Qu’est-ce qu’un capteur de niveau de liquide ?
Les capteurs de niveau de liquide sont des appareils de mesure utilisés pour déterminer la hauteur du niveau de liquide dans les réservoirs et les conteneurs. Cela permet d’y déterminer la quantité restante de liquide. Certains capteurs détectent simplement la présence ou l’absence de liquide, tandis que d’autres peuvent calculer le pourcentage de liquide restant en effectuant des mesures en continu. Ils sont parfois également appelés “capteurs de niveau”. Certains capteurs de liquide peuvent également être détournés pour détecter des particules solides telles que le sable.
Utilisations des capteurs de niveau de liquide
Dans le secteur industriel, les liquides utilisés comme matériaux ou solvants pour le nettoyage sont parfois stockés dans des conteneurs scellés et invisibles. Les capteurs de niveau de liquide sont souvent utilisés pour contrôler le volume restant dans les réservoirs. En particulier dans les grandes installations telles que les usines de raffinage du pétrole et les usines de traitement des eaux, ainsi que dans les usines de production de boissons et de produits alimentaires, et dans la production de pâte à papier, car il n’est pas nécessaire d’ouvrir les conteneurs pour vérifier l’état du liquide à l’intérieur. Ils sont également utilisés pour contrôler non seulement la quantité résiduelle, mais aussi la détérioration et la qualité des liquides.
Principe des capteurs de niveau de liquide
Il en existe plusieurs types, chacun fonctionnant selon un principe différent. Les quatre types les plus courants sont les suivants :
1. Le type à flotteur
Un tube avec un fil intégré est fixé en haut et en bas du réservoir et un flotteur magnétisé. Celui-ci monte et descend en même temps que le niveau de liquide le long du tube, flotte à la surface du liquide. Le niveau de liquide est mesuré à partir de la distance parcourue par le flotteur et le fil à l’intérieur du tube.
2. Le type à ultrasons
La distance entre le capteur et la surface du liquide est mesurée en envoyant une onde ultrasonique vers la surface du liquide, en la faisant réfléchir et en mesurant le temps qu’elle met à être reçue.
3. Le type capacitif
Le capteur est placé à une courte distance de la paroi du réservoir et surveille la capacité entre la paroi et le capteur. S’il y a du liquide entre le capteur et la paroi, la capacité est plus grande. En revanche, si le réservoir est vide, la capacité est plus petite.
On suppose ici que les parois du réservoir sont en métal. Si le liquide n’est pas conducteur, la contribution de la composante capacitive dérivée du liquide augmente avec la hauteur de la surface du liquide.
En général, la permittivité relative des liquides non conducteurs est supérieure à celle de l’air. Cela signifie que la valeur de capacité surveillée est plus importante lorsque la hauteur de la surface du liquide est élevée et plus faible lorsque la hauteur de la surface du liquide est faible. Si cette relation est obtenue à l’avance sous la forme d’une fonction connue, la hauteur de la surface de liquide peut être déterminée à partir des valeurs mesurées réelles de la sortie du capteur.
D’autre part, si le liquide est conducteur, il n’y a pas de composante de capacité dérivée du liquide. Par conséquent, la hauteur de la surface du liquide peut être déterminée de la même manière. C’est-à-dire en recouvrant les électrodes du capteur d’un isolant (diélectrique à permittivité relative constante) et en configurant le capteur de manière à détecter efficacement les variations de la composante de capacité dérivée de l’air sur la base des variations de la hauteur de la surface du liquide.
4. Le type optique
Composé d’une LED infrarouge et d’un récepteur, le système optique est conçu de manière à ce que la lumière infrarouge atteigne le récepteur en l’absence de liquide. Lorsque le capteur est immergé dans le liquide, la lumière ne peut pas atteindre le récepteur en raison de la réfraction. De ce fait, une augmentation du niveau de liquide peut être détectée.
Types de capteurs de niveau de liquide sans contact
Les capteurs de niveau de liquide sans contact connus comprennent les capteurs à ultrasons, à ondes radio, à laser, à rayonnement, gravimétriques et à vision directe.
Les capteurs à ultrasons mesurent le temps nécessaire aux ondes ultrasoniques pour être réfléchies par la surface du liquide. Bien que la mesure soit indépendante du type de liquide, elle est vulnérable à la condensation et aux obstructions.
Les systèmes à ondes radio mesurent le temps que mettent les ondes électromagnétiques à être réfléchies par la surface du liquide. S’ils se caractérisent par une grande résistance à l’environnement, ils sont également coûteux et présentent les inconvénients d’un équipement lourd et de grande taille.
Le type laser utilise un laser à semi-conducteur pour mesurer la réflexion de la lumière sur la surface du liquide. Il se caractérise par un petit diamètre de spot, ce qui signifie qu’il n’est pas affecté par les obstacles dans le réservoir. En revanche, il est coûteux et nécessite un contrôle de sécurité du laser.
Le type radiation utilise la transmission et l’absorption de rayons gamma pour effectuer des mesures. Ils peuvent être utilisés dans des environnements toxiques, chauds et corrosifs. Ils nécessitent cependant des contrôles de sécurité en raison du risque potentiel pour la santé humaine.
Les systèmes gravimétriques mesurent le niveau de liquide en pesant l’ensemble du réservoir. Si cette méthode présente l’avantage de ne pas être affectée par l’intérieur du réservoir, elle est également vulnérable aux variations de la densité du liquide, telles que les bulles.
La méthode visuelle directe est une méthode de contrôle visuel du niveau. Elle est la moins coûteuse à mettre en œuvre, mais elle présente l’inconvénient de nécessiter un nettoyage lorsqu’elle est sale et d’être difficile à automatiser.
Capteurs de niveau de liquide à base d’électrodes
Les capteurs de niveau de liquide à base d’électrodes (contacteurs de niveau) sont des capteurs de niveau électriques sans pièces mobiles. Ils sont largement utilisés pour le contrôle du niveau de liquide à usage général dans diverses industries. Par exemple l’acier, les industries alimentaire, chimique, pharmaceutique et des semi-conducteurs, l’eau agricole, les usines de traitement de l’eau et le traitement des eaux usées.
Lors de la mesure, une tension alternative est appliquée entre l’électrode de terre et l’électrode de détection. Si les électrodes ne sont pas en contact avec le liquide, aucun courant ne circule. Toutefois, si les électrodes sont en contact avec le liquide, un courant circule en conséquence. Ce principe permet de détecter uniquement les liquides conducteurs.
L’appareil se compose d’un porte-électrode, d’un raccord de processus, d’une tige d’électrode et d’une unité de relais. Hormis l’unité de relais, il n’y a pas de composants électroniques ni de pièces mobiles, ce qui en fait une configuration simple.