静電容量式レベルスイッチの動作原理について


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　静電容量式レベルスイッチの動作原理について　

静電容量式レベルスイッチの概要

スイッチの測定原理について

静電容量の原理について

静電容量の数学的説明について

 静電容量式の付加機能について

静電容量式の特殊アプリケーションはこちらをご参照ください

静電容量式レベルスイッチの概要

　　静電容量式レベルスイッチは、タンクやホッパー等の容器に取付穴を空け電極部を挿入して使用します。
　　測定物が電極に触れる事により測定物の有無を検出してリレー出力します。電極の取付方向は水平、垂直、
　　斜め等限定はありません。

スイッチの測定原理について

　　空の時の電気的な状態と、満の時の電気的に状態の違いを捕らえてレベル検知を行います。空の時の検出
　　電極と接地電極の電気的な状態は、抵抗値（Ｒｏ）が無限大で、静電容量（Ｃｏ）は取付状態で決まる固定の
　　静電容量値になります。

　　容器に測定物が入り電極付近が浸ると（満状態になると）検出電極と接地電極間の抵抗値及び静電容量値
　　はＲｓ及びＣｓと変化します。この変化を捉えてレベル検知を行います。

　　この電気的変化は測定物によって異なります。

　　１）測定物が電気を通さない絶縁性の場合は、抵抗はほぼ∞Ωで変化は殆どありません。
　　　　変化があるのは静電容量のみです。この静電容量の変化を捉えてレベル検知を行います。
　　２）測定物が電気を通す導電性の場合は、抵抗値が小さくなります。
　　　　この抵抗の変化を捉えてレベル検知を行います。
　　３）測定物の中には絶縁性でも導電性でも無い中間的な半導電性の物質もあります。
　　　　半導電性の物質は抵抗の変化と静電容量の変化の両方が変化します。
　　　　この変化を捉えてレベル検知します。

静電容量の原理について

　　金属性の板を平行にし電圧を加えると静電容量を形成します。

　　静電容量Cの値は下記の式で算出が出来ます。
　　Cは静電容量値、ε 0は真空の誘電率で8.854×10-12、ε sは絶縁体の誘電率です。
　　（ε はイプシロンと読みます）

　　金属板の間の静電容量値は、金属板の面積Ｓと金属板同士の距離Ｌ、及び金属板の間の絶縁体の誘電率
　　ε sにより決定されます。絶縁体は固有の特性である比誘電率というものがあり、例えば空気は約１．０で、
　　一般的な絶縁性の粉体の場合２．０～５．０位です。（各物質の誘電率はこちらをご参照下さい）
　　ＳとＬが同じ場合は、静電容量Cは絶縁体の誘電率により変化します。つまり、静電容量式レベルスイッチは
　　静電容量値Cの変化をとらえることで、物質の検知・計測を行っているのです。
　　レベルスイッチの接地電極と検出電極それぞれの金属板と同じ働きをします。金属板の間の絶縁体がレベル
　　検知を行う測定物質になります。

　　今、仮に空気の場合（空の状態）の静電容量が２ＰＦとした場合に、誘電率が３．０の粉体が電極間に入った
　　場合、静電容量は６ＰＦになります。よって、静電容量の差は４ＰＦになります。

　　静電容量式レベルスイッチはこの原理（静電容量の変化を感知）を応用しています。

　　

静電容量の数学的説明について

　　次に静電容量式レベルスイッチ測定原理を数式的に説明します｡
　　今、仮に直径100mmの金属容器にφ10×40mmの検出電極を挿入した場合を考えて見ます｡

　　容器は、上記２．の図の接地部（アース、接地電極）になります。

　　①容器の中が空の場合、静電容量は次式で求める事が出来ます。

　　②次に絶縁性の液を容器に入れると静電容量は次式で求める事が出来ます。

　　つまり、容器が空の時の静電容量値と液が入った時の静電容量値との差が変化容量となりレベル検出します
　　　　ΔC＝C1－C0
　　　　＝1.93－0.96
　　　　＝0.97PF
　　になります。

　　上記の変化容量（ΔC=0.97PF）により液体の検知を行なう事ができます｡

静電容量式の付加機能について

　　弊社の静電容量式レベルスイッチは上記の基本原理に加えて、様々な被測定物への計測や実際の様々な
　　状況に対応できる応用技術を有しています。
　　付着補正機能（測定物が電極に付着した場合に付着をキャンセルする機能）や導電性、半導電性などの各
　　測定物に対応したアンプ機能など、お客様の測定物や測定条件に合わせて御提案させて頂きます。
　　また、被測定物の強度や性質などに合わせた豊富な電極のラインアップも用意しております。

　　静電容量レベル計の選定についてはこちらをご参照下さい。

　　レベル制御について、お困りの点がございましたらお気軽に弊社営業部にご連絡ください。

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