantage de permettre, avec un appareil à fibres optiques puissant, la suppression des parasites dus à la présence de mousse et de petites bulles d’air.

Un potentiomètre représente un détecteur angulaire à principe de mesure ratiométrique. La relation mathématique montre que la sortie numérique sur le convertisseur AN est indépendante de la tension d’excitation UP et de la valeur de résistance RP.

La mise en œuvre de ce principe comme mesure de niveau fait appel à un réservoir électriquement conducteur, lequel est alimenté par une source de tension UP exempt de potentiel. Le long de ce réservoir courant génère une chute de tension linéaire. La boucle est formé par le milieu, dans lequel un champ dipolaire correspondant se développe vers la surface équipotentielle de la paroi conductrice du réservoir ou d’une électrode auxiliaire. Les deux résistances de même valeur RM1 et RM2 représentent cela comme un diviseur de tension 1:1. La tension asymétrique entre le réservoir ou l’électrode auxiliaire et un pôle de la source de tension forme le signal de mesure UM. Celui-ci est linéaire par rapport au niveau de remplissage et ratiométrique par rapport à la demi-amplitude de la source de tension UP, en référence à la longueur du tube.

Environ la moitié de toutes les mesures de niveau de l’automatisation des process dans des réservoirs sont réalisées avec des capteurs de pression. Cela exige à la fois de petites plages de mesure de pression et des précisions élevées. Pour l’eau ou les milieux aqueux, la pression hydrostatique par mètre de hauteur de mesure s’élève par exemple à 100 mbar seulement. Pour déterminer avec précision les niveaux, il faut connaître la densité du milieu et l’étalonner ou la compenser en conséquence. Tant que le réservoir se trouve hors pression, un seul capteur de pression relatif suffira, placé si possible au fond du réservoir ou à proximité. Pour les réservoirs soumis à une pression, l’information concernant la pression dite de tête régnant dans le réservoir doit être prise en compte dans les calculs. Pour cela, un second capteur de pression est requis. Une mesure précise pose de plus en plus d’exigences, plus la hauteur de mesure est basse et plus la pression de tête définie est élevée, sachant que la valeur de pression hydrostatique formée par la différence des deux valeurs de pression ne cesse de diminuer par rapport aux plages de mesures à choisir pour les capteurs de pression.

Les capteurs à ultrasons se basent sur la durée mesurée du parcours du signal ultrasonique. Ils émettent des ondes sonores à haute fréquence qui sont alors réfléchies à la surface du milieu à mesurer. Ces milieux peuvent être liquides, granuleux ou pulvérulents. Les objets transparents ou d’autres objets difficilement identifiables optiquement seront détectés sans équivoque avec des capteurs à ultrasons.

Dans le cas des capteurs à ultrasons pour la mesure continue de niveau, la valeur de distance mesurée par le capteur par rapport à la surface du milieu est émise sous forme de valeur de tension. Le courant fourni ou la tension fournie étant proportionnel(le) au niveau de remplissage ou à la distance de la surface du milieu.