Los sensores de nivel detectan el nivel de líquidos y otros fluidos y sólidos fluidizados, incluidas lechadas , materiales granulares y polvos que exhiben una superficie libre superior . Las sustancias que fluyen se vuelven esencialmente horizontales en sus contenedores (u otros límites físicos) debido a la gravedad.mientras que la mayoría de los sólidos a granel se apilan en un ángulo de reposo hasta un pico. La sustancia a medir puede estar dentro de un recipiente o puede estar en su forma natural (por ejemplo, un río o un lago). La medición de nivel puede ser continua o en puntos. Los sensores de nivel continuo miden el nivel dentro de un rango específico y determinan la cantidad exacta de sustancia en un lugar determinado, mientras que los sensores de nivel de punto solo indican si la sustancia está por encima o por debajo del punto de detección. Generalmente estos últimos detectan niveles excesivamente altos o bajos.
Hay muchas variables físicas y de aplicación que afectan la selección del método de monitoreo de nivel óptimo para procesos industriales y comerciales. [1] Los criterios de selección incluyen lo físico: fase (líquido, sólido o suspensión), temperatura , presión o vacío , química , constante dieléctrica del medio , densidad (gravedad específica) del medio, agitación (acción) , ruido acústico o eléctrico , vibración , choque mecánico , tamaño y forma del tanque o contenedor. También son importantes las limitaciones de la aplicación: precio, precisión, apariencia, tasa de respuesta, facilidad de calibración o programación , tamaño físico y montaje del instrumento, monitoreo o control de niveles (puntuales) continuos o discretos. En resumen, los sensores de nivel son uno de los sensores más importantes y juegan un papel muy importante en una variedad de aplicaciones industriales / de consumo. Al igual que con otros tipos de sensores, los sensores de nivel están disponibles o pueden diseñarse utilizando una variedad de principios de detección. La selección de un tipo de sensor apropiado que se adapte a los requisitos de la aplicación es muy importante.
Detección de nivel continuo y puntual para sólidos
Hay una variedad de sensores disponibles para la detección de sólidos a nivel de punto. Estos incluyen sensores de nivel vibratorios, de paleta giratoria, mecánicos ( diafragma ), de microondas ( radar ), de capacitancia, ópticos, ultrasónicos pulsados y ultrasónicos .
Punto vibrante
Detectan niveles de polvos muy finos (densidad aparente: 0,02 g / cm 3 - 0,2 g / cm 3 ), polvos finos (densidad aparente: 0,2 g / cm 3 - 0,5 g / cm 3 ) y sólidos granulares (densidad aparente: 0,5 g / cm 3 o más). Con la selección adecuada de la frecuencia de vibración y los ajustes de sensibilidad adecuados, también pueden detectar el nivel de polvos altamente fluidizados y materiales electrostáticos.
Los sensores de nivel de vibración de sonda única son ideales para niveles de polvo a granel. Dado que solo un elemento sensor entra en contacto con el polvo, se elimina la formación de puentes entre dos elementos de la sonda y se minimiza la acumulación de medios. La vibración de la sonda tiende a eliminar la acumulación de material en el elemento de la sonda. Los sensores de nivel de vibración no se ven afectados por el polvo, la acumulación de carga estática de los polvos dieléctricos o los cambios en la conductividad, temperatura, presión, humedad o contenido de humedad. Los sensores de vibración estilo diapasón son otra alternativa. Tienden a ser menos costosos, pero son propensos a la acumulación de material entre los dientes,
Paleta giratoria
Los sensores de nivel de paleta giratoria son una técnica muy antigua y establecida para la indicación de nivel de punto sólido a granel. La técnica utiliza un motor de engranajes de baja velocidad que hace girar una rueda de paletas. Cuando la paleta se atasca con materiales sólidos, el motor gira sobre su eje por su propio par hasta que una brida montada en el motor contacta con un interruptor mecánico. La paleta se puede construir con una variedad de materiales, pero no se debe permitir que se acumule material pegajoso en la paleta. Puede producirse una acumulación si el material del proceso se vuelve pegajoso debido a los altos niveles de humedad o la alta humedad ambiental en la tolva. Para materiales con un peso muy bajo por unidad de volumen como la perlita , bentonita o cenizas volantes , se utilizan diseños especiales de paletas y motores de bajo par. Se debe evitar que las partículas finas o el polvo penetren en los cojinetes del eje y el motor colocando correctamente la paleta en la tolva o recipiente y utilizando los sellos adecuados.
Tipo de ingreso
Un sensor de nivel de admitancia de RF utiliza una sonda de varilla y una fuente de RF para medir el cambio en la admitancia . La sonda se conduce a través de un cable coaxial blindado para eliminar los efectos de cambiar la capacitancia del cable a tierra. Cuando el nivel cambia alrededor de la sonda, se observa un cambio correspondiente en el dieléctrico. Esto cambia la admitancia de este capacitor imperfecto y este cambio se mide para detectar cambios de nivel. [2]
Detección de nivel de líquidos
Los sistemas típicos para la detección de nivel puntual en líquidos incluyen flotadores magnéticos y mecánicos, sensores de presión, detectores electroconductores o electrostáticos (capacitancia o inductancia), y mediante la medición del tiempo de vuelo de una señal a la superficie del fluido, a través de sensores electromagnéticos (tales como magnetoestrictivo), ultrasónicos, de radar u ópticos. [3] [4]
Flotador magnético y mecánico
El principio detrás de los sensores magnéticos, mecánicos, de cable y otros sensores de nivel de flotación a menudo implica la apertura o cierre de un interruptor mecánico, ya sea a través del contacto directo con el interruptor o la operación magnética de una lengüeta. En otros casos, como los sensores magnetoestrictivos, es posible la monitorización continua utilizando un principio de flotación.
Con los sensores de flotador activados magnéticamente, la conmutación se produce cuando un imán permanente sellado dentro de un flotador sube o baja hasta el nivel de actuación. Con un flotador accionado mecánicamente, la conmutación se produce como resultado del movimiento de un flotador contra un (micro) interruptor en miniatura. Para los sensores de nivel de flotador tanto magnéticos como mecánicos, la compatibilidad química, la temperatura, la gravedad específica (densidad), la flotabilidad y la viscosidad afectan la selección del vástago y el flotador. Por ejemplo, se pueden usar flotadores más grandes con líquidos con densidades específicas tan bajas como 0.5 mientras se mantiene la flotabilidad. La elección del material del flotador también está influenciada por los cambios inducidos por la temperatura en la gravedad específica y la viscosidad, cambios que afectan directamente la flotabilidad. [5]
Los sensores de tipo flotador pueden diseñarse de modo que un escudo proteja al flotador de las turbulencias y el movimiento de las olas. Los sensores de flotador funcionan bien en una amplia variedad de líquidos, incluidos los corrosivos. Sin embargo, cuando se utiliza para disolventes orgánicos, es necesario verificar que estos líquidos sean químicamente compatibles con los materiales utilizados para construir el sensor. Los sensores de tipo flotador no deben usarse con líquidos de alta viscosidad (espesos), lodos o líquidos que se adhieran al vástago o flotadores, o materiales que contengan contaminantes como virutas de metal; otras tecnologías de detección son más adecuadas para estas aplicaciones.
Una aplicación especial de los sensores de tipo flotador es la determinación del nivel de interfaz en los sistemas de separación de aceite y agua. Se pueden usar dos flotadores con cada flotador del tamaño correspondiente a la gravedad específica del aceite por un lado y del agua por el otro. Otra aplicación especial de un interruptor de flotador de vástago es la instalación de sensores de temperatura o presión para crear un sensor de múltiples parámetros. Los interruptores de flotador magnéticos son populares por su simplicidad, confiabilidad y bajo costo.
Una variación de la detección magnética es el sensor de " efecto Hall " que utiliza la detección magnética de las indicaciones de un medidor mecánico. En una aplicación típica, un "sensor de efecto Hall" sensible al magnetismo se fija a un medidor de tanque mecánico que tiene una aguja indicadora magnetizada, para detectar la posición indicadora de la aguja del medidor. El sensor magnético traduce la posición de la aguja indicadora en una señal eléctrica, lo que permite otra indicación o señalización (generalmente remota). [3]
Neumático
Los sensores de nivel neumáticos se utilizan donde existen condiciones peligrosas, donde no hay energía eléctrica o su uso está restringido, o en aplicaciones que involucran lodos o lodos pesados. Como se usa la compresión de una columna de aire contra un diafragma para accionar un interruptor, ningún líquido de proceso entra en contacto con las partes móviles del sensor . Estos sensores son adecuados para su uso con líquidos altamente viscosos como grasa, así como con líquidos corrosivos y a base de agua. Esto tiene el beneficio adicional de ser una técnica de costo relativamente bajo para el monitoreo de nivel de puntos. Una variación de esta técnica es el "burbujeador", que comprime aire en un tubo hasta el fondo del tanque, hasta que el aumento de presión se detiene cuando la presión del aire aumenta lo suficiente como para expulsar burbujas de aire del fondo del tubo, superando la presión. allí. La medición de la presión del aire estabilizado indica la presión en el fondo del tanque y, por lo tanto, la masa de fluido por encima. [6] [7] [8] [9] [3] [4]
Conductivo
Los sensores de nivel conductivos son ideales para la detección de nivel puntual de una amplia gama de líquidos conductores como el agua, y son especialmente adecuados para líquidos altamente corrosivos como sosa cáustica, ácido clorhídrico, ácido nítrico, cloruro férrico y líquidos similares. Para aquellos líquidos conductores que son corrosivos, los electrodos del sensor deben estar construidos con titanio, Hastelloy B o C, o acero inoxidable 316 y aislados con espaciadores, separadores o soportes de cerámica, polietileno y materiales a base de teflón. Dependiendo de su diseño, se pueden usar varios electrodos de diferentes longitudes con un soporte. Dado que los líquidos corrosivos se vuelven más agresivos a medida que aumentan la temperatura y la presión, estas condiciones extremas deben tenerse en cuenta al especificar estos sensores.
Los sensores de nivel conductivos usan una fuente de energía de bajo voltaje y corriente limitada aplicada a través de electrodos separados. La fuente de alimentación se adapta a la conductividad del líquido, con versiones de voltaje más alto diseñadas para operar en medios menos conductores (mayor resistencia). La fuente de energía frecuentemente incorpora algún aspecto de control, como control de bomba alto-bajo o alterno. Un líquido conductor que entra en contacto con la sonda más larga (común) y una sonda más corta (retorno) completa un circuito conductor. Los sensores conductivos son extremadamente seguros porque utilizan corrientes y voltajes bajos. Dado que la corriente y el voltaje utilizados son inherentemente pequeños, por razones de seguridad personal, la técnica también se puede hacer " Intrínsecamente segura " para cumplir con las normas internacionales para ubicaciones peligrosas . Las sondas conductoras tienen el beneficio adicional de ser dispositivos de estado sólido y son muy simples de instalar y usar. En algunos líquidos y aplicaciones, el mantenimiento puede ser un problema. La sonda debe seguir siendo conductora. Si la acumulación aísla la sonda del medio, dejará de funcionar correctamente. Una simple inspección de la sonda requerirá un ohmímetro conectado a través de la sonda sospechosa y la referencia de tierra.
Por lo general, en la mayoría de los pozos de agua y aguas residuales, el pozo en sí, con sus escaleras, bombas y otras instalaciones metálicas, proporciona un retorno al suelo. Sin embargo, en tanques de productos químicos y otros pozos sin conexión a tierra, el instalador debe suministrar un retorno a tierra, generalmente una varilla de tierra.
Monitor de frecuencia dependiente del estado
Un método de detección de cambio de estado de frecuencia controlado por microprocesador utiliza una señal de baja amplitud generada en múltiples sondas de sensores de diferentes longitudes. Cada sonda tiene una frecuencia separada de todas las demás sondas de la matriz y cambia de estado de forma independiente cuando se toca con agua. El cambio de estado de la frecuencia en cada sonda es monitoreado por un microprocesador que puede realizar múltiples funciones de control del nivel de agua.
Una fuerza del monitoreo de frecuencia dependiente del estado es la estabilidad a largo plazo de las sondas de detección. La intensidad de la señal no es suficiente para causar ensuciamiento, degradación o deterioro de los sensores debido a la electrólisis en agua contaminada. Los requisitos de limpieza del sensor son mínimos o eliminados. El uso de múltiples varillas de detección de diferentes longitudes permite al usuario configurar intuitivamente los interruptores de control a varias alturas de agua.
El microprocesador en un monitor de frecuencia dependiente del estado puede accionar válvulas y / o bombas grandes con un consumo de energía muy bajo. Se pueden incorporar múltiples controles de interruptores en un paquete pequeño al mismo tiempo que brindan una funcionalidad compleja y específica de la aplicación mediante el uso del microprocesador. El bajo consumo de energía de los controles es constante en aplicaciones de campo grandes y pequeñas. Esta tecnología universal se utiliza en aplicaciones con una amplia calidad de líquido.
Sensores para detección de nivel puntual o monitoreo continuo
Ultrasónico
Los sensores de nivel ultrasónicos se utilizan para la detección de nivel sin contacto de líquidos muy viscosos, así como de sólidos a granel. También se utilizan ampliamente en aplicaciones de tratamiento de agua para el control de bombas y la medición de caudal en canal abierto. Los sensores emiten ondas acústicas de alta frecuencia (20 kHz a 200 kHz) que son reflejadas y detectadas por el transductor emisor. [3]
Los sensores de nivel ultrasónicos también se ven afectados por la velocidad cambiante del sonido debido a la humedad, la temperatura y las presiones. Se pueden aplicar factores de corrección a la medición de nivel para mejorar la precisión de la medición.
La turbulencia, la espuma, el vapor, las nieblas químicas (vapores) y los cambios en la concentración del material del proceso también afectan la respuesta del sensor ultrasónico. La turbulencia y la espuma evitan que la onda de sonido se refleje correctamente en el sensor; vapores y nieblas y vapores químicos distorsionan o absorben la onda de sonido; y las variaciones en la concentración provocan cambios en la cantidad de energía en la onda de sonido que se refleja de regreso al sensor. Los pozos tranquilizadores y las guías de ondas se utilizan para evitar errores causados por estos factores.
Se requiere un montaje adecuado del transductor para garantizar la mejor respuesta al sonido reflejado. Además, la tolva, el contenedor o el tanque deben estar relativamente libres de obstáculos como soldaduras, soportes o escaleras para minimizar los falsos retornos y la respuesta errónea resultante, aunque la mayoría de los sistemas modernos tienen un procesamiento de eco suficientemente "inteligente" para realizar cambios de ingeniería en gran medida. innecesario excepto cuando una intrusión bloquea la "línea de visión" del transductor al objetivo. Dado que el transductor ultrasónico se utiliza tanto para transmitir como para recibir la energía acústica, está sujeto a un período de vibración mecánica conocido como "timbre". Esta vibración debe atenuarse (detenerse) antes de que se pueda procesar la señal con eco. El resultado neto es una distancia de la cara del transductor que está ciega y no puede detectar un objeto. Se conoce como la "zona de supresión", típicamente de 150 mm a 1 m, dependiendo del rango del transductor.
El requisito de los circuitos de procesamiento de señales electrónicas se puede utilizar para hacer del sensor ultrasónico un dispositivo inteligente. Los sensores ultrasónicos se pueden diseñar para proporcionar control de nivel de punto, monitoreo continuo o ambos. Debido a la presencia de un microprocesador y al consumo de energía relativamente bajo, también existe la capacidad de comunicación en serie desde otros dispositivos informáticos, lo que hace que esta sea una buena técnica para ajustar la calibración y el filtrado de la señal del sensor, el monitoreo inalámbrico remoto o las comunicaciones de la red de la planta. El sensor ultrasónico goza de gran popularidad debido a la poderosa combinación de bajo precio y alta funcionalidad.
Capacidad
Los sensores de nivel de capacitancia son excelentes para detectar la presencia de una amplia variedad de sólidos, líquidos acuosos y orgánicos y lodos. [10] La técnica se conoce con frecuencia como RF para las señales de radiofrecuencia aplicadas al circuito de capacitancia. Los sensores pueden diseñarse para detectar material con constantes dieléctricas tan bajas como 1.1 (coque y cenizas volantes) y tan altas como 88 (agua) o más. También se pueden detectar lodos y lodos como torta deshidratada y lodos de aguas residuales (constante dieléctrica aprox. 50) y productos químicos líquidos como cal viva (constante dieléctrica aprox. 90). [3] Los sensores de nivel de capacitancia de doble sonda también se pueden usar para detectar la interfaz entre dos líquidos inmiscibles con constantes dieléctricas sustancialmente diferentes, proporcionando una alternativa de estado sólido al interruptor de flotador magnético mencionado anteriormente para la aplicación "interfaz aceite-agua".
Dado que los sensores de nivel de capacitancia son dispositivos electrónicos, la modulación de fase y el uso de frecuencias más altas hace que el sensor sea adecuado para aplicaciones en las que las constantes dieléctricas son similares. El sensor no contiene partes móviles, es resistente, fácil de usar y fácil de limpiar, y puede diseñarse para aplicaciones de alta temperatura y presión. Existe el peligro de la acumulación y descarga de una carga estática de alto voltaje que resulta del roce y el movimiento de materiales de bajo dieléctrico, pero este peligro se puede eliminar con un diseño y conexión a tierra adecuados.
La elección adecuada de los materiales de la sonda reduce o elimina los problemas causados por la abrasión y la corrosión. La detección de nivel de puntos de adhesivos y materiales de alta viscosidad, como aceite y grasa, puede provocar la acumulación de material en la sonda; sin embargo, esto se puede minimizar utilizando un sensor de autoajuste. Para líquidos propensos a la formación de espuma y aplicaciones propensas a salpicaduras o turbulencias, los sensores de nivel de capacitancia se pueden diseñar con protectores contra salpicaduras o pozos amortiguadores, entre otros dispositivos.
Una limitación significativa para las sondas de capacitancia son los contenedores altos que se utilizan para almacenar sólidos a granel. El requisito de una sonda conductora que se extienda hasta la parte inferior del rango medido es problemático. Las sondas de cable conductor largo (de 20 a 50 metros de largo), suspendidas en el contenedor o silo, están sujetas a una tremenda tensión mecánica debido al peso del polvo a granel en el silo y la fricción aplicada al cable. Tales instalaciones resultarán frecuentemente en la rotura de un cable.
Interfaz optica
Los sensores ópticos se utilizan para la detección de nivel de sedimentos, líquidos con sólidos en suspensión e interfaces líquido-líquido. Estos sensores detectan la disminución o el cambio en la transmisión de la luz infrarroja emitida por un diodo infrarrojo (LED). Con la elección adecuada de materiales de construcción y ubicación de montaje, estos sensores se pueden usar con líquidos acuosos, orgánicos y corrosivos.
Una aplicación común de los sensores de nivel de punto de interfaz óptica basados en infrarrojos económicos es la detección de la interfaz lodo / agua en estanques de sedimentación. Mediante el uso de técnicas de modulación de pulso y un diodo infrarrojo de alta potencia, se puede eliminar la interferencia de la luz ambiental, operar el LED con una ganancia más alta y disminuir los efectos de acumulación en la sonda.
Un enfoque alternativo para la detección de nivel óptico continuo implica el uso de un láser. La luz láser está más concentrada y, por lo tanto, es más capaz de penetrar en entornos polvorientos o húmedos. La luz láser se reflejará en la mayoría de las superficies sólidas y líquidas. El tiempo de vuelo se puede medir con un circuito de sincronización precisa para determinar el alcance o la distancia de la superficie al sensor. Los láseres siguen siendo de uso limitado en aplicaciones industriales debido al costo y la preocupación por el mantenimiento. La óptica debe limpiarse con frecuencia para mantener el rendimiento.
Microonda
Los sensores de microondas son ideales para su uso en entornos húmedos, vaporosos y polvorientos, así como en aplicaciones en las que las temperaturas y presiones varían. Las microondas (también descritas con frecuencia como RADAR), penetrarán las capas de temperatura y vapor que pueden causar problemas para otras técnicas, como la ultrasónica. [3] Las microondas son energía electromagnética y, por lo tanto, no requieren moléculas de aire para transmitir la energía, lo que las hace útiles en el vacío. Las microondas, como energía electromagnética, son reflejadas por objetos con altas propiedades conductoras, como el metal y el agua conductora. Alternativamente, son absorbidos en varios grados por medios de "bajo dieléctrico" o aislantes como plásticos, vidrio, papel, muchos polvos y alimentos y otros sólidos.
Los sensores de microondas se ejecutan en una amplia variedad de técnicas. Se aplican dos técnicas básicas de procesamiento de señales, cada una con sus propias ventajas: la reflectometría pulsada o en el dominio del tiempo (TDR), que es una medida del tiempo de vuelo dividida por la velocidad de la luz, similar a los sensores de nivel ultrasónicos, y los sistemas Doppler que emplean técnicas FMCW . Al igual que con los sensores de nivel ultrasónicos, los sensores de microondas se ejecutan en varias frecuencias, desde 1 GHz hasta 60 GHz. [11] Generalmente, cuanto mayor es la frecuencia, más precisa y costosa. El microondas se ejecuta en técnica sin contacto o guiada. La primera se realiza monitoreando una señal de microondas que se transmite a través del espacio libre (incluido el vacío) y se refleja hacia atrás, o se puede ejecutar como una técnica de "radar en un cable", generalmente conocida como radar de onda guiada o radar de microondas guiado. En la última técnica, el rendimiento generalmente mejora en polvos y medios de bajo dieléctrico que no son buenos reflectores de energía electromagnética transmitida a través de un vacío (como en los sensores de microondas sin contacto). Pero con la técnica guiada existen las mismas limitaciones mecánicas que causan problemas para las técnicas de capacitancia (RF) mencionadas anteriormente al tener una sonda en el recipiente.
Los sensores de radar sin contacto basados en microondas pueden ver a través de ventanas de vidrio / plástico de baja conductividad 'transparentes a las microondas' (no conductoras) o paredes de recipientes a través de las cuales puede pasar el haz de microondas y medir un líquido 'reflectante de microondas' (conductor) adentro (de la misma manera que se usa un bol de plástico en un horno microondas). Tampoco se ven afectados en gran medida por las altas temperaturas, la presión, el vacío o las vibraciones. Dado que estos sensores no requieren contacto físico con el material del proceso, el transmisor / receptor se puede montar a una distancia segura por encima / del proceso, incluso con una extensión de antena de varios metros para reducir la temperatura, pero aún así responder a los cambios de nivel. o cambios de distancia, por ejemplo, son ideales para medir productos de metal fundido a más de 1200 ° C. Los transmisores de microondas también ofrecen la misma ventaja clave de los ultrasonidos: la presencia de un microprocesador para procesar la señal, proporciona numerosas capacidades de monitoreo, controles, comunicaciones, configuración y diagnóstico y son independientes de los cambios de densidad, viscosidad y propiedades eléctricas. Además, resuelven algunas de las limitaciones de aplicación de los ultrasonidos: operación en alta presión y vacío, altas temperaturas, polvo, temperatura y capas de vapor. Los radares de onda guiada pueden medir en espacios estrechos y confinados con mucho éxito, ya que el elemento de guía asegura la transmisión correcta hacia y desde el líquido medido. Las aplicaciones como los tubos estabilizadores interiores o las bridas o jaulas externas ofrecen una excelente alternativa a los dispositivos de flotación o desplazamiento, ya que eliminan las piezas móviles o los enlaces y no se ven afectados por los cambios de densidad o la acumulación. También son excelentes con productos de muy baja reflectividad de microondas como gases líquidos (GNL, GLP, amoníaco) que se almacenan a bajas temperaturas / altas presiones, aunque se debe tener cuidado con las disposiciones de sellado y las aprobaciones para áreas peligrosas. En sólidos y polvos a granel, GWR ofrece una excelente alternativa a los sensores de radar o ultrasónicos, pero se debe tener cuidado con el desgaste del cable y la carga del techo por el movimiento del producto.
Una de las principales desventajas percibidas de las técnicas de microondas o radar para la monitorización de nivel es el precio relativamente alto de dichos sensores y su compleja configuración. Sin embargo, el precio se ha reducido significativamente en los últimos años, para igualar a los de los ultrasonidos de mayor alcance, con una configuración simplificada de ambas técnicas que también mejoran la facilidad de uso.
Medición continua de nivel de líquidos
Magnetoestrictivo
Los sensores de nivel magnetoestrictivos son similares a los sensores de tipo flotador en que un imán permanente sellado dentro de un flotador viaja hacia arriba y hacia abajo por un vástago en el que está sellado un cable magnetoestrictivo. Estos sensores, ideales para la medición de nivel continua y de alta precisión de una amplia variedad de líquidos en contenedores de almacenamiento y envío, requieren la elección adecuada del flotador en función de la gravedad específica del líquido. Al elegir materiales de flotador y vástago para sensores de nivel magnetoestrictivos, se aplican las mismas pautas descritas para los sensores de nivel de flotador mecánicos y magnéticos.
Los dispositivos magnetoestrictivos de nivel y posición cargan el cable magnetoestrictivo con corriente eléctrica, cuando el campo se cruza con el campo magnético de los flotadores, se genera una torsión mecánica o pulso que viaja hacia abajo por el cable a la velocidad del sonido, como ultrasonido o radar, se mide la distancia por tiempo de vuelo desde el pulso hasta el registro de retorno del pulso. el tiempo de vuelo corresponde a la distancia desde el sensor que detecta el pulso de retorno.
Debido a la precisión posible con la técnica magnetoestrictiva, es popular para aplicaciones de "transferencia de custodia". Puede ser permitido por una agencia de pesos y medidas para realizar transacciones comerciales. También se aplica con frecuencia en mirillas magnéticas. En esta variación, el imán se instala en un flotador que viaja dentro de un tubo o vidrio calibrador. El imán opera en el sensor que está montado externamente en el medidor. Las calderas y otras aplicaciones de alta temperatura o presión aprovechan esta calidad de rendimiento.
Cadena resistiva
Los sensores de nivel de cadena resistiva son similares a los sensores de nivel de flotador magnético en que un imán permanente sellado dentro de un flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo en un vástago en el que se sellan interruptores y resistencias muy cerca. Cuando los interruptores están cerrados, la resistencia se suma y se convierte en señales de corriente o voltaje que son proporcionales al nivel del líquido.
La elección de los materiales del flotador y del vástago depende del líquido en términos de compatibilidad química, así como de la gravedad específica y otros factores que afectan la flotabilidad. Estos sensores funcionan bien para mediciones de nivel de líquidos en aplicaciones marinas, procesamiento químico, farmacéutico, procesamiento de alimentos, tratamiento de desechos y otras aplicaciones. Con la elección adecuada de dos flotadores, los sensores de nivel de cadena resistiva también se pueden usar para monitorear la presencia de una interfaz entre dos líquidos inmiscibles cuyas densidades específicas son más de 0.6, pero difieren en tan solo 0.1 unidades.
Magnetorresistivo
Los sensores de nivel de flotador de magnetorresistencia son similares a los sensores de nivel de flotador, sin embargo, un par de imanes permanentes está sellado dentro del pivote del brazo del flotador. A medida que el flotador se mueve hacia arriba, el movimiento y la ubicación se transmiten como la posición angular del campo magnético. Este sistema de detección es muy preciso hasta 0,02 ° de movimiento. La ubicación de la brújula de campo proporciona una ubicación física de la posición del flotador. La elección de los materiales del flotador y del vástago depende del líquido en términos de compatibilidad química, así como de la gravedad específica y otros factores que afectan la flotabilidad del flotador. El sistema de monitoreo electrónico no entra en contacto con el fluido y se considera de seguridad intrínseca : o a prueba de explosiones. Estos sensores funcionan bien para mediciones de nivel de líquidos en aplicaciones marinas, de vehículos, de aviación, de procesamiento químico, de productos farmacéuticos, de procesamiento de alimentos, de tratamiento de desechos y otras.
Debido a la presencia de un microprocesador y al bajo consumo de energía, también existe la capacidad de comunicación en serie desde otros dispositivos informáticos, lo que hace que esta sea una buena técnica para ajustar la calibración y el filtrado de la señal del sensor.
Presion hidrostatica
Los sensores de nivel de presión hidrostática son sensores de presión sumergibles o montados externamente adecuados para medir el nivel de líquidos corrosivos en tanques profundos o agua en depósitos. Normalmente, el nivel de fluido se determina por la presión en el fondo del contenedor de fluido (tanque o depósito); la presión en la parte inferior, ajustada a la densidad / gravedad específica del fluido, indica la profundidad del fluido. [3] Para estos sensores, el uso de materiales químicamente compatibles es importante para asegurar un rendimiento adecuado. Los sensores están disponibles comercialmente desde 10 mbar hasta 1000 bar.
Dado que estos sensores detectan un aumento de la presión con la profundidad y debido a que las densidades específicas de los líquidos son diferentes, el sensor debe calibrarse adecuadamente para cada aplicación. Además, las grandes variaciones de temperatura provocan cambios en la gravedad específica que deben tenerse en cuenta cuando la presión se convierte a nivel. Estos sensores pueden diseñarse para mantener el diafragma libre de contaminación o acumulación, asegurando así un funcionamiento adecuado y mediciones precisas del nivel de presión hidrostática.
Para uso en aplicaciones al aire libre, donde el sensor no se puede montar en el fondo del tanque o tubería del mismo , se puede suspender una versión especial del sensor de nivel de presión hidrostática, una sonda de nivel , de un cable al tanque hasta el punto del fondo que se va a medir. [3] El sensor debe estar especialmente diseñado para sellar los componentes electrónicos del entorno líquido. En tanques con una presión de cabeza pequeña (menos de 100 INWC), es muy importante ventilar la parte posterior del manómetro del sensor a la presión atmosférica. De lo contrario, los cambios normales en la presión barométrica introducirán un gran error en la señal de salida del sensor. Además, la mayoría de los sensores deben compensarse por los cambios de temperatura en el fluido.
Burbujeador de aire
Un sistema de burbujeo de aire utiliza un tubo con una abertura debajo de la superficie del nivel del líquido. Se pasa un flujo fijo de aire a través del tubo. La presión en el tubo es proporcional a la profundidad (y densidad) del líquido sobre la salida del tubo. [3]
Los sistemas de burbujeo de aire no contienen partes móviles, lo que los hace adecuados para medir el nivel de aguas residuales, aguas de drenaje, lodos de aguas residuales, suciedad nocturna o agua con grandes cantidades de sólidos en suspensión. La única parte del sensor que entra en contacto con el líquido es un tubo de burbujas que es químicamente compatible con el material cuyo nivel se va a medir. Dado que el punto de medición no tiene componentes eléctricos, la técnica es una buena opción para las "áreas peligrosas" clasificadas. La parte de control del sistema se puede ubicar lejos de manera segura, con la tubería neumática aislando el área peligrosa del área segura.
Los sistemas de burbujeo de aire son una buena opción para tanques abiertos a presión atmosférica y se pueden construir de modo que el aire a alta presión pase a través de una válvula de derivación para desalojar los sólidos que pueden obstruir el tubo de burbujas. La técnica es inherentemente "autolimpiante". Es muy recomendable para aplicaciones de medición de nivel de líquido donde las técnicas ultrasónicas, de flotación o de microondas han demostrado ser poco fiables. El sistema requerirá un suministro constante de aire durante la medición. El extremo del tubo debe estar por encima de cierta altura para evitar que el lodo obstruya el tubo.
Rayo gamma
Un medidor de nivel nuclear o medidor de rayos gamma mide el nivel mediante la atenuación de los rayos gamma que pasan a través de un recipiente de proceso. [12] La técnica se utiliza para regular el nivel de acero fundido en un proceso de colada continua de fabricación de acero. El molde enfriado por agua está dispuesto con una fuente de radiación, como cobalto-60 o cesio-137 , en un lado y un detector sensible como un contador de centelleo en el otro. A medida que aumenta el nivel de acero fundido en el molde, el sensor detecta menos radiación gamma. La técnica permite la medición sin contacto donde el calor del metal fundido hace que las técnicas de contacto e incluso muchas técnicas sin contacto no sean prácticas.
Ver también
- Indicador de combustible
- Nivel (instrumento)
- Lista de sensores
- Vista
- Mareógrafo
Referencias
- ^ EngineersGarage (18 de septiembre de 2012). "Sensores de nivel" . www.engineersgarage.com . Consultado el 16 de septiembre de 2018 .
- ^ Instrumentos Sapcon. "Detección de nivel de cenizas volantes" . Consultado el 22 de septiembre de 2016 .
- ^ a b c d e f g h i Tank Sensors & Probes , Electronic Sensors, Inc., consultado el 8 de agosto de 2018
- ^ a b Henry Hopper, "Una docena de formas de medir el nivel de líquido y cómo funcionan" , 1 de diciembre de 2018, Revista Sensors, consultado el 29 de agosto de 2018
- ^ Más profundo. "Sensores de nivel de flotación" . Consultado el 5 de mayo de 2009 .
- ^ GJ Roy (22 de octubre de 2013). Notas sobre instrumentación y control . Elsevier. págs. 23–. ISBN 978-1-4831-0491-1.
- ^ "Aparato para la determinación de niveles de líquidos" . google.com .
- ^ Edad química . Morgan-Grampian. 1934.
- ^ "MotorBoating" . Navegación a motor : 2–. Enero de 1927. ISSN 1531-2623 .
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- ^ Falahati, M. (2018). "Diseño, modelado y construcción de un medidor nuclear continuo para medir los niveles de fluidos". Revista de instrumentación . 13 (2): P02028. Código bibliográfico : 2018JInst..13P2028F . doi : 10.1088 / 1748-0221 / 13/02 / P02028 .